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 andra nätverksenheter för att eliminera kollisioner och minska nätverksstörningar.

Kollisionsdomän

Begreppen kollisioner och broadcast används här analogt med hur de används inom nätverkstrafiksammanhang.

I äldre Ethernet-segment som var baserade på hubbar, tävlade nätverksenheter om samma delade transmissionsmedia. Nätverkssegment som delar samma bandbredd mellan nätverksenheter kallas kollisionsdomäner. När två eller flera nätverksenheter inom samma kollisionsdomän försöker kommunicera samtidigt, inträffar en kollision.

Om en Ethernet-switchport är inställd på halvduplex, utgör varje segment sin egen kollisionsdomän. I en full duplex-miljö uppstår inga kollisioner. Dock kan en kollisionsdomän förekomma om en switchport fungerar i halvduplex läge.

Som standard kommer Ethernet-switchportar att förhandla fram full duplex om den anslutna enheten också kan fungera i full duplex-läge. Om switchporten är ansluten till en enhet som endast kan fungera i halvduplex, som en äldre hubb, kommer switchporten att använda halvduplex. I detta fall kommer switchporten att ingå i en kollisionsdomän.

Som illustreras i figuren väljs full duplex om båda nätverksenheterna har kapacitet för detta, tillsammans med den högsta gemensamma bandbredden.

LAN-switchar löser effektivt problemet med kollisioner. Dessa switchar opererar på OSI-modellens lager 2 och granskar både Ethernet och trailern styrinformation (header) för att effektivt hantera dataflödet. En av deras mest framträdande egenskaper är att alla portar kan fungera i full duplex, vilket innebär att de kan både sända och ta emot data samtidigt på varje port. Denna fulla duplex-funktionalitet eliminerar behovet av media åtkomst algoritmen för kollisionsdetektering (CSMA/CD), som vanligtvis är inaktiverad som standard på switchar.

En annan betydande fördel med switchar är deras förmåga att vidarebefordra ramar baserat på MAC-adresser. Detta innebär att en inkommande ram effektivt riktas till rätt port baserat på dess destination, vilket eliminerar behovet av att skicka ramen till alla portar. Denna metod för ramar vidarebefordran förbättrar nätverkets prestanda och effektivitet avsevärt.

Broadcast domäner

En samling sammankopplade switchar bildar en enda broadcast-domän. I Ethernet-LAN är en broadcast en-till-alla-kommunikation, vilket innebär att om en nod skickar en broadcast-ram, kommer alla andra noder på nätverket att få en kopia av den. I Ethernet-skiktet har broadcast-ramar en destinations-MAC-adress FFFF.FFFF.FFFF. När en switch tar emot en ram med denna MAC-adress, skickar den en kopia av ramen ut till alla sina interface förutom det interface där den ursprungliga broadcast-ram togs emot.

Endast en router (eller liknande L3-maskin), kan dela en Lager 2 broadcast-domän. Routrar används för att segmentera broadcast-domäner, men kommer också att segmentera en kollisionsdomän. Med bilden nedan illustreras att en kollisionsdomän har segmenterats till två.

Nätverksöverbelastning

För att minska nätverksöverbelastning och optimera prestanda har LAN-switchar speciella egenskaper som är utformade för att hantera detta:

• Full duplex-länkar: Standardbeteendet för sammankopplade switchportar är att upprätta en länk i full duplex, vilket eliminerar kollisionsdomäner. Varje port på switchen som arbetar i full duplex tillhandahåller hela bandbredden till de nätverksenheter som är anslutna till den, vilket möjliggör en effektivare användning av nätverksresurserna och förbättrad prestanda. Full duplex är särskilt viktigt för höghastighetsnät som 1 Gbps Ethernet och högre.
• Effektiv användning av MAC-adresstabell: Switchar använder MAC-adresstabellen för att effektivt bestämma vilka utgående portar som ska användas för att vidarebefordra data. Genom att snabbt identifiera destinationsenheter och matcha dem med rätt portar kan switchar minska eller helt eliminera kollisioner, vilket resulterar i en jämnare och mer pålitlig nätverksprestanda.
• Snabba porthastigheter: Ethernet-switchar erbjuder olika porthastigheter beroende på modell och användningsområde. Genom att stödja höga hastigheter som 1 Gbps, 10 Gbps och till och med 100 Gbps kan switchar hantera stora datamängder med hög effektivitet, vilket minskar risken för trängsel och flaskhalsar i nätverket.
• Snabb intern switching: För att uppnå hög prestanda använder switchar snabba interna bussar eller delat minne för att hantera trafiken effektivt.
• Stora rambuffertar: Switchar är utrustade med generösa minnesbuffertar som tillfälligt lagrar inkommande data. Detta gör det möjligt för switchar att hantera trafikspikar och tillfälliga överbelastningssituationer genom att tillfälligt lagra fler ramar innan de vidarebefordras. På så sätt minskar risken för dataförlust och förbättrar nätverkets tillförlitlighet och prestanda.
• Hög portdensitet: Switchar med hög portdensitet erbjuder ett stort antal portar på en enda enhet, vilket minskar behovet av flera switchar i nätverket och därigenom sänker de totala kostnaderna. Dessutom bidrar hög portdensitet till att hålla trafiken lokaliserad och minska nätverkstrafikens omfattning, vilket ytterligare minskar risken för överbelastning och flaskhalsar (congestion).

Sammanfattning

Här är de centrala punkterna om kollisionsdomäner:

• Nätverksenheter i samma kollisionsdomän måste använda halvduplex kommunikation, vilket innebär att de kan antingen sända eller ta emot data vid en given tidpunkt, men inte båda samtidigt.
• Endast en nätverksenhet kan sända data till kollisionsdomänen åt gången; annars uppstår en kollision.
• Övriga nätverksenheter upptäcker kollisionen genom CSMA/CD-metoden, väntar en slumpmässig tid och försöker sedan sända igen.
• Varje port på en switch representerar en separat kollisionsdomän.
• Switchar kan arbeta i full duplex, vilket innebär att de kan sända och ta emot data samtidigt utan risk för kollisioner.
• CSMA/CD är inaktiverat som standard på switchar eftersom kollisioner inte kan inträffa i en switchmiljö.

Angående broadcast-domäner här är de viktigaste punkterna:

• En broadcast-domän är ett segment av nätverket där alla nätverksenheter får en kopia av varje broadcast-ram som skickas.
• Switchar vidarebefordrar broadcast-ramar till alla portar förutom porten från vilket broadcast-ram ursprungligen kom.
• Routrar förhindrar broadcast och bryter därmed broadcast-domäner.