比較”儲存轉發(Store-and-Forward)”和”直通交換(Cut-Through)”

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Layer2交換器通常負責在資料連結層(OSI第2層)上傳輸數據，並對每個發送和接收的資訊框架(Frame，簡稱”訊框”)執行錯誤檢查。

利用MAC位址 (MAC Address)，訊框(Frame)或封包(Packet)被二層交換器轉發。

此過程中，有三種常見的乙太網路交換模式：直通交換(cut-through)、無碎片交換(fragment free)和存儲轉發交換(store-and-forward)。

 

本文旨在比較Store-and-Forward和Cut-Through模式。

概述

一個完整的Frame包含許多組成：前導碼(Preamble)、目的MAC位址(Destination MAC address)、來源MAC位址(Source MAC address)、數據(Data)和框架檢查序列(FCS)…等。

▲在不同的交換模式下，資料轉發有不同的辨識方式。

• Store-and-Forward模式

交換器會先把Frame完全接收下來，然後才進行轉發。LAN交換器會把每個完整的Frame儲存到switch的記憶體緩衝區中，並且在轉發之前檢查錯誤。

迴圈冗餘校驗(Cyclic redundancy check，簡稱”CRC”)，是一種資傳輸檢錯功能，透過數學公式來校驗接收到的Frame。

通過CRC檢查後，Frame才會被轉發到目的端MAC位址；如果檢查失敗，損壞的Frame就會被丟棄。此過程能夠確保高品質的資料傳輸，因為接收端不會受到損壞Frame的影響。

• Cut-Through模式

交換器接收到Frame時，會先抓取目的端MAC位址(也就是接在preamble後面的前6個bytes)。然後，LAN交換器會在它的交換表(switch table)中檢查目的MAC位址，並確定輸出介面埠，再將Frame轉發到目標位址。

過程中不會執行CRC錯誤檢查。因此，所有的Frame(不論有無錯誤)都會被轉發到接收端交換器。由接收端進行錯誤檢查，以確保傳輸無差錯。

為了改善這種情況，採用fragment free模式來彌補Cut-Through的缺點。

在fragment free模式下，長度小於64位元組的frame會被丟棄，並减少資料傳輸中的後期衝突。

比較

不管是Store-and-Forward或Cut-Through模式，都是基於Packet或Frame裡面的目的MAC位址來進行轉發。

 下列是簡單的比較表。

 透過以上比較，我們可以得知：

Store-and-Forward優勢在於高品質的資料傳輸；Cut-Through優勢則是低延遲。

在大多數企業網路中，此兩種傳輸模式的延遲差異可以忽略不計(僅幾十毫秒的差距)。

然而在某些應用上，網路延遲是一個重要的考量因素，尤其在金融領域（例如高頻交易的應用），網路延遲往往比網路流通量(network throughput)更為重要。

在選購交換器時，除了考慮效能、連接埠(port)密度和成本外，還需考慮交換模式。

如何配置乙太網路交換模式？

市面上很多交換器預設使用Store-and-Forward模式，以確保高品質的數據傳輸。

然而，Store-and-Forward並不適用於所有環境，特別是在低延遲領域(例如高效能運算 (high performance computing，簡稱”HPC”)。

使用者可以透過手動的方式把模式配置成Cut-Through。以FS產品S5800-48F4S 1GbE交換器為例，可以透過下列步驟將Store-and-Forward切換成Cut-Through模式。

假設使用者想要重新啟用Store-and-Forward模式，只需將步驟二的指令從“cut_through_forwarding enable（10G-40G-100G | 1G-10G-100G | 1G-10G-40G）”更改為“no cut_through_forwarding enable（10G-40G-100G | 1G-10G-100G | 1G-10G-40G）”儲存變更後，即可再次啟用。[i]

 

[i] 全文出處：https://community.fs.com/blog/comparison-between-store-and-forward-switching-and-cut-through-switching.html