Коммутаторы от TRENDnet с поддержкой QoS: TE100-S16E plus и TE100-S16 plus

В последнее время в сетях наблюдается тенденция увеличения трафика вообще и мультимедийного трафика в частности. Пропускная способность каналов тоже, конечно, увеличивается, но несколько медленнее. Поэтому пользователь может столкнуться с проблемами — если при перекачке файла из Internet (да и хотя бы из локальной сети) он и не заметит задержек (упадет немного скорость, и ладно), то при разговоре с другом через локальную сеть эти задержки могут катастрофически сказаться на понимании им речи собеседника — от больших задержек между вопросом и ответом до потери части слов (или их искажения). Неуправляемые примитивные коммутаторы (взамен концентраторов) несколько улучшают ситуацию, но при сильной загрузке физического канала и они не помогут. Но выход есть — это приоритетное управление трафиком в зависимости от его типа.

Различные коммутаторы используют разные способы управления трафиком, мы же рассмотрим метод, реализованный в 16-типортовых коммутаторах от TRENDnet. И хотя они и неуправляемые, но некоторые функции более интеллектуальных моделей в них присутствуют.


         

Модель TRENDnet TE100-S16E plus имеет внешний блок питания и небольшие (относительно своих 16ти портов) размеры. Корпус устройства — металлический, снизу расположены отверстия для вертикального крепления коммутатора. 16 экранированных RJ-45 портов находятся в задней части корпуса, а вся индикация располагается спереди. Порт аплинка логически совмещен с первым портом. В комплекте с коммутатором идет внешний блок питания, документация и резиновые ножки для установки устройства например на стол.

У второй модели — TRENDnet TE100-S16 plus — блок питания встроенный:

         

Этот коммутатор тоже собран в металлическом корпусе и предназначен для монтирования в стойку (что, впрочем, не исключает его установку на горизонтальные поверхности). Индикация и порты выведены на переднюю панель, аплинк-порт логически совмещен с восьмым портом устройства, все порты экранированные.

Разъем питания находится сзади и оснащен выключателем питания (что, согласитесь, удобно). В комплекте также идет документация, резиновые ножки и кронштейны с шурупами для крепления устройства в стойке. Модель обладает импульсным блоком питания, что положительно сказывается на поведении устройства при кратковременных провалах или скачках напряжения. Еще одно существенное отличие от предыдущей модели — сзади коммутатора расположен интерфейс для подключения 100BASE-FX (оптики на 100Mbits) модуля. В этом случае порт модуля подменяет 16й порт коммутатора — можно использовать либо то, либо другое, но никак не одновременно — это один и тот же порт.


Панель индикаторов для TE100-S16 plus


Панель индикаторов для TE100-S16 plus

Идеологически, подход к индикации одинаков на обоих коммутаторах. Один индикатор питания и пара индикаторов на каждый порт, один из которых (10/100Mbit link/act) является двухцветным. Кроме того, на TE100-S16 plus еще есть один индикатор, индицирующий наличие подключения устройства к оптическому модулю.

индикаторцветсостояниеинформация
10/100M LINK/ACTзеленыйгоритподключено устройство на скорости 100Mbit
мерцаетпередача данных через порт на скорости 100Mbit
оранжевыйгоритподключено устройство на скорости 10Mbit
мерцаетпередача данных через порт на скорости 10Mbit
FDX/COLзеленыйгоритполный дуплекс
не горитполудуплекс
мерцаетналичие коллизии в полудуплексе
PWRзеленыйгоритустройство включено
FX (только на
TE100-16 plus)
зеленыйгорит100Base-FX (100Mbit оптический) модуль подключен

Таблица 1. Состояния индикаторов

А теперь самое интересное — сзади на TE100-S16 plus (около интерфейса для подключения оптического модуля) и сбоку на TE100-S16E plus можно наблюдать вот такие панели переключателей:


Интерфейс управления QoS на TE100-S16 plus


Интерфейс управления QoS и Trunking на TE100-S16 plus

QoS (Quality of Service), присутствующий в обоих коммутаторах, является механизмом приоритетов трафика. Коммутатор выделяет три уровня приоритетов для каждого ethernet-кадра, проходящего через коммутатор: нормальный, высокий и максимальный. Каждый уровень имеет свою независимую очередь пакетов на каждом порту. Пакеты с более высокими приоритетами будут доставлены быстрее, чем менее приоритетные. Алгоритм работы очередей довольно прост. Рассмотрим его для одного порта: если все три очереди не пусты (в них имеются кадры для отправки), то общая пропускная способность канала распределяется так — 8% для очереди с низким приоритетом, 30% — с высоким, и оставшиеся 62% пропускной способности отдаются для пакетов с максимальным приоритетом. Если одна или более очередей освобождается, то меняется и схема распределения пропускной способности:

приоритет очереди, пустующей сейчасВыделяемый процент пропускной способности канала
Нормальный (Normal)Высокий (High)Максимальный (Very High)
Нормальный (Normal)×33%66%
Высокий (High)11%X89%
Максимальный (Very High)20%80%X
отсутствует8%30%62%

Таблица 2. Распределение приоритетов очередей

Данные правила действительны для всех портов устройства и не зависят от дуплекса и скорости порта. Для предотвращения переполнения очередей предусмотрен механизм уничтожения кадров с нормальным приоритетом (для сохранения буферной памяти для более приоритетных пакетов). Это позволяет свести к минимуму потери высокоприоритетных кадров на портах с отключенной функцией управления потоком.

Механизм QoS, реализованный в обоих коммутаторах, позволяет использовать три способа управления трафиком:

  • На основе 802.1Q VLAN Tag Header TCI bits (уровень 2 — канальный ??? )
  • На основе IP Header TOS bits (уровень 3 — сетевой ??? )
  • Привязка к портам

В первых двух случаях уровни приоритета назначаются в TCI/TOS битах кадра. “0” означает нормальный приоритет, “1” — высокий, все остальные значения приравниваются к максимальному приоритету. Так же возможно жестко установить приоритет для восьми заданных портов (с 3го по 6й и с 11го по 14й) — в этом случае все кадры, поступившие с этих портов обрабатываются исходя из назначенного на порт приоритета. Так как переключатели двухпозиционные (вкл/выкл), варьировать приоритет порта невозможно. Какой уровень приоритета (высокий или максимальный) устанавливается, также неясно. Также отсутствуют сведения о том, модифицируются ли заголовки TOS/TCI при прохождении через такой приоритетный порт. Скорее всего, нет, поэтому возможности использования функции привязки приоритетов к портам сильно ограничены — ведь пакеты, пройдя через приоритетный порт одного коммутатора, на другом коммутаторе будут обработаны как нормальные (неприоритетные).

Все эти три способа могут комбинироваться. В этом случае кадр обрабатывается, исходя из максимального приоритета, заданного одним из вышеперечисленных способов. Исключение составляет привязка приоритета к портам — в этом случае все пакеты, приходящие на такие порты, обрабатываются согласно приоритету порта.

На практике вышенаписанное означает, что наибольшей гибкостью обладают первые два способа — мы можем задать (на компьютере, используя средства ОС) высокие приоритеты только для избранных протоколов/приложений (например, для telnet, ssh, sntp, pop3, www), а для таких протоколов, как ftp, smb (windows-шаринги файлов) оставить все как есть (нормальный приоритет — то есть, фактически, отсутствие каких-либо приоритетов). В результате мы получаем быстро работающие SSH, электронную почту и веб-броузинг в сети, сильно нагруженной постоянной перекачкой больших файлов с windows-шарингов и ftp.

Приоритезация трафика также позволяет эффективно использовать потоковое видео, “voice-over-ip” и другие мультимедиа приложения в сильно загруженных сетях.

Коммутатор TRENDnet TE100-S16 plus кроме QoS также поддерживает транкинг - агрегацию (объединение) до четырех физических портов в один логический линк с соответствующим увеличением пропускной способности (до 800Mbits в режиме полного дуплекса) между двумя соединяемыми устройствами. Возможно создание двух таких линков — транки А и B, но только между разными коммутаторами. Эта функция позволяет сильно повысить пропускную способность канала между коммутаторами и соответственно уменьшить загрузку сети. Таким образом, можно каскадировать три и более коммутатора с использованием обоих транков (или всего двух коммутаторов — но использовать только один транк) с результирующей пропускной способностью канала между ними до 800Mbits. Для транкинга можно использовать также два или три порта, настройки производятся дип-переключателями сзади устройства, согласно таблице (A0,1 и B0,1 — переключатели на корпусе устройства):

A0A1Транк A
00Отключен
01Задействованы порты 1 и 9 (400Mbits)
01Задействованы порты 1,2 и 9 (600Mbits)
01Задействованы порты 1,2,9 и 10 (800Mbits)

B0B1Транк B
00Отключен
01Задействованы порты 8 и 16 (400Mbits)
01Задействованы порты 8,15 и 16 (600Mbits)
01Задействованы порты 7,8,15 и 16 (800Mbits)

Таблица 3. Конфигурации транкинга портов

Транкинг может использоваться с различными коммутаторами, поддерживающими его. Информация об используемом в данном случае методе выравнивания трафика между портами в режиме транкинга отсутствует.

Схемотехника устройств


Вид изнутри коммутатора TE100-S16E plus

         
Вид изнутри коммутатора TE100-S16 plus

Оба коммутатора собраны на контроллере TC6216M компании TAMARACK M.I. (TMI). Это неуправляемый 16ти портовый 10/100 Mbits ethernet switch контроллер, содержащий в себе некоторые функции управляемых коммутаторов, такие как приоритезация трафика и транкинг портов.

Контроллер содержит интегрированную буферную память типа SSRAM объемом 512 килобайт и память на 16K MAC адресов, заполняемую в режиме самообучения. Метод коммутации — “Store and Forward”. Для доступа к внешней среде передачи используются RTL8204 трансиверы от Realtek. Возможно использование внешней EEPROM памяти для хранения конфигурации.

В контроллере реализована защита от чрезмерного количества широковещательных (broadcast) пакетов. При этом совместно используются два метода:

  • ограничение на максимум использования буферной памяти под широковещательные пакеты
    По умолчанию это восемь 256-байтовых ячеек для каждого порта, возможно задать большее количество через конфигурацию, сохраняемую в EEPROM.
  • ограничение на максимально возможную полосу пропускания, которую может занять широковещательный трафик.
    Возможно задание максимальной полосы от 1.5 до 22% от полосы пропускания каждого порта, по умолчанию используется число 4%. При превышении широковещательные пакеты уничтожаются.

Технические характеристики обоих коммутаторов сведены в таблицу:

 TE100-S16E plusTE100-S16 plus
Количество портов1616
Поддержка IEEE 802.3 (10Base-T — Ethernet 10Mbits)
и IEEE 802.3u (100Base-TX — Fast Ethernet 100Mbits)
дада
Поддержка полу- и полнодуплексного режима работы в 10/100MBitдада
Поддержка 100Base-FX (62.5/125 мкм мультимодовая оптика)нетда,
с доп-ным модулем
Тип коммутацииStore and
Forward
Store and
Forward
Поддержка Full Duplex 802.3x Flow Control
(управление потоком в режиме полного дуплекса)
дада
Поддержка Half Duplex Back Pressure Flow Control
(управление потоком в режиме полудуплекса)
дада
Поддержка N-Way auto negotiation
(автодетектирование скорости и дуплекса устройства, подключенного к порту)
дада
Размер буфера кадров512KB512KB
Количество запоминаемых MAC16K16K
Используемый микроконтроллерTMI TC6216M
+
Realtek RTL8304
TMI TC6216M
+
Realtek RTL8304
Наличие QoSДа, 3 уровняДа, 3 уровня
Методы QoS802.1Q VLAN Tag,
IP Header,
Port based
802.1Q VLAN Tag,
IP Header,
Port based
Наличие транкинга портовНетДа — 2, до 4-х в каждом
Тип питания3,3В, 3А100–220В, 50–60Гц
Максимальное энергопотребление10 Вт20 Вт
Тип блока питаниявнешнийвнутренний, импульсный
Размеры (Ш/Д/В), мм184×124×44440×140×44
Рабочие температуры, °C0–500–50
Рабочая влажность, %10–9010–90

Табл 4. Технические характеристики коммутаторов

         

Также отмечу, что в модели со встроенным блоком питания в наличии имеется еще и вентилятор. Правда, не совсем понятно, почему он установлен со стороны, противоположной блоку питания. С другой стороны, если взглянуть на сам БП, то видно, что он как раз спроектирован без расчета на установку каких-либо вентиляторов и установка последнего могла бы привести к излишнему шуму при работе устройства.

Результаты тестирования.

Сводная таблица.

Методика тестирования, еще немного изменившаяся, описана тут. Считаются данные, идущие только в одну сторону (полудуплекс) через порт, если не указано обратного. Скорость считается в тысячах байт (1000 * 1байт). Данные передавались блоками по 64KB.

Таблица результатов коммутатора TE100-S16E plus:

тестклиентырежим первого, Mbitsдуплекс первогоскорость передачи первого, 1000*Byte/secнаправление передачирежим второго, Mbitsдуплекс второгоскорость передачи второго, 1000*Byte/sec
18100Full11300<-->  5200
2.12100Full12150-->100Full 
2.22100Full10330<-->100Full10480
3.12100Full1205<-->10Full1215
3.22100Full600<-->10Half605
4.12100Half1175<-->10Full1185
4.22100Half605<-->10Half600
5.1210Full1145<-->10Full1125
5.2210Half580<-->10Half570
5.3210Half600<-->10Full595
6.12100Full6095<-->100Half5945
6.22100Half5750<-->100Half5640

Таблица результатов коммутатора TE100-S16 plus:

тестклиентырежим первого, Mbitsдуплекс первогоскорость передачи первого, 1000*Byte/secнаправление передачирежим второго, Mbitsдуплекс второгоскорость передачи второго, 1000*Byte/sec
18100Full10300<-->  8100
2.12100Full12135-->100Full 
2.22100Full10300<-->100Full10510
3.12100Full1210<-->10Full1205
3.22100Full605<-->10Half600
4.12100Half1185<-->10Full1175
4.22100Half600<-->10Half605
5.1210Full1145<-->10Full1130
5.2210Half580<-->10Half575
5.3210Half595<-->10Full605
6.12100Full6045<-->100Half5940
6.22100Half5755<-->100Half5655

Ниже построены диаграммы сравнения коммутаторов с теоретически рассчитанным максимумом (за него принята единица) согласно вышеописанной методике. Понятно, что максимума достигнуть невозможно в принципе, поэтому результаты типа 0.9 можно считать идеальными.

Диаграммы работы коммутаторов (снятые с помощью MS Perfomance Monitor) вынесены на отдельные страницы:

Да, усовершенствование методики явно сказалось на результатах тестов - они практически идеальные. Ну и сами коммутаторы, разумеется, не подвели. Единственный не совсем понятный момент — отличие результатов в 1 и 5 группах тестов. Устройства-то собраны на одинаковом контроллере — по идее, и результаты должны быть схожи. С другой стороны, отличия не столь существенны, и результаты близки к теоретически рассчитанным максимальным.

Функциональность

Тут все в порядке. Сильно радует наличие дополнительных функций, таких как QoS и агрегация портов, что дает возможность более гибкого управления загрузкой сети. Двухцветные индикаторы состояния портов более удобны в восприятии.

Выводы

Коммутаторы отлично подойдут как для малых сетей, так и для сетей, где есть нужда в контроле и частичном управлении трафиком, а ставить более дорогое оборудование (с большей функциональностью, но и существенно возросшей ценой) не представляется возможным.

 

Оборудование предоставлено компанией MultiCo ltd
Выражаем благодарность VIA Technologies за предоставленные процессоры VIA C3 833Mhz

 




24 июля 2002 Г.