سوئيچ

سه‌شنبه، 16 مهر 1387

تخمین زمان مطالعه:

سوئيچ

شبکه از مجموعه ای کامپيوتر ( گره ) که توسط يک محيط انتقال ( کابلی بدون کابل ) بيکديگر متصل می گردند ، تشکيل شده است. در شبکه از تجهيزات خاصی نظير هاب و روتر نيز استفاده می گردد. سوئيچ يکی از عناصر اصلی و مهم در شبکه های کامپيوتری است . با استفاده از سوئيچ ، چندين کاربرقادربه ارسال اطلاعات از طريق شبکه در يک لحظه خواهند بود. سرعت ارسال اطلاعات هر يک از کاربران بر سرعت دستيابی ساير کاربران شبکه تاثير نخواهد گذاشت . سوئيچ همانند روتر که امکان ارتباط بين چندين شبکه را فراهم می نمايد ، امکان ارتباط گره های متفاوت ( معمولا" کامپيوتر ) يک شبکه را مستقيما" با يکديگر فراهم می نمايد. شبکه ها و سوئيچ ها دارای انواع متفاوتی می باشند.. سوئيچ هائی که برای هر يک از اتصالات موجود در يک شبکه داخلی استفاده می گردند ، سوئيچ های LANناميده می شوند. اين نوع سوئيچ ها مجموعه ای از ارتباطات شبکه را بين صرفا" دو دستگاه که قصد ارتباط با يکديگر را دارند ، در زمان مورد نظر ايجاد می نمايد.
مبانی شبکه
عناصر اصلی در يکشبکه کامپيوتری بشرح زير می باشند:

شبکه . شبکه شامل مجموعه ای از کامپيوترهای متصل شده (با يک روش خاص )، به منظور تبادل اطلاعات است .

گره . گره ، شامل هر چيزی که به شبکه متصل می گردد ، خواهد بود.( کامپيوتر ، چاپگر و ... )

سگمنت. سگمنت يک بخش خاص از شبکه بوده که توسط يک سوئيچ ، روتر و يا Bridgeاز ساير بخش ها جدا شده است .

ستون فقرات . کابل اصلی که تمام سگمنت ها به آن متصل می گردند. معمولا" ستون فقرات يک شبکه دارای سرعت بمراتب بيشتری نسبت به هر يک از سگمنت های شبکه است . مثلا" ممکن است نرخ انتقال اطلاعات ستون فقرات شبکه 100 مگابيت در ثانيه بوده در صورتی که نرخ انتقال اطلاعات هر سگمنت 10 مگابيت در ثانيه باشد.

توپولوژی . روشی که هر يک از گره ها به يکديگر متصل می گردند را گويند.

کارت شبکه . هر کامپيوتر از طريق يک کارت شبکه به شبکه متصل می گردد.در اکثر کامپيوترهای شخصی ، کارت فوق از نوع اترنت بوده ( دارای سرعت 10 و يا 100 مگابيت در ثانيه ) و در يکی از اسلات های موجود روی برد اصلی سيستم ، نصب خواهد شد.

آدرس MAC . آدرس فيزيکی هر دستگاه ( کارت شبکه ) در شبکه است. آدرس فوق يک عدد شش بايتی بوده که سه بايت اول آن مشخص کننده سازنده کارت شبکه و سه بايت دوم ، شماره سريال کارت شبکه است .

Unicast . ارسال اطلاعات توسط يک گره با آدرس خاص و دريافت اطلاعات توسط گره ديگر است .

Multicast . يک گره ، اطلاعاتی را برای يک گروه خاص ( با آدرس مشخص ) ارسال می دارد.دستگاههای موجود در گروه ، اطلاعات ارسالی را دريافت خواهند کرد.

Broadcast . يک گره اطلاعاتی را برای تمام گره های موجود در شبکه ارسال می نمايد.

استفاده از سوئيچ
در اکثر شبکه های متداول ، به منظور اتصال گره ها از هاب استفاده می شود. همزمان با رشد شبکه ( تعداد کاربران ، تنوع نيازها ، کاربردهای جديد شبکه و ...) مشکلاتی در شبکه های فوق بوجود می آيد :

Scalability . در يک شبکه مبتنی بر هاب ، پهنای باند بصورت مشترک توسط کاربران استفاده می گردد. با توجه به محدود بودن پهنای باند ، همزمان با توسعه، کارآئی شبکه بشدت تحت تاثير قرار خواهد گرفت . برنامه های کامپيوتر که امروزه به منظور اجراء بر روی محيط شبکه ، طراحی می گردنند به پهنای باند مناسبی نياز خواهند داشت . عدم تامين پهنای باند مورد نيازبرنامه ها ، تاثير منفی در عملکرد آنها را بدنبال خواهد داشت .

Latency . به مدت زمانی که طول خواهد کشيد تا بسته اطلاعاتی به مقصد مورد نظر خود برسد ، اطلاق می گردد. با توجه به اينکه هر گره در شبکه های مبتنی بر هاب می بايست مدت زمانی را در انتظار سپری کرده ( ممانعت از تصادم اطلاعات ) ، بموازات افزايش تعداد گره ها در شبکه ، مدت زمان فوق افزايش خواهد يافت . در اين نوع شبکه ها در صورتی که يکی از کاربران فايل با ظرفيت بالائی را برای کاربر ديگر ارسال نمايد ، تمام کاربران ديگر می بايست در انتظاز آزاد شدن محيط انتقال به منظور ارسال اطلاعات باشند. بهرحال افزايش مدت زمانی که يک بسته اطلاعاتی به مقصد خود برسد ، هرگز مورد نظر کاربران يک شبکه نخواهد بود.

Network Failure . در شبکه های مبتنی بر هاب ، يکی از دستگاههای متصل شده به هاب قادر به ايجاد مسائل و مشکلاتی برای ساير دستگاههای موجود در شبکه خواهد بود. عامل بروز اشکال می تواند عدم تنظيم مناسب سرعت ( مثلا" تنظيم سرعت يک هاب با قابليت 10 مگابيت در ثانيه به 100 مگابيت در ثانيه ) و يا ارسال بيش از حد بسته های اطلاعاتی از نوع Broadcast، باشد.

Collisions. در شبکه های مبتنی بر تکنولوژی اترنت از فرآينده خاصی با نام CSMA/CD به منظور ارتباط در شبکه استفاده می گردد. فرآيند فوق نحوه استفاده از محيط انتقال به منظور ارسال اطلاعات را قانونمند می نمايد. در چنين شبکه هائی تا زمانيکه بر روی محيط انتقال ترافيک اطلاعاتی باشد ، گره ای ديگر قادر به ارسال اطلاعات نخواهد بود. در صورتی که دو گره در يک لحظه اقدام به ارسال اطلاعات نمايند ، يک تصادم اطلاعاتی ايجاد و عملا" بسته های اطلاعاتی ارسالی توسط هر يک از گره ها نيز از بين خواهند رفت . هر يک از گره های مربوطه ( تصادم کننده ) می بايست بمدت زمان کاملا" تصادفی در انتظار باقی مانده و پس از فراهم شدن شرايط ارسال ، اقدام به ارسال اطلاعات مورد نظر خود نمايند.

هاب مسير ارسال اطلاعات از يک گره به گره ديگر را به حداقل مقدار خود می رساند ولی عملا" شبکه را به سگمنت های گسسته تقسيم نمی نمايد. سوئيچ به منظور تحقق خواسته فوق عرضه شده است . يکی از مهمترين تفاوت های موجود بين هاب و سوئيچ ، تفسير هر يک از پهنای باند است . تمام دستگاههای متصل شده به هاب ، پهنای باند موجود را بين خود به اشتراک می گذارند.در صورتی که يک دستگاه متصل شده به سوئيچ ، دارای تمام پهنای باند مختص خود است. مثلا" در صورتی که ده گره به هاب متصل شده باشند ، ( در يک شبکه ده مگابيت درثانيه) هر گره موجود در شبکه بخشی از تمام پهنای باند موجود ( ده مگابيت در ثانيه ) را اشغال خواهد کرد. ( در صورتی که ساير گره ها نيز قصد ارتباط را داشته باشند) . در سوئيچ ، هر يک از گره ها قادر به برقراری ارتباط با ساير گره ها با سرعت ده مگابيت در ثانيه خواهد بود.
در يک شبکه مبتنی بر سوئيچ ، برای هر گره يک سگمنت اختصاصی ايجاد خواهد شد. سگمنت های فوق به يک سوئيچ متصل خواهند شد. در حقيقت سوئيچ امکان حمايت از چندين ( در برخی حالات صدها ) سگمنت اختصاصی را دارا است . با توجه به اينکه تنها دستگاه های موجود در هر سگمنت سوئيچ و گره می باشند ، سوئيچ قادر به انتخاب اطلاعات ، قبل از رسيدن به ساير گره ها خواهد بود. در ادامه سوئيچ، فريم های اطلاعاتی را به سگمنت مورد نظر هدايت خواهد کرد. با توجه به اينکه هر سگمنت دارای صرفا" يک گره می باشد ، اطلاعات مورد نظر به مقصد مورد نظر ارسال خواهند شد. بدين ترتيب در شبکه های مبتنی بر سوئيچ امکان چندين مبادله اطلاعاتی بصورت همزمان وجود خواهد داشت .
با استفاده از سوئيچ ، شبکه های اترنت بصورت full-duplexخواهند بود. قبل از مطرح شدن سوئيچ ، اترنت بصورت half-duplexبود. در چنين حالتی داده ها در هر لحظه امکان ارسال در يک جهت را دارا می باشند . در يک شبکه مبتنی بر سوئيچ ، هر گره صرفا" با سوئيچ ارتباط برقرار می نمايد ( گره ها مستقيما" با يکديگر ارتباط برقرار نمی نمايند) . در چنين حالتی اطلاعات از گره به سوئيچ و از سوئيچ به گره مقصد بصورت همزمان منتقل می گردند.
در شبکه های مبتنی بر سوئيچ امکان استفاده از کابل های بهم تابيده و يا فيبر نوری وجود خواهد داشت . هر يک از کابل های فوق دارای کانکتورهای مربوط به خود برای ارسال و دريافت اطلاعات می باشند. با استفاده از سوئيچ ، شبکه ای عاری از تصادم اطلاعاتی بوجود خواهد آمد. انتقال دو سويه اطلاعات در شبکه های مبتنی بر سوئيچ ، سرعت ارسال و دريافت اطلاعات افزايش می يابد.
اکثر شبکه های مبتنی بر سوئيچ بدليل قيمت بالای سوئيچ ، صرفا" از سوئيچ به تنهائی استفاده نمی نمايند. در اين نوع شبکه ها از ترکيب هاب و سوئيچ استفاده می گردد. مثلا" يک سازمان می تواند از چندين هاب به منظور اتصال کامپيوترهای موجود در هر يک از دپارتمانهای خود استفاده و در ادامه با استفاده از يک سوئيچ تمام هاب ها(مربوط به هر يک از دپارتمانها) بيکديگر متصل می گردد.
تکنولوژی سوئيچ ها
سوئيچ ها دارای پتانسيل های لازم به منظور تغيير روش ارتباط هر يک از گره ها با يکديگر می باشند. تفاوت سوئيچ با روتر چيست ؟ سوئيچ ها معمولا" در لايه دوم (Data layer ) مدل OSI فعاليت می نمايند.در لايه فوق امکان استفاده از آدرس های MAC( آدرس ها ی فيزيکی ) وجود دارد. روتر در لايه سوم (Network) مدل OSIفعاليت می نمايند. در لايه فوق از آدرس های IPر IPXو يا Appeltalkاستفاده می شود. ( آدرس ها ی منطقی ) . الگوريتم استفاده شده توسط سوئيچ به منظور اتخاذ تصميم در رابطه با مقصد يک بسته اطلاعاتی با الگوريتم استفاده شده توسط روتر ، متفاوت است .

يکی از موارد اختلاف الگوريتم های سوئيچ و هاب ، نحوه برخورد آنان با Broadcastاست . مفهوم بسته های اطلاعاتی از نوع Broadcastدر تمام شبکه ها مشابه می باشد. در چنين مواردی ، دستگاهی نياز به ارسال اطلاعات داشته ولی نمی داند که اطلاعات را برای چه کسی می بايست ارسال نمايد. بدليل عدم آگاهی و دانش نسبت به هويت دريافت کننده اطلاعات ، دستگاه مورد نظر اقدام به ارسال اطلاعات بصورت broadcastمی نمايد. مثلا" هر زمان که کامپيوتر جديد ويا يکدستگاه به شبکه وارد می شود ، يک بسته اطلاعاتی از نوع Broadcastبرای معرفی و حضور خود در شبکه ارسال می دارد. ساير گره ها قادر به افزودن کامپيوتر مورد نظر در ليست خود و برقراری ارتباط با آن خواهند بود. بنابراين بسته های اطلاعاتی از نوع Broadcastدر موارديکه يک دستگاه نياز به معرفی خود به ساير بخش های شبکه را داشته و يا نسبت به هويت دريافت کننده اطلاعات شناخت لازم وجود نداشته باشند ، استفاده می گردند.
هاب و يا سوئيچ ها قادر به ارسال بسته ای اطلاعاتی از نوع Broadcastبرای ساير سگمنت های موجود در حوزه Broadcastمی باشند. روتر عمليات فوق را انجام نمی دهد. در صورتی که آدرس يکدستگاه مشخص نگردد ، روتر قادر به مسيريابی بسته اطلاعاتی مورد نظر نخواهد بود. ويژگی فوق در موارديکه قصد جداسازی شبکه ها از يکديگر مد نظر باشد ، بسيار ايده آل خواهد بود. ولی زمانيکه هدف مبادله اطلاعاتی بين بخش های متفاوت يک شبکه باشد ، مطلوب بنظر نمی آيد. سوئيچ ها با هدف برخورد با مشکل فوق عرضه شده اند.
سوئيچ های LANبر اساس تکنولوژی packet-switchingفعاليت می نمايند. سوئيچ يک ارتباط بين دو سگمنت ايجاد می نمايد. بسته های اطلاعاتی اوليه در يک محل موقت ( بافر) ذخيره می گردند ، آدرس فيزيکی (MAC) موجود در هدر خوانده شده و در ادامه با ليستی از آدرس های موجود در جدول Lookup( جستجو) مقايسه می گردد. در شبکه های LANمبتنی بر اترنت ، هر فريم اترنت شامل يک بسته اطلاعاتی خاص است . بسته اطلاعاتی فوق شامل يک عنوان (هدر) خاص و شامل اطلاعات مربوط به آدرس فرستنده و گيرنده بسته اطلاعاتی است .
سوئيچ های مبتنی بر بسته های اطلاعاتی به منظور مسيريابی ترافيک موجود در شبکه از سه روش زير استفاده می نمايند.

Cut-Through

Store-and-forward

Fragment-free

سوئيچ های Cut-through، بلافاصله پس از تشخيص بسته اطلاعاتی توسط سوئيچ ، آدرس MAC خوانده می شود. پس از ذخيره سازی شش بايت اطلاعات که شامل آدرس می باشند ، بلافاصله عمليات ارسال بسته های اطلاعاتی به گره مقصد آغاز می گردد. ( همزمان با دريافت ساير بسته های اطلاعاتی توسط سوئيچ ) . با توجه به عدم وجود کنترل های لازم در صورت بروز خطاء در روش فوق ، سوئيچ های زيادی از روش فوق استفاده نمی نمايند.
سوئيچ های store-and-forward، تمام بسته اطلاعاتی را در بافر مربوطه ذخيره و عمليات مربوط به بررسی خطاء ( CRC) و ساير مسائل مربوطه را قبل از ارسال اطلاعات انجام خواهند داد. در صورتی که بسته اطلاعاتی دارای خطاء باشد ، بسته اطلاعاتی دور انداخته خواهد شد. .در غيراينصورت ، سوئيچ با استفاده از آدرس MAC، بسته اطلاعاتی را برای گره مقصد ارسال می نمايد. اغلب سوئيچ ها از ترکيب دو روش گفته شده استفاده می نمايند. در اين نوع سوئيچ ها از روش cut-throughاستفاده شده و بمحض بروز خطاء از روش store-and-forwardاستفاده می نمايند.
يکی ديگر از روش های مسيريابی ترافيک در سوئيچ ها که کمتر استفاده می گردد ، fragment-freeاست . روش فوق مشابه cut-throughبوده با اين تفاوت که قبل از ارسال بسته اطلاعاتی 64 بايت آن ذخيره می گردد.
سوئيچ های LANدارای مدل های متفاوت از نقطه نظر طراحی فيزيکی می باشند. سه مدل رايج در حال حاضر بشرح زير می باشند:

Shared memory . اين نوع از سوئيچ ها تمام بسته های اطلاعاتی اوليه در بافر مربوط به خود را ذخيره می نمايند. بافر فوق بصورت مشترک توسط تمام پورت های سوئيچ ( اتصالات ورودی و خروجی ) استفاده می گردد. در ادامه اطلاعات مورد نظر بکمک پورت مربوطه برای گره مقصد ارسال خواهند شد.

Matrix . اين نوع از سوئيچ ها دارای يک شبکه( تور) داخلی ماتريس مانند بوده که پورت های ورودی و خروجی همديگر را قطع می نمايند. زمانيکه يک بسته اطلاعاتی بر روی پورت ورودی تشخيص داده شد ، آدرس MACآن با جدول lookupمقايسه تا پورت مورد نظر خروجی آن مشخص گردد. در ادامه سوئيچ يک ارتباط را از طريق شبکه و در محلی که پورت ها همديگر را قطع می کنند ، برقرار می گردد.

Bus Architecture . در اين نوع از سوئيچ ها بجای استفاده از يک شبکه ( تور) ، از يک مسير انتقال داخلی ( Bus) استفاده و مسير فوق با استفاده از TDMA توسط تمام پورت ها به اشتراک گذاشته می شود. سوئيچ های فوق برای هر يک از پورت ها دارای يک حافظه اختصاصی می باشند.

Transparent Bridging
اکثر سوئيچ های LANمبتنی بر اترنت از سيستم ی با نام transparent bridgingبرای ايجاد جداول آدرس lookupاستفاده می نمايند. تکنولوژی فوق امکان يادگيری هر چيزی در رابطه با محل گره های موجود در شبکه ، بدون حمايت مديريت شبکه را فراهم می نمايد. تکنولوژی فوق داری پنج بخش متفاوت است :

Learning

Flooding

Filtering

Forwarding

Aging

نحوه عملکرد تکنولوژی فوق بشرح زير است :

سوئيچ به شبکه اضافه شده و تمام سگمنت ها به پورت های سوئيچ متصل خواهند شد.

گره Aبر روی اولين سگمنت ( سگمنت A) ، اطلاعاتی را برای کامپيوتر ديگر ( گره B) در سگمنت ديگر ( سگمنت C) ارسال می دارد.

سوئيچ اولين بسته اطلاعاتی را از گره Aدريافت می نمايد. آدرس MACآن خوانده شده و آن را در جدول Lookupسگمنت Aذخيره می نمايد. بدين ترتيب سوئيچ از نحوه يافتن گره A آگاهی پيدا کرده و اگر در آينده گره ای قصد ارسال اطلاعات برای گره Aرا داشته باشد ، سوئيچ در رابطه با آدرس آن مشکلی نخواهد داشت . فرآيند فوق را Learningمی گويند.

با توجه به اينکه سوئيچ دانشی نسبت به محل گره Bندارد ، يک بسته اطلاعاتی را برای تمام سگمنت های موجود در شبکه ( بجز سگمنت Aکه اخيرا" يکی از گره های موجود در آن اقدام به ارسال اطلاعات نموده است . ) فرآيند ارسال يک بسته اطلاعاتی توسط سوئيچ ، به منظور يافتن يک گره خاص برای تمام سگمنت ها ، Floodingناميده می شود.

گره Bبسته اطلاعاتی را دريافت و يک بسته اطلاعاتی را به عنوان Acknowledgementبرای گره Aارسال خواهد کرد.

بسته اطلاعاتی ارسالی توسط گره Bبه سوئيچ می رسد. در اين زمان ، سوئيچ قادر به ذخيره کردن آدرس MACگره Bدر جدول Lookupسگمنت Cمی باشد. با توجه به اينکه سوئيچ از آدرس گره Aآگاهی دارد ، بسته اطلاعاتی را مستقيما" برای آن ارسال خواهد کرد. گره Aدر سگمنتی متفاوت نسبت به گره Bقرار دارد ، بنابراين سوئيج می بايست به منظور ارسال بسته اطلاعاتی دو سگمنت را به يکديگر متصل نمائيد. فرآيند فوق Forwardingناميده می شود.

در ادامه بسته اطلاعاتی بعدی از گره Aبه منظور ارسال برای گره B به سوئيچ می رسد ، با توجه به اينکه سوئيج از آدرس گره Bآگاهی دارد ، بسته اطلاعاتی فوق مستقيما" برای گره Bارسال خواهد شد.

گره Cاطلاعاتی را از طريق سوئيچ برای گره Aارسال می دارد. سوئيچ آدرس MACگره Cرا در جدول Lookupسگمنت Aذخيره می نمايد ، سوئيچ آدرس گره Aرا دانسته و مشخص می گردد که دو گره Aو Cدر يک سگمنت قرار دارند. بنابراين نيازی به ارتباط سگمنت Aبا سگمنت ديگر به منظور ارسال اطلاعات گره Cنخواهد بود. بدين ترتيب سوئيچ از حرکت بسته های اطلاعاتی بين گره های موجود در يک سگمنت ممانعت می نمايد. فرآيند فوق را Filtering می گويند.

Learning و Floodingادامه يافته و بموازات آن سوئيچ ، آدرس های MACمربوط به گره ها را در جداول Lookupذخيره می نمايد. اکثر سوئيچ ها دارای حافظه کافی به منظور ذخيره سازی جداول Lookupمی باشند. به منظور بهينه سازی حافظه فوق ، اطلاعات قديمی تر از جداول فوق حذف تا فرآيند جستجو و يافتن آدرس ها در يک زمان معقول و سريعتر انجام پذيرد. بذين منظور سوئيج ها از روشی با نام agingاستفاده می نمايند. زمانيکه يک Entryبرای يک گره در جدول Lookup اضافه می گردد ، به آن يک زمان خاص نسبت داده می شود. هر زمان که بسته ای اطلاعاتی از طريق يک گره دريافت می گردد ، زمان مورد نظر بهنگام می گردد. سوئيچ دارای يک يک تايمر قابل پيکربندی بوده که با عث می شود، Entryهای موجود در جدول Lookupکه مدت زمان خاصی از آنها استفاده نشده و يا به آنها مراجعه ای نشده است ، حذف گردند . با حذف Entryهای غيرضروری ، حافظه قابل استفاده برای ساير Entryها بيشتر می گردد.

در مثال فوق ، دو گره سگمنت Aرا به اشتراک گذاشته و سگمنت های Aو Dبصورت مستقل می باشند. در شبکه های ايده آل مبتنی بر سوئيچ ، هر گره دارای سگمنت اختصاصی مربوط بخود است . بدين ترتيب امکان تصادم حذف و نيازی به عمليات Filteringنخواهد بود.
فراوانی و آشفتگی انتشار
در شبکه های با توپولوژی ستاره (Star) و يا ترکيب Busو وStarيکی از عناصر اصلی شبکه که می تواند باعث از کار افتادن شبکه گردد ، هاب و يا سوئيچ است . فرض کنيد شبکه ای با ساختار زير را داشته باشيم :

در مثال فوق ، در صورتی که سوئيچ Aو يا Cبا مشکل مواجه گردند، تمام گره های متصل به هر يک از سوئيچ های فوق نيز تحت تاثير اشکال فوق قرار خواهند گرفت . گره های متصل به سوئيچ ديگر (B) کماکن قادر به ارائه خدمات خود خواهد بود. در صورتی که سوئيچ C با اشکال مواجه گردد ، تمام شبکه از کار خواهد افتاد . در صورت اضافه کردن سگمنت ديگر برای ارتباط سوئيچ Aو Cچه اتفاقی خواهد افتاد .

در حالت فوق ، در صورتی که يکی از سوئيچ ها با اشکال مواجه گردد ، شبکه کماکن قادر به ارائه خدمات خود خواهد بود. با افزدون سگمنت فوق ، شبکه از حالت وابستگی به يک نقطه خارج و يک نوع " فراوانی " ايجاد شده است .
با حل مشکل وابستگی عملياتی شبکه به يک نقطه ، مشکل ديگری بوجود می آيد. همانگونه که قبلا" اشاره گرديد ، سوئيچ ها بصورت هوشمندانه ازآدرس و محل هر يک از گره های موجود در شبکه آگاه می گردند. با توجه به شرايط ايجاد شده ، تمام سوئيج ها در يک Loopبه يکديگر متصل می گردند. در چنين حالتی يک بسته اطلاعاتی ارسال شده توسط يک گره ، ممکن است توسط سوئيچی از سگمنت ديگر آمده باشد.

مثلا" فرض نمائيد که گره Bبه سوئيچ Aمتصل و قصد ارسال اطلاعات برای گره Bموجود در سگمنت Bرا داشته باشد . سوئيچ Aشناختی نسبت به گره Aندارد ، بنابراين بسته اطلاعاتی را برای ساير گره های موجود در سگمنت های ديگر ارسال خواهد کرد. بسته اطلاعاتی مورد نظر از طريق سگمنت های Aو يا C برای ساير سوئيچ ها (Bو يا C) حرکت خواهد کرد. سوئيچ B، گره Bرا به جدول Lookupخود اضافه می نمايد. ( برای سگمنت A) . سوئيچ Cآدرس گره Bرا به منظور پشتيبانی سگمنت Cدر جدول Lookupخود ذخيره خواهد کرد. با توجه به اينکه هيچکدام از سوئيچ ها تاکنون شناختی نسبت به آدرس گره Aبدست نياورده اند ، سگمنت Bبرای پيدا کردن گره Aمورد بررسی قرار خواهد گرفت . هر سوئيج بسته اطلاعاتی ارسال شده را دريافت و مجددا" آن را برای ساير سگمنت ها ارسال خواهد کرد. ( چون هيچکدام هنوز دانشی نسبت به محل گره Aرا کسب نکرده اند) سوئيج Aبسته اطلاعاتی ارسالی توسط هر يک از سوئيچ ها را دريافت و مجددا" آن را برای ساير سگمنت ها ارسال می نمايد. در جنين شرايطی يک نوع " آشفتگی انتشار " ايجاد شده است . شرايط فوق باعث ايجاد مشکل ترافيکی در شبکه خواهد شد. به منظور حل مشکل فوق از تکنولوژی با نام Spanning treesاستفاده می شود.
Spanning tress
به منظوری پيشگيری از مسئله " آشفتگی انتشار" و ساير اثرات جانبی در رابطه با Loopingشرکت DECپروتکلی با نام STP)Spanning-tree Protocol) را ايجاد نموده است . پروتکل فوق با مشخصه 802.1dتوسط موسسه IEEE استاندارد شده است . Spanningtreeاز الگوريتم STA(Spanning-tree algoritm) استفاده می نمايد. الگوريتم فوق بررسی خواهد کرد آيا يک سوئيچ دارای بيش از يک مسير برای دستيابی به يک گره خاص است . در صورت وجود مسيرهای متعدد ، بهترين مسير نسبت به ساير مسيرها کدام است ؟ نحوه عمليات STPبشرح زير است :

به هر سوئيج ، مجموعه ای از مشخصه ها (ID) نسبت داده می شود. يکی از مشخصه ها برای سوئيچ و ساير مشخصه ها برای هر يک از پورت ها استفاده می گردد. مشخصه سوئيچ ، BID)Bridge ID) ناميده شده و دارای هشت بايت است . دو بايت به منظور مشخص نمودن اولويت و شش بايت برای مشخص کردن آدرس MACاستفاده می گردد. مشخصه پورت ها ، شانزده بيتی است . شش بيت به منظور تنظيمات مربوط به اولويت و ده بيت ديگر برای اختصاص يک شماره برا ی پورت مورد نظر است .

برای هر مسير يک Path Costمحاسبه می گردد. نحوه محاسبه پارامتر فوق بر اساس استانداردهای ارائه شده توسط موسسه IEEEاست . به منظور محاسبه مقادر فوق ، 1.000 مگابيت در ثانيه ( يک گيگابيت در ثانيه ) را بر پهنای باند سگمنت متصل شده به پورت ، تقسيم می نمايند. بنابراين يک اتصال 10 مگابيت در ثانيه ، دارای Costبه ميزان 100 است (1.000 تفسيم بر 10 ) . به منظور هماهنگ شدن با افزايش سرعت شبکه های کامپيوتری استاندارد Costنيز اصلاح می گردد. جدول زير مقادير جديد STP Costرا نشان می دهد. ( مقدار Pathcostمی تواند يک مقدار دلخواه بوده که توسط مديريت شبکه تعريف و مشخص می گردد )

Bandwidth	STP Cost Value
4 Mbps	250
10 Mbps	100
16 Mbps	62
45 Mbps	39
100 Mbps	19
155 Mbps	14
622 Mbps	6
1 Gbps	4
10 Gbps	2

هر سوئيچ فرآيندی را به منظور انتخاب مسيرهای شبکه که می بايست توسط هر يک از سگمنت ها استفاده گردد ، آغاز می نمايند. اطلاعات فوق توسط ساير سوئيچ ها و با استفاده از يک پروتکل خاص با نام BPUD)Bridgeprotocol data units) به اشتراک گذاشته می شود. ساختار يک BPUD بشرح زير است :
- Root BID. پارامتر فوق BIDمربوط به Root Bridgeجاری را مشخص می کند.
- Path Cost to Bridge. مسافت root bridgeرا مشخص می نمايد. مثلا" در صورتی که داده از طريق طی نمودن سه سگمنت با سرعتی معادل 100 مگابيت در ثانيه برای رسيدن به Root bridgeباشد ، مقدار cost بصورت (19+19+0=38) بدست می آيد. سگمنتی که به Root Bridgeمتصل است دارای Costمعادل صفر است .
- Sender BID . مشخصه BIDسوئيچ ارسال کننده BPDUرا مشخص می کند.
- Port ID. پورت ارسال کننده BPDUمربوط به سوئيچ را مشخص می نمايد.

تمام سوئيج ها به منظور مشخص نمودن بهترين مسير بين سگمنت های متفاوت ، بصورت پيوسته برای يکديگر BPDUارسال می نمايند. زمانيکه سوئيچی يک BPDUرا (از سوئيچ ديگر) دريافت می دارد که مناسبتر از آن چيزی است که خود برای ارسال اطلاعات در همان سگمنت استفاده کرده است ، BPDUخود را متوقف ( به ساير سگمنت ها اراسال نمی نمايد ) و از BPDUساير سوئيچ ها به منظور دستيابی به سگمنت ها استفاده خواهد کرد.

يک Root bridgeبر اساس فرآيندهای BPDUبين سوئيج ها ، انتخاب می گردد. در ابتدا هر سوئيج خود را به عنوان Rootدر نظر می گيرد. زمانيکه يک سوئيچ برای اولين بار به شبکه متصل می گردد ، يک BPDUرا بهمراه BIDخود که به عنوان Root BIDاست ، ارسال می نمايد. زمانيکه ساير سوئيچ ها BPDUرا دريافت می دارند ، آن را با BIDمربوطه ای که به عنوان Root BIDذخيره نموده اند، مقايسه می نمايند. در صورتی که Root BIDجديد دارای يک مقدار کمتر باشد ، تمام سوئيچ ها آن را با آنچيزی که قبلا" ذخيره کرده اند، جايگزين می نمايند. در صورتی که Root BIDذخيره شده دارای مقدار کمتری باشد ، يک BPDUبرای سوئيچ جديد بهمراه BIDمربوط به Root BID ارسال می گردد. زمانيکه سوئيچ جديد BPDUرا دريافت می دارد ، از Rootبودن خود صرفنظر و مقدار ارسالی را به عنوان Root BIDدر جدول مربوط به خود ذخيره خواهد کرد.

با توجه به محل Root Bridge، ساير سوئيچ ها مشخص خواهند کرد که کداميک از پورت های آنها دارای کوتاهترين مسير به RootBridgeاست . پورت های فوق، Root Portsناميده شده و هر سوئيج می بايست دارای يک نمونه باشد.

سوئيچ ها مشخص خواهند کرد که چه کسی دارای پورت های designatedاست . پورت فوق ، اتصالی است که توسط آن بسته های اطلاعاتی برای يک سگمنت خاص ارسال و يا از آن دريافت خواهند شد. با داشتن صرفا" يک نمونه از پورت های فوق ، تمام مشکلات مربوط به Loopingبرطرف خواهد شد.

پورت های designatedبر اساس کوتاهترتن مسير بين يک سگمنت تا root bridgeانتخاب می گردند. با توجه به اينکه Root bridgeدارای مقدار صفر برای pathcostاست ، هر پورت آن بمنزله يک پورت designatedاست . ( مشروط به اتصال پورت مورد نظر به سسگمنت ) برای ساير سوئيچ ها، Path Costبرای يک سگمنت بررسی می گردد. در صورتی که پورتی دارای پايين ترين path costباشد ، پورت فوق بمنزله پورت designatedسگمنت مورد نظر خواهد بود. در صورتی که دو و يا بيش از دو پورت دارای مقادير يکسان pathcostباشند ، سوئيچ با مقادر کمتر BIDاتخاب می گردد.

پس از انتخاب پورت designatedبرای سگمنت شبکه ، ساير پورت های متصل شده به سگمنت مورد نظر به عنوان non -designated portدر نظر گرفته خواهند شد. بنابراين با استفاده از پورت های designatedمی توان به يک سگمنت متصل گرديد.

هر سوئيچ دارای جدول BPDUمربوط به خود بوده که بصورت خودکار بهنگام خواهد شد. بدين ترتيب شبکه بصورت يک spanning treeبوده که roor bridge که بمنزله ريشه و ساير سوئيچ ها بمنزله برگ خواهند بود. هر سوئيچ با استفاده از Root Portsقادر به ارتباط با root bridge بوده و با استفاده از پورت های designatedقادر به ارتباط با هر سگمنت خواهد بود.

روترها و سوئيچينگ لايه سوم
همانگونه که قبلا" اشاره گرديد ، اکثر سوئيچ ها در لايه دوم مدل OSIفعاليت می نمايند (Data Layer) . اخيرا" برخی از توليدکنندگان سوييچ، مدلی را عرضه نموده اند که قادر به فعاليت در لايه سوم مدل OSI است . (Network Layer) . اين نوع سوئيچ ها دارای شباهت زيادی با روتر می باشند.
زمانيکه روتر يک بسته اطلاعاتی را دريافت می نمايد ، در لايه سوم بدنبال آدرس های مبداء و مقصد گشته تا مسير مربوط به بسته اطلاعاتی را مشخص نمايد. سوئيچ های استاندارد از آدرس های MACبه منظور مشخص کردن آدرس مبداء و مقصد استفاده می نمايند.( از طريق لايه دوم) مهمترين تفاوت بين يک روتر و يک سوئيچ لايه سوم ، استفاده سوئيچ های لايه سوم از سخت افزارهای بهينه به منظور ارسال داده با سرعت مطلوب نظير سوئيچ های لايه دوم است. نحوه تصميم گيری آنها در رابطه با مسيريابی بسته های اطلاعاتی مشابه روتر است . در يک محيط شبکه ای LAN، سوئيچ های لايه سوم معمولا" دارای سرعتی بيشتر از روتر می باشند. علت اين امر استفاده از سخت افزارهای سوئيچينگ در اين نوع سوئيچ ها است . اغلب سوئيچ های لايه سوم شرکت سيسکو، بمنزله روترهائی می باشند که بمراتب از روتر ها سريعتر بوده ( با توجه به استفاده از سخت افزارهای اختصاصی سوئيچينگ ) و دارای قيمت ارزانتری نسبت به روتر می باشند. نحوه Patternmatchingو cachingدر سوئيچ های لايه سوم مشابه يک روتر است . در هر دو دستگاه از يک پروتکل روتينگ و جدول روتينگ، به منظور مشخص نمودن بهترين مسير استفاده می گردد. سوئيچ های لايه سوم قادر به برنامه ريزی مجدد سخت افزار بصورت پويا و با استفاده از اطلاعات روتينگ لايه سوم می باشند و همين امر باعث سرعت بالای پردازش بسته های اطلاعاتی می گردد. سوئيچ های لايه سوم ، از اطلاعات دريافت شده توسط پروتکل روتينگ به منظور بهنگام سازی جداول مربوط به Cachingاستفاده می نمايند.
همانگونه که ملاحظه گرديد ، در طراحی سوئيچ های LANاز تکنولوژی های متفاوتی استفاده می گردد. نوع سوئيچ استفاده شده ، تاثير مستقيم بر سرعت و کيفيت يک شبکه را بدنبال خواهد داشت .

ارسال نظر

با تشکر، نظر شما پس از بررسی و تایید در سایت قرار خواهد گرفت.

متاسفانه در برقراری ارتباط خطایی رخ داده. لطفاً دوباره تلاش کنید.

مقالات مرتبط

تازه های مقالات

بیشترین بازدید هفته