Bytte om

En svitsj ( engelsk 'swɪʧ ; switch ), i teknologien til datanettverk , er en nettverksenhet som tar seg av svitsjingdatalinklaget (datalink), nivå 2 i ISO/OSI-modellen , introdusert for å redusere kalt kollisjonsdomene i Ethernet -LAN ​​(nå IEEE 802.3 ).

Beskrivelse

En svitsj er en enhet i et datanettverk som kobler andre enheter sammen. Flere nettverkskabler er koblet til en bryter for å muliggjøre kommunikasjon mellom ulike enheter. Svitsjer styrer strømmen av data over et nettverk ved å overføre en mottatt nettverkspakke til bare én eller flere enheter som pakken er beregnet på. Hver nettverksenhet til en svitsj kan identifiseres ved sin MAC-adresse , slik at svitsjen kan dirigere trafikkflyt og maksimere nettverkssikkerhet og effektivitet.

En svitsj er "smartere" enn en Ethernet - hub , som ganske enkelt sender pakker på nytt fra hver port på huben, bortsett fra porten som pakken ble mottatt på: huben er ikke i stand til å skille de forskjellige mottakerne og får derfor en generell lavere nettverkseffektivitet .

En Ethernet-svitsj opererer på datalinklaget (lag 2) i OSI-modellen for å lage et separat kollisjonsdomene for hver svitsjport. Enhver enhet koblet til én port på bryteren kan overføre data til alle de andre portene når som helst, og overføringer vil ikke forstyrre. I halv dupleks-modus kan ikke hver port på bryteren samtidig motta og sende til enheten den er koblet til. Motsatt er dette mulig i full dupleksmodus , forutsatt at den tilkoblede enheten støtter denne modusen. [1] Ettersom sendinger fortsetter å bli videresendt til alle enheter som er koblet til via svitsjen, fortsetter det nye nettverkssegmentet å være et kringkastingsdomene.

Segmentering innebærer å bruke en bryter for å dele et større kollisjonsdomene i et mindre for å redusere sannsynligheten for kollisjon og forbedre den totale nettverksgjennomstrømningen. I det ekstreme tilfellet (dvs. mikrosegmentering) er hver enhet på en dedikert bryterport. I motsetning til en Ethernet-hub, er det et separat kollisjonsdomene på hver svitsjport. Dette gjør at datamaskiner kan ha dedikert båndbredde på punkt-til-punkt-tilkoblinger til nettverket og også kjøre i full-dupleks-modus. Full-dupleks-modus har bare én sender og én mottaker per kollisjonsdomene, noe som gjør kollisjon umulig.

Sammenlignet med en bro har bryteren :

I tillegg gir en avansert bryter vanligvis følgende funksjoner:

Intern struktur

Internt består en svitsj av ett eller flere kort med porter . En node kan kobles til hver port, som kan være en stasjon, en annen svitsj, hub eller annen nettverksenhet.

Når en node A prøver å kommunisere med en node B , avhenger oppførselen til svitsjen av hvilket kort B er koblet til :

Intelligensen som er nødvendig for å administrere inngangs- og utgangsportene (gjenkjenne rammene, trekke ut kilde- og destinasjonsadressene, overføre dem) distribueres på de individuelle brettene.

Ofte kan forskjellige typer transdusere monteres på noen porter for å løse ulike typer behov (se for eksempel rikdommen av fysiske lagteknologier tilgjengelig for IEEE_802.3 ). Denne funksjonen brukes vanligvis til å legge til én eller to 1000Base-X-porter til en 100Base-TX-svitsj for tilkobling til resten av nettverket (opplink) eller for en rask server.

Noen brytere har en modulær konstruksjon, det vil si at kortene kan monteres av lederen, for å modulere antall tilgjengelige porter eller for å bruke ulike typer porter.

Selv om det ikke er praktisk spesielt i økonomiske termer, er det mulig å gjøre en svitsj selv med en vanlig datamaskin utstyrt med flere nettverksgrensesnitt.

Typer brytere

Former

Brytere kommer i mange former, inkludert frittstående skrivebordsenheter, som vanligvis er beregnet for bruk i et hjemme- eller kontormiljø utenfor et ledningsskap.

Konfigurasjonsalternativer

To underklasser av administrerte brytere markedsføres i dag:

Betjening og bruk

Bryteren virker på adressering og ruting innenfor LAN-nettverk etter fysisk adresse ( MAC ), velger de mottatte rammene og dirigerer dem til riktig enhet (leser destinasjons-MAC). Rutingen skjer ved hjelp av en unik port-til-adresse-korrespondanse.

Svitsjen har en oppførsel som ligner på broen , mens den skiller seg fra ruteren som opererer på lag 3 ( internettarbeid ), kobler til flere lokale nettverk gjennom IP-protokollen , og fra huben som i stedet bare er en fysisk lag multi-port repeater eller diffusiv uten adressering. Ruting gjennom svitsjer er i stand til å redusere kollisjonsdomenet som er tilstede i lokale kringkastingsnettverk mer effektivt enn brobygging. [3] [4]

Den eksklusive bruken av svitsjer for å koble til noder (unntatt huber og broer) lar deg øke effektiviteten til et typisk 10Base-T- nettverk med en faktor 10, og dermed konkurrere med et dyrere 100Base-T- nettverk som utelukkende er utstyrt med hub. , og derfor med en logisk busstopologi .

Normalt er ikke en svitsj i stand til å koble sammen heterogene lag 2-nettverk, for eksempel et Ethernet -nettverk med en Token Ring , med mindre det er en såkalt "transaksjonsswitch", mens den kan sammenkoble for eksempel Ethernet-nettverk med hastigheter eller teknologier med forskjellig fysikk.

I lokal nettverkssjargong skiller en svitsj kollisjonsdomenene som er koblet til portene, det vil si at hvis to datamaskiner koblet til forskjellige porter sender samtidig, skjer det ingen kollisjon, og de to rammene kan krysse svitsjen samtidig .

Begrepet svitsj brukes også utenfor Ethernet-nettverk, som betyr en enhet som selektivt videresender mottatte rammer , for eksempel til ATM eller Frame Relay . Videre kalles en nettverksenhet som kombinerer ytelsen til en svitsj med de overordnede funksjonene til en ruter en svitsj-ruter eller, mer presist, en lag-3-svitsj .

Lagspesifikke funksjoner

Mens brytere kan kjenne topologier på mange lag og fremover på ett eller flere lag, har de en tendens til å ha felles egenskaper. I tillegg til høyytelsesapplikasjoner, bruker moderne kommersielle svitsjer hovedsakelig Ethernet-grensesnitt.

På alle nivåer kan en moderne svitsj implementere Power over Ethernet (PoE), som unngår behovet for at tilkoblede enheter, for eksempel en VoIP-telefon eller trådløst tilgangspunkt , skal ha en separat strømforsyning. Siden bryterne kan ha redundante strømkretser koblet til den avbruddsfrie strømforsyningen , kan den tilkoblede enheten fortsette å fungere selv i tilfelle et normalt strømbrudd.

Nivå 1

En nettverkshub, eller repeater, er en enkel nettverksenhet som ikke håndterer trafikken som går gjennom den. Enhver pakke som går inn i én port, oversvømmes eller "spilles på nytt" på annenhver port bortsett fra inngangsporten. Nærmere bestemt gjentas hver bit eller symbol mens den ruller (med minimal forsinkelse for linjegrensesnittet). På grunn av dette kan en hub repeater bare motta og videresende med en enkelt hastighet. Ettersom hver pakke gjentas på annenhver port, påvirker kollisjoner mellom dem hele nettverket, og begrenser dets totale kapasitet.

Det er spesialiserte applikasjoner der en nettverkshub kan være nyttig, for eksempel å kopiere trafikk til flere nettverkssensorer. Brytere har vanligvis en funksjon som kalles portspeiling som gir samme funksjonalitet.

En nettverkssvitsj skaper praktisk talt ende-til-ende Layer 1-forbindelsen.

Brofunksjonen til en svitsj bruker informasjon hentet fra lag 2 for å velge de spesifikke portene for hver pakke som skal videresendes til, og eliminerer kravet om at hver node skal presenteres med all trafikk. Som et resultat blir ikke tilkoblingslinjene "byttet" bokstavelig, men vises bare slik på pakkenivå.

På begynnelsen av 2000-tallet var det en liten prisforskjell mellom en low-end hub og switch.

Nivå 2

En bro, som opererer ved datalinklaget, kan koble sammen et lite antall enheter i et hjem eller kontor. Dette er et trivielt tilfelle av brobygging, der broen lærer MAC-adressen til hver tilkoblede enhet. Broer bufrer også en innkommende pakke og tilpasser overføringshastigheten til den utgående porten.

Tabellen "Content Addressable Memory" ( CAM ) lagret i RAM er i utgangspunktet tom. For hver mottatte Ethernet-ramme lærer bryteren fra rammekildens MAC-adresse og legger den til sammen med inngangsgrensesnittet for å lage en topologidatabase. Bryteren videresender deretter rammen til grensesnittet som finnes i CAM-tabellen basert på mål-MAC-adressen til rammene. Hvis destinasjonsadressen er ukjent, sender bryteren rammen på alle grensesnitt (unntatt inngangsgrensesnittet). Denne oppførselen kalles flom.

Klassiske broer kan også kobles sammen ved hjelp av en Spanning Tree -protokoll som deaktiverer koblinger slik at det resulterende lokale nettverket er løkkerfritt. I motsetning til rutere, må overspennende trebroer ha topologier med bare én aktiv bane mellom to punkter. Den gamle IEEE 802.1D spanning tree-protokollen kan være ganske treg. En Rapid Spanning Tree- protokoll ble introdusert som IEEE 802.1w. Den siste brokoblingsstandarden for korteste bane (IEEE 802.1aq) er den neste logiske progresjonen og inkluderer alle tidligere Spanning Tree-protokoller (IEEE 802.1D STP, IEEE 802.1w RSTP, IEEE 802.1s MSTP) som blokkerte trafikk på alle unntatt ett banealternativ. IEEE 802.1aq (ShortBlocking of the shortest path) lar alle stier være aktive med flere av dem til samme pris, gir mye større lag 2-topologier (opptil 16 millioner sammenlignet med 4096 VLAN-grensen), [5] konvergens raskere og forbedrer bruk av mesh-topologier gjennom økt båndbredde og redundans mellom alle enheter ved å tillate trafikk å laste deling på alle stier i et mesh-nettverk.

Når en bro lærer adressene til de tilkoblede nodene, videresender den datalinklagrammer ved å bruke en lag 2-videresendingsmetode.

Nivå 3

Innenfor grensene til det fysiske Ethernet -laget kan en lag 3-svitsj utføre noen eller alle funksjonene som normalt utføres av en ruter. Den vanligste layer-3-funksjonen er IP multicast-bevissthet via IGMP snooping. Med dette i tankene kan en lag 3-svitsj øke effektiviteten ved å levere en multicast-gruppes trafikk kun til porter der den tilkoblede enheten har signalisert at den ønsker å lytte til den gruppen.

De tre typene skiller seg bare hvis overføringsbufferen er tom og hvis utgangskoblingen er ledig. Ellers reduseres de tre typene til en enkelt lagre-og-send.

Nivå 4

Mens den nøyaktige betydningen av begrepet lag 4-svitsj avhenger av leverandøren, starter den nesten alltid med en nettverksadresseoversettelsesevne, men legger til en type lastfordeling basert på TCP-økter. [6]

Enheten kan inkludere en tilstandsfull brannmur, en VPN-konsentrator eller en IPSec- sikkerhetsgateway .

Nivå 7

Layer 7-svitsjer kan fordele belastningen basert på uniforme ressurslokaliser (URL) eller ved å bruke en installasjonsspesifikk teknikk for å gjenkjenne transaksjoner på applikasjonsnivå. One Web og bli med i et Content Delivery Network (CDN). [7]

Stablebar

Mer avanserte maskiner er utstyrt med funksjoner som tillater ryggradssammenkobling , der grener med lavere hastighet og kapasitetsegenskaper flyter pent inn på grener med høyere egenskaper; hastigheter på opptil 10 Gbit/s brukes for disse forbindelsene. Vanligvis i en stabelbar maskin er portene som brukes for disse forbindelsene utstyrt med interoperabilitet eller til og med modulære, noe som gjør koblingsmodusen fleksibel, f.eks. i valg av hastighet og fysisk transport (kobber eller fiber).

Viktige egenskaper ved de stablebare maskinene er:

Ruting

For å bestemme hvilken port en mottatt ramme skal videresendes til, må en svitsj ha en rutefunksjon . Dette er basert på den progressive passive læringen av kildeadressene i de videresendte rammene ( transparent læring eller bakoverlæring ) som bryteren unikt assosierer med den respektive opprinnelsesporten: denne port-adressetilknytningen lagres deretter i en rutingtabell på nivå 2 kalt videresendingsdatabase. Adressene som er lært og lagret i tabellen er "glemt" etter en viss tid fra siste opptreden av hensyn til skalerbarhet og fleksibilitet med mulig variasjon av antall og posisjon i nettverket av brukerterminaler.

Når en node A prøver å kommunisere med en node B , avhenger oppførselen til svitsjen av porten som B er koblet til :

Normalt i sistnevnte tilfelle vil mottakernoden motta pakken og svare avsenderen slik at svitsjen kan finne ut hvilken port den er koblet til og så videre for alle de andre terminalene med ukjent plassering.

Alternativt er det fortsatt mulig å konfigurere videresendingsdatabasen manuelt og statisk av nettverksadministratoren hvis antallet terminaler som bryteren er koblet til er lavt.

Noen rammer har en bestemt destinasjonsadresse, kalt kringkasting, som indikerer at de er beregnet på alle datamaskiner på nettverket. En bryter sender disse rammene videre på alle porter. Dette er grunnen til at bryteren sies å opprette et enkelt kringkastingsdomene .

Kompleksiteten til en bryters oppførsel kompenseres for av den forbedrede ytelsen som kan oppnås.

Det faktum at rammer sendes selektivt på nytt har også IT-sikkerhetsimplikasjoner ettersom det hindrer en datamaskin i å enkelt avskjære ( sniffing ) trafikk som rutes til en annen terminal. I virkeligheten er dette bare sant som en første tilnærming siden det er utviklet raffinerte angrepsteknikker som tillater sniffing selv i nærvær av brytere, slik som Switch Flooding , Port stealing og ARP Poisoning , så en switch må ikke betraktes som en uangripelig beskyttelse. mot risikoen for avlytting.

Rutingmetoder

Det er fire rutingmetoder som en bro kan bruke:

Selv om det er spesialiserte applikasjoner, for eksempel lagringsnettverk, der inngangs- og utgangsgrensesnittene har samme båndbredde, er dette ikke alltid tilfelle i generelle LAN-applikasjoner. I LAN konsentrerer en bryter som brukes for sluttbrukertilgang vanligvis lavere båndbredde og opplink til høyere båndbredde.

Ytelse

Forsinkelsen introdusert av en bryter er vanligvis på noen få mikrosekunder , derfor nesten irrelevant for de fleste applikasjoner.

Når en vert er koblet til en svitsj, eller på en direkte kobling mellom to svitsjer, er ingen kollisjoner mulig, og derfor er det mulig å bruke " full dupleks "-modus, dvs. at de to nodene kan sende samtidig.

Selektiv framevideresending lar også flere rammer krysse bryteren samtidig, og dermed reduseres ikke den totale tilgjengelige båndbredden ettersom antall aktive noder øker. I en slik forbindelse sies det at verten har dedikert tilgang til bryteren . Dette sikrer at to noder koblet sammen med en svitsj kan kommunisere med hverandre med den nominelle koblingshastigheten, men bare hvis de ikke er involvert i andre samtaler samtidig.

I realiteten fører innføring av en svitsj i et lokalt nettverk til en reduksjon i total trafikk på nettverket og en påfølgende forbedring av ytelsen, men ofte fører denne forbedringen til å fremheve andre nettverks "flaskehalser", ofte internettforbindelsen eller kapasiteten til serverne . _

Ledelse

En bryter med middels høy rekkevidde er vanligvis utstyrt med en administrasjonsagent, som er et lite program som lar deg kontrollere og overvåke driften. Dette er tilgjengelig både via en seriell port (out-of-band management) og gjennom selve Ethernet-nettverket (in-band management). I dette tilfellet tildeles administrasjonsagenten vanligvis en IP-adresse , og den svarer på SNMP , telnet og/eller ssh , HTTP -protokollene .

En administrert svitsj tillater vanligvis ekstern tilgang til disse funksjonene:

Trafikkovervåking

Med mindre portspeiling eller andre metoder som RMON, SMON eller sFlow er implementert i en svitsj, [10] er det vanskelig å overvåke trafikken som er tilkoblet gjennom en svitsj fordi bare sende- og mottaksportene kan se trafikken. Disse overvåkingsfunksjonene finnes sjelden på brytere av forbrukerkvalitet.

To populære metoder designet spesielt for en nettverksanalytiker for å overvåke trafikk er:

En annen metode for overvåking kan være å koble en lag 1-hub mellom den overvåkede enheten og dens switchport. Dette vil indusere en liten forsinkelse, men vil gi flere grensesnitt som kan brukes til å overvåke enkeltsvitsjporten.

Merknader

  1. ^ Cisco Networking Academy's Introduction to Basic Switching Concepts and Configuration , ciscopress.com , Cisco Systems , 31. mars 2014. Hentet 17. august 2015 .
  2. ^ Tekniske spesifikasjoner for et eksempel på HP "nettadministrert"-svitsj , på hp.com . Hentet 25. mai 2007 (arkivert fra originalen 13. desember 2007) .
  3. ^ Network Switch Definition , på linfo.org , 1. desember 2005. Hentet 13. mai 2012 .
  4. ^ Bradley Mitchell, Bridge - Bridges in Computer Networking , compnetworking.about.com , about.com . Hentet 13. mai 2012 (arkivert fra originalen 20. april 2012) .
  5. ^ Shuang Yu, IEEE GODKJENNER NY IEEE 802.1aq ™ SHORTEST PATH BRIDGING STANDARD , på standards.ieee.org , IEEE Standards Association. Hentet 19. juni 2012 .
    "Ved å bruke IEEEs neste generasjons VLAN, kalt en Service Interface Identifier (I-SID), er den i stand til å støtte 16 millioner unike tjenester sammenlignet med VLAN-grensen på fire tusen."
  6. ^ S. Sathaye, The Ins and Outs of Layer 4+ Switching ( PPT ), NANOG 15, januar 1999 (arkivert fra originalen 13. april 2007) .
    "Det betyr vanligvis en av to ting: - 1. Layer 4-informasjon brukes til å prioritere og sette trafikk i kø (rutere har gjort dette i årevis) - 2. Layer 4-informasjon brukes til å dirigere applikasjonsøkter til forskjellige servere (neste generasjons lastbalansering) )."
  7. ^ Steve Gibbard, Hvor bekymret er for bekymret? Pluss, a Global Crossing Story , på irbs.net , NANOG-postlistearkiver, 26. oktober 2001 (arkivert fra originalen 3. januar 2017) .
  8. ^ Jielin Dong, Network Dictionary , Javvin Technologies Inc., s. 23, ISBN 978-1-60267-000-6 . Hentet 25. juni 2016 . 
  9. ^ Cray gjør sine Ethernet-svitsjer responsive til nettforhold , på books.google.com , IDG Network World Inc, 1. juli 1996. Hentet 25. juni 2016 .
  10. ^ S. Waldbusser, Remote Network Monitoring Management Information Base ( TXT ), i RFC 2819 , mai 2000.

Relaterte elementer

Andre prosjekter