مشکل تصادم در شبکه چیست و چگونه باید به فکر حل آن باشیم؟

در شکل زیر یک شبکه محلی محلی (LAN) متصل از طریق یک هاب را مشاهده می‌کنید که مبتنی بر یک معماری قدیمی است که تجهیزات از طریق کابل‌ها به یکدیگر متصل می‌شوند. شکل فوق نمونه‌ای رایج از شبکه‌های سوهو است که هنوز هم استفاده می‌شوند، با این تفاوت که سوییچ جایگزین هاب شده است.

البته به این نکته دقت کنید که یک شبکه ساده سوهو همانند مدلی که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید با مشکل تصادم دامنه روبرو است و مبتنی بر یک الگوی دامنه همه‌پخشی است. در شکل بالا یک شبکه کاملا ساده را مشاهده می‌کنید که امروزه می‌توانید در بسیاری از پیکربندی‌های شبکه‌های خانگی آن‌را مشاهده کنید، در حالی که کوچک‌ترین شبکه‌های تجاری امروزی به مراتب پیچیده‌تر از آن چیزی هستند که در شکل بالا مشاهده می‌کنید. در گذشته مهندسان شبکه برای حل مشکل تصادم شبکه تصمیم گرفتند از یک هاب همراه با یک سوییچ استفاده کنند. شبیه به الگویی که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید.

با این‌حال، مشکلی که شبکه فوق دارد این است که هنوز هم یک دامنه پخشی واحد دارد. این بدان معنا است که ما تنها مشکل تداخل بسته‌های ارسال شده توسط کامپیوترها را کاهش داده‌ایم، اما به معنای واقعی کلمه آن‌را برطرف نکرده‌ایم. تنها مزیتی که شبکه فوق دارد این است که اگر یک نوع اعلان حیاتی وجود داشته باشد که همه افراد شبکه محلی باید در مورد آن بشنوند، باید بگوییم که با صدای رسایی آن‌را خواهند شنید، زیرا هاب مورد استفاده در شکل بالا یک دامنه تصادم  از پورت سوئیچ را گسترش داده است. نتیجه این است که جان اطلاعات را از باب دریافت می‌کند، اما خوشبختانه سالی آن‌را دریافت نمی‌کند که خوب است زیرا باب قصد داشت مستقیماً با جان صحبت کند. اگر به جای آن نیاز به ارسال پخشی وجود داشته باشد، همه از جمله سالی‌، آن را دریافت می‌کردند، اما یک ازدحام غیر ضروری در شبکه ایجاد می‌شود.

چه عواملی باعث بروز مشکل ازدحام ترافیک LAN می‌شوند؟

• تعداد بسیار زیادی میزبان در یک دامنه همه‌پخشی یا دامنه تصادم
• ‌همه‌پخشی‌های طوفانی
• ترافیک بیش از اندازه مولتی‌کست
• پهنای باند بسیار کم
• افزودن هاب برای اتصال به شبکه
• ‌مجموعه‌ای از همه‌پخشی‌های ARP

یکبار دیگر به شکل بالا نگاهی داشته باشید تا ببینید که من هاب اصلی استفاده شده در شکل یک را به سوئیچ در شکل 2 گسترش داده‌ام.  من این کار را کردم، زیرا هاب‌ها یک شبکه را تقسیم‌ نمی‌کنند.

آن‌ها فقط بخش‌های شبکه را متصل می‌کنند. در اصل، این یک راه ارزان برای اتصال چند کامپیوتر شخصی است که می‌تواند برای استفاده در شبکه‌های خانگی بهترین عملکرد را داشته باشد و عیب‌یابی آن نیز در مقیاس محدود کاملا ساده است. با این‌حال، به مرور زمان که شبکه گسترش پیدا می‌کند، به پهنای باند بیشتر و ابزارهای دقیق‌تر برای کنترل ترافیک و مدیریت جنبه‌های امنیتی نیاز داریم. به‌طور معمول، این کار را با افزودن روترها انجام می‌دهیم زیرا روترها ابزارهای مناسبی برای اتصال شبکه‌ها و مسیریابی بسته‌های داده از یک شبکه به شبکه دیگری هستند. سیسکو به دلیل تولید و عرضه بی نظیر محصولاتی مثل روترهای با کیفیت بالا و خدمات فوق‌العاده که ارایه می‌کند، مورد توجه کاربران حرفه‌ای و سازمانی قرار دارد. بنابراین هرگز فراموش نکنید که به‌طور پیش‌فرض، روترها برای تجزیه کارآمد یک دامنه پخشی، قرار دادن مجموعه‌ای از دستگاه‌ها در یک شبکه و قابلیت ارسال همه‌پخشی بسته‌ها توسط گره‌های عضو یک سگمنت خاص استفاده می‌شوند.

شکل زیر یک روتر در شبکه رو به رشد ما را نشان می‌دهد که یک شبکه میانی ایجاد کرده و و دامنه‌های پخشی را تجزیه می‌کند.

در شکل بالا یک شبکه کوچک بسیار جالب را مشاهده می‌کنید. هر میزبان از طریق سوییج به دامنه تصادم خاص خود متصل است و این روتر است که دو دامنه پخشی را ایجاد کرده است. در شکل فوق، سالی در شبکه‌ای کاملا متفاوت قرار دارد و دیگر بسته‌های ارسالی متوالی از باب را دریافت نمی‌کند، اگر باب بخواهد با سالی صحبت کند باید بسته‌ای را با آدرس مقصد با استفاده از آدرس IP برای او ارسال کند و قادر نیست از رویکرد همه‌پخشی برای این منظور استفاده کند. اما موارد بررسی بیشتری وجود دارد. روترها به خدمات شبکه گسترده (WAN) و همچنین از طریق یک رابط سریال برای اتصالات WAN به ویژه یک رابط فیزیکی V.35 در روتر سیسکو به شبکه‌هایی فراتر از شبکه محلی دسترسی دارند.

اکنون متوجه شدید که چرا تجزیه دامنه پخشی اهمیت زیادی دارد؟ هنگامی که یک میزبان یا سرور یک شبکه پخشی را ارسال می‌کند هر دستگاهی در شبکه باید تعامل با آن مجبور است به دریافت و پردازش آن است، مگر این‌که روتری در میان باشد. هنگامی که رابط روتر این شبکه پخشی را دریافت می‌کند، می تواند با گفتن "نه متشکرم" پاسخ دهد و شبکه پخشی را کنار بگذارد و بدون آن‌که مجبور باشد آن‌را برای شبکه‌های دیگری ارسال کند. اگرچه روترها به‌طور پیش‌فرض دامنه‌های پخشی را تجزیه می‌کنند، اما به خاطر داشته باشید که آن‌ها دامنه‌های تصادم را نیز تجزیه می‌کنند. استفاده از روترها در شبکه شما دو مزیت دارد:

آن‌ها به‌طور پیش‌فرض الگوهای پخشی را ارسال نمی‌کنند.

آن‌ها می‌توانند شبکه را بر اساس اطلاعات لایه 3 (لایه شبکه) مانند آدرس IP فیلتر کنند.

سوییچ‌ها

ما از سوئیچ‌های لایه 2 برای ساخت شبکه‌های اینترنتی استفاده نمی‌کنیم، زیرا به‌طور پیش‌فرض دامنه‌های پخشی را تجزیه نمی‌کنند. سوییچ‌های لایه 2 بیشتر برای افزودن قابلیت‌های به شبکه LAN استفاده می‌شوند. هدف اصلی سوئیچ‌های لایه 2 این است که عملکرد LAN را بهتر و بهینه‌تر کنند. برای این منظور آن‌ها اقدام به ارائه پهنای باند بیشتر برای کاربران شبکه محلی می‌کنند. علاوه بر این،  سوئیچ‌های لایه 2 مانند روترها بسته‌ها را به شبکه‌های دیگر ارسال نمی‌کنند. در عوض، آن‌ها فقط فریم‌ها را از یک پورت به پورت دیگر در شبکه سوئیچ تغییر وضعیت می‌دهند.

خوب ، بنابراین به‌طور پیش‌فرض، سوئیچ‌ها دامنه‌های تصادم را تجزیه می‌کنند ، اما این حرف به چه معنا است؟ یک دامنه تصادم یک اصطلاح اترنت است که برای توصیف یک سناریوی شبکه استفاده می‌شود که در آن یک دستگاه مستقر در بخشی از شبکه اقدام به ارسال بسته‌ای می‌کند. در این حالت دستگاه‌های مستقر در آن بخش مجبور هستند به بسته ارسالی واکنش نشان دهند. رویکرد فوق کارایی چندانی ندارد، زیرا اگر دستگاه دیگری سعی به‌طور همزمان بسته‌ای را ارسال کند، تصادم به وجود می‌آید که باعث می‌شود هر دو دستگاه یکبار دیگر مجبور به ارسال بسته‌ها شوند که جالب نیست. مشکل فوق به دفعات در محیط‌های مبتنی بر هاب به وجود می‌آید، جایی که هر میزبان هر بخش به هابی متصل می‌شود که تنها یک دامنه تصادم و یک دامنه پخشی واحد دارد. در مقابل، هر پورت روی یک سوئیچ، دامنه تصادم خاص خود را دارد و به ترافیک شبکه اجازه می‌دهد تا روان‌تر جریان یابد.

سوئیچینگ لایه 2 به عنوان پل ارتباطی سخت‌افزاری در نظر گرفته می‌شود، زیرا از سخت‌افزارهای تخصصی به نام مدار مجتمع ویژه برنامه (ASIC) استفاده می‌کند. ASIC ها می‌توانند تا سرعت گیگابیت بالا با نرخ تاخیر بسیار کم اجرا شوند.

سوئیچ‌ها هر فریم را هنگام عبور از شبکه می‌خوانند. سپس دستگاه لایه 2 آدرس سخت‌افزار منبع را در یک جدول فیلتر قرار می‌دهد و پیگیری می‌کند که فریم در کدام پورت دریافت شده است. این اطلاعات (که در جدول فیلتر Bridge یا سوئیچ وارد شده‌اند) به دستگاه کمک می‌کند تا مکان دستگاه ارسال کننده خاص را تعیین کند.

شکل زیر سوییچ مستقر در یک شبکه واسط را همراه با نحوه ارسال بسته‌ها به اینترنت توسط جان را نشان می‌دهد. سالی فریم‌های او را نمی‌شنود زیرا در یک حوزه تصادم متفاوت است. فریم مقصد مستقیماً به روتر دروازه پیش‌فرض می‌رود، بنابراین سالی حتی ترافیک جان را نمی‌بیند.

نکته مهمی که درباره دستگاه‌های لایه 2 و لایه 3 باید به آن دقت کنید این است که اگرچه هر دو باید بتوانند با شبکه مذاکره کنند، اما مهم است که به خاطر بسپاریم که آن‌ها به قسمت‌های مختلفی از شبکه اشاره دارند. در درجه اول، تجهیزات لایه 3 مثل روترها باید شبکهرهای خاصی را تعیین کنند، در حالی که ماشین‌های لایه 2 مانند سوییچ‌ها و بریج‌ها باید در نهایت دستگاه‌های خاصی را پیدا کنند. بنابراین، شبکه‌ها به روترها مانند دستگاه‌های جداگانه نگاه می‌کنند که سوئیچ‌ها و پل‌ها به آن‌ها وابسته هستند جداول مسیریابی که شبکه‌های واسط را ترسیم می‌کنند برای روترها نقشی مثل یک فیلتر را دارند که سوییچ‌ها  و پل‌ها را مشخص می‌کنند.

بعد از این‌که یک فیلتر جدول روی دستگاه لایه 2 ساخته شد، فریم‌ها را فقط به بخشی ارسال می‌کند که آدرس سخت‌افزار مقصد در آن قرار دارد. اگر دستگاه مقصد در بخش مشابه میزبان منبع باشد، دستگاه لایه 2 مانع ارسال فریم به ‌بخش‌های دیگر می‌شود. اگر مقصد در بخش دیگری قرار دارد، فریم فقط می‌تواند به آن بخش منتقل شود که رویکرد فوق پل‌زنی نام دارد.

هنگامی که یک رابط سوئیچ یک فریم با آدرس سخت‌افزاری مقصد دریافت می‌کند که در جدول فیلتر دستگاه یافت نمی‌شود، فریم را به تمام بخش‌های متصل ارسال می‌کند. اگر دستگاه ناشناخته‌ای که اقدام به ارسال فریم ناشناس کرده است، واکنشی نشان دهد، سوییچ جدول فیلتر خود را در مورد مکان آن دستگاه به‌روز می‌کند، اما در صورتی که آدرس مقصد فریم فرستنده یک آدرس پخشی باشد، سوئیچ به‌طور پیش‌فرض اقدام به ارسال همه‌پخشی فریم برای سگمنت‌ها می‌کند.

دقت کنید این ارسال تنها برای دستگاه‌هایی که عضو دامنه پخشی یکسانی هستند ارسال می‌شود. رویکرد فوق می‌تواند مشکل‌ساز باشد، زیرا دستگاه‌های لایه 2 مشکل طوفان همه‌پخشی را ایجاد می‌کنند که باعث می‌شود عملکرد شبکه مختل شود، تنها راه جلوگیری از انتشار مشکل بروز طوفان همه‌پخشی در یک شبکه میانی به‌کارگیری یک دستگاه لایه 3 مثل روتر است.