سوئیچ های LAN چطور کار می کنند؟
اگر مقالاتی راجع به شبکه یا اینترنت خواند ه باشید، می دانید که یک شبکه شامل گرها ( کامپیوترها ) یک رسانه اتصال ( باسیم یا بی سیم) و تجهیزات اختصاصی شبکه نظیر مسیر یاب ها (Routers ) و هاب ها می گردد.
در مورد اینترنت تمام این بخش ها با هم کار می کنند تا به کامپیوترتان اجازه دهند که اطلاعات را به کامپیوتر دیگری که می تواند در طرف دیگر دنیا باشد بفرستد.
سوئیچ ها بخش بنیادی اغلب شبکه های می باشند. آنها ارسال اطلاعات روی یک شبکه برای چندین کاربر در آن واحد بدون پایین آوردن سرعت همدیگر را ممکن می سازند.درست شبیه روترها که اجازه می دهند شبکه های مختلف با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، سوئیچ ها اجازه می دهند گره های مختلف ( یک نقطه اتصال شبکه، نوعاً یک کامپیوتر ) از یک شبیکه مستقیماً با دیگری به طریقی مؤثر و خالی از اشکال ارتباط برقرار کنند.
انواع بسیار متفاوتی از سوئیچ ها وشبکه وجود دارد. سوئیچ هایی که یک اتصال مجزا برای هرگروه در شبکه داخلی یک شرکت فراهم می کنند، سوئیچ های LAN نامیده می شوند.
اساساً یک سوئیچ یکسری از شبکه های لحظه ای ایجاد می کند که شامل فقط دو وسیله در ارتباط با یکدیگر در آن لحظه خاص می باشند. د راین مقاله ما روی شبکه های اترنت( Ethernet ) که از سوئیچ های LAN استفاده می کنند متمرکز خواهیم شد.
شما خواهید آموخت که یک سوئیچ LAN چیست وچطور transparent bridging کار می کند، علاوه بر این در مورد VLAN ها، trunking و spanning خواهید آموخت.
مبانی شبکه
دراینجا بعضی از بخش های بنیادی شبکه را ملاحظه می نمائید:
شبکه( Netawork ): یک شبکه، گروهی از کامپیوترهای متصل بهم می باشد به طوری که اجازه تبادل اطلاعات مابین کامپیوترها را می دهد
گره( Node): هر چیزی که به شبکه متصل می گردد، یک گره می باشد در حالیکه گره نوعاً یک کامپیوتر است، می تواند چیزهایی شبیه یک چاپگر یا CD-ROM tower هم باشد.
قطعه ( segment ) هر بخش از شبکه که بوسیله سوئیچ، bridge یا router از بخش های دیگر شبکه مجزا گردد، یک قطعه می باشد.
ستون فقرات ( Backbone ): کابل کشی اصلی یک شبکه که تمام قطعات به آن متصل می گردد، ستون فقرات شبکه می باشد. نوعاً ستون فقرات قابلیت حمل اطلاعات بیشتری را از قطعات مجزا دارد. به عنوان مثال هر قطعه ممکن است نرخ انتقال (transfer rate )Mbps 10 داشته باشد، در حالیکه ستون فقرات ممکن است در Mbps 100 عمل کند.
توپولوژی: توپولوژی روشی است که هر گره بطور فیزیکی به شبکه متصل می گردد. توپولوژی های متداول عبارتند از:
BUS : هر گره به صورت زنجیروار( daisy - chained ) و متصل شده درست یکی بعد از دیگری در امتداد ستون فقرات شبیه به چراغ های کریسمس می باشد. اطلاعات فرستاده شده از یک گره در طول ستون فقرات حرکت می کند تا به گره مقصد برسد. هر انتهای شبکه bus باید جهت جلوگیری از پس جهیدن سیگنال فرستاده شده و به وسیله یک گره در شبکه هنگامیکه به انتهای کابل می رسد، با یک مقاومت ختم شود.
حلقوی( ring ) : مشابه با شبکه bus، شبکه های ring هم دارای گره های زنجیروار هستند. با این تفاوت که انتهای شبکه به سمت اولین گره بر میگردد و یک مدار کامل را تشکیل می دهد. دریک شبکه حلقوی هر گره ارسال و دریافت اطلاعات را بوسیله یک علامت ( token ) انجام می دهد. token همراه با هر گونه اطلاعات از اولین گره به دومین گره فرستاده می شود که اطلاعات آدرس شده به آن گره استخراج و هر اطلاعاتی را که می خواهد بفرستد به آن اضافه می کند.سپس دومین گره token و اطلاعات را به سومین گره پاس می دهد و همین طور تا دوباره به اولین گره برگردد. فقط گره با token مجاز به ارسال اطلاعات می باشد. تمام گره های دریگر باید صبر کنند تا token به آنها برسد.
ستاره ای (Star ): در یک شبکه ستاره ای هر گره به یک دستگاه مرگزی به نام Hub متصل می شود. هاب سیگنالی را که از هر گره می آید می گیرد و آن را به تمام گره های دیگر شبکه می فرستد. یک هاب هیچ نوع فیلترینگ و مسیر یابی( routing ) اطلاعات را انجام نمی دهد. هاب فقط یک نقطه اتصال است که تمام گره های مختلف را به هم وصل می کند.
توپولوژی شبکه Star
Star bus : متداول ترین توپولوژی شبکه مورد استفاده امروزی یعنی star bus اصول توپولوژی های star و bus را برای ایجاد یک محیط شبکه همه منظوره ترکیب می کند. گره ها در نواخی خاص به هاب ها ( برای ایجاد star ) متصل می شوند و هاب ها در امتداد ستون فقرات شبکه ( شبیه به یک شبکه bus ) بهم متصل می گردند. اغلب اوقات همچنانکه در مثال زیر دیده می شود ستاره ها در ستاره ها به شکل تودرتو هستند:
شبکه محلی ( Local Area Network-LAN ): یک LAN شبکه ای از کامپیوترهایی است که در مکان فیزیکی عمومی یکسان، معمولاً در یک ساختمان یا یک فضای باز واقع شده اند. اگر کامپیوترها بسیار پراکنده و دور از هم ( در میان شهر یا در شهرهای مختلف ) باشند، در آن صورت نوعاً یک شبکه گسترده ( Wide Area Network-WAN ) مورد استفاده قرار می گیرد.
( NIC ) Network Interface Card : هر کامپیوتر ( اغلب دستگاه های دیگر)از طریق یک NIC به شبکه متصل می گردد. در اغلب کامپیوترهای رومیزی NIC یک کارت اترنت ( 10یا 100 Mbps ) است که داخل یکی از شکاف های مادر برد کامپیوتر قرار می گیرد.
Media Access Control (MAC) address : آدرس فیزیکی هر دستگاه در شبکه می باشد ( مثل آدرس NIC در یک کامپیوتر). آدرس MAC دو قسمت دارد که طول هر کدام 3 بایت است. اولین 3 بایت معرف شرکت سازنده NIC می باشد دومین 3 بایت شماره سریال NIC است.
Unicast : انتقال از یک گره یک بسته ( packet ) را به آدرس یک گروه خاص می فرستد. دستگاه های ذی نفع در این گروه بسته های آدرس شده به گروه را دریافت می کنند. مثالی از این مورد می تواند یک روتر Cisco باشد که یک update را به تمام روترهای دیگر Cisco می فرستد.
Broadcast: در یک broadcast، یک گره بسته را به قصد ارسال به تمام گره های دیگر شبکه می فرستد
اضافه کردن سوئیچ ها
در ابتدایی ترین نوع شبکه ای که امروزه یافت می شود گره ها بسادگی با استفاده از هاب ها بهم وصل می شوند. همچنانکه شبکه رشد می کند، بعضی از مشکلات بالقوه در این پیکر بندی به وجود می آید:
مقیاس پذیری ( Scalability ): در یک شبکه هاب، پهنای باند مشترک محدود، قابلیت شبکه برای توسعه شبکه بدون فدا کردن کارائی را مشکل می سازد. امروزه برنامه های کاربردی به پهنای باندی بیش از پیش احتیاج دارند. در اغلب موارد کل شبکه باید در فواصل معین جهت آماده سازی برای رشد طراحی مجدد گردد.
مدت رکود ( Latency): مدت زمانی است که گرفته می شود تا یک بسته به مقصدش برسد. چون در یک شبکه متنی بر هاب هر گره باید منتظر فرصت ارسال به منظور اجتناب از برخورد ها ( Collisisons ) بماند، مدت رکود می تواند همچنانکه گره های بیشتری در شبکه اضافه می کنید، افزایش یابد. یا اگر کسی در حال ارسال یک فایل بزرگ در شبکه باشد، همه گره های دیگر مجبور به انتظار برای یک فرصت جهت ارسال بسته هایشان خواهند بود. شما احتمالاً قبلاً این حالت را در عمل دیده اید- سعی می کنید به یک سرور یا اینترنت دسترسی پیدا کنید، اما ناگهان همه چیز کند می شود تا به حالت خزیدن برسد.
خرابی شبکه ( Network failur ): در یک شبکه ، یک دستگاه در یک هاب می تواند سبب بروز مشکلاتی برای دیگر دستگاه های متصل به هاب به علت تنظیمات سرعت غلط ( Mbps 100 روی یک هاب Mbps 10 ) و یا broadcast بیش از اندازه گردد. سوئیچ ها می توانند جهت محدود کردن میزان broadcast پیکر بندی شوند.
برخوردها ( Collisions ) : اترنت از فرآیندی به نام CSMA/CD ( دسترس چند گانه حس کردن حامل با کشف برخورد - ) Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection ) جهت ارتباط در شبکه استفاده می کند. تحت CSMA/CD یک گره اقدام به ارسال بسته به بیرون نخواهد کرد مگر اینکه شبکه عاری از ترافیک باشد. اگر دو گره همزمان بسته هایی را بیرون بفرستند، یک برخورد رخ می دهد و بسته ها گم می شوند. سپس هر دو گره یک مقدار زمان تصادفی را صبر نموده دوباره اقدام به ارسال بسته ها می نمایند. هر قسمتی از شبکه که امکان آن وجود دارد که بسته ها از دو یا تعداد بیشتری گره با یکدیگر تداخل کنند به عنوان قسمتی از همان دامنه برخورد د نظر گرفته می شود. یک شبکه با تعداد زیادی گره روی یک قطعه یکسان غالباً تعداد زیادی برخورد و بنابراین دامنه برخورد بزرگی خواهد داشت. در حالیکه هاب ها روشی آسان را برای افزایش و کاهش مسافتی که بسته ها برای رسیدن از یک گره به گره دیگر باید بپیمایند فراهم می کنند، شبکه را عملاً به قطعات مجزا تفکیک نمی کنند. اینجاست که سوئیچ ها وارد می شوند.