بررسی سوئيچينگ (Switching) در لایه های مختلف شبکه
سوئيچينگ در ادبيات شبکه هاي کامپيوتري عبارت است از (فرايند دريافت يک واحد داده داراي هويت، از يکي از کانال هاي ورودي و هدايت ان بر روي کانال خروجي مناسب، به نحوي که به سوي مقصد نهايي خود نزديک و رهنمون شود.) هر ابزاري که چنين رفتاري را از خود نشان بدهد به طور عام يک سوئيچ است; با اين ديدگاه تمام دستگاه هاي زير را مي توان يک ابزار سوئيچ ناميد. اگر می خواهید صفر تا صد نحوه سویچینگ در لایه های مختلف OSI را بررسی کنید ، حتما پیشنهاد می کنم دوره آموزش نتورک پلاس مهندس نصیری در این لینک را بررسی کنید.
دوره های شبکه، برنامه نویسی، مجازی سازی، امنیت، نفوذ و ... با برترین های ایران
سرفصل های این مطلب
ریپیتر ( Repeater ) چیست؟
تکرار کننده ابزاري است مخابراتي که سيگنال ديجيتال ورودي را دريافت کرده و پس از تشخيص صفر و يک ها ان ها را از نو در خروجي خود، به صورت يک سيگنال ديجيتال عاري از نويز و بدون تضعيف بازتوليد (Regenerate)مي کند. تکرار کننده ها هيچ درکي از ((فريم))، بسته و حتي ((بايت)) ندارند و صرفا با مفهوم ((بيت)) و سطوح ولتاژ اشنا هستند. هر گاه يک سيگنال ديجيتال حامل پيام، در طي مسير دچار تضعيف يا نويز شود، قبل از انکه اين تضعيف و نويز باعث غرق و غير قابل تشخيص شدن بيت ها گردد بايد سيگنال را به شکل اصلي و پرتوان خود بازتوليد کرد. به عنوال مثال در اترنت استاندارد با کابل ضخيم، براي افزايش طول کابل به 500 متر به 1000 متر بايد در ميانه کانال يک تکرار کننده قرار داد.
حال مدل هفت لايه OSI را از سازمان استاندارد سازي ISO در ذهن خود مرور کنيد و وظايفه لايه اول از اين مدل (يعني لايه فيزيکي) را به خاطر بياوريد. طبعا با تعريفي که از تکرار کننده ارائه شد قطعا مي توان به اين نتيجه رسيد که تکرار کننده فقط لايه يکم از مدل OSI را پياده کرده است و بيش تر از يک گيرنده / فرستنده بيت چيزي نيست. با اين توصيف مي توان تکرار کننده را يک سوئيچ لايه 1 تلقي کرد، هر چند کسي علاقه چنداني به کاربرد اين تعبير ندارد!! تکرار کننده بي شعورترين دستگاه سوئيچ در دنياي شبکه است.
وظيفه اصلي در لايه فيزيکي، انتقال بيت ها به صورت سيگنال الکتريکي و ارسال ان بر روي کانال مي باشد. واحد اطلاعات در اين لايه بيت است و بنابراين اين لايه هيچ اطلاعي از محتواي پيام ندارد. و تنها بيت هاي صفر و يک را ارسال و يا دريافت مي کند. اما نکته اينجاست پارامترهايي که در اين لايه بايد مد نظر باشند: عبارت اند از : 1-ظرفيت کانال فيزيکي و نرخ ارسال، 2-نوع مدولاسيون، 3-چگونگي کوپلاز با خط انتقال، 4-مسائل مکانيکي و الکتريکي مانند نوع کابل، باند فرکانسي و نوع رابط (کانکتور) کابل. در اين لايه که تماما سخت افزاري است، مسائل مخابراتي در مبادله بيت ها، تجزيه و تحليل شده و طراحي هاي لازم انجام مي شود.
هاب ( Hub ) چیست؟
يک هاب معمولي داراي تعدادي خط ورودي است که اين خطوط از لحاظ الکتريکي از درون به هم متصل شده اند. فرمي که از يک خط ورودي دريافت مي شود بي قيد و شرط بر روي تمامي خطوط ديگر ارسال و منتشر خواهد شد. نکته :هر گاه دو فريم به طور همزمان به هاب ارسال شود تصادم رخ خواهد داد; دقيقا همانند اتفاقي که بر روي کابل کواکسيال مي افتاد. تمام خطوط ورودي هاب بايد با سرعت يکساني کار کنند.
از اين ديدگاه که هاب تنها کاري که مي کند انتقال سيگنال ورودي بر روي باس مشترک دروني هاب است و هيچ پردازش هوشمندي انجام نمي دهد، هاب را با اختلاف بسيار ناچيزي شبيه به تکرار کننده مي دانيم.(هاب بيت هاي ورودي پورت ها را عينا بر روي باس مشترک ((تکرار)) و تزريق مي کند) يعني هاب يک سوئيچ لايه 1 به شمار مي ايد و اط اطلاعات سرايند فريم (مثل ادرس هاي مبداء و مقصد) به هيچ وجه استفاده نمي کند.(در محموع هاب مثل تکرار کننده يک ابزار بي شعور و غير هوشمند است و فقط بيت ها را مي شناسد.)
سوئيچ (Switch) چیست؟
واژه (سوئيچ) در کلام يک متخصص شبکه يک معناي بسيار خاص دارد و اشاره ان به سخت افزاري است که فريم هاي اطلاعاتي توليد شده توسط کارت شبکه را گرفته و پس از پردازش سرايند فريم و بررسي ادرس هاي MAC (همان ادرس سخت افزاري درج شده در درون کارت شبکه) ان ها را به سوي پورت خروجي مناسب هدايت مي کند. از انجايي که هيچ ارتباط الکتريکي مستقيم و بي واسطه اي بين پورت هاي يک سوئيچ وجود ندارد لذا اين امکان وجود دارد که هر يک از پورت ها با سرعت ومتفاوتي کار کنند.
سوئيچ در درون داراي پردازنده است و فريم هاي ورودي و خروجي را بافر مي کند. بدين نحو مي تواند در هدايت فريم ها هوشمندي بخرج بدهد و کنترل بيشتري را اعمال کند.از انجايي که سوئيچ ها با فريم ها کار مي کنند و به محتويات سرايند ان نياز دارند لذا بيت ها پس از دريافت در لايه فيزيکي بايستي تحويل سخت افزار لايه بالاتر يعني لايه پيوند داده (Data Link) شود تا پردازش هاي لازم بر روي سرايند فريم انجام گيرد. از اين ديدگاه يک سوئيچ ابزاري است در لايه 2 کار مي کند.
مسيرياب (Router) یا روتر چیست؟
مسيرياب که گاه از ان به عنوان سوئيچ لايه 3 ياد مي شود با سوئيچ لايه 2 تفاوت بنيادي دارد. بنابراين در درون فيلد داده از هر فريم، يک بسته جاسازي مي شود، که براي خود داراي سرايند خاص و ادرس هاي جهاني و استاندارد است. وقتي بسته اي از طريق يکي از خطوط ورودي وارد مسيرياب مي شود بيت به بيت از لايه 1 (لايه فيزيکي)عبور کرده و در لايه دوم (لايه پيوند داده) تبديل به فريم مي شود وليکن به جاي انکه فرايند هدايت فريم در همين لايه و بر اساس ادرس هاي MAC انجام شود سرايند و ته ايند (سرايند يا Header فيلدهاي ابتدايي هر فريم (مثل ادرس هاي مبداء و مقصد) و ته ايند با Trailer فيلد هاي انتهايي هر فريم مثل کد CRC است.)
ان حذف و بخش لُبّ ان (يعني هر انچه که در درون فيلد، حمل داده از فريم قرار دارد) جهت پردازش هاي آتي تحويل نرم افزار يا سخت افزار لايه بالاتر (لايه 3) مي شود (لايه سوم همان لايه شبکه از مدل OSI يا معادل لايه IP از مدل TCP/IP است.) اين قطعه داده که توسط لايه 3 از ماشين مبداء سازماندهي و توليد شده ژ، شناسنامه جهاني خود را به همراه دارد و هويت دقيق و جهاني خود و ادرس مقصدش را مشخص مي کند.
نرم افزار لايه 3 ادرس هاي موجچود در سرايند اين "بسته" را پردازش کرده و بر اساس ادرس جهاني مقصد، براي ان يک مسير خروجي مناسب محاسبه و انتخاب مي نمايد. نرم افزار لايه 3 در مسيرياب نمي تواند ادرس فريم ها را ببيند و حتي نمي تواند متوجه شود که بسته از طريق يک LAN وارد شده يا از روي يک خط نقطه به نقطه متصل به مسيرياب مجاور دريافت شده است.
دروازه هاي انتقال (Transport Gateway) چه هستند؟
اين گونه از ابزارها که به سوئيچ هاي لايه مشهورند هدايت بسته ها را براساس سرايند داده هاي دروني هر بسته انجام مي دهند. به خاطر داشته باشيد که درون يک بسته لايه 3، يک بسته ديگر به نام Segment و با سرايندهاي خاص خود، جاي مي گيرد که توسط لايه 4 يا همان لايه انتقال (Transport) سازماندهي و توليد شده است.
سرايند لايه 4 دربرگيرنده اطلاعاتي است که نشان مي دهد ان بسته توسط چه پروسه اي توليد شده و متعلق به چه "اتصالي" هست.(اتصال عبارت است از "اقدام به هماهنگي بين پروسه هاي مبداء و مقصد و برقراري يک ارتباط بين ان ها قبل از ارسال هر گونه داده، سپس مبادله داده و نهايتا ختم نهايت ارتباط").سوئيچ هاي لايه 4 مي توانند بسته ها را براساس تعلق ان ها به يک اتصال خاص هدايت کنند. در ضمن اين دروازه ها مي توانند ارتباط دو کامپيوتر که از پروتکل هاي اتصال گراي متفاوتي در لايه انتقال استفاده مي کنند برقرار سازند.
يک مثال ساده مي زنيم! فرض کنيد کامپيوتري که از پروتکل اتصال گراي TCP استفاده کرده مي خواهد با کامپيوتري که از پروتکل اتصال گراي ATM بهره گرفته محاوره نمايد. يک دروازه انتقال مي تواند بسته هايي را که از طريق يک اتصال دريافت مي شوند را پس از تغييرات لازم بر روي اتصال ديگر بفرستد.در ضمن ممکن است يک دروازه انتقال بتواند در نقش يک "پراکسي يا وکيل" داده هاي را از طري يک اتصال دريافت کرده و ان را بر روي اتصال ديگري بفرستد. هر ابزاري که براي هدايت اطلاعات و انتقال ان بر روي پورت هاي خروجي، از سرايند بسته هايي که در لايه چهارم سازماندهي و توليد مي شود بهره بگيرد، به سوئيچ لايه چهار يا دروازه انتقال مشهور است.
دروازه هاي کاربرد (Application Gateway) چه هستند؟
اين از دروازه ها عموما نرم افزاري هستند و مي توانند قالب و محتواي داده را تشخيص داده و پيامي را به پيامي ديگر ترجمه کنند. مثلا يک دروازه پست الکترونيکي مي تواند يک نامه الکترونيکي را به پيام SMS براي گوشي تلفن همراه تبديل کرده و براي مقصد ارسال نمايد.
شکل 1-1 : سوئيچ هايي را که در هر لايه کار مي کنند نشان مي دهد. دقت کنيد در درون فيلد حمل داده از فريمي که در درون فيلد حمل داده از فريمي که توسط لايه پيوند داده سازماندهي و ارسال شده (فيلدي که در شکل به رنگ به رنگ خاکستري هاشور خورده)،يک بسته شناسنامه دار از لايه سوم، جاسازي و حمل مي شود. در سرايند اين بسته، ادرس هاي جهاني مبداء و مقصد وجود دارد. در دل اين بسته يک بسته ديگر از لايه چهارم با سرايندهاي خاص خود قرار گرفته است; در شکل، اين سرايند با عنوان TCP Header نشان داده شده است. نهايتا در درون اين بسته داده هاي کاربري که توسط برنامه کاربردي در اخرين لايه، تدوين و توليد شده قرار مي گيرد.
نويسنده :مرتضي پاک نيت
موفق باشيد./