سوئیچ چیست و چگونه آن را پیکربندی کنیم. سوئیچ ها در شبکه های محلی مدرن مرکزی هستند

فناوری سوئیچینگ بخش اترنت توسط Kalpana در سال 1990 در پاسخ به نیاز روزافزون به افزایش پهنای باند سرورهای با کارایی بالا به بخش های ایستگاه کاری معرفی شد.

بلوک دیاگرام EtherSwitch پیشنهاد شده توسط Kalpana در شکل 2.18 نشان داده شده است.

برنج. 2.18 ساختار Kalpona EtherSwitch

هر یک از 8 پورت 10Base-T توسط یک پردازشگر بسته اترنت (EPP) ارائه می شود. علاوه بر این، سوئیچ دارای یک ماژول سیستمی است که کار تمام پردازنده های EPP را هماهنگ می کند. ماژول سیستم جدول آدرس کلی سوئیچ را حفظ می کند و مدیریت SNMP سوئیچ را فراهم می کند. برای انتقال فریم‌ها بین پورت‌ها، از پارچه سوئیچینگ استفاده می‌شود، مشابه آنچه در سوئیچ‌های تلفن یا رایانه‌های چند پردازنده‌ای یافت می‌شود، که چندین پردازنده را با ماژول‌های حافظه متعدد متصل می‌کند.

ماتریس سوئیچینگ بر اساس اصل سوئیچینگ کانال ها کار می کند. برای 8 پورت، ماتریس می تواند 8 کانال داخلی همزمان را در عملکرد پورت نیمه دوبلکس و 16 کانال در حالت دورو کامل، زمانی که فرستنده و گیرنده هر پورت مستقل از یکدیگر کار می کنند، ارائه دهد.

هنگامی که یک فریم به یک پورت می رسد، پردازنده EPP چند بایت اول فریم را برای خواندن آدرس مقصد بافر می کند. پس از دریافت آدرس مقصد، پردازنده بلافاصله تصمیم می گیرد بسته را منتقل کند، بدون اینکه منتظر بماند تا بایت های باقی مانده از فریم برسد. برای انجام این کار، او به حافظه پنهان جدول آدرس خود نگاه می کند و اگر آدرس مورد نیاز را در آنجا پیدا نکرد، به ماژول سیستم روی می آورد که در حالت چند وظیفه ای کار می کند و به موازات درخواست های تمام پردازنده های EPP را ارائه می دهد. ماژول سیستم جدول آدرس عمومی را اسکن می کند و ردیف یافت شده را به پردازنده برمی گرداند و آن را در حافظه پنهان خود برای استفاده بعدی بافر می کند.

پس از یافتن آدرس مقصد، پردازنده EPP می‌داند که در مرحله بعد با فریم ورودی چه کاری انجام دهد (در حین مشاهده جدول آدرس، پردازنده به بافر کردن بایت‌های فریم ورودی به پورت ادامه داد). اگر یک فریم نیاز به فیلتر داشته باشد، پردازنده به سادگی نوشتن بایت های فریم را در بافر متوقف می کند، بافر را شستشو می دهد و منتظر می ماند تا یک فریم جدید برسد.

اگر فریم نیاز به انتقال به پورت دیگری داشته باشد، پردازنده با فابریک سوئیچینگ تماس می گیرد و سعی می کند مسیری را در آن ایجاد کند که پورت آن را با پورتی که از طریق آن مسیر به آدرس مقصد می رود، متصل می کند. فابریک سوئیچینگ تنها زمانی می تواند این کار را انجام دهد که پورت مقصد در آن لحظه آزاد باشد، یعنی به پورت دیگری متصل نباشد.

اگر پورت مشغول باشد، مانند هر دستگاه سوئیچ مدار، ماتریس اتصال را قطع می کند. در این حالت فریم به طور کامل توسط پردازنده پورت ورودی بافر می شود و پس از آن پردازنده منتظر آزاد شدن درگاه خروجی و تشکیل مسیر مورد نظر توسط ماتریس سوئیچینگ می ماند.

پس از تنظیم مسیر صحیح، بایت های فریم بافر به آن ارسال می شود و توسط پردازنده پورت خروجی دریافت می شود. به محض اینکه پردازنده پایین دستی با استفاده از الگوریتم CSMA / CD به بخش اترنت متصل شده دسترسی پیدا کرد، بایت های فریم بلافاصله به شبکه منتقل می شوند. پردازنده پورت ورودی به طور دائم چند بایت از فریم دریافتی را در بافر خود ذخیره می کند که به آن اجازه می دهد به طور مستقل و ناهمزمان بایت های فریم را دریافت و ارسال کند.

با حالت آزاد درگاه خروجی در زمان دریافت فریم، تاخیر بین دریافت اولین بایت فریم توسط سوئیچ و ظاهر شدن همان بایت در خروجی پورت آدرس مقصد تنها 40 میکرو ثانیه بود. برای سوئیچ Kalpana که بسیار کمتر از تاخیر فریم در هنگام انتقال توسط پل بود.

روش توصیف شده برای انتقال یک فریم بدون بافر کامل آن، سوئیچینگ "در حال پرواز" یا "برش از طریق" نامیده می شود. این روش در واقع پردازش خط لوله یک قاب است، زمانی که چندین مرحله از انتقال آن تا حدی در زمان همپوشانی دارند.

1. دریافت اولین بایت های فریم توسط پردازنده پورت ورودی، از جمله دریافت بایت های آدرس مقصد.

2. یافتن آدرس مقصد در جدول آدرس سوئیچ (در حافظه نهان پردازنده یا در جدول عمومی ماژول سیستم).

3. کموتاسیون ماتریس.

4. دریافت بایت های باقی مانده از فریم توسط پردازنده پورت ورودی.

5. دریافت بایت های فریم (از جمله اولی) توسط پردازنده پورت خروجی از طریق ماتریس سوئیچینگ.

6. دستیابی به محیط توسط پردازنده پورت خروجی.

7. انتقال فریم بایت توسط پردازنده پورت خروجی به شبکه.

مراحل 2 و 3 را نمی توان در زمان ترکیب کرد، زیرا بدون دانستن تعداد پورت خروجی، عملیات سوئیچینگ ماتریس منطقی نیست.

با این حال، دلیل اصلی بهبود عملکرد شبکه هنگام استفاده از سوئیچ است موازیپردازش فریم های متعدد

این اثر در شکل 2.19 نشان داده شده است. شکل یک وضعیت ایده آل را از نظر بهبود عملکرد نشان می دهد، زمانی که چهار پورت از هشت پورت داده ها را با حداکثر سرعت 10 مگابیت بر ثانیه برای پروتکل اترنت انتقال می دهند و این داده ها را بدون درگیری به چهار پورت دیگر سوئیچ منتقل می کنند - جریان های داده بین گره های شبکه به گونه ای توزیع می شوند که هر پورت گیرنده فریم پورت خروجی خود را دارد. اگر سوئیچ بتواند ترافیک ورودی را حتی با حداکثر نرخ فریم های ورودی به پورت های ورودی پردازش کند، عملکرد کلی سوئیچ در مثال داده شده 4x10 = 40 Mbps خواهد بود و "هنگام تعمیم مثال برای N پورت، (N / 2) xl0 مگابیت در ثانیه خواهد بود.

شکل 2.19 انتقال قاب موازی توسط سوئیچ

استفاده گسترده از سوئیچ ها بدون شک با این واقعیت تسهیل شد که معرفی فناوری سوئیچینگ نیازی به جایگزینی تجهیزات نصب شده در شبکه ها - آداپتورهای شبکه، هاب ها، سیستم های کابلی نداشت.

از آنجایی که سوئیچ‌ها و پل‌ها برای پروتکل‌های لایه شبکه شفاف هستند، ظاهر آن‌ها در شبکه هیچ تأثیری بر روترهای شبکه، در صورت وجود، نداشت.

طراحی سوئیچ

از نظر ساختاری، سوئیچ ها به انواع زیر تقسیم می شوند:

Ø سوئیچ های مستقل با تعداد ثابت پورت.

Ø سوئیچ های مدولار مبتنی بر شاسی؛

Ø سوئیچ با تعداد ثابت پورت، انباشته.

سوئیچ نوع اول معمولا برای گروه های کاری کوچک طراحی می شود.

سوئیچ های مدولار مبتنی بر شاسی اغلب برای استفاده در ستون فقرات شبکه طراحی می شوند. بنابراین، آنها بر اساس نوعی طرح ترکیبی انجام می شوند، که در آن تعامل ماژول ها بر روی یک اتوبوس پرسرعت یا بر اساس حافظه مشترک سریع با حجم زیاد سازماندهی می شود. ماژول های چنین سوئیچ بر اساس فناوری "تبادل داغ" ساخته شده اند، یعنی بدون خاموش کردن سوئیچ، جایگزینی را در لحظه حذف می کنند، زیرا دستگاه ارتباطی مرکزی شبکه نباید در کار وقفه داشته باشد. . شاسی معمولاً برای همین منظور مجهز به منابع تغذیه اضافی، منابع تغذیه و فن های اضافی است.

از نقطه نظر فنی، سوئیچ های انباشته مورد توجه هستند. این دستگاه‌ها سوئیچ‌هایی هستند که می‌توانند به طور مستقل کار کنند، زیرا در یک کیس جداگانه ساخته شده‌اند، اما دارای رابط‌های ویژه‌ای هستند که به آنها اجازه می‌دهد تا در یک سیستم مشترک که به عنوان یک سوئیچ کار می‌کند ترکیب شوند. در این مورد، سوئیچ های فردی گفته می شود که یک پشته را تشکیل می دهند. ساختار دسته ای از سوئیچ ها که توسط پورت های ویژه پرسرعت متصل شده اند در شکل 2.20 نشان داده شده است.

شکل 2.20 مجموعه ای از سوئیچ های پرسرعت

ارسال کار خوب خود را در پایگاه دانش ساده است. از فرم زیر استفاده کنید

دانشجویان، دانشجویان تحصیلات تکمیلی، دانشمندان جوانی که از دانش پایه در تحصیل و کار خود استفاده می کنند از شما بسیار سپاسگزار خواهند بود.

اسناد مشابه

ایجاد شبکه های کامپیوتری با استفاده از تجهیزات شبکه و نرم افزارهای خاص. تعیین انواع شبکه های کامپیوتری. تکامل شبکه ها تفاوت بین شبکه های محلی و جهانی روند به سمت همگرایی شبکه های محلی و جهانی.

ارائه اضافه شده در 05/04/2012


روش های تعویض کامپیوتر طبقه بندی، ساختار، انواع و اصول ساخت شبکه های کامپیوتری محلی. انتخاب سیستم کابلی ویژگی های اینترنت و سایر شبکه های جهانی. شرح پروتکل های اصلی تبادل داده و ویژگی های آنها.

پایان نامه، اضافه شده در 1394/06/16


انتقال اطلاعات بین کامپیوترها تجزیه و تحلیل راه ها و ابزارهای تبادل اطلاعات. انواع و ساختار شبکه های محلی بررسی ترتیب اتصال کامپیوترها در شبکه و شکل ظاهری آن. کابل های انتقال اطلاعات پروتکل های شبکه و بسته

چکیده اضافه شده در 1393/12/22


مفهوم و ساختار شبکه های کامپیوتری، طبقه بندی و انواع آنها. فن آوری های مورد استفاده برای ساخت شبکه های محلی. امنیت شبکه های محلی سیمی شبکه های محلی بی سیم، ویژگی های مشخصه آنها و دستگاه های مورد استفاده.

مقاله ترم اضافه شده 01/01/2011


ویژگی ها، تفاوت ها، توپولوژی و عملکرد شبکه های کامپیوتری محلی. نرم افزار اطلاعات و شبکه های کامپیوتری پروتکل های اصلی انتقال داده، نصب و پیکربندی آنها. احراز هویت و مجوز؛ سیستم کربروس

مقاله ترم، اضافه شده در 2015/07/20


اطلاعات کلی در مورد شبکه های جهانی با سوئیچینگ بسته، ساخت و قابلیت های شبکه ها، اصل سوئیچینگ بسته با استفاده از فناوری مدار مجازی. ویژگی ها و قابلیت های سوئیچ های شبکه، پیوند داده و پروتکل های لایه شبکه.

مقاله ترم، اضافه شده در 2010/08/26


شبکه های کامپیوتری و طبقه بندی آنها سخت افزار شبکه کامپیوتری و توپولوژی شبکه محلی. فن آوری ها و پروتکل های شبکه های کامپیوتری آدرس دهی رایانه های موجود در شبکه و پروتکل های اصلی شبکه. مزایای استفاده از فناوری های شبکه

مقاله ترم، اضافه شده در 2012/04/22

آموزش:

ویرایش چهارم

مسکو، 2006

سوئیچ های شبکه D-Link

معرفی مروری کوتاه بر اصول شبکه سازی
طرح ...............................
چرخش الکترونیکی شبکه های محلی: از یک رسانه مشترک به سوئیچ ...
اجزای مدل کار اینترنتی سوئیچ شده................................................
به سوئیچ های شبکه محلی...
عملکرد سوئیچ های LAN..................................................
...................................
روش های سوئیچینگ...............................
فن آوری های سوئیچینگ و مدل OSI...........
اجرای فن آوری سوئیچ ها
سوئیچ های پارچه ای ...........................................
سوئیچ های حافظه مشترک.......
سوئیچ های اتوبوس معمولی...
طراحی سوئیچ......
تکنولوژی XStack™..............
پشته مجازی. فناوری مدیریت IP واحد .....................................
X ویژگی های مؤثر بر عملکرد سوئیچ ها ............................
نرخ فیلتراسیون و سرعت پیشروی......................................................
اندازه جدول آدرس.................
اندازه بافر قاب............
پ نرم افزار سوئیچ.....
ابزارها و نرم افزارهای مدیریت شبکه ...
O اصول کلی طراحی شبکه........................................................................................
مدل شبکه سلسله مراتبی سه سطحی..............................................................
سطح هسته ...................
سطح توزیع...................................................................................................
سطح دسترسی .............
محصولات جوهر D-L ..........
دسترسی به سوئیچ های لایه...........................................................................................
سوئیچ های لایه توزیع............................................................................
سوئیچ های هسته ای..................................................................................................
پیکربندی سوئیچ................................................................................................
درک سوئیچ های غیر کنترل شده، کنترل شده و قابل تنظیم ....................
پ اتصال به سوئیچ.....................................................................................................
پ اتصال به کنسول محلی سوئیچ.............................................................
ن پیکربندی سوئیچ اولیه..................................................................................
فراخوانی کمک با دستورات..............................................................................................
پیکربندی اصلی سوئیچ.............................................................................
اتصال به رابط وب مدیریت سوئیچ ..............................
عملکردهای سوئیچ اضافی..................................................
V شبکه های محلی مجازی VLAN ...................................... ......................................
انواع VLAN ...................................... ................................................ ................................
VLAN مبتنی بر پورت.........................................................................................................

سوئیچ های شبکه D-Link
VLAN مبتنی بر MAC ............................................ ................................................
VLAN مبتنی بر برچسب - استاندارد IEEE 802.1Q.........................................................
تعاریف IEEE 802.1Q..............................................................................................
ارسال بسته های VLAN 802.1Q..........................................................................
برچسب های IEEE 802.1Q VLAN ... ...................................... ........ ......
شناسه پورت VLAN ..................................... ................................................ ......................
برچسب خورده و بدون برچسب ................................................ ................................................ .............
فیلتر ترافیک ورودی.................................................................................
ایجاد VLAN با استفاده از دستورات CLI.......................................................................
VLAN نامتقارن............................................................................................................
مثال 1. پیکربندی VLAN های نامتقارن در یک
تعویض ................................................. ................................................ ......................
مثال 2. پیکربندی VLAN های نامتقارن روی دو مستقل
سوئیچ ها ...................................... ................................................ ......................
O اتصال پورت ها و ایجاد شبکه های پرسرعت ..............
ایجاد یک کانال انبوه با استفاده از دستورات CLI ................................
مثال 1. تجمیع پیوندهای ایستا ...................................... ......................
مثال 2. ایجاد گروهی از یک کانال تجمیع شده مطابق با
استاندارد IEEE 802.3ad................................................................................................
S PANNING T REE P ROTOCOL (IEEE 802.1 D) .......................................... ......................................
مفهوم حلقه ها ...................................... .................................................. ..................................
طوفان پخش.........................................................................................
کپی های متعدد از فریم ها.....................................................................................
حلقه های متعدد......................................................................................................
نمونه ای از عملیات STP ............................................ .................................................. .. ...............
پروتکل Rapid Spanning Tree (IEEE 802.1w)...............................................................
همگرایی IEEE 802.1w.................................................................................................
توالی پیشنهادات / توافقات..................................................
مکانیسم تغییر توپولوژی..................................................................................
سازگار با IEEE 802.1d / IEEE 802.1w..............................................................
حداکثر قطر خالص.......................................................................................
مقایسه STP 802.1d و RSTP 802.1w ..........................................
پیکربندی STP با استفاده از دستورات CLI.................................................
کیفیت خدمات (QOS) ............................................ ................................................ .............
پردازش فریم اولویت (IEEE 802.1р).....................................................
پیکربندی پردازش اولویت قاب با استفاده از CLI ...
کنترل پهنای باند......................................................................................
پیکربندی پهنای باند با استفاده از دستورات CLI .............
O محدودیت های دسترسی به شبکه....................................................................................................
جدول فیلترینگ امنیت پورت و سوئیچ................................................
پیکربندی امنیت پورت با استفاده از CLI.................................................................
با تجمع ترافیک.................................................................................................................
پیکربندی تقسیم بندی ترافیک با استفاده از CLI ...............................
P ROTOCOL IEEE 802.1 X ............................................ ................................................ ...............
نقش های دستگاه ...................................... ................................................ ......................
وضعیت پورت را تغییر دهید.....................................................................................
محدودیت های احراز هویت IEEE 802.1x.........................................................
پیکربندی IEEE 802.1x با استفاده از CLI................................................
یک لیست کنترل دسترسی (ACL) ................................................... ................................................ ..........
الگوریتم ایجاد نمایه دسترسی.........................................................................

سوئیچ های شبکه D-Link
ایجاد پروفایل های دسترسی (با استفاده از رابط وب) ...........
پیکربندی لیست‌های کنترل دسترسی (ACL) با استفاده از CLI ...................
نمونه هایی از پروفایل های دسترسی........................................................................................
آدرس های مک ارسال گروهی.................................................................................
اشتراک و خدمات گروهی..................................................................................
IGMP نسخه 1 ..................................................... ................................................ . ...........
IGMP نسخه 2 ..................................... ................................................ . ...........
پیکربندی IGMPsnooping با استفاده از CLI .........................................
منابع: ................................................ ................................................ ............................
ضمیمه A. دستور دستور....................................................................
ضمیمه B. واژه نامه..........................................................................................

سوئیچ های شبکه D-Link

معرفی مروری کوتاه بر اصول طراحی شبکه

تکامل شبکه های محلی: از رسانه مشترک به سوییچ

تا یک دهه پیش، توسعه‌دهندگان سخت‌افزار محدودی برای ایجاد شبکه‌های دانشگاهی داشتند. هاب ها در اتاق های سرور نصب می شدند و روترها در مراکز داده و ستون فقرات شبکه استفاده می شدند. افزایش قدرت پردازنده‌های ایستگاه کاری، ظهور برنامه‌های کاربردی چندرسانه‌ای و سرویس گیرنده-سرور، به پهنای باند بیشتری نسبت به شبکه‌های رسانه مشترک سنتی نیاز داشت. این الزامات طراحان را بر آن داشت تا هاب های نصب شده در محل های سیم کشی را با سوئیچ ها جایگزین کنند.

شکل 1 تکامل LAN

این استراتژی با ارائه پهنای باند اختصاصی برای هر کاربر، از سرمایه گذاری کابل کشی محافظت کرد و عملکرد شبکه را افزایش داد.

ایجاد فناوری هایی مانند سوئیچینگ لایه 3، VLAN و غیره، ساخت شبکه های دانشگاهی را پیچیده تر از همیشه کرده است.

اکثر طراحان شبکه شروع به ادغام دستگاه های سوئیچینگ در یک شبکه رسانه مشترک برای دستیابی به اهداف زیر کرده اند:

پهنای باند موجود برای هر کاربر شبکه را افزایش دهید و در عین حال از تراکم شبکه های پهنای باند مشترک را کاهش دهید.

ایجاد شبکه های محلی مجازی (VLAN) با سازماندهی کاربران به گروه های منطقی،

سوئیچ های شبکه D-Link

مستقل از توپولوژی فیزیکی به منظور کاهش هزینه جابجایی، افزودن و تغییر و افزایش انعطاف پذیری شبکه.

استقرار برنامه‌های چندرسانه‌ای جدید بر روی سوئیچ‌های پلتفرم‌ها و فناوری‌های مختلف، در دسترس قرار دادن آن‌ها برای کاربران مختلف.

ارائه مهاجرت آسان به فناوری های جدید پرسرعت مانند اترنت سریع، اترنت گیگابیتی.

در دهه 1990، شبکه‌های پردیس سنتی به‌عنوان یک شبکه محلی واحد ظهور کردند و تا زمانی که برای حفظ عملکردشان به بخش‌بندی نیاز بود، رشد کردند. تقسیم بندی امکان تقسیم کاربران شبکه را به چندین گروه (بخش) متناسب با موقعیت فیزیکی آنها فراهم کرد و تعداد مشتریانی را که برای پهنای باند رقابت می کنند در هر یک از آنها کاهش داد. بخش‌های شبکه محلی با استفاده از دستگاه‌های دروازه‌ای که ترافیک بین بخش را حمل می‌کردند و هر چیز دیگری را مسدود می‌کردند به هم متصل شدند.

سوئیچ های LAN با در نظر گرفتن این روند طراحی شده اند. آنها استفاده می کنند ریز قطعه بندی، که به شما امکان می دهد بخش های LAN خصوصی یا اختصاصی ایجاد کنید - یک ایستگاه کاری در هر بخش (نه یک بخش، بلکه فقط یک ایستگاه کاری به پورت سوئیچ متصل است). در همان زمان، هر ایستگاه کاری به یکباره به کل پهنای باند دسترسی پیدا می کند و مجبور نیست با ایستگاه های دیگر رقابت کند.

سوئیچ ها بخش های مختلف LAN را به هم متصل می کنند و مدیریت ترافیک هوشمند را انجام می دهند. علاوه بر این، سوئیچ ها معمولاً خدمات غیر مسدودی را ارائه می دهند که امکان انتقال همزمان جریان های داده از همه پورت های دستگاه را فراهم می کند.

فناوری سوئیچینگ به دلایل زیر به سرعت به راه حل ترجیحی برای افزایش انعطاف پذیری مدیریت ترافیک LAN تبدیل شد:

V برخلاف هاب ها و تکرارکننده ها، سوئیچ ها اجازه می دهند چندین جریان داده به طور همزمان منتقل شوند.

با تقسیم بندی میکرو، سوئیچ ها از نرخ انتقال بالا و توانایی ارائه پهنای باند اختصاصی برای برنامه های حساس به تأخیر پشتیبانی می کنند.

سوئیچ ها پهنای باند اختصاصی را در اختیار کاربران قرار می دهند.

اجزای مدل کار اینترنتی سوئیچ شده.

شبکه سوئیچ شده از اجزای اصلی زیر تشکیل شده است:

سوئیچ های LAN؛

نرم افزار سوئیچ؛

ابزارهای مدیریت شبکه

D-Link مجموعه کاملی از ابزارها را در اختیار طراحان شبکه قرار می دهد تا یک شبکه سوئیچ مقیاس پذیر و قابل اعتماد را بسازند و مدیریت کنند.

سوئیچ های شبکه D-Link

سوئیچ های LAN

اولین مؤلفه مدل کار اینترنتی سوییچ سوئیچ های LAN هستند.

عملکرد سوئیچ های LAN

سوئیچ ها دستگاه های پیوند داده ای هستند که به شما امکان می دهند چندین بخش فیزیکی LAN را به یک شبکه بزرگ متصل کنید. سوئیچینگ شبکه های محلی، تعامل دستگاه های شبکه را در یک خط اختصاصی بدون برخورد، با انتقال موازی چندین جریان داده، تضمین می کند.

سوئیچ های LAN فریم ها را بر اساس الگوریتم پل شفاف IEEE 802.1 پردازش می کنند که عمدتاً در شبکه های اترنت استفاده می شود. هنگام روشن شدن، سوئیچ شروع به بررسی محل ایستگاه های کاری تمام شبکه های متصل با تجزیه و تحلیل آدرس های MAC منابع فریم های ورودی می کند. به عنوان مثال، اگر فریمی از گره 1 به پورت 1 سوئیچ برسد، شماره پورتی را که این فریم روی آن آمده است را به خاطر می آورد و این اطلاعات را به آن اضافه می کند. میز سوئیچینگ(بانک اطلاعاتی ارسال). آدرس ها به صورت پویا یاد می گیرند. به این معنی که به محض خواندن یک آدرس جدید، بلافاصله وارد حافظه آدرس پذیر محتوا (CAM) می شود. هر بار که یک آدرس در جدول سوئیچینگ وارد می شود، یک مهر زمانی به آن اختصاص می یابد. این به شما امکان می دهد آدرس ها را برای مدت زمان مشخصی در جدول ذخیره کنید. هر بار که تماسی با این آدرس برقرار می شود، یک مهر زمانی جدید دریافت می کند. آدرس هایی که برای مدت طولانی با آنها تماس گرفته نشده است از جدول حذف می شوند.

شکل 2 ساخت جدول سوئیچینگ

سوئیچ های شبکه D-Link

سوئیچ از جدول سوئیچ برای هدایت ترافیک استفاده می کند. هنگامی که یک بسته داده به یکی از پورت های خود می رسد، اطلاعات مربوط به آدرس MAC گیرنده را از آن استخراج می کند و این آدرس MAC را در جدول سوئیچینگ خود جستجو می کند. اگر ورودی در جدول وجود داشته باشد که آدرس MAC گیرنده را با یکی از پورت های سوئیچ مرتبط کند، به جز پورتی که فریم را دریافت کرده است، فریم از طریق این پورت ارسال می شود. اگر چنین ارتباطی وجود نداشته باشد، فریم از طریق همه درگاه‌ها منتقل می‌شود، به جز پورتی که در آن وارد شده است. نامیده می شود گسترش بهمن (سیل).

پخش و چندپخشی نیز توسط سیل انجام می شود. این یکی از مشکلاتی است که استفاده از سوئیچ ها را محدود می کند. وجود سوئیچ ها در شبکه با حفظ شفافیت آن مانع از انتشار فریم های پخش در تمام بخش های شبکه نمی شود. اگر در نتیجه هر گونه خرابی نرم افزار یا سخت افزار، پروتکل لایه بالایی یا خود آداپتور شبکه به درستی کار نکند و به طور مداوم فریم های پخش را تولید کند، سوئیچ در این حالت فریم ها را به تمام بخش ها منتقل می کند و شبکه را با ترافیک اشتباه پر می کند. .

این وضعیت نامیده می شودپخش طوفان

سوئیچ ها به طور قابل اعتمادی ترافیک بین بخش را ایزوله می کنند، بنابراین ترافیک را در بخش های جداگانه کاهش می دهند. این فرآیند نامیده می شود فیلتر کردنو در مواردی انجام می شود که آدرس MAC مبدا و مقصد متعلق به یک سگمنت باشد. به طور معمول، فیلتر کردن پاسخگویی شبکه را همانطور که توسط کاربر درک می شود بهبود می بخشد.

عملکرد سوئیچ دوبلکس و نیمه دوبلکس

سوئیچ های LAN از دو حالت عملکرد پشتیبانی می کنند:

نیم دوبلکس و فول دوبلکس.

حالت نیمه دوبلکسحالتی است که در آن فقط یک دستگاه می تواند داده ها را در هر زمان معین در یک حوزه برخورد ارسال کند.

حالت دوبلکسحالتی از عملکرد است که انتقال همزمان دو طرفه داده را بین ایستگاه فرستنده و ایستگاه گیرنده در زیرلایه MAC فراهم می کند. هنگام کار در حالت دوطرفه کامل، مقدار اطلاعات منتقل شده بین دستگاه های شبکه افزایش می یابد. این به دلیل این واقعیت است که انتقال دوطرفه باعث برخورد در رسانه انتقال نمی شود، نیازی به برنامه ریزی ارسال مجدد و اضافه کردن بیت های پسوند به انتهای فریم های کوتاه ندارد. نتیجه نه تنها زمان در دسترس برای انتقال داده را افزایش می دهد، بلکه پهنای باند قابل استفاده کانال را نیز دو برابر می کند، زیرا هر کانال انتقال دو طرفه، همزمان و با نرخ کامل را ارائه می دهد.

1 یک Collision Domain بخشی از یک شبکه اترنت است که تمام گره های آن یک برخورد را تشخیص می دهند، صرف نظر از اینکه این برخورد در کجای شبکه رخ داده است.

2 عملکرد دوبلکس توسط سوئیچ ها و تقریباً تمام آداپتورهای مدرن پشتیبانی می شود. هاب ها از این حالت پشتیبانی نمی کنند.

سوئیچ های شبکه D-Link

کنترل جریان کامل دوبلکس IEEE 802.3x

عملیات دوطرفه کامل به عملکردهای اضافی مانند کنترل جریان نیاز دارد. این به میزبان دریافت کننده (به عنوان مثال، یک پورت در سوئیچ شبکه) اجازه می دهد تا به میزبان منبع (به عنوان مثال، یک سرور فایل) دستور دهد تا در صورت سرریز شدن، انتقال فریم ها را برای مدت کوتاهی متوقف کند. کنترل بین لایه های MAC با استفاده از یک قاب مکث انجام می شود که به طور خودکار توسط لایه MAC دریافت کننده تولید می شود. اگر سرریز قبل از انقضای دوره وقفه پاک شود، یک فریم مکث دوم با مقدار تایم اوت صفر برای ازسرگیری ارسال ارسال می شود (شکل 3 را ببینید).

شکل 3 دنباله کنترل جریان IEEE 802.3x

عملیات دوبلکس و کنترل جریان همراه آن، حالت های اختیاری برای تمام لایه های اترنت MAC بدون توجه به نرخ انتقال است. فریم‌های مکث به‌عنوان فریم‌های کنترل MAC با مقادیر فیلد طول/نوع فردی (رزرو شده) شناسایی می‌شوند. همچنین برای جلوگیری از ارسال فریم مکث ورودی به پروتکل های لایه بالایی یا سایر پورت های سوئیچ، یک مقدار آدرس مقصد رزرو شده به آنها اختصاص داده می شود.

روش های سوئیچینگ

در سوئیچ های LAN، روش های مختلفی برای انتقال فریم قابل پیاده سازی است.

برای سوئیچینگ ذخیره و ارسال -

سوئیچ کل فریم دریافتی را در یک بافر کپی می کند و آن را برای خطا بررسی می کند. اگر فریم دارای خطا باشد (جمع چک با هم مطابقت ندارد، یا فریم کمتر از 64 بایت یا بیشتر از 1518 بایت باشد)، از بین می رود. اگر فریم هیچ خطایی نداشته باشد، سوئیچ آدرس مقصد را در جدول سوئیچینگ خود پیدا کرده و رابط خروجی را تعیین می کند. سپس اگر فیلتری مشخص نشده باشد این فریم را به گیرنده ارسال می کند.

این روش انتقال با تاخیر همراه است - هرچه اندازه فریم بزرگتر باشد، دریافت آن و بررسی خطاها بیشتر طول می کشد.

سوئیچ های شبکه D-Link

سوئیچینگ بدون بافر (برش) - سوئیچ شبکه محلی فقط آدرس گیرنده (6 بایت اول پس از پیشوند) را در بافرهای داخلی کپی می کند و بلافاصله شروع به ارسال فریم بدون انتظار برای دریافت کامل می کند. این حالت تأخیر را کاهش می دهد، اما خطاها را بررسی نمی کند. دو شکل سوئیچینگ بدون بافر وجود دارد:

سوئیچینگ سریع به جلو - این شکل از سوئیچینگ تأخیر کمی را ارائه می دهد، زیرا فریم بلافاصله به محض خواندن آدرس مقصد شروع به ارسال می کند. فریم ارسال شده ممکن است دارای خطا باشد. در این صورت آداپتور شبکه ای که این فریم برای آن در نظر گرفته شده است، آن را دور می اندازد که باعث نیاز به ارسال مجدد این فریم می شود.

سوئیچینگ بدون قطعه -

سوئیچ فریم های برخورد را قبل از ارسال فیلتر می کند. در شبکه ای که به درستی کار می کند، در حین انتقال 64 بایت اول، برخورد می تواند رخ دهد. بنابراین تمامی فریم های بیش از 64 بایت معتبر در نظر گرفته می شوند. این روش سوئیچینگ منتظر می ماند تا فریم دریافتی از نظر برخورد بررسی شود و تنها پس از آن انتقال آن آغاز می شود. این روش سوئیچینگ تعداد بسته های ارسال شده با خطا را کاهش می دهد.

فن آوری های سوئیچینگ و مدل OSI

سوئیچ های LAN را می توان بر اساس لایه های مدل OSI که در آن فریم ها را انتقال، فیلتر و سوئیچ می کنند طبقه بندی کرد. بین سوئیچ های لایه 2، سوئیچ های لایه 3 و سوئیچ های لایه 3 تفاوت قائل شده است.

سوئیچ های لایه 2فریم های ورودی را تجزیه و تحلیل کنید، در مورد انتقال بیشتر آنها تصمیم بگیرید و آنها را بر اساس آدرس های MAC لایه پیوند مدل OSI به مقصد ارسال کنید. مزیت اصلی سوئیچ های لایه 2 شفافیت پروتکل های لایه بالایی است. از آنجایی که سوئیچ در لایه 2 کار می کند، نیازی به تجزیه اطلاعات لایه های بالایی مدل OSI ندارد.

سوئیچینگ لایه 2 سخت افزاری است. عملکرد بالایی دارد زیرا بسته دیتا دستخوش تغییر نمی شود. انتقال فریم در سوئیچ می تواند توسط یک کنترل کننده تخصصی به نام مدارهای مجتمع خاص برنامه (ASIC) انجام شود. این فناوری که برای سوئیچ ها طراحی شده است، سرعت سوئیچینگ بالا را با حداقل تأخیر ممکن می کند.

2 دلیل اصلی برای استفاده از سوئیچ های لایه 2 وجود دارد - تقسیم بندی شبکه و یکپارچه سازی گروه کاری. عملکرد بالای سوئیچ ها به طراحان شبکه اجازه می دهد تا تعداد گره ها را در یک بخش فیزیکی به میزان قابل توجهی کاهش دهند. تقسیم یک شبکه بزرگ به بخش های منطقی عملکرد شبکه را بهبود می بخشد (با کاهش مقدار داده های منتقل شده در بخش های جداگانه)، همچنین انعطاف پذیری در طراحی شبکه، افزایش درجه حفاظت از داده ها و ساده سازی مدیریت شبکه.

با وجود مزایای سوئیچینگ لایه 2، هنوز محدودیت هایی دارد. وجود سوئیچ ها در شبکه مانعی ندارد

یک سوئیچ مدیریت نشده برای ساخت یک شبکه خانگی یا اداری کوچک مناسب است. تفاوت آن با بقیه نسخه "جعبه" است. یعنی بعد از خرید کافی است یک اتصال به سرور ارائه دهنده راه اندازی کنید و بتوانید اینترنت را توزیع کنید.

هنگام کار با چنین سوئیچ، باید در نظر داشت که ممکن است تاخیرهای کوتاه مدت در هنگام استفاده از پیجرهای صوتی (Skype، Vo-IP) و عدم امکان توزیع پهنای باند اینترنت وجود داشته باشد. یعنی وقتی برنامه تورنت را روی یکی از کامپیوترهای شبکه روشن می کنید تقریبا کل پهنای باند را مصرف می کند و بقیه کامپیوترهای شبکه از بقیه پهنای باند استفاده می کنند.

سوئیچ مدیریت شده بهترین راه حل برای ایجاد شبکه در دفاتر و کلوپ های کامپیوتری است. این نما به صورت استاندارد و با تنظیمات استاندارد به فروش می رسد.

راه اندازی چنین سوئیچ کار زیادی را می طلبد - تعداد زیادی از تنظیمات می تواند سر شما را برگرداند، اما با رویکرد صحیح، می تواند نتایج شگفت انگیزی به همراه داشته باشد. ویژگی اصلی توزیع عرض کانال و تنظیم پهنای باند هر پورت است. بیایید به عنوان مثال یک کانال اینترنتی با سرعت 50 مگابیت در ثانیه، 5 کامپیوتر در شبکه، یک دستگاه IP-TV و ATC را در نظر بگیریم. ما می توانیم چندین گزینه را انجام دهیم، اما من فقط یکی را در نظر خواهم گرفت.

علاوه بر این - فقط تخیل و تفکر شما خارج از جعبه است. در مجموع یک کانال نسبتا بزرگ داریم. چرا نسبتا؟ اگر با دقت به اصل موضوع بپردازید، این اطلاعات را بیشتر خواهید آموخت. فراموش کردم توضیح دهم - من در حال ساخت شبکه ای برای یک دفتر کوچک هستم. IP-TV برای تلویزیون در اتاق انتظار، رایانه ها - برای کار با ایمیل، انتقال اسناد، مشاهده سایت، ATC - برای اتصال تلفن های ثابت به خط اصلی برای دریافت تماس از Skype، QIP، تلفن های همراه و غیره استفاده می شود. .

سوئیچ مدیریت شده اصلاحی از یک سوئیچ معمولی و مدیریت نشده است.

علاوه بر تراشه ASIC، دارای یک ریزپردازنده است که قادر به انجام عملیات اضافی بر روی فریم ها، مانند فیلتر کردن، اصلاح و اولویت بندی، و همچنین سایر اقدامات غیر مرتبط با ارسال فریم است. به عنوان مثال، یک رابط کاربری ارائه دهید.

از نظر عملی، تفاوت‌های بین سوئیچ‌های مدیریت‌شده و سوئیچ‌های مدیریت‌نشده، اولاً در فهرست استانداردهای پشتیبانی‌شده است - اگر یک سوئیچ معمولی و مدیریت‌نشده فقط از استاندارد اترنت (IEEE 802.3) در انواع مختلف آن پشتیبانی می‌کند، سوئیچ‌های مدیریت‌شده از استانداردهای بسیار گسترده‌تری پشتیبانی می‌کنند. لیست استانداردها: 802.1Q. 802.1X، 802.1AE، 802.3ad (802.1AX) و غیره که نیاز به پیکربندی و مدیریت دارند.

یک نوع دیگر وجود دارد - سوئیچ های SMART.

ظهور سوئیچ های هوشمند به دلیل یک حرکت بازاریابی بود - دستگاه ها عملکردهای بسیار کمتری را نسبت به همتایان قدیمی خود پشتیبانی می کنند، اما همچنان قابل مدیریت هستند.

به منظور سردرگمی و گمراه نکردن مصرف کنندگان، اولین مدل ها با نام هوشمند یا مدیریت وب تولید شدند.

این دستگاه‌ها عملکرد اصلی سوئیچ‌های مدیریت‌شده را با هزینه‌ی قابل‌توجهی پایین‌تر ارائه می‌کنند - سازماندهی VLAN، فعال/غیرفعال کردن پورت مدیریت، فیلتر آدرس MAC، یا محدود کردن نرخ. به طور سنتی، تنها روش مدیریت رابط وب بوده است، بنابراین نام web-emanaged به طور محکم در سوئیچ های هوشمند جا افتاده است.

سوئیچ یک جدول سوئیچینگ را در حافظه تداعی خود ذخیره می کند که نشان دهنده مطابقت آدرس MAC میزبان با پورت سوئیچ است. هنگامی که سوئیچ روشن می شود، این جدول خالی است و در حالت یادگیری شروع به کار می کند. در این حالت، داده های وارد شده به یک پورت به تمام پورت های دیگر روی سوئیچ منتقل می شود. در این حالت سوئیچ فریم ها را تجزیه و تحلیل می کند و با تعیین آدرس MAC میزبان ارسال کننده، آن را در جدول وارد می کند.

پس از آن، اگر یکی از پورت های سوئیچ فریمی را دریافت کند که برای میزبانی که آدرس MAC آن از قبل در جدول است، در نظر گرفته شده است، این فریم تنها از طریق پورت مشخص شده در جدول ارسال می شود. اگر آدرس MAC میزبان مقصد به هیچ پورتی روی سوئیچ متصل نباشد، فریم به همه پورت ها ارسال می شود.

با گذشت زمان، سوئیچ یک جدول کامل برای تمام پورت های خود می سازد و در نتیجه ترافیک محلی سازی می شود.

لازم به ذکر است تاخیر کم (تأخیر) و سرعت ارسال بالا در هر پورت رابط.

روش های سوئیچینگ

سه راه برای اتصال وجود دارد. هر یک از آنها ترکیبی از پارامترهایی مانند زمان انتظار برای "تصمیم سوئیچ" (تأخیر) و قابلیت اطمینان انتقال است.

با ذخیره سازی میانی (فروشگاه و فوروارد).

برش.

بدون قطعه یا ترکیبی.

با ذخیره سازی میانی (فروشگاه و فوروارد). سوئیچ تمام اطلاعات دریافت شده در فریم را می خواند، آن را برای خطا بررسی می کند، پورت سوئیچینگ را انتخاب می کند و سپس فریم بررسی شده را برای آن ارسال می کند.

برش. سوئیچ فقط آدرس مقصد را در کادر می خواند و سپس سوئیچ می کند. این حالت تاخیرهای انتقال را کاهش می دهد، اما روش تشخیص خطا وجود ندارد.

بدون قطعه یا ترکیبی. این حالت اصلاحی از حالت Fly Away است. انتقال پس از فیلتر کردن قطعات برخورد انجام می شود (فریم های 64 بایتی با استفاده از فناوری ذخیره و ارسال پردازش می شوند، بقیه با استفاده از فناوری برش پردازش می شوند). تأخیر «تصمیم سوئیچ» به مدت زمانی که برای ورود و خروج یک فریم از پورت سوئیچ لازم است اضافه می شود و با آن تأخیر کل سوئیچ را تعیین می کند.

ویژگی های عملکرد سوئیچ

ویژگی های اصلی یک سوئیچ که عملکرد آن را اندازه گیری می کند عبارتند از:

• - سرعت فیلتر کردن؛
• - سرعت مسیریابی (Forwarding)؛
• - توان عملیاتی؛
• - تاخیر در انتقال فریم

علاوه بر این، چندین ویژگی سوئیچ وجود دارد که بیشتر بر ویژگی های عملکرد مشخص شده تأثیر می گذارد. این شامل:

• - اندازه بافر فریم (های)؛
• - عملکرد اتوبوس داخلی؛
• - عملکرد پردازنده یا پردازنده ها؛
• - اندازه جدول آدرس داخلی

نرخ فیلتر و ارسال فریم دو ویژگی اصلی عملکرد یک سوئیچ است. این ویژگی ها شاخص های یکپارچه هستند، آنها به نحوه اجرای سوئیچ از نظر فنی بستگی ندارند.

نرخ فیلتر نرخی را تعیین می کند که سوئیچ مراحل زیر را در فریم های پردازش انجام می دهد:

• - دریافت یک فریم در بافر خودش؛
• - تخریب قاب، زیرا پورت مقصد آن همان پورت مبدا است.

نرخ فوروارد نرخی را تعیین می کند که سوئیچ مراحل زیر را از پردازش فریم انجام می دهد:

• - دریافت یک فریم در بافر خودش؛
• - مشاهده جدول آدرس به منظور یافتن پورت آدرس مقصد قاب؛
• - انتقال فریم به شبکه از طریق پورت مقصد موجود در جدول آدرس.

هم نرخ فیلتر و هم سرعت پیشروی معمولاً بر حسب فریم در ثانیه اندازه گیری می شوند.

اگر ویژگی های سوئیچ مشخص نمی کند که برای کدام پروتکل و برای چه اندازه فریم مقادیر فیلتر و نرخ ارسال داده می شود، به طور پیش فرض در نظر گرفته می شود که این شاخص ها برای پروتکل اترنت و فریم هایی با طول ارائه شده اند. 64 بایت (بدون مقدمه)، با فیلد داده 46 بایت ...

استفاده از فریم هایی با حداقل طول به عنوان شاخص اصلی سرعت سوئیچ به این دلیل است که چنین فریم هایی در مقایسه با فریم هایی با فرمت های مختلف با پهنای باند مساوی از انتقال، همیشه سخت ترین حالت عملکرد را برای سوئیچ ایجاد می کنند. داده های کاربر

بنابراین، هنگام آزمایش یک سوئیچ، حالت حداقل طول فریم به عنوان سخت ترین آزمایش مورد استفاده قرار می گیرد، که باید توانایی سوئیچ را برای عملکرد تحت بدترین ترکیب پارامترهای ترافیک برای آن تأیید کند.

علاوه بر این، برای بسته هایی با حداقل طول، نرخ فیلتر و ارسال حداکثر مقدار را دارد که در تبلیغات سوئیچ اهمیت چندانی ندارد.

توان عملیاتی یک سوئیچ با مقدار داده های کاربر که در واحد زمان از طریق پورت های آن ارسال می شود اندازه گیری می شود.

از آنجایی که سوئیچ در لایه پیوند عمل می کند، داده های کاربر برای آن داده هایی است که در قسمت داده فریم های پروتکل های لایه پیوند - اترنت، Token Ring، FDDI و غیره حمل می شوند.

حداکثر مقدار توان سوئیچ همیشه بر روی قاب‌های حداکثر طول به دست می‌آید، زیرا در این حالت سهم هزینه‌های سربار برای اطلاعات سرویس قاب بسیار کمتر از فریم‌هایی با حداقل طول است و زمان برای سوئیچ برای انجام عملیات پردازش فریم به ازای هر یک بایت اطلاعات کاربر قابل توجه کمتر است.

وابستگی توان سوئیچ به اندازه فریم های ارسالی با مثال پروتکل اترنت به خوبی نشان داده شده است که برای آن هنگام ارسال فریم هایی با حداقل طول، نرخ انتقال 14880 فریم در ثانیه و توان عملیاتی 5.48 است. Mb/s به دست می آید و هنگام ارسال فریم هایی با حداکثر طول، نرخ انتقال 812 فریم در ثانیه و پهنای باند 9.74 مگابیت بر ثانیه به دست می آید.

در هنگام جابجایی به کوتاهترین فریم، توان عملیاتی تقریباً دو برابر کاهش می یابد، و این به اتلاف زمان برای پردازش فریم ها توسط سوئیچ توجهی نمی کند.

تأخیر انتقال فریم به عنوان زمان سپری شده از لحظه ای که اولین بایت فریم به درگاه ورودی سوئیچ می رسد تا لحظه ای که این بایت در پورت خروجی سوئیچ ظاهر می شود اندازه گیری می شود.

تأخیر مجموع زمانی است که برای بافر کردن بایت‌های فریم طول می‌کشد، به اضافه زمان پردازش فریم توسط سوئیچ - به جدول آدرس نگاه کنید، تصمیم بگیرید که فیلتر کنید یا فوروارد کنید، و به خروجی دسترسی پیدا کنید. محیط بندر میزان تاخیر ایجاد شده توسط سوئیچ به نحوه عملکرد آن بستگی دارد. اگر سوئیچینگ "در حال پرواز" انجام شود، تاخیرها معمولاً کوچک هستند و از 10 میکروثانیه تا 40 میکرو ثانیه و با بافر کامل فریم - از 50 میکروثانیه تا 200 میکرو ثانیه (برای حداقل طول فریم) متغیر هستند. سوئیچ یک دستگاه چند پورت است، بنابراین مرسوم است که تمام ویژگی های فوق (به جز تاخیر انتقال فریم) را در دو نسخه ارائه می دهد:

• - گزینه اول عملکرد کل سوئیچ با انتقال همزمان ترافیک از طریق تمام پورت های آن است.
• - گزینه دوم عملکرد در هر پورت است.

از آنجایی که با انتقال همزمان ترافیک توسط چندین پورت، تعداد زیادی گزینه ترافیکی وجود دارد که در اندازه فریم ها در جریان، توزیع میانگین شدت جریان های فریم بین پورت های مقصد، ضرایب تغییرات در شدت جریان قاب و غیره و غیره

سپس، هنگام مقایسه سوئیچ ها بر اساس عملکرد، باید در نظر گرفت که داده های عملکرد منتشر شده برای کدام نوع ترافیک به دست آمده است. برخی از آزمایشگاه هایی که به طور مداوم تجهیزات ارتباطی را آزمایش می کنند، توضیحات دقیقی از شرایط آزمایش سوئیچ ها ارائه کرده و از آنها در عمل خود استفاده می کنند، اما این آزمایش ها هنوز صنعتی عمومی نشده اند. در حالت ایده‌آل، سوئیچ نصب شده در شبکه، فریم‌ها را بین گره‌های متصل به پورت‌های خود با سرعتی که گره‌ها این فریم‌ها را تولید می‌کنند، بدون ایجاد تاخیر اضافی یا از دست دادن یک فریم، ارسال می‌کند.

در عمل واقعی، سوئیچ همیشه تاخیرهایی را در ارسال فریم ها ایجاد می کند و همچنین ممکن است برخی فریم ها را از دست بدهد، یعنی آنها را به گیرندگان تحویل ندهد. به دلیل تفاوت‌ها در سازماندهی داخلی مدل‌های مختلف سوئیچ، پیش‌بینی اینکه چگونه یک سوئیچ خاص فریم‌ها را برای یک الگوی ترافیکی خاص منتقل می‌کند دشوار است. بهترین معیار همچنان تمرین قرار دادن سوئیچ در یک شبکه واقعی و اندازه گیری تاخیر معرفی شده توسط آن و تعداد فریم های از دست رفته است. عملکرد کلی سوئیچ با عملکرد به اندازه کافی بالای هر یک از عناصر جداگانه آن - پردازنده پورت، ماتریس سوئیچینگ، گذرگاه مشترک اتصال ماژول ها و غیره تضمین می شود.

صرف نظر از سازماندهی داخلی سوئیچ و نحوه اجرای عملیات آن، می توان الزامات عملکرد نسبتاً ساده ای را برای عناصر آن تعریف کرد که برای پشتیبانی از یک ماتریس ترافیک معین ضروری است. از آنجایی که سازندگان سوئیچ تلاش می کنند دستگاه های خود را تا حد امکان سریع بسازند، عملکرد کلی داخلی یک سوئیچ اغلب از میانگین نرخ ترافیکی که می تواند طبق پروتکل هایشان به پورت های سوئیچ هدایت شود، با مقداری حاشیه فراتر می رود.

به این نوع سوئیچ ها غیر مسدود کننده می گویند، یعنی هر نوع ترافیکی بدون کاهش از شدت آن منتقل می شود. علاوه بر پهنای باند عناصر سوئیچ جداگانه، مانند پردازنده‌های پورت یا یک گذرگاه مشترک، عملکرد سوئیچ تحت تأثیر پارامترهایی مانند اندازه جدول آدرس، اندازه بافر مشترک یا بافرهای تک پورت قرار می‌گیرد.

اندازه جدول آدرس بر حداکثر ظرفیت جدول آدرس تأثیر می گذارد و حداکثر تعداد آدرس های MAC را تعیین می کند که سوئیچ می تواند به طور همزمان روی آنها کار کند.

از آنجایی که سوئیچ ها اغلب از یک واحد پردازنده اختصاصی برای انجام عملیات روی هر پورت با حافظه خاص خود برای ذخیره نمونه ای از جدول آدرس استفاده می کنند، اندازه جدول آدرس سوئیچ ها معمولاً در هر پورت داده می شود.

نمونه‌های جدول آدرس ماژول‌های مختلف پردازنده لزوماً حاوی اطلاعات آدرس یکسانی نیستند - به احتمال زیاد آدرس‌های تکراری زیادی وجود نخواهد داشت، مگر اینکه توزیع ترافیک از هر پورت بین بقیه پورت‌ها کاملاً یکسان باشد. هر پورت فقط مجموعه‌ای از آدرس‌هایی را که اخیراً استفاده می‌کند ذخیره می‌کند. حداکثر تعداد آدرس‌های MAC که یک پردازنده پورت می‌تواند به خاطر بسپارد به کاربرد سوئیچ بستگی دارد. سوئیچ های گروه کاری معمولاً فقط از چند آدرس در هر پورت پشتیبانی می کنند زیرا برای تشکیل بخش های کوچک طراحی شده اند. سوئیچ های دپارتمان باید چندین صد آدرس را پشتیبانی کنند و سوئیچ های ستون فقرات شبکه تا چندین هزار، معمولاً 4000 تا 8000 آدرس را پشتیبانی می کنند. ظرفیت ناکافی جدول آدرس می تواند سوئیچ را کند کند و شبکه را با ترافیک اضافی مسدود کند. اگر جدول آدرس پردازنده پورت کاملاً پر است و با یک آدرس منبع جدید در بسته ورودی مواجه می شود، باید هر آدرس قدیمی را از جدول جابجا کرده و آدرس جدیدی را به جای آن قرار دهد. این عملیات به خودی خود مقداری از زمان پردازنده را می گیرد، اما افت عملکرد اصلی زمانی مشاهده می شود که یک فریم با آدرس مقصد وارد می شود که باید از جدول آدرس حذف می شد.

از آنجایی که آدرس مقصد فریم ناشناخته است، سوئیچ باید این فریم را به همه پورت های دیگر ارسال کند. این عملیات برای بسیاری از پردازنده‌های پورت کار غیر ضروری ایجاد می‌کند، علاوه بر این، کپی‌هایی از این فریم نیز در آن بخش‌های شبکه که کاملاً غیرضروری هستند قرار می‌گیرد. برخی از تولیدکنندگان سوئیچ با تغییر نحوه برخورد با فریم هایی با مقصد نامعلوم، این مشکل را برطرف می کنند. یکی از پورت های سوئیچ به عنوان یک پورت ترانک پیکربندی شده است که به طور پیش فرض، تمام فریم های دارای آدرس ناشناخته به آن فوروارد می شوند.

حافظه بافر داخلی سوئیچ برای ذخیره موقت فریم های داده در مواردی که نمی توان فوراً به درگاه خروجی ارسال کرد استفاده می شود. بافر برای صاف کردن ضربان های کوتاه مدت ترافیک طراحی شده است.

در واقع، حتی اگر ترافیک به خوبی متعادل باشد و عملکرد پردازنده های پورت و سایر عناصر پردازش سوئیچ برای انتقال مقادیر متوسط ​​ترافیک کافی باشد، این تضمین نمی کند که عملکرد آنها در بارهای اوج بسیار بالا کافی باشد. به عنوان مثال، ترافیک می تواند به طور همزمان به تمام ورودی های سوئیچ برای چندین ده میلی ثانیه برسد و از انتقال فریم های دریافتی به پورت های خروجی جلوگیری کند. برای جلوگیری از از دست دادن فریم در صورت چند برابری کوتاه مدت بیش از میانگین شدت ترافیک (و برای شبکه های محلی، مقادیر امواج ترافیکی در محدوده 50-100 اغلب یافت می شود)، تنها وسیله یک بافر بزرگ است. همانطور که در مورد جدول آدرس، هر واحد پردازنده پورت معمولاً حافظه بافر مخصوص به خود را برای ذخیره فریم ها دارد. هرچه مقدار این حافظه بیشتر باشد، احتمال تلفات فریم در هنگام اضافه بار کمتر می شود، اگرچه اگر میانگین مقادیر ترافیک نامتعادل باشد، دیر یا زود بافر سرریز می شود.

معمولا سوئیچ هایی که برای کار در بخش های حیاتی شبکه طراحی شده اند، دارای حافظه بافر چند ده یا صدها کیلوبایت در هر پورت هستند.

خوب است که این حافظه بافر بین چندین پورت مجدداً توزیع شود، زیرا اضافه بارهای همزمان در چندین پورت بعید است. حفاظت اضافی توسط یک بافر مشترک برای همه پورت ها در ماژول مدیریت سوئیچ ارائه می شود. اندازه چنین بافری معمولاً چندین مگابایت است.

1997/03/18 دیمیتری گانزا

سوئیچ ها در شبکه های محلی امروزی مرکزی هستند. انواع سوئیچینگ متمرکز کننده های سوئیچینگ روش های پردازش RISC و بسته های ASIC معماری سوئیچ های کلاس بالا ساخت شبکه های مجازی سطح سوم سوئیچینگ یکی از محبوب ترین فن آوری ها یکی از محبوب ترین فن آوری ها است.

سوئیچ ها در شبکه های محلی امروزی مرکزی هستند.

سوئیچینگ یکی از محبوب ترین فناوری های مدرن است. سوئیچ‌ها جایگزین پل‌ها و روترها در لبه شبکه‌های محلی می‌شوند و نقش سازمان‌دهی ارتباطات در شبکه گسترده را پشت سر می‌گذارند. چنین محبوبیتی از سوییچ ها در درجه اول به این دلیل است که به دلیل تقسیم بندی خرد، عملکرد شبکه را در مقایسه با شبکه های مشترک با پهنای باند نامی یکسان افزایش می دهند. سوئیچ‌ها علاوه بر تقسیم شبکه به بخش‌های کوچک، توانایی سازماندهی دستگاه‌های متصل به شبکه‌های منطقی را فراهم می‌کنند و در صورت لزوم به راحتی آنها را مرتب می‌کنند. به عبارت دیگر امکان ایجاد شبکه های مجازی را فراهم می کنند.

سوئیچ چیست؟ طبق تعریف IDC، "سوئیچ وسیله ای است که به عنوان یک هاب طراحی شده و به عنوان یک پل چند پورت با سرعت بالا عمل می کند؛ مکانیزم سوئیچینگ داخلی اجازه می دهد تا شبکه محلی را بخش بندی کرده و پهنای باند را به ایستگاه های انتهایی شبکه تخصیص دهد" (نگاه کنید به M. مقاله کولگین "یک شبکه بسازید، یک درخت بکارید ..." در شماره فوریه LAN). با این حال، این تعریف در درجه اول برای سوئیچ های قاب اعمال می شود.

انواع سوئیچینگ

سوئیچینگ به طور کلی به چهار فناوری مختلف اشاره دارد - سوئیچینگ پیکربندی، سوئیچینگ فریم، سوئیچینگ سلولی و تبدیل فریم به سلول.

سوئیچینگ پیکربندی به عنوان سوئیچینگ پورت نیز شناخته می شود، به موجب آن یک پورت خاص در ماژول Smart Hub به یکی از بخش های داخلی اترنت (یا Token Ring) اختصاص داده می شود. این تخصیص از راه دور از طریق مدیریت شبکه برنامه‌ریزی شده زمانی که کاربران و منابع موجود در شبکه متصل می‌شوند یا حرکت می‌کنند، انجام می‌شود. برخلاف سایر فناوری های سوئیچینگ، این روش عملکرد شبکه مشترک را بهبود نمی بخشد.

سوئیچینگ فریم یا سوئیچینگ LAN، از فرمت‌های فریم استاندارد اترنت (یا Token Ring) استفاده می‌کند. هر فریم توسط نزدیکترین سوئیچ پردازش می شود و در طول شبکه مستقیماً به گیرنده ارسال می شود. در نتیجه، شبکه، همانطور که بود، به مجموعه ای از کانال های مستقیم پرسرعت موازی تبدیل می شود. در زیر به نحوه سوئیچینگ فریم ها در یک سوئیچ با استفاده از هاب سوئیچینگ به عنوان مثال خواهیم پرداخت.

سوئیچینگ سلولی در دستگاه خودپرداز استفاده می شود. استفاده از سلول های کوچک با طول ثابت، ایجاد ساختارهای سوئیچینگ کم هزینه و با سرعت بالا را در سطح سخت افزار ممکن می سازد. هم سوئیچ های فریم و هم سوئیچ های سلولی می توانند از چندین گروه کاری مستقل بدون توجه به اتصال فیزیکی آنها پشتیبانی کنند (به بخش ساخت شبکه های مجازی مراجعه کنید).

تبدیل بین فریم ها و سلول ها، به عنوان مثال، به یک ایستگاه با کارت اترنت اجازه می دهد تا مستقیماً با دستگاه های موجود در یک شبکه ATM ارتباط برقرار کند. این فناوری برای شبیه سازی یک شبکه محلی استفاده می شود.

در این درس، ما در درجه اول به تعویض پرسنل علاقه مند خواهیم بود.

متمرکز کننده های سوئیچینگ

اولین هاب سوئیچینگ، EtherSwictch، توسط Kalpana معرفی شد. این هاب با کاهش تعداد گره‌ها در یک بخش منطقی با استفاده از فناوری تقسیم‌بندی میکرو، اختلاف شبکه را کاهش داد. اساساً تعداد ایستگاه ها در یک بخش به دو ایستگاه کاهش یافت: ایستگاهی که درخواست را آغاز می کند و ایستگاهی که به درخواست پاسخ می دهد. هیچ ایستگاه دیگری اطلاعات ارسال شده بین آنها را نمی بیند. بسته‌ها به‌گونه‌ای منتقل می‌شوند که انگار از طریق پل، اما بدون تأخیر ذاتی در پل.

در یک شبکه اترنت سوئیچ شده، به هر یک از اعضای یک گروه متشکل از چندین کاربر می توان همزمان پهنای باند 10 مگابیت بر ثانیه را تضمین کرد. درک نحوه عملکرد چنین هابی با قیاس با یک سوئیچ تلفن معمولی که در آن یک کابل کواکسیال شرکت کنندگان در مکالمه را به هم متصل می کند، به بهترین وجه کمک می کند. وقتی مشترکی با شماره 07 "همیشگی" تماس گرفت و از او خواست که او را به فلان شماره وصل کند، اپراتور اول از همه بررسی کرد که آیا خط موجود است یا خیر. اگر چنین است، شرکت کنندگان را مستقیماً با یک تکه کابل متصل می کند. هیچ کس دیگری (البته به استثنای سرویس های ویژه) نمی توانست صحبت آنها را بشنود. پس از اتمام تماس، اپراتور کابل را از هر دو پورت جدا کرد و منتظر تماس بعدی شد.

هاب های سوئیچینگ به روشی مشابه کار می کنند (شکل 1 را ببینید): آنها بسته ها را از درگاه ورودی به درگاه خروج از طریق فابریک سوئیچ ارسال می کنند. هنگامی که یک بسته به یک پورت ورودی برخورد می کند، سوئیچ آدرس MAC خود را می خواند (یعنی یک آدرس لایه 2) و بلافاصله به پورت مرتبط با آن آدرس ارسال می شود. اگر پورت مشغول باشد، بسته در صف قرار می گیرد. اساساً، صف یک بافر در پورت ورودی است که در آن بسته ها منتظر می مانند تا پورت صحیح آزاد شود. با این حال، روش های بافر کمی متفاوت است.

تصویر 1.
هاب های سوئیچینگ مشابه سوئیچ های تلفن قدیمی عمل می کنند: آنها پورت بالادست را مستقیماً از طریق پارچه سوئیچ به پورت پایین دست متصل می کنند.

روش های پردازش بسته بندی

در سوئیچینگ انتها به انتها (همچنین به آن سوئیچینگ در پرواز و سوئیچینگ بدون بافر نیز گفته می شود)، سوئیچ فقط آدرس بسته دریافتی را می خواند. بسته بدون توجه به عدم وجود یا وجود خطا در آن بیشتر منتقل می شود. این می تواند زمان پردازش بسته را به میزان قابل توجهی کاهش دهد زیرا فقط چند بایت اول خوانده می شود. بنابراین تشخیص بسته های معیوب و درخواست ارسال مجدد آنها بر عهده گیرنده است. با این حال، سیستم های کابل کشی مدرن به اندازه کافی قابل اعتماد هستند که نیاز به ارسال مجدد در بسیاری از شبکه ها حداقل است. با این حال، در صورت آسیب کابل، خرابی برد شبکه، یا تداخل منبع الکترومغناطیسی خارجی، هیچ کس از خطا مصون نیست.

در سوئیچینگ بافر، سوئیچ که یک بسته را دریافت می کند، تا زمانی که آن را به طور کامل نخواند، آن را فوروارد نمی کند یا حداقل تمام اطلاعات مورد نیاز خود را می خواند. نه تنها آدرس گیرنده را تعیین می کند، بلکه چک سام را نیز بررسی می کند، یعنی می تواند بسته های معیوب را قطع کند. این به شما امکان می دهد تا قسمتی را که باعث خطا می شود را جدا کنید. بنابراین، سوئیچینگ شناور بر قابلیت اطمینان بیش از سرعت تاکید دارد.

علاوه بر دو مورد فوق، برخی از سوئیچ ها از روش هیبریدی استفاده می کنند. در شرایط عادی، آنها سوئیچینگ عبوری را انجام می دهند، اما در عین حال تعداد خطاها را با بررسی چک جمع ها نظارت می کنند. اگر تعداد خطاها به یک آستانه از پیش تعیین شده برسد، به حالت سوئیچینگ بافر می روند. زمانی که تعداد خطاها به حد قابل قبولی کاهش یابد، به حالت سوئیچینگ انتها به انتها باز می گردند. به این نوع سوئیچینگ، سوئیچینگ آستانه یا تطبیقی ​​می گویند.

RISC و ASIC

سوئیچ های بافر اغلب با استفاده از پردازنده های استاندارد RISC پیاده سازی می شوند. یکی از مزایای این روش این است که در مقایسه با سوئیچ های دارای ASIC نسبتاً ارزان است، اما برای کاربردهای تخصصی چندان مناسب نیست. جابجایی در چنین دستگاه هایی با استفاده از نرم افزار انجام می شود، بنابراین می توان عملکرد آنها را با ارتقاء نرم افزار نصب شده تغییر داد. نقطه ضعف این است که آنها کندتر از سوئیچ های مبتنی بر ASIC هستند.

سوئیچ ها با مدارهای مجتمع ASIC ها برای انجام وظایف تخصصی طراحی شده اند: تمام عملکرد آنها به سخت افزار "سیم" شده است. همچنین یک اشکال در این رویکرد وجود دارد: هنگامی که به ارتقاء نیاز است، سازنده مجبور می شود مدار را دوباره کار کند. ASIC ها معمولاً سوئیچینگ انتها به انتها را انجام می دهند. پارچه ASIC مسیرهای فیزیکی اختصاصی را بین پورت های ورودی و خروجی ایجاد می کند، همانطور که در نشان داده شده است.

معماری سوئیچ های کلاس بالا

سوئیچ های سطح بالا معمولا ماژولار هستند و می توانند هم سوئیچینگ بسته و هم سوئیچینگ سلولی را انجام دهند. ماژول های چنین سوئیچ سوئیچینگ بین شبکه های مختلف از جمله اترنت، اترنت سریع، حلقه توکن، FDDI و ATM را انجام می دهند. در عین حال، مکانیزم اصلی سوئیچینگ در چنین دستگاه هایی ساختار سوئیچینگ ATM است. ما با استفاده از مثال Centillion 100 از Bay Networks به معماری چنین دستگاه هایی نگاه خواهیم کرد.

سوئیچینگ با استفاده از سه جزء سخت افزاری زیر انجام می شود (شکل 2 را ببینید):

صفحه پشتی ATM برای انتقال سلول با سرعت فوق العاده بالا بین ماژول ها.

یک مدار مجتمع با هدف ویژه CellManager در هر ماژول برای کنترل انتقال سلول ها در صفحه پشتی.

یک مدار مجتمع SAR با هدف ویژه در هر ماژول برای تبدیل فریم به سلول و بالعکس.

(1x1)

شکل 2.
سوئیچ های رده بالا به دلیل سرعت بالا و سهولت انتقال به ATM به طور فزاینده ای از سوئیچینگ سلولی استفاده می کنند.

هر ماژول سوئیچ دارای پورت های I/O، حافظه بافر و CellManager ASIC است. علاوه بر این، هر ماژول LAN همچنین دارای یک پردازنده RISC برای انجام سوئیچینگ فریم بین پورت‌های محلی و جمع‌آوری بسته‌ها / کمپرسور برای تبدیل فریم‌ها و سلول‌ها به یکدیگر است. همه ماژول‌ها می‌توانند به‌طور مستقل بین پورت‌های خود سوئیچ کنند، به طوری که تنها ترافیکی که برای سایر ماژول‌ها در نظر گرفته شده است، از صفحه پشتی عبور می‌کند.

هر ماژول جدول آدرس خود را حفظ می کند و پردازنده کنترل اصلی آنها را در یک جدول کلی گرد هم می آورد تا یک ماژول مجزا بتواند شبکه را به عنوان یک کل ببیند. به عنوان مثال، اگر یک ماژول اترنت یک بسته را دریافت کند، مشخص می کند که بسته به چه کسی خطاب می شود. اگر آدرس در جدول آدرس محلی باشد، پردازشگر RISC بسته را بین پورت های محلی سوئیچ می کند. اگر هدف روی ماژول دیگری باشد، جمع کننده / تجزیه کننده بسته را به سلول تبدیل می کند. CellManager یک ماسک مقصد را برای شناسایی ماژول (ها) و پورت (ها) که بار سلولی به آن مقصد است مشخص می کند. هر ماژولی که بیت ماسک برد آن در ماسک مقصد مشخص شده باشد، سلول را در حافظه محلی کپی می کند و داده ها را مطابق با بیت های ماسک پورت مشخص شده به پورت خروجی مربوطه ارسال می کند.

ساخت شبکه های مجازی

سوئیچ ها علاوه بر بهبود عملکرد، به شما امکان ایجاد شبکه های مجازی را می دهند. یکی از روش‌های ایجاد یک شبکه مجازی، ایجاد یک دامنه پخش با استفاده از اتصال منطقی پورت‌ها در زیرساخت فیزیکی یک دستگاه ارتباطی است (این می‌تواند یک هاب هوشمند - سوئیچینگ پیکربندی یا یک سوئیچ - سوئیچ فریم باشد) . به عنوان مثال، پورت های فرد در یک دستگاه هشت پورت به یک شبکه مجازی و پورت های زوج به شبکه دیگر اختصاص داده می شوند. در نتیجه، یک ایستگاه در یک شبکه مجازی از ایستگاه های شبکه دیگر جدا می شود. عیب این روش سازماندهی شبکه مجازی این است که تمام ایستگاه های متصل به یک پورت باید متعلق به یک شبکه مجازی باشند.

یکی دیگر از روش های ایجاد یک شبکه مجازی بر اساس آدرس MAC دستگاه های متصل است. با این روش سازماندهی یک شبکه مجازی، هر کارمندی می تواند مثلا لپ تاپ خود را به هر پورت سوییچ متصل کند و به طور خودکار تعلق کاربر خود را به یک شبکه مجازی خاص بر اساس مک آدرس مشخص می کند. این روش همچنین به کاربران متصل به یک پورت سوئیچ اجازه می دهد تا به شبکه های مجازی مختلف تعلق داشته باشند. برای جزئیات بیشتر در مورد شبکه های مجازی، به مقاله A. Avduevsky "چنین شبکه های مجازی واقعی" در شماره مارس LAN برای سال جاری مراجعه کنید.

سوئیچینگ سطح سوم

سوئیچ ها با وجود تمام مزایایی که دارند یک اشکال قابل توجه دارند: آنها نمی توانند شبکه را در برابر بهمن بسته های پخش محافظت کنند و این منجر به بار غیرمولد در شبکه و افزایش زمان پاسخ می شود. روترها می توانند ترافیک پخش غیرضروری را نظارت و فیلتر کنند، اما آنها مرتباً کندتر هستند. به عنوان مثال، طبق مستندات Case Technologies، عملکرد روتر معمولی 10000 بسته در ثانیه است که با شاخص مشابه سوئیچ - 600000 بسته در ثانیه قابل مقایسه نیست.

در نتیجه، بسیاری از تولیدکنندگان شروع به ایجاد قابلیت مسیریابی در سوئیچ ها کرده اند. برای اطمینان از اینکه سرعت عملکرد سوئیچ به میزان قابل توجهی کاهش نمی یابد، از روش های مختلفی استفاده می شود: به عنوان مثال، سوئیچینگ لایه دوم و سوئیچینگ لایه سوم مستقیماً در سخت افزار (در ASIC) پیاده سازی می شوند. سازندگان مختلف این فناوری را متفاوت می نامند، اما هدف یکسان است: سوئیچ مسیریابی باید عملکردهای لایه سوم را با همان سرعت عملکرد لایه دوم انجام دهد. یک عامل مهم قیمت چنین دستگاهی در هر پورت است: همچنین باید مانند سوئیچ ها پایین باشد (به مقاله نیک لیپیس در شماره بعدی مجله LAN مراجعه کنید).

نتیجه

سوئیچ ها از نظر ساختاری و عملکردی بسیار متنوع هستند. پوشش همه جنبه های آنها در یک مقاله کوتاه غیرممکن است. در درس بعدی نگاهی دقیق تر به سوئیچ های ATM خواهیم داشت.

دیمیتری گانزا سردبیر اجرایی LAN است. می توانید با او تماس بگیرید: [ایمیل محافظت شده].