Задача дипломного проекта 13

4.4.3.1. Коммутация Cut-Through

Коммутация Cut-Through используется многими коммутаторами для обеспечения самого низкого времени ожидания ретрансляции. Время ожи­дания ретрансляции коммутатора (или просто время ожидания) — это интервал между двумя событиями: получением портом первого бита кадра и выходом первого бита из другого порта.

Коммутаторы, использующие метод Cut-Through, имеют исключитель­но низкое время ожидания ретрансляции, гораздо ниже, чем у обычного моста. Коммутатор начинает ретрансляцию, не дожидаясь получения всего кадра. Другими словами, биты начала кадра действительно передаются выходному порту в то время, когда биты его конца еще поступают на входной порт.
Хотя время ожидания ретрансляции коммутатора Cut-Through очень непродолжительно, оно все же гораздо больше времени задержки распространения начала пакета в концентраторах. Концентратор лишь передает приходящий кадр на все остальные порты, ему нет нужды каким бы то ни было образом проверять кадр.
С другой стороны, прежде чем принять решение о ретрансляции, комму­татору необходимо проверить адрес получателя кадра. Это означает, что он должен буферизовать, или накопить, по крайней мере первые 120 битов кадра, прежде чем принять решение о ретрансляции. Как только станет известен адрес получателя, коммутатор сможет принять решение о ретранс­ляции или фильтрации (рис. 4.18.). Это также займет некоторое количество времени (даже коммутатор не способен работать мгновенно).

Преамбула	SFD	Получатель	Отправитель	L/D	Данные	Незначащая информация	FCS	EFD
64	8	48	48	16	368-12,000	0-386	32	-

Рис. 4.18. Поля пакета.

Некоторые коммутаторы могут принимать решение очень быстро, иногда в течение 10 ВТ (100 наносекунд). Если коммутатор решает ретранслировать кадр, то он должен создать временный путь между прини­мающим и выдающим кадр портами. Это займет еще от 5 до 10 ВТ. Время ожидания ретрансляции некоторых коммутаторов составляет от 140 до 150 ВТ, или от 1,4 до 1,5 микросекунды.

Если путь для коммутируемого кадра уже создан, коммутатор может начинать передавать предварительно буферизованную первую часть кадра. Это означает, что часть данных кадра еще поступает, а преамбула проходя­щего кадра уже ретранслируется. Коммутация методом Cut-Through дает очень малое время задержки при ретрансляции кадров из одного сегмента в другой. Несмотря на это, при использовании метода Cut-Through возникают три проблемы:

• 
  ретранслируются карликовые кадры;
  
• 
  ретранслируются ошибочные кадры;
  
• 
  легко возникает перегрузка.
  

Поступивший в порт коммутатора Cut-Through карликовый кадр длиной не менее 120 битов может быть ретранслирован в другие порты. При использовании обычного моста такой проблемы быть не может, поскольку кадры приходят в полном объеме и ретранслируются только безошибочные. Коммутатор Cut-Through пропускает кадры настолько быстро, насколько быстро можно принять решение о ретрансляции. Некоторые карлики могут быть очень короткими и не содержать лаже полного адреса получателя. В таком случае они не будут ретранслированы. Если же карликовый кадр достаточно длинен, чтобы содержать адрес получателя, и данный узел связан с другим портом, ретрансляция будет произведена.
В результате коллизий могут возникнуть широковещательные и многопунктовые карликовые кадры. В отличие от однопунктовых карликов, эти кадры будут ретранслированы во все остальные порты коммутатора. Ретрансляция карликовых кадров в какой-либо или, хуже того, во все порты является растранжириванием времени и полосы пропускания, поскольку все узлы такие кадры отбросят. Если карлик будет ретранслирован из одного сегмента в другой, то узлы принимающего сегмента прервут передачу до истечения времени IPG (время между передачами пакетов) после обнаружения конца кадра. Хуже того, ретранс­лированный карлик может вызвать коллизию в принимающем сегменте, заставляя передающую(ие) станцию(и) замолчать и повторить попытку. Оба события являются бесполезной тратой полосы пропускания и снижают показатель использования сети.
Коммутаторы Cut-Through ретранслируют также кадры с неверной контрольной суммой и другими ошибками. Это даже хуже, чем ретрансляция карликовых кадров. Ретрансляция действительно неправильных кадров вы­зывает те же проблемы, что и ретрансляция карликов, но приводит к распространению ошибочных кадров из одного сегмента в другой, что может вызвать много проблем. Если в одном из сегментов возникают неприятности, обусловленные дефектами кабеля, поврежденным концентратором или сетевым интерфейсом, то, ретранслируя ошибочные кадры, коммутатор Cut-Through передает ошибки в другие сегменты.
Коммутатор Cut-Through легко может пострадать от такого явления, как перегрузка. Рассмотрим в качестве примера случай, когда двумя портами одновременно получены два кадра, которые нужно ретранслировать в один и тот же порт. Однако два кадра не могут быть ретранслированы одновре­менно. Один из них должен быть либо полностью сохранен в коммутаторе для ретрансляции в более позднее время, либо отброшен. В загруженной ЛВС с коммутаторами такое случается часто. Причем одновременно затребовать один и тот же выходной порт, усугубив проблему, могут более чем два кадра.
Перегрузка другого вида возникает в тот момент, когда порт передает информацию, а в него приходит кадр. Опять таки, он должен быть сохранен или отброшен.
Похожая форма перегрузки наблюдается, когда ретранслированный кадр вступает в коллизию в сегменте назначения. Решение о его сохранении или отбрасывании принимается на основании обычных правил CSMA/CD. Во всех случаях коммутатор поставлен перед выбором: сохранить (буфери­зовать) кадр для отправки в более позднее время или отбросить его. Буфе­ризация предполагает, что коммутатор поместит полный кадр в буфер подобно тому, как это делает обычный мост. Многие из первых коммутатор­ов Cut-Through сетей Ethernet не имели такой возможности и отбрасывали кадры в случае перегрузки. Другие имели входной или выходной буфер ровно на один кадр. Это было лучше, однако перегрузка все же легко возникала. К сожалению, когда разрабатывались принципы коммутации, сверхбыст­рые буферы были очень дорогими. Чтобы не увеличивать стоимость своих изделий, разработчики должны были использовать их в минимальном коли­честве. С течением времени стало ясно, что в результате отбрасывания кадров при возникновении перегрузки страдает производительность сети, потому что для исправления возникших ошибок приходилось задействовать прото­колы. Чтобы побороть этот недостаток, конструкции коммутаторов услож­нились, большие буферы стали нормой. Хотя таким образом некоторые проблемы перегрузки были решены, но возник нежелательный побочный эффект: увеличилась стоимость коммутаторов.
К сожалению, коммутация методом Cut-Through сопряжена с возник­новением перегрузок, а также ретрансляцией карликовых кадров и различ­ного рода ошибок. В современных коммутаторах Ethernet и Fast Ethernet коммутация методом Cut-Through если и применяется, то обычно сопро­вождается методом Store-and-Forward.