イーサネットスイッチとは

イーサネットスイッチの原理

イーサネットスイッチは、今日最も広く使用されている LAN ハードウェアデバイスであり、常に誰もが知っているものです。その人気は実際にはイーサネットスイッチの普及によるもので、今日のイーサネットスイッチの主流機器として、ほぼすべてのローカルエリアネットワークにこの種の機器が搭載されることになります。次のトポロジを見ると、スター型トポロジの場合、イーサネットにスイッチが必要であることがわかります。これは、すべてのホストがケーブルを使用して中央でスイッチに接続され、相互に接続できるためです。

実は、初期のスター型トポロジーでは、標準のケーブル集中接続デバイスは「HUB(ハブ)」ですが、標準のイーサネットスイッチが「ハブ」であることは誰もが知っているため、ハブには共有帯域幅やポート間の競合などの問題がありました。競合するネットワーク」、つまり、いわゆる「衝突ドメイン」では、最大で 2 つのノードが互いに通信できます。

また、ハブは多くのポートを持っていますが、その内部構造は完全にイーサネットスイッチのいわゆる「バス構造」であり、通信のための「ワイヤ」は 1 本だけです。

上の図のデバイスがハブの場合、たとえば、ポート 1 と 2 の間のノードが通信している場合、他のポートは待機する必要があります。

直接的な現象としては、例えば、ポート 1 と 2 に接続されたノード間でデータを送信するのに 10 分かかり、ポート 3 と 4 にあるノードも同時にこのハブを介してデータを送信し始め、競合が発生します。時間が長くなり、送信が完了するまでに最大 20 分かかる場合があります。

つまり、ハブ上のポートが相互に通信するほど、競合が深刻になり、データの送信に時間がかかります。

この種の問題は、小さなイーサネットスイッチでは大きな問題ではなく、うまく機能しますが、ネットワーク上のトラフィックが増加した場合、または接続されているノードの数が多い場合、「衝突」はネットワークに深刻な影響を与える可能性があります.たとえば、パフォーマンス、最初の章でイーサネットスイッチの原理を説明したとき、「衝突ドメイン」を最適化する問題について説明しました.このとき、「衝突」を分離できるデバイスが必要であり、スイッチはこの機能を完了することができます.

スイッチが接続されている場合、各ポートは同時に通信できます。つまり、ポート間に競合はなく、競合を分離するためにも使用できます。では、スイッチがこの機能を実現するのはどのような原理によるのでしょうか?以下の画像を見てみましょう。

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スイッチ内にはブリッジ環境があり、理論的には、ハブのように帯域幅を共有するのではなく、各ポート間に独立したパスがあります。

したがって、ポート 1 とポート 2 が通信している場合、ポート 3 とポート 4 も同時に通信できます。このように、理論的には、競合は発生しません。つまり、効率が低下することはありません。

このため、スイッチは今日非常に人気があります。

先ほど、スイッチは理論的にはすべてのポート通信が互いに影響を及ぼさないようにすることができると述べましたが、なぜ理論を強調するのでしょうか?

実際、コストがかかるため、上の図のいわゆる「マトリックススイッチング」機能を実現できるスイッチはほとんどありません。各ポートは、任意の 1 つのポートの回線用に予約する必要があります. このモデルのフルマトリックススイッチは、大量の CPU とメモリを使用するため、実装に非常にコストがかかります. 通常のネットワーク環境はまったく使用できません.

したがって、今日のスイッチのほとんどは、実際にはいわゆる「ワイドバススイッチング」を使用しており、コストと引き換えに帯域幅を犠牲にしています。

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ワイドバススイッチは、スイッチのメインボードに「データバス」を予約することです。公道と同じように、バス帯域幅が200メガバイトの場合、各ポートは帯域幅の一部を使用できます。同時に. 100M ポートの 2 つのグループが同時に通信することができます. 他のポートが通信する必要がある場合, 帯域幅が割り当てられているため、それらはまだ待機する必要があります.

したがって、このようにデバイスの理想的な動作状態との間にはまだ少しギャップがありますが、通常のスイッチポートは同時に通信することはほとんどなく、アイドル状態のポートが常に存在するため、ほとんどの条件を満たします。のネットワーク要件を満たすことができます。

したがって、スイッチには「スイッチング容量」と呼ばれるパフォーマンスパラメータがあり、「バックプレーン帯域幅」とも呼ばれます。これは、「スイッチがすべてのポートに同時に出入りできるデータの総量」を指し、実際にはスループットです。データの容量。

もちろん、ネットワークのコアにある一部のスイッチには、このパラメーターの要件があります。コアスイッチは 16 のギガビットポートを使用して 16 の建物のスイッチを接続します.このスイッチは、同時に通信するために 16 のポートを絶対に必要とし、帯域幅が飽和に達する可能性があります。少なくとも 16G のスイッチング容量は、ネットワーク要件を満たすことができます。これは、将来スイッチのスイッチング容量を選択するための参考にもなります。

同時に、将来のアップグレードのために拡張を予約する必要があるため、1 倍のアップグレードスペースを用意します。つまり、このデバイスの交換容量の合計は 32G であることが望ましいです。このスイッチの能力を皆さんに印象づけるために、いくつかの例を挙げてみましょう.例えば、一般的なメーカーの一連のスイッチでは、ローエンドの部門別ワークグループレベルのスイッチのスイッチング容量は一般的に約2Gですが、アグリゲーションレイヤーの機器は一般的に 20G 程度、コア機器は一般的に 20G 程度で、30G から 180G の範囲です。