Så vidarebefordrar en switch ramar

En switch är den moderna enhet som ansluter enheter i ett LAN, och den är betydligt smartare än en hubb. I stället för att blint upprepa data läser switchen adresser och vidarebefordrar varje frame endast till den port där destinationen faktiskt finns. Denna enda förändring förbättrar hastighet, effektivitet och säkerhet avsevärt. I den här lektionen förklaras exakt hur en switch fattar dessa beslut om vidarebefordran.

En switch arbetar på datalänkslagret (lager 2 i OSI-modellen). På detta lager organiseras data i frames, och varje enhet har en unik MAC-adress (Media Access Control address) som är inbyggd i nätverkskortet. Switchen läser MAC-adresserna i frames för att avgöra vart de ska skickas, vilket är anledningen till att den kallas en lager 2-enhet.

Varje Ethernet-frame innehåller två MAC-adresser: en källadress (vem som skickade den) och en destinationsadress (vem som ska ta emot den). Switchen undersöker dessa adresser i varje frame. Genom att hålla reda på vilken MAC-adress som finns på vilken port kan switchen leverera frames exakt, i stället för att översvämma hela nätverket med dem som en hubb gör.

En switch bygger upp sin kunskap genom inlärning. När en frame anländer registrerar switchen källans MAC-adress och porten den kom in på och sparar detta par i sin MAC-adresstabell. Med tiden, när enheter skickar trafik, lär sig switchen var varje enhet finns. Denna automatiska inlärning kräver ingen konfiguration och sker kontinuerligt.

För att vidarebefordra en frame kontrollerar switchen destinations-MAC-adressen mot sin tabell:

• Känd adress – skicka ut framen endast via den matchande porten.
• Okänd adress – översvämma alla portar utom den som framen kom in på.

När destinationen svarar lär sig switchen även var den finns, så att framtida frames skickas direkt dit.

När en switch ännu inte vet var en destinations-MAC-adress finns översvämmar den alla portar utom källporten med framen, ungefär som en hubb. Detta är dock tillfälligt: så snart destinationen svarar lär sig switchen vilken port den finns på och slutar översvämma trafik för den adressen. Översvämning är alltså en reservlösning, inte det normala beteendet, och tabellen fylls snabbt i.

Varje switchport arbetar med full duplex, vilket innebär att den skickar och tar emot samtidigt, och ger den anslutna enheten sin egen dedikerade bandbredd i stället för ett delat dataflöde. Detta eliminerar kollisionerna som plågade hubbar och gör att alla enheter kan köra med full hastighet samtidigt. Det är en viktig anledning till att switchade nätverk presterar betydligt bättre än hubbaserade nätverk.

MAC-tabellen växer inte för evigt. Varje post har en åldringstimer; om switchen inte hör något mer från en MAC-adress under en viss tid tar den bort posten. Detta håller tabellen aktuell när enheter flyttas eller kopplas från. Om en enhet senare skickar igen lär sig switchen helt enkelt dess plats på nytt, så att vidarebefordringen förblir korrekt.

Switchar hanterar olika typer av frames på olika sätt:

• Unicast – till en enhet; vidarebefordras till den porten om adressen är känd.
• Broadcast – till alla enheter; skickas ut via alla portar.
• Multicast – till en grupp; översvämmas eller skickas selektivt med extra funktioner.

Broadcasts sprids alltid över hela switchen, vilket är viktigt när broadcastdomäner behandlas längre fram.

Switchar kan vidarebefordra frames på olika sätt. Store-and-forward tar emot hela framen, kontrollerar den med avseende på fel och vidarebefordrar den sedan – korrekt men något långsammare. Cut-through börjar vidarebefordra så snart destinationsadressen har lästs – snabbare, men metoden kan inte upptäcka fel. De flesta moderna switchar använder store-and-forward för bättre tillförlitlighet. Inför provet är det bra att känna till dessa två metoder och avvägningen mellan hastighet och noggrannhet.

Genom intelligent vidarebefordran ger switchar tre stora fördelar jämfört med hubbar: bättre prestanda tack vare dedikerade full-duplex-portar, färre kollisioner eftersom varje port är en egen kollisionsdomän och förbättrad säkerhet eftersom frames inte skickas till alla enheter. Dessa fördelar är exakt anledningen till att switchar ersatte hubbar överallt och utgör stommen i alla moderna LAN.

Ni har lärt er att en switch är en lager 2-enhet som läser MAC-adresser i frames för att vidarebefordra dem intelligent. Den lär sig källans MAC-adresser och deras portar och sparar dem i en MAC-adresstabell. Därefter vidarebefordrar den kända destinationer via en enda port och översvämmar okända destinationer tillfälligt. Varje port har full duplex och dedikerad bandbredd, vilket eliminerar kollisioner. Tabellposter åldras bort för att hålla tabellen aktuell. Switchar överträffar hubbar när det gäller hastighet, kollisioner och säkerhet och driver alla moderna LAN.