Коммутаторы для офиса и дома

Как известно, есть отдельный класс сетевого оборудования, которое ориентировано на так называемый "сегмент рынка SOHO" (Small Office and Home Office - малый и домашний офисы). Тестированию неуправляемых SOHO-коммутаторов для сетей Fast Ethernet и посвящена эта статья.

Основой современных сетей (Fast Ethernet или Gigabit Ethernet) являются коммутаторы. Во многом именно от этого устройства зависит скорость, надежность и качество работы компьютерной сети.

Принцип работы коммутатора заключается в следующем. На основе МАС-адреса получателя, включенного в каждый пакет, коммутатор выясняет, для кого предназначен полученный им пакет и передает его на тот порт, за которым находится получатель. Этим коммутатор выгодно отличается от концентратора, передающего полученный пакет на все порты.

В коммутаторах существует возможность организации одновременных соединений между любыми парами портов устройства. При этом пары портов (отправитель-адресат) образуют независимые виртуальные каналы. Коммутатор является обучающимся устройством и удерживает в памяти таблицу соответствий между номером порта и МАС-адресом подключенного к нему устройства.

Эти таблицы могут быть статическими и динамическими. Статическая таблица заполняется администратором вручную (только для управляемых коммутаторов). Динамическая заполняется коммутатором в процессе самообучения.

В коммутаторах применяется несколько методов коммутации, которые требуют более детального рассмотрения.

Коммутация с промежуточной буферизацией (Store-and-forward)

При использовании этого метода коммутатор должен принять пакет полностью, прежде чем он будет направлен в другой порт. Пакет записывается в буфер коммутатора. Вычисляется контрольная сумма для принятых пакетов, и при обнаружении несоответствия значений пакет отбрасывается как ошибочный. Кроме того, отбрасываются пакеты некорректных размеров (меньше 64 байтов и больше 1518 байтов). Заметим также, что этот метод позволяет создавать коммутаторы, интерфейсы которых могут работать с различными скоростями (например, 10 и 100 Мбит/с).

Коммутация "на лету" (On-the-fly) или "сквозная пересылка" (Cut-through)

Во время коммутации "на лету" передача пакета в выходной порт начинается практически сразу после начала приема. Передача пакета в выходной порт начинается после получения заголовка пакета и прочтения МАС-адреса получателя, по которому определяется необходимый порт в соответствии с таблицей МАС-адресов. Таким образом, не тратится время на запись пакета в буфер, проверку контрольной суммы и размера пакета. К недостаткам таких коммутаторов, помимо отсутствия механизма определения ошибочных пакетов, относится невозможность поддержки интерфейсов, работающих с различными скоростями.

Бесфрагментная коммутация (Fragment-Free)

Этот метод является улучшенным вариантом коммутации "на лету". Основное отличие заключается в том, что при бесфрагментной коммутации передача пакета на выходной порт начинается лишь после приема первых 64 байтов пакета. В результате анализа этих 64 байтов можно обнаружить большинство ошибочных пакетов. Коммутаторы такого типа также не позволяют использовать в одном устройстве интерфейсы, работающие с различными скоростями.

Гибридная коммутация (Hybrid)

Некоторые коммутаторы способны поддерживать два или три метода коммутации. Для определения метода применительно к отдельно взятому пакету используются различные алгоритмы. Коммутаторы этого типа позволяют воспользоваться преимуществами любого из перечисленных методов.

В нашей тестовой лаборатории были собраны простейшие неуправляемые коммутаторы разных производителей для сетей Fast Ethernet, которые следует рассмотреть подробнее.

3Com OfficeConnect Dual Speed Switch 16 Plus (3C16792)

Семейство продуктов OfficeConnect обеспечивает полный набор сетевых решений для малого бизнеса. В его состав входит такое оборудование, как коммутаторы, маршрутизаторы, принт-серверы, сетевые адаптеры.

Коммутатор 3Com можно монтировать в специальную настольную стойку совместно с другими устройствами серии OfficeConnect

3Com OfficeConnect Dual Speed Switch 16 Plus - это 16-портовый неуправляемый коммутатор для сетей 10/100 Мбит/с. Устройство заключено в пластиковый корпус, допускающий настенное крепление или установку коммутатора в специальную настольную стойку совместно с другими устройствами серии OfficeConnect. На передней панели расположены информационные индикаторы: индикатор питания, индикаторы скорости соединения и активности по каждому порту (зеленый - 100 Мбит/с, желтый - 10 Мбит/с, мерцание - прием/передача), индикаторы режима передачи по каждому порту (включен - дуплексный режим, выключен - полудуплексный). Порты для подключения устройств и разъем питания расположены на задней панели. Все порты поддерживают автоматическое определение скорости. Коммутатор имеет дополнительные функциональные возможности - прио-ритезация трафика и поддержка автоматического выбора режима MDI/MDI-Хдля каждого порта.

Allied Telesyn Unmanaged Fast Ethernet Switch (AT-FS708)

На модель AT-FS708 распространяется пожизненная гарантия

8-портовый коммутатор AT-FS708 имеет металлический корпус и оснащен встроенным блоком питания. Устройство подходит для настольных систем, а также может быть вмонтировано в 19-дюймовую стойку. Информационные индикаторы и порты для подключения устройств расположены на передней панели. С каждым портом соотносится три индикатора: LINK/ACT - подключение/активность порта; скорость соединения - 100 Мбит/с или 10 Мбит/с; FULL/COL - дуплексный или полудуплексный режим и обнаружение коллизий. Коммутатор способен автоматически распознавать скорость и дуплексные режимы подключенных устройств. Для соединения с другими коммутаторами есть отдельный порт, использовать который можно только в том случае, когда свободен восьмой порт коммутатора.

D-Link 8-Port 10/100 Mbps Switch (DES-1008D)

Устройство DES-1008D отличается стильным корпусом

8-портовый коммутатор D-Link DES-1008D отличается оригинальным пластиковым корпусом и имеет внешний блок питания. Допускается как традиционная настольная установка коммутатора, так и его крепление на стену.

На передней панели устройства расположены два ряда светодиодных индикаторов. Каждому порту коммутатора соответствует по два многофункциональных индикатора. Первый индикатор отражает скорость, на которой работает соответствующий сегмент сети, наличие подключения и активность порта. Второй информирует о режиме работы (дуплексный или полудуплексный), а также о наличии коллизий. На задней панели коммутатора расположены восемь портов для подключения устройств. Все порты коммутатора поддерживают функции автоматического определения скорости подключения и автоматического выбора режима MDI/MDI-X.

LG10/100 Mbps Ethernet Palm-sized Switch (LS3108PA)

Самый миниатюрный 8-портовый коммутатор

Этот 8-портовый коммутатор производства LG является самым миниатюрным среди всех представленных в тестировании устройств, ведь даже разъем для подключения блока питания вынесен на боковую стенку его пластикового корпуса. Ширина коммутатора равна ширине восьми портов RJ-45 с учетом толщины стенок корпуса. Тем не менее функционально это устройство практически ничем не уступает остальным - все порты поддерживают автоматическое определение скорости подключения и автоматический выбор режима MDI/MDI-X. А вот индикация коммутатора не является достаточно информативной. Помимо индикатора питания присутствуют только индикаторы подключения/активности по каждому порту.

Micronet 10/100 Mbps Switch (SP608EB)

SP608EB – компактный коммутатор в металлическом корпусе

8-портовый коммутатор SP608EB производства компании Micronet заключен в металлический корпус и оснащен встроенным блоком питания. На передней панели расположены как информационные индикаторы, так и порты для подключения устройств. Информативность индикаторов не является достаточно полной.

Каждому порту коммутатора соответствует два индикатора: LINK/ACT -подключение/активность порта; FD/COL - дуплексный или полудуплексный режим и обнаружение коллизий. Устройство способно автоматически распознавать скорость подключения, а также поддерживается автоматический выбор режима MDI/MDI-X для каждого порта.

Micronet 10/100 Mbps Switch (SP608K)

SP608K – аналог модели SP608EB в пластиковом корпусе

Этот коммутатор является практически аналогом SP608EB, заключенным в пластиковый корпус и с внешним блоком питания. Порты для подключения устройств расположены на задней панели. Правда, информационные индикаторы этой модели отличаются от SP608EB: вместо FD/COL есть индикаторы, показывающие скорость подключения - 100 или 10 Мбит/с.

ZyXEL OMNI LAN SWITCH M8 EE

OMNI LAN SWITCH M8 – оптимальное соотношение цены и производительности

8-портовый неуправляемый коммутатор от известного производителя имеет металлический корпус и внешний блок питания. Порты для подключения устройств расположены на задней панели. На передней панели располагаются информационные индикаторы (подключение/активность порта; дуплексный или полудуплексный режим и обнаружение коллизий) - по два на каждый порт - и индикатор питания. Все порты коммутатора поддерживают автоматическое определение скорости подключения и автоматический выбор режима MDI/MDI-X.

Тестирование

Для тестирования мы использовали четыре стенда следующей конфигурации:

Тестирование производительности коммутаторов проводилось с помощью утилиты IOmeter, разработанной компанией Intel. Эта утилита предназначена для измерения производительности различных устройств.

Пакет состоит из двух приложений: Dynamo и IOmeter. Программа Dynamo осуществляет функцию генератора и счетчика трафика. Приложение IOmeter руководит этой программой, а также осуществляет сбор, отображение и запись результатов. Благодаря удобному графическому интерфейсу программы IOmeter возможна гибкая настройка параметров трафика. Можно изменять размер блоков данных, над которыми выполняются операции ввода/вывода, тип выполняемой операции - чтение/запись; режим выполнения операции - выборочный/последовательный.

Кроме того, с помощью этой утилиты организуется сетевое взаимодействие между двумя конечными узлами сети и сгенерировать сетевой трафик со стороны нескольких рабочих станций по направлению к серверу и обратно. Также можно имитировать одновременное взаимодействие между всеми узлами сети. Именно в таком режиме работы на коммутатор осуществляется максимальная нагрузка.

Управляющая программа IOmeter запускается на одном компьютере, а на всех остальных рабочих станциях, участвующих в тестировании, запускается только приложение Dynamo, которое присоединяется к управляющему компьютеру. Таким образом, с одного компьютера можно управлять сетевым трафиком всех подключенных рабочих станций.

В процессе тестирования с помощью пакета IOmeter мы имитировали взаимодействие между различными узлами сети, используя при этом три основных режима обмена данными:

Для каждого режима имитировалась передача данных сначала в одном направлении, потом в обратном, а также одновременная передача в обе стороны. Данные передавались одинаковыми порциями по 32 Кб (стандартный размер блока в программе IOmeter).

Один к одному

Простейший вариант, когда передача данных осуществляется только между двумя рабочими станциями. Сначала мы соединили два компьютера напрямую, без коммутатора. Получилась эталонная модель обмена данными, при которой никто никому не мешает. Затем была измерена скорость обмена, после чего рабочие станции были соединены уже через коммутатор.

На этом этапе никаких неожиданностей не наблюдалось - как с коммутаторами, так и без них тестовые системы показали практически идентичный результат. Не считая мизерных расхождений, этот показатель равен 11,28 Мб/с. При делении трафика пополам (50% в одном направлении, 50% в обратном) получилось 10,93 Мб/с.

Один ко многим

Ситуация, когда идет интенсивный обмен данными всех машин с одним узлом в сети, - имитация работы в разных режимах сервера с рабочими станциями. В результате получилась величина трафика на сервере (сумма входящего и исходящего трафика). Смоделируем три основных вида такого взаимодействия:

Что касается первого пункта, то здесь все предельно ясно - все коммутаторы показали одинаковый результат, равный 11,28 Мб/с. Поскольку все тестируемые устройства являются коммутаторами с общей шиной, то для коммутации пакета по формуле "один ко многим" затрачивается практически то же время, что и для варианта "один к одному".

В отношении второго вида взаимодействия (многие к одному) нужно сказать, что более остальных загружается один порт коммутатора, то есть устройству необходимо максимально быстро выстроить очередь пакетов из разных портов и с минимальными задержками направить эти пакеты в порт назначения. Практически все участники тестирования показали примерно одинаковые результаты. Немного впереди оказались самые дорогие устройства -3Com и Allied Telesyn.

Результаты теста, касающегося обоюдного обмена между сервером и рабочими станциями, можно сопоставить с таблицей, в которой указаны цены на представленные коммутаторы. Если из диаграммы убрать показатель Micro-net SP608EB, то на лицо будет прямая связь между стоимостью устройства и результатом - чем дороже коммутатор, тем лучше результат.

Многие ко многим

В этом тестировании каждый узел сети одновременно обменивался данными со всеми остальными. Вообще-то такая ситуация при реальной эксплуатации коммутатора вряд ли возникнет. Можно считать это своеобразным стресс-тестом - испытание на прочность при работе в экстремальных условиях при максимальной нагрузке. Точнее, при полумаксимальной, ведь была задействована только половина портов коммутаторов (а в 16-портовом устройстве 3Com - всего четверть).

В этом тесте есть два подпункта:

Надо сказать, при увеличении нагрузки по сравнению с предыдущими тестами общая картина не особенно изменилась. По-прежнему лучшие показатели - у моделей 3C16792 и AT-FS708, только в данном случае лидировал коммутатор производства Allied Telesyn, а представитель 3Com занял второе место. При одиночных запросах все остальные устройства показали приблизительно одинаковые результаты. Однако при увеличении интенсивности ситуация изменилась. Уверенное третье место (как и в предыдущем тесте) принадлежит ZyXEL.

Подводя итоги

В заключение надо отметить, что явным победителем тестирования является Allied Telesyn Unmanaged Fast Ethernet Switch (AT-FS708). Правда, у него тоже есть некоторые недостатки. Например, у этого коммутатора нет поддержки автоматического выбора режима MDI/MDI-X для каждого порта, а есть отдельный порт для каскадирования. К тому же для домашнего использования это устройство малопригодно по причине своей громоздкости. Зато для офиса, сеть которого нужно будет в перспективе расширять, этот форм-фактор, позволяющий монтировать коммутатор в 19-дюймовую стойку, может оказаться очень кстати.

Второе место в тестировании по праву принадлежит 3Com OfficeCon-nect Dual Speed Switch 16 Plus (3C16792). Единственным недостатком этого коммутатора является его цена, однако за ней стоит имя надежного и опытного производителя.

Пожалуй, самым оптимальным соотношением "цена/производительность" обладает ZyXEL OMNI LAN SWITCH M8 ЕЕ. При вполне умеренной стоимости он показал достойные результаты.

В одну группу можно объединить LG 10/100 Mbps Ethernet Palm-sized Switch (LS3108PA), Micronet 10/100 Mbps Switch (SP608K) и D-Link 8-Port 10/100 Mbps Switch (DES-1008D). Эти устройства не очень отличаются по цене, и результаты они показали похожие. Такие коммутаторы вполне подойдут для создания простенькой домашней сети.

Таким образом, несмотря на то, что все представленные в тестировании коммутаторы в общем ориентированы на рынок SOHO, каждый из участников тестирования может занять свое, особое, место в этом сегменте рынка.

Рождение Ethernet

Самому популярному сегодня стандарту компьютерных сетей уже больше 30 лет. 22 мая 1973 года сотрудник научно-исследовательского центра "Пало Алто" (корпорация XEROX) Боб Меткалф впервые изложил идею о создании принципиально новой технологии компьютерной сети. С тех пор эта дата считается официальной датой рождения Ethernet. Название Ethernet - результат объединения слов ether (эфир) и net (сеть).

Технологической основой новой сети стал разработанный Меткалфом протокол доступа к каналу передачи данных - CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - множественный доступ c контролем несущей и обнаружением коллизий).

В 1979 году Ethernet стал общепризнанным коммерческим стандартом передачи данных по коаксиальному кабелю со скоростью 10 Мбит/с. Затем он был доработан компаниями DEC, Intel и XEROX и впервые опубликован как Blue Book Standart для Ethernet1 в 1980 году. Этот стандарт получил дальнейшее развитие - в 1985 году вышел Ethernet2.

Ethernet2 был положен в основу сетевого стандарта IEEE 802.3 CSMA/CD института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers).

Технология Fast Ethernet была разработана и принята в качестве стандарта в 1994 году благодаря усилиям компаний-членов консорциума Fast Ethernet Alliance (3Com, AT&T, IBM, Intel, National Semiconductor, NCR Microelectronics, Novell и ряда других). Fast Ethernet базируется на том же стандарте Ethernet, однако обеспечивает 10-кратное увеличение пропускной способности сети - 100 Мбит/с.

Дальнейшее развитие Ethernet получил в результате разработки технологии Gigabit Ethernet, обеспечивающей передачу данных со скоростью 1000 Мбит/с. Первоначально в Gigabit Ethernet для передачи данных использовался волоконно-оптический кабель, а летом 1999 года был принят стандарт на применение в гигабитных сетях витой пары пятой категории.

За время своего существования стандарт Ethernet постоянно изменялся, дополнялся, эволюционировал. Увеличивалась скорость передачи данных. От шинной топологии перешли на топологию "звезда". Сегодня самой распространенной компьютерной сетью в мире является Fast Ethernet. И хотя Gigabit Ethernet все настойчивее пробивается на рынок, пропускной способности Fast Ethernet вполне достаточно для большинства пользователей.