I det tidigare avsnittet fick du en grundläggande förståelse för vad en switch är och hur den fungerar. Nu kommer vi att utforska hur switchar samverkar med varandra och med andra nätverksenheter för att eliminera kollisioner och minska nätverksstörningar.
Kollisionsdomän
Begreppen kollisioner och broadcast används här på samma sätt som inom nätverkstrafiksammanhang.
I äldre Ethernet-segment som baserades på hubbar tävlade nätverksenheter om att använda samma delade transmissionsmedium. Dessa nätverkssegment, där enheter delar på bandbredden, kallas kollisionsdomäner. När två eller fler nätverksenheter inom samma kollisionsdomän försöker kommunicera samtidigt, uppstår en kollision.
Kollisionsdomäner i olika duplexmiljöer
- Halvduplex – Om en Ethernet-switchport är inställd på halvduplex, utgör varje segment sin egen kollisionsdomän. Detta innebär att kollisioner kan inträffa om flera enheter försöker skicka data samtidigt.
- Full duplex – I en full duplex-miljö sker ingen tävlan om bandbredden, vilket eliminerar risken för kollisioner. Varje enhet kan samtidigt skicka och ta emot data.
Automatisk förhandling och kollisionsdomäner
Som standard försöker Ethernet-switchportar förhandla fram full duplex om den anslutna enheten stöder det. Om den anslutna enheten endast kan hantera halvduplex, exempelvis en äldre hubb, kommer switchporten automatiskt att växla till halvduplex. I detta scenario skapas en kollisionsdomän för den aktuella porten.
LAN-switchar och hantering av kollisioner
LAN-switchar är mycket effektiva när det gäller att lösa problemet med kollisioner i nätverk. Dessa switchar arbetar på lager 2 i OSI-modellen och granskar styrinformationen i både Ethernet-ramens header och trailer för att hantera dataflödet på ett effektivt sätt.
En av deras mest framträdande funktioner är att alla portar kan fungera i full duplex, vilket innebär att varje port kan skicka och ta emot data samtidigt. Denna fulla duplex-funktionalitet eliminerar behovet av mediaåtkomstalgoritmen för kollisions detektering (CSMA/CD), som som standard är inaktiverad på switchar.
En betydande fördel med LAN-switchar är deras förmåga att vidarebefordra ramar baserat på MAC-adresser. När en ram tas emot undersöker switchen dess destinationsadress och dirigerar den direkt till rätt port. Detta eliminerar behovet av att skicka ramen till alla portar, vilket ofta sker i hub-baserade nätverk.
Broadcast domäner
En grupp sammankopplade switchar bildar tillsammans en enda broadcast-domän. I ett Ethernet-LAN innebär en broadcast en-till-alla-kommunikation. När en nod skickar en broadcast-ram, får alla andra noder i samma broadcast-domän en kopia av ramen.
På Ethernet-nivå identifieras broadcast-ramar genom destinations-MAC-adressen FFFF.FFFF.FFFF. När en switch tar emot en ram med denna adress skickar den en kopia av ramen till alla sina portar, förutom den port där den ursprungliga ramen togs emot.
Segmentering av broadcast-domäner
Endast en router, eller en liknande enhet som arbetar på lager 3, kan dela upp en lager 2 broadcast-domän. Routrar används för att segmentera broadcast-domäner och isolera trafik mellan dem. Samtidigt segmenterar de även kollisionsdomäner, vilket förbättrar nätverkets prestanda och effektivitet.
Som visas i bilden nedan har en kollisionsdomän blivit uppdelad i två segment, vilket illustrerar hur broadcast- och kollisions domäner kan hanteras med hjälp av routrar.
Nätverksöverbelastning och optimering av prestanda
LAN-switchar är utformade med funktioner som effektivt minskar nätverksöverbelastning och förbättrar prestandan. Nedan beskrivs några av dessa egenskaper:
- Full duplex länkar – Switchportar använder som standard full duplex-länkar, vilket eliminerar kollisions domäner. Varje port som arbetar i full duplex tillhandahåller hela bandbredden till de anslutna nätverksenheterna. Detta möjliggör effektivare användning av nätverksresurser och förbättrad prestanda, särskilt i höghastighetsnät som 1 Gbps Ethernet och högre.
- Effektiv användning av MAC-adress tabellen – Switchar använder MAC-adress tabellen för att snabbt bestämma vilka utgående portar som ska användas för att vidarebefordra data. Genom att identifiera destinationsenheter och matcha dem med rätt portar minimeras kollisioner. Detta resulterar i en jämnare och mer pålitlig nätverksprestanda.
- Stöd för höga porthastigheter – Switchar erbjuder olika porthastigheter beroende på modell och användningsområde. Hastigheter som 1 Gbps, 10 Gbps, och till och med 100 Gbps stöds för att hantera stora datamängder. Detta minskar risken för flaskhalsar och säkerställer att nätverket kan hantera trafikintensiva applikationer.
- Snabb intern switching – För att uppnå hög prestanda använder switchar snabba interna bussar eller delat minne som hanterar trafiken effektivt och minimerar fördröjningar.
- Stora rambuffertar – Generösa minnesbuffertar gör det möjligt för switchar att hantera trafikspikar och tillfälliga överbelastningar genom att tillfälligt lagra inkommande data. Detta minskar risken för dataförlust och förbättrar både nätverkets tillförlitlighet och prestanda.
- Hög portdensitet – Switchar med hög portdensitet erbjuder många portar på en enda enhet. Detta minskar behovet av flera switchar och håller kostnaderna nere. Trafiken hålls lokaliserad, vilket minskar nätverkstrafikens omfattning och risken för överbelastning och flaskhalsar (congestion).
Sammanfattning
- Nätverksenheter i samma kollisionsdomän använder halvduplex, vilket innebär att de kan antingen sända eller ta emot data, men inte båda samtidigt.
- Endast en nätverksenhet kan sända data åt gången; om flera enheter sänder samtidigt, uppstår en kollision.
- Nätverksenheter upptäcker kollisioner med hjälp av CSMA/CD-metoden, väntar en slumpmässig tid och försöker sedan sända igen.
- Varje port på en switch fungerar som en separat kollisionsdomän.
- Switchar som arbetar i full duplex kan sända och ta emot data samtidigt, vilket eliminerar risken för kollisioner.
- På switchar är CSMA/CD inaktiverat som standard eftersom kollisioner inte kan inträffa i en full duplex-miljö.
- En broadcast-domän är ett nätverkssegment där alla enheter får en kopia av varje broadcast-ram som skickas.
- Switchar vidarebefordrar broadcast-ramar till alla portar utom den port där ramen anlände.
- Routrar förhindrar vidarebefordran av broadcast-ramar och bryter därmed upp broadcast-domäner, vilket hjälper till att minska oönskad trafik och förbättra nätverkets effektivitet.