سوئیچ شبکه چیست؟  چگونه کار میکند و انواع آن

سوئیچ شبکه چیست، در حقیقت یک چند راهی هستند که دستگاه‌های موجود در یک شبکه را به یکدیگر وصل میکنند می‌کند و آنها را قادر می‌سازد تا با هم به تبادل اطلاعات بپردازند. این دستگاه ها میتوانند کامپیوتر، یا تجهزات دیگر مانند پرینتر، مودم، پوز و هر وسیله ای باشند که از پروتکل شبکه پیشتیبانی میکدد، باشد. سوئیچ ها دستگاه های سخت افزاری هستند که میتوانند شبکه های فیزیکی یا دستگاه های مجازی مبتنی بر نرم افزار را نیز مدیریت می کنند. در ادمه روش کار و انواع آن و بقیه موارد را با هم میبینیم.

سوییچ های شبکه در حالت عادی بر روی لایه پیوند داده یا لایه 2 مدل Open Systems Interconnection (OSI) کار می کند. اما در سوییچ های پیشرفته تر مانند سیسکو، با استفاده از نرم افزار، در بخش های مدیریتی و لایه 3 نیز قابل بهره برداری هستند. در یک شبکه محلی (LAN) با استفاده از پروتکل شبکه، یک سوئیچ تعیین می کند که هر فریم پیام ورودی را با نگاه کردن به آدرس کنترل دسترسی رسانه (MAC) کجا ارسال کند.

سوئیچ ها جداولی را نگه می دارند که هر آدرس MAC را با پورت دریافت کننده آدرس MAC مطابقت می دهد. به طور خلاصه هر اطلاعاتی که به سمت آن می آید، تشخیص میدهد که برای کدام وسیله است و برای آن ارسال میکند. آشنایی با مک آدرس و IP کمک شایانی به درک بهتر مطلب مینماید.

مطلب پیشنهادی: مک آدرس چیست و چگونه آن را پیدا کنیم.

مطلب سودمند: آدرس IP چیست

سوییچ شبکه چگونه کار می کند

همه سوئیچ های شبکه داده ها را از یک مکان به مکان دیگر منتقل می کنند، اما تنظیمات سخت افزاری و نرم افزاری آنها چیست، می تواند بسیار متفاوت باشد. سوئیچ شبکه را می توان به روش های زیر مستقر کرد که مدل های نصب آن را در سه دسته بررسی میکنیم.

• سوئیچ های لبه یا دسترسی (Edge/access): این سوئیچ ها ترافیک ورودی یا خروجی از شبکه را مدیریت می کنند. دستگاه هایی مانند رایانه ها و AP ها به سوئیچ های لبه متصل می شوند.
• سوئیچ های توزیع (Aggregation/distribution): این سوئیچ ها در یک لایه میانی توپولوژی شبکه قرار می گیرند. سوئیچ های اکسس به این ها متصل می شوند و ترافیک را از یک سوییچ به سوییچ دیگر ارسال می کنند یا آن را به سوئیچ های اصلی ارسال می کنند.
• سوئیچ های کور یا مرکزی (Core switches): این سوئیچ های شبکه، ستون فقرات شبکه را تشکیل می دهند. تمامی سوئیچ های فرعی چه مستقیم جه از طریق سوئیچ های واسط، به این دستگاه وصل میشود. ممکن است روتر ها و سرور ها نیز به این دستگاه متصل گردند.

اگر یک فریم داده به یک آدرس MAC که اطلاعات آن در سوئیچ ها وجود ندارد، فرستاده شود، این اطلاعات به تمام پورت‌های حوزه سوئیچینگ سرازیر می‌شود. فریم های داده برای چندپخشی و پخش نیز گسیل شده اند. وقتی یک دستگاه تاییدیه داد که این MAC برای من است، اطلاعات برای آن ارسال شده و مشخصات آن نیز برای سری بعد، در سوئیچ ها ذخیره میشود.

بسیاری از مراکز داده از معماری برگ ستونی spine-leaf استفاده می کنند که لایه تجمیع را حذف می کند. در این طراحی سرورها و ذخیره ساز ها به سوئیچ های برگ (سوئیچ لبه) متصل می شوند. هر سوئیچ برگ به دو یا چند سوئیچ ستون فقرات (هسته) متصل می شود. این باعث کاهش تعداد داده‌های هاپ ( هر دستگاه به دستگاه بعدی یک هاپ است) برای رسیدن از منبع به مقصد می‌شود، بنابراین تأخیر را کاهش می‌دهد.

برخی از مراکز داده یک طرح شبکه مانند مش ایجاد می کنند که باعث می شود هر دستگاه روی یک سوئیچ بزرگ و یکپارچه به نظر برسد. این رویکرد تأخیر را به حداقل خود کاهش می دهد. برنامه های کاربردی پر تقاضا که از محاسبات با کارایی بالا (HPC) استفاده می کنند، اغلب از این رویکرد استفاده می کنند.

برای مشاغل کوچک و شبکه های خانگی، سوئیچ ها ارتباط بین تجهیزات را، در سرعت های مختلف فراهم میسازند.

با این حال، همه شبکه ها از سوئیچ استفاده نمی کنند. روش های قدیمی تر نیز وجود دارد. یک شبکه ممکن است از روش رینگ، باس، هاب یا تکرار کننده متصل شود. در این شبکه ها، هر دستگاه متصل به شبکه، تمام ترافیک را می بیند و ترافیک مربوط به خود را می خواند. یک شبکه همچنین می تواند با اتصال مستقیم کامپیوترها به یکدیگر بدون لایه جداگانه ای از دستگاه های شبکه ایجاد شود. این رویکرد بیشتر برای HPC است که به تاخیرهای زیر 5 میکروثانیه نیاز دارد و طراحی، سیم کشی و مدیریت آن بسیار پیچیده است. ترافیک زیاد و کندی نیز در این مدل وجود دارد.

مطلب پیشنهادی: راه اندازی اتاق سرور

انواع سوئیچ شبکه چیست

برای بررسی انواع سوئیچ شبکه چیست و تفاوت های آنها، دسته بندی های عمده های عمده را بررسی میکنیم..

• سوئیچ‌های مجازی: یک مدل سوئیچ‌ نرم‌افزاری است که در محیط‌ های مجازی نصب می‌شوند.
• سوئیچ های مسیریابی: این مدل شبکه های محلی را به هم متصل می کنند. آنها علاوه بر انجام سوئیچینگ لایه 2 مبتنی بر MAC، عملکردهای مسیریابی را در لایه 3 OSI (لایه شبکه) انجام می دهند و ترافیک را بر اساس آدرس IP در هر بسته هدایت می کنند. امکان Vlan بندی در مدل های پیشرفته وجود دارد.
• سوئیچ های مدیریتی: این وسیله به کاربر این اجازه را می دهند که هر پورت روی سوئیچ را جداگانه تنظیم کند. در این روش امکان مدیریت بیشتری برای شما فراهم است. سوئیچ‌های هوشمند را می‌توان به گونه‌ای پیکربندی کرد که کنترل بیشتری بر انتقال داده‌ها ایجاد کند، اما در مقایسه با سوئیچ‌های مدیریت‌شده محدودیت‌های بیشتری دارند. سوئیچ های هوشمند به عنوان سوئیچ های نیمه مدیریت شده نیز شناخته می شوند.
• سوئیچ‌های ساده یا غیر مدیریتی: به تجهیزات تحت شبکه امکان می‌دهند تا داده‌ها را به‌طور خودکار ارسال کنند، که پارامترهایی مانند نرخ داده را تعیین می‌کند. تنظیمات ثابت است و قابل ویرایش نیست.
• سوئیچ های با قابلیت استک: زمانی که تعداد تجهیزات بیشتر از پورت های سوئیچ است، تعداد بیشتری از آن کنار هم نصب میشوند. با کایل مخصوصی که Stack یا پشته نام دارد، بهم وصل شده و حکم یک دستگاه واحد را خواهند داشت.
• سوئیچ‌های ماژولار: در این مدل یک عدد شاسی داریم که خالی است. بر اساس تعداد مورد نیاز کارت با تعداد پورت و انواع مختلف، خریداری شده و روی آن نصب می گردد.

شرکت های مختلفی به تولید انواع سوییچ مشغول هستند. یکی از بزرگترین و معروف ترین آنها سیسکو می باشد.

مطلب پیشنهادی: راه اندازی VLAN در سوییچ سیسکو

کاربردهای مختلف سوئیچ های شبکه

سوئیچ نقش مهمی در ارائه اتصال به اینترنت و ارتباطات شبکه در سراسر یک شبکه ایفا می کند.

موارد زیر موارد استفاده مختلف سوئیچ های شبکه است:

• سوئیچ های شبکه با خودکار کردن اتصالات پیوند، که تنظیمات دستی و زمان بر را حذف می کند، اتصال موثر، سرعت و سهولت استفاده را در بین دستگاه های شبکه فراهم می کند.
• سوئیچ ها به ایجاد یک شبکه قابل اطمینان تر و ایمن تر کمک می کنند زیرا سطحی از کنترل را بر نحوه انتقال داده ها فراهم می کنند.
• هنگامی که دستگاه های شبکه جداگانه باید با استفاده از یک اتصال فیزیکی متصل شوند، سوئیچ های شبکه مورد نیاز است، زیرا آنها چندین پورت در جلو دارند. معمولاً این پورت ها پورت های RJ-45 برای کابل های اترنت هستند. سوییچ های با پورت فیبر با مصرف عمدتا کور سوییچ، نیز وجود دارند. با این حال، تعداد پورت ها می تواند متفاوت باشد.
• سوئیچ ها همچنین می توانند در حالت تمام دوبلکس کار کنند که انتقال و دریافت همزمان داده ها را در سراسر شبکه امکان پذیر می کند. در مقایسه با هاب ها که فقط حالت نیمه دوبلکس را فعال می کنند، سوئیچ ها عملا سرعت شبکه را چهار برابر می کنند.
• سوئیچ‌های شبکه برای شبکه‌های خانگی و سناریوهایی که از سرویس‌های پخش پرقدرت به طور منظم استفاده می‌شوند، مفید هستند. آنها به ویژه در صورتی مفید هستند که به روشی مطمئن برای پخش یا پخش ویدیوی 4K نیاز داشته باشید.
• از آنجایی که سوئیچ‌های شبکه فهرستی از آدرس‌های مک متمایز هر دستگاه متصل به خود را حفظ می‌کنند، بیشتر ارتباطات شبکه تنها به مقصد مورد نظر هدایت می‌شوند و به همه دستگاه‌های متصل پخش نمی‌شوند. این باعث کاهش برخوردها و حذف ترافیک پخش در یک شبکه می شود.

مطلب پیشنهادی: کابل شبکه چیست

چگونه یک سوئیچ شبکه راه اندازی کنیم

روش راه اندازی سوئیچ شبکه چیست ؟ بسته به نوع شبکه می توان از انواع مختلف سوییچ ها استفاده کرد. برای یک LAN اداری کوچک یا یک شبکه خانگی، یک سوئیچ شبکه معمولاً به یکی از پورت‌های روتر وصل می‌شود. تجهیزات دیگر مانند کامپیوتر ها، چاپگرها، دستگاه کنترل تردد و غیره از طریق کابل شبکه مستقیم، به پورت های آن وصل میشوند. ممکن است دستگاه وایرلس هم داشته باشید، این دستگاه به AP وصل شده و AP باکابل به سوئیچ وصل میشود.

مراحل معمولی در راه اندازی سوئیچ شبکه به شرح زیر است:

• سوئیچ بر اساس نیاز و نیاز شبکه خریداری می شود.
• پورت سوئیچ با استفاده از یک کابل مستقیم به روتر متصل می شود. اکثر سوئیچ ها دارای پورت های uplink هستند که برای اتصال به دستگاه هایی مانند روتر یا سایر سوئیچ ها استفاده می شود. با این حال، اگر یک پورت uplink روی سوئیچ وجود نداشته باشد، می توان از هر پورتی برای اتصال به روتر استفاده کرد.
• پس از اتصال فیزیکی سوئیچ به تجهیزات، در صورت مدیریتی بودن، آدرس های IP دستگاه ها و موارد داخلی پیکربندی می شوند.

تفاوت سوئیچ شبکه و روتر

سوئیچ های شبکه را می توان به راحتی با روترها اشتباه گرفت. با این حال، آنها عملکردهای متفاوتی دارند و در لایه های جداگانه عمل می کنند.

• سوئیچ شبکه یک دستگاه لایه 2 در مدل OSI است. در مدل لایه 3، در حقیقت عملکرد روتر را به آن اضافه میکنیم. روتر در درجه اول یک دستگاه لایه 3 است.
• یک روتر داده ها را بین دو یا چند شبکه کامپیوتری جابجا می کند، در حالی که یک سوئیچ با اتصال چندین دستگاه در یک شبکه LAN، اشتراک منابع داخلی را تسهیل می کند.
• برای تعیین مسیر و مقصد یک بسته، روتر آدرس های IP بسته ها را بررسی می کند. یک سوئیچ به آدرس MAC هر دستگاه نگاه می کند تا داده ها را به مقصد صحیح منتقل کند.
• روترها از بسته های داده استفاده می کنند، در حالی که سوئیچ ها که بخشی از لایه پیوند داده هستند، معمولاً با فریم های داده کار می کنند.
• سوئیچ نسبت به روتر پیچیده تر است زیرا برخلاف روتر، از الگوریتم های مسیریابی برای هدایت داده ها در اطراف شبکه های بزرگ استفاده نمی کند.
• روترها می توانند هم در شبکه های سیمی و هم در شبکه های Wi-Fi کار کنند، اما سوئیچ به اتصالات شبکه سیمی محدود می شود.
• روتر ترجمه آدرس شبکه، NetFlow و کیفیت خدمات را ارائه می دهد، در حالی که سوئیچ هیچ یک از این خدمات را ارائه نمی دهد.

تفاوت سوئیچ و هاب

تفاوت اصلی سوئیچ شبکه و هاب چیست در نگهداری MAC آدرس و مدیریت ترافیک است. سوئیچ اطلاعات را در خود ذخیره کرده، و اطلاعات هر دستگاه را فقط برای آن ارسال میکند. هاب مانند یک چند راهی ساده، اطلاعات را در کل شبکه پخش میکند.

• در حالی که یک سوئیچ شبکه یک دستگاه لایه 2 در مدل OSI است، یک هاب یک دستگاه فیزیکی لایه 1 است.
• یک هاب در مقایسه با سوئیچ شبکه نسبتاً ساده است، زیرا برخلاف سوئیچ، آدرس رایانه‌هایی را که ترافیک را به آن‌ها منتقل می‌کند، پیگیری نمی‌کند.
• هدف یک هاب اتصال تمام گره های یک شبکه است، در حالی که یک سوئیچ اترنت تمام دستگاه های شبکه را به هم متصل می کند و بسته های داده را بین آن دستگاه ها منتقل می کند.
• از آنجایی که هاب نمی تواند مانند سوئیچ شبکه، داده های ورودی و خروجی را مدیریت کند، برخوردهای ارتباطی زیادی وجود دارد و این به معنی افزایش ترافیک و کندی است.
• سوئیچ‌ها با بافر کردن فریم‌های اترنت از برخورد جلوگیری می‌کنند، اما هاب‌ها نمی‌توانند از برخورد جلوگیری کنند زیرا دستگاه‌ها روی یک استریم همیشگی قرار دارند.