Как вы узнали в предыдущем разделе, коммутаторы используют таблицы MAC-адресов, чтобы определить, какой порт следует использовать для пересылки кадров. В коммутаторах Cisco существует два метода переадресации кадров, и есть веские причины использовать один вместо другого, в зависимости от ситуации.

Коммутаторы используют один из двух способов пересылки для коммутации данных между сетевыми портами:

• Коммутация с промежуточным хранением - В этом методе пересылки кадров коммутатор получает кадр целиком и вычисляет циклический избыточный кода (CRC). CRC использует математическую формулу, основанную на количестве бит (единиц) в кадре, что позволяет определить наличие ошибок в полученном кадре. Если значение CRC допустимо, коммутатор ищет адрес назначения, который определяет выходной интерфейс. Затем кадр перенаправляется к правильному порту.
• Коммутация со сквозной пересылкой - В этом режиме коммутатор пересылает данный кадр до его полного получения. Рекомендуется указать адрес назначения кадра в начале, прежде чем кадр может быть переадресован.

Большим преимуществом коммутации с промежуточным хранением является то, что она определяет, есть ли у кадра ошибки перед передачей кадра. Если же в кадре обнаружена ошибка, коммутатор отклонит его. Отклонение кадров с ошибками позволяет уменьшить ширину полосы пропускания, потребляемую поврежденными данными. Коммутация с промежуточным хранением необходима для анализа качества обслуживания (QoS) в конвергентных сетях, в которых требуется классификация кадра для назначения приоритетов проходящего трафика. Например, при передаче речи по IP потоки данных должны иметь больший приоритет, чем трафик, используемый для просмотра веб-страниц.

Нажмите Воспроизвести для просмотра работы коммутации с промежуточным хранением.

При использовании сквозной коммутации коммутатор обрабатывает данные по мере их поступления даже в том случае, если передача еще не завершена. Коммутатор добавляет в буфер только ту часть кадра, которая требуется для чтения MAC-адреса назначения, чтобы он смог определить, на какой порт пересылать данные. MAC-адрес назначения указан в первых 6 байтах кадра после преамбулы. Коммутатор ищет MAC-адрес назначения в своей таблице коммутации, определяет порт исходящего интерфейса и направляет кадр на узел назначения через определенный порт коммутатора. Коммутатор не проверяет кадр на наличие каких-либо ошибок.

Воспроизведите анимацию, демонстрирующий принцип сквозной коммутации.

Существуют два варианта сквозной коммутации.

• Коммутация с быстрой пересылкой. Коммутация с быстрой пересылкой обеспечивает наименьший уровень задержки. При такой коммутации пакет пересылается сразу же после чтения адреса назначения. Поскольку при коммутации с быстрой пересылкой (fast-forward) передача начинается до того, как будет получен весь пакет, могут быть моменты, когда пакеты ретранслируются с ошибками. Это происходит редко, а сетевой адаптер назначения отклоняет пакет с ошибками после его получения. В режиме быстрой пересылки задержка измеряется с момента получения первого бита до передачи первого бита. Коммутация с быстрой пересылкой является типичным способом сквозной коммутации.
• Коммутация с исключением фрагментов. При коммутации с исключением фрагментов коммутатор сохраняет первые 64 байта кадра перед его отправкой. Коммутацию с исключением фрагментов можно рассматривать как компромиссный вариант между коммутацией с промежуточным хранением и коммутацией с быстрой пересылкой. Причина, по которой при коммутации с исключением фрагментов сохраняются только первые 64 байта кадра, заключается в том, что большинство сетевых ошибок и коллизий происходит именно в первых 64 байтах. Коммутация с исключением фрагментов позволяет повысить эффективность коммутации с быстрой пересылкой благодаря выполнению небольшой проверки ошибок в первых 64 байтах кадра, чтобы перед пересылкой кадра убедиться в отсутствии коллизии. Коммутация с исключением фрагментов представляет собой компромисс между большой задержкой с высокой целостностью (коммутация с промежуточным хранением) и малой задержкой с меньшей целостностью (коммутация с быстрой пересылкой).

Некоторые коммутаторы настроены на использование сквозной коммутации для каждого порта до тех пор, пока не будет достигнуто указанное пользователем предельное количество ошибок, после чего автоматически устанавливается коммутация с промежуточным хранением. После того, как частота повторения ошибок снизится до установленного предельного значения, порт автоматически переключится на использование сквозной коммутации.

Коммутатор Ethernet может использовать метод буферизации для хранения кадров до их пересылки. Буферизация также может использоваться, когда порт назначения занят из-за перегрузки. Коммутатор сохраняет кадр до тех пор, пока он не будет передан.

Как показано в таблице, существуют два метода буферизации памяти: буферизация на базе портов и буферизация совместно используемой памяти.

Memory Buffering Methods

Буферизация общей памяти также приводит к возможности хранения больших кадров с потенциально меньшим количеством отброшенных кадров. Это важно при асимметричной коммутации, которая обеспечивает различную скорость передачи данных на разных портах, например при подключении сервера к порту коммутатора 10 Гбит/с и ПК к портам 1 Гбит/с.

К двум базовым параметрам коммутатора относятся пропускная способность и дуплексный режим, которые задаются для каждого отдельного порта коммутатора. Важно, чтобы настройки дуплексного режима и пропускной способности порта коммутатора и подключенных устройств, таких как компьютер или другой коммутатор, совпадали.

Для обмена данными в сетях Ethernet используются два типа настроек дуплексного режима.

• Полнодуплексный режим : одновременная отправка и получение данных в обе стороны.
• Полудуплексный режим : отправка данных только одной стороной.

Автоопределение — это дополнительная функция, которой оснащено большинство коммутаторов и сетевых плат Ethernet. Автоопределение позволяет двум устройствам автоматически обмениваться информацией о скорости и возможностях дуплексного режима. Если оба устройства поддерживают полнодуплексный режим, для работы выбирается этот режим вместе с максимальной пропускной способностью, общей для двух устройств.

Например, сетевая плата Ethernet компьютера PC-A, показанная на рисунке, может работать в полнодуплексном или полудуплексном режиме на скорости 10 или 100 Мбит/с.

Примечание: В большинстве коммутаторов и сетевых плат Ethernet компании Cisco используется автоопределение скорости и настроек дуплексного режима. Порты Gigabit Ethernet работают только в полнодуплексном режиме.

Несоответствие дуплексных режимов является наиболее распространенной причиной снижения производительности каналов Ethernet. Это происходит, когда один порт канала работает в полудуплексном режиме, а другой — в полнодуплексном.

Это происходит при сбросе одного или обоих портов канала, в результате чего автоопределение не приводит к одинаковой конфигурации обоих устройств связи. Это также может произойти тогда, когда пользователи меняют конфигурацию на одной стороне канала и забывают про другую. Автоопределение должно быть включено либо отключено на обеих сторонах канала. Рекомендуется настроить оба порта коммутатора Ethernet в полнодуплексный режим.

Для соединения устройств когда-то требовалось использование либо перекрестного, либо прямого кабеля. Тип необходимого кабеля зависит от типа соединяемых устройств.

Например, на рисунке указан правильный тип кабеля, необходимый для соединения устройств коммутатор-коммутатор, коммутатор-маршрутизатор, коммутатор-хост или маршрутизатор-хост. Перекрестный кабель используется при подключении подобных устройств, а прямой кабель используется для подключения непохожих устройств.

Примечание: Прямое соединение между маршрутизатором и узлом требует перекрестного подключения.

Теперь большинство устройств поддерживают функцию автоматического определения перекрещивания пар на зависящем от среды передачи интерфейсе (Auto-MDIX). Если функция Auto-MDIX включена, коммутатор определяет необходимый тип кабеля, подключенного к порту, и настраивает интерфейс соответствующим образом. Таким образом, для подключения к медным портам 10/100/1000 Мбит/с на коммутаторе можно использовать либо перекрестный, либо прямой кабель независимо от типа устройства на другом конце соединения.

Функция Auto-MDIX включена по умолчанию на коммутаторах с операционной системой Cisco IOS 12.2 (18) SE или более поздней версии. Однако эта функция может быть отключена. По этой причине всегда следует использовать правильный тип кабеля и не полагаться на функцию Auto-MDIX. Функция Auto-MDIX может быть повторно включена с помощью команды конфигурации интерфейса mdix auto.