Благодаря восстановлению формы и усилению электрических сигналов повторителем появляется возможность, расширения сетей созданных на основе коаксиального кабеля и увеличения общего числа пользователей сети.

Мосты и маршрутизаторы

   Благодаря применению повторителей наибольшая протяжённость сети может составлять 2500 метров. А для того чтобы пересечь и этот рубеж, уже необходимы другие устройства, так называемые мосты (bridge). Очень во многом мосты отличны от повторителей Принципиальная разница в том, что повторители передают весь пакет, а мосты только те, что нужно. При отсутствии необходимости передачи пакета в другой сегмент, он фильтруется.Так же для мостов применяются многочисленные алгоритмы транспортировки и отсеивания пакетов, самое малое требование это сортировка пакетов по адресу пользователя.

   Следующим принципиальным различием между мостами и повторителями является, то, что сегменты, подключенные к повторителю, создают единую разделяемую среду, а сегменты, подключенные к каждому порту моста, формируют свою среду с полосой 10 Mbps. Используя мост, пользователи одного сегмента разделяют полосу, а при использовании разных сегментов применяются независимые среды. Таким образом, мост создаёт преимущества с точки зрения расширения сети и обеспечения большей полосы для каждого пользователя.

   Изначально в сетях Ethernet применялась шинная топология на базе коаксиального кабеля, а для расширения сетей применяли 2-х портовые повторители и мосты. Широкое распространение сетей на основе кабеля со скрученными парами проводников (витая пара) началось в конце 80-х годов. Стала очень популярной новая технология 10Base-T, в итоге приведшая к изменению технологии сетей от шинной магистрали к появлению сетей типа «звезда». Кардинально изменились и требования к повторителям и мостам для таких сетей. В сравнении с простыми двухпортовыми устройствами для сетей с шинной технологией – эти современные мосты и повторители являют собой сложные многопортовые устройства. Мосты дают возможность разбивать сети на меньшие части, где общую среду составляет малое количество пользователей.

   Аналогично мостам, маршрутизаторы тоже дают возможность сегментировать сети Ethernet. Серьёзное различие между мостами и маршрутизатарами в том, что, маршрутизаторы фильтруют и пересылают сетевой трафик на основе алгоритмов и правил, принципиально различными от используемых мостами. Стоимость многопортовых мостов и маршрутизаторов примерно около$1,000 за порт и этот способ сегментирования сетей более дорог.

Переключение портов

   Современные модульные концентраторы (повторители) дают возможность создавать несколько сегментов, каждый из которых предоставляет пользователям отдельную разделяемую полосу 10 Mbps. Отдельные концентраторы позволяют переключение портов – это возможность программным путём разделять порты устройства на независимые сегменты. Например, концентратор позволяет содержать три различных сегмента Ethernet, создаваемые внутренними средствами хаба. Смена портов обеспечивает администратору сети высокую гибкость организации сегментов, позволяя переносить порты из одного сегмента в другой при помощи программ. Такая возможность в большой степени полезна для снижения расходов связанных с аналогичными операциями и распределения нагрузки между сегментами Ethernet. Переключение портов статическое связывание портов с различными сегментами Ethernet - сильно отличается от описанной ниже коммутации Ethernet.

Атрибуты коммутаторов Ethernet

   Аналогично мостам и маршрутизаторам коммутаторы Ethernet имеют возможность сегментировать сети Ethernet. Как и многопортовые мосты коммутаторы передают пакеты между портами на основе адреса получателя, включенного в каждый пакет. Реализация коммутаторов как правило отличается от мостов в части способа возможности осуществления организации одновременных соединений между любыми парами портов устройства, что на много расширяет пропускную способность сети. Сверх этого мосты согласно стандарту IEEE 802.1d должны получить пакет целиком перед тем, как он будет отправлен адресату, коммутаторы же могут приступить к передачи пакета, не приняв его полностью.

Виртуальные соединения

   Функции коммутатора Ethernet заключаются в поддержке внутренней таблицы, связывающей порты с адресами подключенных к ним устройств (таблица1). Можно задать автоматическое создание данной таблицы средствам коммутатора, или администратор сети может создать её самостоятельно.

   Применяя таблицу адресов и находящийся в пакете адрес получателя, коммутатор создаёт виртуальное соединение порта отправителя с портом получателя и передаёт пакет через это соединение. Как показано на рисунке 4 узел A посылает пакет узлу D. Определив адрес получателя в своей внутренней таблице, коммутатор передает пакет в порт 4.

   Для каждого пакета виртуальное соединение организуется заново на основе содержащегося в этом пакете адреса получателя, т.е. виртуальное соединение между портами коммутатора сохраняется в течение передачи одного пакета.

   В связи с тем, что пакет высылается исключительно в тот порт, к которому подключен пользователь, остальные адресаты (в нашем примере - B и C) не получат этот пакет. Этим способом, коммутаторы обеспечивают безопасность, недоступную для обычных повторителей Ethernet (см. раздел "Сравнение сетевых устройств").

Одновременные соединения

   Для каждого виртуального соединения в коммутаторах Ethernet выделяется вся полоса канала, следовательно, передача данных между любыми парами портов происходит независимо. Как видно на примере (рисунок 5), коммутатор 10 Mbps осуществляет передачу пакета из A в D и из порта B в порт C с полосой 10 Mbps для каждого соединения.

   В связи с тем, что для каждого соединения предоставляется полоса Mbps, общая пропускная способность коммутатора в данном примере составляет 20 Mbps. В случае, когда пакеты передаются между большим количеством пар портов, интегральная полоса соответственно расширяется. В качестве примера, 24 портовый коммутатор Ethernet способен предоставить интегральную пропускную способность до 120 Mbps при совмесной организации 12 соединений с полосой 10 Mbps для каждого из них. Теоретически, рост интегральной полосы коммутатора пропорционален числу портов. Хотя, реально скорость передачи пакетов, измеренная в Mbps, менее суммарной полосы пар портов за счет так называемой внутренней блокировки. Для высококлассных коммутаторов блокировка крайне ничтожно снижает интегральную полосу устройства.

   При условии организации одновременных соединений между всеми парами портов коммутатор Ethernet 10 Mbps может обеспечить высокую пропускную способность. Опять же, в реальной обстановке трафик, как правило, являет собой ситуацию "один ко многим" (к примеру, множество пользователей сети обращается к ресурсам одного сервера). В таких случаях коммутатор не обеспечит существенного преимущества по сравнению с обычным концентратором (повторителем), ведь пропускная способность коммутатора в нашем примере не будет превышать 10 Mbps.

   На рисунке 6 три узла A, B и D передают данные узлу C. Пока не завершится передача пакета из узла D, до тех пор, коммутатор сохраняет пакеты от узлов A и B в своей памяти. По окончанию передачи пакета коммутатор начинает поставлять содержимое памяти (пакеты) от узлов A и B. В нашем примере пропускная способность коммутатора определяется полосой канала C (в данном случае 10 Mbps). Представленная в приведённом примере ситуация является другой формой блокировки.

Производительность коммутатора

   Производительность коммутатора является другим важным параметром. Для её характеристики применяются несколько параметров:

скорость передачи между портами
общая пропускная способность
задержка

Скорость передачи между портами

   При полосе 10 Mbps Ethernet может передавать 14880 пакетов в секунду (PPS) для пакетов минимального размера (64 байта). Данный параметр объясняется свойствами среды. Коммутатор, способный обеспечить скорость 14880 PPS между портами, целиком реализует возможности среды. Полоса пропускания среды - это очень важный параметр, так как коммутатор, организующий передачу пакетов с данной скоростью, полностью использует возможности среды, предоставляя возможность адресату использовать максимальную полосу.

Общая пропускная способность

   Общая пропускная способность, измеренная в Mbps или PPS, характеризует максимальную скорость, с которой пакеты могут транслироваться через коммутатор пользователям. В коммутаторах, все порты которых имеют полосу 10 Mbps суммарная пропускная способность аналогична скорости порта, умноженной на количество виртуальных соединений, которые в состоянии работать одновременно (количество портов коммутатора, делёное на два). Коммутатор, способный обеспечивать предельную скорость передачи не оснащён внутренней блокировкой.

Задержка

   Задержка - это временной интервал между получением пакета от отправителя и передачей его получателю. Задержку, как правило, измеряют относительно первого бита пакета.

   После того, как будет определен адресат, коммутаторы Ethernet могут обеспечивать очень низкую задержку. Передачу можно начать до того, как пакет будет полностью принят от отправителя, так как адрес получателя размещается в начале пакета. Этот метод обеспечивает минимальную задержку и называется коммутацией на лету (cut-through) а Малая задержка важна, поскольку производительность коммутатора связана непосредственно с ней. И все же метод коммутации на лету не производит проверку пакетов на предмет ошибок.

   При данном методе передачи коммутатор передает все пакеты (даже те, которые содержат ошибки). Предположим, при обнаружении коллизии после начала передачи пакета (адрес уже получен) данный фрагмент все равно будет передан адресату. Передача данных фрагментов занимает часть полосы канала и понижает суммарную производительность коммутатора.

   Коммутацию на лету использовать вообще невозможно при передаче пакетов из низкоскоростного порта в высокоскоростной (например, из порта 10 Mbps в порт 100 Mbps). В связи с тем, что порт-приемник имеет большую скорость, нежели передатчик, при использовании коммутации на лету неминуемо возникнут ошибки. При установке виртуального соединения между портами с разной скоростью необходима буферизация пакетов.

   Малая задержка увеличивает производительность сетей, в которых данные посылаются в виде последовательности отдельных пакетов, каждый из которых содержит адрес получателя. В сетях, где пакеты посылаются в виде последовательности пакетов с организацией виртуального канала, малая задержка практически не несёт нагрузки на производительность.