سخت افزارسوئیچینگشبکهمیم تک 2

سوئیچ شبکه : آشنایی و انواع روش های سوئیچینگ

سوئیچ شبکه : آشنایی و انواع روش های سوئیچینگ
switch

آشنایی با Switch ها و انواع روش های Switching

 

سوئیچ ها معمولا در لایه ۲ مدل OSI یعنی لایه Data Link، قرار دارند ولی در مواردی هم سوئیچ های به خصوصی هستند که در لایه ۳ مدل OSI یا همان Network قرار می گیرند که در اصطلاح به آنها، سوئیچ های لایه ۳ می گویند و در عمل هم نقش یک سوئیچ شبکه و هم نقش یک روتر را دارند.
شایان ذکر است که سوئیچ های لایه ۳ بسیار پیشرفته تر و گران تر از سوئیچ های لایه ۲ هستند.

Application – Layer 7
Persentation – Layer 6
Session – Layer 5
Transport – Layer 4
Network – Layer 3
Data Link – Layer 2
Physical – Layer 1

سوئیچ ها در شبکه وظایف مختلفی را بر عهده دارند اما دو مورد از آن ها بسیار مهم تر و اساسی تر از بقیه هستند که اولین وظیفه اتصال دستگاه ها و اجزای مختلف شبکه به یکدیگر و انتقال و ارسال اطلاعات بین آنها می باشد و وظیفه دیگر آنها از حل مشکل تصادم (Collision) در شبکه می باشد.

ابتدا نقش اول انها، یعنی اتصال اجزای مختلف شبکه به یکدیگر، را مورد برسی قرار می دهیم:

نحوه عملکرد سوئیچ شبکه به نحوی است که اطلاعات را از هر وسیله ای که به سوئیچ توسط کابل به آن متصل است، به دستگاه موجود در نقطه ای دیگر که آن هم به سوئیچ متصل است ارسال می کند که البته این کار دارای پیچیدگی های خاص خود نیز هست.
اگر به طور خلاصه به آن بپردازیم، شیوه کار به این شکل است که سوئیچ ها با پردازش بسته ها و خواندن آدرس MAC فرستنده ی بسته ها و ثبت درگاه های ورودی (Port)، آن ها را به دستگاه مورد نظر ارسال می کنند.
سوئیچ ها با اسفاده از این اطلاعات، جدولی را تنظیم می کنند که برای ارسال بسته ها از آن استفاده می شود.

شبکه های بزرگ که دارای چندین سوئیچ شبکه هستند، سوئیچ ها این قابلیت را دارند که این جدول را با یک دیگر به اشتراک بگذارند تا هر سوئیچ بداند که چه دستگاهی به چه سوئیچی متصل است. (در بخش Switching به طور کامل به نحوه ارسال اطلاعات خواهیم پرداخت.)
همچنین دستگاه هایی از قبیل روترها، کامپیوترها، چاپگرهای تحت شبکه، دوربین های مدار بسته و دیگر دستگاه ها را می توان به شبکه متصل نمود.

و اما دومین وظیفه مهم سوئیچ ها، از بین بردن تصادم در شبکه می باشد.

تصادم یا برخورد در شبکه زمانی ایجاد می شود که دو دستگاه به صورت همزمان اقدام به ارسال اطلاعات نمایند. سوئیچ ها بر خلاف بریج ها، که تنها از Half-Duplex برای ارتباط استفاده می کنند از Full-Duplex نیز برای ارتباط بهره می برند.

در ارتباط Half-Duplex دستگاه ها قادر به ارسال همزمان اطلاعات نیستند اما در نوع دوم، یعنی ارتباط Full-Duplex، مشکل ایجاد تصادم در شبکه حل شده است و دستگاه ها می توانند به صورت همزمان اقدام به ارسال اطلاعات نمایند که این قابلیت به لطف یک جفت سیم است که یکی برای ارسال و دیگری برای دریافت اطلاعات در این نوع ارتباط استفاده می شود؛ البته این هم در شرایطی است که تنها دو دستگاه مرتبط وجود داشته باشند. مانند ارتباط یک کامپیوتر با یک سوئیچ که به آن، ارتباط Point-To-Point می گویند.

حال سوال اینجاست که چگونه سوئیچ ها مشکل تصادم در شبکه های بزرگتر را با چند ارتباط حل می کنند؟
در Ethernet تمامی دستگاه ها به صورت Logical به یک قطعه سیم وصل بوده و بنابراین امکان بروز تصادم در شبکه وجود دارد. هرچه تعداد بیشتری از دستگاه ها توسط یک قطعه سیم به یکدیگر وصل شوند امکان بروز تصادم در شبکه بالاتر خواهد رفت.
یکی از راه های ممکن، تقسیم شبکه به Subnet های کوچکتر و اختصاص دستگاه های کمتر به هر subnet است که این کار توسط سوئیچ انجام می شود. برای متصل کردن دستگاه های موجود در هر segment به یکدیگر از یک سوئیچ استفاده می شود و به این طریق عملا مشکل تصادم در شبکه حل خواهد شد زیرا تصادم نمی تواند بین دو دستگاهی که با پورت مختلف به یک سوئیچ متصل اند به وقوع بپیوندد.

اما سوئیچ ها در یک شبکه علاوه بر این دو وظیفه ، کارهای دیگری را نیز انجام می دهند مانند : کنترل پهنای باند، نظارت و مدیریت بر عملکرد کاربران شبکه و از قبیل کارها…
در هر شبکه بنا به نیاز و بزرگی آن می توان از یک تا چند سوئیچ استفاده نمود.
البته باید این را هم در نظر گرفت که از سوئیچ ها فقط می توان در شبکه های کابلی استفاده نمود.
شرکت سیسکو (Cisco) یکی از بزرگترین و مشهورترین شرکت های تولیدکننده اجزای شبکه در دنیاست که سوئیچ های مختلفی را طراحی و تولید نموده است که برخی برای لایه ۲ و برخی نیز برای لایه ۳ شبکه استفاده می شوند.

Castalyst Switch / 2960

سوئیچینگ (Switching):

به عمل دریافت فریم ها (بسته ها)، پردازش و ارسال آنها به مقاصد خود، switching گفته می شود. سوئیچ ها عمل سوئیچینگ خود را با استفاده از سخت افزار مخصوصی به نام Asic انجام می دهند. در واقع Asic ها پردازنده هایی هستند که برای همین کار طراحی شده اند.
در سوئیچ ها عمل سوئیچینگ به روش های مختلفی صورت می گیرد که عبارتند از:

  1. Store – and- forward
  2. Cut – through
  3. Fragment – free

روش اول: Store – and – forward

در این روش فریم ها (بسته های) ارسالی از هر طرف، فرستنده را سوئیچ کرده و در بافر خود نگه داشته و قبل از پردازش، اولین کاری که انجام می دهند برسی کد Crc فریم است.
اگر کد Crc با کد موجود در بافر سوئیچ همخوانی داشت و یا به عبارتی دیگر Crc فریم دارای خطایی نبود آن را به سمت دستگاه گیرنده ارسال می کند و اگر Crc دارای مشکل بود آن فریم را به عنوان یک بسته اشتباه از بین خواهد برد.

(کد Crc برای تشخیص تغیرات تصادفی بر روی داده ها و ثبت آنها طراحی شده است.)

روش دوم: Cut – through

روش دیگری که سوئیچ ها برای عمل switching علاوه بر روش Store – and – forward انجام می دهند، روش Cut –through  است.
در این روش برخلاف روش قبل که دستگاه همه ی فریم را مورد بررسی قرار می داد، فقط قسمت های اولیه فریم که شامل آدرس Mac گیرنده می شود مورد بررسی قرار می گیرد و چک می شود سپس فریم به مقصد خود ارسال می شود.
این روش نسبت به روش قبل دارای سرعت بسیار بالاتری است زیرا تنها قسمت های اولیه فریم را چک میکند ولی دارای خطای بشتری نیز می باشد، زیرا کد Crc موجود در فریم را چک نمی کند به سبب این که Crc ها در انتهای هر فریم می باشند ولی روش Cut – through تنها اول فریم را مورد بررسی قرار می دهد.
اما امروزه با پیشرفت دستگاه ها و اضافه نمودن امکانات ، تا حد زیادی این مشکل از بین رفته و کمتر شده است.

روش سوم: Fragment – free      

حالت پیش فرض دستگاه 1900 همین روش می باشد. در این روش دستگاه ادرس Mac گیرنده و یا ادرس Mac  فرستنده را بر خلاف روش قبلی ذخیره و یا مورد بررسی قرار نمی دهد؛ بلکه در اینجا تنها 64 بایت از اول فریم مورد ارزیابی قرار می گیرد و فریم هایی که کمتر از 64 بایت باشند را از بین می برد و اگر خطایی در این 64 بایت مشاهده نشود آن را به سمت دستگاه گیرنده ارسال خواهد کرد.
نکته قابل ذکر در این روش این است که اندازه فریم Ethernet حداقل 64 بایت است که به همین دلیل این روش، بهترین راه برای عمل switching است.
هدف از استفاده این روش، کاهش فریم هایی است که کمتر از 64 بایت دارند که منجر به افزایش سرعت در سوئیچینگ می شود.<%2