Мини-коммутаторы для сетей Fast Ethernet

Владимир Леонов

Методика тестирования

Результаты тестирования

Выбор редакции

   CNet CNSH-800

   Compex PS2208B

   D-Link DES-1008D

   D-Link DES-1008F

   Edimax ES-3105P

   Edimax ES-3108P

   Genius GS4080SE

   HardLink HS-05D

   HardLink HS-08

   HardLink HS-08D

   HP Proсurve switch 408

   LinkPro Office Switch 8RF (SH9008RF)

   SMC EZ6508TX

 

В тестовой лаборатории «КомпьютерПресс» проведено тестирование тринадцати моделей мини-коммутаторов для сетей Fast Ethernet: CNet CNSH-800, Compex PS2208B, D-Link DES-1008D, D-Link DES-1008F, Edimax ES-3105P, Edimax ES-3108P, Genius GS4080SE, HardLink HS-05D, HardLink HS-08, HardLink HS-08D, HP Procurve switch 408, LinkPro Office Switch 8RF (SH9008RF), SMC EZ6508TX.

Бурное развитие сетевых технологий в последнее десятилетие привело к увеличению объема данных, передаваемых по сети, и скорости их передачи, а также к существенному снижению цен на сетевое оборудование.

В настоящее время даже в небольших офисах компьютеры объединяются в локальные сети, а сетевые адаптеры все чаще интегрируются прямо в материнскую плату компьютера.

Наиболее популярной и практически единственной технологией построения локальных сетей сейчас является Ethernet. Под термином Ethernet понимается целая группа стандартов, отличающихся как по скорости (классический Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet), так и по среде передачи данных (витая пара, оптоволокно). В сетях, построенных по технологии Ethernet, все рабочие станции объединены общей средой передачи (шиной) и работают в соответствии с принципами множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD — Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection). Это означает, что все рабочие станции, включенные в сеть, могут принимать данные одновременно, но передавать данные на общую шину в определенный момент времени может только одна из них. Такой способ был выбран когда-то для снижения стоимости сети, однако увеличение числа рабочих станций, работающих в такой сети, ведет к снижению ее пропускной способности.

Многие из существующих в настоящее время локальных сетей, основанных на технологии Ethernet, проектировались и строились несколько лет назад, когда основным устройством, обеспечивающим подключение рабочих станций к сети, был концентратор. Особенностью работы концентратора является то, что все клиенты, подключенные к портам концентратора, работают в полудуплексном режиме (могут только принимать или только передавать данные в текущий момент времени), а кадры данных, полученные концентратором с любого порта, ретранслируются на все остальные порты.

Ретрансляция кадров на все порты приводит к повышенной чувствительности сети к числу работающих клиентов. В таких сетях коэффициент загруженности не должен превышать 40%. Кроме того, имеются ограничения на максимальную удаленность клиентов друг от друга и на максимальное количество концентраторов между ними, из-за чего сильно страдает масштабируемость.

Еще несколько лет назад использование коммутаторов для построения локальных сетей считалось дорогим удовольствием, однако произошедшее в последнее время значительное снижение стоимости коммутаторов и наличие у них ряда полезных свойств, отсутствующих у концентраторов, приводит к вытеснению последних с рынка оборудования для построения сетей. В настоящее время коммутаторы эффективно используются не только в качестве центральных устройств, но и на уровне малых рабочих групп для непосредственного подключения рабочих станций.

Для небольших рабочих групп особую популярность приобрели неуправляемые коммутаторы с небольшим количеством портов. Они отличаются упрощенной элементной базой, уменьшенным количеством функций, небольшими размерами и, как следствие, низкой стоимостью. Такие устройства принято называть мини-коммутаторами.

В отличие от концентраторов, которые воплощают в себе идеологию общей разделяемой среды и превращают сеть в единый домен коллизий, коммутаторы — это более интеллектуальные устройства, способные анализировать адрес назначения кадра и передавать его не на все порты, а только на тот порт, к которому подключен адресат. При этом другие порты могут параллельно обрабатывать свои пакеты данных.

Эта особенность позволяет значительно повысить быстродействие существующей сети путем простой замены концентратора коммутатором.

В процессе работы коммутатор «обучается» путем пассивного наблюдения за трафиком, циркулирующим в сети. В результате строится адресная таблица (таблица MAC-адресов), на основе которой затем передаются кадры. При поступлении кадра на порт коммутатора адрес получателя кадра ищется в адресной таблице. Если он там присутствует, коммутатор отсылает кадр на соответствующий порт получателя — такой процесс называется передвижением (forwarding). Если получатель подключен к тому же порту, откуда кадр поступил, то такой кадр уничтожается — это называется фильтрацией (filtering). Если адрес получателя кадра в адресной таблице отсутствует, то кадр рассылается во все порты и после получения подтверждения доставки адрес заносится в адресную таблицу с принадлежностью тому порту, откуда пришло подтверждение.

Практически все современные мини-коммутаторы сетей Ethernet способны работать на скорости 10 Мбит/с по стандарту Ethernet и 100 Мбит/с по стандарту Fast Ethernet как в полудуплексном, так и в полнодуплексном режиме. При этом поддерживается функция автоопределения, то есть способность самостоятельно «договариваться» с сетевыми адаптерами о режиме работы.

В полудуплексном режиме работы прием и передача кадров осуществляются по одной витой паре, поэтому даже в случае, когда к каждому порту коммутатора подключено по одному компьютеру, возможно возникновение коллизий при одновременном начале передачи данных коммутатором и рабочей станцией.

Полнодуплексный режим предусматривает одновременную передачу данных в обоих направлениях, и коллизии в принципе не могут возникать. Узлу разрешается отправлять кадры в коммутатор, когда бы ему это ни потребовалось. Однако если не предусмотреть средств регулирования потока кадров, то коммутаторы могут столкнуться с перегрузками, возникающими при одновременном обращении нескольких входящих портов к одному исходящему. Для регулирования потока кадров в полнодуплексном режиме работы используется технология Advanced Flow Control, описанная в стандарте IEEE 802.3х.

При работе в полудуплексном режиме коммутатор также может сталкиваться с перегрузками, связанными с избыточным потоком кадров, следующих через один из портов. В этом случае для управления потоком кадров коммутатор может использовать два метода, основанных на том, что коммутатор, в отличие от конечных узлов, может нарушать некоторые правила доступа к среде передачи данных.

Первый метод называется методом обратного давления (back pressure). В случае, когда коммутатору необходимо «подавить» активность какого-либо порта, он искусственно генерирует коллизии на этот порт, посылая ему jam-последовательности.

Второй метод основан на агрессивном поведении порта коммутатора и в настоящее время практически не используется. Агрессивность поведения порта коммутатора заключается в том, что для доступа к среде передачи данных порт не выдерживает технологической паузы между кадрами. В этом случае порт коммутатора монопольно захватывает шину, направляя конечному узлу только свои кадры, что дает возможность порту коммутатора разгрузить свой внутренний буфер.

Все коммутаторы характеризуются некоторыми общими параметрами, определяющими их производительность. К таким параметрам относятся скорость продвижения (forwarding) и фильтрации (filtering), пропускная способность коммутатора (throughput), время задержки передачи кадра, тип коммутации, размер адресной таблицы и размер буферной памяти.

Как правило, скорость продвижения и фильтрации совпадает с протокольной скоростью соединения, то есть составляет 148 800 пакетов в секунду для сегментов 100 Мбит/с и 14 880 пакетов в секунду для сегментов 10 Мбит/с. При этом речь идет только о передаче кадров минимальной длины. Для кадров максимальной длины, которые преобладают при передаче пользовательских данных, скорость продвижения и фильтрации, естественно, меньше.

Для мини-коммутаторов реализуется только один способ коммутации — это коммутация с промежуточной буферизацией. При таком способе коммутации кадр поступает в буфер входного порта, где по контрольной сумме он проверяется на наличие ошибок. Если ошибки не обнаружены, пакет передается на выходной порт. Этот способ коммутации не самый скоростной, но гарантирует фильтрацию ошибочных кадров.

Методика тестирования

Для нашего тестирования мы отобрали неуправляемые двухскоростные мини-коммутаторы Ethernet 10/100 Мбит/с с функцией автоопределения и количеством портов от пяти до восьми. Такие коммутаторы используются для микросегментации на низшем уровне иерархии корпоративных сетей или для построения небольших локальных, в том числе и домашних, сетей. Технические характеристики коммутаторов представлены в табл. 1.

Тестирование коммутаторов проводилось в два этапа. На первом этапе оценивалась интегральная производительность коммутатора при работе в реальной сети; на втором этапе, который условно можно назвать функциональным тестированием, сравнивались функциональные возможности и дизайн коммутаторов.

Определение интегральной производительности проводилось в локальной одноранговой сети Fast Ethernet, состоящей из испытуемого коммутатора, компьютера-контроллера и нескольких рабочих станций. Компьютер-контроллер и рабочие станции работали под управлением операционной системы Microsoft Windows 2000 Professional SP2.

Тестирование производительности коммутаторов проводилось с помощью утилиты IOmeter, разработанной компанией Intel. Утилита предназначена для измерения производительности различных устройств ввода-вывода и состоит из двух программ: Dynamo и IOmeter. Программа Dynamo осуществляет функцию генератора и счетчика трафика, а программа IOmeter руководит работой программы Dynamo, а также осуществляет сбор, отображение и запись результатов. С помощью графического интерфейса программы IOmeter возможна очень гибкая настройка параметров трафика. С помощью настройки можно изменить размер блоков данных, над которыми выполняются операции ввода-вывода, тип выполняемой операции — чтение/запись, режим выполнения операции — выборочный/последовательный, а также смесь этих операций в процентном соотношении и время задержки между выполнением отдельных операций. Кроме того, утилита позволяет организовать сетевое взаимодействие не только между двумя конечными узлами сети или сгенерировать сетевой трафик со стороны нескольких конечных узлов в направлении на сервер и обратно, но и имитировать одновременное взаимодействие между всеми узлами сети. Именно в таком режиме работы, то есть когда каждый узел сети одновременно в псевдопараллельном режиме общается со всеми остальными узлами сети, на коммутатор ложится максимальная нагрузка.

В нашем тестировании мы запускали программу IOmeter на компьютере-контроллере, а программу Dynamo — на всех рабочих станциях.

Производительность коммутаторов определялась в нескольких режимах работы. В первом тесте коммутатор работал в полнодуплексном режиме на скорости соединения 100 Мбит/с. При этом к одному из портов коммутатора подключался компьютер-контроллер, а ко всем остальным портам — рабочие станции. Каждая рабочая станция генерировала активный трафик на все остальные рабочие станции, в итоге имитировалось одновременное взаимодействие всех узлов сети друг с другом.

Такая высокая нагрузка на мини-коммутатор вряд ли возникнет в реальной сети, и рассматривать ее стоит как своеобразный стресс-тест.

Во втором тесте проверялась способность коммутатора работать в полудуплексном режиме на скорости соединения 100 Мбит/с. Такой режим возникает, когда к портам мини-коммутатора подключаются концентраторы, работающие в полудуплексном режиме. Тест проводился при той же схеме соединений, но на всех сетевых адаптерах принудительно был задан полудуплексный режим работы. Максимальная нагрузка на коммутатор, как и в первом тесте, достигалась за счет одновременного взаимодействия всех рабочих станций между собой.

В третьем тесте определялась способность коммутаторов осуществлять взаимодействие между сегментами сети, работающими на разных скоростях (10 и 100 Мбит/с). Для этого к коммутатору подключались компьютер-контроллер и две рабочие станции, сетевой адаптер одной из которых при помощи драйвера принудительно устанавливался в режим 10 Мбит/с. Данные передавались сначала из сегмента 100 Мбит/с на сегмент 10 Мбит/с, а затем направление менялось на обратное.

Во всех тестах оцениваемой характеристикой являлся суммарный сетевой трафик, проходящий через мини-коммутатор. Чтобы не выделять в отдельные группы коммутаторы с разным количеством портов, при подведении итогов стресс-теста мы учитывали не просто суммарный сетевой трафик, а средний сетевой трафик, проходящий через один порт, который получался путем деления суммарного сетевого трафика на число портов, задействованных в стресс-тесте.

На втором этапе тестирования мини-коммутаторы сравнивались друг с другом по своим функциональным возможностям, дизайну и такому немаловажному критерию, как цена за порт, который иначе можно назвать стоимостью подключения к сети одного узла.

Под функциональными возможностями мини-коммутатора подразумевалась информативность индикаторов состояния портов и удобство соединения мини-коммутаторов друг с другом (наличие порта Up-Link или функции автоопределения типа кабеля).

Под дизайном коммутатора понималось прежде всего соответствие количества портов и размеров коммутатора, удобство расположения индикаторов, возможность настенного крепления коммутатора и в последнюю очередь — внешний вид.

Для сравнения мини-коммутаторов не по отдельным характеристикам — результатам тестирования, а в целом, для каждого мини-коммутатора рассчитывался интегральный показатель качества. С этой целью для каждой оцениваемой характеристики коммутатора вычислялся ее безразмерный показатель качества, за который мы приняли нормированную на максимальное значение величину, то есть отношение значения этой характеристики к максимальному значению. Таким образом, за лучший результат в тесте мини-коммутатор получал один балл, а все остальные — менее единицы.

Учитывая, что разные характеристики коммутатора имеют различную значимость, для каждой характеристики определялся ее весовой коэффициент, являющийся показателем значимости.

Интегральный показатель качества коммутатора вычислялся как сумма произведений показателей качества отдельных характеристик и соответствующих весовых коэффициентов.

Рассчитанные по описанной выше методике интегральные показатели качества использовались при выборе самого качественного коммутатора. Чем выше интегральный показатель качества коммутатора, тем лучше. Если же разделить интегральный показатель качества коммутатора на его цену, то получаемое значение соотношения «качество/цена» показывает, насколько выгодна покупка коммутатора — чем выше соотношение «качество/цена», тем лучше.

В начало В начало

Результаты тестирования

Сначала отметим основные особенности протестированных мини-коммутаторов. Так, коммутаторы Edimax ES-3105P и HardLink HS-05D — пятипортовые.

У коммутаторов D-Link DES-1008F и LinkPro Office Switch 8RF один порт выполнен как сдвоенный (TX-RX) мультимодовый оптоволоконный порт стандарта 100Base-FX. Их использование целесообразно при большом расстоянии до рабочей группы либо при высоких требованиях к безопасности или к помехозащищенности линии связи.

Коммутатор CNet CNSH-800 — единственный из участников этого тестирования, имеющий встроенный блок питания. Это немного увеличивает его размеры, но избавляет пользователя от необходимости размещения блока питания.

Коммутатор HP Procurve switch 408 имеет наиболее полную систему индикации, которая, кроме обычного отображения параметров связи, дает возможность определять причину возникновения ряда проблемных ситуаций по комбинации свечения индикаторов.

У коммутаторов Genius GS4080SE и HP Procurve switch 408 все порты поддерживают автоопределение типа подключенного кабеля.

При определении способности коммутаторов осуществлять взаимодействие между сегментами сети, работающими на разных скоростях (10 и 100 Мбит/с), обнаружились явные лидеры: Edimax ES-3108P и HardLink HS-08D. Эти коммутаторы имели большое преимущество при передаче данных в обоих направлениях, а при передаче данных из сегмента 10 Мбит/с на сегмент 100 Мбит/с к ним присоединился коммутатор HP Procurve switch 408.

Производительность коммутаторов при соединении сегментов, работающих на разных скоростях

Отметим, что стресс-тест смогли выполнить только коммутаторы Edimax ES-3105P, D-Link DES-1008F, HardLink HS-05D и LinkPro Office Switch 8RF, то есть коммутаторы с уменьшенным числом портов, работавших в стресс-тесте. В данном случае выполнение теста означает, что весь трафик передавался коммутаторами без ошибок. При тестировании других коммутаторов (с большим количеством портов) наблюдалось значительное число ошибок при передаче, приводившее к повторным передачам и к резкому снижению трафика. Более подробный анализ показал, что загрузка процессора рабочих станций в этом тесте была близка к 100% и, вполне вероятно, что ошибки происходили именно по вине рабочих станций, то есть по причине отсутствия надлежащего отклика от них. Соответственно при работе коммутатора с большим количеством портов нагрузка на рабочие станции (в схеме «каждая с каждой») возрастала, что и могло отразиться на нестабильности в работе.

Получив такой результат, мы решили повторить стресс-тест, немного уменьшив нагрузку на коммутатор и рабочие станции. Нагрузка была снижена за счет уменьшения количества работающих портов. Если в первом варианте рабочие станции, работающие по схеме «каждая с каждой», были подключены к семи портам коммутатора, то во втором варианте рабочие станции подключались только к шести портам, то есть награзка была такая же, как при тестировании коммутаторов D-Link DES-1008F и LinkPro Office Switch 8RF. Такой вариант стресс-теста смогли выполнить еще пять коммутаторов: CNet CNSH-800, Compex PS2208B, D-Link DES-1008D, Edimax ES-3108P и HardLink HS-08. Мы не стали определять предел нагрузочной способности при работе с оставшимися коммутаторами и подвели итоги по результатам данного теста.

Производительность коммутаторов при максимальной нагрузке

Результаты оценки отдельных характеристик и интегральный показатель качества коммутаторов представлены в табл. 2.

В начало В начало

Выбор редакции

Выбор победителей тестирования проводился по двум номинациям: «Самый качественный коммутатор» и «Оптимальная покупка».

В номинации «Самый качественный коммутатор» с небольшим преимуществом победили коммутаторы D-Link DES-1008D и CNet CNSH-800.

В номинации «Оптимальная покупка» победителем стал коммутатор HardLink HS-08.

Далее приведены описания участвовавших в тестировании коммутаторов, расположенные в алфавитном порядке по фирме-производителю.