Глубокий анализ принципа работы переключателей: от основных механизмов до значения применения

В качестве ядра пересылки данных в локальной сети (LAN) эффективная работа переключателей зависит от сложного набора технической логики. По сравнению с традиционными концентраторами, которые работают на физическом уровне и передают данные с помощью вещания, коммутаторы реализуют интеллектуальную пересылку кадров на основе уровня канала данных. Выявляя MAC -адрес (физический адрес) в рамке данных, они точно определяют целевое устройство, эффективно избегая отходов полосы пропускания и значительно повышая эффективность передачи сети.
1, Основная функция: интеллектуальная пересылка кадров и динамическое обучение
Основная функция переключателя состоит в том, чтобы достичь направленной передачи на основе MAC -адресов. Когда переключатель получает кадр данных, он анализирует исходный MAC -адрес и MAC -адрес назначения в кадре: с одной стороны, он записывает отношения отображения между исходным MAC -адресом и приемным портом в таблице MAC -адресов (таблица CAM) для завершения автоматического обучения; С другой стороны, проверьте, существует ли целевой MAC -адрес уже в таблице. Если он существует, переключатель будет направлять кадр данных в направлении из соответствующего порта; Если его не существует, кадр отправляется во всех портах вещания, и после того, как целевое устройство отвечает, его MAC -адрес и информация о порте записывается для построения полной таблицы MAC -адресов. Например, когда устройство A отправляет данные на устройство B, переключатель сначала записывает Mac и исходный порт устройства A, а затем получает отображение порта Mac устройства B с помощью механизмов трансляции и отклика. Последующая связь может достичь точной пересылки.
2, Ключевой технический механизм: обеспечение стабильной работы сети
В процессе пересылки данных переключатель предоставляет три режима для адаптации к различным сценариям приложений. Режим хранилища и вперед требует полного получения рамков данных и проверки CRC перед переадресацией, которая подходит для корпоративных сетей с чрезвычайно высокими требованиями к надежности. Тем не менее, он имеет высокую задержку и может отказаться от ошибочных кадров; Режим прямого пересылки пересылается сразу после прочтения целевого MAC-адреса, отвечающего требованиям чувствительных сценариев задержки, таких как высокочастотные транзакции, но могут пересылать ошибочные кадры; Фрагментированный режим выделения проверяет первые 64 байта кадра данных перед пересылкой, достигая баланса между задержкой и надежностью.
Кроме того, чтобы избежать трансляционных штормов, вызванных избыточными ссылками, переключатель принимает протокол охватывающего дерева (STP). Выбрав корневой мост, блокируя избыточные порты, построив ациклическую топологию дерева и контролируя статус ссылки в режиме реального времени, если основная ссылка не работает, путь резервного копирования может быть активирован в течение 30-50 секунд, чтобы обеспечить непрерывную и стабильную работу сети.
3, Расширенная эволюция функций: удовлетворение сложных сетевых требований
Благодаря расширению сетевой шкалы переключатели разработали серию передовых функций. Технология виртуальной локальной сети (VLAN) может разделить один и тот же физический переключатель на несколько доменов вещания, достижение логической изоляции между различными отделами (например, Finance VLAN10, R & D VLAN20), а также обеспечение расширения переключателя через багажные порты и протокол IEEE 802.1Q. Агрегация ссылок (LACP) связывает несколько физических портов в логические каналы, которые не только достигают укладки полосы пропускания (такие как увеличение с 4 × 1 Гбит / с до 4 Гбит / с), но также обладают избыточными возможностями восстановления стихийных бедствий. В случае сбоя одной ссылки трафик автоматически переключается. Переключатели уровня 3 дополнительно прорывают ограничения уровня 2, интегрируют таблицы маршрутизации IP и позволяют общаться VLAN без необходимости во внешних маршрутизаторах, значительно упрощая сетевую архитектуру.
4, Фактический рабочий процесс: в качестве примера проводя связь между ПК
Принимая PC1 (Mac: 11:11) отправка данных в PC2 (Mac: 22:22) В качестве примера, во время первой связи, переключатель будет транслировать кадр данных для всех портов, поскольку в таблице MAC -адреса нет информации PC2; После ответа PC2 переключатель записывает свой Mac и соответствующий порт (например, порт2). В последующей связи переключатель напрямую запрашивает таблицу Mac и направляет данные из порта2 направленным образом. Когда PC3 подключается к Port3 и отправляет данные, коммутатор также будет записывать отображение порта Mac в таблице, чтобы гарантировать, что новое устройство быстро подключается к сети.
5, переключатели и маршрутизаторы: функциональные и применения различия
Переключатели и маршрутизаторы играют разные роли в сети. Переключатель работает на уровне ссылки на данные и реализует высокоскоростную пересылку кадров в локальной сети области на основе таблицы MAC-адресов. По умолчанию по умолчанию в том же вещательном домене (который можно разделить на VLAN); Маршрутизаторы работают на сетевом уровне и полной маршрутизации пакетов IP -пакетов поперечного сегмента на основе таблиц маршрутизации (таких как протоколы OSPF и BGP), естественно изолируя вещательные домены. Они работают вместе, чтобы создать полную систему сетевой связи.
6, основное значение коммутаторов: краеугольный камень сетевой архитектуры
Переключатели полагаются на аппаратные микросхемы ASIC для достижения перенаправления микросекундного уровня с высокоскоростными и низкими характеристиками задержки; Оптимизировать использование пропускной способности сети путем выделения доменов конфликтов и разработки полной дуплексной связи; Используя такие технологии, как VLAN и агрегация ссылок, мы можем гибко адаптироваться к потребностям расширения сложных сетевых архитектур. В современных центрах обработки данных полностью переключенная архитектура стала основной, а маршрутизаторы используются только для пограничных выходов, полностью демонстрируя основную позицию коммутаторов в сетевой инфраструктуре. Освоение принципов коммутаторов имеет большое значение для устранения неполадок в сетевых петлях, трансляции штормов, конфигураций VLAN и других неисправностей.