اگر موافق باشید این مطلب را با طرح یک سوال آغاز کنیم. به نظر شما یک شبکه بدون وجود سوئیچ‌ها وجود خارجی خواهد داشت؟ کاملا درست است، نه! سوئیچهای شبکه اجزای اساسی و حیاتی یک شبکه کامپیوتری، مراکز داده‌ای و به طور کلی سازمان‌ها محسوب می‌شوند. ابزاری که ارتباط بین قطعات و همچنین تبادل اطلاعات را ممکن می‌سازد. بنابراین می‌توان گفت که اولین قدم برای ایجاد ارتباط در یک شبکه استفاده از سوئیچ مناسب است.
همان طور که می‌دانید شرکت سیسکو یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان قطعات و تجهیزات دنیای شبکه و ارتباطات است. به همین منظور هم طیف گسترده‌ای از محصولات در بازار موجود هستند، محصولاتی که هر کدام با هدف خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند. تیم اِف‌کِی‌نِت در این مطلب قصد داریم که برای راحتی در انتخاب و آشنایی بیشتر با هر کدام از این قطعات،انواع مختلف سوئیچهای سیسکو را معرفی کنیم.
همان طور که گفتیم شرکت سیسکو برای تمامی مقاصد محصولات مناسبی را طراحی و عرضه کرده است. در حال حاضر هم تمرکز این شرکت بر روی سوئیچهای کاتالیست و نکسوس شبکه است.
به شکل زیر دقت کنید. در این شکل می‌توانید سوئیچهای کاتالیست توصیه شده این شرکت را مشاهده کنید.
اگر که به این شکل دقت کنید می‌بینید که سیسکو برای هر کدام از کسب و کارهای بزرگ و کوچک یک سوئیچ تعبیه کرده است.
از طرفی در این شکل جای خالی سوئیچ کاتالیست ۶۵۰۰ را احساس می‌کنید – با اینکه این سوئیچ یکی از بهترین تولیدات شرکت است.
در حال حاضر تیم مارکتینگ سیسکو تمرکز خودش را بر روی کاتالیست ۶۸۰۰ گذاشته است. به احتمال زیاد شما هم از جمله کاربرانی هستید که در یک دوره‌ای از کاتالیست‌های ۶۵۰۰ استفاده کرده‌اید. بگذریم!
تمامی سوئیچهای شبکه سیسکو در دو دسته کلی خلاصه می‌شوند: سوئیچهای Fixed Configuration و سوئیچهای Modular سیسکو.
سوئیچهای سیسکو با پیکربندی ثابت – Fixed Configuration و سوئیچهای ماژولار
سوئیچهای Fixed سیسکو یکی از محبوب‌ترین محصولات این شرکت است. همان طور که از نام این مدل‌ها مشخص است اینجا با تعدادی پورت ثابت سر و کار دارید. این سوئیچ‌ها در مدلهای ۸، ۱۶، ۲۴ و … پورت در بازار عرضه می‌شوند. در سوئیچ‌هایی با پیکبرندی ثابت شما نمی‌توانید ماژول‌های(پورت‌های) بیشتری را به دستگاه اضافه کنید. درست برعکس سوئیچهای ماژولار! در این سوئیچ‌ها شما می‌توانید با توجه به نیازتان هر تعداد پورتی که می‌خواهید را به سیستم اضافه کنید.
از طرفی در لایه دسترسی اینترپرایز می‌توانید سوئیچهای پیکبرندی ثابتی مانند سری کاتالیست ۲۹۶۰-X را پیدا کنید. این سوئیچ‌ها امکانات بسیاری را در اختیارتان می‌گذارند.
جالب است بدانید که شما در لایه توزیع اینترپرایز علاوه بر سوئیچهای ماژولار سوئیچهای Fixed هم می‌بینید – که البته این موضوع بستگی به نیازها و درخواست‌های خود شبکه دارد. به عنوان مثال یکی از نمونه‌هایی که در لایه توزیع می‌بینید سری مدلهای کاتالیست ۳۸۵۰-X هستند.
سری سوئیچ کاتالیست ۳۸۵۰-X سیسکو به کاربر اجازه می‌دهد تا علاوه بر ماژول‌های شبکه(اترنت-فیبر نوری)، ماژول‌های منبع تغذیه بیشتری را به مجموعه اضافه کنند. البته باید بدانید که این سری از سوئیچهای کاتالیست ۳۸۵۰-X برای کسب و کارهای کوچک‌تری که لایه توزیع ندارند در لایه هسته قرار می‌گیرند. این قضیه برای تجارت‌های بزرگ‌تر کمی متفاوت است. در این مدل از کسب و کارها که به عملکرد کامل لایه ۳ و دسترسی به آن نیاز است. اینجا شما می‌توانید سوئیچهای ۳۸۵۰-X را در لایه دسترسی پیدا کنید.
همچنین از سوئیچ‌هایی که در لایه هسته مشاهده خواهید کرد می‌توانیم به کاتالیست ۶۵۰۰ یا سری ۶۸۰۰ اشاره کنیم. وقتی که از سری سوئیچهای ۶۸۰۰ در لایه هسته استفاده می‌شود قضیه کمی متفاوت خواهد بود. در این شرایط تمامی اجزا، از ماژول‌ها و مسیرهای پردازشی گرفته تا منبع تغذیه و … همگی به صورت جداگانه در یک ساختمان نصب و راه اندازی می‌شوند. البته که این شرایط بدون مزیت هم نیست – به این خاطر که این جداسازی اجازه می‌دهد در صورت نیاز هر سطحی از شخصی سازی را پیاده کنید. همچنین میزان دسترسی هم در این مورد راحت‌تر خواهد بود.
اگر شما هم شبکه‌ای با ترافیک بالا دارید می‌توانید به راحتی سوئیچهای کاتالیست سری ۴۵۰۰-X را به لایه توزیع منتقل کنید. این سری از سوئیچ‌ها نه تنها تا ۱۰ گیگابایت اترنت را پشتیبانی می‌کنند بلکه با فرآیندهای مسیریابی هم کاملا سازگار هستند.
بد نیست بدانید که تمامی سوئیچهای سری ۶۸۰۰X ، ۲۹۶۰X، ۳۸۵۰X و ۴۵۰۰X همگی مدیریت شده هستند – این بدین معناست که می‌توانید بر روی دستگاه مورد نظرتان آدرس IP تنظیم کنید. پیکربندی IP به شما اجازه می‌دهد که به کمک یک هسته ایمن SSH یا Telnet به دستگاه‌ها متصل شوید و به راحتی تنظیمات آن‌ها را تغییر دهید – این در صورتی است که نیازهای شبکه بیشتر از سطح خانگی باشد.
به این خاطر که سوئیچهای مدیریت نشده – unmanaged تنها برای مصارف خانگی و یا کسب و کارهای خیلی کوچک مناسب هستند. از این رو پیشنهاد می‌کنیم که به هیچ عنوان از سوئیچهای unmanaged در محیط‌های شرکتی بزرگ و سازمانی استفاده نکنید!
مقایسه سوئیچهای سیسکو لایه دوم با چند لایه(Multilayer)
یک سوئیچ اترنت لایه ۲ در مدل OSI بر روی لایه Data Link عملیات مربوطه را انجام می‌دهد. از طرفی این مدل از سوئیچ‌ها با توجه به مک آدرس‌هایی که همراه با فریم‌ها در مقصد پیدا می‌شوند تصمیم به ارسال بسته‌ها می‌گیرند.
نکته: فراموش نکنید که یک دامنه برخورد تنها پورت-به-پورت است. بدین خاطر که هر پورت سوئیچ و دستگاه پایانی مرتبط با آن خودشان یک دامنه collision یا برخورد محسوب می‌شوند. همچنین از آن جایی که هیچ درگیری بر سر مدیا وجود ندارد، تمامی میزبانان می‌توانند در حالت full-duplex کارشان را انجام دهند. این حالت اجازه می‌دهد که به صورت همزمان داده‌های مورد نظر را ارسال و دریافت کنند.
بد نیست بدانید که حالت Half-duplex تنها بر روی هاب‌ها و سوئیچهای ۱۰/۱۰۰ مگابایتی اعمال می‌شود – به این خاطر که ۱ گیگابایت بر ثانیه به صورت پیش فرض در حالت تماما duplex کار می‌کند.
از طرفی زمانی که یک سوئیچ حالت store-n-forward را دریافت می‌کند تمامی فریم‌ها را به منظور پیدا کردن خطا بررسی می‌کند. همچنین هر کدام از فریم‌هایی که دارای بررسی افزونگی چرخه‌ای(cyclic redundancy check – CRC) معتبر باشند مجددا تولید و ارسال می‌شوند.
البته در یکسری از مدلهای این سوئیچ‌ها، مخصوصا سوئیچهای نکسوس عملیات خواندن فریم‌ها تنها بر اساس اطلاعات لایه دو و بررسی CRC انجام می‌شود. این عملیات bypass که به عنوان سوئیچینگ cut-through شناخته می‌شوند مدت زمان انتقال فریم‌ها را به اندازه چشمگیری کاهش می‌دهد.
به این خاطر که تمامی فریم‌ها قبل از انتقال به یک پورت دیگر منتقل نمی‌شوند. این شرایط مزیت‌هایی هم به همراه دارد. به عنوان مثال اینکه کاهش زمان انتقال فریم‌ها برای برنامه‌هایی که دارای تاخیر کمی هستند مناسب‌اند – برنامه‌های تریدینگ الگوریتمی یکی از همین نمونه‌ها هستند.
در چنین شرایطی فرض بر این است که کارت رابط شبکه دستگاه پایانی یا یک پروتکل لایه بالاتر فریم‌های نامناسب را از بین ببرد. از طرفی هم، بیشتر سوئیچهای کاتالیستی از نوع store-n-forward هستند.
ارسال مک آدرس در سوئیچ های سیسکو
در این نقل و انتقال مک آدرس‌ها نقش مهمی ایفا می‌کنند. به طوری که برای پیدا کردن مقصد ارسال بسته‌ها ابتدا باید نگاهی به جدول مک آدرس سوئیچ بیندازید. این اطلاعات می‌توانند توسط خود سوئیچ و به صورت تماما اتوماتیک یاد گرفته شوند، یا اینکه از قبل برنامه‌ریزی شده باشند.
در هر صورت اینجا سوئیچ، فریم‌هایی که قرار است دریافت کند را دنبال کرده و منبع مک آدرس آن‌ها را بررسی می‌کند. البته اگر که آدرس مک از قبل در جدول مورد نظر موجود نباشد پورت مک آدرس سوئیچ و همچنین VLAN در جدول ارسال‌ها(Forwarding) ثبت می‌شوند. این جدول با نام CAM هم شناخته می‌شود.
فرض کنید که مک آدرس فریم مقصد برای سوئیچ شناخته شده نباشد، به نظرتان در چنین شرایطی چه اتفاقی می‌افتد؟ در این حالت سوئیچ تمامی فریم‌ها را به همراه یک VLAN به همه پورت‌ها به جز پورتی که فریم روی آن دریافت شده ارسال می‌کند. این فرآیند با نام unknown unicast flooding شناخته می‌شود.
به تصویر زیر دقت کنید. همان طور که می‌بینید اینجا سوئیچ یک فریم بر روی پورت شماره ۱ دریافت کرده است. همچنین آدرس مک مقصد این فریم ۰۰۰۰٫۰۰۰۰٫۵۵۵۵ می‌باشد. بعد از اینکه سوئیچ جدول مک آدرس را بررسی کرد و متوجه حضور این آدرس در پورت شماره ۵ شود فریم مورد نظر را به همین پورت انتقال می‌دهد. هوشمندانه است، اینطور نیست؟
در مثال دوم، سوئیچ بر روی پورت ۱ فریم برادکست دریافت می‌کند. در چنین شرایطی سوئیچ این فریم را به تمامی پورت‌های VLAN به جز پورت شماره ۱ ارسال می‌کند. همان طور که گفتیم این فریم بر روی پورت ۱ دریافت شده است، پورتی که در VLAN 1 قرار دارد. در نتیجه این فریم به تمامی پورت‌هایی که در سوئیچ به VLAN 1 تعلق دارند ارسال می‌شود – این یعنی تمامی پورت‌ها به جز پورت شماره ۳٫
عملیات لایه دوم سوئیچ سیسکو
زمانی که یک سوئیچ سیسکو فریمی را دریافت می‌کند آن را در صف ingress قرار می‌دهد. در واقع به عملیات ورود داده‌ها به یک پورت ingress گفته می‌شود – و دقیقا برعکس، زمانی که داده‌ها از پورتی خارج می‌شوند egress رخ می‌دهد.
جالب است بدانید که یک پورت می‌تواند چندین صف ingress داشته باشد – از طرفی هر کدام از این صف‌ها به شکل متفاوتی خدماتی را در اختیار فریم‌ها قرار می‌دهند.
اجازه دهید از یک زاویه دیگر به قضیه نگاه کنیم. به طور کلی زمانی که سوئیچ فریمی را از صف برای انتقال انتخاب می‌کند باید قبل از هر چیز به تعدادی سوال پاسخ دهد:
- این فریم انتخاب شده باید به کجا ارسال شود؟
- آیا محدودیت‌های در نظر گرفته شده مانع از ارسال فریم می‌شوند؟
- آیا الویت‌بندی یا علامت‌گذاری باید قبل از ارسال فریم‌ها اعمال شوند؟
پاسخ به این سوال‌ها را در شکل زیر و به ترتیب می‌توانید ببینید – همچنین در ادامه به صورت موردی توضیحات بیشتری در این مورد داده‌ایم:
جدول ارسال لایه دوم سوئیچ سیسکو – Layer 2 forwarding table :
جدول ارسال لایه ۲ با نام جدول مک هم شناخته می‌شود. این جدول شامل اطلاعات مربوط به نقاطی است که فریم‌ها باید ارسال شوند. به طور دقیق‌تر می‌توان گفت که این جدول حاوی اطلاعات مربوط به مک آدرس‌ها و همچنین پورت‌های مقصد است.
در این بخش سوئیچ با توجه به مک آدرس مقصد قرار گرفته در جدول، فریم مورد نظر را به پورت مقصد ارسال می‌کند. اگر که به هر دلیلی مک آدرس در جدول موجود نباشد فریم انتخاب شده با یک VLAN یکسان به تمامی پورت‌ها ارسال می‌شود.
- ACLs: یا همان Access Control List تنها بر روی روترها اعمال نمی‌شود. این لیست با توجه به آدرس IP و مک بر روی سوئیچ‌ها هم قرار می‌گیرد. البته که تنها سوئیچ‌هایی با قابلیت higher-end از این قابلیت پشتیبانی می‌کنند – این در حالیست که سوئیچهای لایه ۲ تنها با وجود ACL با مک آدرس سازگار هستند.
- QoS: فراموش نکنید که تمامی فریم‌های در حال ارسال می‌توانند بر اساس پارامترهای QoS دسته‌بندی شوند. در نتیجه ترافیک حاصل از این فرآیند الویت‌بندی، نشانه‌گذاری و همچنین از نظر محدودیت نرخ طبقه‌بندی می‌شود.
به یاد داشته باشید که سوئیچهای شبکه برای میزبانی از جدول مک آدرس‌ها، داده‌های ACL و QoS از سخت افزار ویژه‌ای استفاده می‌کنند. به عنوان مثال برای جدول مک آدرس‌ها از مموری CAM و برای داده‌های ACL و QoS هم از مموری‌های TCAM استفاده می‌شود.
هر دو مموری CAM و TCAM دارای عملکردی سریع هستند و دسترسی به هر دوی آن‌ها هم راحت است. با اینکه مموری‌های CAM تنها دو حالت صفر و یکی دارند اما با این حال برای جداول ارسال لایه دو کاربردی هستند.
از طرفی مموری‌های TCAM را داریم. مموری که علاوه بر حالت صفر و یک حالت سومی به نام don’t care یا همان اهمیت ندادن/نادیده گرفتن هم دارد. این قابلیت اجازه می‌دهد که مموری‌های TCAM انتخاب مناسب‌تری برای جستجوی‌های پیچیده‌تر باشند.
همچنین جدول‌های TCAM داده‌های مرتبط با ACL و QoS را با توجه به اهمیت پردازش‌ها در خودش ذخیره می‌کند. جالب است بدانید که در حین استفاده از TCAM اعمال ACL هیچ تاثیری بر روی عملکرد سوئیچ نمی‌گذارد.
عملیات لایه سوم سوئیچ سیسکو – چند لایه
خب، تا اینجای کار در مورد نحوه عملکرد سوئیچهای لایه دو سیسکو گفتیم. در این بخش قصد داریم که بیشتر از سوئیچهای لایه سوم صحبت کنیم.
این سوئیچهای چند لایه علاوه بر اینکه تمامی فرآیندهای مرتبط با لایه دو را انجام می‌دهند بلکه در کنار آن فریم‌های مورد نظر را با توجه به اطلاعات قرار گرفته بر روی لایه سه و چهار ارسال می‌کنند. همچنین این مدل‌ها اجزای مرتبط با جریان کَش را هم جمع‌آوری می‌کنند.
این سوئیچ‌ها علاوه بر اینکه رفتاری کاملا مشابه به سوئیچهای لایه دوم دارند بلکه یک جستجوی موازی اضافی برای مسیریابی بسته‌ها نیز از خود نشان می‌دهند. به شکل مقابل دقت کنید:
جدولی که مرتبط با جستجوی لایه سه است با نام FIB شناخته می‌شود. این جدول نه تنها دارای اطلاعات مربوط به VLANها و داده‌های خروجی پورت‌ها – egress می‌باشد بلکه دارای اطلاعات مرتبط با بازنویسی مک آدرس‌ها هم می‌باشد.
اینجا هم عملیات جستجوی موازی ACL و QoS کاملا مشابه با لایه دو اتفاق می‌افتد با این تفاوت که در این مدل سازگاری بیشتری با این دو مورد وجود دارد و همچنین الویت بالاتری دارند.
به عنوان مثال، یک سوئیچ لایه دو سیسکو تنها می‌تواند با توجه به منبع و مک آدرس مقصد با محدودیت نرخ فریم‌ها سازگار شود. این در حالی است که یک سوئیچ چند لایه سیسکو به طور عمومی از محدودیت نرخ فریم‌ها بر روی آدرس‌های مک و IP پشتیبانی می‌کند!
متاسفانه یا خوشبختانه مدلهای مختلف سوئیچهای سیسکو از قابلیت‌های متفاوتی پشتیبانی می‌کنند. همچنین یکسری از مدلهای لایه دو تنها از جستجوی ACL و QoS پشتیبانی می‌کنند. به طور کلی قبل از انتخاب سوئیچ سیسکو مناسب بهتر است که نیازهای شبکه و کسب و کارتان را در نظر بگیرید و حتما با یک مشاور صحبت کنید.
دستوراتی که برای نمایش و ویرایش جدول مک آدرس سوئیچ سیسکو کارآمد هستند
برای نمایش جداول ارسال بر روی سوئیچهای کاتالیست و نکسوس می‌توانید از دستور show mac address-table استفاده کنید. برای اینکه نتایج مدیریت شده‌تری داشته باشید می‌توانید با توجه به پارامترهای جدول، خروجی را به مسیر دلخواه‌تان هدایت کنید – این قابلیت در شبکه‌های بزرگ کارآمد است. همچنین این دستور به صورت کامل بدین شکل نوشته می‌شود :
show mac-address-table [aging-time | count | dynamic | static] [address hw-addr] [interface interface-id] [vlan vlan-id] [ | {begin | exclude | include} expression].
این هم مثالی از استفاده همین دستور است که در ادامه برایتان آورده‌ایم:
Switch1# show mac address-table
Mac Address Table
-------------------------------------------
Vlan Mac Address Type Ports
---- ----------- -------- -----
۱ ۰۰۰۰:۰c00.9001 DYNAMIC Et0/1
۱ ۰۰۰۰٫۰c00.9002 DYNAMIC Et0/2
۱ ۰۰۰۰٫۰c00.9002 DYNAMIC Et0/3
Total Mac Addresses for this criterion: 3
Switch1# show mac address-table interface ethernet 0/1
Mac Address Table
-------------------------------------------
Vlan Mac Address Type Ports
---- ----------- -------- -----
۱ ۰۰۰۰:۰c00.9001 DYNAMIC Et0/1
Total Mac Addresses for this criterion: 1
Switch1# show mac address-table | include 9001
۱ ۰۰۰۰:۰c00.9001 DYNAMIC Et0/1
بازنویسی فریم‌ها
همان طور که از قبل هم ممکن است بدانید، زمانی که یک فریم بین چندین ساب‌نت مسیردهی می‌شود باید تعدادی از بخش‌های آن را بازنویسی کنید. این بخش‌ها شامل آدرس مک مقصد، منبع، هدر IP Checksum، TTL و تریلر checksum می‌باشند.
تمامی فرآیندهای مربوط به دستگاه‌های شبکه حداقل دارای ۳ سطح هستند:
- سطح مدیریت
- سطح کنترل
- و سطح ارسال
همان طور که مشخص است سطح مدیریتی مسئول مدیریت شبکه است – از دسترسی به SSH گرفته تا SNMPها – همچنین این احتمال وجود دارد که بر روی یک پورت OOB قرار بگیرد. از طرفی در سطح کنترلی هم تمامی مسئولیت‌های مرتبط با پروتکل‌ها و تصمیمات مسیریابی جای گرفته‌اند. در آخر هم سطح ارسال را داریم. این بخش مسئولیت مسیریابی اکثر بسته‌ها را بر عهده دارد.
سوئیچهای چند لایه اغلب اوقات باید عملکرد بالایی در نرخ خط‌ها داشته باشند، مخصوصا زمانی که با تعداد زیادی پورت سر و کار داریم. برای اینکه سوئیچ به چنین موقعیتی دسترسی پیدا کند باید سطوح کنترل و ارسال را به صورت جداگانه اعمال کند.
در چنین شرایطی سطح کنترلی به سطح ارسال نحوه مسیریابی بسته‌ها را نشان می‌دهد. البته جالب است بدانید که سوئیچهای چند لایه ممکن است چندین سطح ارسال داشته باشند.
به عنوان مثال سوئیچ کاتالیست ۶۸۰۰ سیسکو بر روی تمامی خطوط ماژول از یک سطح ارسال استفاده می‌کند – این در حالی است که بر روی ماژول ناظر یک سطح کنترل هم دارد.
علاوه بر این‌ها در سوئیچ کاتالیست ۶۸۰۰ سیسکو هر ماژول خط دارای یک پردازنده میکروکد می‌باشد، پردازنده‌ای که تمامی بسته‌های ارسالی را مدیریت می‌کند.
همچنین برای اینکه سطح کنترل ناظر و ماژول خط با هم ارتباط برقرار کنند یک لایه پروتکل ارتباطی تعبیه شده است – به شکل مقابل دقت کنید:
در ادامه کارکرد اصلی لایه پروتکل کنترل موجود مابین سطح ارسال و کنترلی آورده شده است:
- مدیریت داده‌های داخلی و مدارهای کنترلی که برای ارسال و کنترل بسته‌ها استفاده می‌شوند.
- استخراج اطلاعات مرتبط با ارسال بسته‌ها و مسیریابی آن‌ها بر روی لایه ۲ و لایه ۳، همچنین پروتکل‌های مسیریابی و داده‌های پیکربندی. در نهایت هم انتقال اطلاعات به رابط ماژول برای کنترل کردن مسیر داده‌ها.
- جمع‌آوری داده‌های مسیر. از جمله داده‌های ترافیک که از رابط ماژول به پردازنده مسیریابی در جریان هستند.
- مدیریت داده‌های بسته‌های فعلی – که از رابط ماژول اترنت به پردازنده مسیر ارسال می‌شوند.
متدهای سوئیچینگ سیسکو
تا به حال چیزی از متدهای سوئیچینگ سیسکو شنیده‌اید؟ منظور از این عبارت در واقع رفتار پردازنده‌های مسیریابی است که بر روی IOS روتر سیسکو قرار دارند. چون همان طور که می‌دانید سوئیچهای چند لایه مسئولیت مسیریابی را هم بر عهده دارند و دارای چندین فرآیند روتینگ هستند.
روترهای مبتنی بر IOS سیسکو برای ارسال بسته‌ها به سراغ یکی از این سه متد می‌روند:
فرآیند سوئیچینگ، سوئیچینگ سریع و ارسال ویژه/سریع‌السیر سیسکو(Cisco Express Forwarding).
با توجه به مطالبی که تا به اینجا گفتیم باید متوجه شده باشید که فرآیند سوئیچینگ کندترین روش برای مسیریابی است، زیرا پردازنده روتر نه تنها باید وظیفه مسیریابی را انجام دهد بلکه باید نرم افزار استفاده شده را بازنویسی کند. از آن جایی هم که سرعت و تعداد هسته‌ها پردازنده مسیریابی را محدود می‌کنند، این روش خیلی در الویت قرار نمی‌گیرد!
اما روش دوم، یعنی سوئیچینگ سریع از نظر زمانی متد بهینه‌تری است. در این متد اولین بسته‌ای که در جریان قرار گرفته به طور همزمان و به وسیله پردازنده روت، مسیریابی و بازنویسی می‌شود. در نهایت هم بسته‌های بعدی به کمک سخت افزار موجود مدیریت می‌شوند.
آخرین متد، روش ارسال سریع‌السیر سیسکو است. در این متد عموما جریان ترافیک‌ها از جداول سخت افزاری استفاده می‌کنند – البته که در برخی موارد استثناهایی هم وجود دارد. نکته قابل توجه اینجاست که اگر از این روش استفاده کنید، پردازنده مسیر بیشتر زمان خودش را بر روی وظایف دیگر می‌گذارد.
معماری سوئیچهای کاتالیست و نکسوس سیسکو بر روی روترهای این شرکت تمرکز کرده‌اند – که معادل با CEF هستند. اینجا آخرین متدی که برای سوئیچینگ سوئیچهای کاتالیست و نکسوس استفاده می‌شود فرآیند سوئیچینگ است. به یاد داشته باشید که پردازنده مسیر این سوئیچ‌ها، هیچوقت به منظور سوئیچینگ و روتینگ بسته‌ها طراحی نشده بودند – همین موضوع بر عملکرد کلی آن‌ها تاثیر خواهد داشت. خوشبختانه رفتار پیش فرض در این نمونه‌ها استفاده از سوئیچینگ سریع یا CEF است و تنها در صورت نیاز از متد فرآیند سوئیچینگ استفاده می‌شود.
نکته: در اصطلاحات شبکه، سوئیچینگ سریع به عنوان route caching و اپلیکیشن CEF با نام سوئیچینگ مبتنی بر توپولوژی شناخته می‌شود.
Route caching:
با نام سوئیچینگ Flow-based یا Demand-based هم شناخته می‌شود. این فرآیند کاملا لایه سه کش مسیر را نمایش می‌دهد. کشی که با توجه به عملکرد سخت افزار تولید شده است. این متد به صورت عملی با سوئیچینگ سریع در نرم افزار IOS سیسکو برابری می‌کند.
سوئیچینگ مبتنی بر توپولوژی:
داده‌های حاصل از جدول مسیریابی عموما کش مسیر را تولید می‌کنند – بدون در نظر گرفتن جریان ترافیک. اینجا کش تولید شده از مسیر همان FIB است. همچنین CEF هم فرصتی است که منجر به ساخت FIB می‌شود. این متد هم در نرم افزار IOS سیسکو برابر با CEF است.
Route Caching
در سوئیچهای کاتالیست سیسکو، Route caching معادل سوئیچینگ سریع است. اینجا برای اینکه عملیات مرتبط با روت کشینگ انجام شود، مک آدرسِ مقصدِ فریمِ دریافتی باید از سوئیچی باشد که امکانات لایه سه را در خود دارد.
همچنین در این بخش اولین بسته همان فریمی است که توسط پرازنده مسیر هدایت شده است – به این خاطر که در ابتدای کار هنوز هیچ داده کشی تولید نشده و در جریان نیست.
در قدم بعدی تصمیم ارسال بسته توسط پردازنده مسیر گرفته می‌شود و در جدول کش قرار می‌گیرد. همچنین تمامی بسته‌های دیگری که در جریان قرار دارند به سخت افزار منتقل می‌شوند – که عموما هم با نام ASIC شناخته می‌شود.
از طرفی ورودی‌ها تنها در جدول ارسال مربوط به سخت افزار ایجاد می‌شوند. همچنین سوئیچ هم تنها جریان‌های ترافیک جدید را شناسایی می‌کند. البته در نظر داشته باشید که اگر از این ورودی‌ها مدتی استفاده نشود به صورت خودکار حذف خواهند شد.
از آن جایی که ورودی‌ها تنها در سخت افزار ایجاد می‌شوند و جریان‌ها هم به وسیله سوئیچ شناسایی می‌شوند، route caching همیشه حداقل یک بسته را به وسیله نرم افزار وارد جریان می‌کند.
بد نیست بدانید که route caching با نام‌های دیگری هم مثل سوئیچینگ NetfFow LAN، سوئیچینگ flow-based/demand-based، switch many و route once شناخته می‌شود
سوئیچینگ مبتنی بر توپولوژی
سوئیچینگ مبتنی بر توپولوژی معادل قابلیت CEF در سوئیچهای کاتالیست سیسکو است. این مدل سوئیچینگ بر پایه توپولوژی گزینه مناسبی برای سوئیچینگ لایه سوم است، به این خاطر که نه تنها بهترین عملکرد بلکه ایده‌آل‌ترین مقیاس‌پذیری را در اختیارتان می‌گذارد.
خوشبختانه تمامی سوئیچهای کاتالیست سیسکو این قابلیت سوئیچینگ مبتنی بر توپولوژی/CEF را برای مسیریابی در خود دارند.
همان طور که می‌دانید CEF برای تولید کش مسیر، از داده‌های جدول مسیریابی استفاده می‌کند. البته بدون اینکه در ابتدای کار جریان‌های ترافیکی برای فرآیند کش‌سازی ضرورتی داشته باشند – کمی بالاتر گفتیم که این داده‌ها با نام FIB هم شناخته می‌شوند – فراموش نکنید که سخت افزار FIB حتی بدون وجود جریان ترافیکی در دسترس قرار دارد.
همچنین با فرض بر اینکه مسیری در جدول مقصد در دسترس است، تمامی بسته‌هایی که بخشی از جریان ترافیکی هستند توسط سخت افزار به آن ارسال می‌شوند. جالب اینجاست که FIB حتی اولین بسته از این جریان را مدیریت می‌کند.
جزئیات سخت افزار ارسال/انتقال
سوئیچینگ بسته‌های لایه سه بر روی سوئیچهای کاتالیست سیسکو در دو لوکیشن مختلف اتفاق می‌افتند. این لوکیشن‌های احتمالی به صورت کاملا متمرکز در دسترس هستند – به عنوان مثال ماژول ناظر یا به صورت تماما توزیع شده – جایی که سوئیچینگ به صورت جداگانه بر روی خط ماژول‌ها رخ می‌دهد. این متدها به ترتیب با نام‌های سوئیچینگ متمرکز و سوئیچینگ توزیع شده شناخته می‌شوند.
یک نمونه عالی برای این شرایط سوئیچ کاتالیست ۶۵۰۰ سیسکو است. در این سوئیچ می‌توانید همه چیز را به صورت متمرکز به ناظر یا جایی مشخص بر روی سخت افزار ماژول خط انتقال دهید – برای اینکه بتوانید به قابلیت‌های سوئیچ توزیع شده برسید.
از مزیت‌های سوئیچینگ متمرکز می‌توانیم به هزینه‌های پایین‌تر سخت افزار و همچنین پیچیدگی‌های کمتر فرآیندها اشاره کنیم. البته که این روش برای شبکه‌های بزرگ سازمانی گزینه بسیار بهینه‌ای است. جالب است بدانید که بیشتر سوئیچهای small Form-factorاز سوئیچینگ متمرکز استفاده می‌کنند.
نکته: برخی از سوئیچهای small form-factor از مفهوم switch-on-chip پیروی می‌کنند. این یعنی تمامی هوش و فرآیندهای سوئیچ تنها بر روی یک ASIC ارزان قیمت انجام می‌شوند. در حال حاضر این نگرش به یک استاندارد صنعتی برای سوئیچ‌هایی با امکانات و هزینه‌های کمتر تبدیل شده است. همین باعث شده که این قابلیت را در نسل‌های جدید سوئیچهای کاتالیست و نکسوس سیسکو تعبیه کنند. علاوه بر این، این نسخه‌های جدید مانند نکسوس ۹۰۰۰ از SOC در یک ظرفیت هیبرید هم بهره‌مند هستند – جایی که خط ماژول‌ها هر کدام SOC خودشان را دارند و با مفهوم سوئیچینگ توزیع‌شده هم سازگار هستند.
نتیجه‌گیری
- سطح کنترلی یک سوئیچ کاتالیست سیسکو هیچوقت برای مسیریابی یا فریم‌های سوئیچ طراحی نشده است. این سطح تنها به منظور تولید داده‌های مسیریابی و پروتکل‌های روتینگ ساخته شده است. البته همان طور که قبلا هم گفتیم در برخی شرایط خاص می‌توان از این سطح برای مسیریابی تعدادی از فریم‌ها استفاده کرد.
- سوئیچهای کاتالیست سیسکو medium-to-high-end که بر اساس مدلهای ارسال توزیع شده طراحی شده‌اند گزینه مناسبی برای نیازهای دانشگاهی و مراکز داده‌ای هستند.
- سوئیچهای کاتالیست سیسکو با استفاده از قابلیت CEF سعی می‌کنند تا مسیریابی فریم‌ها را برای مدل ارسال سخت افزاری توزیع شده پیاده کنند.
- سوئیچهای کاتالیست سیسکو با توجه به مشخصات پلتفرم و همچنین پیکربندی‌ها از متد توزیع شده یا متد متمرکز استفاده می‌کنند.
