تجزیه و تحلیل عمیق از اصل کار سوئیچ ها: از مکانیسم های اساسی گرفته تا مقدار کاربرد

به عنوان هسته انتقال داده در یک شبکه محلی (LAN) ، عملکرد کارآمد سوئیچ ها به مجموعه ای پیچیده از منطق فنی متکی است. در مقایسه با مراکز سنتی که در لایه فیزیکی کار می کنند و داده ها را از طریق پخش منتقل می کنند ، سوئیچ ها پیشرو قاب هوشمند را بر اساس لایه پیوند داده پیاده سازی می کنند. با شناسایی آدرس MAC (آدرس فیزیکی) در قاب داده ، آنها به طور دقیق دستگاه هدف را پیدا می کنند ، به طور موثری از زباله های پهنای باند و بهبود قابل توجهی کارایی انتقال شبکه جلوگیری می کنند.
1 ، عملکرد اصلی: حمل قاب هوشمند و یادگیری پویا
عملکرد اصلی یک سوئیچ دستیابی به انتقال جهت بر اساس آدرس های MAC است. هنگامی که سوئیچ یک قاب داده را دریافت می کند ، آدرس MAC منبع و آدرس MAC مقصد را در قاب تجزیه می کند: از یک طرف ، رابطه نقشه برداری بین آدرس MAC منبع و درگاه دریافت کننده در جدول آدرس MAC (جدول CAM) را برای تکمیل یادگیری خودکار ثبت می کند. از طرف دیگر ، بررسی کنید که آیا آدرس MAC هدف از قبل در جدول وجود دارد یا خیر. در صورت وجود ، سوئیچ قاب داده را به صورت جهت از درگاه مربوطه ارسال می کند. اگر وجود نداشته باشد ، این قاب به صورت پخش به همه درگاه ها ارسال می شود و پس از پاسخ دستگاه هدف ، آدرس MAC و اطلاعات پورت آن برای ساختن یک جدول آدرس کامل MAC ثبت می شود. به عنوان مثال ، هنگامی که دستگاه A داده ها را به دستگاه B ارسال می کند ، سوئیچ ابتدا پورت MAC و منبع دستگاه A را ضبط می کند و سپس نقشه برداری پورت MAC از دستگاه B را از طریق مکانیسم های پخش و پاسخ به دست می آورد. ارتباطات بعدی می تواند به حمل و نقل دقیق برسد.
2 ، مکانیسم فنی کلیدی: اطمینان از عملکرد پایدار شبکه
در طی فرآیند ارسال داده ، سوئیچ سه حالت را برای سازگاری با سناریوهای مختلف برنامه فراهم می کند. حالت فروشگاه و رو به جلو نیاز به پذیرش کامل فریم های داده و تأیید CRC قبل از ارسال دارد که برای شبکه های سازمانی با نیازهای بسیار قابلیت اطمینان بسیار مناسب است. با این حال ، دارای تأخیر بالایی است و ممکن است فریم های اشتباه را دور بیندازد. حالت پیشروی مستقیم بلافاصله پس از خواندن آدرس MAC هدف ، برآورده می شود و الزامات سناریوهای حساس تأخیر مانند معاملات با فرکانس بالا را برآورده می کند ، اما ممکن است قاب های اشتباه را به جلو ببرد. حالت جداسازی تکه تکه شده 64 بایت اول قاب داده را قبل از حمل و نقل بررسی می کند و به تعادل بین تأخیر و قابلیت اطمینان می رسد.
علاوه بر این ، برای جلوگیری از پخش طوفان های ناشی از پیوندهای زائد ، سوئیچ پروتکل درخت پوششی (STP) را تصویب می کند. با انتخاب یک پل ریشه ، مسدود کردن درگاه های اضافی ، ساخت یک توپولوژی درختی آسیكلیك و نظارت بر وضعیت پیوند در زمان واقعی ، اگر پیوند اصلی از بین نرود ، مسیر پشتیبان گیری در طی 30-50 ثانیه فعال می شود تا از عملکرد مداوم و پایدار شبکه اطمینان حاصل شود.
3 ، تکامل ویژگی پیشرفته: پاسخگویی به نیازهای پیچیده شبکه
با گسترش مقیاس شبکه ، سوئیچ ها مجموعه ای از عملکردهای پیشرفته را توسعه داده اند. فناوری شبکه محلی مجازی (VLAN) می تواند همان سوئیچ فیزیکی را به دامنه های پخش چندگانه تقسیم کند ، و به انزوا منطقی بین بخش های مختلف (مانند امور مالی VLAN10 ، R&D VLAN20) و امکان گسترش سوئیچ متقاطع از طریق درگاه های تنه و پروتکل IEEE 802.1Q را امکان پذیر کند. جمع آوری پیوند (LACP) چندین درگاه فیزیکی را به کانال های منطقی متصل می کند ، که نه تنها به انباشت پهنای باند (مانند افزایش از 1 گیگابیت بر ثانیه به 4 گیگابایت در ثانیه) دست می یابد ، بلکه قابلیت بازیابی فاجعه را نیز دارد. در صورت خرابی پیوند واحد ، ترافیک به طور خودکار تغییر می کند. سوئیچ های لایه 3 محدودیت های لایه 2 را به هم ریخته ، جداول مسیریابی IP را ادغام کرده و ارتباطات VLAN را بدون نیاز به روترهای خارجی فعال کنید ، معماری شبکه را تا حد زیادی ساده کنید.
4 ، گردش کار واقعی: برقراری ارتباط بین رایانه های شخصی به عنوان نمونه
گرفتن PC1 (MAC: 11:11) ارسال داده ها به PC2 (MAC: 22:22) به عنوان نمونه ، در اولین ارتباطات ، سوئیچ قاب داده را به همه درگاه ها پخش می کند زیرا هیچ اطلاعات PC2 در جدول آدرس MAC وجود ندارد. پس از پاسخ PC2 ، سوئیچ MAC و درگاه مربوطه (مانند PORT2) را ثبت می کند. در ارتباطات بعدی ، سوئیچ به طور مستقیم جدول MAC را پرس و جو می کند و داده های PORT2 را به روش مستقیم ارسال می کند. هنگامی که PC3 به PORT3 متصل می شود و داده ها را ارسال می کند ، سوئیچ همچنین نقشه برداری پورت MAC خود را در یک جدول ضبط می کند تا اطمینان حاصل شود که دستگاه جدید به سرعت به شبکه متصل می شود.
5 ، سوئیچ ها و روترها: تفاوت های عملکردی و کاربردی
سوئیچ ها و روترها نقش های مختلفی را در یک شبکه بازی می کنند. این سوئیچ در لایه پیوند داده کار می کند و حمل و نقل قاب پر سرعت را در شبکه محلی محلی بر اساس جدول آدرس MAC پیاده سازی می کند. این پیش فرض به همان دامنه پخش (که می تواند توسط VLAN تقسیم شود) پیش فرض می شود. روترها در لایه شبکه کار می کنند و مسیریابی بسته بندی IP Cross Cross را بر اساس جداول مسیریابی (مانند پروتکل های OSPF و BGP) کار می کنند ، که به طور طبیعی دامنه های پخش شده را جدا می کنند. این دو برای ایجاد یک سیستم ارتباطی کامل شبکه با هم کار می کنند.
6 ، مقدار اصلی سوئیچ ها: سنگ بنای معماری شبکه
سوئیچ ها برای دستیابی به حمل و نقل در سطح میکرو ثانیه ، با ویژگی های پر سرعت و کم تأخیر ، به تراشه های سخت افزاری ASIC متکی هستند. بهینه سازی استفاده از پهنای باند شبکه با جداسازی دامنه های درگیری و طراحی ارتباط کامل دوبلکس. با استفاده از فناوری هایی مانند VLAN و پیوند پیوند ، می توانیم انعطاف پذیر با نیازهای گسترش معماری های پیچیده شبکه سازگار شویم. در مراکز داده مدرن ، معماری کاملاً تغییر یافته به جریان اصلی تبدیل شده است ، و روترها فقط برای خروج های مرزی استفاده می شوند و موقعیت اصلی سوئیچ ها را در زیرساخت های شبکه نشان می دهند. تسلط بر اصول سوئیچ ها برای عیب یابی حلقه های شبکه ، طوفان های پخش ، تنظیمات VLAN و سایر گسل ها از اهمیت زیادی برخوردار است.