1-2 Bridges and Switches

Hubs, Bridges and Switch (2/2)

สรุปความเดิมจากตอนที่แล้วเรื่อง Hub

1. Hubs เป็นอุปกรณ์ที่ทำงานใน Layer 1 อ้างอิงจาก OSI Model
2. Hubs ทำงานแค่ Duplicate ข้อมูลสัญญาณทางไฟฟ้า จาก Port ต้นทาง แล้วส่งข้อมูลนั้นออกไปทุก Port ทำให้ไม่มีความปลอดภัย, ข้อมูลชนกัน, สามารถถูกดักข้อมูลได้ และทำให้ประสิทธิภาพต่ำ
3. พูดถึงเรื่อง Collision Domain หรือ ‘โดเมนการชน’ ไม่ว่า Hub จะมีกี่ Port, นับ Collision Domain = 1 เสมอ ถ้าพูดภาษาที่เข้าใจง่ายๆคือ ทุกๆ Port ที่ใช้งาน ข้อมูลมันชนกันหมด

จริงๆ ในสมัย Hub ก็มีเทคโนโลยีมาช่วยในการรับ-ส่งข้อมูล ในกรณีที่มีคนต้องการส่งข้อมูลมากกว่า 1 คนพร้อมกันเรียกว่า Carrier sense multiple access with collision detection หรือ CSMA/CD ซึ่งจะใช้บนเทคโนโลยี Ethernet หรือสาย UTP (ชาวบ้านเรียกว่าสายแลน LAN) โดยไอ้เจ้าเทคโนโลยีนี้ จะมีการคอยตรวจจับว่า มีคนส่งข้อมูลอยู่ขณะนั้นหรือไม่ ถ้ามีคนส่งข้อมูลอยู่แล้วก็จะรอก่อน ค่อยส่ง พอได้คิวส่ง ไอ้คนที่เหลือ ก็ต้องรอก่อน อะไรประมาณนี้ ซึ่งก็จะมีการ Random เรื่องเวลาว่าจะให้ใครส่งข้อมูลก่อนหลัง แต่ก็จะไม่ใช่ว่าต้องให้คนนี้ๆๆๆ ส่งเสร็จก่อน คือจะเป็นการผลัดกันส่ง ซึ่งเป็นการป้องกันไม่ให้คนอื่น รอนานเกินไป

Flow Chart การทำงานของระบบ CSMA/CD

(เรื่องนี้ไม่แน่ใจว่ายังอยู่ในหลักสูตรการเรียนของน้องๆ อยู่รึเปล่า แต่ตอนพี่เรียน มีการออกข้อสอบเรื่องนี้ด้วย ถ้าเจอตอนเรียน ก็แนะนำให้ไปศึกษาเพิ่มเกี่ยวกับระบบ Algorithm การทำงานของมัน)

แม้ว่าจะมีเทคโนโลยีอื่นๆ ที่มาช่วยกับรับ-ส่งข้อมูล บนอุปกรณ์ Hub แล้วก็ตาม แต่ยังไงซะ Hub ก็คือ Hub อยู่วันยังค่ำ ข้อมูลก็ยังมีโอกาสชนกัน อัตราการส่งข้อมูลจริง (Throughput) ก็ต่ำมากๆๆ กรณีที่มีคนใช้งานเยอะๆ ในเวลาเดียวกัน ก็มาถึงยุคที่ต้องมีพระเอกออกมาช่วย นั่นก็คือ Bridge นั่นเอง

Bridge & Switch ดีกว่า Hub ยังไง ?

            สิ่งที่ทั้ง Bridge และ Switch แตกต่างจาก Hub คือ ทั้งสองอุปกรณ์นี้มี MAC Address Table ซึ่งคอยเก็บข้อมูลนั่นเอง ก่อนที่พี่จะอธิบายต่อว่า Bridge กับ Switch ต่างกันยังไง จะขออธิบายการทำงานของมันก่อน ซึ่งทั้งสองอุปกรณ์นี้ทำงานแทบจะเหมือนกันเลย ต่างกันแค่จุดเดียว เดี๋ยวจะบอกทีหลัง

การทำงานของ Bridge และ Switch

เอาเฉพาะการทำงานหลักๆ ของมันนะ ให้น้องๆ นึกถึงการสื่อสารระหว่างคอมพิวเตอร์สองเครื่อง โดยใช้มาตรฐาน TCP/IP โดย A ต้องการจะติดต่อกับ B สิ่งที่ A ต้องรู้คือ  1. IP ของเครื่อง B (Layer 3) และ 2. MAC Address ของเครื่อง B (Layer 2)

การที่จะเริ่มต้นการสื่อสาร สมมติว่าเราเป็น A เราก็ต้องรู้แน่ๆว่า ไอ้เจ้าเครื่อง B เนี่ยมันใช้ IP อะไร (ถ้าถามพี่ตรงนี้ว่า ถ้าไม่รู้ IP หล่ะครับพี่อาร์ท ?,,,, เอ่อ ก็เดินไปถามเจ้าของเครื่อง B สิครับ -*-) หลังจากรู้ IP แล้วก็เริ่มการสื่อสารเลยครับ แต่ก็มีข้อแม้จากย่อหน้าที่แล้วว่า เราต้องรู้ MAC Address เครื่อง B ด้วย (ตรงนี้ให้ไปอ่านเพิ่มเอานะว่า MAC Address คืออะไร เพราะมันพื้นฐานมากๆ) ก็จะต้องเริ่มกระบวนการที่เรียกว่า ARP (Address Resolution Protocol) ซึ่งก็จะมีการส่ง Packet (ตรงนี้พี่เรียกว่า Packet เพราะว่า ARP มันทำงานใน Layer 3 นะ, หน่วยเรียกของ Layer 3 = Packet, Layer 2 = Frame)

ซึ่งกระบวนการ ARP เนี่ย จะอยู่ในเนื้อหาของน้องๆ และอยู่ในวิชา Lab ด้วย ก็ขอให้ตั้งใจเรียนด้วยนะ เพราะจะทำให้เรารู้ว่า ตอน ARP รูปแบบ Packet มันใส่ Field เป็นค่าอะไรบ้างในส่วนของ Source IP/MAC , Destination IP/MAC

สรุปคือหลังจาก ARP เสร็จสิ้น จะทำให้เรารู้ว่า MAC Address ของเครื่องปลายทางเนี่ยมีค่าอะไร แต่ในระหว่างนั้น ไอ้เจ้า Bridge & Switch (ต่อไปจะย่อว่า B&S) ก็จะมีการเรียนรู้ไปด้วยว่า MAC Address ไหน อยู่ที่ Interface (Port) อะไร สรุปง่ายๆ ไอ้ตาราง MAC Address Table ของ B&S ก็คือการ Mapping ระหว่าง MAC Address <-> Interface นั่นเอง

ตัวอย่างของ MAC Address Table, ให้สังเกต Column 'Mac Address' และ 'Ports' ซึ่งจับคู่กัน

หลังจากที่ B&S รู้ว่า MAC Address ไหน อยู่ที่ Interface อะไร, ข้อมูลหลังจากที่เครื่องเราเสร็จสิ้นกระบวนการ ARP ก็จะเริ่มส่งข้อมูลจริงๆ ถึงตอนนี้ B&S ก็จะทำการ Switching Packet ออกไปเฉพาะ Interface ที่เป็นปลายทางจริงๆ เท่านั้น

หากเกิดเหตุการณ์ที่เราต้องการสื่อสารกับเครื่องอื่น (ก็คือไม่รู้ MAC Address) ก็จะเกิดกระบวนการ ARP ข้างต้นเพื่อเรียนรู้ MAC Address ปลายทางอีกครั้ง และ B&S ก็จะจับคู่ MAC <-> Interface ลงใน MAC Address Table ของตัวเองไปเรื่อยๆ

B&S ส่งข้อมูลออกเฉพาะ Interface ที่เป็นเครื่องปลายทางจริงๆ ไม่ได้ส่งออกทุก Interface เหมือนอย่างที่ Hub ทำ

     เพราะว่า B&S ทำการ Switching ข้อมูลให้ออกไปเฉพาะ Interface ปลายทางเท่านั้น จึงทำให้ไม่เกิดการชนกันของข้อมูล ผลที่ตามมาก็คือ ประสิทธิภาพการรับ-ส่งข้อมูล (Throughput) ดีขึ้น, มีความปลอดภัยมากขึ้น เนื่องจากไม่ถูกดักข้อมูลเหมือน Hub, นอกจากนั้นยังทำให้การสื่อสารจาก Half-Duplex กลายมาเป็น Full-Duplex...พูดง่ายๆ อะไรๆ ก็ดีขึ้น

     ดังนั้น เมื่อข้อมูลไม่ชนกัน จึงต้องมีการนับ Collision Domain แตกต่างจาก Hub ก็คือตัว B&S เนี่ยการันตีว่าข้อมูลจากทุกๆ Interface ที่ส่งเข้ามา จะไม่มีการชนกันอย่างแน่นอน คือข้อมูลจากคนรับ ถึงเฉพาะปลายทางที่อยากจะส่งเท่านั้น นอกนั้นไม่เกี่ยว เพราะฉะนั้นแล้ว สมมติมี Switch 48 Port เราก็จะนับ Collision Domain = 48, มี Bridge 8 Port ก็จะมี 8 Collision Domain ง่ายๆ ก็คือ จำนวน Collision Domain = จำนวน Port

Note : ตรงนี้เป็นการนับแบบพื้นฐาน ไม่รวมถึงการทำงานขั้นสูงของ Switch อย่างเช่นฟังก์ชัน Port Aggregate (EtherChannel) ซึ่งจะทำให้ จำนวน Collision Domain ไม่เท่ากับ จำนวน Port เสมอไป แต่ให้เราหัดนับตามสูตรข้างต้นก่อน เพราะเนื้อหาการสอบ Cisco CCNA ยังไม่ครอบคลุมถึงระดับสูง คือใช้แค่สูตรจำนวน Collision Domain = จำนวน Port อยู่....ตรงนี้พี่เขียนดักเอาไว้เพราะว่า เผื่อบางคนเรียนถึงขั้นสูง จะได้กลับมาแย้งพี่ไม่ได้ ๕๕๕++

Bridge ต่างกับ Switch ยังไง ?

คือในเรื่องของ MAC Address Table เนี่ย ตัว Switch หรือ Bridge ก็จะมีหลักการเหมือนกันทุกประการ เพียงแต่ว่า Bridge ใช้การทำงานเป็น Software-Based ซึ่งต้องใช้ CPU ช่วยประมวลผล ไหนจะเรื่องว่า MAC Address Table, ไหนจะเรื่อง Switching ว่าข้อมูลไหนออก Port ไหน ทำให้ Bridge จะทำงานได้ช้ากว่า และมี Port จำนวนน้อยกว่า Switch

ขณะเดียวกัน Switch มีอุปกรณ์พิเศษเรียกว่า Application-Specific Integrated Circuit หรือ ASIC ซึ่งจะทำหน้าที่ Switching แทน CPU ซึ่งพูดง่ายๆก็คือ เปลี่ยนจาก Software-Based เป็น Hardware-Based รายละเอียดเชิงลึกจะไม่พูดถึง เอาแค่ว่ามันทำให้ Switch ทำงานเร็วกว่า Bridge และทำให้ Switch มี Port มากกว่า Bridge ตามไปด้วย

ทิ้งท้ายเช่นเดิมครับ เนื้อหาที่สอน มีอยู่ในข้อสอบ CCNA
หากมีคำถาม หรือข้อสงสัย ทักท้วง ติชม อย่างไร...พี่รับฟังเสมอครับ ติดต่อข้อความมาใน Blog, Facebook เช่นเคย 

by p’artz # KKU-COE17

cr; images from google

Download as PDF : http://www.mediafire.com/view/?wgxag2ko2s6ks8z