Transcript network2-6
به نام خدا شبكه هاي كامپيوتري 2 زهره زرین قلمی [email protected] Email: فصل پنجم: الیه شبکه سوئیچینگ()switching •زمانی که قرار است چندین کامپیوتر از طریق کانال ( رسانه انتقال) به یکدیگر متصل شوند دو روش استفاده از کانال پخش همگانی و یا کانال نقطه به نقطه به ذهن می رسد . •اما زمانی که تعداد کامپیوترها بسیار زیاد و یا شبکه بسیار بزرگ باشد استفاده از توپولوژی کانال پخش همگانی نظیر باس امکان پذیر نیست. •از طرف دیگر استفاده از توپولوژی های نقطه به نقطه نظیر گراف کامل یا ستاره نیز نیاز به کانال های بسیار دارد وبه تبع آن هزینه زیادی دارد در حالی که اکثر مواقع بیش تر کانال ها خالی هستند. راه بهتر استفاده از روش سوئیچینگ است. 3 شبکه سوئیچ )(Switched Network • یک شبکه سوئیچ ) (Switched Networkاز تعدادی گره متصل به هم به نام سوئیچ را فراهم می کنند. •سوئیچ ها دستگاه های سخت افزاری هستند که ارتباط موقت میان دو یا چند کامپیوتر متصل به سوئیچ را فراهم می کنند. •مطابق شکل یک سوئیچ دستگاهی دارای nورودی و mخروجی است که ارتباط موقتی میان یکی از کانال های ورودی و یک کانال خروجی را فراهم می کند. •کامپیوترها مستقیما به یکدیگر متصل نیستند بلکه از طریق شبکه سوئیچ با یکدیگر ارتباط دارند .در شبکه سوئیچ مسیریاب ها به عنوان سوئیچ و برای مسیریابی به کار می روند. 4 شبکه سوئیچ )(Switched Network در شکل زیر به جای اتصال نقطه به نقطه بین کامپیوترهای سمت چپ و کامپیوترهای سمت راست با استفاده از 10کانال و چهار سوئیچ تعداد کانال ها کاهش یافته است. در شکل باال کامپیوتر Aتوسط سوئیچ های 1و2و 3به کامپیوتر Dمتصل شده است و با تغییر اهرم های سوئیچ ها می توان هر کامپیوتر سمت چپ را به هر کامپیوتر سمت راست متصل نمود. 5 انواع سوئیچینگ به طور کلی ,سه روش مختلف سوئیچینگ وجود دارد: -1سوئیچینگ مداری () Circuit Switching -2سوئیچینگ پیغامی () Message Switching -3سوئیچینگ بسته ای ( ) Packet Switching 6 انواع سوئیچینگ 7 -1سوئیچینگ مداری برای ایجاد یک مدار اختصاصی و مسیر فیزیکی واقعی بین دستگاه های فرستنده و گیرنده از روش سوئیچینگ مداری در الیه فیزیکی استفاده می شود. این مدار فقط مختص فرستنده و گیرنده است و دیگر کامپیوترها نمی توانند از این مدار استفاده کنند. برای برقراری مدار و اتصال اولیه بین فرستنده و گیرنده زمانی صرف می شود که در شبکه ها قابل توجه است. در شبکه های کامپیوتری مبتنی بر سوئیچینگ مداری داده به صورت جریانی از بیت ها ( )streamو بدون نیاز به بسته بندی و قرار دادن آدرس مبدا و مقصد در مدار فیزیکی اختصاصی بین دو کامپیوتر انتقال می یابد. مثالی از این روش سوئیچینگ انتقال صدای بالدرنگ ما بین دو تلفن است که در شبکه عمومی سوئیچ تلفن یا ) public switch telephone network) PSTN به کار می رود. سوئیچینگ مداری دارای سه مرحله •بر قراری ارتباط بین فرستنده و گیرنده •مرحله انتقال داده و •نیز مرحله قطع ارتباط است. 8 -2سوئیچینگ پیغام در این روش هدر این روش کانالی بین هر 2کامپیوتر و مرکز سوئیچ موجود است و هر کامپیوتر هر لحظه که نیاز به ارسال داشته باشد اطالعاتش را در قالب یک پیغام (نه جریان داده ) شامل سر فصل و دنباله و داده (آدرس مقصد و مبدا و مکانیزم کشف خطاو )....ارسال میکند و مرکز سوئیچ ابتدا کل پیغام را دریافت نموده و در حافظه خود ذخیره نموده و با توجه به آدرس مقصد پیغام را به سمت خروجی مناسب و مرکز سوئیچ بعدی ارسال می کند (روش )store &forwardتا در نهایت با تکرار این عمل توسط دیگر سوئیچ ها ,کامپیوتر مقصد پیغام را دریافت نماید. مانند روش سوئیچینگ مداری نیازی به قراری ارتباط مداری و فیزیکی بین فرستنده و گیرنده نیست بنابراین زمان برقراری ارتباط حذف می شود. اگرچه با روش ذخیره و هدایت سرعت آن در نهایت بسیار پایین تر از روش سوئیچینگ مداری است و همچنین ترتیب دریافت بسته ها توسط گیرنده حفظ نمی شود. از طرف دیگر یک مسیر (چندین کانال میانی) فقط در اختیار دو کامپیوتر فرستنده و گیرنده نیست و دیگر کامپیوترها نیز می توانند از آن کانال ها استفاده نمایند. مشکل دیگر این روش عدم محدودیت طول پیغام است. 9 -2سوئیچینگ پیغام در بعضی مواقع که طول یک پیغام بسیار زیاد می شود مشکالت زیر رخ می دهد: -1در صورت وقوع خطا کل پیغام بزرگ بایستی دوباره ارسال شود (کاهش سرعت). -2فضای بافر حافظه هر سوئیچ بایستی به اندازه کافی بزرگ باشد تا در صورت دریافت پیغام های بزرگ بتواند آنها را کامال ذخیره نمود و سپس به نوبت ارسال نماید .معموال در اینگونه مواقع از حافظه ثانویه با حجم زیاد برای ذخیره پیغام ها استفاده می شود که سرعت ذخیره و بازیابی را کاهش می دهند. -3پدیده تاخیر در هنگام دریافت اطالعات برای پیغام های بزرگ کامال مشهود است .زیرا هر سوئیچ بایستی کل پیغام را ذخیره و سپس بر اساس آدرس مقصد آن را ارسال نماید. به طور مثال در شبکه ای با 20سوئیچ میانی اگر زمان ذخیره و ارسال پیغام توسط هر سوئیچ 100msطول بکشد آن گاه تاخیر دریافت پیغام توسط گیرنده برابر 100×20=2sمی شود . برای حل این مشکل از روش سوئیچینگ بسته ای استفاده می شود. 10 -3سوئیچینگ بسته ای •در سوئیچینگ بسته ای داده ها توسط بلوک هایی با طول متفاوت اما محدود (به نام بسته) به صورت واحدهای گسسته (نه جریان داده) در کانال انتقال می یابند. •حداکثر طول بسته ها توسط شبکه تعیین می شود. •اگر پروتکلی فقط بسته هایی با طول ثابت و یکسان تولید نماید آن بسته ها را سلول می گویند. • )Asynchronous Transfer Mode ) ATMمثالی از این نوع شبکه ها است. •داده هایی با طول بزرگتر بایستی قطعه قطعه شده و هر قطعه در بسته ای برای ارسال قرار گیرد. •هر سوئیچ با دریافت کامل بسته می تواند آن را هدایت کند در حالی که به طور همزمان می تواند بسته بعدی را دریافت کند. •به عبارت واضح تر زمان ارسال و دریافت بسته ها بر روی هم افتاده است (هم پوشان شده است) پس تاخیر نسبت به سوئیچینگ پیغامی کاهش می یابد. •بسته ها در طول شبکه از یک سوئیچ به سوئیچ دیگر منتقل می شوند و در هر سوئیچ ابتدا ذخیره می شوند و سپس با بررسی سرفصل آن (آدرس مقصد یا شناسه) و جدول مسیریابی به سمت مناسب هدایت می شوند ( روش . )store &forward 11 انواع سوئیچینگ بسته ای -1سوئیچینگ بسته ای مدار مجازی -2سوئیچینگ بسته ای داده گرام 12 سوئیچینگ بسته ای مدار مجازی این روش دارای سه مرحله است. -1در ابتدا و در مرحله برقرای ارتباط )(call setupیک مسیر مجازی از طریق سوئیچ ها بین فرستنده و گیرنده در الیه فیزیکی برقرار می شود و با توجه به آدرس مبدا و مقصد یک شناسه خاص منحصر به فرد برای هدایت بسته هایی با همان شناسه (آدرس مبدا و مقصد خاص ) در جداول سوئیچ های واقع در مسیر مجازی ایجاد می شود. -2سپس در مرحله انتقال داده فرستنده در هنگام ارسال اطالعات به هر بسته همان شناسه مرحله برقراری ارتباط را نسبت می دهد و سپس ارسال می نماید .بسته ها با توجه به شناسه از سوئیچ های مختلف گذر کرده و به سمت مقصد هدایت می شوند. -3و در نهایت پس از اتمام عمل انتقال داده و در مرحله قطع ارتباط) (call releaseمسیر مجازی بین فرستنده و گیرنده از بین می رود و آن شناسه خاص از جداول سوئیچ های میانی پاک می شود. از این جهت به این روش مدار مجازی می گویند که قسمتی از این مدار ممکن است برای دیگر فرستنده و گیرنده ها و با اختصاص شناسه منحصر به فرد دیگری مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین مداری که بین فرستنده و گیرنده ایجاد شده است و به صورت مجازی است .شبکه ATMو Frame Relayاز این روش استفاده می کنند. در این روش ترتیب دریافت اطالعات توسط گیرنده حفظ می شود. 13 سوئیچینگ بسته ای داده گرام در این روش اطالعات فرستنده به چندین بسته تقسیم می شود و هر بسته عالوه بر داده شامل آدرس های مقصد ،مبدا و شماره بسته و مکانیزم کشف خطا و ...نیز هست. این بسته ها به نام داده گرام خوانده می شود. مسیریابی و عملیات هدایت سوئیچ ها برای انتقال صحیح هر بسته از مبدا به مقصد به صورت مستقل و جدای از دیگر بسته ها انجام می شود. مسیریابی در این روش بر اساس آدرس مقصد موجود در هر بسته انجام می شود. هر سوئیچ (مسیریاب)یک جدول مسیریابی است که اطالعات جدول در فواصل زمانی خاصی و بر اساس ارتباط بین مسیریاب با مسیریاب های همسایه به روز می شود. 14 سوئیچینگ بسته ای داده گرام •شکل زیر نمایش این روش است. •کامپیوتر Aپیغام بزرگ خود را به چهار بسته با شماره های 1و 2و 3و 4تقسیم نموده و برای کامپیوتر Xارسال می کند. • اما گیرنده ممکن است از مسیرهای مختلف هر بسته را دریافت نماید .بنابراین ترتیب دریافت بسته ها در سمت گیرنده حفظ نمی شود که رفع این مشکل بر عهده الیه باالتر (الیه انتقال ) گذاشته می شود. 15 16 مقایسه روش های سوئیچینگ •مقایسه سوئیچینگ بسته ای با مداری مزیت اصلی روش سوئیچینگ بسته ای نسبت به سوئیچینگ مداری این است که فرستنده های مختلف به طور همزمان می توانند از یک کانال استفاده نمایند. اگر چه سرعت پایین تری نسبت به سوئیچینگ مداری دارد و ترتیب دریافت بسته ها توسط گیرنده حفظ نمی شود. •مقایسه سوئیچینگ بسته ای با پیغام از طرف دیگر در مقایسه با سوئیچینگ پیغام ،با توجه به حجم محدود بسته ها اوال فضای حافظه مورد نیاز برای هر سوئیچ مشخص است. ثانیا سرعت باالتر می رود و ثالثا در صورت وقوع خطا در یک بسته فقط قسمت کوچکی از اطالعات از بین می رود. در شبکه جهانی اینترنت (الیه شبکه) از روش سوئیچینگ بسته ای داده گرام استفاده می شود. 17