سوئیچ شبکه چیست؟ نحوه کار و انواع آن

سوئیچ شبکه چیست، در واقع مجموعه ای از راه هایی است که دستگاه های موجود در یک شبکه را به هم متصل می کند و به آنها اجازه می دهد اطلاعات را با هم تبادل کنند. این دستگاه ها می توانند رایانه یا دستگاه های دیگر مانند چاپگر، مودم، مودم و هر دستگاهی که از پروتکل های شبکه پشتیبانی می کند باشد. سوئیچ ها دستگاه های سخت افزاری هستند که می توانند شبکه های فیزیکی یا دستگاه های مجازی مبتنی بر نرم افزار را مدیریت کنند. در آدم روش کار و انواع آن و موارد دیگر را با هم خواهیم دید.

سوئیچ‌های شبکه معمولاً در لایه پیوند داده یا لایه 2 مدل Open Systems Interconnection (OSI) کار می‌کنند. اما در سوئیچ‌های پیچیده‌تر مانند سیسکو، با استفاده از نرم‌افزار، می‌توان از آنها در بخش مدیریت و لایه 3 نیز استفاده کرد. در یک شبکه محلی (LAN) با استفاده از پروتکل شبکه، سوئیچ تعیین می‌کند که هر فریم پیام ورودی را کجا ارسال کند. آدرس کنترل دسترسی رسانه (MAC)

سوئیچ ها جداولی را نگهداری می کنند که هر آدرس MAC را به پورت دریافت کننده آدرس MAC نگاشت می کند. به طور خلاصه، هر اطلاعاتی که به آن می رسد مشخص می کند که برای کدام دستگاه است و برای آن ارسال می کند. دانستن مک آدرس و IP به درک بهتر موضوع کمک می کند.

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

مقاله مفید: آدرس IP چیست؟

سوئیچ 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 می تواند بسیار متفاوت باشد. سوئیچ شبکه به روش های زیر قابل نصب است که در سه دسته به بررسی مدل های نصب آن می پردازیم.

• سوئیچ های پایان/دسترسی: این سوئیچ ها ترافیک شبکه ورودی یا خروجی را مدیریت می کنند. دستگاه هایی مانند کامپیوتر و نقاط دسترسی به سوئیچ های لبه متصل می شوند.
• سوئیچ های تخصیص (جمع/تخصیص): این سوئیچ ها در یک لایه میانی از توپولوژی شبکه قرار می گیرند. سوئیچ های دسترسی به آنها متصل می شوند و ترافیک را از یک سوئیچ به سوییچ دیگر هدایت می کنند یا آن را به سوئیچ های اصلی هدایت می کنند.
• سوئیچ های اصلی: این سوئیچ های شبکه، ستون فقرات شبکه را تشکیل می دهند. همه سوئیچ ها مستقیماً از طریق سوئیچ های رابط به این دستگاه متصل می شوند. روترها و سرورها نیز می توانند به این دستگاه متصل شوند.

اگر یک فریم داده به یک آدرس MAC ارسال شود که اطلاعات آن روی سوئیچ ها وجود ندارد، این اطلاعات به تمام پورت ها در دامنه سوئیچینگ می رود. فریم های داده نیز برای چندپخشی و پخش ارسال می شوند. وقتی دستگاهی تایید کرد که این MAC برای من است، اطلاعات برای آن ارسال می شود و مشخصات آن نیز در سوئیچ های سری بعدی ذخیره می شود.

بسیاری از مراکز داده از معماری ستون فقرات استفاده می کنند که لایه تجمع را حذف می کند. در این طرح، سرورها و دستگاه های ذخیره سازی به سوئیچ های برگ (سوئیچ های انتهایی) متصل می شوند. هر سوئیچ برگ به دو یا چند کلید اصلی (اصلی) متصل است. این باعث کاهش تعداد انتقال داده ها (یک پرش از هر دستگاه به دستگاه بعدی) برای رسیدن از مبدا به مقصد می شود و در نتیجه تاخیر را کاهش می دهد.

برخی از مراکز داده یک طراحی شبکه مشبک ایجاد می کنند که باعث می شود هر دستگاه روی یک سوئیچ بزرگ و یکپارچه ظاهر شود. این رویکرد تاخیر را به حداقل می رساند. برنامه های کاربردی 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 با سرعت های مختلف فراهم می کنند.

با این حال، همه شبکه ها از سوئیچ استفاده نمی کنند. روش های قدیمی تری نیز وجود دارد. شبکه را می توان از طریق یک حلقه، اتوبوس، هاب یا تکرار کننده متصل کرد. در این شبکه ها، هر دستگاه متصل به شبکه، تمام ترافیک را می بیند و ترافیک مربوط به آن را می خواند. همچنین می توان با اتصال مستقیم کامپیوترها به یکدیگر بدون لایه جداگانه ای از دستگاه های شبکه، یک شبکه ایجاد کرد. این رویکرد بیشتر برای HPC است که به تأخیرهای زیر 5 میکروثانیه نیاز دارد و برای طراحی، اتصال و مدیریت بسیار پیچیده است. همچنین ترافیک و کندی زیادی در این مدل وجود دارد.

مطالب پیشنهادی: راه اندازی اتاق سرور

انواع سوئیچ های شبکه چیست؟

برای بررسی انواع سوئیچ های شبکه و تفاوت آنها، دسته بندی های اصلی را بررسی می کنیم.

• سوئیچ های مجازی: مدل سوییچ نرم افزاری است که در محیط های مجازی نصب می شود.
• سوئیچ های مسیریابی: این مدل شبکه های LAN را متصل می کند. آنها علاوه بر انجام سوئیچینگ لایه 2 مبتنی بر MAC، عملکردهای مسیریابی لایه 3 OSI (لایه شبکه) و مسیریابی ترافیک را بر اساس آدرس IP در هر بسته انجام می دهند. Vlaning در مدل های پیشرفته امکان پذیر است.
• سوئیچ های کنترل: این دستگاه ها به کاربر اجازه می دهند هر پورت سوئیچ را به صورت جداگانه پیکربندی کند. به این ترتیب می توانید بیشتر مدیریت کنید. سوئیچ‌های هوشمند را می‌توان به گونه‌ای پیکربندی کرد که کنترل بیشتری بر ترافیک داده‌ها فراهم کند، اما نسبت به سوئیچ‌های مدیریت‌شده محدودتر هستند. سوئیچ های هوشمند به عنوان سوئیچ های نیمه کنترل نیز شناخته می شوند.
• سوئیچ های ساده یا غیر قابل کنترل: آنها به تجهیزات شبکه اجازه می دهند تا به طور خودکار داده ها را ارسال کنند، که پارامترهایی مانند سرعت انتقال داده را تعیین می کند. تنظیمات ثابت هستند و قابل ویرایش نیستند.
• سوئیچ های قابل انباشته: وقتی تعداد تجهیزات بیشتر از پورت های سوئیچ باشد، تعداد بیشتری از آنها با هم نصب می شوند. آنها به یک سیم پیچ مخصوص به نام Stack متصل می شوند و وضعیت یک دستگاه را خواهند داشت.
• سوئیچ های مدولار: در این مدل یک شماره شاسی داریم که خالی است. بر اساس تعداد مورد نیاز کارت با تعداد پورت و انواع مختلف، خریداری و بر روی آن نصب می شود.

شرکت های مختلفی در زمینه تولید کلید فعالیت می کنند. یکی از بزرگترین و معروف ترین آنها سیسکو است.

مقاله پیشنهادی: پیکربندی VLAN ها در سوئیچ سیسکو

کاربردهای مختلف سوئیچ شبکه

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

در زیر کاربردهای مختلف سوئیچ های شبکه آورده شده است:

• سوئیچ های شبکه با خودکار کردن اتصالات لینک، اتصال کارآمد، سرعت و سهولت استفاده را در بین دستگاه های شبکه فراهم می کنند، که پیکربندی دستی و وقت گیر را حذف می کند.
• سوئیچ ها به ایجاد یک شبکه مطمئن تر و ایمن تر کمک می کنند زیرا سطحی از کنترل را بر نحوه انتقال داده ها فراهم می کنند.
• هنگامی که دستگاه‌های شبکه جداگانه باید با استفاده از یک پیوند فیزیکی وصل شوند، سوئیچ‌های شبکه مورد نیاز هستند زیرا دارای چندین پورت در جلو هستند. این پورت ها معمولا پورت های RJ-45 برای کابل های اترنت هستند. سوئیچ های پورت نوری نیز با مصرف بیشتر کور وجود دارد. با این حال، تعداد پورت ها ممکن است متفاوت باشد.
• سوئیچ ها همچنین می توانند در حالت دورو کامل کار کنند و امکان انتقال و دریافت همزمان داده ها در شبکه را فراهم کنند. در مقایسه با هاب هایی که فقط حالت نیمه دوبلکس را مجاز می کنند، سرعت شبکه را عملاً چهار برابر می کند.
• سوئیچ های شبکه برای شبکه های خانگی و سناریوهایی که به طور منظم از سرویس های جریان پرقدرت استفاده می شود، مفید هستند. اگر به روشی مطمئن برای استریم یا استریم ویدیوی 4K نیاز دارید، این موارد به ویژه مفید هستند.
• از آنجا که سوئیچ های شبکه فهرستی از آدرس های MAC منحصر به فرد هر دستگاه متصل را حفظ می کنند، بیشتر ارتباطات شبکه فقط به مقصد مورد نظر هدایت می شوند و به همه دستگاه های متصل پخش نمی شوند. این کار باعث کاهش برخورد و حذف ترافیک پخش در شبکه می شود.

مطالب پیشنهادی: کابل شبکه چیست؟

نحوه راه اندازی سوئیچ شبکه

روش راه اندازی سوئیچ شبکه چیست؟ بسته به نوع شبکه می توان از انواع سوئیچ ها استفاده کرد. برای یک LAN اداری کوچک یا شبکه خانگی، سوئیچ شبکه معمولا به یکی از پورت های روتر متصل می شود. تجهیزات دیگری مانند رایانه، چاپگر، دستگاه های کنترل ترافیک و … از طریق کابل های مستقیم شبکه به پورت های آن متصل می شوند. شما همچنین ممکن است یک دستگاه بی سیم داشته باشید، آن دستگاه به AP وصل شده است و AP با یک کابل به سوئیچ متصل است.

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

• سوئیچ بر اساس نیاز و نیاز شبکه خریداری می شود.
• پورت سوئیچ از طریق 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 در سوئیچ پورت uplink وجود نداشته باشد، می توان از هر پورتی برای اتصال به روتر استفاده کرد.
• پس از اتصال فیزیکی سوئیچ به تجهیزات، در صورت مدیریت، آدرس IP دستگاه ها و عناصر داخلی پیکربندی می شود.

تفاوت بین 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 واقع تابع روتر را به آن اضافه می کنیم. روتر در اصل 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 LAN، اشتراک منابع داخلی را تسهیل می کند.
• برای تعیین مسیر و مقصد بسته، روتر آدرس های IP بسته ها را بررسی می کند. سوئیچ به آدرس MAC هر دستگاه نگاه می کند تا داده ها را به مقصد صحیح هدایت 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 پیچیده‌تر از روتر است، زیرا برخلاف روتر، از الگوریتم‌های مسیریابی برای مسیریابی داده‌ها در اطراف شبکه‌های بزرگ استفاده نمی‌کند.
• روترها می توانند در شبکه های سیمی و Wi-Fi کار کنند، اما سوئیچ ها به اتصالات شبکه سیمی محدود می شوند.
• 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 بین سوئیچ و هاب

تفاوت اصلی بین سوئیچ شبکه و هاب در نگهداری آدرس مک و مدیریت ترافیک چیست؟ سوئیچ اطلاعات را در خود ذخیره می کند و اطلاعات را برای هر دستگاه فقط برای آن ارسال می کند. مانند یک چند مسیر ساده، هاب اطلاعات را در سراسر شبکه توزیع می کند.

• در حالی که یک سوئیچ شبکه یک دستگاه لایه 2 در مدل OSI است، یک هاب یک دستگاه فیزیکی لایه 1 است.
• هاب در مقایسه با سوئیچ شبکه نسبتاً ساده است، زیرا برخلاف سوئیچ، آدرس رایانه‌هایی را که ترافیک را به آن‌ها ارسال می‌کند، پیگیری نمی‌کند.
• هدف هاب اتصال تمام گره های شبکه است، در حالی که 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 داده های ورودی و خروجی را مانند سوئیچ شبکه پردازش کند، برخوردهای زیادی در ارتباطات وجود دارد که به معنای افزایش ترافیک و تاخیر است.
• سوئیچ ها با بافر کردن فریم های اترنت از برخورد جلوگیری می کنند، اما هاب ها نمی توانند زیرا دستگاه ها در یک جریان ثابت هستند.