スイッチチップの役割
イーサネット スイッチング 機器は、イーサネット スイッチング チップ、 CPU 、 PHY 、 PCB 、インターフェイス/ポート サブシステムなどで構成されており、その中でイーサネット スイッチング チップと CPU がコア コンポーネントです。
イーサネット スイッチング チップは、大量のデータのスイッチングと処理、およびメッセージの転送に使用される専用チップです。ネットワーク アプリケーション向けに最適化された特殊な集積回路です。イーサネット スイッチング チップ内のロジック パスウェイは、非常に高いデータ処理能力を維持しながら連携して動作する数百の機能セットで構成されているため、アーキテクチャの実装は複雑です。
CPU は、ログインとプロトコル相互作用制御を管理するために使用される汎用チップです。PHY は、電気インターフェースの物理層データを処理するために使用されます。一部のイーサネット スイッチ チップでは、CPU と PHY がイーサネット スイッチ チップ内に統合されています。
スイッチチップの動作原理
イーサネット スイッチング チップは、論理レベルで OSI モデル (Open Communications Systems Interconnection Reference Model) に準拠しています。
OSI モデルには、物理層、データリンク層、ネットワーク層、トランスポート層、セッション層、プレゼンテーション層、アプリケーション層が含まれます。イーサネット スイッチング チップは、主に物理層、データリンク層、ネットワーク層、トランスポート層で動作し、データリンク層に高性能ブリッジング テクノロジ (レイヤー 2 転送)、ネットワーク層に高性能ルーティング テクノロジ (レイヤー 3 ルーティング)、トランスポート層以下にセキュリティ ポリシー テクノロジ (ACL)、およびトラフィックのスケジューリングや管理などのデータ処理機能を提供します。
具体的な動作原理は次のとおりです。 1. 送信するメッセージ/データ パケットがポートを通じてイーサネット スイッチング チップに入ると、まずパケット ヘッダー フィールドがマッチングされ、フロー分類の準備が整います。2. 次に、セキュリティ エンジンを通じてハードウェア セキュリティ テストが実行されます。3. セキュリティ要件を満たすデータ パケットは、レイヤー 2 でスイッチングされるか、レイヤー 3 でルーティングされ、その後、フロー分類プロセッサを通じてマッチングしたデータ パケットに対して関連するアクション (破棄、速度制限、VLAN の変更など) が実行されます。4. 転送可能なパケットは、802.1P または DSCP に従って、異なるキューのバッファに配置されます。スケジューラは、優先順位または WRR などのアルゴリズムに従ってキューをスケジュールし、ポートがパケットを送信する前にフロー分類の変更を実行し、最終的に該当するポートからパケットを送信します。
スイッチチップの進化
スイッチ チップの進化を振り返ると、Broadcom の TH シリーズ チップは、1 年に Tomahawk2014 がリリースされて以来、XNUMX 年ごとに容量が XNUMX 倍になっています。
100G時代: 2014年2016月、Broadcomは最初のTomahawk製品を発売しました。100年にはデータセンターの100Gへのアップグレードが始まり、この時期に100G光トランシーバーとXNUMXGスイッチも大規模に導入されました。
400G時代: 最初の400Gチップ（Tomahawk3）は2017年2018月にサンプル出荷されました。400年には、Cisco、Arista、Junpierなどの主流スイッチメーカーが相次いで2019Gスイッチ製品をリリースしました。400年には、3Gシリーズ製品が発売されました。同年、H400CやRuijieなどの国内メーカーも2019Gスイッチ製品を発売しました。4年25.6月、スイッチング容量64Tbpsの世界初のスイッチチップTomahawk400が正式に発売されました。128*200G/256*100G/2022*400Gの展開をサポートできます。100年には、400G光トランシーバーが量産元年に入り、データセンターは正式にXNUMXGからXNUMXGへと反復されます。
800G時代: 2022年5月、Broadcomは最大51.2Tbpsの速度を誇るTomahawk 64ASICを発売しました。これは、800つのチップで128ポート400Gbps、256ポート200Gbps、または2023ポート5Gbpsのスイッチをサポートします。800年800月、Tomahawk XNUMXシリーズのイーサネットスイッチ/ルーターチップがバッチで出荷されました。業界はXNUMXGの反復サイクルに入り、XNUMXG光トランシーバーがリリースされています。
スイッチチップの分類
イーサネット スイッチング チップは、帯域幅とアプリケーションに応じて次のカテゴリに分類できます。
帯域幅別: イーサネット スイッチング チップは、1) 100M: 家庭用スイッチング機器で使用。2) ギガビット: 小規模企業スイッチング機器に適用。3) ギガビットおよび 10 ギガビット: 大規模企業スイッチング機器で使用。4) 25G、40G、100G: データ センターおよびオペレータで使用。5) 400G: データ センターおよびオペレータで使用。8) 800G
アプリケーションシナリオ別: イーサネット スイッチング チップは、ダウンストリーム アプリケーション シナリオに応じて、エンタープライズ ネットワーク、オペレータ、データ センター、および産業の 4 つのカテゴリに分類されます。上記のアプリケーション シナリオの具体的なアプリケーション領域は次のとおりです。
1) 企業ネットワーク向けイーサネット スイッチング機器: 金融、政府および企業、キャンパス タイプに分類できます。2) インターネット サービス プロバイダー (ISP) 向けイーサネット スイッチング機器: メトロポリタン エリア ネットワーク、オペレータ構築、オペレータ内部管理ネットワークに分類できます。3) データ センター向けイーサネット スイッチング機器: パブリック クラウド、プライベート クラウド、自社構築データ センターに分類できます。4) 産業用イーサネット スイッチング機器: 電力、鉄道輸送、市営交通、エネルギー、工場自動化に分類できます。
スイッチチップの重要なパラメータ
スイッチング容量とポート速度は、スイッチの重要なパラメータ指標です。
スイッチング容量は、スイッチ インターフェース プロセッサまたはインターフェース カードとデータ バス間で処理できるデータの最大量であり、スイッチ チップのデータ交換能力を示します。スイッチング容量は、バックプレーン帯域幅とも呼ばれます。 現在、Broadcom、Marvell、Cisco が発売した最高のスイッチング容量製品は 51.2Tbps に達しています。ポート速度とは、スイッチング チップ/スイッチの各ポートで 10 秒あたりに送信される最大ビット数です。イーサネット スイッチの場合、現在の一般的な速度は 400M から XNUMXG の間です。
また、パケット転送速度、VLAN（仮想ローカルエリアネットワーク）のサポートの有無、モジュール冗長性の有無、ルーティング冗長性の有無なども、スイッチ機器の性能を測る重要な指標となります。
光ポートと電気ポート
電気ポート: 通常の RJ45 インターフェイス。通常はネットワーク ケーブルを接続するために使用されます。
光ポート: 光トランシーバーを接続するために使用されます。インターフェースのパッケージ形式に応じて、SFP +、SFP28、およびQSFP +に分けられます。SFP +：GE / 10GEレートSFP28、GE / 10GE / 25GEレートQSFP +、および40GE / 100GEレートをサポートします。SFP +とSFP28は構造上の外観が同じで、互いに互換性がありますが、SFP28は最大25Gのより高いレートをサポートするのに対し、SFP +は最大10Gのみをサポートします。QSFP +は外観がSFP +と大きく異なり、40つには互換性がありません。QSFP +はXNUMXGを超えるレートで使用されます。