4.4.3.2. Коммутация Interium Cut-Through

Коммутация Interim Cut-Through (ICS — от Interim Cut-through Switch­ing) является просто улучшением базового метода коммутации Cut-Through. При использовании метода ICS ретрансляция карликовых кадров подавляется, пропускаются лишь кадры, имеющие длину не менее 512 битов (64 байта). Поскольку длина карликовых кадров не превышает 512 битов, они всегда отфильтровываются.

Для достижения этого коммутатор ICS помещает по крайней мере 512 битов кадра в специальный FIFO-буфер (FirstInFirstOut— первым пришел, первым уходишь). Если кадр заканчивается прежде чем его длина достигнет 512 битов, то содержимое буфера (карлик) просто отбрасывается (рис. 4.18.). Такое решение проблемы ретрансляции карликов, возникающей в базовых коммутаторахCut-Through, весьма элегантно, поэтому почти все современные коммутаторы используют метод ICS, а не базовый методCut-Through.

Первый недостаток метода ICS состоит в том, что время ожидания ретрансляции превышает 512 ВТ. В действительности эта проблема не такая уж и серьезная. В начале эпохи коммутаторов малое время ожидания ретрансляции рассматривалось как одна из самых важных характеристик производительности коммутатора Ethernet. Поскольку концентраторы харак­теризуются очень малой задержкой распространения начала пакета, то был сделан вывод, что переключатели должны иметь очень маленькое время ожидания ретрансляции, иначе пострадает производительность сети.

Рис. 4.18. Входные FIFO-буферы.

Этот вывод оказался неверным. Время ретрансляции концентратора или коммутатора оказывает незначительное влияние на общую производитель­ность сети даже в случае приложений мультимедиа, которые обычно требуют небольшого времени ожидания. Даже время ожидания, превышающее 512 ВТ, очень невелико по сравнению со временем ожидания, вызванным задержкой передачи и восстановлением после коллизии.

Хотя коммутатор ICS и не пропускает карликов, но некоторые ошибоч­ные кадры все же проходят. Избежать этого невозможно, так как коммутатор ICS принимает решение о ретрансляции и начинает ретранслировать кадр до того, как получает возможность обнаружить ошибку в кадре.

Коммутация по методу ICS часто называют runt-free cut-through (свободным от карликов сквозным вырезанием) или modified cut-through(модифицированным сквозным вырезанием). Некоторые продавцы называют используемые для этой цели коммутаторы еще более замысловато, поэтому не всегда понятно, что речь идет о коммутаторе, поддер­живающем именно метод ICS.

4.4.3.3. Коммутация Store-and-Forward

Метод коммутации SAF(StoreAndForward— накопление и ретранс­ляция) сильно отличается от обоих рассмотренных. КоммутаторыStore-and-Forwardбольше похожи на традиционный мост: они ретранслируют кадр в полном объеме, предварительно поместив его в буфер.

Такой подход решает все проблемы рассмотренных ранее методов комму­тации, поскольку карлики и ошибочные кадры никогдане ретранслиру­ются. Коммутаторы SAF имеют еще одно большое преимущество: перегрузить их не так легко, как рассмотренные коммутаторы, потому что кадры буферизуются.

Недостаток данного метода по сравнению с рассмотренными состоит в намного большем времени ретрансляции, которое обычно пропорционально размеру кадра, однако иногда может значительно превышать время передачи кадра максимально допустимого размера, равное 12144 ВТ. Перед ретранс­ляцией кадр должен быть помещен в буфер, что требует времени. Более старые коммутаторы SAF отличаются значительным временем ожидания ретрансляции, одинаковым для всех пакетов. В большинстве же современных коммутаторов время принятия решения на ретрансляцию или фильтрацию не зависит от размера кадра. Как отмечайтесь ранее, фактор времени ожида­ния ретрансляции в коммутаторе обычно не ограничивает производитель­ности сети.

По сравнению с коммутаторами ICT коммутаторы SAF обычно имеют больший объем буферного пространства для помещения кадров. Причем чем объемнее буфер, тем лучше коммутатор справляется с перегрузкой. Обратная сторона медали: большее буферное пространство стоит больших денег.

При проектировании коммутаторов разработчик должен выбрать место размещения буферной памяти. Вообще то буферная память либо располага­ется во входных или выходных портах, либо является общей для всех портов.

Размещение буферной памяти во входных портах предполагает, что кадры будут буферизоваться там, где они появляются. Кадр не будет убран из входного буфера до тех пор, пока коммутатор не примет решения о его ретрансляции или фильтрации. Входная буферизация очень эффективна и является одним из самых интересных решений при проектировании комму­таторов.

Размещение буферной памяти в выходных портах предполагает, что кадры будут буферизоваться перед ретрансляцией через выходной порт. В этом случае в выходной буфер помещаются только те кадры, которые нуждаются в ретрансляции. Коммутаторы с выходными буферами фильт­руют кадры до того, как помещать их туда. Чтобы дать коммутатору время проверить кадр и принять решение о ретрансляции или фильтрации, необ­ходимо дополнительное количество входных буферов.

Некоторые коммутаторы имеют одно большое буферное пространство, используемое всеми портами. Это очень похоже на применение обычного моста: кадры помещаются в общий буфер, а коммутатор принимает решение о ретрансляции или фильтрации. Если кадр нужно отфильтровать, то буфер освобождается для нового кадра: если кадр необходимо ретрансли­ровать. то он передается на соответствующий выходной порт. существенное различие между коммутатором с общей буферной памятью и мостом состоит в том, что поток кадров в первом случае контролирует не централь­ный процессор, а микросхема ASIC, а общая полоса пропускания между совместной памятью и портами чрезвычайно велика.

Описанные методы буферизации кадров часто применяются в различных комбинациях. Разработчики весьма изобретательно изыскивают способы эффективного использования всех трех методов. Целью проектирования является минимизировать требуемое количество памяти, эффективно ее использовать и максимизировать возможности коммутатора по борьбе с перегрузкой. В сети с коммутаторами, схема которой представлена на рис. 4.19., используется четырехпортовый коммутатор с общей памятью.

Рис. 4.19. Схема сети со многими получателями.

Если узел А передает два кадра (один для узла С, а другой для узла G), то они оба окажутся в общей памяти коммутатора. Тем не менее первый пакет нельзя немедленно направить в сегмент 2 (для узла С), потому что сегмент 2 занят передачей данных между узлами С иD, и порт 2 должен ожидать конца передачи. Это обстоятельство не мешает передать второй кадр от узла А сегменту 4 для узла G, даже несмотря на то, что он получен коммутатором позже первого.

Коммутатор не обязан поддерживать принцип FIFOдля всех кадров, но он должен убедиться, что кадры, передаваемые между двумя узлами, покидают его в порядке поступления. Коммутаторы может пропустить кадр 2 раньше кадра 1 (рис. 4.19.), потому что они направлены разным узлам. Если третий кадр передается от узла А узлу С, то коммутатор должен обеспечить его ретрансляцию после передачи кадра 1.