سوئیچینگ

سوئیچینگ لایه 2

سوئیچینگ لایه 2 مبتنی بر سخت افزار می‌باشد ، یعنی این نوع سوئیچینگ برای تصمیم گیری در مورد اینکه فریم‌ها را به کجا ارسال کند ، آدرس MAC (آدرس کنترل دسترسی رسانه) کارت واسط شبکه (NIC) میزبان را استفاده می‌کند . سوئیچ‌ها ، مدارات مجتمع خاص آن کاربرد (ASIC) را برای ساخت و نگهداری جداول فیلتر (که تحت عنوان جداول آدرس MAC نیز شناخته می‌شوند) ، استفاده می‌کنند . یک راه برای مورد ملاحظه قرار دادن یک سوئیچ لایه 2 ، ملاحظه به عنوان یک پل چند پورتی می‌باشد .

سوئیچینگ لایه 2 موارد زیر را فراهم می‌کند :

• پل بندی مبتنی بر سخت افزار (MAC)
• سرعت مخابره
• سرعت بالا
• پوشیدگی اندک
• هزینه کم

سوئیچینگ لایه 2 بسیار کارآمد می‌باشد ، چرا که هیچ تغییری در بسته‌های دیتا ایجاد نمی‌شود ، بلکه تغییرات تنها در بسته بندی کردن فریم‌ها و تنها در زمانی که بسته دیتا در حال عبور پاس شدن بین دو رسانه ناهمگون (مثل عبور از اترنت به FDDI) می‌باشد ، اعمال می‌شوند . سوئیچینگ لایه 2برای اتصالات گروه کاری (Workgroup) و تقسیم بندی شبکه استفاده می‌شود . این نوع سوئیچینگ طراحی یک شبکه مسطح با سگمنت‌های بیشتر نسبت به شبکه‌های 10base T shared ، را ممکن می‌سازد . سوئیچینگ لایه 2 به ایجاد اجزاء جدید در زیر ساخت شبکه کمک کرده‌است .

• Server frame‌ها : سرورها خیلی در مکان‌های فیزیکی توزیع نگردیده‌اند ، چون LAN‌های مجازی می‌توانند برای ایجاد فضاهای (Domain) داده پراکنی در یک شبکه گسترده سوئیچ شده ، ساخته شوند . این بدان معناست که تمامی سرورها می‌توانند در یک مکان مرکزی قرار گیرند و در عین حال آن سرور می‌تواند بخشی از یک گروه کاری در یک شاخه ریموت باشد .
• اینترانت‌ها : ارتباطات گسترده کلاینت/سروری مبتنی بر یک تکنولوژی وب را ممکن می‌سازند .

در جاهایی که کارآیی روتر ممکن است در تنگنا باشد ، این تکنولوژی‌های جدید حجم بیشتری از گردش داده‌ها از یک زیر شبکه محلی به یک شبکه روت شده ، را ممکن می‌سازند .

محدودیت ها

سوئیچ‌های لایه 2 مدودیت‌هایی مشابه با شبکه‌های پل (Bridge) دارند . به یاد داشته باشید که پل‌ها به شرطی خوب هستند که شبکه با قانون 80/20 طراحی شده باشد : کاربران 80 درصد وقت خود را در سگمنت محلی خود سپری کنند .

شبکه‌های پل فضای برخورد را تفکیک می‌کنند اما شبکه همچنان یک فضای داده پراکنی بزرگ باقی می‌ماند . به طور مشابه سوئیچ‌ها (پل‌ها ) ی لایه 2 نمی‌توانند فضای داده پراکنی را که می‌تواند باعث کاهش کارآیی و محدود شدن اندازه شبکه گردد ، را تفکیک کنند . داده پراکنی و مولتی کستینگ علاوه بر همگرایی کند زیرگراف‌ها ، می‌توانند باعث مشکلات عمده در توسعه شبکه گردند . به خاطر این مشکلات ، سوئیچ‌های لایه 2 نمی‌توانند به طور کامل جایگزین روترها در شبکه‌های بزرگ گردند .

سوئیچینگ لایه 3

تنها تفاوت بین یک سوئیچ لایه 3 و یک روتر ، در روشی است که مدیر شبکه پیاده سازی فیزیکی را ایجاد می‌کند . همچنین روترهای سنتی برای پیشبرد تصمیمات از ریزپردازنده‌ها استفاده می‌کنند ، اما سوئیچ فقط سوئیچینگ بسته‌ها را مبتنی بر سخت افزار انجام می‌دهد . با این حال برخی روترهای سنتی ممکن است برخی قابلیت‌های سخت افزاری هم داشته باشند . سوئیچ‌های لایه 3 می‌توانند همه جا در شبکه قرار گیرند ، چون آنها ترافیک LAN را به صورت کارآمد رسیدگی می‌کنند و می‌توانند با هزینه کم جایگزین روترها گردند . سوئیچینگ لایه 3 بسته‌ها را به صورت کاملاً مبتنی بر سخت افزار هدایت می‌کند و هدایت تمامی بسته توسط سخت افزار ASIC انجام می‌گیرد . سوئیچ‌های لایه 3 از نظر عملکرد ، واقعاً با روترهای سنتی تفاوتی ندارند و عملکردهای مشابه‌ای را ارائه می‌دهند که در زیر لیست شده‌اند :

• مشخص کردن مسیرها بر مبنای آدرس دهی منطقی
• اجرای چکیده‌های لایه 3 (فقط بر روی هدر)
• پردازش و پاسخ دهی به هر گونه اطلاعات اختیاری
• می‌تواند مدیران SNMP را با اطلاعات MIB‌ به روز کند .
• امنیت ایجاد می‌کند .

مزایای سوئیچینگ لایه 3 شامل موارد زیر می‌باشد :

• هدایت بسته‌ها مبتنی بر سخت افزار
• سوئیچینگ بسته‌ها با کارآیی بالا
• مقیاس پذیری سرعت بالا
• پوشیدگی اندک
• هزینه برای هر پورت اندک
• حسابداری روان
• امنیت
• کیفیت سرویس (QoS)

سوئیچینگ لایه 4

سوئیچینگ لایه 4 ، به عنوان تکنولوژی سوئیچینگ مبتنی بر سخت افزار لایه 3 که می‌تواند برنامه کاربردی را نیز در نظر گیرد ، ملاحظه می‌شود (برای مثال Telnet یا FTP) .

سوئیچینگ لایه 4 برای اتخاذ تصمیم در مورد مسیریابی ، از شماره پورت‌های یافت شده در هدر لایه انتقال برای مسیریابی بیشتر بر روی لایه 3 ، استفاده می‌کند .

این شماره پورت‌ها در RFC 1700 و مرجع پروتکل لایه بالاتر ، برنامه یا Application یافت می‌شوند . اطلاعات لایه 4 برای کمک به تصمیم گیری در مورد مسیریابی استفاده می‌شوند . برای مثال لیست‌های دستیابی توسعه یافته می‌توانند بسته‌ها را بر اساس شماره پورت‌های لایه 4 ، فیلتر نمایند . مثال دیگر اطلاعات حسابداری جمع آوری شده توسط سوئیچینگ NetFlow در روترهای پیشرفته تر سیسکو می‌باشد .

بزرگترین مزیت سوئیچینگ لایه 4 این است که مدیر شبکه می‌تواند یک سوئیچ لایه 4 را برای اولویت بندی ترافیک داده‌ها توسط برنامه کاربردی ، پیکربندی نماید . این بدان معناست که QoS‌می تواند برای هر کاربر مشخص گردد .

برای مثال تعدادی از کاربران می‌توانند به عنوان یک Video-group تعریف گردند و یک اولویت بالا یا پهنای باند ، متناسب با نیاز آنها برای ویدئو کنفرانس ، به آنها اختصاص یابد .

با این حال از آنجا که کاربران می‌توانند عضو گروه‌های مختلف باشند و برنامه‌های کاربردی متعددی را اجرا نمایند ، سوئیچ‌های لایه 4 باید بتوانند یک جدول فیلتر بزرگ را فراهم کنند در غیر اینصورت ، زمان پاسخ دهی تلف خواهد شد . این جدول فیلتر باید بسیار بزرگتر از آنچه در سوئیچ‌های لایه 2 و 3 وجود دارد ، باشد . یک سوئیچ لایه 2 می‌تواند جدول فیلتری تنها به بزرگی تعداد کاربران متصل به شبکه و حتی کمتر (اگر هاب استفاده شده باشد) داشته باشد . با این حال یک سوئیچ لایه 4 می‌تواند 5 یا 6 ورودی برای دستگاهی که به شبکه متصل شده‌است داشته باشد . اگر سوئیچ لایه 4 جدول فیلتری که شامل همه اطلاعات باشد را نداشته باشد ، سوئیچ قادر نخواهد بود که نتایج سرعت سیم را تولید کند .

سوئیچینگ چند لایه ای

سوئیچینگ چند لایه‌ای ، تکنولوژی‌های سوئیچینگ لایه 2 ، 3 و 4 را ترکیب کرده و مقیاس پذیری سرعت بالا با پوشیدگی اندک ، فراهم می‌کند . ترکیب مقیاس پذیری سرعت بالا با پوشیدگی اندک با استفاده از جداول فیلتر بزرگی حاصل می‌شود که مبتنی بر معیارهای طراحی شده توسط مدیر شبکه هستند .

سوئیچینگ چند لایه‌ای می‌تواند ترافیک را با سرعت سیم منتقل کند و مسیریابی لایه 3 ، که می‌تواند تنگناهای روترهای شبکه را رفع نماید ، را نیز فراهم نماید . این تکنولوژی بر اساس ایده یکبار مسیریابی ، چند بار سوئیچ ، عمل می‌کند .

سوئیچینگ چند لایه‌ای می‌تواند تصمیمات سوئیچینگ/مسیریابی را بر مبنای زیر انجام دهد :

• آدرس MAC مبداٌ/ مقصد در یک فریم دیتا لینک
• آدرس IP مبداٌ/ مقصد درون هدر لایه شبکه
• فیلد پروتکل درون هدر لایه شبکه
• شماره پورت مبداٌ/ مقصد درون هدر لایه انتقال

از لحاظ کارآیی تفاوتی بین سوئیچ لایه 3 و 4 وجود ندارد چون سوئیچینگ/ مسیریابی تماماٌ بر مبنای سخت افزار می‌باشد .