Глибокий аналіз принципу робочих комутаторів: від основних механізмів до значення застосування

Як ядро переадресації даних у локальній мережі (LAN), ефективна робота комутаторів покладається на складний набір технічної логіки. Порівняно з традиційними центром, які працюють на фізичному шарі та передають дані за допомогою мовлення, комутатори впроваджують інтелектуальну переадресацію кадру на основі рівня посилань даних. Визначаючи MAC -адресу (фізичну адресу) у кадрі даних, вони точно знаходять цільовий пристрій, ефективно уникаючи відходів пропускної здатності та значно підвищуючи ефективність передачі мережі.
1, основна функція: інтелектуальне переадресація кадрів та динамічне навчання
Основна функція перемикача - це досягнення спрямованої передачі на основі MAC -адрес. Коли перемикач отримує кадр даних, він аналізує вихідну MAC -адресу та MAC -адресу призначення в кадрі: З одного боку, він записує співвідношення відображення між вихідною MAC -адресою та портом прийому в таблиці MAC -адреси (таблиця CAM) для завершення автоматичного навчання; З іншого боку, перевірте, чи цільова MAC -адреса вже існує в таблиці. Якщо він існує, перемикач перемикає кадр даних на напрямку з відповідного порту; Якщо його не існує, кадр надсилається у трансляційній формі всім портам, і після відповіді цільового пристрою його записується інформація MAC -адреса та порт для побудови повної таблиці MAC -адреси. Наприклад, коли пристрій A надсилає дані на пристрій B, перемикач спочатку записує Mac та джерело порту пристрою A, а потім отримує відображення порту Mac пристрою B за допомогою механізмів трансляції та відповідей. Подальше спілкування може досягти точної переадресації.
2, ключовий технічний механізм: забезпечення стабільної роботи мережі
Під час процесу переадресації даних перемикач надає три режими для адаптації до різних сценаріїв додатків. Режим магазину та вперед вимагає повного прийому кадрів даних та перевірки CRC перед переадресацією, що підходить для підприємств з надзвичайно високими вимогами до надійності. Однак він має високу затримку і може відкинути помилкові кадри; Режим прямого переадресації переадресує відразу після прочитання цільової MAC-адреси, дотримання вимог чутливих сценаріїв затримки, таких як високочастотні операції, але може пересилати помилкові кадри; Фрагментований режим ізоляції перевіряє перші 64 байти кадру даних перед переадресацією, досягаючи балансу між затримкою та надійністю.
Крім того, щоб уникнути трансляційних штормів, спричинених надлишковими посиланнями, перемикач приймає протокол дерева, що охоплює (STP). Обираючи кореневий міст, блокуючи зайві порти, будуючи топологію ациклічного дерева та моніторинг стану зв’язку в режимі реального часу, якщо основна ланка не вдається, шлях резервного копіювання може бути активований протягом 30-50 секунд, щоб забезпечити постійну та стабільну роботу мережі.
3, розширена еволюція функцій: задоволення складних потреб у мережі
Завдяки розширенню мережевої шкали, комутатори розробили ряд розширених функцій. Технологія віртуальної локальної мережі (VLAN) може розділити один і той же фізичний перемикач на кілька доменів мовлення, досягаючи логічної ізоляції між різними відділами (такими як фінансовий VLAN10, R&D VLAN20), і забезпечення розширення перехресного перемикача через протокол магістратури та IEEE 802.1Q. Агрегація посилань (LACP) зв'язує кілька фізичних портів у логічні канали, які не тільки досягають укладання пропускної здатності (наприклад, збільшення від 4 × 1 Гбіт / с до 4 Гбіт / с), але й мають надмірні можливості відновлення стихійних лих. У разі відмови одного посилання трафік автоматично перемикається. Шар 3 перемикає подальше проникнення через обмеження рівня 2, інтегрують таблиці маршрутизації IP та вмикають зв'язок VLAN без необхідності зовнішніх маршрутизаторів, що значно спрощують мережеву архітектуру.
4, фактичний робочий процес: взяття на спілкування між ПК як приклад
Взяття PC1 (Mac: 11:11) Надсилання даних на PC2 (Mac: 22:22) Як приклад, під час першого зв'язку перемикач транслюватиме кадр даних на всі порти, оскільки в таблиці MAC -адреси немає інформації PC2; Після відповідей PC2 перемикач записує свій Mac та відповідний порт (наприклад, порт2). У подальшому зв'язку перемикач безпосередньо запитує таблицю Mac і передає дані з порту 2 спрямовано. Коли PC3 підключається до Port3 і надсилає дані, перемикач також буде записувати своє відображення порту Mac в таблиці, щоб переконатися, що новий пристрій швидко підключається до мережі.
5, перемикачі та маршрутизатори: функціональні та додаткові відмінності
Перемикачі та маршрутизатори відіграють різні ролі в мережі. Перемикач працює на шарі посилань даних і реалізує високошвидкісне переадресацію кадру в межах локальної мережі на основі таблиці MAC-адреси. Він за замовчуванням до одного домену трансляції (який можна розділити на VLAN); Маршрутизатори працюють на мережевому шарі та повна маршрутизація IP -пакетів на перехресному сегменті на основі таблиць маршрутизації (наприклад, протоколів OSPF та BGP), природно ізолюючи домени мовлення. Двоє спільно працюють над створенням повної мережевої системи зв'язку.
6, основне значення комутаторів: наріжний камінь мережевої архітектури
Перемикачі покладаються на апаратні мікросхеми ASIC для досягнення переадресації рівня мікросекунд, з високошвидкісними та низькими характеристиками затримки; Оптимізуйте використання пропускної здатності мережі шляхом виділення конфліктних доменів та розробки повного дуплексного спілкування; Використовуючи такі технології, як VLAN та агрегація посилань, ми можемо гнучко адаптуватися до потреб розширення складних мережевих архітектур. У сучасних центрах обробки даних повністю переключена архітектура стала основною, а маршрутизатори використовуються лише для граничних виходів, повністю демонструючи основне положення комутаторів у мережевій інфраструктурі. Оволодіння принципами комутаторів має велике значення для усунення несправностей мережевих циклів, трансляційних штормів, конфігурацій VLAN та інших несправностей.