مفاهيم التبديل في الشبكات

مفاهيم التبديل

• وحدة خاصة بمفاهيم التبديل في مجال الشبكات.
• هذا الإصدار هو 7.0 (SRWE).

ما يمكن توقعه في الوحدة

• تهدف هذه الوحدة إلى تسهيل عملية التعلم من خلال توفير ميزات مختلفة في واجهة المستخدم الرسومية.
• تتضمن الميزات الرسوم المتحركة، ومقاطع الفيديو، واختبارات تقييم الفهم، والمحاكاة، وأنشطة عملية.

إعادة توجيه الإطارات في الشبكات

• مصطلحان مرتبطان بإطارات الشبكات: الدخول (عندما تدخل الإطارات الواجهة) والخروج (عندما تغادر الإطارات الواجهة).
• يقوم المحول بإعادة توجيه الإطارات بناءً على واجهة الدخول وعنوان MAC الوجهة.
• يستخدم المحول جدول عناوين MAC لاتخاذ قرارات إعادة التوجيه.
• المحول لا يعيد توجيه حركة المرور خارج الواجهة التي استقبلتها أصلاً.

جدول تبديل عنوان MAC

• يتم استخدام عنوان MAC الوجد واجهة الخروج.

• هة لتحدي

  قبل أن يتمكن المحول من اتخاذ قرار، يجب أن يعرف الواجهة التي تقع عليها الوجهة.

• يقوم المحول بإنشاء جدول عنوان MAC (يُعرف أيضًا باسم جدول ذاكرة المحتوى CAM) عن طريق تسجيل عنوان SAC للمصدر مع المنفذ الذي تم استلامه عليه.

تعلم المبدل وتوجيهه

• المحول يستخدم عملية من خطوتين للتعلم والتوجيه.
• الخطوة 1 (التعلم): فحص عنوان المصدر، وإضافة عنوان MAC المصدر إلى الجدول (إذا لم يكن موجودًا بالفعل)، وإعادة تعيين وقت الإعداد إلى 5 دقائق (إذا كان المصدر في الجدول).
• الخطوة 2 (إعادة التوجيه): فحص عنوان الوجهة.
• إذا كان عنوان MAC الخاص بالوجهة موجودًا في الجدول، فإنه يتم إعادة توجيه الإطار إلى المنفذ المحدد.
• إذا لم يكن عنوان MAC الوجهة في الجدول، يتم إغراق جميع الواجهات باستثناء تلك التي تم تلقيها.

الفيديو التوضيحي: جداول عناوين MAC في المحولات المتصلة

• يوضح هذا الفيديو كيف تبني مفاتيح التبديل جداول عناوين MAC، وكيف تقوم المبدلات بإعادة توجيه الإطارات بناءً على محتوى جداول عناوين MAC الخاصة بها.

طرق إعادة التوجيه

• تستخدم مفاتيح التبديل برامج على الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASIC) لاتخاذ قرارات سريعة للغاية.
• يستخدم المبدل إحدى طريقتين لاتخاذ قرارات إعادة التوجيه بعد أن يتلقى إطارًا:
• تخزين وإعادة توجيه (Store-and-forward switching): يتلقى الإطار بأكمله ويضمن صحته. هذه هي الطريقة المفضلة لـ Cisco.
• تمرير مباشر (Cut-through switching): يتم توجيه الإطار مباشرة بعد تحديد عنوان MAC الوجهة للإطار الوارد ومنفذ الخروج.

تخزين وإعادة توجيه (Store-and-Forward Switching)

• تتضمن ميزتين أساسيتين: التحقق من الأخطاء والتخزين المؤقت.
• التحقق من الأخطاء: يقوم المبدل بالتحقق من تسلسل التحقق من الإطار (FCS) بحثًا عن أخطاء CRC، ويتم تجاهل الإطارات السيئة.
• التخزين المؤقت: تقوم واجهة الدخول بتخزين الإطار مؤقتًا أثناء التحقق من FCS، مما يسمح للمبدل بالتكيف مع اختلافات السرعة بين منافذ الدخول والخروج.

تمرير مباشر (Cut-Through Switching)

• يوجه الإطار مباشرة بعد تحديد عنوان MAC الوجهة.
• تتحقق طريقة Frag Free من الوجهة وتتأكد من أن الإطار لا يقل عن 64 بايت لمنع مشاكل runts.
• المفاهيم الأساسية لـ Cut-Through: เหมาะสำหรับสำหรับ للمبدلات ذات زمن الوصول القليل ولا تقوم بالتحقق من FCS، مما قد يؤدي إلى نشر الأخطاء ومشاكل عرض النطاق الترددي، ولا يمكن دعم المنافذ بسرعات مختلفة من الدخول إلى الخروج.

مجالات التبديل

• تعمل المحولات على التخلص من مجالات التصادم وتقليل الازدحام.
• عندما يكون هناك ازدواج كامل على الرابط، يتم القضاء على نطاقات التصادم.
• إذا كان هناك جهاز واحد أو أكثر في وضع نصف الازدواج (half-duplex)، فسيكون هناك مجال تصادم.
• تستخدم معظم الأجهزة التفاوض التلقائي كإعداد افتراضي للدوبلكس والسرعة.

مجالات البث

• يمتد نطاق البث عبر كافة أجهزة الطبقة 1 أو الطبقة 2 على شبكة LAN.
• فقط جهاز من الطبقة 3 (الموجه) يكسر نطاق البث ويسمى أيضًا مجال بث MAC.
• يتكون مجال البث من جميع الأجهزة على شبكة LAN التي تتلقى حركة مرور البث.
• عندما يتلقى مفتاح الطبقة 2 بثًا، فإنه سيتم إغراق جميع الواجهات باستثناء واجهة الدخول.
• قد يتسبب العديد من عمليات البث في الازدحام وضعف أداء الشبكة.
• ستؤدي زيادة الأجهزة في الطبقة 1 أو الطبقة 2 إلى توسيع نطاق البث.

التخفيف من ازدحام الشبكة

• تستخدم المحولات جدول عنوان MAC وكامل الوجهين للقضاء على الاصطدامات وتجنب الازدحام.

• تتضمن ميزات المبدل التي تخفف من الازدحام:

  • سرعات منفذ سريعة (Fast Port Speeds): اعتمادًا على الطراز، قد تحتوي المحولات على سرعات منفذ تصل إلى 100 جيجابت في الثانية.
  • تبديل داخلي سريع (Fast Internal Switching): يستخدم هذا ناقل داخلي سريع أو ذاكرة مشتركة لتحسين الأداء.
  • ذاكرة تخزين كبيرة (Large Frame Buffer):يسمح بالتخزين المؤقت أثناء معالجة كميات كبيرة من الإطارات.
  • كثافة منافذ عالية (High Port Density): تتيح توصيل العديد من الأجهزة بشبكة LAN بتكلفة أقل وتقليل ازدحام حركة المرور المحلية.

ملخص: ماذا تعلمت في هذه الوحدة؟

• إعادة توجيه الإطار: منافذ الدخول والخروج تستخدم في عملية إعادة توجيه الإطار.
• يتم إنشاء جدول لعناوين MAC لإعادة توجيه الإطارات على الشبكة.
• يتم استخدام طرق store-and-forward أو cut-through لإعادة توجيه الإطارات بواسطة المبدل.
• ستكون منافذ الإيثرنت في half-duplex جزءًا من مجال تصادم.
• Full-duplex يؤدي إلى القضاء على نطاقات التصادم.
• سيقوم المبدل إلى إغراق جميع الواجهات باستثناء منفذ الدخول إذا كان الإطار عبارة عن بث أو إذا كان MAC الوجهة أحادية الإرسال غير معروف.
• قد يتم تقسيم نطاقات البث بواسطة جهاز من الطبقة 3، مثل جهاز التوجيه.
• المبدلات تقوم بتوسيع نطاقات البث، ولكن يمكن القضاء على مجالات الاصطدام وتخفيف الازدحام.