Labb 2: Switch-hantering | Vidarebefordring
Switching och vidarebefordran av ramar är grundläggande koncept inom nätverks- och telekommunikationsområdet. Switchar används i många typer av nätverksmiljöer, inklusive LAN (Local Area Network), WAN (Wide Area Network) och det publika telefonnätet (PSTN).
Vid vidarebefordran av trafik beaktar en switch trafikens flöde. Två viktiga begrepp används för att beskriva hanteringen av ramar:
- Ingress: Porten där en ram anländer till switchen.
- Egress: Porten som används för att skicka ut en ram från switchen.
En LAN-switch använder en MAC-adresstabell för att fatta beslut om hur ramar ska dirigeras. Vid hantering av en Ethernet-ram tar switchen hänsyn till både den inkommande porten (ingress) och destinations-MAC-adressen.
Switchens MAC-adresstabell skapar en strikt koppling mellan MAC-adresser och portar. Det innebär att en ram med en viss destinationsadress alltid dirigeras till samma utgående port (egress), oavsett vilken ingångsport den anlände från.
MAC-adresstabell och CAM-tabell
För att kunna vidarebefordra dataramar korrekt måste en switch veta vilka enheter som är anslutna till respektive port. Detta sker genom skapandet och underhållet av en MAC-adresstabell.
MAC-adress tabellen lagras vanligtvis i Content Addressable Memory (CAM), ett minne optimerat för snabba sökningar, vilket gör att tabellen ofta kallas för CAM-tabellen.
När en nätverksenhet skickar data via en port:
- Registrerar switchen avsändarens MAC-adress och associerar den med den aktuella porten.
- Använder informationen för att exakt vidarebefordra framtida ramar till rätt mottagare.
Genom att effektivt använda MAC-adress tabellen kan switchen dirigera trafik snabbt och pålitligt.
Metoden ”Learn and Forward” för switchar
Switchens hantering av ramar följer metoden Learn and Forward, som omfattar två huvudsakliga steg:
Learn (Lära)
- När en Ethernet-ram anländer granskar switchen avsändarens MAC-adress och portnumret.
- Ny registrering: Om MAC-adressen inte finns i tabellen, läggs den till tillsammans med portnumret.
- Uppdatering av befintlig post: Om MAC-adressen redan finns registrerad, uppdateras endast tidstämpeln (vanligtvis gäller en lagringstid på cirka fem minuter).
- Om samma MAC-adress observeras på en annan port ersätts den tidigare posten.
Forward (Vidarebefordra)
Switchens nästa steg är att undersöka destinationens MAC-adress:
- Unicast-adress: Om destinationen finns i MAC-tabellen, vidarebefordras ramen direkt till rätt port.
- Okänd adress: Om destinationen inte finns, skickar switchen ramen till alla portar utom den inkommande porten (en ”unknown unicast”).
- Broadcast eller multicast: Om ramen är avsedd för alla, vidarebefordras den till alla portar utom ingångsporten.
Observera att en ram skickas aldrig tillbaka till den port där den togs emot, vilket förhindrar onödiga loopar och förbättrar nätverkets effektivitet.
Sammanfattning
Switchar styr nätverkstrafik baserat på flödet av ramar och använder två nyckeltermer:
- Ingress – Port där ramen anländer.
- Egress – Port där ramen skickas ut.
Genom användning av en MAC-adresstabell kopplas enheter till specifika portar, vilket möjliggör exakt och effektiv trafikdirigering.
Metoden Learn and Forward innebär att switchen:
- Learn: Registrerar eller uppdaterar avsändarens MAC-adress och portinformation.
- Forward: Vidarebefordrar ramen baserat på destinationens MAC-adress eller, vid behov, till flera portar.
Genom denna process säkerställer switchen snabb och korrekt vidarebefordran av ramar, vilket bidrar till stabil och effektiv nätverkskommunikation.