الشبكات المحلية المحولة

تربط الشبكة المحلية المحولة المضيفين ضمن منطقة محدودة عبر محولات طبقة الارتباط التي تعيد توجيه الإطارات بناءً على عناوين MAC، وتتعلم طوبولوجيا الشبكة تلقائيًا وتقسمها إلى نطاقات تصادم منفصلة.

Definition

الشبكة المحلية المحولة هي شبكة محلية تقوم فيها محولات طبقة الارتباط بربط المضيفين وإعادة توجيه الإطارات بشكل انتقائي بناءً على عناوين MAC الوجهة، وتتعلم تلقائيًا أي العناوين يمكن الوصول إليها عبر أي المنافذ.

Scope

يغطي هذا الموضوع تشغيل الشبكات المحلية المحولة: عنونة طبقة الارقة (MAC)، وبروتوكول تحليل العناوين الذي يربط عناوين IP بعناوين MAC على رابط محلي، وكيف تبني المحولات التعليمية جداول التوجيه من خلال مراقبة الإطارات، وكيف تقسم نطاقات التصادم مع الحفاظ على نطاق بث واحد، والشبكات المحلية الافتراضية (VLANs) التي تقسم المحول المادي إلى شبكات منطقية. يستثني هذا الموضوع تنسيق إطار إيثرنت المحدد وأجهزة التحويل، اللذين يتم تناولهما في موضوع إيثرنت المخصص، والتوجيه عبر الشبكات لطبقة الشبكة.

Core questions

• كيف يتم تنظيم عناوين طبقة الارتباط (MAC)، وكيف تختلف عن عناوين IP؟
• كيف يقوم بروتوكول تحليل العناوين بربط عنوان IP بعنوان MAC على رابط محلي؟
• كيف يتعلم المحول موقع المضيفين ويبني جدول التوجيه الخاص به؟
• كيف تقوم المحولات بتقسيم نطاقات التصادم مع الحفاظ على نطاق بث واحد؟
• ما هي الشبكات المحلية الافتراضية (VLANs)، ولماذا تستخدم؟

Key concepts

• عناوين MAC (طبقة الارتباط)
• بروتوكول تحليل العناوين (ARP)
• محولات طبقة الارتباط
• جداول توجيه المحولات
• التعلم الذاتي
• نطاقات التصادم ونطاقات البث
• الشبكات المحلية الافتراضية (VLANs)
• بروتوكول الشجرة الممتدة

Key theories

التحويل الشفاف ذاتي التعلم

يسجل محول إيثرنت عنوان MAC المصدر والمنفذ الوارد لكل إطار، ويبني جدول توجيه يسمح له بإرسال الإطارات اللاحقة فقط عبر المنفذ باتجاه الوجهة؛ هذا التعلم تلقائي وشفاف للمضيفين.

تحليل العناوين

نظرًا لأن المضيفين يعرفون عناوين IP لبعضهم البعض ولكن تسليم الارتباط يحتاج إلى عناوين MAC، يقوم بروتوكول تحليل العناوين ببث استعلام عن عنوان MAC المقابل لعنوان IP محلي ويخزن الرد مؤقتًا، مما يربط طبقتي الشبكة والارتباط.

تقسيم نطاق التصادم والشبكات المحلية الافتراضية (VLANs)

تحد المحولات التصادمات في الروابط الفردية ويمكن تقسيمها منطقيًا إلى شبكات محلية افتراضية، مما يعزل حركة مرور البث ويجمع المضيفين بشكل مستقل عن الأسلاك المادية للأمان وسهولة الإدارة.

Clinical relevance

تُعد الشبكات المحلية المحولة اللبنة الأساسية اليومية لشبكات المؤسسات والحرم الجامعي ومراكز البيانات. تتيح المحولات ذاتية التعلم الشبكات المحلية التي تعمل بمبدأ التوصيل والتشغيل، وتسمح الشبكات المحلية الافتراضية (VLANs) لبنية تحتية مادية واحدة بخدمة العديد من الشبكات المنطقية للعزل والأمان، كما أن فهم بروتوكول ARP ونطاقات البث ضروري لتشخيص مشاكل الاتصال، وعواصف البث، وتعارضات العناوين.

History

استخدمت الشبكات المحلية المبكرة وسائط مشتركة حيث تشاركت جميع المضيفين نطاق تصادم واحد. سمحت الجسور الشفافة، وبروتوكول الشجرة الممتدة (spanning tree protocol) لراديا بيرلمان لمنع الحلقات بينها، بربط أجزاء متعددة بأمان. ربط بروتوكول تحليل العناوين (RFC 826, 1982) عناوين IP بعناوين إيثرنت. تطورت الجسور إلى محولات ذات كثافة منافذ عالية، مما حول الشبكات المحلية إلى شبكات محولة بالكامل ومزدوجة الاتجاه مع دعم الشبكات المحلية الافتراضية (VLAN).

Key figures

• Radia Perlman
• David C. Plummer
• Larry L. Peterson

Seminal works

• kurose2021
• rfc826

Frequently asked questions

كيف يعرف المحول إلى أين يرسل الإطار؟

يتعلم المحول من خلال مراقبة حركة المرور: عندما يصل إطار، يسجل عنوان MAC المصدر والمنفذ الذي جاء منه. بمرور الوقت، يبني جدولًا يربط العناوين بالمنافذ، بحيث يمكنه إعادة توجيه الإطار فقط عبر المنفذ باتجاه وجهته، ويقوم بالبث إلى جميع المنافذ فقط عندما تكون الوجهة لا تزال غير معروفة.

ما هي الشبكة المحلية الافتراضية (VLAN)؟

تقسم الشبكة المحلية الافتراضية محولًا ماديًا (أو مجموعة من المحولات) إلى نطاقات بث منطقية متعددة. تتصرف المضيفات في شبكات VLANs المختلفة كما لو كانت على محولات منفصلة، مما يحسن الأمان والعزل ويسمح للمسؤولين بتجميع الأجهزة منطقيًا بدلاً من تجميعها حسب مكان توصيلها فعليًا.