MREŽNI HARDVER
Slijedi opis hardvera koji je instaliran u većini mreža, uključujući i mrežne kartice (Network Interface Card - NIC), sklopove za ožičenje (wiring hubs), hardver za izradu sigurnosnih kopija datoteka (backup hardware), neprekidne izvore napajanja električnom energijom (Uninterruptible Power Supply - UPS) i mrežne štampače. Također su opisani mostovi (bridges), usmjernici (routers) i preklopnici (switchevi).
KARTICA MREŽNOG SUČELJA (NIC)
Kartice mrežnog sučelja (NIC), ili kraće mrežne kartice, postale su potrošna roba, i to zbog niske cijene i velike raspoloživosti na tržištu. I pored toga, postoji nekoliko važnih obilježja koja pomažu u razlikovanju NIC proizvoda.
Većina korisnika, osim nekoliko najokorjelijih tradicionalista, daje prednost upotrebi mrežnih kartica koje je moguće konfigurirati pomoću posebnog softvera (u pravilu se nabavlja zajedno s karticom), umjesto da se konfiguriraju sklopkama koje se moraju ručno postavljati na kartici.
Mnogi su administatori mreže otkrili da se slabe performanse file-servera mogu značajno poboljšati ako se šesnaestobitne mrežne kartice, instalirane u serveru, zamijene tridesetdvobitnim karticama. Neki su proizvođači pokušali vlastite mrežne kartice učiniti različitima od kartica drugih proizvođača, dodajući im softver koji omogućava veću zaštićenost poruka na mreži. Također, te kartice ponekad sadrže informaciju koja se može koristiti kao dio cjelokupnog upravljanja mrežom.
Adminstratori mreža čiji se LAN-ovi sastoje od različitih medija, kao što su lOBaseT i tanki koaksijalni kabel, često pronalaze prednosti u korištenju kombo (combo) kartica, koje sadrže višestruka sučelja za različite medije. Prednost je kombo-kartica u tome što ih je moguće koristiti na različitim odsječcima LAN-a, bez obzira na različite tipove medija na tim odsječcima.
SKLOP ZA MREŽNO OŽIČENJE (WIRING HUB)
Jedan od glavnih trendova u industriji jest usvajanje sklopova za ožičenje (wiring hubs) kao osnovne metode postavljanja kablova u mrežama lokalnog područja. Sklop za ožičenje, poznat i kao koncentrator ožičenja, proizvod je namijenjen centraliziranju mrežnog ožičenja, a radi jednostavnijeg upravljanja tom kritičnom mrežnom funkcijom. Iako je mreža Token Ring bila prvi tip mrežne topologije koji je ponudio pogodnost centraliziranog ožičenja, vrlo popularna verzija mreže Ethernet, poznata kao lOBaseT, također koristi takav pristup.
Slika 17: Povezivanje PC-a u LAN pomoću hubova
Slika 20 prikazuje način povezivanja PC-a u LAN koji se proteže na nekoliko spratova jedne firme, pomoću sklopova za ožičenje.
Sklop za ožičenje pruža jednostavnu mogućnost izmjena u mreži u situacijama kada radnici mijenjaju lokaciju unutar tvrtke. Na primjer, ako se jedan radnik premjesti iz knjigovodstvenog odsjeka u upravljački odsjek, LAN ne treba podvrgnuti ponovnom ožičenju. Umjesto toga, PC spomenutog radnika prenosi se na novu lokaciju. Istovremeno se i kabl tog računara spaja na novi priključak sklopa za ožičenje.
Druga je velika prednost sklopa za ožičenje njegova sposobnost rješavanja situacija kad neka od mrežnih kartica ne funkcionira na ispravan način, pri čemu se sklop brine da pokvarene mrežne kartice ne ometaju rad ostatka mreže. Sklop za ožičenje može otkriti kvar mrežne kartice PC-a i tada preusmjerava mrežni promet tako da ostali računari u mreži ne primaju signale poslane iz radne stanice u kvaru.
Inteligentni hubovi
Inteligentni hubovi (intelligent hubs) sklopovi su s ugrađenom inteligencijom koja im omogućava razmjenu mrežne upravljačke informacije sa softverskim paketom. Upravo takav pristup dozvoljava administratoru mreže upravljanje svim funkcijama sklopa za ožičenje. Sposobnost nadziranja svih aktivnosti huba na jednom ekranskom prikazu od posebnog je značenja u slučaju velike mreže koja može sadržavati stotine mrežnih čvorova i nekoliko LAN-ova, međusobno povezanih mostovima unutar hubova.
Velika firma može zahtijevati istovremeno podržavanje mreža Ethernet i Token Ring. Imajući u vidu sve veću potrebu za sve većom širinom frekvencijskog pojasa prenosa, administrator će možda zahtijevati da inteligentni hub podržava FDDI i da proizvođač obeća da će u budućnosti podržati mrežnu arhitekturu s asinkronim načinom prenosa (Asynchronous Transfer Mode).
Firma koja posjeduje različite tipove LAN-ova vjerovatno zahtijeva mogućnost premošćenja i usmjeravanja skupova podataka unutar cijele mreže. Moguće je, na primjer, unutar huba usmjeravati skupove podataka npr. AppleTalk LAN-a prema drugoj mreži.
Neki proizvođači hubova nude proizvode s ugrađenom mogućnošću usmjeravanja informacije s mainframe računara prema LAN-ovima. Ovo obilježje može biti vrlo korisno u firmama u kojima je promet između mainframe računara i LAN-ova vrlo velik.
Na neke se hubove mogu povezati do pet Ethernet LAN-ova i najviše tri mreže Token Ring. Drugi sklopovi posjeduju veća ograničenja u odnosu na broj priključenih LAN-ova.
PC-ima koji zahtijevaju veliku širinu pojasa prenosa za određene mrežne aplikacije prijeko je potreban hub s mogućnošću komutiranja (switching hub). Takvi hubovi omogućavaju povezivanje od tačke do tačke između dva PC-a na LAN-u, što je vrlo nalik telefonskoj vezi. Pri tome dva PC-a mogu između sebe prenositi podatke brzinom do 10 Mb/s.
MREŽNI SISTEMI ZA IZRADU SIGURNOSNIH KOPIJA PODATAKA (backup sistemi)
Budući da se u mrežama često pohranjuju povjerljivi i važni podaci, neophodni su sistemi za izradu sigurnosnih kopija datoteka. Postoji nekoliko različitih tipova raspoloživih tehnologija za izradu sigurnosnih kopija datoteka. Sistemi za izradu sigurnosnih kopija datoteka na magnetskim trakama koji koriste medij od jedne četvrtine inča (Quarter-Inch Cartridge - QIC) vrlo su popularni zbog niske cijene i pouzdanosti u radu. Međutim, mnogi proizvođači nude magnetske trake s kapacitetom od samo l50 MB, što predstavlja ozbiljno ograničenje spomenutih sistema, naročito u velikim mrežama.
Firme s većim mrežama često koriste pogone uložaka za četirimilimetarske i osammilimetarske digitalne audio-magnetske trake (Digital Audio Tape - DAT). Ti pogoni mogu podržati do 5GB prostora za spremanje podataka. Za razliku od pogona četvrtinčnih magnetskih traka koji informaciju zapisuju linearno (po dužini trake), ovi pogoni koriste tehniku snimanja rotiranjem (Helical Scan Recording). Rotirajuća glava zapisuje podatke dijagonalno preko magnetske vrpce koja se pomiče sporo (u odnosu na brzinu rotacije glave).
MREŽNO SPREMANJE PODATAKA I R.A.I.D.
Vrlo se često administratori mreža brinu o toleranciji svojih LAN-ova prema greškama. Ako se disk pogon pokvari, žele biti sigurni da se podaci spremljeni na njemu neće izgubiti. Sve popularnije rješenje tog problema poznato je pod nazivom matrica jeftinih diskova s viškom (redundant array of inexpensive disks - RAID). Sustav RAID sastoji se od višestrukih disk pogona koji se koriste paralelno. Takvo uređenje stvara višak uslijed razmještanja paritetnih bitova preko cijelog opsega diskova, što čini mogućim obnavljanje podataka pronađenih na određenom disku u kvaru. Iako svi nivoi RAID tehnologije ne pružaju potpuni višak podataka, one pružaju poboljšane I/O performanse na vrlo velikom čvrstom disku. Postoji šest različitih nivoa RAID tehnologije.
RAID 0
Pri korištenju RAID 0 podaci su raspoređeni na nekoliko diskova kako bi se poboljšale ulazno/izlazne performanse. Nažalost, ova razina RAID tehnologije ne pruža nikakav višak podataka. Kvar na jednom disku ima za posljedicu gubitak podataka.
RAID 1
RAID 1 odlikuje se u "refleksiranjem" ili "zrcaljenjem" diskova (disk mirroring). Podaci se istovremeno zapisuju na dva disk pogona. Ako se jedan pogon pokvari, podaci se mogu zahvatiti sa refleksiranog diska. Nedostatak je tehnologije RAID 1 u tome što je mreži s velikim i skupim file-serverom potreban i dodatni skupi disk pogon s istim kapacitetom za potrebe refleksiranja.
RAID 2
Kod ove je metode primijenjeno ispravljanje grešaka kako bi se postigla otpornost na greške (fault tolerance). Disk u kvaru može biti obnovljen na temelju podataka namijenjenih ispravljanju grešaka koji su raspoređeni na nekoliko diskova.
RAID 3
Kod metode RAID 3 ispravljanje je grešaka uključeno u hardver upravljača disk pogona, kao i u paritetni disk pogon. Podaci se prenose bajt po bajt na pogone diskova. Pri tome se izračunava paritet i sprema na posvećeni paritetni disk pogon. Jedan upravljač disk pogona koristi se za čitanje i upisivanje podataka, te je u jednom trenutku moguće samo jedno upisivanje na pojedini disk pogon. RAID 3 je naročito pogodna metoda za operacije s velikim blokovima podataka.
RAID 4
RAID 4 vrlo je sličan metodi RAID 3, osim što nudi bolje performanse pri manjoj otpornosti na greške. Čitanje i upisivanje podataka može se neovisno odvijati na bilo kojem od disk pogona u matrici. Neophodnost ažuriranja paritetne informacije prilikom svakog upisivanja na svaki od disk pogona osnovni je nedostatak metode RAID 4.
RAID 5
Ova razina metode RAID sprema podatke i paritetnu informaciju na sve disk pogone u matrici. Drugim riječima, ne postoji posvećeni paritetni disk koji izvodi provjeru grešaka. Pri tome su performanse izuzetno poboljšane jer je omogućeno istovremeno čitanje i upisivanje podataka na disk pogone. Metoda RAID 5 naročito je povoljna za operacije s manjim datotekama. Slika 21 prikazuje razliku između metode RAID 3 i RAID 5.
MREŽNI NEPREKIDNI IZVOR NAPAJANJA ELEKTRIČNOM ENERGIJOM
(UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY - UPS)
Mreže lokalnog područja moraju imati određen nivo sigurnosti koja je prisutna na mnogim mainframe sistemima. Administratori mreže žele da podaci ostanu sačuvani unatoč prestanku glavnog napajanja električnom energijom (misli se na napajanje iz javne energetske mreže). Neprekidni izvor napajanja električnom energijom (UPS) uređaj je opremljen skupom baterija koje u slučaju prekida napajanja mrežnom file-serveru mogu osigurati rezervno napajanje električnom energijom. S pomoću odgovarajućeg sučelja i softvera, UPS može sačuvati sve otvorene datoteke prije pada sistema (shut down) mrežnog file-servera.
Postoje dva različita tipa UPS-ova. Pričuvni UPS (standby UPS) funkcionira vrlo slično polici osiguranja. Neaktivan je sve dok ne dođe do prestanka napajanja, nakon čega se uključuje u rad.
Aktivni UPS (online UPS) povezan je izravno s file-serverom i djeluje cijelo vrijeme. Baterije aktivnog UPS-a pune se cijelo vrijeme električnom energijom. Ovaj tip UPS-a filtrira ili, bolje rečeno, upravlja električnom energijom prije nego je preda poslužitelju datoteka. Aktivni UPS skuplji je od pričuvnog UPS-a, ali treba imati u vidu da on omogućava dodatnu funkciju upravljanja električnom energijom napajanja.
MREŽNI ŠTAMPAČI
Usporedno s rastom mreža lokalnog područja porasli su i složenost i opseg poslova ispisa. Kao odgovor na takvu situaciju, razvijeni su štampači projektovani posebno za uslove mrežnog ispisa. Takvi štampači pružaju ugrađenu mrežnu vezivost, vrlo brz ispis i unaprijeđenu rezoluciju.
U nastavku je dat pregled glavnih obilježja koja bi mrežni štampači trebali imati.
Radni ciklus
U današnje vrijeme, zbog velikog opsega ispisa u mreži računara, mnogi mrežni štampači nude radni ciklus (duty cycle) od najmanje 50.000 ispisanih stranica mjesečno. Štampači QMS 1725 i HP IIIsi imaju radni ciklus od 50.000 ispisanih stranica mjesečno, dok štampač QMS PS 3200, projektiran za veće mreže, ima radni ciklus od 200.000 ispisanih stranica mjesečno.
Direktne mrežne veze
Mnogi mrežni štampači posjeduju utore za mrežne kartice pomoću kojih mogu biti izravno povezani na mrežu kao čvorovi. Glavna je prednost takvog pristupa veća propusnost koja može iznositi i do 200.000 bajta u sekundi. Neki mrežni štampači imaju već unaprijed ugrađene mrežne kartice za najraširenije mreže lokalnog područja, poput mreža Ethernet, Token Ring i LocalTalk.
Većina mrežnih štampača s višestrukim sučeljima posjeduje mogućnost automatske izmjene sučelja kako bi primili podatke, ali je u datom trenutku samo jedno od sučelja aktivno. Pisač QMS posjeduje obilježje višezadaćnog rada (multitasking) koje mu omogućava istovremeni prijem podataka s više različitih sučelja, kao i mogućnost da nakon toga privremeno spremi podatke u print spooler smješten u radnoj memoriji ili na disku.
Podržavanje višestrukih protokola
Rijetke su situacije kad se u velikim mrežama lokalnog područja koristi samo jedan protokol. Ako LAN koristi NetWare kao mrežni operativni sistem, tada se u njemu podaci prenose u skladu s protokolom IPX tvrtke Novell. Mrežni pisači moraju biti u mogućnosti da prepoznaju različite protokole i odgovore na njih na odgovarajući način.
Ovisna promjena poslova
Mrežni štampač prima poslove ispisa koji zahtijevaju različite tipove pisma (font), forme, logotipe (logo) i predloške stranica (overlay). Prilikom prelaska s jednog posla na drugi, štampaču je potrebna mogućnost zadržavanja stanja prethodnog oponašanja rada pisača za vrijeme ovisne promjene posla (context switching) kako kasnije ne bi morao ponovo učitavati pisma, forme, logotipe i predloške stranica.
Dvosmjerne komunikacije
Neki proizvođači štampača, poput tvrtke Hewlett-Packard, već nude dvosmjerne komunikacije. To znači da štampač i file-server mogu razmjenjivati informacije u oba smjera. Print-server može čak primati podatke koji se mogu iskoristiti u upravljačkim izvještajima. Ako dođe do kvara na štampaču, mrežni štampač može upotrijebiti dvosmjernu komunikaciju kako bi poslao poruku da je, npr. ostao bez papira za ispis. Grupa proizvođača, poznata pod nazivom Network Printer Alliance (NPA), radi na projektiranju skupa specifikacija za dvosmjernu komunikaciju između štampača i file-servera.
Faks
Neki mrežni štampači nude ugrađenu opciju primanja faks-poruka. Takav štampač ispisuje faks-poruke onim redom kojim ih prima.
Unaprijeđena rezolucija
Mrežni se štampači često koriste za ispis dokumenata koji sadrže i grafiku. Mnogi noviji mrežni štampači nude rezoluciju od 600 tačaka po inču (600 DPI), što je dvostruko više u odnosu na rezoluciju od 300 tačaka po inču (300 DPI) svojstvenu prvoj generaciji laserskih štampača.
MOSTOVI - PREMOSNICI (BRIDGES)
Most je uređaj čija je glavna funkcija prosljeđivanje i izdvajanje skupova podataka, ovisno o njihvovj odredišnoj adresi. Most sadrži tabelu s popisom adresa radnih stanica u LAN-u. On provjerava svaki skup podataka. Ako se odredišna adresa nekog skupa podataka podudara sa adresom neke od radih stanica u lokalnoj mreži, onda most ovaj skup izdvaja i prosljeđuje ga do tog lokalnog odredišta. U suprotnom, skup podataka biva usmjeren ka mostu na drugoj, vanjskoj mreži. Mostovi veoma brzo rade jer ne vrše nikakvu funkciju izmjene formata podataka. Samo provjeravaju odredišne adrese i vrše izdvajanje ili usmjeravanje skupova podataka.
Spanning tree most
Ovo je način povezivanja više mreža na taj način što povezane mreže «pregovaraju» kako bi se osiguralo da u svakom od smjerova prenosa bude slobodan po jedan priključak na mostu, te da odabrani put prenosa podataka bude najefektivniji.
Most
Slika 18: Spanning tree algoritam određuje smjer toka podataka prema mrežnom mostu i od njega
Mostovi s usmjeravanjem izvora
Source routing (usmjeravanje izvora) je metod koji se koristi prilikom međusobnog povezivanja IBM Token Ring mreža. Radna stanica emituje okvir podataka u svim pravcima (all – routes broadcast frame). Svaki prsten ima svoj broj kojeg dodaje tom okviru i nakon toga ga prosljeđuje dalje. Odredišna stanica primi okvir i šalje ga natrag izvorišnom računaru. Sada se u tom okviru nalazi potpun skup smjerova, tj. tačan slijed brojeva prstenova koje skup podataka mora da prođe na putu do odredišta.
Također, postoje i mostovi čija je uloga povezivanje različitih LAN mreža (recimo, Token Ring i Ethernet), koje, naravno, imaju različite skupove podataka, i koji moraju biti međusobno usklađeni od strane mosta pri prelasku iz jedne mreže u drugu. Tako, npr., most IBM 8209 je namijenjen je povezivanju u tri različita načina povezivanja:
- Token Ring sa Ethernetom v.2
- Token Ring s LAN-om IEEE 802.3
- Način koji otkriva tip LAN-a i nakon toga se prebacuje u mod 1 ili 2
USMJERNICI (ROUTERS)
Usmjernici obavljaju funkcije mrežnog sloja OSI modela. Njihova glavna prednost je ta što mogu formirati «odbrambeni zid» (firewall), koji mrežu štiti od podataka nastalih u drugoj mreži. Da ne bi došlo do zagušenja mreže (što je i osnovna namjena usmjernika), oni mogu biti programirani da prosljeđuju samo one skupove podataka koji zadovoljavaju određene uslove. Ovo je važno zbog slučajeva kada se, npr. na jednoj mrežnoj kartici u LAN-u desi kvar i ona počne slati pogrešne skupove podataka (broadcast oluja), što može dovesti do zagušenja svih međusobno povezanih LAN-ova. Usmjernici, za razliku od mostova, mogu prije slanja skupa podataka provjeriti trenutno stanje na mreži i, prema odredišnoj adresi skupa podataka, odrediti najbolji put kojim bi se podataka trebao kretati. Usmjernici, također, vrlo lako mogu preusmjeriti skup podataka ako dođe do kvara nekog drugog usmjernika na mreži.
Usmjernike je neophodno koristiti kada je potrebno povezati LAN-ove koji koriste različite protokole i različite operativne sisteme. Usmjernici imaju mogućnost prepoznavanja različitih protokola i formata podataka te mogu vršiti i pretvaranje (interkonverziju) formata skupova podataka prije njihovog slanja u odredišnu mrežu, da bi ta odredišna mreža mogla «pročitati» podatke koje joj usmjernik šalje.
PREKLOPNICI (SWITCHEVI)
Najbolji način ubrzanja (s obzirom na visoku cijenu prelaska na bržu mrežnu tehnologiju, zamjenu postojeće opreme i obuku korisnika) postojeće tehnologije je moguće je postići segmentacijom mreže na što je moguće manje segmente, idealno sa jednom mrežnom stanicom po segmentu. Tako svaka stanica dobiva vlastiti segment s punim pristupom mediju, te ne mora dijeliti propusnost ni sa kime drugim. Također, ukoliko se na svakom segmentu nalazi samo jedna stanica, može se potpuno izbaciti CSMA/CD algoritam pristupa mediju (jer je medij uvijek dostupan), pa se može koristiti i full-duplex komunikacija, kojom se brzina rada udvostručuje (npr. na 20 Mbit/s sa 10Mbit Ethernet).
Segmentiranje je moguće izvršiti upotrebom tri različite vrste uređaja: usmjerivačima (routerima), premosnicima (mostovima - bridges) i preklopnicima (switchevima). Korištenje usmjernika ili premosnika za segmentiranje mreže je moguće rješenje, ali ne i isplativo. Ovi uređaji su skupi i komplikovani, složeni za upravljanje, a ne nude zadovoljavajuće performanse zbog složene obrade svakog okvira, tako da lako mogu postati novi problem rekonstruisane mreže.
Prelazak na preklapanu ("switchevanu") LAN mrežu se smatra najboljim rješenjem segmentacije mreže, jer osim bezbolnog rješenja prelaska s dijeljene (distibuted) na preklapanu mrežu, nudi i laku mogućnost integracije postojeće mrežne tehnologije s bržom (npr. Fast Ethernet, FDDI - Fiber Distributed Data interface ili ATM - Asynchronous Transfer Mode), bilo odmah bilo u budućnosti.
Karakteristike switcheva
Switchevi imaju obično veći broj ulaza u odnosu na usmjerivače ili premosnike koji su povezani na neku vrstu interne sabirnice. Osnovni način rada je identičan višeulaznom premosniku, pregledava se odredišna i polazišna MAC (Medium Access Control - kontrola pristupa mediju) adresa svakog dolaznog okvira, donosi se odluka kuda treba proslijediti okvir, te se to i izvršava. Switch nije potrebno posebno konfigurirati, on će početi izvršavati svoju funkciju čim ga uključimo, iako složeniji moderni uređaji posjeduju i mnoštvo drugih dodatnih funkcija, te su tako i složeniji za upravljanje.
NAČINI PREKLAPANJA
Ethernet switchevi prosljeđuju okvire na jedan od četiri osnovna načina: store-and-forward, cut-through, fragment-free, te adaptive cut-through što njihova imena sugeriraju, načini preklapanja se odnose na postupak snimanja paketa u međuspremnike (buffere) prije njihovog prosljeđivanja.
Store-and-forward switchevi pohranjuju svaki okvir u cjelini u međuspremnik, zatim provjeravaju njegovu dužinu (dozvoljene dužine za Ethernet su između 64 i 1520 bajta), te ispravnost (izvođenjem provjere CRC - Cyclic Redundancy Check - provjera ispravnosti okvira zaštite), nakon čega ga prosljeđuju na odgovarajući izlaz samo ako je okvir u potpunosti ispravan. Prednost store-and-forward switcheva je u ograničenju prenosa neispravnih okvira, te smanjenju gubitaka okvira u slučaju zagušenja izlaznog porta. Loša strana je daleko veće kašnjenje koje je, također, vrlo zavisno i o veličini okvira.
Slika 19: Okviri se u potpunosti učitavaju u međuspremnike i provjeravaju prije proslijeđivanja
Cut-through switchevi primaju okvir u međuspremnik samo do trenutka kada mogu odrediti odredišnu MAC adresu (dakle, čisti cut-through switchevi primaju samo prvih 6 bajta okvira), te odmah prosljeđuju okvir. Stoga je kašnjenje kod ovog prenosa vrlo malo, te ne ovisi o veličini paketa. Međutim, prenose se i okviri manji od propisane dužine, obično nastali kao posljedica kolizija (tzv. runts), kao i okviri s neispravnom CRC zaštitom. Također, dolazi do gubitka okvira ukoliko je izlazni port switcha zauzet u trenutku dolaska novog okvira. Iz ovih razloga cut-through switchevi mogu dovesti do nepotrebnog opterećenja mreže neispravnim prometom.
Slika 20: Okviri se učitavaju u međuspremnik samo do adrese stanice-primaoca (prvih 6 bajta okvira)
Fragment-free je varijanta cut-through preklapanja koja pohranjuje paket do prvih 64 bajta, te tako izbjegava prenošenje okvira manje dužine od dozvoljene. Naziva se još i long look ahead preklapanje.
Adaptive cut-through je inteligentni način rada u kojem switch izvodi cut-through preklapanje, ali provjerava CRC ispravnost okvira pri prolasku okvira kroz ulazni port, te vodi statistiku neispravnih okvira na ulazu. Kada postotak neispravnih okvira prijeđe određen nivo, switch prelazi na store-and-forward način preklapanja, ili na cijelom switchu, ili samo na dotičnom ulazu. Ovaj način preklapanja nudi najbolje osobine oba osnovna načina rada, te je sve rašireniji kod switcheva za radne grupe.
Switchevi se sklopovski zasnivaju na nekoj vrsti sabirnice, određenom načinu organizacije memorijskih međuspremnika, te procesorima koji obavljaju preklapanje i ostale funkcije uređaja. Neki switchevi koriste standardne procesore univerzalne namjene, najčešće neki procesor RISC (Reduced Instruction Set Computer - procesor sa reduciranim brojem instrukcija) arhitekture, dok ostali koriste vlastiti ili tuđi namjenski preklopni sklop, poznat kao ASIC (Application Specific Integrated Circuit - namjenski integrisani sklop). Općenito, ASIC bazirani uređaji ispuštaju daleko manji broj okvira pod opterećenjem, unose manje kašnjenje u prenosu, te nude mnogo bolje performanse i propusnost, jer se odluka o preklapanju donosi lokalno na svakom ulazu, a ne korištenjem centralnog dijeljenog procesora. Zapravo, neki ASIC bazirani switchevi nude toliko dobre performanse, kašnjenje manje čak i od onog kod ATM switcheva, da u potpunosti otklanjaju viđenje preklapanih Ethernet ili Fast Ethernet tehnologija kao privremenog rješenja do dolaska ATM (Asynchronous Transfer Mode - asinhroni prenos) tehnologije u široku primjenu, te obećavaju još dug život preklapanog Etherneta i njegovih izvedenih varijanti.
Switchevi bazirani na standardnim procesorima imaju neke prednosti pred ASIC varijantama. Na primjer, mogu se lako nadograditi novim funkcijama ili protokolima kroz zamjenu programske opreme, dok ASIC rješenja zahtijevaju zamjenu sklopova. Također, nude mogućnost korištenja kompliciranijih funkcija koje je vrlo teško izvesti samo u sklopovima, kao na primjer usmjeravanje, funkcije sigurnosti, firewall sisteme... Stoga dosta proizvođača opreme koristi i ASIC i RISC procesore na način da osnovne funkcije vrši sklopovski u ASIC komponentama, a komplikovane, ili funkcije koje su novododane u uređaj, vrši programski u glavnom procesoru, barem do iduće revizije sklopova, kada nove funkcije bivaju integrisane u ASIC sklopovlje. Ova distinkcija je vrlo bitna, naročito kod naprednih funkcija uređaja, jer dva switcha mogu imati iste napredne funkcije, ali onaj kojem je funkcija dodana kasnije kroz programsku podršku obično ima daleko slabije performanse od onoga koji je funkciju već integrisao u vlastiti silikon.
Opće je pravilo da je uvijek bolje gubitak okvira, odnosno njihovo ponovno slanje, rješavati na nivou samih mrežnih uređaja, dakle mrežnih kartica i switcheva, nego prepuštati ove funkcije višim mrežnim protokolima i njihovim neefektnim timeout mehanizmima.
RISC ili ASIC upravljački sklopovi
Za inteligentno upravljanje samim procesom preklapanja, switch može koristiti dvije osnovne različite komponente: procesore opće namjene (CPU), većinom RISC arhitekture, ili posebne namjenske čipove - ASIC komponente.
Sklopovski dizajn na bazi RISC komponenti je znatno jeftiniji od namjenskih sklopova. RISC procesori su široko rasprostranjeni i dostupni po nižim cijenama, mogu preklapati promet i na sloju MAC i na mrežnom sloju, čime mogu objedinjavati i funkcije usmjerivača (routera). Također, lako se mogu dograđivati novim funkcijama i protokolima jednostavnom zamjenom programske opreme. S druge strane, imaju manje performanse i veće kašnjenje od ASIC komponenti, jer rade store-and-forward preklapanje.
Application Specific Integrated Circuit (ASIC) komponente su namijenjene obavljanju jednostavnijih operacija, sva funkcionalnost je u sklopovima, tako da su mnogo brži od RISC arhitekture, no ne mogu se nadograđivati jednostavnom zamjenom programske podrške. Funkcioniraju obično samo na MAC sloju, a mogu vršiti i cut-through preklapanje. Ovi switchevi stvaraju posvećene veze između svakog ulaznog i izlaznog komunikacijskog kanala, tako da međuspremnici nisu od kritične važnosti.
Kod računarskih mreža je problem propusnosti uvijek prisutan. Preklapanje je tehnologija koja nudi laku nadogradnju, upravljanje i kasnije ubrzanje postojećih LAN mreža, tako da predstavlja standard za izgradnju novih računarskih mreža. Preklapanje je lako izvesti u bilo kojoj mrežnoj tehnologiji, te nudi bezbolno rješenje za postojeće probleme, no vrlo bitno je napomenuti i kako preklapanje zahtijeva prelazak sa sabirničke na zvjezdastu topologiju mreže, čime se omogućava
daljnje ubrzanje računarske mreže jednostavnom zamjenom kartica i uređaja. Na duži rok se ipak mora preći na zamjenu sklopova, odnosno na bržu mrežnu tehnologiju (Fast Ethernet ili ATM).
Statičko i dinamičko preklapanje
Statičko preklapanje je slično radu koncentratora (hubova), pošto prosljeđuje promet na sve ulaze u istoj grupi. Pošto su koncentratori jeftiniji uređaji od switcheva, switchevi se rijetko koriste u ovom načinu rada.
Kod dinamičkog preklapanja switchevi uče MAC adrese priključene na svaki pojedini ulaz (praćenjem prometa po ulazima). Tako se izgrađuje adresna tabela, te se u normalnom radu promet šalje samo na ulaz na koji je priključena stanica navedena u odredišnoj adresi okvira. Učenje adresa se odvija kontinuirano, tako da se svaka promjena u konfiguraciji mreže trenutno detektuje.
Iako je teško podijeliti uređaje u strogo određene kategorije, jer se palete proizvoda pojedinih tvrtki uvelike razlikuju, switchevi se, prema mogućnostima, obično dijele u četiri kategorije:
· DESKTOP - isključivo za povezivanje manjeg broja krajnjih računara (dakle jedna MAC adresa po ulazu), obično samo 10BaseT tehnologije, fiksne konfiguracije od četiri do 12 ulaza
· WORKGROUP - za povezivanje krajnjih računara ili manjih dijeljenih segmenata (do osam računara, korištenjem koncentratora), posjeduju osam do 24 10BaseT ili autosense 10/100 ulaza, te nekoliko brzih ulaza za povezivanje računara servera ili povezivanje na mrežni backbone ("kičmu" - osnovu mreže), mogu biti fiksne, hibridne ili ograničeno modularne konfiguracije.
· DEPARTMENTAL - za povezivanje workgroup switcheva i većih dijeljenih segmenata unutar većih organizacijskih odjela u velikim računarskim mrežama, posjeduju velik broj Ethernet i bržih mrežnih ulaza, modularne su konfiguracije.
· BACKBONE - switchevi koji povezuju sve segmente mreže u jednu cjelinu, dakle, centralni uređaji u velikim mrežama, posjeduju veliku gustoću ulaza, vrlo brze sabirnice, te podršku za velik broj ulaza brzih mrežnih tehnologija.
Slika 21:Shema hijerarhijske podjele switcheva na kategorije
Da bi se detaljnije objasnio način rada, mora se opisati i arhitektura switcheva. Ona se najviše bavi izvedbom i brzinom sabirnice koja je i najvažniji dio uređaja. Danas se brzine sabirnica u switchu kreću od oko 500 Mbit/s pa do 10 i više Gbit/s. Ukoliko ovo usporedimo s trenutno najnaprednijom PC sabirnicom, PCI brzine 132Mbit/s, vidi se kako je riječ o daleko bržim i naprednijim sistemima, koji su i glavni razlog relativno visoke cijene svih mrežnih uređaja. Arhitektura same sabirnice može biti raznolika, zavisno o namjeni i kvalitetu uređaja, a obično je dijelimo na standardne TDM sabirnice, te na sisteme dijeljene memorije.
Kako postoji nekoliko vrsta arhitektura switcheva, potrebno je odrediti koja je, prema cijeni i performansama, najprimjerenija za zadanu namjenu računarske mreže. Cijena switcha se mjeri kao cijena po mrežnom ulazu (jednostavno dijeljenje ukupne cijene switcha brojem mrežnih ulaza različitih tehnologija).
Arhitektura switcheva se sastoji od više različitih elemenata, generalno se dijeli na jednostepena rješenja, kao TDM (Time Division Multiplexing) sabirnica, ili višestepena rješenja, kao metode prostornog dijeljenja (preklapajuće matrice ili crossbar mreža).
Slika 22: Arhitektura LAN switcheva
Sabirnice switcheva
Osnovne karakteristike su brzina, izvedba, međuspremnici, podržana sučelja.
Crossbar arhitektura je vrlo jednostavna, bazira se na zajedničkom raskršću putem kojega se povezuju svi ulazi switcha, nudi relativno dobre performanse uz nisku cijenu, ali i problem zauzetosti centralne tačke, u kojem slučaju se mora koristiti međuspremnik.
Slika 23
Backplane bus arhitektura se zasniva na brzoj TDM sabirnici, omogućava povezivanje ulaza različitih mrežnih tehnologija, tako da se velik dio jačih modela switcheva zasniva na ovoj arhitekturi.
Slika 24
Shared memory arhitektura koristi zajedničku memoriju umjesto sabirnice.
Slika 25
Preklapajuću matricu sačinjava veći broj TDM sabirnica.
Slika 26
Preklapanje okvira ili ćelija
Prosljeđivanje okvira kroz unutrašnju arhitekturu switcha može biti izvođeno kroz model preklapanja okvira, kod kojega se cijeli okvir šalje na izlazni ulaz, ili kroz model preklapanja ćelija, kod kojega se okvir razlama na veći broj ćelija jednake dužine, te se na izlaznom ulazu ponovno spaja i prosljeđuje. Osnovna razlika je u vremenu potrebnom za prosljeđivanje. Kod preklapanja okvira je vrijeme prosljeđivanja ovisno o veličini okvira. Tako, na primjer, prosljeđivanje okvira dužine 64 bajta traje 51.2 mikrosekundu, a onog od 1518 bajta traje 1.21 milisekundu. Očito je da je kašnjenje vrlo promjenjivo. Kod preklapanja ćelija, pošto su ćelije konstantne veličine, prenos uvijek traje jednako dugo, a prenos nije ovisan o vrsti podataka, niti o broju ulaza.
Oba načina preklapanja nude određene prednosti i mane, pa nema pravog pobjednika. S obzirom da se današnje mreže većinom zasnivaju na prenosu okvira (Ethernet i sl.), većina workgroup switcheva koristi preklapanje okvira. Jači modeli koriste i zasebne sabirnice za preklapanje ćelija za prenos tehnologija baziranih na ćelijama (npr. ATM).
Međuspremnici
Međuspremnici služe privremenom pohranjivanju paketa radi provjere njihove ispravnosti, prebacivanju na drugu mrežnu tehnologiju, ublažavanje kratkotrajnih preopterećenja ili usluga rastavljanja i sastavljanja okvira (Segmentation and Reassembly). Razlikujemo tri osnovna načina implementacije međuspremnika:
1. Ulazni međuspremnici - Okviri se pohranjuju na svakom ulazu. Dolazni okvir se pohranjuje čim bude prihvaćen, što je korisno u uvjetima preopterećenja ulaza ili odredišnog izlaza. Ova tehnika se može koristiti i za implementaciju broadcast ili multicast prometa. Eventualni problem kod ove tehnike nastaje u slučaju da okviri moraju biti proslijeđeni istovremeno na dva izlaza od kojih je jedan preopterećen. Na primjer, u međuspremniku imamo dva okvira, okvir B koji čeka da bude proslijeđen na slobodni izlaz D, i okvir A koji se nalazi ispred okvira B u ulaznom redu, a treba biti proslijeđen na preopterećeni izlaz C. Okvir B tada mora čekati, iako je njegov izlaz slobodan. Ova situacija se naziva head-of-line blocking, i može se izbjeći ukoliko switch posjeduje upravljačku logiku koja prati odredišne adrese okvira u međuspremniku, te može proslijediti okvir na slobodni izlaz i u slučaju da on nije prvi u redu (prosljeđivanje preko reda - out-of-order forwarding).
2. Izlazni međuspremnici - Ovaj način izvedbe međuspremnika izbjegava problem head-of-line blokiranja jer se okviri pohranjuju u međuspremniku odredišnog izlaza, tako da čekaju samo ukoliko je njihov izlaz zauzet. Mogu se koristiti i zajednički međuspremnici, kod kojih više izlaznih tijekova podataka može biti pohranjeno u isti memorijski prostor. Ova izvedba je korisna kod velikog opterećenja nekog od izlaza, no zahtijeva vrlo brzu memoriju s višestrukim pristupom. Problemi mogu nastati ukoliko imamo dugotrajniji veliki tijek podataka od jednog ulaza do jednog izlaza, jer tada pokušaj slanja podataka s nekog drugog ulaza na isti izlaz može rezultovati gubljenjem okvira. Razlog je što ova izvedba međuspremnika ne nudi ravnopravan pristup svim ulazima switcha na isti izlaz.
3. Pohranjivanje puteva (path buffering) - Ova metoda izbjegava loše strane obje gornje izvedbe međuspremnika, jer postoje odvojeni međuspremnici za svaki par ulaznih i izlaznih ulaza međuspremnika.
Blocking i non-blocking arhitektura switcheva
Non-blocking arhitektura znači da okvir koji se prosljeđuje od ulaza 1 na izlaz 2 ne ometa prosljeđivanje okvira s ulaza 3 na izlaz 4. Ovo također znači da nije moguća kolizija okvira na internoj sabirnici switcha, kao što je slučaj s blocking arhitekturom, kod koje switch može interno okvir pokušati poslati više puta. Većina modernih switcheva danas ima non-blocking arhitekturu.