Network switches

Το πρώτο network switch εισήχθει στην αγορά μόλις 10 χρόνια πριν από την εταιρία Kalpana, εταιρία  παραγωγής δικτυακού εξοπλισμού στη Sillicon Valley. Έκτοτε καθιερώθηκε και πλέον στις μέρες μας μπορεί να βρεθεί σε κάθε γωνιά σχεδόν κάθε δικτύου.

 Ο όρος switch αναφέρεται σε μια δικτυακή γέφυρα πολλών θυρών, που επεξεργάζεται και διευθύνει δεδομένα στο δεύτερο επίπεδο (data link layer) του OSI μοντέλου, που αποτελεί μια αφαιρετική περιγραφή των τηλεπικοινωνιακών συστημάτων. Switches που επιπλέον επεξεργάζονται δεδομένα στο τρίτο επίπεδο (network layer) ή και σε ανώτερα, αναφέρονται ως layer-3 switches ή multilayer switches. Οι συσκευές, που διασυνδέονται στο τρίτο επίπεδο του OSI μοντέλου, παραδοσιακά αποκαλούνται routers, οπότε τα layer-3 switches εν δυνάμει θεωρούνται και αυτά ένας τύπος router.

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟΤΗΤΑ

Η λειτουργία του switch έγκειται στη λήψη μηνυμάτων από οποιαδήποτε συσκευή είναι συνδεδεμένη σε αυτό και στην εκπομπή των μηνυμάτων αυτών μόνο προς τη συσκευή, για την οποία προορίζονται. Αυτό διαφοροποιεί τα switches από τα απλά hubs, που εκπέμπουν τα μηνύματα, που δέχονται, σε όλες τις συσκευές, που είναι συνδεδεμένες σε αυτά. Συνεπώς, τα δικτυακά switches αποτελούν ζωτικό κομμάτι στα περισσότερα σύγχρονα Ethernet τοπικά δίκτυα (LAN). 

Ουσιαστικά ένα Ethernet switch δημιουργεί ένα collision domain για κάθε Θύρα του. Σε ένα collision domain μόνο μία συσκευή μπορεί να εκπέμπει, ενώ όλες οι υπόλοιπες είναι υποχρεωμένες να ακούνε, ώστε να αποφευχθεί η σύγκρουση δεδομένων. 

Ένα παράδειγμα, που καταδεικνύει τη λειτουργικότητα του παραπάνω, είναι το εξής: Αν σε ένα switch τεσσάρων θυρών είναι συνδεδεμένοι τέσσερις διαφορετικοί υπολογιστές (έστω A,B,C,D), οποιοδήποτε ζευγάρι δύο υπολογιστών (πχ Α και Β) μπορούν να εκπέμπουν και να λαμβάνουν δεδομένα, ενώ το άλλο ζευγάρι κάνει ταυτόχρονα το ίδιο, χωρίς οι δύο συνομιλίες να παρεμβάλλονται η μία στην άλλη. Στην full duplex λειτουργία τα ζευγάρια μπορούν και να επικαλύπτονται (πχ ο Α υπολογιστής μπορεί να εκπέμπει στο Β, ενώ ο Β εκπέμπει στο C). Εάν στο παραπάνω παράδειγμα χρησιμοποιούσαμε Ethernet hub, θα είχαμε διαμοιρασμό του bandwidth και half duplex λειτουργία, που θα είχε ως αποτέλεσμα συγκρούσεις πακέτων και αναγκαστική επανεκπομπή τους.

ΧΡΗΣΕΙΣ

Τα switches, που προορίζονται για εμπορική χρήση, μπορούν να συνδεθούν σε διάφορα δίκτυα, συμπεριλαμβανομένων των Ethernet, Fibre Channel, ATM, ITU-T G.hn και 802.11. Εάν υπάρχει ανάγκη για βαθύτερη ανάλυση σε θέματα επίδοσης και ασφάλειας του δικτύου, τα switches μπορούν να συνδεθούν ανάμεσα σε WAN routers και να παρέχουν θύρες για firewall, ανίχνευση εισβολής στο δίκτυο και μονάδες ανάλυσης επιδόσεων. Σε άλλες περιπτώσεις το Switch χρησιμοποιείται για δημιουργία ειδώλων (mirror images) των δεδομένων, που αποστέλλονται σε κάποια εξωτερική συσκευή.

ΤΥΠΟΙ

Στο σημείο αυτό είναι σημαντικό να επισημάνουμε, ότι δεν έχουν όλα τα πακέτα δεδομένων την ίδια σπουδαιότητα και το πότε θα παραδοθεί το κάθε πακέτο, έχει σημαντική επίπτωση στην ποιότητα της εκάστοτε εφαρμογής. Παραδείγματος χάριν, πακέτα, που αποτελούν μέρος μιας VoIP συνομιλίας, είναι σημαντικό να παραδοθούν εγκαίρως, ενώ πακέτα, που απαρτίζουν ένα email και το attachment του, δεν θα επηρεαστούν εάν καθυστερήσει η παράδοσή τους. Σε ένα μικρό οικιακό δίκτυο το ποσό των δεδομένων παραμένει πολύ μικρό σε σχέση με το δίκτυο ενός γραφείου, όπου δεκάδες συσκευές εκπέμπουν και λαμβάνουν δεδομένα ταυτόχρονα. Για να διασφαλίσουμε ότι τα δεδομένα στη δεύτερη περίπτωση τίθενται σε σειρά προτεραιότητας είναι απαραίτητη κάποιου είδους διαχείριση. Έτσι προκύπτουν οι εξής κατηγορίες switches:

Unmanaged switches:

Σε περιπτώσεις χαμηλής δικτυακής κίνησης ( Small office/home office (SOHO) εφαρμογές), το μόνο που απαιτείται, είναι μια διαδρομή για τα δεδομένα, για να περάσουν από μία συσκευή σε μία άλλη. Σε αυτή την περίπτωση δεν τίθενται θέματα προτεραιότητας μεταξύ των πακέτων και ένα unmanaged switch καλύπτει τις ανάγκες του δικτύου αυτού.

Managed switches:

Καθώς αυξάνει ο αριθμός των συσκευών, αυξάνει και η δυσκολία χειρισμού ροών δεδομένων που καταφθάνουν σε ίδιες στιγμές στο δίκτυο και τότε τίθεται το θέμα της προτεραιότητας μεταξύ των πακέτων. Ένα άλλο θέμα, που πρέπει πιθανόν να αντιμετωπιστεί, είναι, το ποιες συσκευές έχουν πρόσβαση σε ποια τμήματα του δικτύου. Για παράδειγμα, το λογιστήριο μιας εταιρίας για λόγους ασφαλείας ίσως θα πρέπει να είναι απομονωμένο από το υπόλοιπο δίκτυο, ή το τμήμα παραγωγής δεν θα πρέπει να έχει πρόσβαση στο Διαδίκτυο. Αυτές οι ανάγκες ικανοποιούνται μέσω των managed switches. Επιπλέον τα managed switches παρέχουν τη δυνατότητα να παρακολουθείται κάθε συσκευή στο δίκτυο καθώς και να περιορίζεται το bandwidth που επιτρέπεται να χρησιμοποιεί η καθεμιά.

Power over Ethernet (PoE) switches:

Πρόκειται για ένα υπερσύνολο από switches, που μπορεί να περιλαμβάνει τόσο unmanaged όσο και managed switches και αίρει την ανάγκη οι συνδεδεμένες στο switch συσκευές (VoIP τηλέφωνο, wireless access point) να διαθέτουν ξεχωριστό τροφοδοτικό. Μιας και τα switches είναι συνδεδεμένα σε αδιάλειπτη παροχή ισχύος, οι συσκευές, που συνδέονται σε αυτά, συνεχίζουν να δουλεύουν ανεξάρτητα από διακοπές ρεύματος.