كيف يمرر المحول الإطارات

المبدّل هو الجهاز الحديث الذي يربط الأجهزة في شبكة LAN، وهو أذكى بكثير من المحور. فبدلًا من تكرار البيانات بلا تمييز، يقرأ المبدّل العناوين ويمرر كل إطار إلى المنفذ الذي توجد فيه الوجهة فعليًا فقط. يؤدي هذا التغيير وحده إلى تحسين السرعة والكفاءة والأمان بدرجة كبيرة. يشرح هذا الدرس بالضبط كيفية اتخاذ المبدّل قرارات التمرير هذه.

يعمل المبدّل في طبقة ربط البيانات (الطبقة الثانية من نموذج OSI). وفي هذه الطبقة، تُنظَّم البيانات في إطارات، ولكل جهاز عنوان MAC فريد (عنوان التحكم في الوصول إلى الوسائط) مضمَّن في بطاقة الشبكة الخاصة به. يقرأ المبدّل عناوين MAC الموجودة داخل الإطارات ليقرر وجهة إرسالها، ولهذا يُسمى جهازًا من الطبقة الثانية.

يحمل كل إطار Ethernet عنواني MAC: عنوان المصدر (الجهة التي أرسلته) وعنوان الوجهة (الجهة التي ينبغي أن تستقبله). يفحص المبدّل هذه العناوين في كل إطار. ومن خلال تتبع المنفذ الذي يوجد فيه كل عنوان MAC، يستطيع المبدّل تسليم الإطارات بدقة بدلًا من إغراق جميع المنافذ بها كما يفعل المحور.

يبني المبدّل معرفته من خلال التعلّم. فعندما يصل إطار، يسجل المبدّل عنوان MAC المصدر والمنفذ الذي دخل منه، ويخزن هذا الزوج في جدول عناوين MAC. ومع مرور الوقت وإرسال الأجهزة لحركة البيانات، يتعلم المبدّل موضع كل جهاز. ولا يحتاج هذا التعلّم التلقائي إلى إعداد، بل يحدث باستمرار.

لتمرير إطار، يتحقق المبدّل من عنوان MAC الوجهة في جدوله:

• عنوان معروف — يرسل الإطار عبر المنفذ المطابق فقط.
• عنوان غير معروف — يغرق الإطار عبر جميع المنافذ باستثناء المنفذ الذي وصل منه.

عندما ترد الوجهة، يتعلم المبدّل موضعها أيضًا، فتتجه الإطارات المستقبلية إليها مباشرة.

عندما لا يعرف المبدّل بعد المنفذ الذي توجد فيه وجهة MAC، فإنه يغرق الإطار عبر كل منفذ باستثناء منفذ المصدر، مثلما يفعل المحور تقريبًا. لكن هذا الإجراء مؤقت؛ فبمجرد أن تستجيب الوجهة، يتعلم المبدّل منفذها ويتوقف عن الإغراق لهذا العنوان. لذلك فالإغراق آلية احتياطية وليس السلوك المعتاد، ويمتلئ الجدول بسرعة.

يعمل كل منفذ في المبدّل بنمط مزدوج الاتجاه بالكامل، فيرسل ويستقبل في الوقت نفسه، ويمنح الجهاز المتصل به عرض النطاق الترددي المخصص له بدلًا من قناة مشتركة. يلغي ذلك التصادمات التي عانت منها المحاور، ويسمح لكل جهاز بالعمل بأقصى سرعة في الوقت نفسه. وهذا سبب رئيسي لتفوق الشبكات المعتمدة على المبدّلات على الشبكات المعتمدة على المحاور بفارق كبير.

لا ينمو جدول MAC إلى ما لا نهاية. إذ يرتبط بكل إدخال مؤقت تقادم؛ فإذا لم يسمع المبدّل أي شيء آخر من عنوان MAC خلال مدة محددة، يزيل ذلك الإدخال. ويحافظ هذا على حداثة الجدول عند انتقال الأجهزة أو انقطاعها. وإذا أرسل جهاز ما لاحقًا، يتعلم المبدّل موضعه من جديد ببساطة، ويحافظ بذلك على دقة التمرير.

تتعامل المبدّلات مع أنواع الإطارات بطرق مختلفة:

• أحادي الإرسال — إلى جهاز واحد؛ يُمرر إلى ذلك المنفذ إذا كان معروفًا.
• البث — إلى جميع الأجهزة؛ يُرسل عبر كل المنافذ.
• البث المتعدد — إلى مجموعة؛ يُغرق أو يُرسل انتقائيًا باستخدام ميزات إضافية.

ينتشر البث دائمًا عبر المبدّل كله، وهي نقطة مهمة عند دراسة نطاقات البث لاحقًا.

يمكن للمبدّلات تمرير الإطارات بطرق مختلفة. تستقبل طريقة التخزين وإعادة التمرير الإطار كاملًا، وتتحقق من أخطائه، ثم تمرره — وهي دقيقة لكنها أبطأ قليلًا. أما طريقة التمرير المباشر فتبدأ التمرير بمجرد قراءة عنوان الوجهة — وهي أسرع، لكنها لا تستطيع اكتشاف الأخطاء. تستخدم معظم المبدّلات الحديثة طريقة التخزين وإعادة التمرير من أجل الاعتمادية. ومن المفيد للاختبار معرفة هاتين الطريقتين والموازنة بين السرعة والدقة فيهما.

من خلال التمرير الذكي، تحقق المبدّلات ثلاث مزايا كبيرة مقارنة بالمحاور: أداء أفضل بفضل المنافذ المخصصة ذات التشغيل مزدوج الاتجاه بالكامل، وتصادمات أقل لأن كل منفذ يمثل نطاق تصادم خاصًا به، وأمانًا محسنًا لأن الإطارات لا تُرسل إلى كل جهاز. وهذه المزايا هي بالضبط سبب استبدال المبدّلات بالمحاور في كل مكان، كما أنها تشكل أساس كل شبكة LAN حديثة.

اختبروا معرفتكم بآلية عمل المبدّلات.

تعلمتم أن المبدّل جهاز من الطبقة الثانية يقرأ عناوين MAC في الإطارات لتمريرها بذكاء. فهو يتعلم عناوين MAC المصدر ومنافذها ويخزنها في جدول عناوين MAC، ثم يمرر الوجهات المعروفة عبر منفذ واحد ويغرق الوجهات غير المعروفة مؤقتًا. ويعمل كل منفذ بنمط مزدوج الاتجاه بالكامل مع عرض نطاق ترددي مخصص، مما يلغي التصادمات. وتتقادم إدخالات الجدول وتُزال للحفاظ على حداثته. وتتفوّق المبدّلات على المحاور في السرعة والتصادمات والأمان، وهي التي تشغّل كل شبكة LAN حديثة.