以太网络交换机 (Ethernet Switches)
简介
以太网络是网络常用的媒介之一,也最为一般用户了解与使用,由局域网络的建网应用发展到都会网络的建网应用。在以太网络的环境下,为了达到数据的分享与传递,分享式集线器也就成为以太网络中重要的设备之一,它是网络联机的连接点,但由于传递的数据在量与时间的需求下,集线器已不符使用,效率更好的交换机也就登上舞台。
不同于集线器,交换机能够检查每一个收到的数据封包,并且对该封包进行相应的动作处理。在实际网络中,交换机主要具有两方面的重要作用。第一,交换机可以将原有的网络划分成多个子网,能够做到扩展网络有效传输距离,并支持更多的网络节点。第二,使用交换机来划分网络还可以有效隔离网络流量,减少网络中的冲突,缓解网络拥挤情况。
交换机主要有两种交换技术:能提供线速的直接交换(Cutting through)方式和可进行验证控制的储存转送(Store and Forward)交换方式。直接交换方式只读取数据封包前段的表头部份,当收到目的端地址后就将封包往对应的路径送;而储存转送交换方式则待封包完全收齐,执行验证功能无误后才将封包往对应的路径送。
标准
- 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
应用
都会网路的交换机可分为Core Network、Aggregation Network及Access Network使用之交换机。 Core Network的交换机主要是将资料送至/接受到骨干线路上,不对资料做任何处理。 Aggregation Network交换器是承接Core Network交换机的资料送至正确的Access Network交换机所处的路径,或将Access Network交换机的资料聚集上传Core Network。 Access Network交换机则于用户端使用。
区域网路的交换机的种类由使用的范畴可大致简单的区分为企业级Enterprise switch和家庭级SOHO (Small Office / Home Office) switch。若以功能范畴分类又可区分为第三层交换机、含管理功能的第二层交换机及一般交换机,主要以网路的管理能力尤其是品质、流量、策略、虚拟网路上的管理为考量。近年来无线电方面技术的加入,WiFi access point的连接埠朝向 Multi-Gigbit等级发展,我们也可以看到2.5G、5G、10G的需求也快速提升。
云端运算与横向扩充资料中心的兴起带动了近期乙太网路速度的发展。在更高网路效能的需求刺激下,10G埠的伺服器与40G的枝叶–主干式资料中心架构都呈现巨幅成长。随着巨量资料不断增加、虚拟机器数量持续成长,加上云端工作负载日益繁重,大型云端业者的网路主干层也陆续转换到100G/400G架构。
远距高速传输的要求,使得时间同步IEEE 1588,TSN逐渐成为下一个世代乙太交换机产品的关键技术。 TSN代表「时间敏感网络」,将数据是否能够准时到达目的地纳入乙太网路的传输协定,不断地将时间的频率和相位与主时钟同步,并可以选择同时同步多个时域。在应用程序的要求下,让数据能够在正确的时间送达,是一个对于强调「即时」的应用至关重要的关键技术。借着TSN乙太网路在确定性、准确性、保证的交付和低延迟的特性,足以在以下四个市场提供最佳的解决方案:
汽车行业
全自动驾驶汽车需要符合IEEE规范中的802.11Qci和802.1CB的TSN乙太网交换机。这些汽车需要一个可提供零丢包的网络完整性,并具有确定性,快速的响应时间,以每次成功执行对等通信和道路传感基础设施应用的交换机。
电信/无线基站
在5G的系统设置下,TSN乙太网能够在MIMO的架构下实现「即时」的性能。 TSN特别是在封包壅塞的时候透过低时延和低抖动的特性,可以保证数据包的传递,为每个无线节点带来更多的频宽来处理传输的流量。TSN乙太网定义提供基于IEEE规范1588v2和802.1AS-REV的802.1Qch和802.1Qbu / 802.3br用于时序和同步的封包管理通讯协定,也为5G提供了如何在MIMO波中利用TSN乙太网新模型的IEEE 802.1CM解决方案。
工业自动化
TSN乙太网可以促成工业网络以安全、可靠且确定性地连接到驻留在大型数据中心云中的大型计算中心。 TSN能够处理来自如数据分析云、物联网(IoT)等多元输入来源的大量数据,从而做出即时决策以提高实时效率。
专业级音频/视频
专业级音频/视频行业对于实时、拟真的要求,也需要透过通用以太网生态系统来完成跨多媒体数据中心的即时联接。 TSN交换机可以用来提供专业级音频/视频工作室所需的超高质量4k和8k分辨率。 TSN乙太网支持IEEE规范802.1CB,以及用于定时和同步的1588v2和802.1AS-REV。用来提供无损同步视频的冗余,以便实时编辑4K / 8K分辨率流。
随着晶片技术进步到可支援100G/ 400G的连线,提供更高的频宽,更丰富的规格,以及更深的暂存记忆体,机柜内的乙太网路连线需要比40G更好的解决方案,那就是25G。 100G和40G一样(CAUI-4、100GBASE-CR4、100GBASE-SR4),都使用四个实体通道与连线设备通讯,不过现在每个通道的速率更高,可以达到25Gbit/s,因此依照单通道容量扩充的原则,伺服器/储存端点与机柜顶交换器之间可以使用多个25G连接埠。
架构