Bridge ها و Switch های سیسکو

در این مقاله میخواهم راجع به پلها( Bridges) و سوئیچ (Switch)های سیسکو دو محصول دیگر از جمله تجهیزات شبکه ساخت شرکت سیسکو صحبت کنم.

بریج ها از جمله دستگاههایی هستند که عملکرد آنها شبیه سوئیچ (Switch)هاست.یعنی بریج ها عمل سوئیچ کردن (هدایت) فریم های لایه دوم را برعهده دارند. بریج ها وظیفه خود را توسط نرم افزار انجام می دهند و هدایت فریم ها به مقاصد خود بر اساس آدرس MAC موجود در اول فریم صورت می گیرد.

نکته : فریم (Frame ) به کامل ترین شکل بسته فریم می گویند. که در لایه 2 اتفاق می افتد. آدرس MAC آدرس فیزیکی دستگاه است . یک آدرس Unique و منحصر به فرد که هر دستگاهی با توجه به شرکت سازنده آن را دارا می باشد. پس آدرس فیزیکی (MAC) هر دستگاه با دستگاه دیگر متفاوت است.

بریج ها به طور کلی وظایف زیر را برعهده دارند :

به طور کلی بریج ها MACهای دریافتی رو Learn می کنند (یاد می گیرند) بعد با توجه به فریم های دریافتی بر اساس لیست پورتها آنها را به سمت مقاصد هدایت می کنند.

بریج ها برای حل مشکلات مربوط به تصادم collision در شبکه مورد استفاده قرار می گیرند. دستگاههایی که به هریک از پورتهای بریج وصل هستند، در واقع به یک Collision Domain جداگانه تعلق دارند. (یعنی اگر بریج دارای 2 پورت باشد دارای 2 Collision Domain است اما هر تعداد پورت هم که داشته باشد تنها عضو یک Broadcast Domain است)یعنی ما به وسیله بریج ها، دستگاههایی را که در یک Broadcast Domain و در یک Collision Domain قرار داشتند را در Collision Domainهای جداگانه قرار دادیم که این باعث از بین رفتن مشکلات مربوط به تصادم در شبکه خواهد شد. دستگاههای موجود در یک Collision Domain به قطعه ای از سیم اتصال دارند و دستگاههای موجود در Broadcast Domainهای جداگانه، از آدرسهای لایه سوم (مثل آدرس ip) جداگانه استفاده می کنند.

سوئیچ ها وظیفه سوئیچینگ یا همون هدایت بسته ها را برعهده دارند. سوئیچ همانند بریج است با این تفاوت که تعداد پورتهای بیشتری دارد. بریج ها دارای 2 الی 16 پورت هستند اما سوئیچ ها شاید تا صدها پورت هم دارا باشند.(در سری های مختلف) ، تفاوت دیگر اینکه بریج ها اطلاعات را از طریق نرم افزار سوئیچ (هدایت) می کنند در حالیکه سوئیچ این کار را از طریق سخت افزاری به نام ASIC انجام می دهد.ASICها نوعی از پردازنده هستند که برای انجام اعمال خاص و محدودی ساخته شده اند.برای همین هم قیمت آنها از انواع تخصصی تر،مثل پردازنده اصلی کامپیوتر می باشد.
همچنین وضعیت Duplexing (ارتباطات) در بریج ها فقط به صورت Half Duplex است اما در سوئیچ ها هم به صورت Half Duplex و هم به صورت full Duplex می تواند باشد.
سوئیچ درون خود جدولی دارد که نشان می دهد چه سیستم هایی به چه پورتهایی متصل اند.(با توجه به اینکه سوئیچ به صورت لایه 2 کار می کند این آدرس همان آدرس فیزیکی(MAC) می باشد) به طور مثال نشان می دهد که اینترفیس FastEthernet در سوئیچ 1 دارای MAC Address xxxxx می باشد که به پورت 0 متصل است. سوئیچ ها از هاب ها سریعترند زیرا هیچ احتیاجی نیست که هر پورت کل ترافیک ارسال و دریافت اطلاعات را متحمل شود و فقط آنچه که مختص خود است را دریافت می کند.می دانید که عملکرد HUB به این صورت است که ترافیکی که دریافت می کند را به تمامی پورتهای خود ارسال می کند که این مساله باعث مشکلات زیادی در شبکه می شود.

یک نکته:گفتیم که سوئیچ ها از هاب ها و بریج ها سریع ترند پس به همین دلیل از هردوی آنها گرانترند.سیسکو، مدل های مختلفی از سوئیچ ها را روانه بازار نموده است که از آن جمله می توان به مدل های زیر اشاره کرد :

بسیاری از این دستگاهها، عملیاتLayer-2 switching و برخی دیگر هم Layer-2 و هم Layer-3 را با هم انجام می دهند. یکی از تفاوتهای بین سوئیچ ها و بریج ها در چگونگی انجام عمل switching (هدایت بسته ها) می باشد. یعنی روش دریافت فریم ها، پردازش و ارسال آنها به مقاصد خود، در بین این دو نوع دستگاه به نوعی متفاوت است.

بریج ها فقط از روش store & forward برای انجام عمل سوئیچینگ استفاده می کنند اما سوئیچ ها از هر 3 روش استفاده می کنند.

این روش ساده ترین نوع عمل سوئیچینگ است. در این روش دستگاه، فریم (بسته)های رسیده را در بافر خودش نگه داشته و قبل از پردازش بیشتر CRC مربوط به فریم را به همان روشی که دستگاه مقصد انجام خواهد داد، محاسبه می کند، اگر مقدار آن با مقدار CRC موجود در داخل فریم برابر بود، فریم به مقصد خود ارسال خواهد شد. در غیر اینصورت فریم به عنوان یک فریم بد شناسایی شده و از بین خواهد رفت .به طور خلاصه و ساده ابتدا کل بسته دریافتی را ذخیره کرده سپس آن را خطایابی می کند.اگر بسته دارای خطا بود آن را حذف می کند در غیر اینصورت به سمت مقصد هدایتش می کند. این نوع روش برای شبکه های محلی بسیار مناسب است زیرا بسته های خراب شده را پاکسازی می کند و باعث کاهش بروز تصادم (collision) در شبکه خواهد شد.

در این روش فقط قسمتهای اولیه فریم که شامل Preamble و آدرس MAC گیرنده می شود توسط دستگاه چک شده و فریم رسیده به مقصد خود هدایت می شود. این روش نقاط ضعف و قوتی دارد. نقطه قوت این روش سرعت زیاد آن نسبت به روش قبلی است اما نقطه ضعف آن این است که احتمال فرستاده شدن فریم های بد به مقصدهای مختلف نیز وجود دارد. زیرا که CRC فریم در آخر آن واقع شده است که در این روش مقدار آن اندازه گیری نخواهد شد.

در دو روش قبلی، قسمتهای اولیه فریم که شامل Preamble و آدرس MAC گیرنده می باشد توسط دستگاه بررسی می شد؛ اما در این روش، 64 بایت از اول فریم مورد بررسی قرار گرفته و فریم هایی که کمتر از این میزان حجم را داشته باشند از بین خواهند رفت.

نکته : با توجه به این موضوع که اندازه فریم های Ethernet حداقل 64 بایت است، استفاده از Fragment-free روش بهتری برای عمل سوئیچینگ می باشد.هدف از این متد، کاهش میزان فریم های Runts است.فریم های Runt فریم هایی هستند که سایز آنها کمتر از 64 بایت است.به همین دلیل این روش را به نام Runt-less نیز می نامند.

نکته : تنها نوع عمل سوئیچینگ در افزایش سرعت عملکرد دستگاه به تنهایی موثر نبوده و فاکتورهای دیگری مثل قیمت، امکانات و کارائی یا Performance دستگاه نیز باید مورد توجه قرار بگیرد.(به صورت خلاصه : فقط 64 بایت اول فریم بررسی می شود و فریم های کمتر از این سایز از بین می روند.)

تصادم در شبکه به معنی برخورد اطلاعات است . اگر دو دستگاه به صورت همزمان اقدام به ارسال فریم نمایند ، تصادم در شبکه رخ خواهد داد.

ارتباطاتی که توسط سوئیچ ها انجام می شود به 2 نوع Half-Duplex و Full-Duplex می باشند. در ارتباط Half-Duplex هیچ کدام از دستگاهها قادر به ارسال همزمان اطلاعات نمی باشند، بلکه فقط یک دستگاه می توانست در آن واحد فریمی را در سیم قرار دهد و بقیه دستگاهها منتظر دریافت آن می ماندند، گفتیم که در اثر ارسال همزمان اطلاعات توسط 2 دستگاه تصادم به وجود می آید. (در آن واحد یک دستگاه می تواند یا عمل ارسال داشته باشد یا دریافت) مانند محیط هایی که از HUB استفاده می کنند.اما در ارتباطات Full-Duplex مشکل ایجاد تصادم در شبکه حل شده است و بنابراین همه دستگاهها می توانند همزمان عمل اقدام به فرستادن و دریافت اطلاعات کنند. زیرا که ارتباط Full-Duplex از یک جفت سیم که یکی برای ارسال و دیگری برای دریافت اطلاعات به کار می رود استفاده می نماید.اما این در شرایطی است که فقط 2 دستگاه در یک ارتباط وجود داشته باشند.مثلا ارتباط یک کامپیوتر با یک سوئیچ و یا یک کامپیوتر با یک روتر.به این نوع ارتباطات Point-To-Point گفته می شود.

در Full Duplex نمی توان از hub برای اتصال کامپیوترها به همدیگر استفاده کرد و نیز هردو طرف باید توانایی استفاده از ارتباط Full Duplex را داشته باشند.بریج ها فقط از ارتباطات Half پشتیبانی می کنند و سوئیچ ها معمولا از هر دو نوع ارتباط استفاده کرده و همچنین اکثرا قادر به شناسایی خودکار نوع ارتباط نیز هستند.

نکته: به یاد دارید که مهمترین نقش بریج ها و سوئیچ ها، حل مشکلات مربوط به بروز تصادم در شبکه است. در Ethernet تمامی دستگاهها به صورت Logical به یک قطعه سیم وصل بوده و بنابراین امکان بروز تصادم در شبکه و دوباره فرستاده ترافیکهای فرستاده شده وجود دارد. هرچه تعداد بیشتری دستگاه به وسیله یک قطعه سیم به همدیگر وصل شوند، امکان بروز تصادم در شبکه بالا خواهد رفت. البته این خصوصیت کاربردی Ethernet می باشد و دلیل بر نادرست بودن توپولوژی Ethernet نیست.در شبکه ای که میزان تصادم بالاست، یکی از راههای ممکن این است که کل شبکه را به Subnetهای کوچکتری تقسیم کرده و در هر subnet تعداد کمتری از دستگاهها را قرار دهیم. برای متصل کردن دستگاههای موجود در هر segment به همدیگر از یک دستگاه بریج و یا سوئیچ استفاده می شود. البته از روترها هم می توان برای این کار استفاده نمود ؛ اما روترها گرانتر و پیچیده تر از سوئیچ ها و بریج ها بوده و بنابراین در موارد لزوم از روترها بهره خواهیم برد.

سوئیچ سری 3560 :

جدول- پیكربندی های سوئیچ سری Cisco Catalyst 3750-X

با همه تفاوتهایی که در مورد بریج ها و سوئیچ ها مطرح شد، هردوی اینها جزو دستگاههایی هستند که در لایه دوم بوده و یک هدف مشخص را که عمل سوئچینگ می باشد دنبال می کنند.