هاب و برخی از اجزاي شبکه

هاب و برخی از اجزاي شبکه

Hub & switch

هاب و نحوه عملکرد آن
هاب از جمله تجهیزات سخت افزارى است که از آن به منظور برپاسازى شبکه هاى کامپیوترى استفاده مى شود . گرچه در اکثر شبکه هائى که امروزه ایجاد مى گردد از سوئیچ در مقابل هاب استفاده مى گردد، ولى ما همچنان شاهد استفاده از این نوع تجهیزات سخت افزارى در شبکه هاى متعددى مى باشیم .

در این مطلب قصد داریم به بررسى هاب و نحوه عملکرد آن اشاره نمائیم . قبل از پرداختن به اصل موضوع لازم است در ابتدا با برخى تعاریف مهم که در ادامه بدفعات به آنان مراجعه خواهیم کرد ، بیشتر آشنا شویم .

:Domain تمامى کامپیوترهاى عضوء یک domain هر اتفاق و یا رویدادى را که در domain اتفاق مى افتد ، مشاهده و یا خواهند شنید.

Collision Domai : در صورت بروز یک تصادم (Collision) بین دو کامپیوتر، سایر کامپیوترهاى موجود در domain آن را شنیده و آگاهى لازم در خصوص آن چیزى که اتفاق افتاده است را پیدا خواهند کرد. کامپیوترهاى فوق عضوء یک Collision Domain یکسان مى باشند. تمامى کامپیوترهائى که با استفاده از هاب به یکدیگر متصل مى شوند ، عضوء یک Collision Domain یکسان خواهند بود ( بر خلاف سوئیچ) .
Broadcast Domain : در این نوع domain ، یک پیام broadcast یک فریم و یا داده که براى تمامى کامپیوترها ارسال مى گردد) براى هر یک از کامپیوترهاى موجود در domain ارسال مى گردد . هاب و سوئیچ با موضوع broadcast domain برخورد مناسبى نداشته ( ایجاد حوزه هاى مجزاء ) و در این رابطه به یک روتر نیاز خواهد بود .
به منظور برخورد مناسب ( ایجاد حوزه هاى مجزاء ) با collision domain ، broadcast domain و افزایش سرعت و کارائى یک شبکه از تجهیزات سخت افزارى متعددى استفاده مى شود . سوئیچ ها collision domain مجزائى را ایجاد مى نمایند ولى در خصوص broadcast domain بدین شکل رفتار نمى نمایند . روترها ، broadcast domain و collision domain مجزائى را ایجاد نموده و در مقابل هاب ، قادر به ایجاد broadcast domain و Collision domain جداگانه نمى باشد.

شکل زير يک نمونه هاب هشت پورت را نشان مى دهد ( D-Link DE-808TP 10Mbps Ethernet 8-Port Mini-Hub ) .

هاب ها “Hubs“

ابزاری هستند در شبکه که برای اتصال یک یا بیش از دو ایستگاه کاری به شبکه مورد استفاده قرار می گیرد ویک ابزار معمول برای اتصال ابزارهای شبکه است. هابها معمولا برای اتصال سگمنت های شبکه محلی استفاده می شوند. یک هاب دارای در گاهی های چند گانه است. وقتی یک بسته در یک درگاهی وارد می شود به سایر در گاهی ها کپی می شود تا اینکه تمامی سگمنت های شبکه محلی بسته ها را ببینند. سه نوع هاب رایج وجود دارد:
الف – هاب فعال :
که مانند آمپلی فایر عمل می کند و باعث تقویت مسیر عبور سینگال ها می شود واز تصادم وبرخورد سیگنال ها در مسیر جلوگیری بعمل می آورد . این هاب نسبتا قیمت بالایی دارد.
ب – غیر فعال :
که بر خلاف نوع اول که در مورد تقویت انتقال سیگنال ها فعال است این هاب منفعل است.
ج – آمیخته :
که قادر به ترکیب انواع رسانه ها ” کابل کواکسیال نازک ،ضخیم و…..” وباعث تعامل درون خطی میان سایر ها بها می شود.

آشنائى با نحوه عملکرد هاب
هاب ، یکى از تجهیزات متداول در شبکه هاى کامپیوترى و ارزانترین روش اتصال دو و یا چندین کامپیوتر به یکدیگر است . هاب در اولین لایه مدل مرجع OSI فعالیت مى نماید . آنان فریم هاى داده را نمى خوانند ( کارى که سوئیچ و یا روتر انجام مى دهند ) و صرفا” این اطمینان را ایجاد مى نمایند که فریم هاى داده بر روى هر یک از پورت ها ، تکرار خواهد شد.
گره هائى که یک اترنت با استفاده از قوانین CSMA/CD

به اشتراک مى گذارند ، عضوء یک Collision Domain مشابه مى باشند . این بدان معنى است که تمامى گره هاى متصل شده به هاب بخشى از Collision domain مشابه بوده و زمانى که یک collision اتفاق مى افتد ، سایر گره هاى موجود در domain نیز آن را شنیده و از آن متاثر خواهند شد . کامپیوترها و یا گره هاى متصل شده به هاب از کابل هاى ( UTP (Unshielded Twisted Pair ، استفاده مى نمایند. صرفا” یک گره مى تواند به هر پورت هاب متصل گردد. مثلا” با استفاده از یک هاب هشت پورت ، امکان اتصال هشت کامپیوتر وجود خواهد داشت.
نحوه کار هاب بسیار ساده است . زمانى که یکى از کامپیوترهاى متصل شده به هاب اقدام به ارسال داده ئى مى نماید ، سایر پورت هاى هاب نیز آن را دریافت خواهند کرد ( داده ارسالى تکرار و براى سایر پورت هاى هاب نیز فرستاده مى شود).
اکثر هاب ها داراى یک پورت خاص مى باشند که مى تواند به صورت یک پورت معمولى و یا یک پورت uplink رفتار نماید . با استفاده از یک پورت uplink مى توان یک هاب دیگر را به هاب موجود، متصل نمود. بدین ترتیب تعداد پورت ها افزایش یافته و امکان اتصال تعداد بیشترى کامپیوتر به شبکه فراهم مى گردد .روش فوق گزینه اى ارزان قیمت به منظور افزایش تعداد گره ها در یک شبکه است ولى با انجام این کار شبکه شلوغ تر شده و همواره بر روى آن حجم بالائى داده غیر ضرورى در حال جابجائى است. تمامى گره ها ، عضوء یک Broadcast domain و collision domain یکسانى مى باشند ، بنابراین تمامى آنان هر نوع collision و یا Broadcast را که اتفاق خواهد افتاد ، مى شنوند .
در اکثر هاب ها از یک LED به منظور نشان دادن فعال بودن ارتباط برقرار شده بین هاب و گره و از LED دیگر به منظور نشان دادن بروز یک collision ، استفاده مى گردد . ( دو LED مجزاء ) . در برخى از هاب ها دو LED مربوط به فعال بودن لینک ارتباطى بین هاب و گره و فعالیت پورت با یکدیگر ترکیب و زمانى که پورت در حال فعالیت است ، LED مربوطه چشمک زن شده و زمانى که فعالیتى انجام نمى شود، LED فوق به صورت پیوسته روشن خواهد بود.

LED مربوط به Collision موجود بر روى هاب ها زمانى روشن مى گردد که یک collision بوجود آید . Collision زمانى بوجود مى آید که دو کامپیوتر و یا گره سعى نمایند در یک لحظه بر روى شبکه صحبت نمایند. پس از بروز یک Collision ، فریم هاى مربوط به هر یک از گره ها با یکدیگر برخورد نموده و خراب مى گردند . هاب به منظور تشخیص این نوع تصادم ها به اندازه کافى هوشمند بوده و براى مدت زمان کوتاهى چراغ مربوط به collision روشن مى گردد . ( یک دهم ثانیه به ازاى هر تصادم ) . تعداد اندکى از هاب ها داراى یک اتصال خاص از نوع BNC بوده که مى توان از آن به منظور اتصال یک کابل کواکسیال ، استفاده نمود . پس از اتصال فوق ، LED مربوط به اتصال BNC روى هاب روشن مى گردد.

Switch چیست ؟

Switch برای اتصال دستگاهای مختلف از قبیل رایانه , مسیریاب , چاپگرهای تحت شبکه , دوربین های مدار بسته و …. در شبکه های کابلی مورد استفاده واقع می شود.

l در وجه ظاهری switch همانند جعبه ایست متشکل از چندین درگاه اينترنت که از این لحاظ شبیه Hub می باشد, با وجود آنکه هر دو این ها وظیفه برقراری ارتباط بین دستگاه های مختلف را بر عهده دارند , تفاوت از آنجا آغاز می شود که Hub بسته های ارسالی از طرف یک دستگاه را به همه ی درگاه های خود ارسال می کند و کلیه دستگاه های دیگر علاوه بر دستگاه مقصد این بسته ها را دریافت می کنند در حالیکه در Switch ارتباطی مستقیم بین درگاه دستگاه مبدا با درگاه دستگاه مقصد برقرار شده و بسته ها مستقما فقط برای آن ارسال می شود.

این خصوصیت از انجا می آید که Switch می تواند بسته ها را پردازش کند , در Switch های معمولی  که به switch layer2 معروفند این پردازش تا لایه دوم مدل OSI پیش می رود و نتیجه این پردازش جدولی است که در Switch با خواندن آدرس سخت افزاری (MAC) فرستنده  بسته و ثبت درگاه ورودی تشکیل می شود.
Switch با رجوع به این جدول عملیات آدرس دهی بسته ها در لایه دوم را انجام میدهد, بدین معنا که این جدول مشخص می کند بسته ورودی می بایست فقط برای کدام درگاه ارسال شود.
در شبکه های بزرگ Switch ها جدول های خود را به اشتراک می گذارند تا هر کدام بدانند چه دستگاهی به کدام Switch متصل است   و با این کار ترافیک کمتری در شبکه ایجاد کنند.
Switch بطور معمول در لایه دوم مدل OSI کار می کند ولی Switch هایی با قابلیت کارکرد در لایه های مختلف حتی لایه هفتم هم وجود دارد.پرکاربردترین Switch در بین لایه های مختلف بجز لایه دوم می توان به Switch layer3 اشاره کرد که در بسیاری موارد جایگزین مناسبی برای روتر می باشند.
از Switch می توان در یک شبکه خانگی کوچک تا در شبکه های بزرگ با Backbone های چند گیگابایتی استفاده کرد.

برخی مزیت های و قابلیت های Switch:

Switch امکان برقراری ارتباط بین ده ها و صدها دستگاه را به طور مستقیم و هوشمند به ما می دهد
Switch امکان برقرای ارتباط با سرعت بسیار بالا را فراهم می کند
Switch امکان نظارت و مدیریت بر عملکرد کاربران را فراهم می کند
switch امکان کنترل پهنای باند مصرفی کاربران را فراهم می کند
Switch امکان تفکیک شبکه به بخش های کوچکتر و مشخص کردن نحوه دسترسی افراد به قسمت های مختلف را فراهم می کند

استفاده از سوئیچ در شبکه‌ها :

سوئیچ‌ها از نظر ظاهری مشابه هاب‌ها هستند. اما تفاوت بین آنها در این است که بسته‌های ورودی را بر خلاف هاب‌ها که به همه پورت‌های خود منتقل می‌کنند، فقط به پورتی که می‌تواند به سیستم مقصد منتهی شود می‌فرستند. سوئیچ‌ها به دلیل اینکه داده‌ها را فقط به یک پورت منتقل می‌کنند، در واقع شبکه محلی را از یک رسانه مشترک به یک رسانه اختصاصی تبدیل می‌کند. اگر در شبکه شما به جای هاب از یک سوئیچ استفاده شده باشد (به این سوئیچ‌ها گاهی سوئیچینگ‌ هاب گفته می‌شود) هر بسته مسیر اختصاصی را از کامپیوتر به وجود می‌آورد. سوئیچ‌ها پیغام‌های پخش همگانی را بر خلاف پیغام‌های چند پخش و تک پخش، به همه پورت‌های خود می‌فرستند در شبکه‌ای که از سوئیچ استفاده شده است، هر کامپیوتر فقط و فقط بسته‌های تولید شده به مقصد خود را دریافت می‌کند و در حین انتقال‌های تک پخش هیچ برخوردی صورت نمی‌گیرد. از جمله مزیت‌های دیگر استفاده از سوئیچ در شبکه‌ها اینست که هر زوج از کامپیوترها در تبادل اطلاعات با همدیگر از پهنای باند کامل شبکه برخوردار می‌باشند. برای روشن‌تر شدن موضوع یک شبکه اينترنت استاندارد متشکل از ۲۰ کامپیوتر را در نظر بگیرید. اگر در این شبکه برای متصل کردن کامپیوترها از هاب استفاده شود، پهنای باند کل شبکه که در این نمونه 10Mbps می‌باشد بین همه کامپیوترها به اشتراک گذاشته می‌شود. اما اگر جای هاب با یک سوئیچ عوض شود هر زوج از کامپیوترهای دارای پهنای باند 10Mbps مختص خود می‌شوند. در این حالت بازدهی کلی شبکه به طرز قابل توجهی بالا می‌رود. علاوه بر این بعضی از سوئیچ‌ها می‌توانند در مد دو طرفه (full-duplex) کار کنند. در این صورت هر دو کامپیوتر متصل به سوئیچ می‌توانند همزمان هم اطلاعات دریافت کنند و هم اطلاعات بفرستند. کار در مد دو طرفه توان عملیاتی یک شبکه 10Mbps را دو برابر می‌کند یعنی (20Mbps)

کاربرد سوئیچ‌ها :

از سوئیچ‌ها معمولا در شبکه‌های کوچکی که فقط دارای یک هاب می‌باشند، استفاده نمی‌شود، بلکه در شبکه‌های بزرگ‌تر به جای پل و مسیریاب به کار می‌روند. اگر در یک شبکه تجاری بزرگ متشکل از یک بک‌بون و تعدادی سگمنت، به جای مسیریاب‌های موجود در شبکه، سوئیچ بگذارید تغییر اساسی در بازدهی شبکه به وجود می‌آید. اگر در این شبکه از مسیریاب استفاده شود، بک‌بون باید ترافیک تولید شده توسط همه سگمنت‌ها را حمل کند، در نتیجه حتی اگر از رسانه‌ای سریع‌تر از رسانه‌ سگمنت‌ها استفاده کند، ترافیک بالایی خواهد داشت. اما اگر در همین شبکه به جای مسیریاب از تعدادی سوئیچ استفاده شود که هر یک از کامپیوترها می‌توانند یک کانال اختصاصی بین خود و یک کامپیوتر دیگر باز کند گرچه این کانال ممکن است از چندین سوئیچ بگذرد. در یک شبکه پیچیده راه‌های متفاوتی برای استفاده از یک سوئیچ وجود دارد؛ در واقع مجبور نیستند که یکباره همه هاب‌ها و مسیریاب‌ها را با سوئیچ جایگزین کنید. به عنوان مثال می‌توانید همه هاب‌های شبکه را به جای چند مسیریاب به یک سوئیچ چند پورت متصل کنید. به این صورت کارایی ترافیک بین شبکه‌ای بالا می‌رود. از طرف دیگر اگر در شبکه شما ترافیک داخل شبکه‌های محلی از ترافیک بین آنها بالاتر است می‌توانید بدون دست زدن به شبکه بک‌بون، هاب‌های متصل‌کننده کامپیوترهای داخل هر شبکه محلی را با یک سوئیچ عوض کنید، تا کامپیوترهای داخل شبکه محلی از پهنای باند بالاتری برخوردار شوند (در واقع به این صورت پهنای باند بین آنها اختصاصی است و به اشتراک گذاشته نمی‌شود). مسئله‌ای که در یک شبکه بزرگ در نتیجه تعویض همه مسیریاب‌ها با سوئیچ به وجود می‌آید اینست که به جای چند دامنه بخش کوچک، یک دامنه پخش بسیار بزرگ به وجود می‌آید. اما مسئله برخورد دیگر وجود ندارد چون تعداد برخوردها بسیار کم می‌شود. معهذا، سوئیچ‌ها همه پیغام‌های پخشی را که توسط کامپیوترهای شبکه تولید می‌شوند به بقیه کامپیوترهای دیگر می‌فرستند و در نتیجه بدون هیچ فایده‌ای تعداد زیادی بسته توسط کامپیوترها باید پردازش شود. برای رفع این مشکل چندین راه وجود دارد که به عنوان نمونه می‌توان موارد زیر را در نظر گرفت: • LANهای مجازی (VLAN): با استفاده از VLAN می‌توانید روی یک شبکه سوئیچ شده، تعدادی زیرشبکه (subnet) ایجاد کنید. شبکه فیزیکی هنوز سوئیچ شده باقی می‌ماند، اما به این روش مدیران شبکه می‌توانند آدرس سیستم‌هایی که به یک زیرشبکه معینی تعلق دارند را مشخص کنند. این سیستم‌ها می‌توانند هر جایی در شبکه باشند چون زیرشبکه به طور مجازی پیاده می‌شود و محدود به آرایش فیزیکی شبکه نمی‌باشد. وقتی کامپیوتری که روی یک زیرشبکه خاص قرار دارد یک پیغام پخش می‌فرستد، آن بسته فقط به کامپیوترهای موجود در آن زیرشبکه منتقل می‌شود نه اینکه روی کل شبکه منتشر شود. ارتباط بین زیرشبکه‌ها می‌تواند به صورت مسیردهی یا سوئیچ شده باشد، اما ترافیک داخل یک VLAN سوئیچ می‌شود. • سوئیچینگ لایه ۳: این روش بر مبنای مفهوم VLAN می‌باشد با این تفاوت که مسیردهی مورد نیاز بین VLANها را به حداقل می‌رساند. وقتی ارتباط بین سیستم‌های موجود در VLANهای مجزا لازم است، یک مسیریاب مسیری را بین این دو سیستم برقرار می‌کند و سپس سوئیچ‌ها کنترل را به دست می‌گیرند. به این صورت فقط زمانی که واقعا نیاز باشد، مسیردهی انجام می‌شود.

انواع سوئیچ‌ها:
سوئیچ‌ها در دو نوع کلی وجود دارند: میانبر (cut-through) و ذخیره و انتقال (store-and-forward) یک سوئیچ میانبر، به محض اینکه بسته‌ای را دریافت می‌کند با خواندن آدرس مقصد از روی هدر پروتکل لایه پیوند ـ داده آن، بدون هیچ پردازش اضافی بی‌درنگ بسته را به پورت مناسب منتقل می‌کند و حتی برای اینکه بسته را کامل دریافت کند صبر نمی‌کند. این نوع سوئیچ‌ها از یک مکانیزم سخت‌افزاری استفاده می‌کنند که شامل شبکه‌ای از مدارهای I/O می‌باشد و اجازه می‌دهد که داده‌ها از هر پورتی وارد سوئیچ و از آن خارج شوند. به این ویژگی سوئیچینگ ماتریس یا سوئیچینگ شطرنج (crossbar switching) گفته می‌شود. این نوع سوئیچ‌ها نسبتا گران‌قیمت هستند و تاخیری را که سوئیچ برای پردازش بسته‌ها ایجاد می‌کند به حداقل می‌رساند. اما یک سوئیچ ذخیره و انتقال قبل از اینکه بسته‌ای را منتقل کند صبر می‌کند تا کل آن را دریافت کند. در این نوع سوئیچ‌ها یا یک حافظه مشترک وجود دارد که اطلاعات ورودی از همه پورت‌ها در آن ذخیره می‌شود یا اینکه یک سوئیچ با معماری باس وجود دارد که در آن هر یک از پورت‌ها توسط یک باس به بافرهای مجزایی متصل می‌شوند. طی زمانی که بسته در بافرهای سوئیچ قرار دارند، سوئیچ می‌تواند با انجام یک بررسی CRC، از صحت بسته مطمئن شود. از جمله کارهای دیگری که این نوع سوئیچ‌ها انجام می‌دهند بررسی مشکلات دیگری هستند که مختص پروتکل لایه پیوند ـ داده می‌باشند و می‌توانند باعث ایجاد فریم‌های ناقص بشوند (به این فریم‌ها runt و giant و به این وضعیت jabber گفته می‌شود). این بررسی‌ها طبیعتا باعث تاخیر بیشتر در روند انتقال بسته‌ها می‌شوند و به طور کلی کارهای اضافی که سوئیچ‌های نوع ذخیره و انتقال انجام می‌دهند باعث شده است که از سوئیچ‌های میانبر بسیار گران‌تر باشند.

ايا hub بهترياswitch ؟

در يك شبكه ، سيمهاي كابل هاي UTP را نمي توان به يكديگر لحيم كرد ، زيرا اين عمل موجب ايجاد نويز و اعوجاج در سيگنالهاي شبكه ميشود . براي جلوگيري از بروز اين مشكلات از دستگاه مركزي بنام هاب در شبكه ها استفاده ميشود . يك هاب به قطعات شبكه سازمان بخشيده و سيگنالهاي دريافتي را به ديگر  قسمت ها ارسال ميكند .
هاب سوئيچ ها ، هاب هايي هستند كه مستقيما در گاهها را به يكديگر سوئيچ مي كنند و مانند هابهاي دو سويه عمل ميكنند يعني اجازه ارتباط دو طرفه را مي دهند ، بنابر اين پهناي باند در دسترس به دو برابر فزايش مي يابد .
امروزه سوئيچ ها در اغلب شبكه هاي LAN جايگزين هاب ها شده اند ، و عموما دو عمل اساسي را انجام ميدهند :
1- سوئيچ كردن قاب داده ها ، فرآيند دريافت يك بسته ديتا در رسانه ورودي وانتقال آن به رسانه خروجي.

2- نگهداري عمليات سوئيچينگ ، سوئيچ ها جدول هاي سوئيچينگ مي سازد و از آن نگهداري مي كنند .

www.farsweb.net
e-mail : info@farsweb.net