Transcript دانلود - دانشگاه شاهد

‫شبکه هاي کامپيوتري‬
‫مبحث هفتم‪ :‬طراحی شبکه‬
‫بخش اول‪ :‬عناصر راه گزین و سوئیچ ها‬
‫وحید حقیقت دوست‬
‫دانشکده فنی و مهندس ی دانشگاه شاهد‬
‫‪1‬‬
‫‪http://shahed.ac.ir/haghighatdoost‬‬
‫عناصر راه گزینی در شبکه‬
‫‪2‬‬
‫دستگاه های مختلف برای اتصال سگمنت های شبکه‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫هاب (‪)Hubs‬‬
‫پل (‪)Bridges‬‬
‫سوئیچ ( ‪)Switches‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫ً‬
‫توجه داشته باشید که سوئیچها معموال تعداد پورتهای زیادی دارند‬
‫عملکرد پل و سوئیچ مشابه هم هستند و فقط تعداد پورتهای پل کمتر است‬
‫‪‬‬
‫روتر یا مسیریاب (‪)Router‬‬
‫‪‬‬
‫تکرارگر (‪)Repeater‬‬
‫‪‬‬
‫‪3‬‬
‫ً‬
‫ر‬
‫تکرارگرها معموال دو پو ت داشته و برای تقویت سیگنال بوده و در الیه فیزیکی کار میکند و‬
‫ً‬
‫نهایتا برای افزایش وسعت شبکه استفاده میشود و بعنوان یک عنصر راه گزین طبقه بندی‬
‫نمی شود‬
‫هاب ‪Hub‬‬
‫‪hub‬‬
‫‪node6‬‬
‫‪To higher level hubs/switches‬‬
‫‪node5‬‬
‫‪node1‬‬
‫‪node4‬‬
‫‪node2‬‬
‫‪node3‬‬
‫‪‬‬
‫ً‬
‫هابها عمدتا تکرار کننده هایی در الیه فیزیکی هستند‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪4‬‬
‫بیتها از یک اینترفیس وارد شده و در تمامی اینترفیسها ارسال میشوند‬
‫هیچ گونه بافرسازی قابها در این دستگاه انجام نمیشود‬
‫در هاب ‪ CSMA/CD‬اجرا نمیشود‪ :‬واسطهای مربوط به میزبانها‪ ،‬تداخل را تشخیص میدهند‬
‫مدیریت شبکه با حضور این دستگاه ها مشکل است‪.‬‬
‫پلها و مجزا نمودن ترافیک‬
‫‪‬‬
‫حضور پلها باعث میشود تا سگمنت شبکه به سگمنتهای کوچکتر تقسیم شود‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫پل بسته ها را فیلتر میکند‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫پل باعث شکسته شدن و کوچکتر شدن یک دامنه تداخل بزرگ به دامنه تداخلهای کوچکتر میشود‪.‬‬
‫مقصد بسته های دریافتی چنانچه مرتبط با همان سگمنت ورودی باشند‪ ،‬در سگمنتهای دیگر هدایت نمیشوند‬
‫بسته های همه پخش ی از پل عبور کرده و در دیگر سگمنتها نیز قرار میگیرند‪ .‬لذا در شبکه ای که براساس هاب و پل‬
‫طراحی میشود‪ ،‬تنها یک ‪ broadcast domain‬وجود دارد‬
‫‪= hub‬‬
‫‪= host‬‬
‫‪collision‬‬
‫‪domain‬‬
‫‪bridge‬‬
‫‪LAN segment‬‬
‫‪7‬‬
‫)‪LAN (IP network‬‬
‫‪collision‬‬
‫‪domain‬‬
‫‪LAN segment‬‬
‫هدایت بسته ها در پل‬
‫‪‬‬
‫پل چگونه متوجه میشود که مقصد بسته به کدام سگمنت تعلق دارد؟‬
‫‪‬‬
‫‪8‬‬
‫تا اندازه ای شبیه به مسیریابی پویا عمل میکند‪...‬‬
‫خود یادگیری در پل(‪)Self learning‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫پل یک جدول هدایت با نام جدول پل (‪ )bridge table‬دارد‬
‫وارده های جدول پل بصورت زیر هستند‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫پل یاد میگیرد که کدام میزبان از کدام اینترفیس در دسترس است‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪9‬‬
‫)‪(Node MAC Address, Bridge Interface, Time Stamp‬‬
‫وارده های قدیمی از جدول حذف میشوند (‪ TTL‬میتواند ‪ 60‬دقیقه باشد)‬
‫زمانی که یک قاب وارد میشود‪ ،‬پل یاد میگیرد که فرستنده از کدام پورت در دسترس است‬
‫به این نوع یادگیری‪ ،‬یادگیری معکوس (‪ )Reverse training‬نیز میگویند‬
‫فرایند فیلتر کردن و هدایت کردن در پل‬
:‫زمانی که یک پل یک بسته را دریافت میکند‬
if )entry found for destination( then
{
if (destination on segment from which frame arrived) then
drop the frame
else
forward the frame on interface indicated
}
else flood
‫بسته در تمامی اینترفیس ها بجز اینترفیس ی که‬
‫ هدایت میشود‬،‫بسته از آن وارد شده‬
10
‫مثالی از پل‬
‫فرض کنید ‪ C‬قاب هایی را برای ‪ D‬ارسال کند و ‪ D‬پاسخ آنها را میدهد‪.‬‬
‫‪Address Port‬‬
‫‪1‬‬
‫‪A‬‬
‫‪1‬‬
‫‪B‬‬
‫‪2‬‬
‫‪E‬‬
‫‪3‬‬
‫‪H‬‬
‫‪3‬‬
‫‪J‬‬
‫‪ ‬پل قابهای ارسال شده توسط ‪ C‬را دریافت میکند‬
‫‪ ‬پل توجه میکند که ‪ C‬در اینترفیس ‪ 1‬قراردارد‬
‫‪ ‬از آنجا که اطالعات مربوط به ‪ D‬در جدول پل وجود ندارد‪ ،‬پل قاب را در اینترفیسهای ‪ 2‬و ‪3‬‬
‫هدایت میکند‬
‫‪ ‬بسته ارسال شده توسط ‪ D‬دریافت میشود‬
‫‪11‬‬
‫ادامه مثال‬
‫‪Address Port‬‬
‫‪1‬‬
‫‪A‬‬
‫‪1‬‬
‫‪B‬‬
‫‪2‬‬
‫‪E‬‬
‫‪3‬‬
‫‪H‬‬
‫‪3‬‬
‫‪J‬‬
‫‪1‬‬
‫‪C‬‬
‫‪ D ‬پاسخ فریم دریافتی را برای ‪ C‬تولید و ارسال میکند‬
‫‪ ‬پل بسته را دریافت میکند‬
‫‪ ‬پل یاد میگیرد که ‪ D‬در اینترفیس ‪ 2‬قرار دارد و این اطالعات را در جدول اضافه میکند‬
‫‪ ‬پل میداند که ‪ C‬در اینترفیس ‪ 1‬است‪ ،‬لذا فریم را در اینترفیس ‪ 1‬قرار میدهد‬
‫‪12‬‬
‫برقراری ارتباط بدون ستون فقرات (‪)backbone‬‬
‫‪‬‬
‫به دو دلیل این ساختار توصیه نمیشود‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪13‬‬
‫ایجاد نقطه خطر (‪ )Single point of failure‬در هاب ‪Computer Science‬‬
‫تمامی ترافیک بین ‪ EE‬و ‪ SE‬باید از سگمنت ‪ CS‬عبور کند‬
‫طراحی براساس ستون فقرات‬
‫این راهکار توصیه میشود!‬
‫‪14‬‬
‫درخت پوشای پل ها‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫برای افزایش قابلیت اطمینان‪ ،‬مطلوب است تا مسیرهای جایگزین وجود داشته باشد‪ .‬لذا بین دو گره‪ ،‬چندین مسیر‬
‫وجود دارد‪.‬‬
‫وجود بیش از یک مسیر بین دو گره باعث ایجاد چرخه میشود و پل ها یک بسته را چندین بار ذخیره و باز ارسال‬
‫میکنند‬
‫راه حل‪ :‬باید یک درخت پوشا برای اتصال درختها با غیرفعال کردن برخی اینترفیسها ایجاد کنیم‬
‫‪Disabled‬‬
‫‪15‬‬
‫پل در مقایسه با روتر‬
‫‪‬‬
‫هر دو از روش ذخیره‪-‬سپس‪-‬هدایت استفاده میکنند‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪16‬‬
‫روترها‪ :‬در الیه شبکه کار میکنند (سرایند الیه ‪ 3‬را بررس ی میکنند)‬
‫پل ها‪ :‬در الیه پیوند داده کار میکنند (براساس سرآیند قاب تصمیم گیری میکنند)‬
‫روتر دارای جدول مسیریابی (‪ )routing table‬است و الگوریتم مسیریابی را پیاده سازی میکند‬
‫پلها دارای جداول پل هستند‪ ،‬فیلترینگ و یادگیری و الگوریتمهای درخت پوشا را پیاده سازی میکند‬
‫سوئیچهای شبکه‬
(a) Hub
(b) Switch
     
Single collision domain
High-Speed Backplane or
Interconnection fabric



Multi collision domain

18
‫سوئیچها‬
‫‪‬‬
‫‪Ethernet Switch‬‬
‫‪B‬‬
‫’‪B‬‬
‫‪‬‬
‫همانند پل‪ ،‬قابهای الیه ‪ 2‬را هدایت میکند‬
‫‪‬‬
‫فیلترینگ را براساس آدرسهای ‪ MAC‬انجام میدهد‬
‫‪‬‬
‫’‪A‬‬
‫‪19‬‬
‫‪A‬‬
‫بطور کلی سوئیچ یک پل با تعداد اینترفیسهای زیاد‬
‫است‪.‬‬
‫اغلب در الیه دسترس ی به شبکه از سوئیچها استفاده‬
‫میشود تا ‪ collision domain‬وجود نداشته باشد‬
‫سوئیچینگ سریع‬
‫‪‬‬
‫سوئیچینگ سریع (‪ :)Cut-through switching‬قابها از اینترفیس ورودی روی اینترفیس‬
‫خروجی بدون درنگ ارسال میشوند بدون اینکه الزم باشد کل فریم ذخیره شود‪.‬‬
‫‪‬‬
‫کاهش تاخیر هدایت قاب‬
‫‪‬‬
‫ترکیبی از اینترفیسهای ی با سرعتهای مختلف ‪ 10/100/1000 Mbps‬ارائه مینماید‬
‫‪Receiver‬‬
‫‪R2 = 10 Mbps‬‬
‫‪R1 = 10 Mbps‬‬
‫‪Sender‬‬
‫‪Header‬‬
‫‪20‬‬
‫‪time‬‬
‫مدل عمومی در طراحی شبکه ها‬
Router
modem
Telephone
Lines
Switching hub
External Link
Remote Access Server
Modem pools
modem
Servers
Repeater hub1
Repeater hubn
Client
Client
Server
Client
Client
Printer
21
1-‫جمع بندی‬
hubs bridges routers switches
Traffic isolation
no
yes
yes
yes
plug & play
yes
yes
no
yes
Optimal routing
no
no
yes
no
Cut through
yes
no
no
yes
2-‫جمع بندی‬
Repeating
Bridging
Switching
Routing
Works at Layer...
1
2
2
3
Transparent?
Yes
Yes
Yes
No
Performance
worst
ok
high
high delay
Complexity
low
medium
high
way-high
Topology
restricted,
no loops
arbitrary
no loops
arbitrary
Packet Flooding
always
Looping packet
catastrophic
catastrophic
catastrophic
TTL kills it
Unknown address
flood
flood or
opt. discard
default
default or
discard
Forwarding
instant
store & fwd
cut thru (typ)
store & fwd
Topology learning
none
STP
opt. STP
L3 protocol
broadcast &
broadcast
unknown (w/ default route)
never
23
‫حذف حلقه در سوئیچها‬
‫‪24‬‬
‫پروتکل ‪STP‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫این پروتکل در سوئیچها بکار میرود و وظیفه آن ایجاد مسیرهای‬
‫مطمئن و همچنین پشتسبان برای جلوگیری از ایجاد ‪loop‬و ‪...‬‬
‫میباشد‪.‬‬
‫استاندارد ‪ IEEE 802.1.D‬مربوط به این پروتکل است و پیش‬
‫فرض شرکت سیسکو در تولید محصوالت است‬
‫‪ :Bridges protocol data unit‬این پکتها با نام اختصاری‬
‫‪ BPDU‬در پروتکل ‪ STP‬بکار گرفته میشوند‪.‬‬
‫هر ‪ 2‬ثانیه یکبار این بسته ها ارسال میگردند‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪25‬‬
‫حاوی اطالعاتی مانند ‪switch id‬و ‪bridge id‬میباشند‪.‬‬
‫مراحل عملکرد پروتکل ‪STP‬‬
‫‪‬‬
‫انتخاب ‪ :root switch‬این کار توسط پکت های ‪bpdu‬صورت‬
‫میگیرد ‪.‬این پکت توسط هر سوئیچ حاوی اطالعات زیر میباشد‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪26‬‬
‫‪ :Priority‬همیشه برابر با ‪ 32767‬بوده و به طول ‪ 2‬بایت میباشد‪ .‬بطور کلی‬
‫ثابت بوده و با دستکاری آن بصورت دستی میتوان یک سوئیچ را ‪root‬‬
‫‪ switch‬نمود‪ .‬زیرا اولویت با آن میباشد‪.‬‬
‫‪ 6 :Mac address‬بایت میباشد و اولویت دوم است‪ .‬البته چون‬
‫ً‬
‫ً‬
‫‪ priority‬معموال ثابت و یکسان میباشد بنابراین اولویت معموال به ‪mac‬‬
‫پایین تر داده میشود‪.‬‬
‫نکته‪ :‬در حالت استفاده از ‪vlan‬به ازاء هر یک از ‪vlan‬ها یک‬
‫پروتکل ‪ stp‬جداگانه پیکربندی میشود‪.‬‬
‫پورت ریشه (‪)root port‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪27‬‬
‫پورت ریشه (‪ )Root port‬پورتی که فقط از طریق آن میتوان با‬
‫‪ rootswitch‬ارتباط برقرار نمود‪.‬‬
‫عمل انتخاب ‪ rootport‬بصورت هوشمندانه توسط ‪ rootswitch‬انجام‬
‫خواهد گردید‪.‬‬
‫خود ‪ rootswitch‬دارای ‪ rootport‬نمیباشد‪.‬‬
‫به هر پورت پورت عدد ‪ cost‬نسبت داده میشود‪.‬‬
‫هرچقدر ‪cost‬کمتر باشد آن پورت دارای الویت بیشتر میباشد‪ .‬این عدد با پهنای‬
‫باند رابطه معکوس دارد‪ .‬یعنی هر چقدر از پورت استفاده بیشتری گردد آن پورت‬
‫‪cost‬کمتری خواهد داشت‪.‬‬
‫پارامتر دیگر ‪ pathcost‬میباشد که مسیر محتمل موجود بین ‪rootswitch‬‬
‫و سوئیچ مورد نظر میباشد‪.‬‬
‫‪Designated port‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪28‬‬
‫در یک سگمنت از یک شبکه یک پورت وجود دارد که ترافیک آن‬
‫سگمنت را از خود عبور میدهد که به آن ‪designated port‬‬
‫گویند‪.‬‬
‫‪ designated port‬به یک ‪ root port‬از سوئیچ پایین دستی‬
‫متصل میشود‬
‫انتخاب ‪ designated port‬نیز یکی از وظایف پروتکل‪stp‬‬
‫میباشد‪.‬‬
Blocked port
.‫ بلوکه میشود‬،designated ‫ باشد و نه‬root ‫پورتی که نه‬

29
‫مثال‬
‫انتخاب سوئیچ ‪ :root‬همه سوئیچها ‪ BPDU‬خودشان را ارسال میکنند‬
‫‪30‬‬
‫مثال‬
‫‪Root switch‬‬
‫همه سوئیچها باید پورت ‪ root‬خود را مشخص کنند‬
‫‪31‬‬
‫مثال‬
‫‪Root switch‬‬
‫‪32‬‬
‫سوئیچ ‪ 2‬پیام ‪ BPDU‬را از دو پورت خود )‪ (E,F‬دریافت میکند و پورتی که هزینه کمتری داشته باشد را بعنوان‬
‫‪ root port‬درنظر میگیرد‪ .‬لذا پورت ‪ F‬بعنوان ‪ root port‬انتخاب میشود‬
‫مثال‬
‫‪Root switch‬‬
‫‪33‬‬
‫در هر سگمنت پورتی که کمترین هزینه را داشته باشد بعنوان ‪ Designated port‬انتخاب میشود‪.‬‬
‫پورتهای ‪ E ،J‬و ‪ A‬در سگمنت ‪ B‬قرار دارند و به ترتیب هزینه های ‪ 20 ،0‬و ‪ 10‬را دارند لذا پورت ‪ J‬بعنوان‬
‫‪ Designated port‬انتخاب میشود‬
‫مثال‬
‫‪Root switch‬‬
‫‪34‬‬
‫پورتهایی که نه ‪ root port‬هستند و نه ‪ Designated port‬به ناچار ‪ blocked‬خواهند شد‬
‫پورتهای ‪ E‬و ‪G‬‬
‫مثال‪ :‬توپولوژی نهایی با حذف حلقه ها‬
‫‪35‬‬