تکنولوژی سوئيچ ها

تکنولوژی سوئيچ ها

سوئيچ ها دارای پتانسيل های لازم بمنظور 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 OSI فعاليت می نمايند. در لايه فوق از آدرس های IP ر IPX و يا Appeltalk استفاده می شود. ( آدرس ها ی منطقی ). الگوريتم استفاده شده توسط سوئيچ بمنظور 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 Broadcast است. مفهوم بسته های اطلاعاتی از نوع Broadcast در 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 broadcast می نمايد. مثلا" هر زمان که کامپيوتر جديد ويا يکدستگاه به شبکه وارد می شود ، يک بسته اطلاعاتی از نوع Broadcast برای 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 Broadcast در 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 Broadcast برای ساير سگمنت های موجود در حوزه Broadcast می باشند. روتر عمليات فوق را انجام نمی دهد. در صورتيکه 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 LAN بر اساس تکنولوژی packet-switching فعاليت 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 LAN مبتنی 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 بمنظور 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 صورتيکه 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-through استفاده شده و بمحض بروز خطاء از روش store-and-forward استفاده می نمايند.

يکی ديگر از روش های مسيريابی ترافيک در سوئيچ ها که کمتر استفاده می گردد ، fragment-free است . روش فوق مشابه cut-through بوده با اين تفاوت که قبل از ارسال بسته اطلاعاتی 64 بايت آن ذخيره می گردد.


سوئيچ های LAN دارای 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 MAC آن با جدول lookup مقايسه 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 LAN مبتنی بر اترنت از سيستم ی با نام transparent bridging برای ايجاد جداول آدرس lookup استفاده 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 A بر روی اولين سگمنت ( سگمنت A) ، اطلاعاتی را برای کامپيوتر ديگر ( گره B )در سگمنت ديگر ( سگمنتC) ارسال می دارد.
سوئيچ اولين بسته اطلاعاتی را از گره A دريافت می نمايد. آدرس MAC آن خوانده شده و آن را در جدول Lookup سگمنت A ذخيره می نمايد. بدين ترتيب سوئيچ از نحوه يافتن گره A آگاهی پيدا کرده و اگر در آينده گره ای قصد ارسال اطلاعات برای گره A را داشته باشد ، سوئيچ در رابطه با آدرس آن مشکلی نخواهد داشت . فرآيند فوق را Learning می گويند.
با توجه به اينکه سوئيچ دانشی نسبت به محل گره B ندارد ، يک بسته اطلاعاتی را برای تمام سگمنت های موجود در شبکه ( بجز سگمنت A که اخيرا" يکی از گره های موجود در آن اقدام به ارسال اطلاعات نموده است . ) فرآيند ارسال يک بسته اطلاعاتی توسط سوئيچ ، بمنظور يافتن يک گره خاص برای تمام سگمنت ها ، Flooding ناميده می شود.
گره B بسته اطلاعاتی را دريافت و يک بسته اطلاعاتی را بعنوان Acknowledgement برای گره A ارسال خواهد کرد.
بسته اطلاعاتی ارسالی توسط گره B به سوئيچ می رسد. در اين زمان ، سوئيچ قادر به ذخيره کردن آدرس MAC گره B در جدول Lookup سگمنت C می باشد. با توجه به اينکه سوئيچ از آدرس گره A آگاهی دارد ، بسته اطلاعاتی را مستقيما" برای آن ارسال خواهد کرد. گره A در سگمنتی متفاوت نسبت به گره B قرار دارد ، بنابراين سوئيج می بايست بمنظور ارسال بسته اطلاعاتی دو سگمنت را به يکديگر متصل نمائيد. فرآيند فوق Forwarding ناميده می شود.
در ادامه بسته اطلاعاتی بعدی از گره A بمنظور ارسال برای گره B به سوئيچ می رسد ، با توجه به اينکه سوئيج از آدرس گره B آگاهی دارد ، بسته اطلاعاتی فوق مستقيما" برای گره B ارسال خواهد شد.
گره C اطلاعاتی را از طريق سوئيچ برای گره A ارسال می دارد. سوئيچ آدرس MAC گره C را در جدول Lookup سگمنت A ذخيره می نمايد ، سوئيچ آدرس گره A را دانسته و مشخص می گردد که دو گره A و C در يک سگمنت قرار دارند. بنابراين نيازی به ارتباط سگمنت A با سگمنت ديگر بمنظور ارسال اطلاعات گره C نخواهد 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.
Learningو Flooding ادامه يافته و بموازات آن سوئيچ ، آدرس های MAC مربوط به گره ها را در جداول Lookup ذخيره می نمايد. اکثر سوئيچ ها دارای حافظه کافی بمنظور ذخيره سازی جداول Lookup می باشند. بمنظور 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 aging استفاده می نمايند. زمانيکه يک Entry برای 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، Entry های موجود در جدول Lookup که مدت زمان خاصی از آنها استفاده نشده و يا به آنها مراجعه ای نشده است ، حذف گردند . با حذف Entry های غيرضروری ، حافظه قابل استفاده برای ساير Entry ها بيشتر می گردد.

*در مثال فوق ، دو گره سگمنت A را به اشتراک گذاشته و سگمنت های A و D بصورت 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 Filtering نخواهد بود.

*فراوانی و آشفتگی انتشار در شبکه های با توپولوژی ستاره (Star) و يا ترکيب Bus و Star يکی از عناصر اصلی شبکه که می تواند باعث از کار افتادن شبکه گردد ، هاب و يا سوئيچ است .

0 پسندیدن