تفاوت روش های سوئیچینگ Store And Forward و Cut Through Switching در سوئیچ شبکه

آیا با تفاوت روش های سوئیچینگ Store And Forward و Cut Through Switching در سوئیچ شبکه آشنایی دارید؟ همانطور که مشخص است سوئیچ های لایه 2 معمولاً وظیفه انتقال داده ها در لایه پیوند داده (OSI Layer 2) و انجام بررسی خطا در هر فریم ارسالی و دریافتی را بر عهده دارند. با استفاده از MAC Address، فریم ها یا بسته ها باید توسط سوئیچ های لایه 2 ارسال شوند. در طی این فرآیند، سه حالت رایج سوئیچینگ اترنت وجود دارد:

• Cut Through Switching
• Fragment Free
• Store And Forward

اولین مرحله در منطق عملیاتی سوئیچ ها دریافت یک فریم اترنت از بخش ارسال کننده است. بسته به نوع روش سوئیچینگ مورد استفاده، سوئیچ باید قبل از رفتن به مرحله عملیاتی بعدی، تعداد متفاوتی از بایت ها را دریافت و بررسی کند و در نهایت فریم را به پورت یا پورت های خروجی تغییر دهد. دو حالت سوئیچینگ اصلی در سوئیچ های سیسکو پشتیبانی می شود:

۱) حالت Cut Through Switching که دو شکل دارد:

• سوئیچینگ Fragment-free switching
• سوئیچینگ Fast-forward switching

۲) حالت Store & Forward

هر دو حالت سوئیچینگ تصمیمات ارسال خود را بر اساس آدرس MAC مقصد فریم های اترنت می گیرند. آنها همچنین آدرس‌ های MAC را یاد می‌ گیرند و جداول MAC خود را در حین بررسی فیلد های مک آدرس منبع (SMAC) در هدر اترنت در حین ارسال فریم‌ ها، می‌ سازند. این حالت های سوئیچینگ در این که چه مقدار از فریم باید توسط سوئیچ دریافت و بررسی شود، قبل از اینکه فریم شروع به ارسال به خارج از پورت خروج کند، متفاوت است. یک فریم کامل از چندین بخش تشکیل شده است: مقدمه، آدرس MAC مقصد، آدرس MAC منبع، داده های کاربران و FCS. در حالت سوئیچینگ مختلف، قسمت های مختلف قبل از ارسال شناسایی می شوند.

تفاوت روش های سوئیچینگ Store And Forward و Cut Through Switching

مهم نیست که سوئیچ‌ های لایه 2 از سوئیچینگ store & forward استفاده می‌ کنند، تصمیم حمل و نقل بر اساس آدرس MAC مقصد در بسته‌ ها یا فریم‌ های داده است. در این صورت تفاوت بین این ها در چیست؟ در ادامه یک مقایسه ساده آورده شده است.

از مقایسه، می‌ توان به این نتیجه رسید که مزیت اصلی سوئیچینگ Store And Forward، انتقال ترافیک با کیفیت بالا است. در حالی که مزیت سوئیچینگ Cut Through Switching تأخیر کم است. در اکثر شبکه‌ های سازمانی، تفاوت تأخیر سوئیچ بین سوئیچینگ Store And Forward و Cut Through Switching ناچیز است، زیرا در ده‌ ها میلی‌ثانیه اندازه‌گیری می‌ شود.

با این حال، در برخی از برنامه‌ ها، تأخیر شبکه یک ملاحظه حیاتی است که اغلب در برنامه‌ های خدمات مالی مانند تجارت با فرکانس بالا بسیار مهم‌تر از توان عملیاتی کل شبکه است. به همین دلیل است که سوئیچ‌ های سیسکو سوئیچینگ اترنت Cut Through Switching را برمی‌ گردانند. بنابراین، هنگام خرید یک سوئیچ اترنت، به جز در نظر گرفتن عملکرد، تراکم پورت و هزینه، حالت سوئیچینگ اترنت نیز باید در نظر گرفته شود.

چگونه حالت سوئیچینگ اترنت را پیکربندی کنیم؟

بسیاری از سوئیچ های لایه 2 در بازار امروزی به طور پیش فرض از حالت سوئیچینگ Store And Forward استفاده می کنند تا از انتقال ترافیک داده با کیفیت بالا اطمینان حاصل کنند. با این حال، سوئیچینگ این مدلی برای همه برنامه ها مناسب نیست، به ویژه برای محیط های کم تاخیر مانند HPC (محاسبات با کارایی بالا).

کاربران می توانند تمام رابط ها را برای استفاده از حالت Cut Through Switching پیکربندی کنند. برای مثال سوئیچ دسترسی SFP FS.com S5800-48F4S 1GbE را در نظر بگیرید. سوئیچ Store And Forward به طور پیش فرض برای سوئیچ 1GbE فعال است. برای فعال کردن حالت سوئیچینگ Cut Through Switching، در اینجا مراحل وجود دارد.

دستور یا هدف عمل:

مرحله 1 ترمینال پیکربندی S5800-48F4S# وارد حالت پیکربندی global می شود.

مرحله 2 S5800-48F4S(config)# cut_through_forwarding enable (10G-40G-100G | 1G-10G-100G | 1G-10G-40G) حالت سوئیچینگ Cut Through Switching را فعال می کند. به طور پیش فرض، حالت 10G-40G-100G فعال است. حالت 1G-10G-100G و 1G-10G-40G نیز قابل تنظیم است.

مرحله 3 نوشتن S5800-48F4S# تغییرات را به‌طور مداوم ذخیره می‌کند.

اگر کاربران بخواهند حالت سوئیچینگ store و forward را دوباره فعال کنند، برای سوئیچ FS.com S5800-48F4S 1GbE نیز امکان پذیر است. فقط برای تغییر دستور “cut_through_forwarding enable (10G-40G-100G|1G-10G-100G|1G-10G-40G)” به “no cut_through_forwarding enable (10G-40G-100G|1G-10G-100G|1G-1 40G)” و حالت دوباره فعال می شود.

حالت سوئیچینگ Store-and-Forward

از نظر تاریخی، اولین روش ارسال گسترده مورد استفاده در لایه اترنت به عنوان سوئیچینگ “Store And Forward” نامیده می شد. در این روش سوئیچینگ، فریم باید به طور کامل قبل از تصمیم گیری برای ارسال بر اساس جستجوی آدرس MAC مقصد، دریافت شود. پس از دریافت و بافر، سوئیچ فیلد FCS فریم را با محاسبات فریم-چک-توالی (FCS) مقایسه می کند تا از صحت و درستی داده ها اطمینان حاصل کند.

اگر مقادیر CRC مطابقت نداشته باشند، فریم به‌عنوان نامعتبر علامت‌گذاری می‌ شود و حذف می‌ شود. اگر مقادیر مطابقت داشته باشند، آدرس های MAC مقصد و مبدا قبل از ارسال فریم بررسی می شوند. این روش تأخیر بالاتری نسبت به سه روش دیگر ایجاد می کند و فریم های کوچکتر از 64 بایت (رانت ها) و بزرگتر از 1518 بایت را به طور پیش فرض حذف می کند.

همانطور که از نام آن مشخص است، سوئیچینگ store & forward ارسال قبل از ارسال آن تا رسیدن کل فریم منتظر می ماند. سپس سوئیچ LAN هر فریم کامل را در بافر های حافظه سوئیچ ذخیره می کند و قبل از تصمیم گیری برای ارسال، خطا ها را بررسی می کند. CRC (بررسی افزونگی چرخه ای) که از یک فرمول ریاضی بر اساس تعداد بیت (1s) در فریم برای بررسی فریم دریافتی استفاده می کند. اگر خطایی وجود نداشته باشد، فریم به آدرس مقصد ارسال می شود. در غیر این صورت فریم خراب دور انداخته می شود. این فرآیند سطح بالای ترافیک شبکه بدون خطا را تضمین می کند، زیرا شبکه مقصد تحت تأثیر فریم های خراب قرار نخواهد گرفت.

حالت سوئیچینگ Cut-Through

سوئیچ اترنت که از سوئیچینگ Cut-Through استفاده می‌ کند، می‌ تواند به محض دریافت دو بایت اول فریم ورودی، تصمیم حمل و نقل بگیرد. سوئیچ مجبور نیست منتظر بماند تا بقیه فریم شروع به تغییر فریم به پورت خروجی کند.

سوئیچ هایی که در حالت Fragment-Free کار می کنند باید 64 بایت اول فریم را دریافت و بررسی کنند و سپس تصمیم به ارسال را بگیرند. چرا آنها دقیقاً به 64 بایت نیاز دارند؟ در شبکه اترنت، قطعات برخورد در 64 بایت اول شناسایی می شوند. این حالت سوئیچینگ این روزها دیگر زیاد مورد استفاده قرار نمی گیرد، بنابراین ما فقط به عنوان مرجع به آن اشاره می کنیم. این نوع سوئیچینگ ساده تر است. هنگامی که سوئیچ ها فریم را دریافت می کنند، 6 بایت اول فریم را به دنبال مقدمه جستجو می کند.

سپس سوئیچ LAN آدرس MAC مقصد را در جدول سوئیچینگ خود بررسی می کند و پورت رابط خروجی را تعیین می کند و فریم را به مقصد می فرستد. بدون بررسی خطای CRC در فرآیند سوئیچینگ cut through. بنابراین فریم های دارای خطا و بدون خطا به سوییچ های دریافت کننده ارسال می شوند. و فرآیند بررسی خطا باید توسط دستگاه دریافت کننده انجام شود تا از انتقال بدون خطا اطمینان حاصل شود. برای بهبود این وضعیت، سوئیچینگ fragment free برای جبران معایب سوئیچینگ برش اعمال می شود، که فریم هایی با طول کمتر از 64 بایت را حذف می کند و برخورد های دیر هنگام در انتقال داده را کاهش می دهد.

حالت سوئیچینگ Fast-forward 

یک سوئیچ Cut through می تواند به محض دریافت آدرس MAC مقصد فریم، تصمیم حمل و نقل بگیرد، به این معنی که تنها به 6 بایت اول نیاز دارد. لازم نیست منتظر بقیه فریم اترنت باشد تا تصمیم ارسال خود را بگیرد.

با این حال، سوئیچ‌ های پیشرفته‌تر امروزی لزوماً از این رویکرد استفاده نمی‌کنند. آنها ممکن است یک فریم ورودی را تجزیه کنند تا زمانی که اطلاعات کافی از محتوای فریم برای انجام تمام ویژگی های اضافی داشته باشند. به عنوان مثال، اگر یک لیست کنترل دسترسی (ACL) روی رابط پیکربندی شده باشد، سوئیچ باید فریم را تا IP و هدر های لایه انتقال (20 بایت برای هدر IPv4 و 20 بایت برای هدر TCP) دریافت کند تا با اطلاعات موجود در آنجا  در برابر لیست دسترسی رابط مطابقت داشته باشد.

این یعنی در مجموع 54 بایت تا آن نقطه. مثال دیگر این است که کیفیت سرویس (QoS) پیکربندی شده باشد یا هر ویژگی پیشرفته دیگری وجود داشته باشد.

برخلاف سوئیچینگ Store And Forward، سوئیچینگ cut through، فریم های اترنت نامعتبر را حذف نمی کند. آنها به بخش های بعدی ارسال می شوند تا زمانی که برخی از دستگاه ها در طول مسیر FCS فریم را باطل کرده و آن را رها کنند.

مزیت اصلی این روش سوئیچینگ این است که مدت زمانی که سوئیچ برای شروع ارسال بسته (که به تأخیر سوئیچ گفته می شود) طول می کشد، بسیار کمتر از سوئیچینگ ذخیره و ارسال است.

پیکربندی و تأیید حالت های سوئیچینگ

اکثر پلتفرم های سوئیچ مدرن دارای حالت سوئیچینگ cut through هستند که به طور پیش فرض فعال شده است. با استفاده از دستور show switching-mode می توانید آن را بررسی کنید.

اگر می خواهید حالت ذخیره و فوروارد را فعال کنید، می توانید از روش ساده زیر استفاده کنید.

بنابراین به طور خلاصه، مهمترین نکات در مورد حالت های مختلف سوئیچینگ عبارتند از:

در حالت Store And Forward، سوئیچ ها قبل از تصمیم گیری عملیاتی، کل فریم را دریافت و ذخیره می کنند. این رویکرد برای حفظ یکپارچگی و اعتبار فریم ها خوب است اما تأخیر شبکه اضافی ایجاد می کند.

در حالت سوئیچینگ Cut Through Switching، سوئیچ ها تنها کسری از فریم را دریافت می کنند و بلافاصله شروع به تصمیم گیری برای ارسال می کنند. در این روش، سوئیچ ها فریم های نامعتبر را رها نمی کنند بلکه آنها را به گره بعدی ارسال می کنند. با این حال، تأخیر شبکه نسبت به رویکرد ذخیره و عرضه کمتر است.