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Vergleich zwischen Store-and-Forward-Switching und Cut-Through-Switching

Margaret

Übersetzer*in Felix
27. August 2021

Bekanntlich sind Layer-2-Switches in der Regel für den Datentransport auf der Datenübertragungsschicht (OSI Layer 2) zuständig und führen bei jedem gesendeten und empfangenen Frame eine Fehlerprüfung durch. Unter Verwendung der MAC-Adresse werden die Rahmen oder Pakete von den Layer-2-Switches weitergeleitet. Bei diesem Prozess gibt es drei gängige Ethernet-Switching-Modi: Cut-through, Fragment Free und Store-and-Forward-Switching. In diesem Artikel wird der Vergleich zwischen Store-and-Forward-Switching und Cut-through-Switching untersucht.

Store-and-Forward-Switching und Cut-Through-Switching: Überblick

Ein vollständiger Frame besteht aus mehreren Teilen: einer Preamble, der Ziel-MAC-Adresse, der Quell-MAC-Adresse, den Benutzerdaten und der FCS. In verschiedenen Vermittlungsmodi werden verschiedene Teile vor der Weiterleitung erkannt.

structure of a complete data frame

Store-and-Forward-Switching

Wie der Name schon sagt, wird beim Store-and-Forward-Switching gewartet, bis der gesamte Frame angekommen ist, bevor er weitergeleitet wird. Dann speichert der LAN-Switch jeden vollständigen Frame in Switch-Speicherpuffern und prüft auf Fehler, bevor er eine Weiterleitungsentscheidung trifft. CRC (Cyclic Redundancy Check, zyklische Redundanzprüfung), bei der eine mathematische Formel auf der Grundlage der Anzahl der Bits (1s) im Rahmen verwendet wird, um den empfangenen Rahmen zu prüfen. Wenn keine Fehler vorhanden sind, wird der Rahmen an die Zieladresse weitergeleitet. Andernfalls wird der beschädigte Rahmen verworfen. Dieser Prozess gewährleistet ein hohes Maß an fehlerfreiem Netzwerkverkehr, da das Zielnetzwerk nicht durch die beschädigten Rahmen beeinträchtigt wird.

store-and-forward switching

Cut-Through Switching

Im Vergleich zum Store-and-Forward-Switching ist das Cut-Through-Switching einfacher. Wenn der Switch den Frame empfängt, sucht er nach den ersten 6 Bytes des Frames, die auf die Preamble folgen. Dann überprüft der LAN-Switch die Ziel-MAC-Adresse in seiner Switching-Tabelle, bestimmt den ausgehenden Schnittstellenport und leitet den Frame an sein Ziel weiter. Keine CRC-Fehlerprüfung im Cut-Through-Switching-Prozess. Daher werden Frames mit und ohne Fehler an die empfangenden Switches weitergeleitet. Und das empfangende Gerät muss eine Fehlerprüfung durchführen, um eine fehlerfreie Übertragung zu gewährleisten. Um diese Situation zu verbessern, wird die fragmentfreie Vermittlung angewandt, um die Nachteile der Cut-Through-Vermittlung auszugleichen. Dabei werden Rahmen mit einer Länge von weniger als 64 Byte verworfen und späte Kollisionen bei der Datenübertragung reduziert.

cut-through switching

Store-and-Forward-Switching vs. Cut-Through-Switching

Unabhängig davon, ob Store-and-Forward-Switching oder Cut-Through-Switching von Layer-2-Switches verwendet wird, basiert die Entscheidung über die Weiterleitung auf der Ziel-MAC-Adresse in Datenpaketen oder Frames. Was ist dann der Unterschied zwischen Store-and-Forward-Switching und Cut-Through-Switching? Hier ist ein einfacher Vergleich.

Store-and-Forward-Switching Cut-Through-Switching
Unterstützung der Fehlerprüfung. Durch die CRC-Prüfung werden Ethernet Frames verworfen, wenn sie kleiner als 64 Bytes (Runt) oder größer als 1518 Bytes (Giant) sind.
Fehlerfreie Weiterleitung. Schlechte Frames werden vor der Weiterleitung verworfen.
Unterstützt automatische Pufferung. Die gesamten Frames werden gespeichert.
Die Wartezeit (Switch-Latenz) ist ein wenig lang. Es dauert eine Weile, bis der gesamte Frame im Switch gespeichert ist.
Hoher Grad an fehlerfreier Datenübertragung.
Ungültige Frames sind vorhanden. Ethernet Frames mit oder ohne Fehler werden an den Zielport weitergeleitet, wenn die ersten 6 Bytes erkannt werden.
Fehlerhafte Frames werden ebenfalls weitergeleitet, was zu einer hohen Anzahl von Error Frames führt.
Die Wartezeit (Switch-Latenzzeit) ist sehr gering, da der Switch nicht die gesamten Frames speichert. Weil der Switch nicht die gesamten Frames oder Pakete speichert.

Aus dem Vergleich lässt sich schließen, dass der Hauptvorteil des Store-and-Forward-Switching in der hohen Qualität der Verkehrsübertragung liegt. Der Vorteil der Cut-Through-Vermittlung ist die niedrige Latenzzeit. In den meisten Unternehmensnetzen ist der Unterschied in der Switch-Latenz zwischen Store-and-Forward-Switching und Cut-Through-Switching vernachlässigbar, denn er wird im Bereich von einigen zehn Millisekunden gemessen. Bei einigen Anwendungen ist die Netzwerklatenz jedoch ein entscheidender Faktor, der bei Finanzdienstleistungsanwendungen wie dem Hochfrequenzhandel oft wichtiger ist als der Gesamtdurchsatz des Netzwerks. Aus diesem Grund bieten Cisco Switches die Möglichkeit des Cut-Through-Ethernet-Switching. Daher sollte beim Kauf eines Ethernet-Switches neben der Leistung, der Portdichte und den Kosten auch der Ethernet-Switching-Modus in Betracht gezogen werden.

Wie wird der Ethernet-Switching-Modus konfiguriert?

Viele Layer-2-Switches auf dem heutigen Markt verwenden standardmäßig den Store-and-Forward-Switching-Modus, um eine hohe Qualität der Datenübertragung zu gewährleisten. Store-and-Forward-Switching und Forward-Switching sind jedoch nicht für alle Anwendungen geeignet, insbesondere nicht für Umgebungen mit geringer Latenz wie HPC (High Performance Computing). Die Benutzer können alle Schnittstellen stattdessen für den Cut-Through-Modus konfigurieren. Nehmen Sie zum Beispiel den FS.COM S5800-48F4S 1GbE-Access-SFP-Switch. Store-and-Forward-Switching ist für den 1GbE-Switch standardmäßig aktiviert. Um den Cut-Through-Switching-Modus zu aktivieren, gehen Sie wie folgt vor.

Befehl oder Aktion Zweck
Schritt 1 S5800-48F4S# Terminal konfigurieren Ruft den globalen Konfigurationsmodus auf.
Schritt 2 S5800-48F4S(config)# cut_through_forwarding enable (10G-40G-100G | 1G-10G-100G | 1G-10G-40G) Aktiviert den Cut-Through-Switching-Modus; standardmäßig ist der 10G-40G-100G-Modus aktiviert. Die Modi 1G-10G-100G und 1G-10G-40G können ebenfalls eingestellt werden.
Schritt 3 S5800-48F4S# schreiben Die Änderungen werden dauerhaft gespeichert.

Wenn Benutzer den Store-and-Forward-Switching-Modus wieder aktivieren möchten, ist dies auch für den FS.COM S5800-48F4S 1GbE-Switch möglich. Ändern Sie einfach den Befehl „cut_through_forwarding enable (10G-40G-100G|1G-10G-100G|1G-10G-40G)“ in „no cut_through_forwarding enable (10G-40G-100G|1G-10G-100G|1G-10G-40G)“, und der Modus wird wieder aktiviert.

Zusammenfassung

Der Vergleich zwischen Store-and-Forward-Switching und Cut-Through-Switching sowie das Konfigurationsbeispiel werden in diesem Artikel erläutert. Diese beiden Modi sind zwei wichtige Vermittlungsmodi in Layer-2-Switches. Jeder hat seine eigenen Vor- und Nachteile bei der Übertragung von Datenverkehr. Bei einer Vielzahl von Anwendungen in Rechenzentren erfolgt die Auswahl des Ethernet-Switch-Typs auf der Grundlage verschiedener Faktoren wie Leistung und Funktion und nicht nur aufgrund der geringen Latenz.

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