Die meisten Leute denken, ein Netzwerk-Switch sei nur eine Blackbox mit blinkenden Lichtern, wenn Daten übertragen werden. Das ist es nicht. Die Art und Weise, wie ein Switch diese Daten tatsächlich verarbeitet, hängt vollständig von seinem internen Hardware-Design ab. Von außen sieht man diesen Unterschied nicht. Dies ist nur wichtig, wenn Ihr Netzwerk große Mengen an Datenverkehr ohne Paketverluste übertragen muss.
Es gibt drei Hauptarten, in denen diese Geräte gebaut werden. Jeder hat eine andere Art, den ein- und ausgehenden Datenverkehr in den Häfen zu handhaben. Wenn Sie sie verstehen, können Sie herausfinden, warum sich ein Schalter unter Last ruckartig anfühlt, während ein anderer unter Last erstickt.
Shared Memory Switching
Dies ist die am einfachsten zu verstehende Architektur. Stellen Sie sich das wie ein Postamt mit einem einzigen Sortierbereich vor.
Bei einem Shared-Memory-Switch wird jedes Paket, das an einem beliebigen Port ankommt, sofort in einen gemeinsamen Speicherpuffer kopiert. Alle Ports nutzen denselben Speicherpool. Der Switch liest die Zieladresse im Paket und leitet sie dann an den richtigen Ausgangsport aus diesem gemeinsam genutzten Pool weiter.
Es ist effizient, weil der Speicher gemeinsam genutzt wird. Wenn ein Port belegt und ein anderer frei ist, kann der Speicher trotzdem genutzt werden. Aber es gibt einen Haken. Wenn der eingehende Datenverkehr die Kapazität des Speichers überschreitet, kommt es zu einer Überlastung. Jeder Hafen kämpft um den gleichen Platz. Dieses Design ist bei kleineren oder mittelgroßen Switches üblich, bei denen die Kosten wichtiger sind als der extreme Durchsatz.
Der Schlüssel zum Erfolg: Shared Memory verwendet einen einzigen Puffer für alle Ports. Es ist kostengünstig, kann jedoch zu Engpässen führen, wenn zu viele Ports Daten gleichzeitig senden.
Matrix-Umschaltung
Matrixschalter funktionieren anders. Anstelle eines gemeinsamen Pools nutzen sie ein internes Grid.
Stellen Sie sich eine Kreuzung vor. Die Eingangsports verlaufen vertikal. Die Ausgangsports verlaufen horizontal. Wo sie sich kreuzen, gibt es einen Verbindungspunkt. Wenn ein Paket ankommt, prüft der Switch die MAC-Adresse anhand seiner Nachschlagetabelle. Es findet den richtigen Ausgangsanschluss und schließt dann den spezifischen Stromkreis im Gitter, an dem sich die Eingangs- und Ausgangsleitungen kreuzen.
Dadurch wird ein dedizierter Pfad für diesen spezifischen Datenstrom erstellt. Es ist, als hätte man einen privaten Tunnel für dieses Paket. Mehrere Transfers können gleichzeitig stattfinden, solange sie nicht im Raster kollidieren. Diese Architektur unterstützt höhere Geschwindigkeiten und geringere Latenzzeiten, da die Verbindung direkt ist.
Allerdings wird der Aufbau einer Matrix schnell teuer. Wenn Sie weitere Ports hinzufügen, wächst die Anzahl der Schnittpunkte exponentiell. Die zur Verwaltung all dieser Verbindungen erforderliche physische Hardware wird komplex und kostspielig. Sie finden dies meist bei High-End-Unternehmensgeräten, bei denen die Leistung nicht verhandelbar ist.
Busarchitekturschalter
Die Busarchitektur ist etwas Besonderes. Es wird kein Grid oder Shared-Memory-Pool im herkömmlichen Sinne verwendet.
Dabei teilen sich alle Ports einen gemeinsamen internen Übertragungsweg, den sogenannten Bus. Der Zugriff auf diesen Bus wird über Time Division Multiple Access (TDMA) gesteuert. Stellen Sie sich das wie eine einspurige Autobahn mit strengen Ampeln vor. Es darf immer nur ein Auto auf der Straße sein.
Jeder Port verfügt weiterhin über einen eigenen dedizierten Speicherpuffer. Ein ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) übernimmt die schwere Aufgabe, zu steuern, wer wann den Bus nutzen darf. Das Paket bleibt im Puffer seines Ports, bis der ASIC Zugriff auf den gemeinsamen Bus gewährt. Sobald es im Bus ist, fährt es zum Puffer des Zielports.
Dieses Design ist älter. In modernen Hochgeschwindigkeitsnetzen ist dies weniger verbreitet, da der Bus zum Engpass wird. Es kann nur eine Übertragung erfolgen
