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Principales características de los interruptores. Cálculos de tráfico. Funciones adicionales del interruptor

Las principales características de un switch que miden su rendimiento son:

Velocidad de filtración (filtración);

Velocidad de enrutamiento (reenvío);

Rendimiento;

Retraso en la transmisión de tramas.

Además, existen varias características del conmutador que tienen el mayor impacto en estas especificaciones de rendimiento. Éstas incluyen:

Tamaño del buffer(s) de trama;

Rendimiento del autobús interno;

Rendimiento del procesador o procesadores;

Tamaño de la tabla de direcciones interna.

Velocidad de filtración y velocidad de avance.

El filtrado de tramas y la velocidad de reenvío son dos características de rendimiento clave de un conmutador. Estas características son indicadores integrales; no dependen de cómo se implemente técnicamente el cambio.

La tasa de filtrado determina la velocidad a la que el conmutador realiza los siguientes pasos de procesamiento de cuadros:

Recibir una trama en su buffer;

Destruir una trama porque su puerto de destino es el mismo que su puerto de origen.

Velocidad de avance Determina la velocidad a la que el conmutador realiza los siguientes pasos de procesamiento de tramas:

Recibir una trama en su buffer;

Mire la tabla de direcciones para encontrar el puerto para la dirección de destino de la trama;

Transmitir una trama a la red a través del puerto de destino que se encuentra en la tabla de direcciones.

Tanto la velocidad de filtrado como la velocidad de reenvío generalmente se miden en fotogramas por segundo. Si las características del conmutador no especifican para qué protocolo y para qué tamaño de trama se dan las velocidades de filtrado y reenvío, entonces, de forma predeterminada, se supone que estos indicadores se dan para el protocolo Ethernet y las tramas del tamaño mínimo, es decir, tramas de 64 bytes de longitud (sin preámbulo), con un campo de datos de 46 bytes. Si las tasas se dan para un protocolo particular, como Token Ring o FDDI, también se dan para las tramas de longitud mínima de ese protocolo (por ejemplo, tramas de 29 bytes para el protocolo FDDI). El uso de tramas de longitud mínima como indicador principal de la velocidad de un conmutador se explica por el hecho de que dichas tramas siempre crean el modo de funcionamiento más difícil para el conmutador en comparación con las tramas de otros formatos con el mismo rendimiento de datos de usuario transferidos. Por lo tanto, al probar un conmutador, el modo de longitud mínima de trama se utiliza como la prueba más difícil, que debe verificar la capacidad del conmutador para operar bajo la peor combinación de parámetros de tráfico para él. Además, para paquetes de longitud mínima, las velocidades de filtrado y reenvío tienen un valor máximo, lo cual es de gran importancia a la hora de anunciar un conmutador.

Banda ancha

Cambiar ancho de banda medido por la cantidad de datos de usuario transmitidos por unidad de tiempo a través de sus puertos. Dado que el conmutador opera en el nivel de enlace de datos, sus datos de usuario son los datos que se transfieren al campo de datos de las tramas de protocolo de la capa de enlace de datos: Ethernet, Token Ring, FDDI, etc. El valor máximo del rendimiento del conmutador siempre se logra en tramas de longitud máxima, ya que en este caso la proporción de costos generales para la información del servicio de tramas es mucho menor que para las tramas de longitud mínima, y el tiempo que el conmutador realiza las operaciones de procesamiento de tramas por una El byte de información del usuario es significativamente menor.

La dependencia del rendimiento del conmutador del tamaño de las tramas transmitidas queda bien ilustrada con el ejemplo del protocolo Ethernet, para el cual, cuando se transmiten tramas de longitud mínima, se obtiene una velocidad de transmisión de 14880 cuadros por segundo y un rendimiento de 5,48 Mb/s. Se consigue, y al transmitir fotogramas de longitud máxima, una velocidad de transmisión de 812 fotogramas por segundo y un rendimiento de 9,74 Mb/s. El rendimiento se reduce casi a la mitad cuando se cambia a tramas de longitud mínima, y esto sin tener en cuenta la pérdida de tiempo para procesar las tramas por parte del conmutador.

Retraso de transmisión

Retardo de transmisión de trama se mide como el tiempo transcurrido desde el momento en que el primer byte de la trama llega al puerto de entrada del switch hasta el momento en que este byte aparece en el puerto de salida del switch. La latencia consiste en el tiempo dedicado a almacenar en búfer los bytes de la trama, así como el tiempo dedicado a procesar la trama mediante el conmutador: revisar la tabla de direcciones, tomar decisiones de filtrado o reenvío y obtener acceso al entorno del puerto de salida.

La cantidad de retraso introducido por el interruptor depende de su modo de funcionamiento. Si la conmutación se realiza "sobre la marcha", los retrasos suelen ser pequeños y oscilan entre 10 µs y 40 µs, y con almacenamiento en búfer de fotograma completo, de 50 µs a 200 µs (para fotogramas de longitud mínima).

Un conmutador es un dispositivo multipuerto, por lo que es habitual que ofrezca todas las características anteriores (excepto el retardo de transmisión de tramas) en dos versiones. La primera opción es el rendimiento total del conmutador al transmitir tráfico simultáneamente en todos sus puertos, la segunda opción es el rendimiento por puerto.

Dado que cuando el tráfico se transmite simultáneamente a través de varios puertos, surge una gran cantidad de opciones de tráfico, que se diferencian en el tamaño de las tramas en el flujo, la distribución de la intensidad promedio de los flujos de tramas entre los puertos de destino, los coeficientes de variación en la intensidad de flujos de cuadros, etc. etc., al comparar los conmutadores por rendimiento, es necesario tener en cuenta para qué variante de tráfico se obtuvieron los datos de rendimiento publicados. Desafortunadamente, para los conmutadores (o, en realidad, para los enrutadores), no existen puntos de referencia de tráfico generalmente aceptados que puedan usarse para obtener características de rendimiento comparables, como se hace para las características de rendimiento informático como TPC-A o SPECint92. Algunos laboratorios que prueban constantemente equipos de comunicaciones han desarrollado descripciones detalladas de las condiciones de prueba para los interruptores y las utilizan en su práctica, pero estas pruebas aún no se han vuelto comunes en la industria.

Esta red local se basa en conmutadores, por lo que este capítulo analiza las principales características de rendimiento de los conmutadores.

Las principales características de un switch que miden su rendimiento son:

- velocidad de filtración;
- velocidad de enrutamiento (reenvío);
- rendimiento;
- retraso en la transmisión de tramas.

Además, existen varias características del conmutador que tienen el mayor impacto en estas especificaciones de rendimiento. Éstas incluyen:

- tamaño de los buffers de trama;
- funcionamiento interno del autobús;
- rendimiento del procesador o procesadores;
- tamaño de la tabla de direcciones interna.

La tasa de filtrado determina la velocidad a la que el conmutador realiza los siguientes pasos de procesamiento de cuadros:

- recibir la trama en su buffer;
- destrucción de la trama, ya que su puerto de destino coincide con el puerto de origen.

La velocidad de reenvío determina la velocidad a la que el conmutador realiza los siguientes pasos de procesamiento de tramas:

- recibir la trama en su buffer;
- ver la tabla de direcciones para encontrar el puerto para la dirección de destino de la trama;
- transmisión de la trama a la red a través del puerto de destino que se encuentra en la tabla de direcciones.

El uso de tramas de longitud mínima como indicador principal de la velocidad de un conmutador se explica por el hecho de que dichas tramas siempre crean el modo de funcionamiento más difícil para el conmutador en comparación con las tramas de otros formatos con el mismo rendimiento de datos de usuario transferidos. Por lo tanto, al probar un conmutador, el modo de longitud mínima de trama se utiliza como la prueba más difícil, que debe verificar la capacidad del conmutador para operar bajo la peor combinación de parámetros de tráfico para él. Además, para paquetes de longitud mínima, las velocidades de filtrado y reenvío tienen un valor máximo, lo cual es de gran importancia a la hora de anunciar un conmutador.

El rendimiento de un conmutador se mide por la cantidad de datos de usuario transmitidos por unidad de tiempo a través de sus puertos. Dado que el conmutador opera en el nivel de enlace de datos, sus datos de usuario son los datos que se transfieren al campo de datos de las tramas de protocolo de la capa de enlace de datos: Ethernet, Token Ring, FDDI, etc. El valor máximo del rendimiento del conmutador siempre se logra en tramas de longitud máxima, ya que en este caso la proporción de costos generales para la información del servicio de tramas es mucho menor que para las tramas de longitud mínima, y el tiempo que el conmutador realiza las operaciones de procesamiento de tramas por una El byte de información del usuario es significativamente menor.

La dependencia del rendimiento del conmutador del tamaño de las tramas transmitidas queda bien ilustrada con el ejemplo del protocolo Ethernet, para el cual, cuando se transmiten tramas de longitud mínima, se requiere una velocidad de transmisión de 14880 cuadros por segundo y un rendimiento de 5,48 Mbit/s. logrado, y al transmitir cuadros de longitud máxima, una velocidad de transmisión de 812 cuadros por segundo y un rendimiento de 9,74 Mbps. El rendimiento se reduce casi a la mitad cuando se cambia a tramas de longitud mínima, y esto sin tener en cuenta la pérdida de tiempo para procesar las tramas por parte del conmutador.

La latencia de transmisión de trama se mide como el tiempo transcurrido desde el momento en que el primer byte de la trama llega al puerto de entrada del conmutador hasta el momento en que este byte aparece en el puerto de salida del conmutador. La latencia consiste en el tiempo dedicado a almacenar en búfer los bytes de la trama, así como el tiempo dedicado a procesar la trama por parte del conmutador: revisar la tabla de direcciones, tomar decisiones de filtrado o reenvío y obtener acceso al entorno del puerto de salida.

Calcule el rendimiento general requerido del conmutador.

Idealmente, un switch instalado en una red transmite tramas entre nodos conectados a sus puertos a la velocidad a la que los nodos generan estas tramas, sin introducir retrasos adicionales ni perder una sola trama. En la práctica real, el conmutador siempre introduce algunos retrasos en la transmisión de tramas y también puede perder algunas tramas, es decir, no entregarlas a los destinatarios. Debido a las diferencias en la organización interna de los diferentes modelos de conmutadores, es difícil predecir cómo un conmutador concreto transmitirá tramas para un patrón de tráfico concreto. El mejor criterio sigue siendo la práctica de colocar un conmutador en una red real y medir el retraso que introduce y el número de tramas perdidas.

Además del rendimiento de los elementos individuales del conmutador, como los procesadores de puertos o el bus común, el rendimiento del conmutador se ve afectado por parámetros tales como el tamaño de la tabla de direcciones y el tamaño del búfer general o de los búferes de puertos individuales.

Tamaño de la tabla de direcciones.

La capacidad máxima de la tabla de direcciones determina la cantidad máxima de direcciones MAC que el conmutador puede manejar simultáneamente. Dado que los conmutadores suelen utilizar una unidad de procesamiento dedicada para realizar operaciones en cada puerto con su propia memoria para almacenar una instancia de la tabla de direcciones, el tamaño de la tabla de direcciones de los conmutadores generalmente se proporciona por puerto. Las instancias de la tabla de direcciones de diferentes módulos de procesador no contienen necesariamente la misma información de dirección; lo más probable es que no haya muchas direcciones duplicadas, a menos que la distribución del tráfico en cada puerto sea completamente igual entre los demás puertos. Cada puerto almacena sólo aquellos conjuntos de direcciones que ha utilizado recientemente.

La cantidad máxima de direcciones MAC que el procesador del puerto puede recordar depende de la aplicación del conmutador. Los conmutadores de grupos de trabajo normalmente admiten solo unas pocas direcciones por puerto porque están diseñados para formar microsegmentos. Los conmutadores de departamento deben admitir varios cientos de direcciones y los conmutadores troncales de red deben admitir hasta varios miles, generalmente de 4K a 8K de direcciones.

Una capacidad insuficiente de la tabla de direcciones puede hacer que el conmutador se ralentice y la red se congestione con un exceso de tráfico. Si la tabla de direcciones del procesador de puerto está completamente llena y encuentra una nueva dirección de origen en un paquete entrante, entonces debe expulsar cualquier dirección anterior de la tabla y colocar una nueva en su lugar. Esta operación en sí tomará parte del tiempo del procesador, pero la principal pérdida de rendimiento se observará cuando llegue una trama con una dirección de destino que tuvo que eliminarse de la tabla de direcciones. Dado que se desconoce la dirección de destino de la trama, el conmutador debe reenviar la trama a todos los demás puertos. Esta operación creará un trabajo innecesario para muchos procesadores de puertos; además, las copias de esta trama terminarán en aquellos segmentos de la red donde son completamente innecesarias.

Algunos fabricantes de conmutadores resuelven este problema cambiando el algoritmo para manejar tramas con una dirección de destino desconocida. Uno de los puertos del conmutador está configurado como puerto troncal, al que se envían de forma predeterminada todas las tramas con una dirección desconocida. Esta técnica se utiliza desde hace mucho tiempo en los enrutadores y permite reducir el tamaño de las tablas de direcciones en las redes organizadas según un principio jerárquico.

Una trama se transmite a un puerto troncal asumiendo que este puerto está conectado a un conmutador ascendente, que tiene suficiente capacidad de tabla de direcciones y sabe dónde enviar cualquier trama. En la Figura 4.1 se muestra un ejemplo de transmisión de trama exitosa cuando se utiliza el puerto troncal. El conmutador de nivel superior tiene información sobre todos los nodos de la red, por lo que la trama con la dirección de destino MAC3, transmitida a través del puerto troncal, se transmite a través del puerto 2 al conmutador al que está conectado el nodo con la dirección MAC3.

Figura 4.1: Uso del puerto troncal para entregar tramas con una dirección de destino desconocida

Aunque el método del puerto troncal funcionará eficazmente en muchos casos, es posible imaginar situaciones en las que las tramas simplemente se perderán. Una de esas situaciones se muestra en la Figura 4.2. El conmutador descendente ha eliminado la dirección MAC8, que está conectada a su puerto 4, de su tabla de direcciones para dejar espacio para la nueva dirección MAC3. Cuando llega una trama con la dirección de destino MAC8, el conmutador la transmite al puerto troncal 5, a través del cual la trama ingresa al conmutador de nivel superior. Este conmutador ve en su tabla de direcciones que la dirección MAC8 pertenece a su puerto 1, a través del cual ingresó al conmutador. Por tanto, la trama no se procesa más y simplemente se filtra y, por tanto, no llega al destinatario. Por lo tanto, es más confiable utilizar conmutadores con suficiente tabla de direcciones para cada puerto, así como soporte para una tabla de direcciones común por parte del módulo de administración del conmutador.

Figura 4.2 - Pérdida de trama al utilizar el puerto troncal

Volumen de búfer.

La memoria intermedia interna del conmutador es necesaria para almacenar temporalmente tramas de datos en los casos en que no se pueden transmitir inmediatamente al puerto de salida. La zona de influencia está diseñada para suavizar las ráfagas de tráfico a corto plazo. Después de todo, incluso si el tráfico está bien equilibrado y el rendimiento de los procesadores de puerto, así como de otros elementos de procesamiento del conmutador, es suficiente para transmitir valores de tráfico promedio, esto no garantiza que su rendimiento sea suficiente para picos muy grandes. cargas. Por ejemplo, el tráfico puede llegar simultáneamente a todas las entradas del conmutador en unas pocas decenas de milisegundos, impidiendo que transmita las tramas recibidas a los puertos de salida.

Para evitar la pérdida de cuadros cuando la intensidad promedio del tráfico se excede repetidamente durante un corto período de tiempo (y para las redes locales, a menudo se encuentran valores del coeficiente de ondulación del tráfico en el rango de 50 a 100), el único medio es un búfer de gran volumen. Al igual que con las tablas de direcciones, cada módulo de procesador de puerto normalmente tiene su propia memoria intermedia para almacenar tramas. Cuanto mayor sea el volumen de esta memoria, menos probable será que se pierdan fotogramas por sobrecargas, aunque si los valores medios de tráfico están desequilibrados, el buffer tarde o temprano se desbordará.

Normalmente, los conmutadores diseñados para funcionar en partes críticas de la red tienen una memoria intermedia de varias decenas o cientos de kilobytes por puerto. Es bueno que esta memoria intermedia se pueda redistribuir entre varios puertos, ya que es poco probable que se produzcan sobrecargas simultáneas en varios puertos. Un medio de protección adicional puede ser un búfer común a todos los puertos en el módulo de gestión del conmutador. Un búfer de este tipo suele tener una capacidad de varios megabytes.

El tema del acceso a gigabits se está volviendo cada vez más relevante, especialmente ahora, cuando la competencia aumenta, el ARPU está cayendo y las tarifas de incluso 100 Mbit no sorprenderán a nadie. Llevamos mucho tiempo considerando la cuestión de cambiar al acceso gigabit. Me desanimó el precio del equipo y la viabilidad comercial. Pero los competidores no están dormidos, y cuando incluso Rostelecom empezó a ofrecer tarifas de más de 100 Mbit, nos dimos cuenta de que no podíamos esperar más. Además, el precio de un puerto gigabit ha bajado significativamente y la instalación de un conmutador FastEthernet, que en un par de años todavía tendrá que ser reemplazado por uno gigabit, simplemente ya no es rentable. Por eso empezamos a elegir un conmutador gigabit para utilizarlo en el nivel de acceso.

Analizamos varios modelos de conmutadores gigabit y nos decidimos por dos que eran los más adecuados en términos de parámetros y, al mismo tiempo, cumplían con nuestras expectativas presupuestarias. Estos son Dlink DGS-1210-28ME y .

Marco

La carrocería del SNR está hecha de metal grueso y duradero, lo que lo hace más pesado que su "competidor". El D-link está hecho de acero fino, lo que le da una ventaja de peso. Sin embargo, esto lo hace más susceptible a las influencias externas debido a su menor resistencia.

D-link es más compacto: su profundidad es de 14 cm, mientras que la del SNR es de 23 cm. El conector de alimentación del SNR está situado en el frontal, lo que sin duda facilita la instalación.

Fuentes de alimentación

Fuente de alimentación de enlace D

Fuente de alimentación SNR

A pesar de que las fuentes de alimentación son muy similares, todavía encontramos diferencias. La fuente de alimentación D-Link se fabrica de forma económica, quizás incluso demasiado económica: no hay barniz en la placa y la protección contra interferencias en la entrada y salida es mínima. Como resultado, según Dlink, existe la preocupación de que estos matices afecten la sensibilidad del interruptor a las sobretensiones y el funcionamiento en condiciones de humedad variable y en condiciones de mucho polvo.

tablero de interruptores

Ambas placas están fabricadas con cuidado, no hay quejas sobre la instalación, sin embargo, SNR tiene textolita de mayor calidad y la placa está fabricada con tecnología de soldadura sin plomo. La cuestión, por supuesto, no es que SNR contenga menos plomo (lo que no asustará a nadie en Rusia), sino que estos interruptores se producen en una línea más moderna.

Además, nuevamente, como en el caso de las fuentes de alimentación, D-Link ahorró en barniz. SNR tiene una capa de barniz sobre el tablero.

Al parecer, se supone que las condiciones de funcionamiento de los conmutadores de acceso D-link deberían ser a priori excelentes: limpio, seco, fresco... bueno, como todos los demás. ;)

Enfriamiento

Ambos interruptores tienen un sistema de refrigeración pasivo. D-link tiene radiadores más grandes, y esto es una ventaja definitiva. Sin embargo, SNR tiene espacio libre entre el tablero y la pared trasera, lo que tiene un efecto positivo en la disipación de calor. Un matiz adicional es la presencia de placas disipadoras de calor ubicadas debajo del chip, que transfieren calor al cuerpo del interruptor.

Realizamos una pequeña prueba: medimos la temperatura del disipador de calor en el chip en condiciones normales:

El interruptor se coloca sobre una mesa a temperatura ambiente de 22 ° C,
2 módulos SFP instalados,
Esperamos 8-10 minutos.

Los resultados de las pruebas fueron sorprendentes: el D-link se calentó hasta 72 ° C, mientras que el SNR solo hasta 63 ° C. Es mejor no pensar en lo que sucederá con D-link en una caja apretada en el calor del verano.

Temperatura en D-link 72 grados

En SNR 61 C, el vuelo es normal.

Protección contra rayos

Los interruptores están equipados con varios sistemas de protección contra rayos. D-link utiliza descargadores de gas. SNR dispone de varistores. Cada uno de ellos tiene sus pros y sus contras. Sin embargo, el tiempo de respuesta de los varistores es mejor y esto proporciona una mejor protección para el propio conmutador y los dispositivos de abonado conectados a él.

Resumen

D-link deja una sensación de ahorro en todos los componentes: en la fuente de alimentación, la placa y la carcasa. Por tanto, en este caso nos parece un producto más preferible.

¿Cómo elegir un interruptor dada la variedad existente? La funcionalidad de los modelos modernos es muy diferente. Puede adquirir un conmutador simple no administrado o un conmutador administrado multifuncional, que no se diferencia mucho de un enrutador completo. Un ejemplo de esto último es Mikrotik CRS125-24G-1S-2HND-IN de la nueva línea Cloud Router Switch. En consecuencia, el precio de estos modelos será mucho mayor.

Por lo tanto, al elegir un interruptor, en primer lugar, debe decidir cuáles de las funciones y parámetros de los interruptores modernos necesita y por cuáles no debe pagar de más. Pero primero, un poco de teoría.

Tipos de interruptores

Sin embargo, si antes los conmutadores gestionados se diferenciaban de los no gestionados por una gama más amplia de funciones, ahora la diferencia sólo puede estar en la posibilidad o imposibilidad de gestionar remotamente los dispositivos. Por lo demás, los fabricantes añaden funcionalidades adicionales incluso a los modelos más simples, aumentando a menudo su coste.

Por tanto, por el momento, la clasificación de interruptores por nivel es más informativa.

Cambiar niveles

Para poder elegir el interruptor que mejor se adapta a nuestras necesidades necesitamos conocer su nivel. Esta configuración se determina en función del modelo de red OSI (transferencia de datos) que utiliza el dispositivo.

Dispositivos primer nivel, usando físico La transmisión de datos casi ha desaparecido del mercado. Si alguien más recuerda los centros, entonces este es solo un ejemplo de un nivel físico en el que la información se transmite en un flujo continuo.
Nivel 2. Casi todos los conmutadores no gestionados entran en esta categoría. La llamada canal modelo de red. Los dispositivos dividen la información entrante en paquetes separados (tramas), los verifican y los envían a un dispositivo destinatario específico. La base para la distribución de información en conmutadores de segundo nivel son las direcciones MAC. A partir de estos, el conmutador compila una tabla de direcciones, recordando qué dirección MAC corresponde a qué puerto. No entienden las direcciones IP.

Nivel 3. Al elegir un interruptor de este tipo, obtiene un dispositivo que ya funciona con direcciones IP. También admite muchas otras posibilidades para trabajar con datos: convertir direcciones lógicas en físicas, protocolos de red IPv4, IPv6, IPX, etc., conexiones pptp, pppoe, vpn y otros. En el tercero, red A nivel de transmisión de datos, funcionan casi todos los enrutadores y la parte más "avanzada" de los conmutadores.

Nivel 4. El modelo de red OSI utilizado aquí se llama transporte. Ni siquiera todos los enrutadores se lanzan con soporte para este modelo. La distribución del tráfico se produce a un nivel inteligente: el dispositivo puede trabajar con aplicaciones y, basándose en los encabezados de los paquetes de datos, dirigirlas a la dirección deseada. Además, los protocolos de la capa de transporte, por ejemplo TCP, garantizan la confiabilidad de la entrega de paquetes, mantienen una cierta secuencia de su transmisión y pueden optimizar el tráfico.

Seleccione un interruptor - lea las características

¿Cómo elegir un interruptor en función de parámetros y funciones? Veamos qué significan algunos de los símbolos comúnmente utilizados en las especificaciones. Los parámetros básicos incluyen:

Número de puertos. Su número varía de 5 a 48. Al elegir un conmutador, es mejor dejar una reserva para una mayor expansión de la red.

Tarifa de datos básica. La mayoría de las veces vemos la designación 10/100/1000 Mbit/s: las velocidades que admite cada puerto del dispositivo. Es decir, el conmutador seleccionado puede funcionar a una velocidad de 10 Mbit/s, 100 Mbit/s o 1000 Mbit/s. Hay bastantes modelos que están equipados con puertos gigabit y 10/100 Mb/s. La mayoría de los conmutadores modernos funcionan según el estándar IEEE 802.3 Nway y detectan automáticamente las velocidades de los puertos.

Ancho de Banda y Ancho de Banda Interno. El primer valor, también llamado matriz de conmutación, es la cantidad máxima de tráfico que puede pasar a través del conmutador por unidad de tiempo. Se calcula de forma muy sencilla: número de puertos x velocidad del puerto x 2 (dúplex). Por ejemplo, un conmutador gigabit de 8 puertos tiene un rendimiento de 16 Gbps.
El rendimiento interno generalmente lo indica el fabricante y solo es necesario para compararlo con el valor anterior. Si el ancho de banda interno declarado es menor que el máximo, el dispositivo no soportará cargas pesadas, se ralentizará y se congelará.

Detección automática de MDI/MDI-X. Se trata de detección automática y compatibilidad con ambos estándares mediante los cuales se engarzó el par trenzado, sin necesidad de control manual de las conexiones.

Ranuras de expansión. Posibilidad de conectar interfaces adicionales, por ejemplo, ópticas.

Tamaño de la tabla de direcciones MAC. Para seleccionar un conmutador, es importante calcular de antemano el tamaño de la tabla que necesita, preferiblemente teniendo en cuenta la futura expansión de la red. Si no hay suficientes entradas en la tabla, el conmutador escribirá nuevas sobre las antiguas, lo que ralentizará la transferencia de datos.

Factor de forma. Los conmutadores están disponibles en dos tipos de carcasa: escritorio/montaje en pared y montaje en bastidor. En este último caso, el tamaño estándar del dispositivo es de 19 pulgadas. Las orejas especiales para montaje en rack se pueden quitar.

Seleccionamos un interruptor con las funciones que necesitamos para trabajar con el tráfico.

Control de flujo ( Control de flujo, protocolo IEEE 802.3x). Proporciona coordinación del envío y recepción de datos entre el dispositivo emisor y el conmutador bajo cargas elevadas, para evitar la pérdida de paquetes. La función es compatible con casi todos los interruptores.

Marco gigante- aumento de paquetes. Utilizado para velocidades de 1 Gbit/seg y superiores, le permite acelerar la transferencia de datos reduciendo la cantidad de paquetes y el tiempo para procesarlos. La función se encuentra en casi todos los interruptores.

Modos full-duplex y half-duplex. Casi todos los conmutadores modernos admiten la negociación automática entre semidúplex y dúplex completo (transmitir datos en una sola dirección, transferir datos en ambas direcciones al mismo tiempo) para evitar problemas en la red.

Priorización del tráfico (estándar IEEE 802.1p)- el dispositivo puede identificar paquetes más importantes (por ejemplo, VoIP) y enviarlos primero. Al elegir un conmutador para una red donde una parte importante del tráfico será audio o vídeo, debes prestar atención a esta función.

Apoyo VLAN(estándar IEEE 802.1q). VLAN es un medio conveniente para delimitar secciones separadas: la red interna de una empresa y la red pública para clientes, varios departamentos, etc.

Para garantizar la seguridad dentro de la red, controlar o comprobar el rendimiento de los equipos de red, se puede utilizar la duplicación (duplicación de tráfico). Por ejemplo, toda la información entrante se envía a un puerto para que cierto software la revise o registre.

Reenvío de puertos. Es posible que necesite esta función para implementar un servidor con acceso a Internet o para juegos en línea.

Protección de bucle: funciones STP y LBD. Particularmente importante al elegir conmutadores no gestionados. Es casi imposible detectar en ellos el bucle formado: una sección de la red en bucle, la causa de muchos fallos y congelaciones. LoopBack Detección bloquea automáticamente el puerto donde se ha producido un bucle. El protocolo STP (IEEE 802.1d) y sus descendientes más avanzados (IEEE 802.1w, IEEE 802.1s) actúan de manera un poco diferente, optimizando la red para una estructura de árbol. Inicialmente, la estructura prevé ramas de repuesto en forma de bucle. Están deshabilitados de forma predeterminada y el conmutador solo los inicia cuando hay una pérdida en algunas de las líneas principales.

Agregación de enlaces (IEEE 802.3ad). Aumenta el rendimiento del canal al combinar múltiples puertos físicos en uno lógico. El rendimiento máximo según el estándar es de 8 Gbit/s.

Apilado. Cada fabricante tiene su propio diseño de apilamiento, pero en general esta característica se refiere a la combinación virtual de múltiples conmutadores en una unidad lógica. El propósito del apilamiento es obtener una mayor cantidad de puertos de los que es posible con un conmutador físico.

Funciones de interruptor para monitoreo y resolución de problemas

Muchos interruptores detectan una conexión de cable defectuosa, generalmente cuando el dispositivo está encendido, así como el tipo de falla: cable roto, cortocircuito, etc. Por ejemplo, D-Link proporciona indicadores especiales en el caso:

Protección contra el tráfico de virus (Safeguard Engine). La técnica permite aumentar la estabilidad operativa y proteger el procesador central de sobrecargas con tráfico "basura" de programas virales.

Funciones de energía

El ahorro de energía.¿Cómo elegir un interruptor que te ahorre energía? Prestar atencióne por la presencia de funciones de ahorro de energía. Algunos fabricantes, como D-Link, producen interruptores con regulación del consumo de energía. Por ejemplo, un interruptor inteligente monitorea los dispositivos conectados a él, y si alguno de ellos no funciona en ese momento, el puerto correspondiente se pone en "modo de suspensión".

Alimentación a través de Ethernet (PoE, estándar IEEE 802.af). Un interruptor que utiliza esta tecnología puede alimentar dispositivos conectados a él mediante cables de par trenzado.

Protección contra rayos incorporada. Una función muy necesaria, pero debemos recordar que dichos interruptores deben estar conectados a tierra, de lo contrario la protección no funcionará.

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Los principales parámetros técnicos que se pueden utilizar para evaluar un conmutador construido con cualquier arquitectura son la velocidad de filtrado y la velocidad de reenvío.

La velocidad de filtrado determina la cantidad de fotogramas por segundo con los que el conmutador puede realizar las siguientes operaciones:

recibir el marco en su buffer;
encontrar el puerto para la dirección de destino de la trama en la tabla de direcciones;
destrucción de trama (el puerto de destino es el mismo que el puerto de origen).

La velocidad de avance, por analogía con el párrafo anterior, determina el número de fotogramas por segundo que se pueden procesar mediante el siguiente algoritmo:

recibiendo el marco en su buffer,
encontrar el puerto para la dirección de destino de la trama;
transmisión de la trama a la red a través del puerto de destino encontrado (usando la tabla de coincidencia de direcciones).

De forma predeterminada, estos indicadores se consideran medidos en el protocolo Ethernet para tramas de tamaño mínimo (64 bytes de longitud). Dado que el análisis de encabezado ocupa la mayor parte del tiempo, cuanto más cortas sean las tramas transmitidas, más grave será la carga que crean en el procesador y en el bus del conmutador.

Los siguientes parámetros técnicos más importantes del interruptor serán:

rendimiento;
retraso en la transmisión de tramas.
tamaño de la tabla de direcciones interna.
tamaño del buffer(s) de trama;
rendimiento del interruptor;

El rendimiento se mide por la cantidad de datos transmitidos a través de los puertos por unidad de tiempo. Naturalmente, cuanto más larga sea la trama (se adjuntan más datos a un encabezado), mayor debe ser el rendimiento. Por lo tanto, con una velocidad típica de "pasaporte" de 14880 fotogramas por segundo para dichos dispositivos, el rendimiento será de 5,48 Mb/s en paquetes de 64 bytes, y la limitación de la velocidad de transferencia de datos la impondrá el conmutador.

Al mismo tiempo, al transmitir tramas de longitud máxima (1500 bytes), la velocidad de reenvío será de 812 tramas por segundo y el rendimiento será de 9,74 Mb/s. De hecho, el límite de transferencia de datos estará determinado por la velocidad del protocolo Ethernet.

Retardo de transmisión de trama significa el tiempo que transcurre desde que la trama comienza a grabarse en el buffer del puerto de entrada del switch hasta que aparece en su puerto de salida. Podemos decir que este es el tiempo que lleva avanzar un solo cuadro (almacenamiento en búfer, búsqueda de tablas, decidir si filtrar o reenviar y acceder al entorno del puerto de salida).

La cantidad de retraso depende en gran medida de la forma en que se promocionan los fotogramas. Si se utiliza el método de conmutación sobre la marcha, los retrasos son bajos y oscilan entre 10 µs y 40 µs, mientras que con el almacenamiento en búfer completo, entre 50 µs y 200 µs (dependiendo de la longitud del cuadro).

Si el conmutador (o incluso uno de sus puertos) está muy cargado, resulta que incluso con la conmutación sobre la marcha, la mayoría de las tramas entrantes se ven obligadas a almacenarse en búfer. Por tanto, los modelos más complejos y caros tienen la capacidad de cambiar automáticamente el mecanismo de funcionamiento del conmutador (adaptación) en función de la carga y la naturaleza del tráfico.

Tamaño de la tabla de direcciones (tabla CAM). Define el número máximo de direcciones MAC contenidas en la tabla de asignación de puertos y direcciones MAC. En la documentación técnica, generalmente se indica por puerto como el número de direcciones, pero a veces sucede que el tamaño de la memoria para la tabla se indica en kilobytes (una entrada ocupa al menos 8 kB y "reemplazar" el número es muy rentable para un fabricante sin escrúpulos).

Para cada puerto, la tabla de correspondencia CAM puede ser diferente, y cuando está llena, se borra la entrada más antigua y se agrega la nueva a la tabla. Por lo tanto, si se excede el número de direcciones, la red puede continuar funcionando, pero al mismo tiempo el funcionamiento del conmutador se ralentizará considerablemente y los segmentos conectados a él se cargarán con un exceso de tráfico.

Anteriormente existían modelos (por ejemplo, 3com SuperStack II 1000 Desktop) en los que el tamaño de la tabla permitía almacenar una o más direcciones, por lo que había que tener mucho cuidado con el diseño de la red. Sin embargo, ahora incluso los conmutadores de escritorio más baratos tienen una tabla de direcciones de 2 a 3K (y los conmutadores troncales tienen aún más), y este parámetro ha dejado de ser un cuello de botella en la tecnología.

Volumen de búfer. El conmutador lo necesita para almacenar temporalmente tramas de datos en los casos en que no sea posible transmitirlas inmediatamente al puerto de destino. Está claro que el tráfico es desigual; siempre hay ondulaciones que es necesario suavizar. Y cuanto mayor sea el volumen del buffer, mayor será la carga que podrá “asumir”.

Los modelos de conmutadores simples tienen una memoria intermedia de varios cientos de kilobytes por puerto; en los modelos más caros este valor alcanza varios megabytes.

Cambiar el rendimiento. En primer lugar, cabe señalar que un conmutador es un dispositivo multipuerto complejo y es simplemente imposible evaluar su idoneidad para resolver la tarea dada basándose en cada parámetro por separado. Existe una gran cantidad de opciones de tráfico, con diferentes intensidades, tamaños de trama, distribución entre puertos, etc. Todavía no existe una metodología de evaluación general (tráfico de referencia) y se utilizan una variedad de “pruebas corporativas”. Son bastante complejos y en este libro tendremos que limitarnos únicamente a recomendaciones generales.

Un conmutador ideal debería transmitir tramas entre puertos a la misma velocidad a la que las generan los nodos conectados, sin pérdidas y sin introducir retrasos adicionales. Para ello, los elementos internos del conmutador (procesadores de puertos, bus entre módulos, procesador central, etc.) deben hacer frente al procesamiento del tráfico entrante.

Al mismo tiempo, en la práctica existen muchas restricciones bastante objetivas sobre las capacidades de los conmutadores. El caso clásico de múltiples hosts que interactúan intensamente con un único servidor inevitablemente provocará que el rendimiento real se degrade debido a la velocidad fija del protocolo.

Hoy en día, los fabricantes dominan por completo la producción de conmutadores (10/100baseT), incluso los modelos muy baratos tienen suficiente ancho de banda y procesadores bastante rápidos. Los problemas comienzan cuando es necesario aplicar métodos más complejos para limitar la velocidad de los nodos conectados (contrapresión), filtrado y otros protocolos que se analizan a continuación.

En conclusión, hay que decir que el mejor criterio sigue siendo la práctica cuando el conmutador muestra sus capacidades en una red real.

Características adicionales de los interruptores.

Como se mencionó anteriormente, los conmutadores modernos tienen tantas capacidades que la conmutación convencional (que hace diez años parecía un milagro tecnológico) pasa a un segundo plano. De hecho, los modelos que cuestan entre 50 y 5.000 dólares pueden cambiar de marco de forma rápida y relativamente eficiente. La diferencia viene precisamente en términos de capacidades adicionales.

Está claro que los conmutadores gestionados tienen la mayor cantidad de capacidades adicionales. El resto de la descripción resaltará específicamente opciones que normalmente no se pueden implementar correctamente en conmutadores personalizados.

Conexión de interruptores en una pila. Esta opción adicional es una de las más sencillas y utilizadas en grandes redes. Su finalidad es conectar varios dispositivos con un bus común de alta velocidad para incrementar el rendimiento del centro de comunicaciones. En este caso, a veces se pueden utilizar opciones unificadas de control, seguimiento y diagnóstico.

Cabe señalar que no todos los proveedores utilizan la tecnología de conectar conmutadores mediante puertos especiales (apilamiento). En este ámbito son cada vez más habituales las líneas Gigabit Ethernet, o agrupando varios (hasta 8) puertos en un solo canal de comunicación.

Protocolo de árbol de expansión (STP). Para LAN simples, no es difícil mantener la topología Ethernet correcta (estrella jerárquica) durante el funcionamiento. Pero con una infraestructura grande, esto se convierte en un problema grave: el cruce incorrecto (cerrar un segmento en un anillo) puede provocar la interrupción del funcionamiento de toda la red o de parte de ella. Además, encontrar el lugar del accidente puede no ser nada fácil.

Por otro lado, estas conexiones redundantes suelen ser convenientes (muchas redes de transporte de datos se construyen utilizando una arquitectura en anillo) y pueden aumentar considerablemente la confiabilidad, si existe un mecanismo de procesamiento de bucle correcto.

Para solucionar este problema se utiliza el Spanning Tree Protocol (STP), en el que los conmutadores crean automáticamente una configuración activa de enlaces en forma de árbol, encontrándola a través del intercambio de paquetes de servicio (Bridge Protocol Data Unit, BPDU), que se colocan en el campo de datos de una trama Ethernet. Como resultado, los puertos en los que están cerrados los bucles se bloquean, pero pueden activarse automáticamente si se interrumpe el enlace principal.

Por lo tanto, la tecnología STA brinda soporte para conexiones de respaldo en una red de topología compleja y la capacidad de cambiarla automáticamente sin la participación del administrador. Esta característica es más que útil en redes grandes (o distribuidas), pero debido a su complejidad rara vez se usa en conmutadores personalizados.

Formas de controlar el flujo entrante. Como se señaló anteriormente, si el conmutador tiene una carga desigual, simplemente físicamente no podrá pasar el flujo de datos a toda velocidad. Pero simplemente descartar fotogramas adicionales por razones obvias (por ejemplo, romper sesiones TCP) es muy indeseable. Por tanto, es necesario utilizar un mecanismo para limitar la intensidad del tráfico transmitido por el nodo.

Hay dos formas posibles: captura agresiva del medio de transmisión (por ejemplo, es posible que el interruptor no cumpla con los intervalos de tiempo estándar). Pero este método sólo es adecuado para medios de transmisión "generales", que rara vez se utilizan en Ethernet conmutada. El mismo inconveniente tiene el método de contrapresión, en el que se transmiten tramas ficticias al nodo.

Por lo tanto, en la práctica, se demanda la tecnología Advanced Flow Control (descrita en el estándar IEEE 802.3x), cuyo significado es que el conmutador transmite tramas especiales de "pausa" al nodo.

Filtrado de tráfico. A menudo resulta muy útil establecer condiciones de filtrado de tramas adicionales para tramas entrantes o salientes en los puertos del switch. De esta manera, puede restringir el acceso de ciertos grupos de usuarios a ciertos servicios de red utilizando la dirección MAC o la etiqueta de red virtual.

Como regla general, las condiciones de filtrado se escriben en forma de expresiones booleanas formadas utilizando los operadores lógicos Y y O.

El filtrado complejo requiere potencia de procesamiento adicional del conmutador y, si es insuficiente, puede reducir significativamente el rendimiento del dispositivo.

La capacidad de filtrar es muy importante para las redes en las que los usuarios finales son suscriptores "comerciales" cuyo comportamiento no puede regularse mediante medidas administrativas. Dado que pueden realizar acciones destructivas no autorizadas (por ejemplo, falsificar la dirección IP o MAC de su computadora), es aconsejable brindarles un mínimo de oportunidades para ello.

Conmutación de tercer nivel (Capa 3). Debido al rápido crecimiento de las velocidades y al uso generalizado de conmutadores, hoy existe una brecha visible entre las capacidades de conmutación y el enrutamiento clásico utilizando computadoras de uso general. Lo más lógico en esta situación es darle al switch administrado la capacidad de analizar tramas en el tercer nivel (según el modelo OSI de 7 capas). Este enrutamiento simplificado permite aumentar significativamente la velocidad y administrar de manera más flexible el tráfico en una LAN grande.

Sin embargo, en las redes de transporte de datos el uso de conmutadores sigue siendo muy limitado, aunque se puede observar con bastante claridad la tendencia a borrar sus diferencias con los enrutadores en términos de capacidades.

Capacidades de gestión y seguimiento. Amplias funciones adicionales incluyen controles avanzados y convenientes. Anteriormente, los dispositivos simples podían controlarse mediante unos pocos botones a través de un pequeño indicador digital o mediante un puerto de consola. Pero esto ya es cosa del pasado: recientemente se han producido conmutadores con control a través de un puerto 10/100baseT normal utilizando Telnet, un navegador web o mediante el protocolo SNMP. Si los dos primeros métodos son, en general, solo una continuación conveniente. de las configuraciones de inicio habituales, SNMP le permite utilizar el conmutador como una herramienta verdaderamente universal.

Para Ethernet, solo son interesantes sus extensiones: RMON y SMON. RMON-I se describe a continuación, además está RMON-II (que afecta niveles más altos de OSI). Además, en los conmutadores de "nivel medio", por regla general, solo se implementan los grupos RMON 1-4 y 9.

El principio de funcionamiento es el siguiente: los agentes RMON en los conmutadores envían información a un servidor central, donde un software especial (por ejemplo, HP OpenView) procesa la información y la presenta en una forma conveniente para la administración.

Además, el proceso se puede controlar: cambiar la configuración de forma remota puede hacer que el funcionamiento de la red vuelva a la normalidad. Además de la supervisión y la gestión, utilizando SNMP puede crear un sistema de facturación. Si bien esto parece algo exótico, ya existen ejemplos del uso real de este mecanismo.

El estándar RMON-I MIB describe 9 grupos de objetos:

Estadísticas: datos estadísticos acumulados actuales sobre las características de los fotogramas, número de colisiones, fotogramas erróneos (con detalles por tipos de errores), etc.
Historial: datos estadísticos guardados en ciertos intervalos para el análisis posterior de las tendencias en sus cambios.
Alarmas: valores umbral de indicadores estadísticos; cuando se exceden, el agente RMON genera un evento específico. La implementación de este grupo requiere la implementación del grupo Eventos - eventos.
Host: datos sobre los hosts de la red descubiertos como resultado del análisis de las direcciones MAC de las tramas que circulan en la red.
Host TopN: una tabla de N hosts de red que tienen los valores más altos de los parámetros estadísticos especificados.
Matriz de tráfico: estadísticas sobre la intensidad del tráfico entre cada par de hosts de red, organizadas en forma de matriz.
Filtro: condiciones de filtrado de paquetes; Los paquetes que satisfacen una condición determinada pueden capturarse o generar eventos.
Captura de paquetes: un grupo de paquetes capturados utilizando condiciones de filtrado específicas.
Evento: condiciones para registrar eventos y notificar sobre eventos.

Una discusión más detallada de las capacidades de SNMP requeriría al menos tanto espacio como este libro, por lo que es apropiado centrarse en esta descripción muy general de esta compleja pero poderosa herramienta.

Redes virtuales (Red de área local virtual, VLAN). Esta es quizás la característica más importante (especialmente para redes domésticas) y más utilizada de los conmutadores modernos. Cabe señalar que existen varias formas fundamentalmente diferentes de construir redes virtuales mediante conmutadores. Debido a su gran importancia para el aprovisionamiento de Ethernet, su descripción detallada de la tecnología se realizará en uno de los siguientes capítulos.

El significado breve es utilizar conmutadores (nivel 2 del modelo OSI) para crear varias redes virtuales (independientes entre sí) en una LAN Ethernet física, lo que permite al enrutador central administrar puertos (o grupos de puertos) en conmutadores remotos. Esto es lo que realmente hace que VLAN sea un medio muy conveniente para proporcionar servicios de transmisión de datos (proporcionar).

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