CHAPTER 4 CCNA2

SWITCHED NETWORKS

Elements of a Converged Network

Untuk mendukung kolaborasi, jaringan bisnis menggunakan solusi konvergen menggunakan sistem suara, telepon IP, gateway suara, dukungan video, dan konferensi video, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Termasuk layanan data, jaringan konvergensi dengan dukungan kolaborasi dapat mencakup fitur-fitur berikut:

Kontrol panggilan - Pemrosesan panggilan telepon, ID penelepon, transfer panggilan, tahan, dan konferensi
Olahpesan suara - Voicemail
Mobilitas - Menerima panggilan penting di manapun Anda berada
Petugas otomatis - Melayani pelanggan lebih cepat dengan mengarahkan panggilan langsung ke departemen atau individu yang tepat
Salah satu manfaat utama transisi ke jaringan konvergen adalah hanya ada satu jaringan fisik untuk diinstal dan dikelola. Hal ini menghasilkan penghematan besar pada pemasangan dan pengelolaan jaringan suara, video, dan data yang terpisah. Solusi jaringan konvergensi seperti itu mengintegrasikan manajemen TI sehingga setiap gerakan, penambahan, dan perubahan dilengkapi dengan antarmuka manajemen yang intuitif. Solusi jaringan yang terkonvergensi juga menyediakan dukungan aplikasi softphone PC, serta video point-to-point, sehingga pengguna dapat menikmati komunikasi pribadi dengan kemudahan administrasi yang sama dan digunakan sebagai panggilan suara.


Konvergensi layanan ke jaringan telah menghasilkan evolusi dalam jaringan dari peran transportasi data tradisional, ke jalan raya super untuk komunikasi data, suara, dan video. Jaringan fisik yang satu ini harus dirancang dan diimplementasikan dengan benar untuk memungkinkan penanganan yang dapat diandalkan dari berbagai jenis informasi yang harus dibawanya. Diperlukan desain yang terstruktur untuk memungkinkan pengelolaan lingkungan yang kompleks ini.


Cisco Borderless Networks
Dengan meningkatnya tuntutan jaringan terkonvergensi, jaringan harus dikembangkan dengan pendekatan arsitektur yang menanamkan kecerdasan, menyederhanakan operasi, dan scalable untuk memenuhi tuntutan masa depan. Salah satu perkembangan terbaru dalam desain jaringan adalah Cisco Borderless Network.

Cisco Borderless Network adalah arsitektur jaringan yang menggabungkan inovasi dan desain. Ini memungkinkan organisasi untuk mendukung jaringan tanpa batas yang dapat menghubungkan siapa saja, di mana saja, kapan saja, di perangkat apa pun; aman, andal, dan mulus. Arsitektur ini dirancang untuk menjawab tantangan TI dan bisnis, seperti mendukung jaringan konvergen dan mengubah pola kerja.


Cisco Borderless Network menyediakan kerangka kerja untuk menyatukan akses kabel dan nirkabel, termasuk kebijakan, kontrol akses, dan manajemen kinerja di berbagai jenis perangkat. Menggunakan arsitektur ini, jaringan tanpa batas dibangun di atas infrastruktur hirarkis perangkat keras yang dapat diskalakan dan tangguh, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Dengan menggabungkan infrastruktur perangkat keras ini dengan solusi perangkat lunak berbasis kebijakan, Cisco Borderless Network menyediakan dua set layanan utama: layanan jaringan, dan layanan pengguna dan titik akhir yang semuanya dikelola oleh solusi manajemen terintegrasi. Ini memungkinkan elemen jaringan yang berbeda untuk bekerja bersama, dan memungkinkan pengguna untuk mengakses sumber daya dari mana saja, kapan saja, sambil memberikan optimisasi, skalabilitas, dan keamanan.


Hierarchy in the Borderless Switched Network
Membuat jaringan tanpa batas yang dialihkan mengharuskan prinsip-prinsip desain jaringan yang baik digunakan untuk memastikan ketersediaan, fleksibilitas, keamanan, dan pengelolaan yang maksimal. Jaringan switch tanpa batas harus memenuhi persyaratan saat ini dan layanan serta teknologi yang diperlukan di masa depan. Pedoman desain jaringan switch tanpa batas dibangun berdasarkan prinsip-prinsip berikut:

Hierarchical - Memfasilitasi pemahaman peran setiap perangkat di setiap tingkatan, menyederhanakan penerapan, operasi, dan manajemen, dan mengurangi domain kesalahan di setiap tingkatan
Modularitas - Memungkinkan perluasan jaringan yang mulus dan pemberdayaan layanan terintegrasi berdasarkan permintaan
Ketahanan - Memenuhi harapan pengguna untuk menjaga agar jaringan selalu aktif
Fleksibilitas - Memungkinkan pembagian beban lalu lintas yang cerdas dengan menggunakan semua sumber daya jaringan
Ini bukan prinsip independen. Memahami bagaimana setiap prinsip cocok dalam konteks yang lain adalah penting. Merancang jaringan switch tanpa batas dengan cara hierarkis menciptakan fondasi yang memungkinkan perancang jaringan untuk menutupi fitur keamanan, mobilitas, dan komunikasi terpadu. Dua kerangka kerja desain hirarkis yang telah teruji dan terbukti untuk jaringan kampus adalah lapisan tiga lapis dan model lapisan dua lapis, seperti yang diilustrasikan dalam Gambar 1 dan 2.


Tiga lapisan kritis dalam desain berjenjang ini adalah akses, distribusi, dan lapisan inti. Setiap lapisan dapat dilihat sebagai modul terstruktur yang terdefinisi dengan baik dengan peran dan fungsi spesifik dalam jaringan kampus. Memperkenalkan modularitas ke dalam desain hierarkis kampus lebih jauh memastikan bahwa jaringan kampus tetap tangguh dan cukup fleksibel untuk menyediakan layanan jaringan kritis. Modularitas juga membantu memungkinkan pertumbuhan dan perubahan yang terjadi seiring waktu.


Access, Distribution, and Core Layers
Access Layer
Lapisan akses mewakili tepi jaringan, di mana lalu lintas masuk atau keluar dari jaringan kampus. Secara tradisional, fungsi utama dari switch lapisan akses adalah untuk menyediakan akses jaringan kepada pengguna. Sakelar lapisan akses terhubung ke sakelar lapisan distribusi, yang menerapkan teknologi pondasi jaringan seperti perutean, kualitas layanan, dan keamanan.

Untuk memenuhi aplikasi jaringan dan permintaan pengguna akhir, platform switching generasi baru kini menyediakan layanan yang lebih konvergen, terintegrasi, dan cerdas untuk berbagai jenis titik akhir di tepi jaringan. Membangun intelijen menjadi sakelar lapisan akses memungkinkan aplikasi untuk beroperasi di jaringan lebih efisien dan aman.

Lapisan Distribusi

Lapisan distribusi antarmuka antara lapisan akses dan lapisan inti untuk menyediakan banyak fungsi penting, termasuk:

Menggabungkan jaringan lemari kabel skala besar
Menggagregasi domain broadcast Layer 2 dan batas-batas routing Layer 3
Menyediakan fungsi pengalihan, perutean, dan akses jaringan yang cerdas untuk mengakses seluruh jaringan
Menyediakan ketersediaan tinggi melalui redundant distribution layer switches ke end-user dan jalur biaya yang sama ke core
Memberikan layanan yang berbeda untuk berbagai kelas aplikasi layanan di tepi jaringan
Lapisan Inti


Lapisan inti adalah tulang punggung jaringan. Ini menghubungkan beberapa lapisan jaringan kampus. Lapisan inti berfungsi sebagai agregator untuk semua blok kampus lain dan mengikat kampus bersama dengan seluruh jaringan. Tujuan utama dari lapisan inti adalah untuk menyediakan isolasi kesalahan dan konektivitas backbone kecepatan tinggi.

Role of Switched Networks

ih banyak fleksibilitas, manajemen lalu lintas, dan fitur tambahan:

Kualitas pelayanan

Keamanan tambahan

Dukungan untuk jaringan nirkabel dan konektivitas

Dukungan untuk teknologi baru, seperti layanan IP telephony dan mobilitas

Form Factors

Ada berbagai jenis sakelar yang digunakan dalam jaringan bisnis. Penting untuk menggunakan jenis switch yang sesuai berdasarkan kebutuhan jaringan.Saat memilih jenis sakelar, perancang jaringan harus memilih antara konfigurasi tetap atau konfigurasi modular, dan dapat ditumpuk atau tidak dapat ditumpuk. Pertimbangan lain adalah ketebalan sakelar, yang dinyatakan dalam jumlah unit rak. Ini penting untuk sakelar yang dipasang di rak. 

Opsi ini kadang-kadang disebut sebagai faktor bentuk sakelar.

Memperbaiki Saklar Konfigurasi

Sakelar konfigurasi tetap tidak mendukung fitur atau opsi di luar sakelar yang awalnya datang bersama sakelar (Gambar 2). Model tertentu menentukan fitur dan opsi yang tersedia. Misalnya, sakelar tetap 24 port gigabit tidak dapat mendukung port tambahan. Biasanya ada pilihan konfigurasi yang berbeda yang bervariasi dalam berapa banyak dan jenis port apa yang disertakan dengan sakelar konfigurasi tetap.

Sakelar Konfigurasi Modular

Sakelar konfigurasi modular menawarkan lebih banyak fleksibilitas dalam konfigurasi mereka. Sakelar konfigurasi modular biasanya dilengkapi dengan sasis berukuran berbeda yang memungkinkan pemasangan berbagai nomor kartu jalur modular (Gambar 3). Kartu garis sebenarnya berisi porta. Kartu jalur masuk ke sasis sakelar seperti kartu ekspansi masuk ke PC. Semakin besar sasis, semakin banyak modul yang dapat didukungnya. Ada banyak ukuran sasis yang berbeda. Sakelar modular dengan kartu jalur 24-port tunggal dapat memasang kartu jalur 24-port tambahan untuk menambah jumlah port hingga 48.

Sakelar Konfigurasi Stackable

Sakelar konfigurasi yang dapat ditumpuk dapat dihubungkan menggunakan kabel khusus yang menyediakan throughput bandwidth tinggi di antara sakelar (Gambar 4). Teknologi Cisco StackWise memungkinkan interkoneksi hingga sembilan sakelar. Sakelar dapat ditumpuk satu di atas yang lain dengan kabel yang menghubungkan sakelar secara rantai daisy. Sakelar bertumpuk efektif beroperasi sebagai sakelar tunggal yang lebih besar. Sakelar yang dapat ditumpuk diperlukan di mana toleransi kesalahan dan ketersediaan bandwidth sangat penting dan sakelar modular terlalu mahal untuk diterapkan. Dengan menghubungkan silang switch yang ditumpuk ini, jaringan dapat pulih dengan cepat jika satu switch gagal. Stackable switches menggunakan port khusus untuk interkoneksi. Banyak sakelar Cisco yang dapat ditumpuk juga mendukung teknologi StackPower, yang memungkinkan pembagian daya di antara anggota tumpukan.

Switching as a General Concept in Networking and Telecommunications

Konsep frame switching dan penerusan bersifat universal dalam jaringan dan telekomunikasi. Berbagai jenis sakelar digunakan dalam LAN, WAN, dan jaringan telepon sakelar publik (PSTN). Konsep dasar switching mengacu pada perangkat yang membuat keputusan berdasarkan dua kriteria:

Pelabuhan masuk

Alamat tujuan

Keputusan tentang bagaimana saklar meneruskan lalu lintas dibuat sehubungan dengan aliran lalu lintas itu. Istilah ingress digunakan untuk menggambarkan di mana bingkai memasuki perangkat pada port. Istilah egress digunakan untuk menggambarkan bingkai yang meninggalkan perangkat dari port tertentu.

Saklar LAN memelihara tabel yang digunakannya untuk menentukan cara meneruskan lalu lintas melalui sakelar. Klik Mainkan pada gambar untuk melihat animasi dari proses switching. Dalam contoh ini:

Jika sebuah pesan memasuki port switch 1 dan memiliki alamat tujuan EA, maka switch meneruskan port traffic keluar 4.

Jika pesan masuk ke port switch 5 dan memiliki alamat tujuan EE, maka switch meneruskan port traffic out 1.

Jika pesan masuk ke port switch 3 dan memiliki alamat tujuan AB, maka switch meneruskan port traffic out 6.

Satu-satunya kecerdasan switch LAN adalah kemampuannya menggunakan tabelnya untuk meneruskan lalu lintas berdasarkan port masuk dan alamat tujuan pesan. Dengan switch LAN, hanya ada satu master switching table yang menggambarkan hubungan ketat antara alamat dan port; oleh karena itu, pesan dengan alamat tujuan tertentu selalu keluar dari port keluar yang sama, terlepas dari port masuknya.

Switch Forwarding Methods

Ketika jaringan tumbuh dan perusahaan mulai mengalami kinerja jaringan yang lebih lambat, jembatan Ethernet (versi awal switch) ditambahkan ke jaringan untuk membatasi ukuran domain tabrakan. Pada 1990-an, kemajuan teknologi sirkuit terpadu memungkinkan switch Ethernet LAN untuk menggantikan jembatan Ethernet. Sakelar ini mampu memindahkan keputusan penerusan Layer 2 dari perangkat lunak ke sirkuit khusus aplikasi (ASIC). ASIC mengurangi waktu penanganan paket di dalam perangkat, dan memungkinkan perangkat untuk menangani peningkatan jumlah port tanpa menurunkan kinerja. Metode ini meneruskan frame data pada Layer 2 disebut sebagai store-and-forward switching. Istilah ini membedakannya dari cut-through switching.

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, metode store-and-forward membuat keputusan penerusan pada frame setelah ia menerima seluruh frame dan memeriksa frame untuk kesalahan menggunakan mekanisme pemeriksaan kesalahan matematika yang dikenal sebagai cyclic redundancy check (CRC).

Sebaliknya, metode cut-through, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2 memulai proses penerusan setelah alamat MAC tujuan frame masuk dan port jalan keluar telah ditentukan.

Store-and-Forward Switching

Pengalihan store-and-forward memiliki dua karakteristik utama yang membedakannya dari cut-through: pengecekan kesalahan dan buffering otomatis.

Pemeriksaan Kesalahan

Sakelar yang menggunakan sakelar store-and-forward melakukan pemeriksaan kesalahan pada frame yang masuk. Setelah menerima seluruh frame pada port masuknya, seperti yang ditunjukkan pada gambar, switch membandingkan nilai frame-check-sequence (FCS) di bidang terakhir datagram dengan perhitungan FCS-nya sendiri. FCS adalah proses pemeriksaan kesalahan yang membantu memastikan bahwa frame bebas dari kesalahan fisik dan tautan data. Jika bingkai bebas kesalahan, sakelar akan meneruskan bingkai. Kalau tidak, bingkai dijatuhkan.

Penyangga Otomatis

Proses buffering port masuk yang digunakan oleh sakelar store-and-forward memberikan fleksibilitas untuk mendukung segala campuran kecepatan Ethernet. Misalnya, menangani frame yang masuk yang bepergian ke port Ethernet 100 Mb / s yang harus dikirim dengan antarmuka 1 Gb / s akan membutuhkan menggunakan metode store-and-forward. Dengan ketidakcocokan kecepatan antara port masuk dan keluar, sakelar menyimpan seluruh frame dalam buffer, menghitung cek FCS, meneruskannya ke buffer port keluar dan kemudian mengirimkannya.

Switch store-and-forward adalah metode switching LAN utama Cisco.

Sakelar store-and-forward menjatuhkan frame yang tidak lulus pemeriksaan FCS; oleh karena itu, itu tidak meneruskan frame yang tidak valid. Sebaliknya, sakelar potong dapat meneruskan frame yang tidak valid karena tidak ada pemeriksaan FCS yang dilakukan.

Cut-Through Switching

Keuntungan dari cut-through switching adalah kemampuan switch untuk mulai meneruskan frame lebih awal dari store-and-forward switching. Ada dua karakteristik utama cut-through switching: penerusan frame cepat dan bebas fragmen.

Penerusan Bingkai Cepat

Seperti yang ditunjukkan pada gambar, saklar menggunakan metode cut-through dapat membuat keputusan penerusan segera setelah telah mencari alamat MAC tujuan frame dalam tabel alamat MAC-nya. Switch tidak harus menunggu sisa frame untuk masuk ke port masuk sebelum membuat keputusan penerusannya.

Dengan pengontrol MAC dan ASIC hari ini, sebuah saklar yang menggunakan metode cut-through dapat dengan cepat memutuskan apakah perlu memeriksa bagian yang lebih besar dari header frame untuk tujuan penyaringan tambahan. Sebagai contoh, switch dapat menganalisis melewati 14 byte pertama (sumber alamat MAC, MAC tujuan, dan bidang EtherType), dan memeriksa 40 byte tambahan untuk melakukan fungsi yang lebih canggih relatif terhadap Lapisan IPv4 3 dan 4.

Metode switching cut-through tidak menjatuhkan sebagian besar frame yang tidak valid. Frame dengan kesalahan diteruskan ke segmen lain dari jaringan. Jika ada tingkat kesalahan tinggi (frame tidak valid) dalam jaringan, cut-through switching dapat berdampak negatif pada bandwidth; dengan demikian, menyumbat bandwidth dengan frame yang rusak dan tidak valid.

Fragmen Gratis

Fragment free switching adalah bentuk modifikasi cut-through switching di mana switch menunggu jendela tabrakan (64 byte) untuk lewat sebelum meneruskan frame. Ini berarti setiap frame akan diperiksa ke dalam bidang data untuk memastikan tidak ada fragmentasi telah terjadi. Pergantian bebas fragmen memberikan pengecekan error yang lebih baik daripada cut-through, dengan praktis tidak ada peningkatan latensi.

Kecepatan latensi yang lebih rendah dari switching cut-through membuatnya lebih tepat untuk aplikasi komputasi tinggi (HPC) yang sangat menuntut, yang membutuhkan latensi proses-ke-proses 10 mikrodetik atau kurang.

Collision Domains

Dalam segmen Ethernet berbasis hub, perangkat jaringan bersaing untuk medium, karena perangkat harus bergiliran saat melakukan transmisi. Segmen jaringan yang berbagi bandwidth yang sama antar perangkat dikenal sebagai collision domains. Ketika dua atau lebih perangkat di dalam domain tumbukan yang sama mencoba berkomunikasi pada saat yang sama, tumbukan akan terjadi.

Jika port switch Ethernet beroperasi dalam setengah dupleks, setiap segmen dalam domain collision-nya sendiri. Namun, port switch Ethernet yang beroperasi dalam dupleks penuh menghilangkan tabrakan; oleh karena itu, tidak ada domain tabrakan. Secara default, port switch Ethernet akan melakukan negosiasi ulang dupleks penuh ketika perangkat yang berdekatan juga dapat beroperasi dalam dupleks penuh. Jika port switch terhubung ke perangkat yang beroperasi dalam setengah dupleks, seperti hub lawas, maka port switch akan beroperasi dalam setengah dupleks. Dalam kasus half duplex, port switch akan menjadi bagian dari collision domain.

Broadcast Domains

Kumpulan sakelar yang saling berhubungan membentuk satu domain siaran. Hanya perangkat lapisan jaringan, seperti router, yang dapat membagi domain siaran Layer 2. Router digunakan untuk mensegmentasi domain broadcast, tetapi juga akan mensegmentasikan domain collision.

Ketika suatu perangkat mengirimkan siaran Layer 2, alamat MAC tujuan dalam bingkai diatur ke semua yang biner.

Domain broadcast Layer 2 disebut sebagai domain broadcast MAC. Domain broadcast MAC terdiri dari semua perangkat di LAN yang menerima frame broadcast dari host.

Klik Mainkan pada gambar untuk melihat ini di paruh pertama animasi.

Ketika sebuah saklar menerima bingkai siaran, itu meneruskan bingkai keluar masing-masing port-nya, kecuali port masuknya di mana frame siaran diterima. Setiap perangkat yang terhubung ke sakelar menerima salinan bingkai siaran dan memprosesnya. Siaran terkadang diperlukan untuk menemukan perangkat dan layanan jaringan lainnya pada awalnya, tetapi juga mengurangi efisiensi jaringan. Bandwidth jaringan digunakan untuk menyebarkan lalu lintas siaran. Terlalu banyak siaran dan beban lalu lintas yang berat di jaringan dapat menyebabkan kemacetan, yang memperlambat kinerja jaringan.

Ketika dua sakelar terhubung bersamaan, domain siaran ditingkatkan, seperti yang terlihat di paruh kedua animasi. Dalam hal ini, frame broadcast diteruskan ke semua port yang terhubung pada sakelar S1. Switch S1 terhubung ke switch S2. Frame kemudian juga disebarkan ke semua perangkat yang terhubung ke switch S2.

Alleviating Network Congestion

Switch LAN memiliki karakteristik khusus yang membuatnya efektif dalam mengurangi kemacetan jaringan. Secara default, port switch yang saling terhubung berupaya membuat tautan dalam dupleks penuh, sehingga menghilangkan domain collision. Setiap port duplex penuh dari saklar menyediakan bandwidth penuh ke perangkat atau perangkat yang terhubung ke port itu. Koneksi full-duplex dapat membawa sinyal yang dikirim dan diterima pada saat yang sama. Koneksi dupleks penuh telah meningkatkan kinerja jaringan LAN secara dramatis, dan diperlukan untuk kecepatan Ethernet 1 Gb / dtk dan lebih tinggi.

Beralih segmen LAN interkoneksi, gunakan tabel alamat MAC untuk menentukan segmen ke mana frame akan dikirim, dan dapat mengurangi atau menghilangkan tabrakan sepenuhnya. Berikut ini adalah beberapa karakteristik penting dari sakelar yang berkontribusi untuk mengurangi kemacetan jaringan:

Kepadatan port tinggi - Sakelar memiliki kepadatan port tinggi: Sakelar port 24 dan 48 seringkali hanya berupa unit rak tunggal dan beroperasi dengan kecepatan 100 Mb / dtk, 1 Gb / dtk, dan 10 Gb / dtk. Switch perusahaan besar dapat mendukung ratusan port.

Buffer bingkai besar - Kemampuan untuk menyimpan lebih banyak frame yang diterima sebelum harus mulai menjatuhkannya berguna, terutama ketika mungkin ada port yang macet ke server atau bagian lain dari jaringan.

Kecepatan port - Bergantung pada biaya sakelar, dimungkinkan untuk mendukung campuran kecepatan. Port 100 Mb / s, dan 1 atau 10 Gb / s adalah umum (100 Gb / s juga dimungkinkan).

Pergantian internal yang cepat - Memiliki kemampuan penerusan internal yang cepat memungkinkan kinerja tinggi. Metode yang digunakan mungkin bus internal cepat atau memori bersama, yang memengaruhi kinerja sakelar secara keseluruhan.

Biaya per-port rendah - Sakelar memberikan kepadatan port-tinggi dengan biaya lebih rendah.