Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Рис. 4.18. Коммутатор Ethernet

Внутри же коммутатора происходит нечто совсем иное. Коммутаторы отдают кадры только на те порты, для которых эти кадры предназначены. Когда на порт коммутатора приходит кадр Ethernet со станции, коммутатор проверяет адреса Ethernet и узнает, на какой порт этот кадр нужно отдать. Для данного шага требуется, чтобы коммутатор умел сопоставлять номера портов и адреса; этот процесс мы обсудим далее, когда будем рассматривать подключение нескольких коммутаторов друг к другу. Пока что предположим, что коммутатор знает порт получателя кадра. Он пересылает кадр по своей высокоскоростной плате на порт получателя. Скорость платы составляет несколько гигабит в секунду; а используемый протокол стандартизировать не требуется, так как никуда за пределы коммутатора он не выходит. Порт получателя затем отправляет кадр станции назначения по соединяющему их проводу. Другие порты об этом кадре даже не подразумевают.

Что произойдет, если две машины или два порта одновременно станут передавать кадры? И снова поведение коммутаторов отличается от концентраторов. Внутри концентратора все станции находятся в одном и том же пространстве столкновений ( collision domain). Для планирования пересылки кадров им необходимо применять алгоритм CSMA/CD. У коммутатора каждый порт находится в своем пространстве столкновений. В распространенном случае, когда передача по кабелю осуществляется в дуплексном режиме, и станция, и порт могут одновременно посылать кадры, не беспокоясь о других станциях и портах. Столкновения невозможны, и CSMA/CD не требуется. Однако если кабель полудуплексный, то станция и порт должны договариваться о передачи, применяя CSMA/CD обычным способом.

Что касается производительности, у коммутатора два преимущества перед концентратором. Во-первых, поскольку коллизии отсутствуют, емкость расходуется более эффективно. Во-вторых, и это очень важно, благодаря коммутатору разные станции могут посылать свои кадры одновременно. Эти кадры достигнут портов коммутатора и перейдут по внутренней плате устройства на правильные выходные порты. Однако так как на один выходной порт может быть одновременно отправлено два кадра, внутри коммутатора должен быть реализован буфер для временного хранения входных кадров, если моментальная доставка на выходной порт невозможна. В целом, эти усовершенствования дают большой выигрыш в производительности, который с концентратором невозможен. Общую производительность системы можно увеличить на порядок, в зависимости от числа портов и схем пересылки трафика.

Изменения в технологии портов, на которые пересылаются кадры, также дают преимущества, связанные с безопасностью. Большинство интерфейсов локальных сетей (сетевых адаптеров) работают в « неразборчивом режиме» ( promiscuous mode), когда все кадры передаются на все компьютеры, а не только адресату. Если применяется концентратор, то каждый подключенный к нему компьютер может видеть трафик, пересылаемый между всеми остальными компьютерами. Шпионы и сплетники очень любят эту особенность. Коммутатор передает трафик только на порты адресатов. Такое ограничение обеспечивает лучшую изоляцию: трафик не «сбегает» и не попадает в нечистые руки. Однако если вопрос безопасности стоит в вашей организации очень серьезно, в дополнение к этому лучше шифровать трафик.

Так как коммутатор ожидает на каждом входном порту кадры Ethernet, можно использовать некоторые из этих портов в качестве концентраторов. На рис. 4.18 порт в правом верхнем углу соединен не с одной станцией, а с 12-портовым концентратором. Прибывая в концентратор, кадры состязаются самым обычным образом, включая столкновения и двоичную выдержку. Удачливые кадры попадают в коммутатор через концентратор и подвергаются там той же процедуре, что и все остальные входящие кадры. Коммутатор не знает о том, что им пришлось с боем прорываться к нему. Оказавшись в коммутаторе, они перенаправляются на нужные выходные линии через высокоскоростную объединяющую плату. Также возможно, что адресатом была одна из линий, подключенных к концентратору; это означает, что кадр уже был доставлен, так что коммутатор просто удаляет его. Концентраторы проще и дешевле коммутаторов, но из-за стремительного удешевления последних они находятся под угрозой исчезновения. В современных сетях в основном применяется коммутируемый Ethernet. Тем не менее все еще существуют действующие концентраторы.