Le rôle des puces de commutation
L'équipement de commutation Ethernet se compose de puces de commutation Ethernet, de CPU, de PHY, de PCB, de sous-systèmes d'interface/port, etc., parmi lesquels les puces de commutation Ethernet et le CPU sont les composants principaux.
Les puces de commutation Ethernet sont des puces dédiées utilisées pour la commutation et le traitement de grandes quantités de données et le transfert de messages. Ce sont des circuits intégrés spéciaux optimisés pour les applications réseau. Les voies logiques à l'intérieur des puces de commutation Ethernet sont composées de centaines d'ensembles de fonctionnalités qui fonctionnent ensemble tout en conservant des capacités de traitement de données extrêmement élevées. Leur mise en œuvre architecturale est donc complexe.
Le CPU est une puce à usage général utilisée pour gérer le contrôle de la connexion et des interactions de protocole ; PHY est utilisé pour traiter les données de la couche physique de l'interface électrique. Certaines puces de commutateur Ethernet intègrent le CPU et le PHY à l'intérieur de la puce de commutateur Ethernet.
Principe de fonctionnement des puces de commutation
Les puces de commutation Ethernet sont conformes au modèle OSI (Open Communications Systems Interconnection Reference Model) au niveau logique.
Le modèle OSI comprend la couche physique, la couche liaison de données, la couche réseau, la couche transport, la couche session, la couche présentation et la couche application. Les puces de commutation Ethernet fonctionnent principalement au niveau de la couche physique, de la couche liaison de données, de la couche réseau et de la couche transport, fournissant une technologie de pontage haute performance (transfert de couche 2) pour la couche liaison de données, une technologie de routage haute performance (routage couche 3) pour le réseau. couche, technologie de politique de sécurité (ACL) pour la couche de transport et au-dessous, ainsi que des capacités de traitement de données telles que la planification et la gestion du trafic.
Le principe de fonctionnement spécifique est le suivant : 1. Une fois que le message/paquet de données à transmettre entre dans la puce de commutation Ethernet via le port, le champ d'en-tête du paquet est d'abord mis en correspondance pour préparer la classification du flux ; 2. Ensuite, le test de sécurité matérielle est effectué via le moteur de sécurité ; 3. Les paquets de données qui répondent aux exigences de sécurité sont commutés au niveau de la couche 2 ou acheminés au niveau de la couche 3, puis ils prennent les actions appropriées via le processeur de classification de flux sur les paquets de données correspondants (telles que l'élimination, la limitation de la vitesse, la modification du VLAN, etc. ); 4. Pour les paquets pouvant être transférés, ils sont placés dans les tampons de différentes files d'attente selon 802.1P ou DSCP. Le planificateur planifie les files d'attente en fonction de la priorité ou d'algorithmes tels que WRR, et effectue une modification de la classification des flux avant que le port n'envoie le paquet, et finalement l'envoie depuis le port correspondant.
L'évolution des puces de commutation
En regardant l'évolution des puces de commutation, la capacité des puces de la série TH de Broadcom a doublé tous les deux ans depuis la sortie de Tomahawk1 en 2014 :
Ère 100G : En septembre 2014, Broadcom a lancé le premier produit Tomahawk. En 2016, les centres de données ont commencé à passer au 100G, et des émetteurs-récepteurs optiques 100G et des commutateurs 100G ont également été déployés à grande échelle à cette époque.
Ère 400G:La première puce 400G (Tomahawk3) a été échantillonnée en décembre 2017. En 2018, les principaux fabricants de commutateurs tels que Cisco, Arista et Junpier ont successivement lancé des produits de commutation 400G. En 2019, les produits de la série 400G ont été lancés. La même année, des fabricants nationaux tels que H3C et Ruijie ont également lancé des produits de commutation 400G. En décembre 2019, la première puce de commutation au monde, Tomahawk4, avec une capacité de commutation de 25.6 Tbit/s, a été officiellement lancée. Elle peut prendre en charge le déploiement 64*400G/128*200G/256*100G. En 2022, l'émetteur-récepteur optique 400G entre dans la première année de production de masse et les centres de données passent officiellement de 100G à 400G.
Ère 800G : En En août 2022, Broadcom a lancé le Tomahawk 5ASIC avec une vitesse allant jusqu'à 51.2 Tbit/s, qui prendra en charge les commutateurs 64 ports 800 Gbit/s, 128 ports 400 Gbit/s ou 256 ports 200 Gbit/s avec une seule puce. En mars 2023, les puces de commutateur/routeur Ethernet Tomahawk série 5 ont été expédiées par lots. L'industrie est entrée dans le cycle d'itération 800G et des émetteurs-récepteurs optiques 800G sont en cours de lancement.
Classification des puces de commutation
Les puces de commutation Ethernet peuvent être divisées dans les catégories suivantes en fonction de la bande passante et de l'application :
Par bande passante : Les puces de commutation Ethernet peuvent être divisées en : 1) 100 M : utilisées dans les équipements de commutation domestiques ; 2) Gigabit : Applicable aux équipements de commutation des petites entreprises ; 3) Gigabit et 10 Gigabit : utilisés dans les équipements de commutation d'entreprise à grande échelle ; 4) 25G, 40G, 100G : utilisés dans les centres de données et les opérateurs ; 5) 400G : utilisé dans les centres de données et les opérateurs. 8) 800G
Par scénario d'application : Les puces de commutation Ethernet sont divisées en quatre catégories selon les scénarios d'application en aval : réseau d'entreprise, opérateur, centre de données et industrie. Les domaines d'application spécifiques des scénarios d'application ci-dessus sont les suivants :
1) Équipement de commutation Ethernet pour les réseaux d'entreprise : peut être divisé en types financiers, gouvernementaux et d'entreprise et campus ; 2) Équipement de commutation Ethernet pour les fournisseurs de services Internet (FAI) : il peut être divisé en réseau métropolitain, réseau construit par l'opérateur et réseau de gestion interne à l'opérateur ; 3) Équipement de commutation Ethernet pour centres de données : peut être divisé en cloud public, cloud privé et centres de données auto-construits ; 4) Équipement de commutation Ethernet industriel : peut être divisé en électricité, transport ferroviaire, transport municipal, énergie et automatisation d'usine.
Paramètres importants de la puce de commutation
La capacité de commutation et la vitesse du port sont des indicateurs de paramètres importants des commutateurs.
La capacité de commutation est la quantité maximale de données pouvant être traitées entre le processeur d'interface du commutateur ou la carte d'interface et le bus de données, indiquant la capacité d'échange de données de la puce du commutateur. La capacité de commutation est également appelée bande passante du fond de panier. Actuellement, les produits à capacité de commutation la plus élevée lancés par Broadcom, Marvell et Cisco ont atteint 51.2 Tbps. La vitesse du port est le nombre maximum de bits transmis par seconde sur chaque port de la puce/commutateur de commutation. Pour les commutateurs Ethernet, les débits courants actuels se situent entre 10M et 400G.
De plus, le taux de transfert de paquets, la prise en charge du VLAN (Virtual Local Area Network), la redondance des modules, la redondance du routage, etc. sont également des indicateurs importants pour mesurer les performances des équipements de commutation.
Ports optiques et électriques
Port électrique : interface RJ45 ordinaire, généralement utilisée pour connecter le câble réseau.
Port optique : utilisé pour connecter un émetteur-récepteur optique. Selon la forme de packaging de l'interface, elle peut être divisée en SFP+, SFP28 et QSFP+. SFP+ : prend en charge les tarifs GE/10GE SFP28, les tarifs GE/10GE/25GE QSFP+ et les tarifs 40GE/100GE. SFP+ et SFP28 ont la même apparence structurelle et sont compatibles entre eux, mais SFP28 prend en charge un débit plus élevé, jusqu'à 25G, tandis que SFP+ ne prend en charge que jusqu'à 10G. QSFP+ est très différent de SFP+ en apparence, et les deux ne sont pas compatibles. QSFP+ est utilisé à des débits supérieurs à 40G.