سوئیچ

سوئیچ شبکه، سخت افزاری بسیار کوچک است که قادر به متمرکزسازی ارتباطات صورت گرفته مابین چندین دستگاه و وسیله­‌ی ارتباطی در یک شبکه­‌ی LAN می باشد. سوئیچ برای اتصال دستگاه‌های مختلف از قبیل رایانه، مسیریاب، چاپگرهای تحت شبکه، دوربین‌های مدار بسته و … در شبکه‌های کابلی مورد استفاده واقع می‌شود.

سوئیچ در وجه ظاهری  همانند جعبه ایست متشکل از چندین درگاه اترنت که از این لحاظ شبیه هاب (Hub) می‌باشد، با وجود آنکه هر دو این‌ها وظیفه برقراری ارتباط بین دستگاه‌های مختلف را بر عهده دارند، تفاوت از آنجا آغاز می‌شود که هاب بسته‌های ارسالی از طرف یک دستگاه را به همه درگاه‌های خود ارسال می‌کند و کلیه دستگاه‌های دیگر علاوه بر دستگاه مقصد این بسته‌ها را دریافت می‌کنند در حالیکه در سوئیچ ارتباطی مستقیم بین درگاه دستگاه مبدأ با درگاه دستگاه مقصد برقرار شده و بسته‌ها مستقیما فقط برای آن ارسال می‌شود.

این خصوصیت از آنجا می‌آید که سوئیچ می‌تواند بسته‌ها را پردازش کند، در سوئیچ‌های معمولی که به سوئیچ لایه دوم معروفند این پردازش تا لایه دوم مدل OSI پیش می‌رود و نتیجه این پردازش جدولی است که در سوئیچ با خواندن آدرس سخت‌افزاری (MAC) فرستنده بسته و ثبت درگاه ورودی تشکیل می‌شود. سوئیچ با رجوع به این جدول عملیات آدرس دهی بسته‌ها در لایه دوم را انجام می‌دهد، بدین معنا که این جدول مشخص می‌کند بسته ورودی می‌بایست فقط برای کدام درگاه ارسال شود.

در شبکه‌های بزرگ Switchها جدول‌های خود را به اشتراک می‌گذارند تا هر کدام بدانند چه دستگاهی به کدام سوئیچ متصل است و با این کار ترافیک کمتری در شبکه ایجاد کنند. سوئیچ بطور معمول در لایه دوم مدل OSI کار می‌کند ولی سوئیچ هایی با قابلیت کارکرد در لایه‌های مختلف حتی لایه هفتم هم وجود دارد. پرکاربردترین سوئیچ در بین لایه‌های مختلف بجز لایه دوم می‌توان به سوئیچ لایه سه اشاره کرد که در بسیاری موارد جایگزین مناسبی برای روتر می‌باشند. از سوئیچ می‌توان در یک شبکه خانگی کوچک تا در شبکه‌های بزرگ با Backboneهای چند گیگابایتی استفاده کرد.

برخی مزیت‌ها و قابلیت‌های سوئیچ:

  • امکان برقراری ارتباط بین ده‌ها و گاهی صدها دستگاه را به‌طور مستقیم و هوشمند به ما می‌دهد
  • امکان برقرای ارتباط با سرعت بسیار بالا را فراهم می‌کند
  • امکان نظارت و مدیریت بر عملکرد کاربران را فراهم می‌کند
  • امکان کنترل پهنای باند مصرفی کاربران را فراهم می‌کند
  • امکان تفکیک شبکه به بخش‌های کوچکتر و مشخص کردن نحوه دسترسی افراد به قسمت‌های مختلف را فراهم می‌کند.

تفاوت سوئیچ با روتر چیست ؟

سوییچ‌ ها معمولا در لایه دوم (Data layer) مدل OSI فعالیت می‌نمایند.در لایه فوق امکان استفاده از آدرس‌های MAC ( آدرس های فیزیکی ) وجود دارد. روتر در لایه سوم (Network) مدل OSI فعالیت می‌نمایند. در لایه فوق از آدرس‌های IP ر IPX و یا Appeltalk استفاده می‌شود( آدرس های منطقی ). الگوریتم استفاده شده توسط سوییچ به منظور اتخاذ تصمیم در رابطه با مقصد یک بسته اطلاعاتی با الگوریتم استفاده شده توسط روتر ، متفاوت است .

یکی از موارد اختلاف الگوریتم های سوئیچ و هاب ، نحوه برخورد آنان با Broadcast است . مفهوم بسته‌های اطلاعاتی از نوع Broadcast در تمام شبکه‌ها مشابه می‌باشد.

در چنین مواردی، دستگاهی نیاز به ارسال اطلاعات داشته ولی نمی داند که اطلاعات را برای چه کسی می بایست ارسال نماید. به دلیل عدم آگاهی و دانش نسبت به هویت دریافت کننده اطلاعات، دستگاه موردنظر اقدام به ارسال اطلاعات بصورت broadcast می‌نماید. مثلا هر زمان که کامپیوتر جدید و یا یک دستگاه به شبکه وارد می‌شود، یک بسته اطلاعاتی از نوع Broadcast برای معرفی و حضور خود در شبکه ارسال می دارد. سایر گره ها قادر به افزودن کامپیوتر مورد نظر در لیست خود و برقراری ارتباط با آن خواهند بود. بنابراین بسته‌های اطلاعاتی از نوع Broadcast در مواردی که یک دستگاه نیاز به معرفی خود به سایر بخش‌های شبکه را داشته و یا نسبت به هویت دریافت کننده اطلاعات شناخت لازم وجود نداشته باشند، استفاده می‌گردند.

هاب و یا سوئیچ‌ها قادر به ارسال بسته‌ای اطلاعاتی از نوع Broadcast برای سایر سگمنت‌های موجود در حوزه Broadcast می‌باشند. روتر عملیات فوق را انجام نمی دهد. در صورتیکه آدرس یک دستگاه مشخص نگردد، روتر قادر به مسیریابی بسته اطلاعاتی مورد نظر نخواهد بود.ویژگی فوق در مواردی که قصد جداسازی شبکه ها از یکدیگر مد نظر باشد، بسیار ایده آل خواهد بود. ولی زمانیکه هدف مبادله اطلاعاتی بین بخش های متفاوت یک شبکه باشد، مطلوب به نظر نمی آید.

سوئیچ‌ها با هدف برخورد با مشکل فوق عرضه شده اند. سوئیچ‌های LAN بر اساس تکنولوژی packet-switching فعالیت می نمایند. سوئیچ یک ارتباط بین دو سگمنت ایجاد می نماید. بسته های اطلاعاتی اولیه در یک محل موقت ( بافر) ذخیره می گردند ، آدرس فیزیکی (MAC) موجود در هدر خوانده شده و در ادامه با لیستی از آدرس های موجود در جدول Lookup ( جستجو) مقایسه می گردد. در شبکه های LAN مبتنی بر اترنت ، هر فریم اترنت شامل یک بسته اطلاعاتی خاص است . بسته اطلاعاتی فوق شامل یک عنوان (هدر) خاص و شامل اطلاعات مربوط به آدرس فرستنده و گیرنده بسته اطلاعاتی است .

سوئیچ های مبتنی بر بسته‌های اطلاعاتی به منظور مسیریابی ترافیک موجود در شبکه از سه روش زیر استفاده می نمایند:

Cut-Through ، Store-and-forward ، Fragment-free

سوئیچ‌های Cut-through

بلافاصله پس از تشخیص بسته اطلاعاتی توسط سوییچ ، آدرس MAC خوانده می شود. پس از ذخیره سازی شش بایت اطلاعات که شامل آدرس می باشند ، بلافاصله عملیات ارسال بسته های اطلاعاتی به گره مقصد آغاز می گردد. ( همزمان با دریافت سایر بسته های اطلاعاتی توسط سوئیچ ) . با توجه به عدم وجود کنترل های لازم در صورت بروز خطاء در روش فوق ، سوئیچ های زیادی از روش فوق استفاده نمی نمایند.

سوئیچ‌های store-and-forward

تمام بسته اطلاعاتی را در بافر مربوطه ذخیره و عملیات مربوط به بررسی خطاء ( CRC) و سایر مسائل مربوطه را قبل از ارسال اطلاعات انجام خواهند داد. در صورتیکه بسته اطلاعاتی دارای خطاء باشد ، بسته اطلاعاتی دور انداخته خواهد شد.در غیراینصورت ، سوئیچ با استفاده از آدرس MAC ، بسته اطلاعاتی را برای گره مقصد ارسال می نماید. اغلب سوئیچ ها از ترکیب دو روش گفته شده استفاده می نمایند. در این نوع سوئیچ ها از روش cut-through استفاده شده و به محض بروز خطاء از روش store-and-forward استفاده می نمایند.

سوئیچ‌های Fragment-free

یکی دیگر از روش های مسیریابی ترافیک در سوئیچ ها که کمتر استفاده می گردد ، fragment-free است . روش فوق مشابه cut-through بوده با این تفاوت که قبل از ارسال بسته اطلاعاتی ۶۴ بایت آن ذخیره می گردد.

سوئیچ‌های LAN دارای مدل‌های متفاوت از نقطه نظر طراحی فیزیکی می‌باشند. سه مدل رایج در حال حاضر بشرح زیر می‌باشند:

Shared memory

 این نوع از سوییچ ها تمام بسته های اطلاعاتی اولیه در بافر مربوط به خود را ذخیره می نمایند. بافر فوق به صورت مشترک توسط تمام پورت‌های سوییچ ( اتصالات ورودی و خروجی ) استفاده می گردد. در ادامه اطلاعات مورد نظر به کمک پورت مربوطه برای گره مقصد ارسال خواهند شد.

Matrix

این نوع از سوئیچ ها دارای یک شبکه (تور) داخلی ماتریس مانند بوده که پورت های ورودی و خروجی همدیگر را قطع می نمایند. زمانیکه یک بسته اطلاعاتی بر روی پورت ورودی تشخیص داده شد ، آدرس MAC آن با جدول lookup مقایسه تا پورت مورد نظر خروجی آن مشخص گردد. در ادامه سوئیچ یک ارتباط را از طریق شبکه و در محلی که پورت‌ها همدیگر را قطع می‌کنند، برقرار می‌گردد.

Bus Architecture

در این نوع از سوئیچ ها به جای استفاده از یک شبکه ( تور) ، از یک مسیر انتقال داخلی ( Bus) استفاده و مسیر فوق با استفاده از TDMA توسط تمام پورت ها به اشتراک گذاشته می شود. سوئیچ های فوق برای هر یک از پورت ها دارای یک حافظه اختصاصی می باشند.

Transparent Bridging

اکثر سوئیچ های LAN مبتنی بر اترنت از سیستمی با نام transparent bridging برای ایجاد جداول آدرس lookup استفاده می نمایند. تکنولوژی فوق امکان یادگیری هر چیزی در رابطه با محل گره های موجود در شبکه، بدون حمایت مدیریت شبکه را فراهم می نماید. تکنولوژی فوق داری پنج بخش متفاوت است : Learning،Flooding،Filtering،Forwarding،Aging

نحوه عملکرد تکنولوژی فوق بشرح زیر است:

سوییچ به شبکه اضافه شده و تمام سگمنت‌ها به پورت‌های سوییچ متصل خواهند شد. گره A بر روی اولین سگمنت ( سگمنت A) ، اطلاعاتی را برای کامپیوتر دیگر ( گره B) در سگمنت دیگر ( سگمنت C) ارسال می دارد. سوییچ اولین بسته اطلاعاتی را از گره A دریافت می نماید. آدرس MAC آن خوانده شده و آن را در جدول Lookup سگمنت A ذخیره می نماید. بدین ترتیب سوییچ از نحوه یافتن گره A آگاهی پیدا کرده و اگر در آینده گره ای قصد ارسال اطلاعات برای گره A را داشته باشد، سوییچ در رابطه با آدرس آن مشکلی نخواهد داشت . فرآیند فوق را Learning می گویند.با توجه به اینکه سوییچ دانشی نسبت به محل گره B ندارد، یک بسته اطلاعاتی را برای تمام سگمنت های موجود در شبکه ( بجز سگمنت A که اخیرا یکی از گره‌های موجود در آن اقدام به ارسال اطلاعات نموده است).

فرآیند ارسال یک بسته اطلاعاتی توسط سوییچ، بمنظور یافتن یک گره خاص برای تمام سگمنت ها ، Flooding نامیده می شود.

گره B بسته اطلاعاتی را دریافت و یک بسته اطلاعاتی را بعنوان Acknowledgement برای گره A ارسال خواهد کرد.بسته اطلاعاتی ارسالی توسط گره B به سوییچ می رسد. در این زمان، سوییچ قادر به ذخیره کردن آدرس MAC گره B در جدول Lookup سگمنت C می باشد. با توجه به اینکه سوییچ از آدرس گره A آگاهی دارد ، بسته اطلاعاتی را مستقیما برای آن ارسال خواهد کرد. گره A در سگمنتی متفاوت نسبت به گره B قرار دارد ، بنابراین سوییچ می بایست به منظور ارسال بسته اطلاعاتی دو سگمنت را به یکدیگر متصل نمائید. فرآیند فوق Forwarding نامیده می شود.

در ادامه بسته اطلاعاتی بعدی از گره A به منظور ارسال برای گره B به سوییچ می رسد ، با توجه به اینکه سوییچ از آدرس گره B آگاهی دارد ، بسته اطلاعاتی فوق مستقیما برای گره B ارسال خواهد شد. گره C اطلاعاتی را از طریق سوییچ برای گره A ارسال می دارد. سوییچ آدرس MAC گره C را در جدول Lookup سگمنت A ذخیره می نماید ، سوییچ آدرس گره A را دانسته و مشخص می گردد که دو گره A و C در یک سگمنت قرار دارند. بنابراین نیازی به ارتباط سگمنت A با سگمنت دیگر به منظور ارسال اطلاعات گره C نخواهد بود.

بدین ترتیب سوییچ از حرکت بسته‌های اطلاعاتی بین گره‌های موجود در یک سگمنت ممانعت می نماید. فرآیند فوق را Filtering می گویند.

Learning و Flooding ادامه یافته و به موازات آن سوییچ، آدرس‌های MAC مربوط به گره‌ها را در جداول Lookup ذخیره می‌نماید. اکثر سوییچ‌ها دارای حافظه کافی به منظور ذخیره‌سازی جداول Lookup می‌باشند.به منظور بهینه سازی حافظه فوق، اطلاعات قدیمی‌تر از جداول فوق حذف تا فرآیند جستجو و یافتن آدرس‌ها در یک زمان معقول و سریعتر انجام پذیرد. بدین منظور سوییچ‌ها از روشی با نام aging استفاده می نمایند.

زمانیکه یک Entry برای یک گره در جدول Lookup اضافه می گردد ، به آن یک زمان خاص نسبت داده می شود. هر زمان که بسته ای اطلاعاتی از طریق یک گره دریافت می گردد ، زمان مورد نظر به هنگام می گردد. سوییچ دارای  یک تایمر قابل پیکربندی بوده که باعث می شود، Entry های موجود در جدول Lookup که مدت زمان خاصی از آنها استفاده نشده و یا به آنها مراجعه ای نشده است ، حذف گردند . با حذف Entry های غیرضروری، حافظه قابل استفاده برای سایر Entry ها بیشتر 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 ایده آل مبتنی بر سوییچ، هر گره دارای سگمنت اختصاصی مربوط بخود است. بدین ترتیب امکان تصادم حذف و نیازی به عملیات Filtering نخواهد بود.

با ما تماس بگیرید