Konceptet med att växla (switching) och vidarebefordra ramar är fundamentalt inom nätverks- och telekommunikationsområdet. Switchar används i en mängd olika nätverksmiljöer, inklusive LAN, WAN och det publika telefonnätet (PSTN).

Vid beslutet om hur en switch ska vidarebefordra trafik tas hänsyn till flödet av den aktuella trafiken. Två viktiga termer är associerade med hanteringen av ramar när de går in i och ut från ett interface:

• Ingress – Detta avser porten där en ram (frame) anländer till switchen.
• Egress – Detta avser porten som ramar används för att lämna switchen.

En LAN-switch använder en MAC-adress tabell för att bestämma hur trafiken ska vidarebefordras. En LAN-switch skickar trafiken baserat på både ingångsporten (ingress) och destinations-MAC-adressen för en Ethernet-ram. I princip skapas en strikt koppling mellan MAC-adresser och portar i switchens MAC-adress tabell. Därför kommer en Ethernet-ram med en given destinationsadress alltid att ledas till samma utgående port, oavsett vilken ingångsport den anländer till.

MAC-adress tabell

För att en switch ska kunna rikta dataramar till rätt port måste den först lära sig vilka nätverksenheter som är anslutna till varje port. Genom att bygga och uppdatera en tabell kallad MAC-adresstabell identifierar switchen förhållandet mellan portar och nätverksenheter. Denna tabell lagras vanligtvis i Content Addressable Memory (CAM), en speciell typ av minne optimerad för snabba sökningar, och därför kallas ibland CAM-tabellen.

LAN-switchar hanterar inkommande dataramar genom att använda och uppdatera MAC-adresstabellen. För varje nätverksenhet som ansluts till en port registrerar switchen nätverksenhetens MAC-adress i sin MAC-adresstabell. Informationen i MAC-adresstabellen används sedan av switchen för att dirigera ramar till den korrekta porten för vidarebefordran till den specifika nätverksenheten.

Metoden lär sig and vidarebefordra

Metoden för Switch ”Learn and Forward”, som beskriver hur switchar hanterar Ethernet-ramar, består av två huvudsakliga steg:

• Steg 1: Learn – När en Ethernet-ram anländer till en switch, undersöker switchen källans (avsändarens) MAC-adress och portnummer där ramen togs emot:
  • Om källans MAC-adress inte redan finns i switchens MAC-adresstabell, läggs MAC-adressen tillsammans med inkommande portnummer till i tabellen.
  • Om källans MAC-adress redan finns i tabellen, uppdaterar switchen endast uppdateringstimern för posten. Standardmässigt behåller de flesta switchar en post i tabellen i fem minuter. Om samma MAC-adress upptäcks på en annan port betraktas det som en ny post och den befintliga posten ersätts med det uppdaterade port-numret.
• Steg 2: Forward – Efter att switchen har lärt sig om källan fortsätter den att undersöka destinationens MAC-adress för att vidarebefordra ramen:
  • Om destinationens MAC-adress är en unicast-adress, letar switchen efter en matchning i sin MAC-adresstabell. Om det finns en matchning skickas ramen till den angivna porten.
  • Om destinationens MAC-adress inte finns i tabellen vidarebefordrar switchen ramen ut alla portar utom den inkommande porten, vilket kallas en okänd unicast. Likaså, om destinationen är en broadcast eller en multicast, skickas ramen ut till alla portar utom den som den kom in genom.

Viktigt att notera är att en Ethernet-ram aldrig vidarebefordras till samma port som den anländer från, vilket säkerställer en effektiv hantering av nätverkstrafiken.

Sammanfattning

Switchar avgör hur trafiken ska hanteras baserat på dess inre flöde. Viktiga termer som används är ”ingress”, där ramen anländer till switchen och ”egress”, där ramen skickas ut från switchen.

En LAN-switch använder en MAC-adresstabell för att bestämma vidarebefordring av trafiken. Genom att koppla MAC-adresser till portar skapas en direkt koppling, vilket innebär att ramar alltid skickas till samma port baserat på dess destinations-MAC-adress.

För att underhålla MAC-adresstabellen lär switchen sig MAC-adresser från de anslutna nätverksenheter och vidarebefordrar ramarna genom två huvudsteg: ”Learn” och ”Forward”. I ”Learn”-steget registrerar switchen källans MAC-adress och portnummer i tabellen, medan ”Forward”-steget involverar att switchen undersöker destinationens MAC-adress för att vidarebefordra ramen till rätt port.

Det är värt att notera att en Ethernet-ram aldrig vidarebefordras till samma port den anländer från, vilket effektiviserar hanteringen av nätverkstrafik. Slutligen, genom att använda destinations-MAC-adresser dirigerar switchar nätverkskommunikation till lämpliga portar för vidarebefordran till destinationen.