 استفاده از سوئیچ در شبکه*ها | |
نوع دیگری از ابزارهای ارتباطی لایه پیوند ـ داده وجود دارد که سوئیچ نامیده می*شود و امروزه در شبکه*های مدرن جای پل را گرفته است. حتی در بسیاری از موارد از این وسیله جای مسیریاب*ها هم استفاده می*شود. سوئیچ*ها از نظر ظاهری مشابه هاب*ها هستند. اما تفاوت بین آنها در این است که بسته*های ورودی را بر خلاف هاب*ها که به همه پورت*های خود منتقل می*کنند، فقط به پورتی که می*تواند به سیستم مقصد منتهی شود می*فرستند. سوئیچ*ها به دلیل اینکه داده*ها را فقط به یک پورت منتقل می*کنند، در واقع شبکه محلی را از یک رسانه مشترک به یک رسانه اختصاصی تبدیل می*کند. اگر در شبکه شما به جای هاب از یک سوئیچ استفاده شده باشد (به این سوئیچ*ها گاهی سوئیچینگ* هاب گفته می*شود) هر بسته مسیر اختصاصی را از کامپیوتر به وجود می*آورد. سوئیچ*ها پیغام*های پخش همگانی را بر خلاف پیغام*های چند پخش و تک پخش، به همه پورت*های خود می*فرستند در شبکه*ای که از سوئیچ استفاده شده است، هر کامپیوتر فقط و فقط بسته*های تولید شده به مقصد خود را دریافت می*کند و در حین انتقال*های تک پخش هیچ برخوردی صورت نمی*گیرد. از جمله مزیت*های دیگر استفاده از سوئیچ در شبکه*ها اینست که هر زوج از کامپیوترها در تبادل اطلاعات با همدیگر از پهنای باند کامل شبکه برخوردار می*باشند. برای روشن*تر شدن موضوع یک شبکه اترنت استاندارد متشکل از ۲۰ کامپیوتر را در نظر بگیرید. اگر در این شبکه برای متصل کردن کامپیوترها از هاب استفاده شود، پهنای باند کل شبکه که در این نمونه 10Mbps می*باشد بین همه کامپیوترها به اشتراک گذاشته می*شود. اما اگر جای هاب با یک سوئیچ عوض شود هر زوج از کامپیوترهای دارای پهنای باند 10Mbps مختص خود می*شوند. در این حالت بازدهی کلی شبکه به طرز قابل توجهی بالا می*رود. علاوه بر این بعضی از سوئیچ*ها می*توانند در مد دو طرفه (full-duplex) کار کنند. در این صورت هر دو کامپیوتر متصل به سوئیچ می*توانند همزمان هم اطلاعات دریافت کنند و هم اطلاعات بفرستند. کار در مد دو طرفه توان عملیاتی یک شبکه 10Mbps را دو برابر می*کند (یعنی 20Mbps).
کاربرد سوئیچ*ها
از سوئیچ*ها معمولا در شبکه*های کوچکی که فقط دارای یک هاب می*باشند، استفاده نمی*شود، بلکه در شبکه*های بزرگ*تر به جای پل و مسیریاب به کار می*روند. اگر در یک شبکه تجاری بزرگ متشکل از یک بک*بون و تعدادی سگمنت، به جای مسیریاب*های موجود در شبکه، سوئیچ بگذارید تغییر اساسی در بازدهی شبکه به وجود می*آید. اگر در این شبکه از مسیریاب استفاده شود، بک*بون باید ترافیک تولید شده توسط همه سگمنت*ها را حمل کند، در نتیجه حتی اگر از رسانه*ای سریع*تر از رسانه* سگمنت*ها استفاده کند، ترافیک بالایی خواهد داشت. اما اگر در همین شبکه به جای مسیریاب از تعدادی سوئیچ استفاده شود که همگی مانند شکل ۳.۵ به نوبه خود به سوئیچ سریع بک*بون متصل شده*اند، هر یک از کامپیوترها می*توانند یک کانال اختصاصی بین خود و یک کامپیوتر دیگر باز کند گرچه این کانال ممکن است از چندین سوئیچ بگذرد. در یک شبکه پیچیده راه*های متفاوتی برای استفاده از یک سوئیچ وجود دارد؛ در واقع مجبور نیستند که یکباره همه هاب*ها و مسیریاب*ها را با سوئیچ جایگزین کنید. به عنوان مثال می*توانید همه هاب*های شبکه را به جای چند مسیریاب به یک سوئیچ چند پورت متصل کنید. به این صورت کارایی ترافیک بین شبکه*ای بالا می*رود. از طرف دیگر اگر در شبکه شما ترافیک داخل شبکه*های محلی از ترافیک بین آنها بالاتر است می*توانید بدون دست زدن به شبکه بک*بون، هاب*های متصل*کننده کامپیوترهای داخل هر شبکه محلی را با یک سوئیچ عوض کنید، تا کامپیوترهای داخل شبکه محلی از پهنای باند بالاتری برخوردار شوند (در واقع به این صورت پهنای باند بین آنها اختصاصی است و به اشتراک گذاشته نمی*شود). مسئله*ای که در یک شبکه بزرگ در نتیجه تعویض همه مسیریاب*ها با سوئیچ به وجود می*آید اینست که به جای چند دامنه بخش کوچک، یک دامنه پخش بسیار بزرگ به وجود می*آید. اما مسئله برخورد دیگر وجود ندارد چون تعداد برخوردها بسیار کم می*شود. معهذا، سوئیچ*ها همه پیغام*های پخشی را که توسط کامپیوترهای شبکه تولید می*شوند به بقیه کامپیوترهای دیگر می*فرستند و در نتیجه بدون هیچ فایده*ای تعداد زیادی بسته توسط کامپیوترها باید پردازش شود. برای رفع این مشکل چندین راه وجود دارد که به عنوان نمونه می*توان موارد زیر را در نظر گرفت: • LANهای مجازی (VLAN): با استفاده از VLAN می*توانید روی یک شبکه سوئیچ شده، تعدادی زیرشبکه (subnet) ایجاد کنید. شبکه فیزیکی هنوز سوئیچ شده باقی می*ماند، اما به این روش مدیران شبکه می*توانند آدرس سیستم*هایی که به یک زیرشبکه معینی تعلق دارند را مشخص کنند. این سیستم*ها می*توانند هر جایی در شبکه باشند چون زیرشبکه به طور مجازی پیاده می*شود و محدود به آرایش فیزیکی شبکه نمی*باشد. وقتی کامپیوتری که روی یک زیرشبکه خاص قرار دارد یک پیغام پخش می*فرستد، آن بسته فقط به کامپیوترهای موجود در آن زیرشبکه منتقل می*شود نه اینکه روی کل شبکه منتشر شود. ارتباط بین زیرشبکه*ها می*تواند به صورت مسیردهی یا سوئیچ شده باشد، اما ترافیک داخل یک VLAN سوئیچ می*شود. • سوئیچینگ لایه ۳: این روش بر مبنای مفهوم VLAN می*باشد با این تفاوت که مسیردهی مورد نیاز بین VLANها را به حداقل می*رساند. وقتی ارتباط بین سیستم*های موجود در VLANهای مجزا لازم است، یک مسیریاب مسیری را بین این دو سیستم برقرار می*کند و سپس سوئیچ*ها کنترل را به دست می*گیرند. به این صورت فقط زمانی که واقعا نیاز باشد، مسیردهی انجام می*شود
.
انواع سوئیچ*ها
سوئیچ*ها در دو نوع کلی وجود دارند: میانبر (cut-through) و ذخیره و انتقال (store-and-forward) یک سوئیچ میانبر، به محض اینکه بسته*ای را دریافت می*کند با خواندن آدرس مقصد از روی هدر پروتکل لایه پیوند ـ داده آن، بدون هیچ پردازش اضافی بی*درنگ بسته را به پورت مناسب منتقل می*کند و حتی برای اینکه بسته را کامل دریافت کند صبر نمی*کند. این نوع سوئیچ*ها از یک مکانیزم سخت*افزاری استفاده می*کنند که شامل شبکه*ای از مدارهای I/O می*باشد و اجازه می*دهد که داده*ها از هر پورتی وارد سوئیچ و از آن خارج شوند. به این ویژگی سوئیچینگ ماتریس یا سوئیچینگ شطرنج (crossbar switching) گفته می*شود. این نوع سوئیچ*ها نسبتا گران*قیمت هستند و تاخیری را که سوئیچ برای پردازش بسته*ها ایجاد می*کند به حداقل می*رساند. اما یک سوئیچ ذخیره و انتقال قبل از اینکه بسته*ای را منتقل کند صبر می*کند تا کل آن را دریافت کند. در این نوع سوئیچ*ها یا یک حافظه مشترک وجود دارد که اطلاعات ورودی از همه پورت*ها در آن ذخیره می*شود یا اینکه یک سوئیچ با معماری باس وجود دارد که در آن هر یک از پورت*ها توسط یک باس به بافرهای مجزایی متصل می*شوند. طی زمانی که بسته در بافرهای سوئیچ قرار دارند، سوئیچ می*تواند با انجام یک بررسی CRC، از صحت بسته مطمئن شود. از جمله کارهای دیگری که این نوع سوئیچ*ها انجام می*دهند بررسی مشکلات دیگری هستند که مختص پروتکل لایه پیوند ـ داده می*باشند و می*توانند باعث ایجاد فریم*های ناقص بشوند (به این فریم*ها runt و giant و به این وضعیت jabber گفته می*شود). این بررسی*ها طبیعتا باعث تاخیر بیشتر در روند انتقال بسته*ها می*شوند و به طور کلی کارهای اضافی که سوئیچ*های نوع ذخیره و انتقال انجام می*دهند باعث شده است که از سوئیچ*های میانبر بسیار گران*تر باشند.
__________________ یادت نره | 
