Switchar använder avancerad hårdvara känd som applikationsspecifika integrerade kretsar (ASIC) för att snabbt fatta beslut om vidarebefordran på Lager 2-nivå (Data Link). Genom att utnyttja ASIC minskar switchen ramhanteringstiden betydligt och kan hantera stora mängder trafik utan att kompromissa dess prestanda.

Vid Lager 2 ramöverföring använder switchar vanligtvis en av två huvudmetoder:

• Store-and-forward switching – Denna metod innebär att switchen tar emot hela ramen på ingångsporten innan den fattar ett beslut om vidarebefordran. Under denna process kontrollerar switchen ramen för fel med hjälp av en cyklisk redundanskontroll (CRC), vilket är en matematisk mekanism för felkontroll. Efter att ha verifierat att ramen är korrekt skickas den vidare till rätt utgångsport. Detta är den vanligaste överföringsmetoden för LAN-switchar, särskilt för Cisco-switchar.
• Cut-through-switching – I denna metod inleds vidarebefordringsprocessen så snart switchen har bestämt destinations-MAC-adressen för en inkommande ram och utgångsporten. Detta tillvägagångssätt är snabbare än ”Store-and-forward switching” eftersom switchen börjar vidarebefordra ramen så snart den har tillräckligt med information för att göra ett beslut.

Store-and-Forward switching

Denna metod innefattar två viktiga funktioner:

• Error checking – Efter att ha tagit emot hela ramen utför switchen en kontroll av ramens kontrollsekvens (Frame Check Sequence, FCS) genom att jämföra det med sina egna beräkningar. FCS är en viktig del av felkontrollprocessen som säkerställer att ramen är fri från fysiska och datalänkfel. Om ramen är korrekt skickas den vidare, annars förkastas den.
• Automatic buffering – Automatisk buffring används av switchen på ingångsporten för att effektivt hantera olika Ethernet-hastigheter. Om hastigheten på ingångs- och utgångsportarna inte matchar lagrar switchen hela ramen i bufferten, utför FCS-kontrollen och vidarebefordrar sedan ramen till utgångsportens buffert för sändning. Denna flexibilitet möjliggör stöd för olika Ethernet-hastigheter utan problem.

Cut-through Switching

Denna metod innebär snabb vidarebefordran av ramar, inklusive ogiltiga ramar eftersom ingen FCS-kontroll utförs. Detta innebär att switchen kan fatta ett beslut om vidarebefordran så snart den har identifierat destinationens MAC-adress för ramen i dess MAC-adresstabell, vilket illustreras i figuren.

Switchen behöver inte vänta på att hela ramen ska komma in innan den vidarebefordrar den genom ingångsporten.

”Fragment free switching” är en modifierad variant av cut-through-switching där switchen börjar vidarebefordra ramen efter att ha mottagit de första 64 byte. Fragmentfri switching erbjuder förbättrad felkontroll jämfört med ren cut-through, med minimal ökning av latensen/fördröjning.

”Fast-forward switching”, oftast refererad till som bara cut-through switching, kan snabbt fatta beslut om vidarebefordran så snart den får destinationens MAC-adress för ramen. Det betyder att den endast behöver de första 6 byten och inte behöver invänta resten av Ethernet-ramen för att fatta detta beslut om vidarebefordran.

Mer sofistikerade cut-through-switchar använder inte nödvändigtvis detta tillvägagångssätt idag. Istället kan de analysera en inkommande ram tills de har tillräckligt med information från raminnehållet för att utföra alla ytterligare funktioner. Till exempel, om en åtkomstkontroll lista (ACL) är konfigurerad på interfacet, måste switchen ta emot ramen upp till IP- och transportlager (20 byte för IPv4 och 20 byte för TCP) för att matcha informationen där mot ACL. Detta innebär totalt 54 byte fram till den punkten.

Till skillnad från store-and-forward switching tappar inte cut-through switching ogiltiga Ethernet-ramar. Istället vidarebefordras de till nästa noder tills någon nätverksenhet längs vägen ogiltigförklarar ramens FCS och släpper den.

En primär fördel med denna omkopplingsmetod är att den tid det tar för switchen att börja vidarebefordra paketet, kallad switchens latens, är mycket lägre än för store-and-forward-omkoppling.

Sammanfattning

I store-and-forward switching tar switchar emot och lagrar hela ramen innan de fattar något operativt beslut. Detta tillvägagångssätt är bra för att behålla ramarnas integritet och giltighet, men skapar ytterligare fördröjningar.

I cut-trough switching tar switcharna bara emot en bråkdel av ramen och börjar omedelbart fatta ett vidarebeslut. I detta tillvägagångssätt tar switcharna inte bort ogiltiga ramar utan vidarebefordrar dem till nästa nod. Fördröjningen är dock lägre än med store-and-forward-metoden.