شبکه هاي کامپيوتري

1. شبکه هاي کامپيوتري مبحث هفتم: طراحی شبکه بخش اول: عناصر راه گزین و سوئیچ ها وحید حقیقت دوست دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه شاهد http://shahed.ac.ir/haghighatdoost

2. عناصر راه گزینی در شبکه

3. دستگاه های مختلف برای اتصال سگمنت های شبکه • هاب (Hubs) • پل (Bridges) • سوئیچ ( Switches) • توجه داشته باشید که سوئیچها معمولاً تعداد پورتهای زیادی دارند • عملکرد پل و سوئیچ مشابه هم هستند و فقط تعداد پورتهای پل کمتر است • روتر یا مسیریاب (Router) • تکرارگر (Repeater) • تکرارگرها معمولاً دو پورت داشته و برای تقویت سیگنال بوده و در لایه فیزیکی کار میکند و نهایتاً برای افزایش وسعت شبکه استفاده میشود و بعنوان یک عنصر راه گزین طبقه بندی نمی شود

4. هاب Hub hub • هابها عمدتاً تکرار کننده هایی در لایه فیزیکی هستند • بیتها از یک اینترفیس وارد شده و در تمامی اینترفیسها ارسال میشوند • هیچ گونه بافرسازی قابها در این دستگاه انجام نمیشود • در هاب CSMA/CD اجرا نمیشود: واسطهای مربوط به میزبانها، تداخل را تشخیص میدهند • مدیریت شبکه با حضور این دستگاه ها مشکل است. node6 To higher level hubs/switches node5 node1 node4 node2 node3

5. collision domain collision domain bridge = hub = host LAN segment LAN segment پلها و مجزا نمودن ترافیک • حضور پلها باعث میشود تا سگمنت شبکه به سگمنتهای کوچکتر تقسیم شود • پل باعث شکسته شدن و کوچکتر شدن یک دامنه تداخل بزرگ به دامنه تداخلهای کوچکتر میشود. • پل بسته ها را فیلتر میکند • مقصد بسته های دریافتی چنانچه مرتبط با همان سگمنت ورودی باشند، در سگمنتهای دیگر هدایت نمیشوند • بسته های همه پخشی 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 domain وجود دارد LAN (IP network)

6. هدایت بسته ها در پل • پل چگونه متوجه میشود که مقصد بسته به کدام سگمنت تعلق دارد؟ • تا اندازه ای شبیه به مسیریابی پویا عمل میکند...

7. خود یادگیری در پل(Self learning) • پل یک جدول هدایت با نام جدول پل (bridge table) دارد • وارده های جدول پل بصورت زیر هستند • (Node MAC Address, Bridge Interface, Time Stamp) • وارده های قدیمی از جدول حذف میشوند (TTL میتواند 60 دقیقه باشد) • پل یاد میگیرد که کدام میزبان از کدام اینترفیس در دسترس است • زمانی که یک قاب وارد میشود، پل یاد میگیرد که فرستنده از کدام پورت در دسترس است • به این نوع یادگیری، یادگیری معکوس (Reverse training) نیز میگویند

8. 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 اینترفیسی که بسته از آن وارد شده، هدایت میشود

9. مثالی از پل فرض کنید C قاب هایی را برای D ارسال کند و D پاسخ آنها را میدهد. • پل قابهای ارسال شده توسط C را دریافت میکند • پل توجه میکند که C در اینترفیس 1 قراردارد • از آنجا که اطلاعات مربوط به D در جدول پل وجود ندارد، پل قاب را در اینترفیسهای 2 و 3 هدایت میکند • بسته ارسال شده توسط D دریافت میشود

10. ادامه مثال • D پاسخ فریم دریافتی را برای C تولید و ارسال میکند • پل بسته را دریافت میکند • پل یاد میگیرد که D در اینترفیس 2 قرار دارد و این اطلاعات را در جدول اضافه میکند • پل میداند که C در اینترفیس 1 است، لذا فریم را در اینترفیس 1 قرار میدهد

11. برقراری ارتباط بدون ستون فقرات (backbone) • به دو دلیل این ساختار توصیه نمیشود: • ایجاد نقطه خطر (Single point of failure) در هاب Computer Science • تمامی ترافیک بین EE و SE باید از سگمنت CS عبور کند

12. طراحی براساس ستون فقرات این راهکار توصیه میشود !

13. Disabled 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

14. پل در مقایسه با روتر • هر دو از روش ذخیره-سپس-هدایت استفاده میکنند • روترها: در لایه شبکه کار میکنند (سرایند لایه 3 را بررسی میکنند) • پل ها: در لایه پیوند داده کار میکنند (براساس سرآیند قاب تصمیم گیری میکنند) • روتر دارای جدول مسیریابی (routing table) است و الگوریتم مسیریابی را پیاده سازی میکند • پلها دارای جداول پل هستند، فیلترینگ و یادگیری و الگوریتمهای درخت پوشا را پیاده سازی میکند

15.       سوئیچهای شبکه Single collision domain (a) Hub Multi collision domain High-Speed Backplane or Interconnection fabric (b) Switch    

16. سوئیچها • بطور کلی سوئیچ یک پل با تعداد اینترفیسهای زیاد است. • همانند پل، قابهای لایه 2 را هدایت میکند • فیلترینگ را براساس آدرسهای MAC انجام میدهد • اغلب در لایه دسترسی به شبکه از سوئیچها استفاده میشود تا collision domain وجود نداشته باشد Ethernet Switch B B’ A A’

17. سوئیچینگ سریع • سوئیچینگ سریع (Cut-through switching): قابها از اینترفیس ورودی روی اینترفیس خروجی بدون درنگ ارسال میشوند بدون اینکه لازم باشد کل فریم ذخیره شود. • کاهش تاخیر هدایت قاب • ترکیبی از اینترفیسهای ی با سرعتهای مختلف 10/100/1000 Mbps ارائه مینماید R2 = 10 Mbps R1 = 10 Mbps Receiver Sender Header time

18. modem modem مدل عمومی در طراحی شبکه ها Router Switching hub Telephone Lines External Link Remote Access Server Modem pools Servers Repeater hub1 Repeater hubn Client Client Server Client Printer Client

19. جمع بندی-1

20. جمع بندی-2 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 broadcast &unknown broadcast (w/ default route) never Looping packet catastrophic catastrophic catastrophic TTL kills it Unknown address flood flood or opt. discard default default ordiscard Forwarding instant store & fwd cut thru (typ) store & fwd Topology learning none STP opt. STP L3 protocol

21. حذف حلقه در سوئیچها

22. پروتکل STP • این پروتکل در سوئیچها بکار میرود و وظیفه آن ایجاد مسیرهای مطمئن و همچنین پشتسبان برای جلوگیری از ایجاد loop و ... میباشد. • استاندارد IEEE 802.1.D مربوط به این پروتکل است و پیش فرض شرکت سیسکو در تولید محصولات است • Bridges protocol data unit:این پکتها با نام اختصاری BPDU در پروتکل STP بکار گرفته میشوند. • هر 2 ثانیه یکبار این بسته ها ارسال میگردند. • حاوی اطلاعاتی مانند switch id و  bridge id میباشند.

23. مراحل عملکرد پروتکل STP • انتخاب root switch: این کار توسط پکت های bpduصورت میگیرد .این پکت توسط هر سوئیچ حاوی اطلاعات زیر میباشد: • Priority: همیشه برابر با 32767 بوده و به طول 2 بایت میباشد. بطور کلی ثابت بوده و با دستکاری آن بصورت دستی میتوان یک سوئیچ را root switch نمود. زیرا اولویت با آن میباشد. • Mac address: 6بایت میباشد و اولویت دوم است. البته چون priority معمولاً ثابت و یکسان میباشد بنابراین اولویت معمولاً به macپایین تر داده میشود. • نکته: در حالت استفاده از vlanبه ازاء هر یک از vlanها یک پروتکل stp جداگانه پیکربندی میشود.

24. پورت ریشه (root port) • پورت ریشه (Root port) پورتی که فقط از طریق آن میتوان با rootswitch ارتباط برقرار نمود. • عمل انتخاب rootport بصورت هوشمندانه توسط rootswitchانجام خواهد گردید. • خود rootswitch دارای rootport نمیباشد. • به هر پورت پورت عدد cost نسبت داده میشود. • هرچقدر cost کمتر 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 cost کمتری خواهد داشت. • پارامتر دیگر pathcost میباشد که مسیر محتمل موجود بین rootswitch و سوئیچ مورد نظر میباشد.

25. Designated port • 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 port به یک root port از سوئیچ پایین دستی متصل میشود • انتخاب  designated port نیز یکی از وظایف پروتکلstp میباشد.

26. Blocked port • پورتی که نه root باشد و نه designated، بلوکه میشود.

27. مثال انتخاب سوئیچ root: همه سوئیچها BPDU خودشان را ارسال میکنند

28. مثال Root switch همه سوئیچها باید پورت root خود را مشخص کنند

29. مثال Root switch سوئیچ 2 پیام BPDU را از دو پورت خود (E,F) دریافت میکند و پورتی که هزینه کمتری داشته باشد را بعنوان root port درنظر میگیرد. لذا پورت F بعنوان root port انتخاب میشود

30. مثال Root switch در هر سگمنت پورتی که کمترین هزینه را داشته باشد بعنوان Designated port انتخاب میشود. پورتهای J، E و A در سگمنت B قرار دارند و به ترتیب هزینه های 0، 20 و 10 را دارند لذا پورت J بعنوان Designated port انتخاب میشود

31. مثال Root switch پورتهایی که نه root port هستند و نه Designated port به ناچار blocked خواهند شد پورتهای E و G

32. مثال: توپولوژی نهایی با حذف حلقه ها