‫קובי גורן‬
‫‪2.2‬‬
‫עקרונות עבודה ברמה ‪2‬‬
‫עקרונות עבודה ברמה שניה – ‪Layer 2‬‬
‫כאשר אנו מתעסקים כיום ברשתות תקשורת מקומיות אנו רואים נטייה לצמיחה וגידול כמות‬
‫המשתמשים ברשת‪ .‬כאשר מדובר למשל בחברה קטנה בה כל התחנות מקושרות לרשת מסוג‬
‫‪ SHARED MEDIA‬כולם נהנים מהיתרונות של עבודה ברשת‪.‬‬
‫מה קורה כאשר החברה מתרחבת ויותר אנשים משתמשים ברוחב הפס של הרשת?‬
‫האם הוא מתחלק בין כולם?‬
‫איזה בעיות נוצרות ואיך ניתן לפתור אותן?‬
‫בחלק זה נבין את עקרונות הפעולה ברמה ‪ 2‬של מודל ‪ OSI‬נבין גם את הדרישות לרוחב פס‪.‬‬
‫ונזכר באופן השפעת ציודי ‪ LAN‬על רשת‪.‬‬
‫נראה את אופן פעולת ה‪ Switch -‬כאשר נתמקד בלמידה וסינון כתובות‪ ,‬נבדיל בין ‪ Switch‬ל‪-‬‬
‫‪ ,Bridge‬נסביר את שיטות המיתוג במתג ונחשב את רוחב הפס הכללי‪.‬‬
‫השימוש ב‪ SWITCH -‬בח"א הוא חסר תקדים‪ ,‬כמות הרשתות גדלות וכן כמות המתגים‪ ,‬אתם‬
‫תתקלו במתגים רמה ‪ 2‬בעלי תפקיד ברמת הקישור ומתגי רמה ‪ 3‬בעלי יכולת לראות עד רמת הרשת‪,‬‬
‫תצטרכו להגדיר אותם ולהפעיל אותם לכן חשוב מאוד להבין את עקרון הפעולה שלהם‪.‬‬
‫‪2.2.1‬‬
‫הדרישה לרוחב סרט גבוה‬
‫עד כה הכרנו את רשת ה‪ Ethernet -‬לעמקה‪ .‬רשת ‪ Ethernet‬פועלות על תווך משותף אחד ) ‪Shared‬‬
‫‪ , ( Media‬או במילים אחרות רוחב – הסרט של הרשת הוא משותף לכל התחנות ברשת ‪.‬‬
‫רכזת האטרנט )‪ , ( Hub‬לדוגמה ‪ ,‬ברגע שהיא מקבלת מסגרת מאחד המבואות היא משדרת אותה‬
‫לכל יתר המבואות ובאותו זמן אף תחנה אינה יכולה לשדר‪ .‬המושג "מרחב ההתנגשויות"‬
‫) ‪ ( Collision domain‬מגדיר תווך בו שתי תחנות יכולות לשדר באותו זמן לרשת ולגרום‬
‫להתנגשות‪ .‬לסיכום ‪ :‬ברשת אתרנט ) במרחב ההתנגשויות( קיימת תחרות על רוחב סרט בין‬
‫התחנות‪ .‬נניח שרשת מסוג אתרנט מורכבת מ‪ 100 -‬תחנות וארבעה שרתים כל זמן שהתעבורה‬
‫ברשת נמוכה‪ ,‬כל תחנה יכולה לקבל למשך זמן קצר את כל רוחב הסרט ) ‪. ( Mbps10‬‬
‫אולם כאשר התעבורה ברשת עולה ‪ ,‬מתחילות התנגשויות ‪ ,‬ותחנות " מפריעות " אחת לשניה לשדר‪.‬‬
‫כאשר הרשת תגיעה לנצילות של ‪ (3-4 Mbps ) 30%-40%‬זמני התגובה יהיו ארוכים והרשת תהיה‬
‫חסומה‪ .‬במצב כזה כל תחנה ברשת תקבל רוחב סרט ממוצע של כ‪ 40Kbps -‬בלבד ) ‪ 4Mbps‬מחולק‬
‫ל ‪ 100‬תחנות ברשת ( ‪ .‬למעשה רוחב סרט נטו שכל תחנה מקבלת יהיה נמוך יותר ‪ ,‬מכיוון שכל‬
‫מסגרת ‪ Ethernet‬מכילה ‪ 26‬בתים שאינם כלל מידע של המשתמש ‪ ,‬ובנוסף לכך חלק מרוחב הסרט‬
‫ברשת אינו מנוצל בגלל זמני ההמתנה של ‪ 9.6µSec‬בין מסגרת למסגרת ‪.‬‬
‫כיום ישנה דרישה הולכת וגדלה לרוחב‪-‬פס ‪.‬‬
‫כוח המחשוב גדל‪ ,‬כל עובד מקבל מחשב‪ ,‬ארגונים נהיים רחבים יותר ‪,‬פיתוח המון אפליקציות‬
‫אשר מספקות לנו שירותים שלא חלמנו אליהם‪ ,‬וזה רק חלק קטן מה"צרכנים" לרוחב פס‪.‬‬
‫עקרונות עבודה ברמה ‪2‬‬
‫קובי גורן‬
‫עד כה הבנו את הצורך הגובר לרוחב פס ברשתות ‪ .‬הסברנו את ריבוי התחנות על ‪ BUS‬אחד‪.‬‬
‫הפתרון לביקוש הגדל הנו להשתמש בהתקן שידע לחלק את ה‪ Colision Domain -‬ובכך לספק‬
‫רוחב פס גבוהה יותר לתחנות‪ .‬אותו התקן הוא המתג – ‪.Switch‬‬
‫‪2.2.2‬‬
‫אופן העבודה של ה‪Switch -‬‬
‫לפני שנפרט את אופן פעולתו של ה‪ Switch -‬רצוי להזכר במבנה מסגרת ‪.Ethernet‬‬
‫איור ‪ 2.10‬מבנה מסגרת ‪Ethernet‬‬
‫המתג משתמש בכותרת מסגרת ה‪ Ethernet -‬על מנת לבצע את שתי תפקידיו העיקריים שהן‪:‬‬
‫•‬
‫למידת כתובות – ‪Address Learning‬‬
‫•‬
‫העברת המידע – ‪Forward/Filter Decisions‬‬
‫ותפקיד נוסף שאותו מבצע המתג הנו‪:‬‬
‫•‬
‫מניעת לולאות – ‪ Loops Avoidance‬תפקיד זה יפורט בסעיף ‪2.3‬‬
‫‪ 2.2.2.1‬למידת כתובות ‪Address Learning‬‬
‫כאשר ה‪ Switch -‬עולה לראשונה‪ ,‬טבלת כתובות ה‪ MAC -‬שלו ריקה‪ ,‬כפי שניתן לראות באיור‬
‫‪.2.11‬‬
‫איור ‪ 2.11‬טבלת ‪ MAC‬ריקה‪.‬‬
‫כאשר התקן משדר ואחד הפורטים מקבל את המסגרת‪ ,‬המתג ימקם את כתובת המקור )מהכותרת‬
‫של המסגרת( בטבלת ה‪ ,MAC Forward/filter Table -‬בהתאם לפורט ממנו נכנס המידע‪ .‬מכאן‬
‫ניתן להבין שהמתג מבצע את תהליך הלמידה – ‪ Learning‬באמצעות כתובת המקור – ‪Source‬‬
‫‪ .Address‬כעת על המתג להעביר את המידע שאותה תחנה שידרה ליעד )באמצעות כתובת היעד –‬
‫‪ ,(Destination Address‬אך מכיוון שכרגע המתג לא מכיר אף תחנה‪ ,‬מלבד התחנה ששידרה את‬
‫המידע הוא יבצע‪ ,Flooding -‬כלומר יפיץ את המידע לכל הפורטים‪ ,‬מלבד אל הפורט ממנו נכנס‬
‫עקרונות עבודה ברמה ‪2‬‬
‫קובי גורן‬
‫המידע‪ ,‬וזאת מכיוון שאינו יודע על סמך המצב הנוכחי של הטבלה היכן תחנת היעד ממוקמת ועל‬
‫מנת שכל התחנות יוכלו לבדוק האם המידע מיועד אליהם‪.‬‬
‫איור ‪ 2.12‬תחנה ‪ A‬משדרת מידע לתחנה ‪.C‬‬
‫באיור ‪ 2.12‬אנו רואים מצב בו לאחר שהמתג עלה לראשונה‪ ,‬תחנה ‪ A‬שכתובתה ‪0260.8c01.1111‬‬
‫שולחת מידע לתחנה ‪ C‬שכתובתה ‪ .0260.8c01.2222‬המתג מקבל את המסגרת שמפורטת באיור‬
‫‪.2.13‬‬
‫איור ‪ 2.13‬המסגרת שתחנה ‪ A‬שלחה ל‪.C -‬‬
‫כפי שניתן לראות באיור ‪ ,2.12‬המתג למד את הכתובת ‪ SA‬שבמסגרת על פי הפורט ‪ E0‬ממנו נכנסה‬
‫המסגרת הנ"ל‪ .‬בנוסף המתג בודק האם הוא מכיר את ה‪ DA -‬על‪-‬פי הטבלה‪ ,‬וניתן לראות באיור‬
‫‪ 2.12‬שהמתג לא מכיר מכיוון שהתחנה שהכתובת מייצגת לא שידרה מעולם‪ .‬לכן המתג יבצע‬
‫‪ Flooding‬לכל הפורטים מלבד הפורט שממנו נכנסה המסגרת – ניתן לראות זאת באמצעות‬
‫החיצים שמופיעים באיור ‪.2.12‬‬
‫במידה ותחנה ‪ C‬לא תגיב לתשדורת‪ ,‬המתג לא ילמד אותה! יש לזכור שהלמידה מתבצעת כאשר‬
‫מסגרת נכנסת דרך פורט מסויים והדבר מתבצע על‪-‬ידי התבוננות בשדה ה‪.SA -‬‬
‫איור ‪ 2.14‬תחנה ‪ D‬משדרת מידע לתחנה ‪.C‬‬
‫על פי איור ‪ 2.14‬אנו רואים שלאחר שתחנה ‪ A‬שדרה מידע לתחנה ‪ C‬תחנה ‪ D‬מעוניינת גם היא‬
‫לפנות לתחנה ‪ .C‬המתג מביט במסגרת ה‪ Ethernet -‬המפורטת באיור ‪ 2.15‬ולומד באמצעות כתובת‬
‫עקרונות עבודה ברמה ‪2‬‬
‫קובי גורן‬
‫ה‪ SA -‬כי בפורט ‪ E3‬ממנו נכנסה המסגרת‪ ,‬מחוברת התחנה שכתובתה‪ 0260.8c01.4444 ,‬וכמובן‬
‫שיזין את הפרטים הנ"ל בטבלה‪ .‬מכיוון שעדיין תחנה ‪ C‬לא שדרה המתג לא מכיר אותה‪ ,‬ולכן יבצע‬
‫שוב ‪ Flooding‬ויפיץ את המסגרת לכל הפורטים מלבד הפורט ממנו נקלטה המסגרת‪.‬‬
‫איור ‪ 2.15‬המסגרת שתחנה ‪ D‬שלחה ל‪.C -‬‬
‫במצב שמתואר באיור ‪ 2.16‬עבר זמן מסויים וכל התחנות שידרו‪ ,‬לפיכך‪ ,‬המתג למד את כל התחנות‬
‫ויש לו טבלת כתובות מלאה‪ .‬במצב זה‪ ,‬כאשר המתג מקבל מסגרת מידע ואמור להעבירה ליעד הוא‬
‫אינו יבצע – ‪ Flooding‬אלא יבצע ‪ Forwarding‬כלומר מיתוג המידע לפורט היעד הספציפי‪.‬‬
‫איור ‪ 2.16‬תחנה ‪ A‬משדרת מידע לתחנה ‪ ,C‬לאחר שנלמדו הכתובות‬
‫בדוגמה באיור ‪ 2.16‬אנו רואים שלאחר שהמתג כבר למד את כל הכתובות‪ ,‬נשלחה מסגרת מתחנה‬
‫‪ A‬ל‪ .C -‬מכיוון שהמתג מכיר את תחנה ‪ C‬וכתובתה מצויינת בטבלת ה‪ ,MAC -‬המתג לא צריך‬
‫לבצע ‪ Flooding‬והוא מבצע תהליך שנקרא ‪ Filter‬כלומר לא מעביר את המידע לכל הפורטים אלא‬
‫רק אל פורט היעד‪ ,‬תהליך זה נקרא גם ‪.Forwarding‬‬
‫‪ 2.2.2.2‬העברת המידע – ‪Forward/Filter Decisions‬‬
‫כאשר מגיע ל‪ Switch -‬מסגרת‪ ,‬כתובת היעד במסגרת תושווה לכתובות שישנן בטבלת ה‪.MAC -‬‬
‫במידה וכתובת היעד ידועה והמתג כבר למד אותה‪ ,‬המסגרת תשלח רק אל הפורט שאליו מחוברת‬
‫תחנת היעד‪.‬המתג לא יעביר את המידע לאף אחד מהפורטים האחרים‪ .‬הדבר בא כדי למנוע בזבוז‬
‫רוחב פס‪ .‬תהליך זה נקרא בשם ‪ Frame Filtering‬וגם – ‪.Forwarding‬‬
‫אך במידה והמתג לא מכיר את כתובת היעד‪ ,‬כלומר הוא אינו מוצא אותה בטבלת המיתוג‪ ,‬בטבלת‬
‫ה‪ ,MAC -‬אזי כמו שכבר הוסבר המתג יבצע ‪.Flooding‬‬
‫במידה ותחנה או שרת ברשת שולחת הודעה מסוג ‪ ,Broadcast‬המתג ילמד באמצעות כתובת היעד‬
‫את התחנה על‪-‬פי הפורט ויבצע ‪ Flooding‬מכיוון שיעודה של מסגרת ‪ Broadcast‬שתגיע לכל‬
‫התחנות באותה הרשת הלוגית‪.‬‬
‫בטבלה ‪ 2.1‬אנו רואים את ההבדלים בין המתג‪ Switch -‬לגשר – ‪.Bridge‬‬
‫עקרונות עבודה ברמה ‪2‬‬
‫קובי גורן‬
‫מתג ‪Switch -‬‬
‫גשר ‪Bridge -‬‬
‫מיתוג מבוסס חומרה – ‪.ASIC‬‬
‫מיתוג מבוסס תוכנה‪.‬‬
‫כמות פורטים גדולה יחסית‪.‬‬
‫כמות פורטים קטנה יחסית‪.‬‬
‫השהיות של כ‪ 6msec -‬בהעברת המידע‬
‫השהיות של כ‪ 100msec -‬בהעברת המידע‬
‫עבודה ב‪Full Duplex -‬‬
‫עבודה ב‪Half Duplex -‬‬
‫טבלה ‪ 2.1‬השוואה בין ‪ Bridge‬ל‪.Switch -‬‬
‫‪2.2.3‬‬
‫שיטות למיתוג מידע ברשת מקומית‬
‫ישנם כמה דרכים בהם המתג יכול לטפל במסגרת עם קליטתה במתג מהפורט אליו נכנסה‪ .‬בהתאם‬
‫לדרך בה יטפל המתג במסגרות‪ ,‬זמן ההשהיה עד הוצאת המסגרת מהמתג יכול להתארך או‬
‫להתקצר‪ ,‬בתלות בפעולות אותן נדרש המתג לבצע‪.‬‬
‫)‪ – Cut Through (Fast Forward‬המתג מקבל את מסגרת המידע‪ ,‬ולאחר שקולט את כתובת‬
‫היעד מחפש אותה בטבלת ה‪ MAC -‬שלו ומעבירה בהתאם לפורט היציאה )המסגרת כולה לא‬
‫תשמר בזכרון(‪ .‬בשיטה זו לא מבוצעת בדיקת שגיאות‪.‬‬
‫)‪ – Fregment Free (Modified Cut-through‬בשיטה זו המתג בודק את ‪ 64‬הבתים הראשונים‬
‫של המסגרת‪ .‬לאחר ‪ 64‬בתים המתג יכול להחליט אם מדובר במסגרת שגויה שנגרמה בעקבות‬
‫התנגשות‪ ,‬בהתאם למנגנון ‪.CSMA/CD‬‬
‫‪ – Store-and-forward‬המתג מקבל את המסגרת כולה‪ ,‬מבצע בדיקת ‪ CRC‬בהתאם לשדה ה‪-‬‬
‫‪ ,FCS‬ורק לאחר מכן במידה והבדיקה תקינה יבדוק את כתובת היעד במסגרת אל מול טבלת ה‪-‬‬
‫‪.MAC‬‬
‫באיור ‪ 2.17‬אנו רואים את המיקום על‪-‬פי המסגרת שבו עושות שימוש שיטות המיתוג השונות‪.‬‬
‫איור ‪ 2.17‬שיטות מיתוג שונות של מסגרות‬
‫כעת נרחיב על השיטות השונות‪.‬‬
‫‪Cut-Through (Real Time) 2.2.3.1‬‬
‫ב‪ Cisco -‬מכנים את שיטה זו גם בשם ‪ Fast Forward‬או בשם ‪ .Real Time‬בשיטה זו‪ ,‬המתג קורא‬
‫לתוך ה‪) Buffer -‬זכרון( רק את כתובת היעד )ששת הבתים הראשונים לאחר ה‪ .(Preamble -‬לאחר‬
‫מכן המתג יחפש את כתובת ה‪ MAC -‬הזו בטבלת ה‪ MAC -‬ויחליט לאיזה פורט עליו להעביר את‬
‫המידע‪ .‬לאחר מכן על המתג לבצע ‪ Forwarding‬של המסגרת אל היעד‪.‬‬
‫קובי גורן‬
‫עקרונות עבודה ברמה ‪2‬‬
‫מכיוון שבשיטה זו המתג לא מבצע פעולות שונות על מסגרת המידע מלבד קריאת כתובת היעד‬
‫והחלטה לאיזה פורט להעביר את המידע‪ ,‬זמן ההשהיה מהרגע שהמסגרת מגיעה למתג ועד‬
‫שנשלחת ליעד מתקצר )‪.(Low Latency‬‬
‫מכיוון שהמתג מעביר את המידע ישירות לאחר בדיקת כתובת היעד‪ ,‬הוא אינו מבצע בדיקת‬
‫שגיאות ‪ CRC‬וזאת מכיוון שהוא אינו קורא את שאר השדות במסגרת ולכן לא מגיע לשדה ה‪FCS -‬‬
‫לצורך בדיקתו‪.‬‬
‫עקרונות עבודה ברמה ‪2‬‬
‫קובי גורן‬
‫‪Fragment Free (Modified Cut-Through) 2.2.3.2‬‬
‫בשיטת ‪ Cut-Through‬המתג לא ביצע בדיקת שגיאות‪ .‬כלומר יכול מאוד להיות שהמסגרת שהמתג‬
‫יקבל היא מסגרת שגויה‪ ,‬או לחילופין מסגרת שנוצרה לאחר התנגשות של שתי מסגרות ברשת‪ .‬על‬
‫מנת למנוע מהמתג להעביר מידע שגוי‪ ,‬ובכך להעמיס על ביצועי הרשת יש צורך לבצע בקרה על‬
‫השגיאות‪ .‬בשיטה זו עדיין לא מבוצעת בדיקת שגיאות מלאה באמצעות שדה ה‪ ,FCS -‬מכיוון‬
‫שבשיטה זו נבדקים ‪ 64‬הבתים הראשונים )עדיין המתג לא מגיע לשדה ה‪.(FCS -‬‬
‫על פי עקרון ‪" CSMA/CD‬חלון" ההתנגשות הנו ב‪ 64 -‬הבתים הראשונים של המסגרת‪ ,‬כלומר‬
‫לאחר בדיקה של ‪ 64‬הבתים הראשונים‪ ,‬ניתן לדעת בהכרח אם מדובר במסגרת רגילה‪ ,‬או שמא‬
‫במסגרת שנוצרה לאחר התנגשות‪.‬‬
‫מטרת שיטה זו היא לוודא שלא יועברו מסגרות התנגשות ברשת‪.‬‬
‫מופעל באופן ברירת מחדל במתגי ‪Cisco Catalyst 1900‬‬
‫‪Store-and-Forward 2.2.3.3‬‬
‫שיטה זו היא השיטה העיקרית בה עובדים המתגים של חברת ‪ .Cisco‬בשיטה זו המתג מעתיק את‬
‫כל המסגרת אל ה‪ .Buffer -‬לאחר מכן המתג מבצע בדיקת ‪ CRC‬על המסגרת תוך השוואה אל מול‬
‫שדה ה‪ .FCS -‬מכיוון שהמתג מבצע העתקה מלאה של המסגרת אל ה‪ Buffer -‬זמן ההשהיה גדל‪.‬‬
‫במידה ובדיקת השגיאות אינה תקינה המתג "יזרוק" את המסגרת ולא יעביר אותה‪ ,‬המשמעות היא‬
‫שהמתג ימחוק את המסגרת מהזכרון‪ .‬במידה ואין שגיאות במסגרת‪ ,‬המתג יבדוק את שדה כתובת‬
‫היעד‪ ,‬ויחפש בטבלת ה‪ MAC -‬את כתובת היעד ועל פי הטבלה יחליט לאיזה פורט להעביר את‬
‫המסגרת‪.‬‬
‫‪2.2.4‬‬
‫חישובי רוחב פס – ‪Bandwidth‬‬
‫לפני חישוב רוחב פס יש לציין שני סוגים של תקשורת ‪:‬‬
‫‪ – Half Duplex‬צורה זאת היא ברירת המחדל בתקשורת ברשת שיתוף‪ .‬שיטה זאת תומכת בתקן‬
‫‪ ,CSMA/CD‬היא זולה ואינה דורשת התקנים מיוחדים‪ .‬בדרך כלל מגיעים לנצילות של‪60~50 -‬‬
‫אחוז מרוחב פס של ‪ 10Mbps‬כאשר עובדים בשיטה זאת‪.‬‬
‫‪ – Full Duplex‬שיטה זאת מיושמת אך ורק בין שני משתמשים )‪ (P T P‬ולכן אין שימוש בתקן‬
‫‪.CSMA/CD‬אין בדיקת שגיאות ‪ ,‬בדרך כלל מנצלים את כל רוחב הפס בצורת עבודה זאת כלומר‬
‫לשליחה ולקבלה ‪ .10Mbps‬באופן עקרוני כל הפורטים במתג יכולים לעבוד בתצורת ‪Full Duplex‬‬
‫במידה ומחוברת אליהם תחנה‪ ,‬אך אם אל הפורט מחובר התקן שיתופי כגון רכזת ‪ Hub‬אזי יש‬
‫צורך לעבוד בתצורת ‪.Full Duplex‬‬
‫על מנת לחשב את רוחב הפס הכללי במתג יש לבצע הכפלה של כמות הפורטים במתג בקצב העבודה‬
‫של כל פורט במידה ופורט מוגדר ‪ FD‬נכפיל פי ‪ .2‬התוצאה שתתקבל היא רוחב הפס הכללי במתג‪,‬‬
‫עקרונות עבודה ברמה ‪2‬‬
‫קובי גורן‬
‫חשוב לציין שלא כל הפורטים ממתגים מידע בכל רגע נתון ולכן בדרך כלל התחנות ישתמשו רק‬
‫בחלק מרוחב הפס שקיים במתג‪.‬‬
‫נבצע חישוב לדוגמה‪ :‬מה יהיה רוחב הפס במתג בו ישנם ‪ 6‬פורטים ‪ 10MB F.D‬ו‪ 2-‬פורטים ‪H.D‬‬
‫‪?100mb‬‬
‫תחילה נכפיל את מספר הפורטים בקצב – ‪ 10X6=60‬מכיוון שפורטים אלו עובדים ב‪Full Duplex -‬‬
‫יש צורך לבצע הכפלה פי ‪ .60X2=120 Mbps – 2‬חישוב זה הנו בעבור ‪ 6‬הפורטים העובדים ב‪Full -‬‬
‫‪ .Duplex‬כעת יש לבצע חישוב בעבור שני הפורטים הנוספים‪ ,‬ולאחר מכן את שתי התוצאות לחבר‪.‬‬
‫‪ .2X100=200 Mbps‬כעת נחבר את הקצבים של כל הפורטים יחד – ששת הפורטים שעובדים ב‪-‬‬
‫‪ Full Duplex‬מתפקדים יחד בקצב מקסימלי של ‪ 120 Mbps‬ושני הפורטים העובדים ב‪Half -‬‬
‫‪ Duplex‬מתפקדים יחד בקצב מקסימלי של ‪ .200 Mbps‬כל שמונת הפורטים עובדים סך‪-‬הכל בקצב‬
‫של‪ .120+200=320 Mbps :‬לקצב זה נקרא הקצב האפקטיבי‪ ,‬או רוחב הפס האפקטיבי‪.‬‬
‫לכל מתג מוגדר רוחב פס מקסימלי בו הוא יכול לעמוד‪ ,‬וזאת על‪-‬פי ה‪ BUS -‬הפנימי שממומש בתוך‬
‫המתג עצמו )פרמטר זה תלוי בחומרה(‪ .‬מכיוון שאנו יכולים להחליט בעבור כל פורט באיזה קצב‬
‫יעבוד‪ ,‬עלינו להכיר שני מונחים‪:‬‬
‫‪ – Blocking‬במידה ורוחב הפס המקסימלי של המתג )בהתאם ל‪ (BUS -‬נמוך מהקצב האפקטיבי‬
‫המתג לא יכול לעמוד בכל התעבורה שהוא מקבל‪ ,‬ולכן יכנס למצב של ‪ .Blocking‬כלומר יהיו‬
‫נתונים שהמתג לא יעביר ישירות אלא יאגור ב‪ Buffer -‬ורק לאחר מכן יעבירם‪ ,‬כמובן שברגע בו ה‪-‬‬
‫‪ Buffer‬מלא‪ ,‬המתג יתחיל "לזרוק" מסגרות‪.‬‬
‫‪ – Non Blocking‬במידה והקצב המקסימלי בו המתג יכול לעבוד‪ ,‬קטן מהקצב האפקטיבי בו‬
‫הגדרנו את המתג לעבוד )בהתאם לקצבי הפורטים( לא תווצר בעייה של עומד על המתג ולא יווצר‬
‫מצב ‪.Blocking‬‬
‫‪2.3‬‬
‫טכנולוגיות ברמה שניה – ‪STP, VLAN‬‬
‫בסעיף הקודם‪ ,‬עסקנו באופן פעולה עקרוני של המתג‪ .‬מלבד העברת מידע המתג יכול לספק לנו‬
‫שרותים נוספים‪ ,‬העובדים בשכבה השנייה של מודל ‪.OSI‬‬
‫שני הטכנולוגיות העיקריות בהם אעסוק בסעיף זה הנן פרוטוקול ‪ ,STP‬וטכנולוגית ‪.VLAN‬‬
‫כאשר דיברנו על תפקידיו של המתג ראינו שיש לו שלושה תפקידים‪ .‬למידת הכתובות‪ ,‬העברת‬
‫המידע‪ ,‬ומניעת לולאות‪ .‬על תפקיד זה עדיין לא דנו בהרחבה‪.‬‬
‫‪2.3.1‬‬
‫מניעת לולאות – ‪Loop Avoidance‬‬
‫כאשר נבוא לתכנן רשת נשתדל למנוע מצב בו יהיו לנו נקודות תורפה ברשת שבמידה ויתפקדו‬
‫בצורה פגומה‪ ,‬או בלתי רצויה‪ ,‬הן יגרמו להשבתת הרשת‪ .‬נקודות תורפה ברשת יכולות להיות‬
‫נקודות שאינן מגובות‪ .‬למשל במידה ויש לנו שתי סגמנטים המחוברים באמצעות ‪ ,Switch‬ה‪-‬‬
‫‪ Switch‬מהווה נקודת תורפה‪ ,‬מכיוון שבמידה והוא יפול אזי תיפול התקשורת בין שתי הסגמנטים‪.‬‬
‫עקרונות עבודה ברמה ‪2‬‬
‫קובי גורן‬
‫לנקודות תורפה אלו אנו קוראים – ‪ .Single Point of Failure‬הפתרון לאותו מצב הוא לחבר בין‬
‫שני הסגמנטים שני ‪-Switch‬ים וזאת על מנת שבמידה שאחד מהם יפול‪ ,‬ה‪ Switch -‬השני יוכל‬
‫להמשיך לתפקד‪ .‬באיור ‪ 2.18‬אנו רואים דוגמה לרשת בתצורה מגובה‪:‬‬
‫איור ‪ 2.18‬רשת בתצורה מגובה‬
‫לכאורה הפתרון שהוצע למצב של ‪ Single Point of Failure‬נראה אידיאלי‪ ,‬אך הוא גורם לכמה‬
‫מהחולאים הרעים שרשת תקשורת לא יכולה לסבול‪.‬‬
‫‪ 2.3.1.1‬לולאות ‪Broadcast Storm -‬‬
‫במידה ולא מריצים ברשת בתצורה מגובה מנגנון למניעת לולאות המתגים יבצעו ‪ Flooding‬בלתי‬
‫פוסק להודעות ‪ .Broadcast‬תופעה זו נקראת ‪.Broadcast Storm‬‬
‫נדגים מצב בו השרת מעוניין לשלוח מסגרת לתחנה כלשהי ברשת‪ .‬בהנחה שהשרת זה עתה עלה‪,‬‬
‫הוא לא מכיר את כתובת ה‪ MAC -‬של התחנה ולכן יבצע ‪ .ARP‬כמו שאנו כבר יודעים מסגרות‬
‫‪ ARP‬נשלחות ב‪ .Broadcast -‬על‪-‬פי שרטוט ‪ 2.19‬אנו רואים כי מתג ‪ A‬מקבל את מסגרת ה‪ARP -‬‬
‫ששלח השרת )כמובן שהיא מתפשטת על כל הסגמנט ומגיעה גם למתג ‪ B‬ולנתב(‪ .‬המתג רואה‬
‫שמדובר במסגרת ‪) Broadcast‬על‪-‬פי רצף של סיביות ‪ 1‬בשדה כתובת היעד( ולכן מבצע ‪– Flooding‬‬
‫כלומר שליחת המידע לכל הפורטים מלבד הפורט ממנו המידע הגיע‪ .‬המסגרת תשודר לפיכך לפורט‬
‫המחובר לסגמנט ‪ .2‬מסגרת ה‪ Broadcast -‬תתפשט על הסגמנט ותגיע בסופו של דבר גם למתג ‪.B‬‬
‫איור ‪ 2.19‬השרת שולח ‪Broadcast‬‬
‫משמתג ‪ B‬מקבל את המסגרת‪ ,‬הוא רואה שמדובר במסגרת ‪) Broadcast‬על‪-‬פי רצף של סיביות ‪1‬‬
‫בשדה כתובת היעד( ולכן מבצע ‪ – Flooding‬כלומר שליחת המידע לכל הפורטים מלבד הפורט ממנו‬
‫עקרונות עבודה ברמה ‪2‬‬
‫קובי גורן‬
‫המידע הגיע‪ .‬המסגרת תשודר לפיכך לפורט המחובר לסגמנט ‪ .1‬מסגרת ה‪ Broadcast -‬תתפשט על‬
‫הסגמנט ותגיע בסופו של דבר גם למתג ‪ A‬בשנית‪ .‬את זאת ניתן לראות באיור ‪.2.20‬‬
‫איור ‪ 2.20‬ה‪ Broadcast -‬מופץ ממתג ‪ B‬חזרה ל‪A -‬‬
‫מתג ‪ A‬רואה שמדובר במסגרת ‪) Broadcast‬על‪-‬פי רצף של סיביות ‪ 1‬בשדה כתובת היעד( ולכן מבצע‬
‫‪ – Flooding‬כלומר שליחת המידע לכל הפורטים מלבד הפורט ממנו המידע הגיע‪ .‬המסגרת תשודר‬
‫לפיכך לפורט המחובר לסגמנט ‪ .2‬מסגרת ה‪ Broadcast -‬תתפשט על הסגמנט ותגיע בסופו של דבר‬
‫גם למתג ‪ .B‬וכך חוזר חלילה‪ ,‬עד קץ הדורות או לחילופין עד אשר אחד המתגים ינותק מהרשת‪.‬‬
‫איור ‪Broadcast Storm 2.20‬‬
‫איור ‪ 2.21‬ריבוי לולאות ברשת‬
‫ככל שיווצרו יותר לולאות ברשת‪ ,‬כך זמינות הרשת תפגע‪ ,‬וכך המתגים יתעסקו יותר בהעברת‬
‫מסגרות ‪ .Broadcast Storm‬באיור ‪ 2.21‬אנו רואים כיצד יכולים להווצר לולאות ברשת‪.‬‬
‫עקרונות עבודה ברמה ‪2‬‬
‫קובי גורן‬
‫את הפתרון לבעיה זו אציג בהמשך‪.‬‬
‫‪ 2.3.1.2‬אי יציבות בטבלאות ‪MAC‬‬
‫מכיוון שהמתג יכול לקבל את אותה מסגרת מידע מכמה פורטים שונים‪ ,‬יכול להווצר מצב של‬
‫בלבול בטבלת ה‪ MAC -‬של המתג‪ .‬בנוסף המתג כל הזמן יעסיק את עצמו בללמוד מחדש את‬
‫המיקום של התחנה‪ ,‬ובכך הזמינות של המתג להעברת המידע תפחת‪.‬‬
‫‪2.3.2‬‬
‫פרוטוקול ‪Spanning Tree Protocol – STP‬‬
‫פרוטוקול ‪ STP‬נכתב לראשונה על‪-‬ידי חברת ‪ – DEC‬כיום חברת ‪ .Compaq‬לאחר מכן נכתב כתקן‬
‫‪.IEEE 802.1D‬‬
‫בסעיף הקודם הזכרנו את החולאים הרעים שיכולים להווצר כאשר עובדים ברשת בתצורה מגובה‪.‬‬
‫מטרתו של פרוטוקול זה הינו למנוע את הלולאות שנוצרות ברשת‪ ,‬ובכך למנוע מצב של ‪Broadcast‬‬
‫‪ .Storm‬באופן עקרוני‪ ,‬הפרוטוקול בודק את כל העורקים‪ ,‬ומכבה עורקים יתירים‪.‬‬
‫פרוטוקול ‪ STP‬משתמש ב‪ Spanning Tree Algorithem (SPA) -‬על מנת ליצור טבלת טופולוגיה‬
‫של הרשת‪ ,‬לאחר מכן באמצעות טבלה זו הוא מחפש את העורקים היתירים לצורך סגירתם‪.‬‬