Архитектура коммутаторов

Одним из основных компонентов всего коммутационного оборудования является коммутирующая матрица (switch fabric). Коммутирующая матрица представляет собой чипсет, соединяющий множество входов с множеством выходов на основе фундаментальных технологий и принципов коммутации. Коммутирующая матрица выполняет три функции:

· переключает трафик с одного порта матрицы на другой, обеспечивая их равнозначность;

· предоставляет качество обслуживания (Quality of Service, QoS);

· обеспечивает отказоустойчивость.

Поскольку коммутирующая матрица является ядром аппаратной платформы, к ней предъявляются требования по масштабированию производительности и возможности быстрого развития системы QoS.

Производительность коммутирующей матрицы (switch capacity) определяется как общая полоса пропускания (bandwidth), обеспечивающая коммутацию без отбрасывания пакетов трафика любого типа (одноадресного, многоадресного, широковещательного).

«Неблокирующей» коммутирующей матрицей (non-blocking switch fabric) является такая матрица, у которой производительность и QoS не зависят от типа трафика, коммутируемого через матрицу и производительность равна сумме скоростей всех портов:

N

где N – количество портов, Cpi - максимальная производительность протокола, поддерживаемого i -м портом коммутатора.

* Умножение на 2 для дуплексного режима работы.

Например, производительность коммутатора с 24 портами 10/100 Мбит/с и 2 портами 1 Гбит/с вычисляется следующим образом:

((24 х 100 Мбит/с) + (2 х 1 Гбит/с)) х 2 = 8.8 Гбит/с

Коммутатор обеспечивает портам равноправный доступ к матрице, если в системе не установлено преимущество одних портов над другими.

Поскольку коммутирующая матрица располагается в ядре платформы коммутатора, то одним из наиболее важных вопросов остается ее отказоустойчивость. Этот вопрос решается за счет реализации отказоустойчивой архитектуры, предусматривающей резервирование критичных для работы коммутатора блоков.

Одним из ключевых компонентов архитектуры современных коммутаторов является контроллер ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Контроллеры ASIC представляют собой быстродействующие и относительно недорогие кремниевые кристаллы, которые предназначены для выполнения определенных операций. Использование в архитектуре коммутаторов контроллеров ASIC повышает производительность системы, т.к. ASIC выполняет операции аппаратно, благодаря чему не возникают накладные расходы, связанные с выборкой и интерпретацией хранимых команд. Современные контроллеры ASIC часто содержат на одном кристалле 32-битные процессоры, блоки памяти, включая ROM, RAM, EEPROM, Flash, и встроенное программное обеспечение. Такие ASIC получили название System-on-a-Chip (SoC).

В настоящее время существует много типов архитектур коммутирующих матриц. Выбор архитектуры матрицы во многом определяется ролью коммутатора в сети и количеством трафика, которое ему придется обрабатывать. В действительности, матрица обычно реализуется на основе комбинации двух или более базовых архитектур. Рассмотрим самые распространенные типы архитектур коммутирующих матриц.