이더넷 스위치란 무엇입니까?

이더넷 스위치는 근거리 통신망(LAN)에서 여러 컴퓨터와 기타 네트워크 장치를 연결하는 데 사용되는 네트워크 장치입니다. 이는 한 장치에서 다른 장치로 데이터 패킷을 전송하는 교통 허브 역할을 합니다.

이더넷 스위치는 물리적 포트를 통해 컴퓨터, 서버, 프린터 및 기타 장치를 연결하고 데이터 패킷의 대상 MAC 주소(미디어 액세스 제어)를 기반으로 소스 장치에서 대상 장치로 데이터 패킷을 전달합니다. 이 포워딩 프로세스는 스위치 내부의 포워딩 테이블을 기반으로 합니다.

패킷이 스위치에 도착하면 스위치는 패킷의 대상 MAC 주소를 확인하고 해당 주소를 내부 전달 테이블과 일치시킵니다. 대상 MAC 주소가 전달 테이블에 존재하는 경우 스위치는 대상 장치에 연결된 포트로 데이터 패킷을 직접 전달합니다. 목적지 MAC 주소가 포워딩 테이블에 없으면 스위치는 목적지 장치를 찾기 위해 다른 모든 포트에 패킷을 브로드캐스트합니다.

간단히 말해서, 이더넷 스위치는 LAN에서 빠르고 안정적인 데이터 전송을 달성하고 유연한 네트워크 관리 및 보안 기능을 제공하는 데 사용되는 중요한 네트워크 장치입니다. 이는 현대 네트워크에서 없어서는 안 될 인프라 중 하나입니다.

스위치의 정의 및 분류

하드웨어 구조 측면에서 스위치는 섀시, 전원 공급 장치, 팬, 백플레인, 관리 엔진, 시스템 컨트롤러, 스위칭 모듈 및 라인 카드로 구성됩니다. 섀시는 내부 전자 부품을 보호하는 데 사용되는 스위치의 껍질입니다. 일부 스위치는 자기장이 스위치를 방해하는 것을 방지하기 위해 금속 케이스를 사용합니다. 팬은 스위치의 열을 방출하여 스위치의 내부 온도가 정상 범위 내에 있도록 하고 스위치의 장기적으로 안정적인 작동을 보장하는 데 사용됩니다. 전원 공급 장치에는 외부 전원 공급 장치와 내장 전원 공급 장치가 포함됩니다. 외부 전원 공급 장치는 유연한 전원 구성을 제공할 수 있습니다. 섀시 스위치의 백플레인은 관리 엔진, 스위칭 모듈, 라인 카드 및 기타 부품을 연결하는 데 사용되는 PCB 보드입니다.

• 관리 엔진: 관리 엔진에는 직렬 인터페이스인 구성 포트가 있으며 스위치 관리 및 구성을 위해 직렬 케이블을 통해 컴퓨터에 연결할 수 있습니다.

• 시스템 컨트롤러: 전원 공급 장치 및 팬 제어를 담당합니다.

• 라인 카드: 이더넷 인터페이스를 구성하고 데이터 전송을 위해 이더넷 인터페이스를 통해 컴퓨터 또는 기타 하드웨어 장치에 연결하는 데 사용할 수 있습니다.

• 스위칭 모듈: 데이터 전달 및 다양한 인터페이스 간의 전환을 담당합니다. 스위칭 장치는 고성능 ASIC 칩을 사용합니다.

박스형 및 섀시 스위치의 모습

스위치 아키텍처

업계의 세 가지 주요 아키텍처: 풀 메시 아키텍처; 크로스바 아키텍처; CLOS 아키텍처. 현재 주류 하이엔드 코어 스위치의 대부분은 CLOS 아키텍처를 채택하고 있습니다.

CLOS 아키텍처를 기반으로 한 스위칭 네트워크 보드 설계:

• 비직교 구조/병렬 구조: 라인 카드와 스위칭 모듈은 병렬이며, 둘은 백플레인의 배선을 통해 연결됩니다. Huawei의 스위치는 비직교 디자인을 사용합니다. 단점: PCB 백플레인 작성으로 인해 신호 간섭이 발생하고 백플레인 설계로 인해 광대역 업그레이드 및 열 방출이 제한됩니다.

• 직교 구조: 라인 카드와 스위칭 모듈은 수직이며 백플레인을 통해 직접 연결됩니다. 이 설계는 백플레인 배선으로 인한 신호 감쇠를 줄이지만 대역폭 업그레이드를 제한합니다. Cisco에서는 직교 구조를 사용합니다.

• 백플레인이 없는 아키텍처: 라인 카드와 스위칭 모듈이 수직으로 연결되어 광대역 업그레이드 시 백플레인 제한을 완화하고 열 방출을 촉진합니다.

스위칭 모듈의 작동 메커니즘: 라인 카드 A에서 라인 카드 B까지의 데이터 전송 경로는 라인 카드 A → 백플레인 → 스위칭 모듈 → 스위칭 칩입니다.

스위칭 모듈 아키텍처 설계

스위치 성능 지표:

가정: 포트 수 = 레인 수; 백플레인 대역폭 = 단위 시간당 도로를 통과하는 자동차 수; 교환능력 = 교차로 지휘관이 단위시간 동안 교차로를 방해받지 않고 안전하게 통과할 수 있도록 지시할 수 있는 차량의 수.

단위 시간당 최대 1,000대의 차량이 도로를 주행할 수 있고, 교차로 지휘관의 지휘 능력이 충분히 강하다면, 교차로가 있는 도로에서는 최대 1,000대의 차량이 주행할 수 있으며, 이는 스위치가 선로 속도에 도달하는 것과 동일합니다. 지시자.

그러나 교차로 지휘관의 지휘 능력이 부족하여 단위 시간당 500대의 차량만 원활하게 통과하도록 지시할 수 있다면 교차로가 있는 도로에서 최대 500대의 차량이 원활하게 주행할 수 있으며 이는 선 속도 표시에 도달하지 않음을 의미합니다. 즉, 비차단 데이터 교환을 달성하려면 데이터 전송 속도가 전이중 포트의 요구 사항을 충족해야 합니다. 즉, 백플레인 대역폭 ≥포트 수 ×포트 속도 ×2; 동시에 스위칭 용량 ≥포트 번호 X 포트 속도.

현재 스위칭 매트릭스를 사용하는 스위치는 일반적으로 회선 속도 표시기를 얻을 수 있습니다. 예를 들어 Cisco는 스위칭 매트릭스 모듈을 사용합니다. 일반적으로 백플레인 대역폭은 그다지 중요하지 않지만, 스위칭 용량과 패킷 전달 속도는 스위치 성능을 반영하는 주요 지표입니다.

포트 요금

스위치 애플리케이션 시나리오:

스위치의 적용 시나리오에 따라 상업용 스위치와 산업용 스위치로 분류됩니다. 상업용 스위치는 애플리케이션 시나리오에 따라 엔터프라이즈 네트워크 스위치(SMB 스위치), 캠퍼스 스위치 및 데이터 센터 스위치로 분류됩니다.

캠퍼스 네트워크의 네트워크 계층은 업계의 성숙한 XNUMX계층 아키텍처를 채택합니다.

액세스 스위치: 액세스 레이어 스위치는 일반적으로 캠퍼스 네트워크 사용자(PC 또는 서버)에 액세스하기 위해 복도의 네트워크 캐비닛에 배포됩니다. 레이어 2 스위치 기능을 제공하고 레이어 3 액세스 기능도 지원합니다(액세스 스위치는 레이어 3 스위치입니다). 액세스 레이어 스위치는 캠퍼스 네트워크 사용자와 직접 연결되므로 사용자 액세스 정보 지점의 수와 유형(GE/FE)에 따라 액세스 스위치의 GE/FE 인터페이스 밀도에 대한 요구 사항이 더 높습니다. 또한 액세스 스위치는 수가 많고 비용, 전력 소비, 관리 및 유지 보수에 대한 요구 사항이 높은 복도 네트워크 캐비닛에 배포됩니다.

집계 스위치: 캠퍼스 집합 레이어 스위치는 일반적으로 캠퍼스 액세스 스위치의 트래픽을 집계하기 위해 건물의 독립적인 네트워크 집합 캐비닛에 배포됩니다. 일반적으로 레이어 3 스위치 기능을 제공합니다. 집합 레이어 스위치는 캠퍼스 네트워크의 게이트웨이로서 캠퍼스 네트워크 사용자의 레이어 2 트래픽을 종료하고 레이어 3 포워딩을 수행합니다. 필요에 따라 부가 가치 서비스 보드(예: 방화벽, 로드 밸런서, WLAN AC 컨트롤러)를 통합 스위치에 통합하거나 독립적 부가 가치 서비스 장치를 연결하여 캠퍼스 네트워크 사용자에게 부가 가치 서비스를 제공할 수 있습니다.

코어 스위치: 캠퍼스의 코어 레이어 스위치는 캠퍼스의 코어 컴퓨터실에 배포됩니다. 건물과 지역 간의 사용자 트래픽을 집계하고 레이어 3 스위치 기능을 제공합니다. 캠퍼스 외부 네트워크를 내부 사용자와 연결하는 “수직 트래픽”과 서로 다른 집합 영역에 있는 사용자 간의 “수평 트래픽”에는 고밀도가 필요합니다. 10GE 그리고 높은 전달 성능.

데이터 센터 스위치의 네트워크 토폴로지:

전통적인 XNUMX계층 네트워크 아키텍처: 데이터 센터와 외부 사업자를 상호 연결하는 코어 스위칭 계층, 액세스 계층, 그리고 데이터 집합을 달성하기 위해 둘을 연결하는 집합 계층을 포함합니다. 오늘날의 데이터센터 네트워크는 크게 XNUMX계층 토폴로지로 나누어진다.

• 액세스 스위치는 서버에 물리적으로 연결됩니다.

• Aggregation 스위치는 동일한 Layer 2 네트워크(VLAN) 아래의 액세스 스위치를 연결하고 방화벽, SSL 등 기타 서비스를 제공합니다. off로드, 침입 감지, 네트워크 분석 등이 있습니다. 레이어 2 스위치일 수도 있고 레이어 3 스위치일 수도 있습니다.

• 코어 스위치는 데이터 센터 안팎으로 패킷을 고속으로 전달하여 여러 레이어 2 LAN(VLAN)에 대한 연결을 제공합니다. 일반적으로 전체 네트워크에 탄력적인 레이어 3 네트워크를 제공합니다.

데이터센터의 전통적인 XNUMX계층 구조

데이터 센터 스위치 - 리프-스파인 아키텍처

리프-스파인 아키텍처: 분산 코어 네트워크라고도 합니다. 이 네트워크 아키텍처는 스위치 내부의 Switch Fabric에서 파생되므로 CLOS 네트워크 모델에 속하는 Fabric 네트워크 아키텍처라고도 합니다. Spine-Leaf 네트워크 아키텍처는 고대역폭, 저지연 비차단 서버 간 연결을 제공하는 것으로 입증되었습니다.

데이터 센터 네트워크 토폴로지는 두 개의 스위칭 레이어로 구성됩니다., 척추와 잎.

리프 계층은 서버의 트래픽을 집계하고 스파인 또는 네트워크 코어에 직접 연결하는 액세스 스위치로 구성됩니다.

스파인 스위치는 풀 메시 토폴로지에서 모든 리프 스위치를 상호 연결합니다. 위 그림에서 녹색 노드는 스위치를 나타내고 회색 노드는 서버를 나타냅니다. 녹색 노드 중 위쪽이 Spine 노드이고 아래쪽이 Leaf 노드입니다.

Spine-Leaf 아키텍처는 최신 애플리케이션의 요구 사항에 적합합니다.

• 플랫 디자인: 플랫 디자인은 서버 간의 통신 경로를 단축하여 대기 시간을 줄이고 애플리케이션 및 서비스 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.

• 확장 용이성: Spine 스위치의 대역폭이 부족한 경우 Spine 노드 수를 늘리거나 경로에 로드 밸런싱을 제공하기만 하면 됩니다. 액세스 연결이 충분하지 않은 경우 리프 노드 수를 늘리면 됩니다.

• 낮은 수렴 비율: 1:X 또는 비차단 1:1의 수렴 비율을 쉽게 달성할 수 있으며, Spine과 Leaf 장치 간의 링크 대역폭을 늘려 링크 수렴 비율을 줄일 수도 있습니다. 단순화된 관리: 리프-스파인 구조는 루프 없는 환경에서 로드 밸런싱을 위해 전체 메시의 모든 링크를 사용할 수 있습니다. 이 동일 비용 다중 경로 설계는 SDN과 같은 중앙 집중식 네트워크 관리 플랫폼을 사용할 때 가장 좋습니다.

• 엣지 트래픽 처리: IoT(사물 인터넷)와 같은 서비스가 증가하면서 액세스 레이어에 대한 부담이 급격히 증가했습니다. 네트워크 가장자리에는 수천 개의 센서와 장치가 연결되어 대량의 트래픽을 생성할 수 있습니다. Leaf는 액세스 계층에서 연결을 처리할 수 있으며 Spine은 노드 내 두 포트 사이의 대기 시간이 매우 짧은 비차단 성능을 보장하여 클라우드 플랫폼에 대한 액세스에서 민첩한 서비스를 지원합니다.

• 멀티 클라우드 관리: 데이터 센터 또는 클라우드는 Leaf Spine 아키텍처를 통해 고성능, 높은 내결함성 및 기타 이점을 달성할 수 있으며, 멀티 클라우드 관리 전략은 점차 기업의 필수 요소가 되었습니다.

데이터 센터 리프-스파인 구조