LAN Switching

LAN Switch'ler kendilerine gelen ethernet çerçevelerini iletip iletmeme ile görevli ağ bileşenleridir. Switch'lerin çalışma mantığı LAN içerisinde gönderilen ethernet çerçevelerinin başlık kısmında yer alan source (kaynak) ve destination (hedef) MAC adresleri ile ilgilidir. Burada MAC adresinin tipi switchin çalışma yapısını da etkiler.

MAC adres tipleri

• Unicast adres: Tek bir LAN ara yüz kartını tanımlayan MAC adresidir.
  
• Broadcast adres: Broadcast adresinin değeri FFFF:FFFF:FFFF' dir. Broadcast adresine gönderilen çerçeve LAN içerisinde bulunan tüm cihazlar tarafından alınarak işlem yapılır.
  
• Multicast adres: Çoklu yayın adresine gönderilen çerçeveler sadece ilgili olan cihazlara iletilir. Buradaki ilgili cihazlar tek bir cihaz olabileceği gibi birden fazla cihaz veya hiçbir cihaz da olabilir.

Bu bilgiler dahilinde LAN Switch'lerin çalışma mantığını kolaylıkla anlayabilirsiniz. Bir switch kendisine bağlı olan tüm arayüzden gelen çerçeveleri dinler. Kendisine gelen çerçeveyi iletip iletmeyeceğine karar verir. Switch kendine gelen çerçeveyi iletme kararı aldığında bu çerçeveyi hangi port yada portlardan  göndereceğini belirler. Burada switcler aşağıdaki 3 görevi yerine getirmiş olurlar.

1. Öğrenme (Learning): Switch, kendine gelen çerçevelerin kaynak MAC adreslerine bakarak MAC adreslerini öğrenir.
2. İletme (Forwarding) ya da filtreleme (Filtering): Switch kendine gelen çerçevedeki hedef MAC adresine bakarak iletme ya da iletmeme kararı verir. Switchler gelen çerçeveyi nereye ileteceğine karar verirken daha önce öğrendiği MAC adreslerini tuttuğu tabloya bakarar karar verir.
3. Döngü Engelleme (Loop Prevention): Switch'ler STP (Spanning Tree Protocol) sayesinde birbirine bağlı diğer tüm switch ve köprüler ile döngüsüz bir ortam oluşturur. Ağ oluştururken fiziksel olarak yedeklilik için bıraktığımız hatlarda STP sayesinde LAN üzerinde tıkanıklık (congestion) oluşması engellenmiş olur.  

Switchler bir çerçeveyi iletmek veya iletmemeye karar vermek için dinamik olarak ürettiği MAC adres tablosunu kullanır. Örneğin switche gelen bir çerçevenin kaynak MAC adresi ile hedef MAC adresi aynı port üzerinde yer alıyorsa switch bu çerçeveyi iletmez.

(Hub kendisine gelen çerçeveyi ayrım yapmadan tüm portlara iletir. Çok basit bir ağ cihazıdır.)

Yukarıdaki görsel de PC-A cihazından PC-B cihazına bir paket gönderilmek istendiğinde hub kendisine gelen paketi tüm portlarına ileteceği için switche gelen paketin kaynak MAC adresi ile hedef MAC adresi aynı port üzerinde bulunduğundan (yani E0) switch kendine gelen bu paketi iletmeme kararı alacaktır.

Yine aynı şekilde PC-A cihazından PC-E cihazına bir paket gönderilmek istendiğinde yine aynı şekilde switch kaynak MAC adresi ile hedef MAC adresinin MAC tablosundaki port karşılıklarına bakarak farklı portunda yer alması nedeniyle bu paketi iletme kararı alcaktır.

Peki Switchler MAC Adreslerini Nasıl Öğreniyor?

Switchler MAC adres tablosunu oluşturabilmek için dinamik olarak ağdaki MAC adreslerini öğrenirler. Switchler oluşturdukları bu tablolar sayesinde bir paketin iletilip iletilmemesine karar verirler. Switchler kendilerine gelen çerçevelerin kaynak MAC adresine bakarak MAC adres tablolarını oluştururlar. Switche gelen çerçevenin kaynak MAC adresi MAC adres tablosunda bulunmuyorsa hemen eklenir. MAC adres tablosuna çerçevenin kaynak MAC adresi eklenirken aynı zamanda geldiği port da eklenir. Switche gelen çerçevenin hedef MAC adresi MAC adres tablosunda yer almıyorsa bu çerçeve switch tarafından  geldiği port hariç tüm portlara iletilir.

Ek Bilgi: Switchler broadcast çerçeveleri geldiği port hariç tüm portlara iletir. Ayrıca köprüler tarafından LAN Broadcast ve tekli yayın çerçeveleri tüm portlara iletilir. LAN genel yayın çerçeveleri LAN'da bulunan tüm cihazlar tarafından alınırlar.

Genel olarak bu yazıyı özetlemek gerekirse;

1. Switch çerçeveyi alır.
2. Çerçevenin hedef MAC adresi broadcast (yani genel yayın) yada multicast (yani çoklu dağıtım) adresi ise çerçevenin geldiği port dışındaki tüm portlara iletilir.
3. Eğer hedef MAC adres, MAC adres tablosunda yer almayan (yani bilinmeyen) bir unicast (yani tekli yayın) adresi ise geldiği port hariç diğer tüm portlara iletilir.
4. Eğer hedef MAC adres, MAC adres tablosunda bulunan bir unicast (yani tekli yayın) adresi ise ve geldiği port ile gideceği port aynı değilse çerçeve ilgili porta iletilir.
5. Diğer tüm durumlarda çerçeve iletilmez.