乙太網路交換機

簡介

乙太網路是網路常用的媒介之一,也最為一般用戶了解與使用,由區域網路的建網應用發展到都會網路的建網應用。在乙太網路的環境下,為了達到資料的分享與傳遞,分享式集線器也就成為乙太網路中重要的設備之一,它是網路連線的連接點,但由於傳遞的資料在量與時間的需求下,集線器已不符使用,效率更好的交換機也就登上舞台。

 

不同於集線器,交換機能夠檢查每一個收到的資料封包,並且對該封包進行相應的動作處理。在實際網路中,交換機主要具有兩方面的重要作用。第一,交換機可以將原有的網路劃分成多個子網路,能夠做到擴展網路有效傳輸距離,並支持更多的網路節點。第二,使用交換機來劃分網路還可以有效隔離網路流量,減少網路中的衝突,緩解網路擁擠情況。

 

交換機主要有兩種交換技術:能提供線速的直接交換(Cutting through)方式和可進行驗證控制的儲存轉送(Store and Forward)交換方式。直接交換方式只讀取資料封包前段的表頭部份,當收到目的端地址後就將封包往對應的路徑送;而儲存轉送交換方式則待封包完全收齊,執行驗證功能無誤後才將封包往對應的路徑送。

標準

  • 802.1-High Level Interface
  • 802.2-LLC(Logical Link Control)
  • 802.3-CSMA/CD
  • 802.4-Token BUS
  • 802.5-Token Ring
  • 802.6-DQDB (Distributed Queue Dual Bus) 802.7-Broadband Technical Advisory Group
  • 802.8-Fiber Optic Technical Advisory Group
  • 802.9-Integrated Voice and Data LAN working Group
  • 802.10-LAN Security working Group
  • 802.11-Wireless LAN
  • 802.12-100VG-AnyLAN
  • 802.13-CATV
  • 802.1Qbv
  • 802.1AS
  • 802.1CB
  • 802.1Qci
  • 802.1Qch
  • 802.1br
  • 802.1p

應用

 

都會網路的交換機可分為Core Network、Aggregation Network及Access Network使用之交換機。Core Network的交換機主要是將資料送至/接受到骨幹線路上,不對資料做任何處理。Aggregation Network交換器是承接Core Network交換機的資料送至正確的Access Network交換機所處的路徑,或將Access Network交換機的資料聚集上傳Core Network。Access Network交換機則於用戶端使用。
區域網路的交換機的種類由使用的範疇可大致簡單的區分為企業級Enterprise switch和家庭級SOHO (Small Office / Home Office) switch。若以功能範疇分類又可區分為第三層交換機、含管理功能的第二層交換機及一般交換機,主要以網路的管理能力尤其是品質、流量、策略、虛擬網路上的管理為考量。近年來無線電方面技術的加入,WiFi access point的連接埠朝向 Multi-Gigbit等級發展,我們也可以看到2.5G、5G、10G的需求也快速提升。
雲端運算與橫向擴充資料中心的興起帶動了近期乙太網路速度的發展。在更高網路效能的需求刺激下,10G埠的伺服器與40G的枝葉–主幹式資料中心架構都呈現巨幅成長。隨著巨量資料不斷增加、虛擬機器數量持續成長,加上雲端工作負載日益繁重,大型雲端業者的網路主幹層也陸續轉換到100G/400G架構。
遠距高速傳輸的要求,使得時間同步IEEE 1588,TSN逐漸成為下一個世代乙太交換機產品的關鍵技術。TSN代表「時間敏感網絡」,將數據是否能夠準時到達目的地納入乙太網路的傳輸協定,不斷地將時間的頻率和相位與主時鐘同步,並可以選擇同時同步多個時域。在應用程序的要求下,讓數據能夠在正確的時間送達,是一個對於強調「即時」的應用至關重要的關鍵技術。藉著TSN乙太網路在確定性、準確性、保證的交付和低延遲的特性,足以在以下四個市場提供最佳的解決方案:
汽車行業

全自動駕駛汽車需要符合IEEE規範中的802.11Qci和802.1CB的TSN乙太網交換機。這些汽車需要一個可提供零丟包的網絡完整性,並具有確定性,快速的響應時間,以每次成功執行對等通信和道路傳感基礎設施應用的交換機。

電信/無線基站

在5G的系統設置下,TSN乙太網能夠在MIMO的架構下實現「即時」的性能。TSN特別是在封包壅塞的時候透過低時延和低抖動的特性,可以保證數據包的傳遞,為每個無線節點帶來更多的頻寬來處理傳輸的流量。

TSN乙太網定義提供基於IEEE規範1588v2和802.1AS-REV的802.1Qch和802.1Qbu / 802.3br用於時序和同步的封包管理通訊協定,也為5G提供了如何在MIMO波中利用TSN乙太網新模型的IEEE 802.1CM解決方案。

工業自動化

TSN乙太網可以促成工業網絡以安全、可靠且確定性地連接到駐留在大型數據中心雲中的大型計算中心。TSN能夠處理來自如數據分析雲、物聯網(IoT)等多元輸入來源的大量數據,從而做出即時決策以提高實時效率。
專業級音頻/視頻

專業級音頻/視頻行業對於實時、擬真的要求,也需要透過通用以太網生態系統來完成跨多媒體數據中心的即時聯接。TSN交換機可以用來提供專業級音頻/視頻工作室所需的超高質量4k和8k分辨率。TSN乙太網支持IEEE規範802.1CB,以及用於定時和同步的1588v2和802.1AS-REV。用來提供無損同步視頻的冗餘,以便實時編輯4K / 8K分辨率流。

隨著晶片技術進步到可支援100G/ 400G的連線,提供更高的頻寬,更豐富的規格,以及更深的暫存記憶體,機櫃內的乙太網路連線需要比40G更好的解決方案,那就是25G。100G和40G一樣(CAUI-4、100GBASE-CR4、100GBASE-SR4),都使用四個實體通道與連線設備通訊,不過現在每個通道的速率更高,可以達到25Gbit/s,因此依照單通道容量擴充的原則,伺服器/儲存端點與機櫃頂交換器之間可以使用多個25G連接埠。

架構