حالت های سوئیچینگ در شبکه

حالت های سوئیچینگ در شبکه، اولین مرحله در منطق عملیاتی سوئیچ ها دریافت یک فریم اترنت از نود ارسال کننده است. بسته به نوع روش سوئیچینگ مورد استفاده، سوئیچ بایستی قبل از رفتن به مرحله عملیاتی بعدی تعداد متفاوتی از بایت ها را دریافت و بررسی نماید و در نهایت فریم را به پورت یا پورت های خروجی ارجاع دهد. دو حالت سوئیچینگ اصلی در سوئیچ های سیسکو پشتیبانی می شود:

1. حالت Cut-Through که دو شکل دارد:
   • سوئیچینگ Fragment-free
   • سوئیچینگ Fast-forward
2. حالت Store & Forward

فهرست مطالب

1. Store & Forward
2. Cut-Through

حالت های سوئیچینگ در شبکه

هر دو حالت سوئیچینگ تصمیمات ارسال خود را بر اساس آدرس MAC مقصد فریم های اترنت استوار می نمایند. آنها همچنین آدرس‌های MAC را یادگیری یا اصطلاحا “learn” می کنند  و جداول MAC خود را در حین بررسی فیلدهای آدرس MAC مبدا (SMAC) در سرآیند یا هدر “header” اترنت هنگام ارسال فریم‌ها، می‌سازند. این حالت های سوئیچینگ در این که چه مقدار از فریم باید توسط سوئیچ دریافت و بررسی شود، قبل از اینکه فریم شروع به ارسال به خارج از درگاه خروج کند، متفاوت است.

شکل 1 هر یک از سه حالت را با هم مقایسه می نماید و نشان می دهد که در هر حالت چه مقدار اطلاعات باید دریافت شود. بیایید به هر یک با جزئیات نگاهی داشته باشیم.

حالت ذخیره و ارسال “Store-and-Forward”

از لحاظ تاریخی، اولین روش “forwarding” گسترده مورد استفاده در لایه اترنت به عنوان سوئیچینگ “store-and-forward” نام گذاری شده است. در این روش سوئیچینگ، فریم باید به طور کامل قبل از تصمیم گیری جهت ارسال بر اساس جستجوی آدرس MAC مقصد، دریافت شود. پس از دریافت و بافر، سوئیچ فیلد FCS فریم را با محاسبات بررسی توالی فریم (FCS مخفف frame-check-sequence) مقایسه می کند تا از یکپارچگی و صحت داده ها اطمینان حاصل نماید. چنانچه مقادیر CRC مطابقت نداشته باشند، فریم به شکل نامعتبر علامت‌گذاری می‌شود و Drop یا حذف می‌شود. چنانچه مقادیر مطابقت داشته باشند، آدرس های MAC مقصد و مبدا قبل از ارسال فریم بررسی می شوند.

این روش تاخیر بالاتری نسبت به سه روش دیگر ایجاد می‌کند و فریم‌های کوچک‌تر از 64 بایت (runts) و بزرگ‌تر از 1518 بایت (giants) را به‌طور پیش‌فرض discard می‌ نماید.

شکل 2 نمونه ای از یک سوئیچ با حالت Store & Forward را نشان می دهد که یک فریم را دریافت کرده و صحت آن را تایید می نماید. توجه داشته باشید که در ابتدا و پیش از انجام اقدامات بعدی دریافت کامل می شود.

سوئیچینگ Cut-Through

سوئیچ شبکه ای که از سوئیچینگ Cut-Through استفاده می کند می تواند به محض دریافت دو بایت اول فریم ورودی، تصمیم گیری انتقال را بگیرد. سوئیچ مجبور نیست منتظر بقیه فریم بماند تا شروع به ارسال فریم به پورت خروجی نماید.

حالت Fragment-Free

سوئیچ هایی که در این حالت کار می کنند باید 64 بایت اول فریم را دریافت و بررسی نمایند و سپس تصمیم به ارسال را بگیرند. چرا آنها دقیقا به 64 بایت نیاز دارند؟ در شبکه اترنت، قطعات برخورد “collision fragments” با 64 بایت اول شناسایی می شوند. این حالت سوئیچینگ امروزه مورد استفاده قرار نمی گیرد، بنابراین ما تنها به عنوان مرجع به آن اشاره می نماییم.

سوئیچینگ Fast-forward

یک سوئیچ cut-through می تواند به محض دریافت آدرس MAC مقصد فریم، تصمیم انتقال بگیرد، به این معنی که تنها به 6 بایت اول نیاز دارد. لازم نیست منتظر بقیه فریم اترنت باشد تا تصمیم ارسال خود را بگیرد. نمونه ای از این رفتار در شکل 3 نشان داده شده است.

با این حال، سوئیچ‌های پیشرفته‌تر امروزی لزوماً از این رویکرد استفاده نمی‌کنند. آنها ممکن است یک فریم ورودی را تا زمانی که اطلاعات کافی از محتوای فریم جهت انجام تمام ویژگی های اضافی داشته باشند، تحلیل نمایند. به عنوان مثال، اگر یک لیست کنترل دسترسی “Access Control List” ا (ACL) روی اینترفیس پیکربندی شده باشد، سوئیچ باید فریم را تا هدرهای IP و لایه انتقال (20 بایت برای هدر IPv4 و 20 بایت برای هدر TCP) دریافت نماید، تا اطلاعات موجود در آنجا با لیست اینترفیس مطابقت داشته باشد. این یعنی در مجموع 54 بایت تا آن نقطه. مثال دیگر زمانی است که کیفیت سرویس (QoS) پیکربندی شده باشد یا هر ویژگی پیشرفته دیگری وجود داشته باشد.

برخلاف سوئیچینگ Store & Forward، سوئیچینگ cut-through، فریم های اترنت نامعتبر را حذف drop نمی کند. فریم ها به گره های بعدی ارسال می شوند تا زمانی که برخی از دستگاه ها در طول مسیر FCS فریم را باطل نموده و آن را drop کنند.

مزیت اصلی این روش سوئیچینگ این است که مدت زمانی که سوئیچ جهت شروع ارسال بسته (که به تأخیر سوئیچ گفته می شود) نیاز دارد، بسیار کمتر از سوئیچینگ Store & Forward می باشد.

آموزش شبکه