شبکه های سوئیچ شده کامل، از هر دو نوع کابل کشی فیبر نوری و یا زوج سیم بهم تابیده استفاده نموده که هر یک برای ارسال و دریافت اطلاعات، رساناهای مجزا بکار می برند. در چنین محیطی، از آنجائیکه نودها تنها وسائلی هستند که می توانند به سوئیچ دسترسی داشته باشند، لذا نودهای اترنت می توانند از فرآیند تشخیص تصادم[3] چشم پوشی نموده و هر زمان به دلخواه اطلاعات خود را ارسال نمایند. به عبارت دیگر، جریان ترافیک در هر جهت، مسیری مخصوص به خود دارد. این خصوصیت به نودها اجازه می دهد تا در همان لحظه ای که سوئیچ اطلاعاتی را به نودها ارسال می کند، آنها نیز بتوانند اطلاعاتشان را به سوئیچ انتقال دهند. به این ترتیب محیطی عاری از تصادم[4] ایجاد می گردد. از سوی دیگر انتقال و ارسال دو جهته می تواند به طور موثری سرعت ظاهری شبکه را زمانی که دو نود در حال تبادل اطلاعات هستند، دو برابر کند. به عنوان مثال، اگر سرعت شبکهMbps10 باشد، در این صورت هر نود می تواند به طور همزمان با سرعت Mbps10 اطلاعات را ارسال نماید.
یک شبکه ترکیبی با دو سوئیچ و سه hub
[1] full duplex
[2] half duplex
[3] Collision detection
[4] Collision free
اغلب شبکه ها به خاطر هزینه هایی که جایگزین کردن سوئیچها به جای تمامی hubها در پی دارد، به طور کامل سوئیچ شده نیستند. در عوض، با بکاربردن ترکیبی از سوئیچها و hubها، شبکه ای با بازده بالا و هزینه مناسب ایجاد می کنند. به عنوان مثال، شرکتی ممکن است دارای یک سری hub باشد که هر hub کامپیوترهای موجود در هر بخش را بهم متصل نموده و درمجموع یک سوئیچ تمامی hubهای مربوط به بخش های مختلف را به یکدیگر مرتبط می سازد.
فن آوری های سوئیچینگ :
شما می توانید دریابید که یک سوئیچ اساسا قابلیت تغییر مسیری را که نودها از طریق آن می توانند با یکدیگر ارتباط برقرار نمایند، داراست. ممکن است این سوال برای شما مطرح شود که چه چیزی یک سوئیچ را از یک router متفاوت می سازد؟ سوئیچها معمولا در لایه دوم (Data یاData link) از مدل مرجع OSI با بکاربردن آدرسهای MAC کار می کنند، در حالیکه مسیریابها یا همان router ها در لایه سوم (شبکه یا Network) با آدرسهای لایه 3 (IP ، IPX و یا Apple talk بسته به مواردی که پروتکلهای لایه 3 در آنهابکاربرده می شوند) فعالیت می نمایند.الگوریتمی را که سوئیچها به منظور تصمیم گرفتن برای چگونگی ارسال بسته ها بکار می برند با الگوریتم های مورد استفاده توسط router ها برای فرستادن بسته ها، متفاوت می باشد. یکی از تفاوتهای موجود در الگوریتم های میان سوئیچها و router ها آن است که broad cast ها چگونه اداره و انجام می شوند. در هر شبکه ای، مفهوم یک بسته broad cast برای قابلیت کارکرد آن شبکه، حیاتی می باشد. هر زمان که وسیله ای در شبکه احتیاج به فرستادن اطلاعات دارد اما نمی داند که آنرا برای چه کسی باید بفرستد، یک broad cast ارسال می نماید. به عنوان مثال هر وقت که یک کامپیوتر جدید یا وسیله ای دیگر به شبکه اضافه می گردد، یک بسته broad cast به منظور اعلام نمودن حضورش ارسال می نماید. نودهای دیگر (از قبیل یک سرور domain) می توانند کامپیوتر فوق را به browser list خود (چیزی شبیه یک دایرکتری آدرس) اضافه نمایند و با آن کامپیوتر از همان نقطه فعال شدن، بطور مستقیم ارتباط برقرار کنند. broad cast ها هنگامی که یک وسیله نیاز به ایجاد اعلان به سایر شبکه دارد و یا اینکه آن وسیله مطمئن نیست چه کسی باید گیرنده اطلاعات باشد، بکار برده می شوند.
مدل مرجع OSI شامل 7 لایه بوده که از سیم (Physical) تا نرم افزار (Application) را ایجاد می نماید.
یک hub یا یک سوئیچ، بسته های broad cast دریافتی را به تمامی سگمنت های دیگر در حوزه انتشار[1] عبور خواهند داد در حالیکه یک router اینگونه عمل نمی نماید. مجددا همان مثال تقاطع چهارراه را درنظر بگیرید. در آن مثال، تمام ترافیک بدون توجه به جایی که در حال رفتن بود، از تقاطع عبور کرد. اکنون فرض کنید که این تقاطع در یک مرز بین المللی قرار داشته باشد. به منظور عبور کردن از تقاطع، بایستی یک گارد مرزی با آدرس معینی که در حال رفتن به آن هستید را فراهم آورید. چنانچه شما مقصد مشخصی نداشته باشید، دراین صورت گارد اجازه عبور را به شما نخواهد داد. عملکرد یک router مانند مثال فوق می باشد. بدون داشتن آدرس مشخص وسیله دیگر، اجازه رد شدن بسته دیتا را نخواهد داد. این ویژگی برای جدانگه داشتن شبکه ها از یکدیگر، مناسب بوده اما زمانی که شما می خواهید میان قسمت های مختلف در یک شبکه ارتباط برقرار کنید، چندان خوب به نظر نمی رسد. اینجاست که سوئیچ ها بکار می آیند.
عملکرد سوئیچهای LAN ، مبتنی بر سوئیچینگ بسته ای[2] می باشد. سوئیچ میان دو بخش یا سگمنت، یک ارتباط تا حدی که بسته های صحیح ارسال گردند، برقرار می نماید. بسته های ورودی(قسمتی از یک فریم اترنت) در محل حافظه موقت(بافر) ذخیره می شوند. آدرس MAC موجود در header فریم خوانده شده و سپس با لیست آدرسها که در جدول نظاره[3] سوئیچ نگهداری می شوند، مقایسه می گردد. در یک شبکه محلی مبتنی بر اترنت، یک فریم اترنت مشتمل بر یک بسته نرمال به عنوان pay load آن فریم همراه با یک header مشخص که دارای اطلاعات آدرس MAC برای منبع و مقصد بسته است، می باشد.
سوئیچهای مبتنی بر بسته، یکی از سه روش زیر را برای مسیریابی ترافیک به کار می برند:
· برشی (cut – through)
· ذخیره و ارسال (store and forward)
· بدون تکه (Fragment free)
درسوئیچهای cut-through به محض اینکه یک بسته توسط سوئیچ تشخیص داده شده و آشکار می گردد، آدرس MAC را می خوانند. بعد از ذخیره نمودن شش بایت که اطلاعات آدرس را تشکیل می دهند، حتی چنانچه باقیمانده بسته در حال رسیدن به سوئیچ باشد، فورا شروع به ارسال بسته به نود مقصد می نمایند.
سوئیچی که روش store & forward را بکار می برد، تمامی بسته را در بافری ذخیره نموده و آنرا از لحاظ خطاهای CRC [4] یا دیگر مشکلات چک می نماید. اگر بسته خطایی داشته باشد، دور انداخته می شود. درغیراین صورت،
[1] Broad cast domain
[2] Packet-switching
[3] Lookup table
[4] Cyclic Redundancy Check
سوئیچ آدرس MAC را پیدا نموده و بسته را به نود مقصد می فرستد. سوئیچهای زیادی دو روش فوق را با هم ترکیب می کنند. بدین ترتیب که تا لحظه ایجاد نشدن یک خطای مهم، از روش cut-through استفاده نموده و با آمدن خطا به روش store & Forward عمل می نمایند. از آنجائیکه در روش cut-through هیچگونه تصحیح خطایی صورت نمی گیرد، سوئیچهای اندکی تنها آنرا بکار می برند.
روش دیگر که چندان معمول نمی باشد، Fragment-free است. این روش مانند روش cut-through بوده با این تفاوت که 64 بایت اولیه بسته قبل از ارسال آن، ذخیره می شود. علت این امر آنست که اکثر خطاها و تمام برخوردها یا collisions در طول 64 بایت اولیه یک بسته اتفاق می افتد.
سوئیچهای LAN در طراحی فیزیکی شان متفاوت هستند. به طور متداول، سه ساختار عمومی در آنها وجود دارد:
· حافظه اشتراکی[1]: این سوئیچها تمامی بسته های ورودی را در یک بافر حافظه مشترک که توسط تمام پورت های سوئیچ (اتصالات ورودی و خروجی) به اشتراک گذاشته شده، ذخیره می نمایند. سپس آنها را به پورت صحیح برای نود مقصد ارسال می کنند.
· ماتریسی[2]: این نوع سوئیچ دارای یکسری اتصالات مشبک داخلی یا internal grid با پورتهای متقاطع ورودی و خروجی می باشد. زمانی که بسته ای در یک پورت ورودی تشخیص داده می شود، آدرس MAC آن با مقادیر جدول نظاره یا look up به منظور یافتن پورت خروجی مناسب مقایسه شده، سپس سوئیچ در شبکه داخلی خود و در محلی که دو پورت مذکور با هم تلاقی می کنند، یک اتصال ایجاد می نماید.
· ساختار خطی[3]: در این حالت به جای داشتن یک شبکه، یک مسیر انتقال داخلی (باس مشترک) توسط تمامی پورت ها و با بکاربردن تکنیک دسترسی چندگانه با تقسیم زمانی (TDMA [4]) به اشتراک گذاشته می شود. سوئیچی که با این ساختار طراحی شده، دارای یک بافر حافظه اختصاص یافته برای هر پورت و یک مدار مجتمع معین کاربردی (ASIC [5]) به منظور کنترل کردن دسترسی به باس داخلی می باشد.
پل بندی شفاف[6] :
اکثر سوئیچهای LAN اترنت، به منظور ایجاد جداول Look up آدرسشان از سیستمی به نام پل بندی شفاف استفاده می نمایند. پل بندی شفاف، فن آوریی است که به یک سوئیچ اجازه داده تا هر چیزی را که راجع به