نحوه انتقال داده در سوییچ شبکه | فرق Store and Forward و Fragment Free

معرفی روش های انتقال داده در سوییچ شبکه :

به طور کلی سه روش برای انتقال داده در سوییچ شبکه کامپیوتر تعریف شده که یکی از آنها بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد و به نوعی روش محبوبی برای این منظور به شمار می آید. سوییچ شبکه داده های ارسال شده از سایر تجهیزات شبکه را به بسته های داده تبدیل کرده و پس از بررسی، آنها را به دستگاه یا دستگاه های مقصد منتقل می کند. با سید علی ابراهیمی همراه باشید !

روش های مسیریابی داده در سوییچ شبکه

انواع روش های مسیریابی داده در سوییچ شبکه، برای نمونه های لایه دوم به کار می روند و هر کدام از آنها مزایا و معایب خاصی دارند.

در شبکه‌های کامپیوتری، سوییچ‌ها (Switch) از الگوریتم‌های مسیریابی برای ارسال بسته‌های داده بین دستگاه‌ها استفاده می‌کنند. در ادامه، چند روش مسیریابی داده در سوییچ شبکه را بررسی می‌کنیم:

1.  STP (Spanning Tree Protocol): این روش برای جلوگیری از وقوع حلقه در شبکه استفاده می‌شود. در شبکه‌های با تعداد سوییچ‌های بالا، ایجاد حلقه ممکن است باعث ایجاد سیگنال‌های نامطلوب و یا تداخل در شبکه شود. STP با ایجاد یک درخت از سوییچ‌های شبکه، حلقه‌ها را شناسایی و آن‌ها را قطع می‌کند.
2. RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol): این پروتکل، یک نسخه بهبود یافته از STP است که باعث افزایش سرعت برقراری ارتباط بین سوییچ‌ها می‌شود. در RSTP، زمانی که یکی از پیوندها قطع می‌شود، سوییچ‌ها به سرعت به روزرسانی می‌شوند و ارتباط با سوییچ‌های دیگر را برقرار می‌کنند.
3. OSPF (Open Shortest Path First): این پروتکل برای مسیریابی داده در شبکه‌های بزرگ و پیچیده استفاده می‌شود. در OSPF، هر سوییچ به صورت خودکار توپولوژی شبکه را تشخیص می‌دهد و بهترین مسیر برای ارسال بسته‌های داده را انتخاب می‌کند. همچنین، OSPF به صورت خودکار تغییرات در شبکه را تشخیص می‌دهد و تنظیمات خود را به‌روزرسانی می‌کند.
4. BGP (Border Gateway Protocol): این پروتکل برای مسیریابی داده در اینترنت استفاده می‌شود. در BGP، هر سوییچ به صورت خودکار مسیریاب‌های دیگر در اینترنت را شناسایی می‌کند و به بهترین مسیر برای ارسال بسته‌های داده توسط آن‌ها دسترسی پیدا می‌کند. BGP برای ارسال بسته‌های داده بین شبکه‌های مختلف استفاده می‌شود. و به صورت خودکار تغییرات در شبکه را تشخیص می‌دهد و تنظیمات خود را به‌روزرسانی می‌کند.

Cut Through چیست ؟

در این روش سوییچ شبکه به محض شناسایی اولین بسته داده، مک آدرس دستگاه ارسال کننده را می خواند. پس از ذخیره سازی فقط ۶ بایت از بسته داده، اطلاعات مک آدرس ایجاد شده. و بی درنگ بسته ها به سمت نود مقصد منتقل می شوند. این اتفاق در شرایطی رخ می دهد که سوییچ همچنان در حال دریافت بسته های داده جدید از دستگاه فرستنده است. در نتیجه روش Cut Through امکان دریافت و انتقال به صورت همزمان را فراهم می سازد.

Cut Through یکی از الگوریتم های مسیریابی داده در سوییچ های شبکه است. که در آن بسته های داده بلافاصله پس از دریافت و بررسی سرآیند (Header)، به صورت فوری و بدون تاخیر به سمت خروجی فرستاده می شوند. در این روش، سوییچ ها به جای اینکه برای بررسی صحت بسته های داده به طور کامل آن ها را دریافت کنند. فقط سرآیند آن ها را بررسی کرده و سپس به سمت خروجی فرستند. به عبارت دیگر، در این روش بسته های داده بدون تاخیر بیشتری به سمت مقصد خود می روند.

این روش علاوه بر اینکه سرعت انتقال بسته های داده را افزایش می دهد. کمترین تاخیر زمانی را نیز داراست و در شبکه هایی با پهنای باند بالا و ترافیک کمتر به خوبی عمل می کند. با این حال، در شبکه های با ترافیک بالا، این الگوریتم می تواند باعث به وجود آمدن خطا و از دست رفتن بسته های داده شود. زیرا بسته های داده در این روش بدون بررسی کامل ارسال می شوند. و در صورتی که خطا در بسته وجود داشته باشد، بسته به مقصد نخواهد رسید. به همین دلیل، برای شبکه های با ترافیک بالا، الگوریتم های دیگری مانند Store and Forward و یا Fragment Free معمولاً به کار گرفته می شوند.

Store and Forward چیست ؟

Store and forward یک تکنیک ارتباط از راه دور است که در آن اطلاعات به ایستگاه واسطه ای (Intermediate Station) فرستاده می شود که در صورت نیاز در زمانی دیگر به یک مقصد نهایی یا ایستگاه واسطه دیگر فرستاده شود. ایستگاه واسطه یا Node در بستر شبکه (اشاره به میزبان های شبکه دارد)، صحت پیام را قبل از ارسال آن تأیید می کند.

به طور کلی، این تکنیک در شبکه هایی با اتصال متناوب بخصوص در فضاهای شهری و استانی یا محیط هایی که نیاز به تحرک بالایی دارند استفاده می شود. همچنین ممکن است در شرایطی که تأخیرهای طولانی در انتقال و میزان خطای زیاد در ارسال داده وجود دارد. ارجح باشد یا اگر در یک اتصال مستقیم، اتصال end-to-end در دسترس نباشد. این قابلیت چه در سوئیچ های معمولی و چه در سوئیچ های حرفه ای با ظرفیت های متنوع بر حسب مگابایت برای ذخیره سازی داده وجود دارد و می توان از بهترین قابلیت های سوئیچ شبکه نام برد.

مفهوم Store and Forward

Cut Through یکی از الگوریتم های مسیریابی داده در سوییچ های شبکه است که در آن بسته های داده بلافاصله پس از دریافت و بررسی سرآیند (Header)، به صورت فوری و بدون تاخیر به سمت خروجی فرستاده می شوند. در این روش، سوییچ ها به جای اینکه برای بررسی صحت بسته های داده به طور کامل آن ها را دریافت کنند، فقط سرآیند آن ها را بررسی کرده و سپس به سمت خروجی فرستند. به عبارت دیگر، در این روش بسته های داده بدون تاخیر بیشتری به سمت مقصد خود می روند.

این روش علاوه بر اینکه سرعت انتقال بسته های داده را افزایش می دهد. کمترین تاخیر زمانی را نیز داراست و در شبکه هایی با پهنای باند بالا و ترافیک کمتر به خوبی عمل می کند. با این حال، در شبکه های با ترافیک بالا، این الگوریتم می تواند باعث به وجود آمدن خطا و از دست رفتن بسته های داده شود، زیرا بسته های داده در این روش بدون بررسی کامل ارسال می شوند و در صورتی که خطا در بسته وجود داشته باشد، بسته به مقصد نخواهد رسید. به همین دلیل، برای شبکه های با ترافیک بالا، الگوریتم های دیگری مانند Store and Forward و یا Fragment Free معمولاً به کار گرفته می شوند.

شبکه سازی مدرن Store and Forward

• Store and Forward از شبکه های تحمل تاخیر (Delay-Tolerant Networks) سرچشمه می گیرد. هیچ سرویسی در زمان واقعی برای این نوع شبکه ها در دسترس نیست.
• شبکه لجستیکی نوعی شبکه مقیاس پذیر Store and Forward است که بافرهای تعبیه شده در شبکه را بر روی میزبان های واسط قرار می دهد و با ایجاد انعطاف پذیری در مدیریت سطح بالا، خدماتی از جمله حافظه پنهان، ارتباطات point-to-multipoint (یا  Multicast)، تحویل محتوا و موارد دیگر را امکان پذیر می کند. در صورت اجازه اتصال انتقال داده، خدمات با زمان واقعی می توانند ایجاد می شوند.

نمونه کاربرد Store and Forward

مرکز سوئیچینگ Store and Forward یک مرکز سوئیچینگ پیام است. که در آن پیامی از طرف کاربر اصلی یعنی فرستنده پذیرفته می شود. و در صورت ارائه، در یک ذخیره ساز فیزیکی (Physical Storage) نگهداری می شود. و مطابق با آن به کاربر مقصد یعنی گیرنده ارسال می شود. اولویت قرار داده شده بر روی پیام توسط کاربر مبدا و در دسترس بودن کانال خروجی تعیین می گردد.

مراکز سوئیچینگ Store and Forward معمولاً در ایستگاههای خدمات تلفن همراه که پیامهایی که از طرف فرستنده ارسال می شود. برای اولین بار به این مراکز ارسال می شود، اجرا می شوند. اگر آدرس مقصد در دسترس نباشد ، مرکز این پیام را ذخیره کرده و بعداً آن را ارسال می کند. با این قابلیت احتمال ارسال پیام را بهبود و ارتقاء می بخشد. و اگر گیرنده در آن زمان در دسترس باشد، بلافاصله پیام ارسال می شود.

Fragment Free چیست ؟

اما روش سوم که به ندرت توسط شرکت های تولید کننده سوییچ شبکه مورد استفاده قرار می گیرد، با نام Fragment Free شناخته می شود. روش کار آن شباهت بسیاری با روش Cut Through دارد. با این تفاوت که حجمی که از بسته در حافظه بافر ذخیره می شود، بسیار بیشتر است. در روش Fragment Free به میزان ۶۴ بایت از اولین بسته روی بافر ذخیره شده.

و پس از آن فرآیند انتقال داده بر اساس مک آدرس به دستگاه مقصد شروع به کار می کند. دلیل افزایش حجم ذخیره سازی اولین بسته داده به ۶۴ بایت، بروز بیشترین خطاها پس خواندن این حجم از بسته داده است. در حقیقت پس از خواندن ۶ بایت از بسته، خطای بسیار کمی رخ می دهد و در نتیجه روش Cut Through نمی تواند سلامت داده ها را به درستی بررسی کند. اما افزایش حجم خواندن و ذخیره سازی به ۶۴ بیت و بروز بیشترین میزان خطا در این حجم، دقت بررسی سلامت بسته های داده را ارتقا می دهد.

معنی Fragment Free در مسیریابی شبکه

Fragment Free یا Modified Cut Through یکی از الگوریتم های مسیریابی داده در سوییچ های شبکه است که در آن بسته های داده پس از دریافت سرآیند (Header) و بررسی چک اولیه، حداقل 64 بایت از داده های بسته را دریافت کرده و سپس آن ها را برای بررسی دقیق تر به سمت خروجی ارسال می کند. به عبارت دیگر، در این روش، بسته های داده بعد از دریافت سرآیند، تنها بخشی از داده های خود را به صورت فوری و بدون تاخیر به سمت خروجی ارسال می کنند. و بقیه اطلاعات داده ها پس از دریافت حداقل 64 بایت اول، برای بررسی دقیق تر به سمت خروجی فرستاده می شوند.

این الگوریتم بهتر از Cut Through در مقابل خطا و از دست رفتن بسته های داده عمل می کند. زیرا حداقل 64 بایت از داده های بسته را بررسی می کند و در صورت وجود خطا، بسته های داده به مقصد نخواهد رسید. با این حال، این الگوریتم نسبت به Store and Forward سریعتر عمل می کند زیرا بخشی از داده های بسته را به صورت فوری برای بررسی به سمت خروجی ارسال می کند.

به همین دلیل، Fragment Free برای شبکه های با ترافیک متوسط و با پهنای باند مناسب بهتر عمل می کند. همچنین، این الگوریتم برای انتقال بسته های داده با اندازه متوسط مناسب است و برای بسته های داده بسیار کوچک و بسیار بزرگ، الگوریتم های دیگری مانند Store and Forward و یا Cut Through معمولاً به کار گرفته می شوند.

آیا این مقاله برای شما مفید بود ؟ نظر خود را با سید علی ابراهیمی به اشتراک بگذارید !