Przełączanie przekrojowe

W sieciach komputerowych przełączanie przekrojowe , zwane również przekazywaniem przekrojowym, jest metodą dla systemów przełączania pakietów , w której przełącznik rozpoczyna przesyłanie ramki (lub pakietu ) przed odebraniem całej ramki, zwykle gdy tylko adres docelowy i interfejs wychodzący jest określony. W porównaniu do przechowywania i przesyłania ta technika zmniejsza opóźnienia w przełączniku i opiera się na urządzeniach docelowych w zakresie obsługi błędów. Czyste przełączanie typu cut-through jest możliwe tylko wtedy, gdy prędkość interfejsu wychodzącego jest co najmniej równa lub wyższa niż prędkość interfejsu przychodzącego.

Przełączanie adaptacyjne dynamicznie wybiera między zachowaniami typu cut-through oraz zachowywaniem i przesyłaniem w oparciu o aktualne warunki sieciowe.

Przełączanie przekrojowe jest ściśle związane z przełączaniem tuneli czasoprzestrzennych .

Użyj w sieci Ethernet

sieci Ethernet stosowane jest przełączanie przekrojowe, przełącznik nie jest w stanie zweryfikować integralności przychodzącej ramki przed jej przekazaniem. Przełącznik typu cut-through przekaże uszkodzone ramki, podczas gdy przełącznik „zapisz i przekaż” je porzuci.

Technologia została opracowana przez firmę Kalpana , która wprowadziła na rynek pierwszy przełącznik Ethernet .

Główną zaletą przecinanych przełączników Ethernet w porównaniu z przełącznikami Ethernet typu „przechowuj i przesyłaj dalej” jest mniejsze opóźnienie. Przełączniki Ethernet typu „cut-through” mogą obsługiwać opóźnienia w sieci typu end-to-end na poziomie około 10 mikrosekund. Kompleksowe opóźnienia aplikacji poniżej 3 mikrosekund wymagają specjalistycznego sprzętu, takiego jak InfiniBand .

Bez fragmentów to odmiana przełączania przekrojowego, która częściowo rozwiązuje ten problem, zapewniając, że fragmenty kolizyjne nie są przekazywane. Bez fragmentów zatrzyma ramkę do momentu odczytania pierwszych 64 bajtów ze źródła w celu wykrycia kolizji przed przekazaniem. Jest to przydatne tylko wtedy, gdy istnieje ryzyko kolizji na porcie źródłowym.

Teoria mówi, że ramki, które są uszkodzone (zwykle przez kolizje) są często krótsze niż minimalny prawidłowy rozmiar ramki ethernetowej wynoszący 64 bajty. Dzięki buforowi bez fragmentów pierwsze 64 bajty każdej ramki aktualizuje źródłowy adres MAC i port, jeśli to konieczne, odczytuje docelowy adres MAC i przekazuje ramkę. Jeśli ramka ma mniej niż 64 bajty, jest odrzucana. Ramki mniejsze niż 64 bajty nazywane są runtami; dlatego przełączanie bez fragmentów jest czasami nazywane przełączaniem „bez runt”. Ponieważ przełącznik buforuje tylko 64 bajty każdej ramki, tryb Fragment Free jest trybem szybszym niż tryb Store and Forward, ale nadal istnieje ryzyko przekazywania złych ramek.

Istnieją pewne scenariusze, które zmuszają przecinający przełącznik Ethernet do buforowania całej ramki, działając jak przełącznik Ethernet typu „zapisz i przekaż” dla tej ramki:

  • Szybkość: gdy port wychodzący jest szybszy niż port przychodzący, przełącznik musi buforować całą ramkę odebraną z portu o niższej szybkości, zanim będzie mógł rozpocząć przesyłanie tej ramki z portu o dużej szybkości, aby zapobiec niedopełnieniu. (Kiedy port wychodzący jest wolniejszy niż port przychodzący, przełącznik może wykonać przełączanie przekrojowe i rozpocząć transmisję tej ramki, zanim zostanie ona w całości odebrana, chociaż nadal musi buforować część ramki).
  • Przeciążenie: gdy przełącznik przecinający zdecyduje, że ramka z jednego portu przychodzącego musi przejść przez port wychodzący, ale ten port wychodzący jest już zajęty wysyłaniem ramki z drugiego portu przychodzącego, przełącznik musi buforować część lub całość ramki z pierwszego portu wejściowego.

Użyj w Fibre Channel

Przełączanie typu cut-through jest dominującą architekturą przełączania w Fibre Channel ze względu na niskie opóźnienia wymagane dla ruchu SCSI. Firma Brocade wdraża przełączanie przekrojowe w swoich układach ASIC Fibre Channel od lat 90. i została wdrożona w dziesiątkach milionów portów w produkcyjnych sieciach SAN na całym świecie. CRC są wykrywane w przełączniku przecinającym i wskazywane przez oznaczenie pola EOF uszkodzonej ramki jako „nieważne”. Urządzenia docelowe (host lub pamięć masowa) widzą nieprawidłowy EOF i odrzucają ramkę przed wysłaniem jej do aplikacji lub jednostki LUN. Odrzucanie uszkodzonych ramek przez urządzenie docelowe jest w 100% niezawodną metodą obsługi błędów i jest wymagane przez standardy Fibre Channel opracowane przez Komitet Techniczny T11 . Odrzucanie uszkodzonych ramek na urządzeniu docelowym również minimalizuje czas odzyskiwania uszkodzonych ramek. Gdy tylko urządzenie docelowe otrzyma znacznik EOF jako „nieprawidłowy”, może rozpocząć się odzyskiwanie uszkodzonej ramki. W przypadku zapisywania i przekazywania uszkodzona ramka jest odrzucana na przełączniku, co wymusza przekroczenie limitu czasu SCSI i ponowną próbę odzyskania przez SCSI, co może skutkować opóźnieniami wynoszącymi dziesiątki sekund.

Użyj w bankomacie

Przełączanie przekrojowe było jedną z ważnych cech sieci IP korzystających z sieci ATM , ponieważ routery brzegowe sieci ATM były w stanie wykorzystywać przełączanie komórek przez rdzeń sieci z niskimi opóźnieniami we wszystkich punktach. W przypadku łączy o większej szybkości stało się to mniejszym problemem, ponieważ opóźnienie pakietów stało się znacznie mniejsze.

Użyj w InfiniBand

Przełączanie przekrojowe jest bardzo popularne w sieciach InfiniBand , ponieważ są one często wdrażane w środowiskach, w których opóźnienia są głównym problemem, takich jak klastry superkomputerów .

Użyj w SMTP

Ściśle pokrewną koncepcję oferuje agent transferu poczty Exim . Działając jako dostawca, dalsze połączenie może zostać nawiązane do miejsca docelowego, gdy połączenie źródłowe jest nadal otwarte. Pozwala to na powiadomienie źródłowego MTA o odrzuceniu danych w czasie (na przykład ze względu na skanowanie zawartości) przez docelowe MTA w ramach połączenia SMTP, zamiast tradycyjnego komunikatu zwrotnego wymaganego przez bardziej typową operację przechowywania i przekazywania .

Użyj w Bitcoinach

Zastosowano przełączanie przekrojowe, aby zmniejszyć opóźnienie przekaźnika blokowego w Bitcoin . Niskie opóźnienie ma kluczowe znaczenie dla górników Bitcoin, aby zmniejszyć tempo, w jakim ich bloki są osierocone.

Zobacz też

Linki zewnętrzne