สวิตช์ส่งต่อเฟรมอย่างไร

สวิตช์เป็นอุปกรณ์สมัยใหม่ที่เชื่อมต่ออุปกรณ์ต่าง ๆ ภายใน LAN และมีความชาญฉลาดกว่าฮับมาก แทนที่จะทำซ้ำข้อมูลโดยไม่ตรวจสอบ สวิตช์จะอ่านที่อยู่และส่งต่อแต่ละเฟรมไปยังพอร์ตที่มีอุปกรณ์ปลายทางอยู่จริงเท่านั้น การเปลี่ยนแปลงเพียงอย่างเดียวนี้ช่วยเพิ่มความเร็ว ประสิทธิภาพ และความปลอดภัยได้อย่างมาก บทเรียนนี้จะอธิบายอย่างละเอียดว่าสวิตช์ใช้วิธีใดในการตัดสินใจส่งต่อเหล่านั้น

สวิตช์ทำงานที่เลเยอร์การเชื่อมโยงข้อมูล (เลเยอร์ 2 ของโมเดล OSI) ในเลเยอร์นี้ ข้อมูลจะถูกจัดเป็นเฟรม และอุปกรณ์แต่ละเครื่องจะมีที่อยู่ MAC (ที่อยู่สำหรับควบคุมการเข้าถึงสื่อ) ที่ไม่ซ้ำกันและถูกบันทึกไว้ในการ์ดเครือข่ายของอุปกรณ์ สวิตช์อ่านที่อยู่ MAC ภายในเฟรมเพื่อตัดสินใจว่าจะส่งเฟรมไปที่ใด จึงเรียกว่าอุปกรณ์เลเยอร์ 2

เฟรมอีเทอร์เน็ตทุกเฟรมมีที่อยู่ MAC สองรายการ ได้แก่ต้นทาง (ผู้ส่ง) และปลายทาง (ผู้รับ) สวิตช์จะตรวจสอบที่อยู่เหล่านี้ในแต่ละเฟรม ด้วยการติดตามว่าที่อยู่ MAC แต่ละรายการอยู่บนพอร์ตใด สวิตช์จึงส่งเฟรมไปยังปลายทางได้อย่างแม่นยำ แทนที่จะกระจายไปทุกที่เหมือนฮับ

สวิตช์สร้างความรู้ของตนเองด้วยการเรียนรู้ เมื่อมีเฟรมเข้ามา สวิตช์จะบันทึกที่อยู่ MAC ต้นทางและพอร์ตที่เฟรมนั้นเข้ามา แล้วจัดเก็บคู่ข้อมูลนี้ไว้ในตารางที่อยู่ MAC เมื่ออุปกรณ์ต่าง ๆ ส่งข้อมูล สวิตช์จะเรียนรู้ตำแหน่งของอุปกรณ์แต่ละเครื่องไปเรื่อย ๆ การเรียนรู้อัตโนมัตินี้ไม่ต้องตั้งค่า และเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง

เพื่อส่งต่อเฟรม สวิตช์จะตรวจสอบ MAC ปลายทางกับตารางของตน:

• ที่อยู่ที่ทราบ — ส่งเฟรมออกเฉพาะพอร์ตที่ตรงกัน
• ที่อยู่ที่ไม่ทราบ — กระจายเฟรมออกทุกพอร์ต ยกเว้นพอร์ตที่เฟรมเข้ามา

เมื่อปลายทางตอบกลับ สวิตช์ก็จะเรียนรู้ตำแหน่งของปลายทางด้วย ทำให้เฟรมในอนาคตถูกส่งตรงไปที่นั่น

เมื่อสวิตช์ยังไม่ทราบว่าที่อยู่ MAC ปลายทางอยู่ที่ใด สวิตช์จะกระจายเฟรมออกทุกพอร์ต ยกเว้นพอร์ตต้นทาง ซึ่งคล้ายกับการทำงานของฮับ แต่การกระจายนี้เกิดขึ้นเพียงชั่วคราว: ทันทีที่ปลายทางตอบกลับ สวิตช์จะเรียนรู้พอร์ตของปลายทางและหยุดกระจายเฟรมสำหรับที่อยู่นั้น ดังนั้นการกระจายจึงเป็นวิธีสำรอง ไม่ใช่พฤติกรรมปกติ และตารางจะเติมข้อมูลได้อย่างรวดเร็ว

แต่ละพอร์ตของสวิตช์ทำงานแบบฟูลดูเพล็กซ์ โดยส่งและรับข้อมูลได้พร้อมกัน และมอบแบนด์วิดท์เฉพาะของตนเองให้แก่อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ แทนการใช้ท่อส่งข้อมูลร่วม วิธีนี้กำจัดการชนกันที่เคยสร้างปัญหาให้ฮับ และทำให้อุปกรณ์ทุกเครื่องทำงานเต็มความเร็วได้พร้อมกัน นี่เป็นเหตุผลสำคัญที่ทำให้เครือข่ายแบบสวิตช์มีประสิทธิภาพเหนือกว่าเครือข่ายที่ใช้ฮับอย่างมาก

ตาราง MAC ไม่ได้ขยายใหญ่ขึ้นตลอดเวลา แต่ละรายการมีตัวจับเวลาการหมดอายุ หากสวิตช์ไม่ได้รับข้อมูลเพิ่มเติมจากที่อยู่ MAC เป็นเวลาตามที่กำหนด สวิตช์จะลบรายการนั้นออก วิธีนี้ช่วยให้ตารางเป็นปัจจุบันเมื่ออุปกรณ์ย้ายตำแหน่งหรือยกเลิกการเชื่อมต่อ หากอุปกรณ์ส่งข้อมูลอีกครั้งในภายหลัง สวิตช์ก็จะเรียนรู้ตำแหน่งของอุปกรณ์ใหม่ ทำให้การส่งต่อยังคงถูกต้อง

สวิตช์จัดการเฟรมแต่ละประเภทแตกต่างกัน:

• ยูนิคาสต์ — ส่งถึงอุปกรณ์หนึ่งเครื่อง และจะส่งต่อไปยังพอร์ตเดียวของอุปกรณ์นั้นหากทราบตำแหน่ง
• บรอดแคสต์ — ส่งถึงอุปกรณ์ทั้งหมด และส่งออกทุกพอร์ต
• มัลติคาสต์ — ส่งถึงกลุ่มอุปกรณ์ และจะกระจายออกไป หรือส่งไปเฉพาะบางพอร์ตเมื่อมีคุณสมบัติเพิ่มเติม

บรอดแคสต์จะแพร่กระจายไปทั่วสวิตช์เสมอ ซึ่งเป็นประเด็นสำคัญสำหรับเรื่องโดเมนการกระจายสัญญาณในภายหลัง

สวิตช์สามารถส่งต่อเฟรมได้หลายวิธี รับมาเก็บแล้วส่งต่อจะรับเฟรมทั้งหมด ตรวจสอบข้อผิดพลาด แล้วจึงส่งต่อ ซึ่งแม่นยำแต่ช้ากว่าเล็กน้อย ส่งต่อแบบตัดผ่านจะเริ่มส่งต่อทันทีที่อ่านที่อยู่ปลายทาง ซึ่งเร็วกว่าแต่ไม่สามารถตรวจจับข้อผิดพลาดได้ สวิตช์สมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้การรับมาเก็บแล้วส่งต่อเพื่อความน่าเชื่อถือ การทราบวิธีทั้งสองแบบและข้อแลกเปลี่ยนระหว่างความเร็วกับความแม่นยำมีประโยชน์ต่อการสอบ

ด้วยการส่งต่ออย่างชาญฉลาด สวิตช์มอบข้อได้เปรียบสำคัญสามประการเหนือฮับ ได้แก่ ประสิทธิภาพที่ดีกว่าจากพอร์ตฟูลดูเพล็กซ์ที่มีแบนด์วิดท์เฉพาะ การชนกันที่น้อยลงเพราะแต่ละพอร์ตมีโดเมนการชนกันของตนเอง และความปลอดภัยที่ดีขึ้นเพราะเฟรมไม่ถูกส่งไปยังอุปกรณ์ทุกเครื่อง ข้อได้เปรียบเหล่านี้คือเหตุผลที่สวิตช์เข้ามาแทนที่ฮับในทุกแห่ง และเป็นโครงสร้างหลักของ LAN สมัยใหม่ทุกแห่ง

ทดสอบความรู้เกี่ยวกับการทำงานของสวิตช์

คุณได้เรียนรู้ว่าสวิตช์เป็นอุปกรณ์เลเยอร์ 2 ที่อ่านที่อยู่ MACในเฟรมเพื่อส่งต่ออย่างชาญฉลาด สวิตช์เรียนรู้ MAC ต้นทางและพอร์ตของ MAC เหล่านั้นลงในตารางที่อยู่ MAC จากนั้นส่งต่อปลายทางที่ทราบไปยังพอร์ตเดียว และกระจายเฟรมที่ไม่ทราบปลายทางเป็นการชั่วคราว แต่ละพอร์ตทำงานแบบฟูลดูเพล็กซ์และมีแบนด์วิดท์เฉพาะ จึงกำจัดการชนกัน รายการในตารางจะหมดอายุและถูกลบเพื่อให้ข้อมูลเป็นปัจจุบัน สวิตช์มีความเร็วที่เหนือกว่า เกิดการชนน้อยกว่า และปลอดภัยกว่าฮับ จึงเป็นกำลังขับเคลื่อนของ LAN สมัยใหม่ทุกแห่ง