من طرف العمـــدة الأربعاء 08 يونيو 2011, 8:29 pmللمبتدئين الفرق بين Hub، Bridge، Switch، Router
بسم الله الرحمن الرحيم
بداية عليك معرفة عامة ماهو عنوان البرودكاست Broadcast Address وعنوان اليوني كاست Unicast Address
عنوان الـ broadcast هو عنوان عند ارسال اي بيانات اليه من جهاز ما، فان هذه البيانات يتم استقبالها ومعالجتها من جميع الاجهزة الموجودة في نفس الشبكة المحلية مع هذا الجهاز.
عنوان الـ unicast هو عنوان خاص بجهاز واحد فقط وعند ارسال بيانات اليه من جهاز ما، تتم معالجة هذه البيانات من الجهاز المعني فقط.
سنبدأ بتناول الأجهزة الاربعة بدأ من الجهاز الاقل تعقيدا الى الاعلى تعقيدا وذكاءا
1- الهب Hub
جهاز يستخدم لربط عدة اجهزة مع بعضها البعض في شبكة داخلية ويحتوي على عدة منافذ لربط الاجهزة (Interfaces) ويكون عددها 4 بورتات او 8 او 16 او 24 او 32 غالبا.
يعتبر الهب جهاز غبي لانه لا يجتهد ليعرف ماذا يوجد داخل البيانات المرسلة اليه (تسمى فريمات وتكون على شكل نبضات كهربائية تمثل 0 او 1 "لغة الالة) حيت انه فقط يقوم باستقبال هذه الاشارات الكهربائية ويقوم بتكريرها واعادة ارسالها عبر جميع المنافذ الاخرى بخلاف المنفذ الذي اتت منه هذه البيانات. (يمكن تشبيهه بتوصيلة الكهرباء التي توصل اكثر من جهاز بفيشة كهرباء واحدة).
ماذا يحدث اذا ارسلنا بيانات الى عنوان ال broadcast؟
سيستقبل البيانات الـ Hub اولا , لانه اول جهاز متصل بالاجهزة, ثم سيقوم بارسال هذه البيانات عبر جميع المنافذ (ما عدا المنفذ الذي اتت منه) وبالتالي سوف تستقبل جميع الاجهزة الاخرى هذه البيانات, وهو المطلوب تماما بما ان البيانات موجهة الى عنوان Broadcast.
لكن ماذا سيحدث اذا ارسلنا بيانات الى عنوان Unicast (عنوان موجه لجهاز واحد معين في الشبكة المحلية)؟
مرة اخرى سيقوم الـ Hub باستقبال هذه البيانات وارسالها عبر جميع المنافذ الاخرى , وستستلم هذه البيانات جميع الاجهزة مرة اخرى لكنها ستقوم بالتغاضي عن هذه البيانات عندما تبدأ بمعالجتها لانها ستكتشف انها ليست موجهة اليها, ماعدا جهاز واحد سيقوم بمعالجة البيانات كاملة لانها موجهة اليه.
اليس في هذا اهدار للزمن و لموارد الشبكة (حيث ان الاجهزة لاتستطيع الارسال طالما ان هناك بيانات تمر خلال اسلاك الشبكة, وهذا عيب اخر للـ Hub .
هذه صورة تبين طريقة عمل الهب وكيف انه يمرر البيانات الى جميع الاجهزة المتصلة به سواء كانت هذه البيانات تهمها ام لا
الخط المقطع يبين ان البيانات ذاهبة الى اجهزة لا تهمها البينات وسوف تبدأ بمعالجتها لتكتشف فيما بعد انها ليست موجهة اليها فتهمل الباقي، مما فيه اهدار للوقت ولسعة (Bandwidth) الشبكة.
الخلاصة:
* يوصل الـ Hub مجموعة من الاجهزة ببعضها البعض لتكوين شبكة محلية.
* يقوم بتكرير الاشارة التي تصله عبر منفذ ما ثم يقوم باعادة ارسالها عبر جميع المنافذ الاخرى المتصلة به ما عدا المنفذ الذي اتت منه هذه البيانات، و دون التدقيق في محتواها.
2- الجسر Bridge
يستخدم لتقسيم شبكة محلية كبيرة الى قسمين (يربط بين هبين بحيث كل Hub يربط مجموعة من الاجهزة) وهو اذكى من الهب, وتم اختراعه لاضافة سعة اضافية للشبكة .
* ملحوظة:
لكل جهاز به كرت شبكة، يوجد عنوان خاص بهذا الكرت (يسمى MAC Address) ويكون هذا العنوان محفوظ بالكرت من المصنع, وكل كرت له عنوان لا يوجد في اي كرت ثاني (مثل بصمة اليد) حتي يتم تمييز الجهاز عن غيره (بعبارة اخرى هو عنوان الـ Unicast الذي تحدثت عنه سابقا)
فعندما يرسل اي جهاز اي بيانات خلال الشبكة, يضع هذا العنوان (Unicast) والخاص بالجهاز المرسلة اليه البيانات، ضمن الفريم المرسل (وللاضافة، فهو يضع ال Unicast الخاص به نفسه ايضا) حتى يعرف الجهاز الذي سيستلم هذه البيانات الى اي عنوان يرد اذا احتاج ان يرد البيانات, (مثلا عندما تقوم بكتابة [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] في المتصفح مثلا لا تأتي هذه الصفحة لجهاز اخر معك في الشبكة الداخلية, لان البيانات العائدة الى الشبكة لديك موجهة لعنوان الـ MAC الذي يخص جهازك فقط.
هنا يظهر مستوى ذكاء الجسر bridge حيث انه لا يستقبل الاشارة القادمة فقط , انما يدخل في تفاصيلها حتى يكتشف هذا الـ MAC.
ويأتي الجسر بمنفذين فقط غالبا ويستخدم لتقسيم شبكة كبيرة الى قسمين , لكن كيف؟
يقوم بعمل جدول (يسمى MAC Table) ثم يقوم بتعبئته قليلا قليلا , كيف؟ فعندما يستقبل بيانت قادمة من خلال المنفذ 1 فيه مثلا، فانه يستخرج عنوان الـ MAC للجهاز المرسل (بكسر السين) لهذه البيانات, بهذا يعرف ان هذا الجهاز هو احد الاجهزة الموجودة في الشبكة المتصلة بالمنفذ 1 (ولنسمها الشبكة 1) ويقوم بتخزين هذه المعلومة (الجهاز صاحب الـ MAC الفلاني موجود في الشبكة المتصلة بالمنفذ رقم 1) وبهذا بعد ان تقوم جميع الاجهزة بارسال بيانات يكون الجسر قد عرف تقريبا ماهي جميع الاجهزة الموجودة في الشبكة 1 وجميع الاجهزة الموجودة في الشبكة 2, وهذه العملية مستمرة ولا تنتهي طبعا، فاحتمال اضافة جهاز جديد بأي شبكة دائما وارد).
الان، وبالنظر الى الصورة ادناه، لنفترض اننا قمنا بارسال بيانات من جهازنا (الجهاز اقصى اليسار) الى الجهاز A، عندما يستقبل الجسر هذه البيانات المرسلة الى عنوان Unicast والذي يخص الجهاز A فانه سوف يستخرج هذا العنوان من الفريم الذي ارسله جهازنا، ثم يقوم بمقارنته بجدول الـ MAC الذي قام بتكوينه، فاذا وجد ان هذا العنوان (والذي يخص الجهاز A) موجود مع اجهازتنا في نفس الشبكة (لان البيانات جائت عن طريق المنفذ 1 والـ MAC للجهاز A ايضا في الشبكة المتصلة بالمنفذ 1) فانه لن يمرر هذه البيانات الى المنفذ 2 وبالتالي لن تصل الى الشبكة 2, لكن عند ارسالنا بيانات الى الجهاز B، فان الجسر سوف يمررها لعلمه ان الجهاز B متصل بالمنفذ 2 فيه.
في وقتنا الحاضر، قد انقرض الجسر وذلك لعدم الحاجة اليه بعد ظهور الـ Switch .
هذه صورة تبين الوظيفة المهمة التي يقوم بها الجسر من اجل تقليل فيضان البيانات الذي لا داعي له بتقسيم الشبكة منطقيا الى قسمين
لاحظ ان البيانات المرسلة الى الجهاز A تم اعتراضها لان الجسر يعلم ان الجهاز A موجود في نفس الشبكة مع الجهاز الذي ارسل البيانات ولا داعي لتمرير هذه البيانات الى الجزء الاخر من الشبكة.
كذلك لاحظ ان ال Hub في كل شبكة مرر البيانات التي اتته الى جميع الاجهزة الموصولة به سواء همتها هذه البيانات ام لا مما يستهلك Bandwidth لاداعي له.
الخلاصة:
* يقوم الجسر بتقسيم الشبكة منطقيا الى اكثر من قسم لتقليل استهلاك ال bandwidth للشبكة.
* يقوم الجسر بتمرير البيانات الى المنفذ الاخر فيه في احد الحالات التالية:
- اذا كانت البيانات مرسلة لعنوان الـ Broadcast حيث ان هذه البيانات يفترض ان تصل الى جميع الاجهزة.
- اذا لم يجد العنوان المرسل اليه في جدول الـ MAC الخاص به
- اذا وجد العنوان المرسل اليه في جدول الـ MAC الخاص به ولكنه في الشبكة الاخرى.
3- السويتش Switch
السويتش يستخدم نفس المنطق الذي يستخدمه الجسر, ويكون نفس الجدول (MAC Table) ليحدد بأي عنوان MAC (او Unicast "نفس المعنى") يرتبط كل منفذ.
الفرق بين السويتش والجسر هو عدد المنافذ (Interfaces) حيث يقتصر عددها بمنفذين في حالة الجسر، بينما يزيد عددها عن ذلك بكثير في حالة السويتش (4 ، 8 ، 16، 24، 32،...).
الان وبما ان السويتش العبقري يعرف تماما باي منفذ يتصل كل جهاز (تعلم ذلك بنفس طريقة الجسر) اصبح الوضع مختلفا، فاذا ارسل جهاز ما بيانات الى جهاز اخر، فان السويتش يوجه هذه البيانات الى الجهاز المعني فقط (بالنظر الى الـ Unicast للجهاز المرسل اليه ومقارنته بجدول الـ MAC المخزن فيه) دون ازعاج بقية الاجهزة.
طبعا هناك امتيازات اخرى كثيرة جدا للسويتش تتعلق بالامان والسرعة واستخدام الشبكات الافتراضية VLANs والـ Full Duplex غيرها لكننا لسنا بصددها هنا (لكنى سأحاول توضيح الفرق بين الـ Full Duplex و الـ Half Duplex).
هذه صورة تبين كيف ان السويتش لا يبدد اي Bandwidth في الشبكة حيث ان البيانت تذهب الى الجهاز المعني فقط وتكون الشبكة متوفرة لبقية الاجهزة متى شاءت ارسال اي بيانات.
الخلاصة :
السويتش يقوم بارسال البيانات التي استقبلها من احد الاجهزة عبر جميع المنافذ الاخرى (ماعدا المنفذ الذي اتت منه) في احدى الحالتين التاليتين:
*اذا كانت البيانات مرسلة الى عنوان Broadcast.
* اذا لم يجد عنوان الجهاز المرسلة اليه البيانات في جدول الـ MAC لديه.
4- الراوتر Router
بينما الهب والجسر والسويتش يقومون بربط الاجهزة داخل شبكة محلية واحدة, يقوم الراوتر بالربط بين الشبكات وبعضها البعض , وهو الاساس للانترنت كلها (الانترنت ليست سوى مجموعة ضخمة من الشبكات المربوطة ببعضها البعض).
الراوتر يتعامل بعناوين الـ IP ولا يهمه كثيرا عناوين الـ MAC، هذه مهمة الاجهزة التي دونه السابقة الذكر.
طريقة عمل الراوتر الربط بين مدينتين، ولنفترض القاهرة والاسكندرية، السويتش يربط شوارع القاهرة مع بعضها البعض وكذلك شوارع الاسكنرية، بينما يربط الراوتر بين القاهرة والاسكندرية دون ان تهمه تفاصيل كل مدينة منهما.
مثال اخر البريد .. لارسال اي رسالة تحتاج الى شيئين رئيسين: الرمز البريدي، وصندوق البريد.
الرمز البريدي للدلالة على مدينة معينة (شبكة Network) . الصندوق البريدي يرمز الى بيت معين ومحدد (عنوان الـ MAC ) .
اذن تنتهي مهمة الراوتر بمجرد وصول الرسالة البريدية الى المدينة (الشبكة)، وتبدأ مسئولية السويتش (مكتب البريد) والتي تنتهي بتوصيل الرسالة الى صندوق البريد (عنوان الـ MAC او الـ Unicast) للبيت (الجهاز).
موضوع الراوتر طويل ومعقد ولا مجال لشرح ولو جزء منه هنا, فقط اعرف انه يهتم بتوصيل البيانات بين الشبكات.
نقطة اخيرة ذكرتها في اول الشرح عن احد عيوب الـ Hub والذي يخص عدم امكانية اي جهاز ان يرسل طالما ان هناك بيانات تمر عبر اسلاك الشبكة. هذه نقطة مهمة سأحاول شرحها بصورة مبسطة قدر الامكان لانها مهمة ومقدمة لمعرفة ما هو الفرق بين الـ Full Duplex و الـ Half Duplex .
عند ربط مجموعة اجهزة بـ Hub (وليس Switch) , تسمى هذه الشبكة بشبكة ناقل مشترك (Shared Bus) ويكون فيها امكانية حدوث تصادم بيانات اذا قام اكثر من جهاز بارسال بيانات في نفس الوقت.
بمعنى ان الهب يقوم بتكرار الاشارة وارسالها عبر جميع المنافذ (ما عدا المنفذ الذي اتت منه) فان ارسال اي جهاز لاي بيانات يشغل جميع الاسلاك في هذه الشبكة اليس كذلك؟.
ماذا سيحدث اذا قام جهازين بارسال بيانات في نفس اللحظة؟
سيحدث تصادم (Collison) للبيانات المرسلة, وتصبح غير مفيدة وسيضطر كل من الجهازين الى اعادة ارسال هذه البيانات مرة اخرى, لكن متى وكيف؟.
في هذا النوع من الشبكات، تضطر الاجهزة لاتباع طريقة اسمها CSMA/CD او Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect
بالعربي تقريبا تحسس الناقل ذو المداخل المتعددة مع كشف التصادم.
* في اي شبكة تتشارك فيها عدة اجهزة في ناقل بيانات واحد (مثل شبكة الـ Hub) يجب على كل جهاز ان يستمر بتحسس الناقل باستمرار يعنى ان كل جهاز سيعرف اذا كان هناك جهاز اخر يقوم بارسال بيانات, سيعرف اذا كان الناقل "كيبل الشبكة" مشغول), ويقوم بارسال البيانات عند خلو الناقل من اي بيانات.
* اذا ارسل البيانات، فانه يستمر بتحسس الناقل ليتأكد من عدم حدوث تصادم.
* اذا شعر بحدوث تصادم، فانه يرسل اشارة تصادم، هذه الاشارة تنبه بقية الاجهزة بحدوث تصادم وتجبرها على عدم ارسال اي بيانات.
* تقوم جميع الاجهزة بتشغيل مؤقت عشوائي (Timer) يختلف بين جميع الاجهزة.
* عند انتهاء المؤقت ويوجد بيانات لارسالها، يبدأ باتباع نفس هذه الخطوات.
مثال للتوضيح :
انت شخصية مهمة ولديك مؤتمر صحفي, عندما وقفت علي المنصة تهافت صحفي من مجموعة الصحفين لتوجيه اسئلة لك, سألك بوضوح واجبت عليه.
عندما انتهيت من الاجابة عليه، تهافت صحفيان هذه المرة لسؤالك، وسألاك تقريبا في نفس الوقت!! عندما بدأ كلاهما بطرح سؤاله في نفس اللحظة تقريبا هناك عدة احتمالات:
الاول ان ينتبه احدهما ان الاخر قد بدأ بالسؤال قبله فيسكت وتسمع انت سؤال الاخر بوضوح.
الثاني ان يسكت كلاهما فجأة كل يريد ان يعطي الاخر فرصة ليتم سؤاله من باب اللباقة، لكنهما سكتا في نفس الوقت! كل واحد منهما يعطي من الوقت ما يراه مناسبا للاخر ليبدأ سؤاله من جديد (Timer) ثم يبدأ الذي وضع الفرصة الاضيق للاخر (الاقل لباقة ).
الثالث ان يصر كل منهما على اكمال سؤاله دون التراجع, المحصلة انك لن تفهم لا هذا ولا ذاك (Collision).
كيف يعرف الجهاز اذا حصل تصادم ام لا؟
في عالم الشبكات التي تستخدم كيبل من نوع UTP او Unshielded Twisted Pair والتي تستخدم الان في اغلب (ان لم يكن كل) الشبكات المحلية الان (وتسمى Ethernet)، تستخدم الاسلاك 1 و 2 من اجل ارسال البيانات، والاسلاك 3 و 6 من اجل استقبال البيانات بين اجهزة الكمبيوتر.
في كروت الشبكة باجهزة الكمبيوتر ايضا، تستخدم الاسنان المقابلة لهذه الاسلاك، يعني الاسنان 1،2 للارسال و 3،6 للاستقبال. لكن، عندما تكون الشبكة مشاركة (باستخدام هب) فانه عند الارسال، يقوم الكرت بما يسمى (Loop Back) بان يقوم بارسال هذه البيانات عبر الاسنان 1 و 2 الى الهب، لكنه ايضا يرسلها الى نفسه على الاسنان 3 و 6!!!
وبما ان الهب لا يعيد البيانات الى المنفذ الذي اتت منه وانما يرسلها عبر المنافذ الاخرى، فاذا اتت اشارات الى كرت الشبكة (الاسنان 3 و 6) غير التي يرسلها الكرت الى نفسه اثناء ارساله لبيانات ما، فانه يعلم انها اتت من جهاز اخر وبهذا يعلم ان تصادما قد حدث بين البيانات التي ارسلها هو، والبيانات التي ارسلها الجهاز الاخر، واصبحت كلا البيانات غير مفيدة ولابد من اعادة ارسالهاـ حيث لا يمكن ان يرسل هو وجهاز اخر في نفس الوقت. وكذلك لا يمكن ان يرسل ويستقبل في نفس الوقت. ويبدأ باتباع ما يمليه الالغوريثم CSMA/CD عند حدوث تصادم.
عدم قدرة جهاز على الارسال والاستقبال في نفس الوقت تسمى Half Duplex، لذلك فاعلم انه لايمكن العمل كـ Full Duplex (الارسال والاستقبال في نفس الوقت) في شبكة مربوطة بهب.
اذا كانت سرعة ارسال واستقبال البيانات 100Mbps في الشبكة، فان هذه السرعة تكون مقسمة بين الاجهزة جميعا في حالة الهب,
بينما في حالة السويتش مثلا، لا حاجة لـ CSMA/CD حيث يثق كل جهاز بالسويتش ولا يعمل Loop Back عند الارسال حيث ان السويتش لا يكرر الاشارة ، وحتى اذا ارسل جهازين او اكثر بيانات لجهاز واحد، فان السويتش يستخدم ذاكرته (Buffer) لتخزين هذه البيانات مؤقتا ولا يوجد اي احتمال لحدوث تصادم.
فكل عمليات الارسال فيه تتم بشكل مدروس لذلك فان جميع الاجهزة المتصلة بسويتش تعمل Full Duplex اي يمكن ان ترسل وتستقبل في نفس الوقت ودون الحوجة لـ CSMA/CD مما يسرع عمل واداء الشبكة , وكذلك فان الـ Bandwidth اذا كان 100Mbps فهو يعني ان كل جهاز يستخدمه كاملا بدون مشاركة او تقسيم.
تحيــــــاتى
بسم الله الرحمن الرحيم
بداية عليك معرفة عامة ماهو عنوان البرودكاست Broadcast Address وعنوان اليوني كاست Unicast Address
عنوان الـ broadcast هو عنوان عند ارسال اي بيانات اليه من جهاز ما، فان هذه البيانات يتم استقبالها ومعالجتها من جميع الاجهزة الموجودة في نفس الشبكة المحلية مع هذا الجهاز.
عنوان الـ unicast هو عنوان خاص بجهاز واحد فقط وعند ارسال بيانات اليه من جهاز ما، تتم معالجة هذه البيانات من الجهاز المعني فقط.
سنبدأ بتناول الأجهزة الاربعة بدأ من الجهاز الاقل تعقيدا الى الاعلى تعقيدا وذكاءا
1- الهب Hub
جهاز يستخدم لربط عدة اجهزة مع بعضها البعض في شبكة داخلية ويحتوي على عدة منافذ لربط الاجهزة (Interfaces) ويكون عددها 4 بورتات او 8 او 16 او 24 او 32 غالبا.
يعتبر الهب جهاز غبي لانه لا يجتهد ليعرف ماذا يوجد داخل البيانات المرسلة اليه (تسمى فريمات وتكون على شكل نبضات كهربائية تمثل 0 او 1 "لغة الالة) حيت انه فقط يقوم باستقبال هذه الاشارات الكهربائية ويقوم بتكريرها واعادة ارسالها عبر جميع المنافذ الاخرى بخلاف المنفذ الذي اتت منه هذه البيانات. (يمكن تشبيهه بتوصيلة الكهرباء التي توصل اكثر من جهاز بفيشة كهرباء واحدة).
ماذا يحدث اذا ارسلنا بيانات الى عنوان ال broadcast؟
سيستقبل البيانات الـ Hub اولا , لانه اول جهاز متصل بالاجهزة, ثم سيقوم بارسال هذه البيانات عبر جميع المنافذ (ما عدا المنفذ الذي اتت منه) وبالتالي سوف تستقبل جميع الاجهزة الاخرى هذه البيانات, وهو المطلوب تماما بما ان البيانات موجهة الى عنوان Broadcast.
لكن ماذا سيحدث اذا ارسلنا بيانات الى عنوان Unicast (عنوان موجه لجهاز واحد معين في الشبكة المحلية)؟
مرة اخرى سيقوم الـ Hub باستقبال هذه البيانات وارسالها عبر جميع المنافذ الاخرى , وستستلم هذه البيانات جميع الاجهزة مرة اخرى لكنها ستقوم بالتغاضي عن هذه البيانات عندما تبدأ بمعالجتها لانها ستكتشف انها ليست موجهة اليها, ماعدا جهاز واحد سيقوم بمعالجة البيانات كاملة لانها موجهة اليه.
اليس في هذا اهدار للزمن و لموارد الشبكة (حيث ان الاجهزة لاتستطيع الارسال طالما ان هناك بيانات تمر خلال اسلاك الشبكة, وهذا عيب اخر للـ Hub .
هذه صورة تبين طريقة عمل الهب وكيف انه يمرر البيانات الى جميع الاجهزة المتصلة به سواء كانت هذه البيانات تهمها ام لا
الخط المقطع يبين ان البيانات ذاهبة الى اجهزة لا تهمها البينات وسوف تبدأ بمعالجتها لتكتشف فيما بعد انها ليست موجهة اليها فتهمل الباقي، مما فيه اهدار للوقت ولسعة (Bandwidth) الشبكة.
الخلاصة:
* يوصل الـ Hub مجموعة من الاجهزة ببعضها البعض لتكوين شبكة محلية.
* يقوم بتكرير الاشارة التي تصله عبر منفذ ما ثم يقوم باعادة ارسالها عبر جميع المنافذ الاخرى المتصلة به ما عدا المنفذ الذي اتت منه هذه البيانات، و دون التدقيق في محتواها.
2- الجسر Bridge
يستخدم لتقسيم شبكة محلية كبيرة الى قسمين (يربط بين هبين بحيث كل Hub يربط مجموعة من الاجهزة) وهو اذكى من الهب, وتم اختراعه لاضافة سعة اضافية للشبكة .
* ملحوظة:
لكل جهاز به كرت شبكة، يوجد عنوان خاص بهذا الكرت (يسمى MAC Address) ويكون هذا العنوان محفوظ بالكرت من المصنع, وكل كرت له عنوان لا يوجد في اي كرت ثاني (مثل بصمة اليد) حتي يتم تمييز الجهاز عن غيره (بعبارة اخرى هو عنوان الـ Unicast الذي تحدثت عنه سابقا)
فعندما يرسل اي جهاز اي بيانات خلال الشبكة, يضع هذا العنوان (Unicast) والخاص بالجهاز المرسلة اليه البيانات، ضمن الفريم المرسل (وللاضافة، فهو يضع ال Unicast الخاص به نفسه ايضا) حتى يعرف الجهاز الذي سيستلم هذه البيانات الى اي عنوان يرد اذا احتاج ان يرد البيانات, (مثلا عندما تقوم بكتابة [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] في المتصفح مثلا لا تأتي هذه الصفحة لجهاز اخر معك في الشبكة الداخلية, لان البيانات العائدة الى الشبكة لديك موجهة لعنوان الـ MAC الذي يخص جهازك فقط.
هنا يظهر مستوى ذكاء الجسر bridge حيث انه لا يستقبل الاشارة القادمة فقط , انما يدخل في تفاصيلها حتى يكتشف هذا الـ MAC.
ويأتي الجسر بمنفذين فقط غالبا ويستخدم لتقسيم شبكة كبيرة الى قسمين , لكن كيف؟
يقوم بعمل جدول (يسمى MAC Table) ثم يقوم بتعبئته قليلا قليلا , كيف؟ فعندما يستقبل بيانت قادمة من خلال المنفذ 1 فيه مثلا، فانه يستخرج عنوان الـ MAC للجهاز المرسل (بكسر السين) لهذه البيانات, بهذا يعرف ان هذا الجهاز هو احد الاجهزة الموجودة في الشبكة المتصلة بالمنفذ 1 (ولنسمها الشبكة 1) ويقوم بتخزين هذه المعلومة (الجهاز صاحب الـ MAC الفلاني موجود في الشبكة المتصلة بالمنفذ رقم 1) وبهذا بعد ان تقوم جميع الاجهزة بارسال بيانات يكون الجسر قد عرف تقريبا ماهي جميع الاجهزة الموجودة في الشبكة 1 وجميع الاجهزة الموجودة في الشبكة 2, وهذه العملية مستمرة ولا تنتهي طبعا، فاحتمال اضافة جهاز جديد بأي شبكة دائما وارد).
الان، وبالنظر الى الصورة ادناه، لنفترض اننا قمنا بارسال بيانات من جهازنا (الجهاز اقصى اليسار) الى الجهاز A، عندما يستقبل الجسر هذه البيانات المرسلة الى عنوان Unicast والذي يخص الجهاز A فانه سوف يستخرج هذا العنوان من الفريم الذي ارسله جهازنا، ثم يقوم بمقارنته بجدول الـ MAC الذي قام بتكوينه، فاذا وجد ان هذا العنوان (والذي يخص الجهاز A) موجود مع اجهازتنا في نفس الشبكة (لان البيانات جائت عن طريق المنفذ 1 والـ MAC للجهاز A ايضا في الشبكة المتصلة بالمنفذ 1) فانه لن يمرر هذه البيانات الى المنفذ 2 وبالتالي لن تصل الى الشبكة 2, لكن عند ارسالنا بيانات الى الجهاز B، فان الجسر سوف يمررها لعلمه ان الجهاز B متصل بالمنفذ 2 فيه.
في وقتنا الحاضر، قد انقرض الجسر وذلك لعدم الحاجة اليه بعد ظهور الـ Switch .
هذه صورة تبين الوظيفة المهمة التي يقوم بها الجسر من اجل تقليل فيضان البيانات الذي لا داعي له بتقسيم الشبكة منطقيا الى قسمين
لاحظ ان البيانات المرسلة الى الجهاز A تم اعتراضها لان الجسر يعلم ان الجهاز A موجود في نفس الشبكة مع الجهاز الذي ارسل البيانات ولا داعي لتمرير هذه البيانات الى الجزء الاخر من الشبكة.
كذلك لاحظ ان ال Hub في كل شبكة مرر البيانات التي اتته الى جميع الاجهزة الموصولة به سواء همتها هذه البيانات ام لا مما يستهلك Bandwidth لاداعي له.
الخلاصة:
* يقوم الجسر بتقسيم الشبكة منطقيا الى اكثر من قسم لتقليل استهلاك ال bandwidth للشبكة.
* يقوم الجسر بتمرير البيانات الى المنفذ الاخر فيه في احد الحالات التالية:
- اذا كانت البيانات مرسلة لعنوان الـ Broadcast حيث ان هذه البيانات يفترض ان تصل الى جميع الاجهزة.
- اذا لم يجد العنوان المرسل اليه في جدول الـ MAC الخاص به
- اذا وجد العنوان المرسل اليه في جدول الـ MAC الخاص به ولكنه في الشبكة الاخرى.
3- السويتش Switch
السويتش يستخدم نفس المنطق الذي يستخدمه الجسر, ويكون نفس الجدول (MAC Table) ليحدد بأي عنوان MAC (او Unicast "نفس المعنى") يرتبط كل منفذ.
الفرق بين السويتش والجسر هو عدد المنافذ (Interfaces) حيث يقتصر عددها بمنفذين في حالة الجسر، بينما يزيد عددها عن ذلك بكثير في حالة السويتش (4 ، 8 ، 16، 24، 32،...).
الان وبما ان السويتش العبقري يعرف تماما باي منفذ يتصل كل جهاز (تعلم ذلك بنفس طريقة الجسر) اصبح الوضع مختلفا، فاذا ارسل جهاز ما بيانات الى جهاز اخر، فان السويتش يوجه هذه البيانات الى الجهاز المعني فقط (بالنظر الى الـ Unicast للجهاز المرسل اليه ومقارنته بجدول الـ MAC المخزن فيه) دون ازعاج بقية الاجهزة.
طبعا هناك امتيازات اخرى كثيرة جدا للسويتش تتعلق بالامان والسرعة واستخدام الشبكات الافتراضية VLANs والـ Full Duplex غيرها لكننا لسنا بصددها هنا (لكنى سأحاول توضيح الفرق بين الـ Full Duplex و الـ Half Duplex).
هذه صورة تبين كيف ان السويتش لا يبدد اي Bandwidth في الشبكة حيث ان البيانت تذهب الى الجهاز المعني فقط وتكون الشبكة متوفرة لبقية الاجهزة متى شاءت ارسال اي بيانات.
الخلاصة :
السويتش يقوم بارسال البيانات التي استقبلها من احد الاجهزة عبر جميع المنافذ الاخرى (ماعدا المنفذ الذي اتت منه) في احدى الحالتين التاليتين:
*اذا كانت البيانات مرسلة الى عنوان Broadcast.
* اذا لم يجد عنوان الجهاز المرسلة اليه البيانات في جدول الـ MAC لديه.
4- الراوتر Router
بينما الهب والجسر والسويتش يقومون بربط الاجهزة داخل شبكة محلية واحدة, يقوم الراوتر بالربط بين الشبكات وبعضها البعض , وهو الاساس للانترنت كلها (الانترنت ليست سوى مجموعة ضخمة من الشبكات المربوطة ببعضها البعض).
الراوتر يتعامل بعناوين الـ IP ولا يهمه كثيرا عناوين الـ MAC، هذه مهمة الاجهزة التي دونه السابقة الذكر.
طريقة عمل الراوتر الربط بين مدينتين، ولنفترض القاهرة والاسكندرية، السويتش يربط شوارع القاهرة مع بعضها البعض وكذلك شوارع الاسكنرية، بينما يربط الراوتر بين القاهرة والاسكندرية دون ان تهمه تفاصيل كل مدينة منهما.
مثال اخر البريد .. لارسال اي رسالة تحتاج الى شيئين رئيسين: الرمز البريدي، وصندوق البريد.
الرمز البريدي للدلالة على مدينة معينة (شبكة Network) . الصندوق البريدي يرمز الى بيت معين ومحدد (عنوان الـ MAC ) .
اذن تنتهي مهمة الراوتر بمجرد وصول الرسالة البريدية الى المدينة (الشبكة)، وتبدأ مسئولية السويتش (مكتب البريد) والتي تنتهي بتوصيل الرسالة الى صندوق البريد (عنوان الـ MAC او الـ Unicast) للبيت (الجهاز).
موضوع الراوتر طويل ومعقد ولا مجال لشرح ولو جزء منه هنا, فقط اعرف انه يهتم بتوصيل البيانات بين الشبكات.
نقطة اخيرة ذكرتها في اول الشرح عن احد عيوب الـ Hub والذي يخص عدم امكانية اي جهاز ان يرسل طالما ان هناك بيانات تمر عبر اسلاك الشبكة. هذه نقطة مهمة سأحاول شرحها بصورة مبسطة قدر الامكان لانها مهمة ومقدمة لمعرفة ما هو الفرق بين الـ Full Duplex و الـ Half Duplex .
عند ربط مجموعة اجهزة بـ Hub (وليس Switch) , تسمى هذه الشبكة بشبكة ناقل مشترك (Shared Bus) ويكون فيها امكانية حدوث تصادم بيانات اذا قام اكثر من جهاز بارسال بيانات في نفس الوقت.
بمعنى ان الهب يقوم بتكرار الاشارة وارسالها عبر جميع المنافذ (ما عدا المنفذ الذي اتت منه) فان ارسال اي جهاز لاي بيانات يشغل جميع الاسلاك في هذه الشبكة اليس كذلك؟.
ماذا سيحدث اذا قام جهازين بارسال بيانات في نفس اللحظة؟
سيحدث تصادم (Collison) للبيانات المرسلة, وتصبح غير مفيدة وسيضطر كل من الجهازين الى اعادة ارسال هذه البيانات مرة اخرى, لكن متى وكيف؟.
في هذا النوع من الشبكات، تضطر الاجهزة لاتباع طريقة اسمها CSMA/CD او Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect
بالعربي تقريبا تحسس الناقل ذو المداخل المتعددة مع كشف التصادم.
* في اي شبكة تتشارك فيها عدة اجهزة في ناقل بيانات واحد (مثل شبكة الـ Hub) يجب على كل جهاز ان يستمر بتحسس الناقل باستمرار يعنى ان كل جهاز سيعرف اذا كان هناك جهاز اخر يقوم بارسال بيانات, سيعرف اذا كان الناقل "كيبل الشبكة" مشغول), ويقوم بارسال البيانات عند خلو الناقل من اي بيانات.
* اذا ارسل البيانات، فانه يستمر بتحسس الناقل ليتأكد من عدم حدوث تصادم.
* اذا شعر بحدوث تصادم، فانه يرسل اشارة تصادم، هذه الاشارة تنبه بقية الاجهزة بحدوث تصادم وتجبرها على عدم ارسال اي بيانات.
* تقوم جميع الاجهزة بتشغيل مؤقت عشوائي (Timer) يختلف بين جميع الاجهزة.
* عند انتهاء المؤقت ويوجد بيانات لارسالها، يبدأ باتباع نفس هذه الخطوات.
مثال للتوضيح :
انت شخصية مهمة ولديك مؤتمر صحفي, عندما وقفت علي المنصة تهافت صحفي من مجموعة الصحفين لتوجيه اسئلة لك, سألك بوضوح واجبت عليه.
عندما انتهيت من الاجابة عليه، تهافت صحفيان هذه المرة لسؤالك، وسألاك تقريبا في نفس الوقت!! عندما بدأ كلاهما بطرح سؤاله في نفس اللحظة تقريبا هناك عدة احتمالات:
الاول ان ينتبه احدهما ان الاخر قد بدأ بالسؤال قبله فيسكت وتسمع انت سؤال الاخر بوضوح.
الثاني ان يسكت كلاهما فجأة كل يريد ان يعطي الاخر فرصة ليتم سؤاله من باب اللباقة، لكنهما سكتا في نفس الوقت! كل واحد منهما يعطي من الوقت ما يراه مناسبا للاخر ليبدأ سؤاله من جديد (Timer) ثم يبدأ الذي وضع الفرصة الاضيق للاخر (الاقل لباقة ).
الثالث ان يصر كل منهما على اكمال سؤاله دون التراجع, المحصلة انك لن تفهم لا هذا ولا ذاك (Collision).
كيف يعرف الجهاز اذا حصل تصادم ام لا؟
في عالم الشبكات التي تستخدم كيبل من نوع UTP او Unshielded Twisted Pair والتي تستخدم الان في اغلب (ان لم يكن كل) الشبكات المحلية الان (وتسمى Ethernet)، تستخدم الاسلاك 1 و 2 من اجل ارسال البيانات، والاسلاك 3 و 6 من اجل استقبال البيانات بين اجهزة الكمبيوتر.
في كروت الشبكة باجهزة الكمبيوتر ايضا، تستخدم الاسنان المقابلة لهذه الاسلاك، يعني الاسنان 1،2 للارسال و 3،6 للاستقبال. لكن، عندما تكون الشبكة مشاركة (باستخدام هب) فانه عند الارسال، يقوم الكرت بما يسمى (Loop Back) بان يقوم بارسال هذه البيانات عبر الاسنان 1 و 2 الى الهب، لكنه ايضا يرسلها الى نفسه على الاسنان 3 و 6!!!
وبما ان الهب لا يعيد البيانات الى المنفذ الذي اتت منه وانما يرسلها عبر المنافذ الاخرى، فاذا اتت اشارات الى كرت الشبكة (الاسنان 3 و 6) غير التي يرسلها الكرت الى نفسه اثناء ارساله لبيانات ما، فانه يعلم انها اتت من جهاز اخر وبهذا يعلم ان تصادما قد حدث بين البيانات التي ارسلها هو، والبيانات التي ارسلها الجهاز الاخر، واصبحت كلا البيانات غير مفيدة ولابد من اعادة ارسالهاـ حيث لا يمكن ان يرسل هو وجهاز اخر في نفس الوقت. وكذلك لا يمكن ان يرسل ويستقبل في نفس الوقت. ويبدأ باتباع ما يمليه الالغوريثم CSMA/CD عند حدوث تصادم.
عدم قدرة جهاز على الارسال والاستقبال في نفس الوقت تسمى Half Duplex، لذلك فاعلم انه لايمكن العمل كـ Full Duplex (الارسال والاستقبال في نفس الوقت) في شبكة مربوطة بهب.
اذا كانت سرعة ارسال واستقبال البيانات 100Mbps في الشبكة، فان هذه السرعة تكون مقسمة بين الاجهزة جميعا في حالة الهب,
بينما في حالة السويتش مثلا، لا حاجة لـ CSMA/CD حيث يثق كل جهاز بالسويتش ولا يعمل Loop Back عند الارسال حيث ان السويتش لا يكرر الاشارة ، وحتى اذا ارسل جهازين او اكثر بيانات لجهاز واحد، فان السويتش يستخدم ذاكرته (Buffer) لتخزين هذه البيانات مؤقتا ولا يوجد اي احتمال لحدوث تصادم.
فكل عمليات الارسال فيه تتم بشكل مدروس لذلك فان جميع الاجهزة المتصلة بسويتش تعمل Full Duplex اي يمكن ان ترسل وتستقبل في نفس الوقت ودون الحوجة لـ CSMA/CD مما يسرع عمل واداء الشبكة , وكذلك فان الـ Bandwidth اذا كان 100Mbps فهو يعني ان كل جهاز يستخدمه كاملا بدون مشاركة او تقسيم.
تحيــــــاتى
