book2

2.1 Frame Forwarding

2.1.1 Switching in Networking

Идея switching очень простая: switch получает Ethernet frame, смотрит на нужную информацию и решает, куда его переслать. В LAN switching решение принимается на основе:

• ingress port;
• destination MAC address. MAC address — физический адрес сетевого интерфейса на канальном уровне. networkterm
  destination MAC address — MAC address устройства, которому предназначен frame. networkterm Очень важное правило:
• Ethernet frame никогда не отправляется обратно в тот же port, через который он пришёл.

Как понять тему

Switch не “думает как router”.
Он не анализирует IP-маршруты, а смотрит на MAC address table.

2.1.2 The Switch MAC Address Table

Чтобы switch знал, куда отправлять frame, он хранит специальную таблицу. MAC address table — таблица соответствия MAC address -> switch port. networkterm
CAM table — другое название MAC address table. networkterm
CAM (Content Addressable Memory) — специальная память для очень быстрого поиска записей. abbreviation Что хранится в таблице:

• MAC address устройства;
• port, на котором устройство было замечено;
• таймер жизни записи. Дополнительно полезная команда:

S1# show mac address-table

show mac address-table ciscoIOScommand Показывает, какие MAC addresses switch уже изучил и к каким портам они привязаны.

Что реально надо понять

Switch не знает всё заранее.
Он учит MAC addresses по мере прохождения traffic.

2.1.3 The Switch Learn and Forward Method

Каждый Ethernet frame, который входит в switch, проходит две логические стадии:

1. Learn
2. Forward

Step 1. Learn

Switch смотрит на:

• source MAC address;
• incoming port. source MAC address — MAC address отправителя frame. networkterm Если source MAC ещё нет в таблице:
• switch добавляет новую запись. Если source MAC уже есть:
• switch обновляет timer;
• при необходимости меняет port в записи.

Step 2. Forward

Теперь switch смотрит на destination MAC address. Варианты:

• если MAC найден в таблице → frame идёт в конкретный egress port;
• если MAC не найден → switch flood’ит frame на все порты, кроме ingress port;
• если frame broadcast или multicast → тоже идёт flooding. unknown unicast — unicast frame, у которого destination MAC ещё не найден в MAC table. networkterm
  flooding — отправка frame на все порты, кроме входящего. networkterm
  broadcast — передача всем устройствам сегмента. networkterm
  multicast — передача группе устройств. networkterm

Частый exam момент

Unknown unicast не дропается сразу.
Switch обычно делает flooding.

2.1.4 MAC Address Tables on Connected Switches

Когда два switches соединены между собой, оба строят свои MAC tables постепенно. Это важно понять:
каждый switch учится со своей стороны, на основе source MAC addresses кадров, которые он видит. Если network новая и таблицы ещё пустые, сначала может быть больше flooding, а потом forwarding становится точнее.

2.1.5 Switching Forwarding Methods

Switch может пересылать frames разными методами. Два главных метода:

• store-and-forward switching
• cut-through switching ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) — специализированная микросхема, ускоряющая switching decisions. abbreviation ASIC нужен для того, чтобы switch мог очень быстро обрабатывать большой поток frames.

Method	Главная идея
Store-and-forward	Сначала принять весь frame, потом проверить и переслать
Cut-through	Начать пересылку как можно раньше, не дожидаясь всего frame

2.1.6 Store-and-Forward Switching

store-and-forward switching — метод, при котором switch сначала получает frame целиком, а потом решает, пересылать его или нет. networkterm Главные особенности:

• выполняется FCS/CRC check;
• есть buffering;
• ошибки можно отфильтровать до отправки дальше. FCS (Frame Check Sequence) — поле Ethernet frame для проверки ошибок. abbreviation
  CRC (Cyclic Redundancy Check) — математическая проверка целостности frame. abbreviation
  buffering — временное хранение frame в памяти перед пересылкой. networkterm Почему это полезно:
• switch не пересылает повреждённые frames;
• удобнее работать, когда ingress и egress ports имеют разную speed.

Как запомнить

Store-and-forward = safer, checks errors

2.1.7 Cut-Through Switching

cut-through switching — метод, при котором switch начинает forwarding очень рано, как только понял destination MAC и egress port. networkterm Плюсы:

• меньше latency;
• быстрее forwarding. Минусы:
• switch может переслать frame с ошибкой;
• полноценной проверки FCS до forwarding нет. latency — задержка передачи данных. networkterm Есть ещё вариант:
• fragment-free switching fragment-free switching — модификация cut-through, где switch ждёт немного дольше, чтобы снизить риск пересылки повреждённых fragments. networkterm

Method	Плюс	Минус
Store-and-forward	Проверяет ошибки	Чуть выше latency
Cut-through	Очень быстро	Может переслать bad frame

Если понял тему

Ты уже понимаешь:

• как switch учит MAC addresses;
• что такое unknown unicast;
• почему бывает flooding;
• чем store-and-forward отличается от cut-through.