network2-6

Report
‫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

similar documents