همه چیز در مورد سوئیچ شبکه و کاربرد آن

سوئیچ ها نقش مهمی را در انتقاال داده بین کامپیوتر و سایر اجزا بر عهده دارد، از این رو در این مقاله به همه چیز در مورد سوئیچ شبکه و کاربرد آن خواهیم پرداخت.

در دنیای مدرن امروزی، با توجه به پیشرفت تکنولوژی، دسترسی به اینترنت و شبکه های مختلف مختص و محدود به مناطق جغرافیایی نیست.  بلکه به واسطه شبکه های کامپیوتری، همه شرکت ها و سازمان ها در هر نقطه ای از دنیا به یکدیگر متصل شده اند. همه کاربران و کارکنان این سازمانها و شرکت ها می توانند در هر نقطه ای از دنیا ، تنها با در اختیار داشتن یک لپ تاپ، کامپیوتر و یا تلفن همراه با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و به منابع مورد نیاز خود دسترسی پیدا کنند. کامپیوتر ها و دیوایس ها جهت انتقال اطلاعات در یک شبکه توسط یک سوئیچ به یکدیگر متصل شده اند. سوئیچ ها نقش مهمی را در انتقاال داده بین کامپیوتر و سایر اجزا بر عهده دارد، از این رو در این مقاله به همه چیز در مورد سوئیچ شبکه و کاربرد آن خواهیم پرداخت.

سوئیچ شبکه چیست؟

سوئیچ شبکه، سخت افزاری کوچک است که در یک شبکه  LAN (Local Area Network) امکان انتقال بسته های دیتا را بین چندین کامپیوتر و یا دستگاه، بر اساس آدرس سخت افزاری (Mac addresses) فراهم می کند. برای اتصال Node ها در یک شبکه از دستگاه هایی چون هاب، روتر و سوئیچ استفاده می شود. از مهم ترین  و اصلی ترین ویژگی های سوئیچ شبکه می توان به سرعت ارتباطات و تفکیک شبکه به بخش های کوچکتر اشاره کرد. این ویژگی امکان مدیریت آسانتر و سریعتر شبکه را فراهم می کند.

کاربرد سوئیچ شبکه

سوئیچ شبکه می تواند شرایطی را فراهم کند تا چند دستگاه (کامپیوترها، پرینتر و سرور شبکه) را در یک ساختمان به یکدیگر متصل شوند.  اطلاعات را با یکدیگر به اشتراک گذاشته و دریافت نمایند. اشتراک گذاری اطلاعت در یک شبکه، موجب افزایش بهره وری شبکه و صرفه جویی در هزینه ها در یک شرکت یا سازمان می شود. 

اطلاعات در یک شبکه به صورت بسته دیتا و فریم بین دستگاه ها جا به جا می شود. فریم ها شامل اطلاعات آدرس (MAC Address) مبدا  و آدرس مقصد هستند. هر دستگاهی مک آدرس مختص و منحصر به فرد خود را دارد. از آنجایی که مک آدرس مقصد در فریم وجود دارد، سوئیچ پورت  با در دست داشتن مک آدرس مقصد، مقصد را شناسایی کرده و بسته داده را به پورت مربوطه ارسال می کند.  مک آدرس ها در جدولی با نام جدول مک آدرس ذخیره شده اند.

جدول مک آدرس در سوئیچ (Mac Address Table)

زمانی که دستگاه ارسال کننده اطلاعات، فریمی را به سوئیچ ارسال می کند، سوئیچ مک آدرس مبدا را از فریم می خواند، در صورتی که  مک آدرس مبدا در جدول وجود نداشته باشد، آن را به جدول اضافه می کند. سوئیچ مک آدرس مقصد را نیزشناسایی می کند، در صورتی  که سوئیچ تطابقی بین محل آدرس مقصد و مک آدرس های موجود در جدول بیابد، داده را به پورت مربوطه ارسال می کند.

چنانچه تطابقی وجود نداشت، در این صورت سوئیچ بسته را به تمام آدرس ها بجز پورت مبدا می فرستد. بسته داده توسط سایر دستگاه ها Fail شده و تنها گیرنده آن را دریافت می کند.

به مرور زمان با اتصال هر دستگاه جدید به سوئیچ، مک آدرس آن به جدول افزوده می شود. به اینصورت جدول مک آدرس به روز و کامل تر می شود.

مشاهده انواع روتر سیسکو

انواع سوئیچ شبکه

در شبکه های LAN از انواع مختلف سوئیچ شبکه استفاده می شود. استفاده از سوئیچ شبکه  با سرعت بخشیدن به ارتباطات و تفکیک شبکه به بخش های کوچکتر مدیریت شبکه را آسانتر و سریعتر می کند. سوئیچ های LAN  تحت عنوان های LAN Switch یا Ethernat Switch و Data Switch هم شناخته می شوند. در سوئیچ اترنت انتشار بسته اطلاعاتی فقط به گیرنده انجام شده و موجب کاهش گلوگاه و Congestion می شود.

انواع سوئیچ شبکه از نظر نرم افزاری و مدیریتی عبارتند از :

1. سوئیچ غیرمدیریتی (Unmanaged)
2. سوئیچ مدیریتی  (Managed)
3. سوئیچ هوشمند  (Smart Switch)
4. سوئیچ لایه ۳
5. سوئیچ دیتاسنتری

انواع سوئیچ شبکه از نظر سخت افزاری عبارتند از :

1. سوئیچ  Fixed
2. سوئیچ ماژولار  (Modular Switches)
3. سوئیچ  Stackable
4. سوئیچ  PoE
5. سوئیچ فیبرنوری

سوئیچ شبکه های نرم افزاری و مدیریتی:

سوئیچ غیرمدیریتی (Unmanaged)

سوئیچ غیر مدیریتی (unmanaged switch) بلافاصله بعد از نصب شروع به کار می کند و در واقع Plug and Play هستند. از این رو در شرکت های کوچک و شبکه های خانگی مورد استفاده قرار می گیرد. با استفاده از این سوئیچ ها می توان به راحتی  دستگاه هایی مثل PC و پرینتر  تحت شبکه و روتر و وای فای را به هم متصل نمود.

سوئیچ های غیر مدیریتی برای  متصل شدن به یکدیگر  تنها به کابل نیاز دارند.  این سوئیچ ها با کانفیگ ثابتی تولید و به بازار عرضه می شوند و نمی توان هیچ تغییری در آنها به وجود آورد. سوئیچ های غیر مدیریتی تنها قادر به بر قراری ارتباط بین دستگاههای  یک VLAN به یکدیگر هستند و اتصال  لایه دو را فراهم می کنند.

این سوئیچ  ها موجب می شوند تا دستگاه های اترنت به صورت اتوماتیک با سایر دستگاهها ارتباط برقرار کنند.  

سوئیچ های غیرمدیریتی اغلب در شبکه‌های خانگی و شرکت‌های کوچک استفاده می‌شوند. سوئیچ های غیر مدیریتی  به طور اتوماتیک موجب برقرای ارتباط دستگاه اترنت با سایر دستگاه ها می شوند. این ارتباط خودکار با استفاده از Auto-Negotiation و پارامتر هایی مثل Data Rate، استفاده از حالت دوطرفه (Full Duplex) یا یک طرفه (Half Duplex) مشخص می‌شود.

سوئیچ مدیریتی  (managed switch)

سوئیچ مدیریتی (managed switch)  سوئیچ هایی هستند که نسبت به سوئیچ های غیر مدیریتی، کنترل بیشتری بر ترافیک LAN دارد.  مهم ترین تفاوت بین سوئیچ مدیریتی و غیر مدیریتی، توانایی کانفیگ  کردن سوئیچ و اولویت دهی  به ترافیک LAN است.

همه سوئیچ ها جدول مک آدرس دارند.  برای اینکه بتوانیم  نحوه عمل سوئیچ بر روی جدول مک آدرس را تعیین کنیم، به روشی برای مدیریت فعالیت سوئیچ نیاز است. بایستی خروجی وجود داشته باشد که بتوان به سیستم عامل درون سوئیچ دستورات  لازم را را جهت باید ها و نباید ها صادر کرد.

سوئیچ های مدیریتی دارای سیستم عامل مستقلی  هستند که به وسیله آن فرآیندهای اجرایی  یا همان دستورات به سوئیچ اعلام می شود.

استفاده از سوئیچ های  مدیریتی برای شبکه هایی که مدت زمان کوتاهی  برای پاسخ دهی نیاز دارند مناسب است. به عنوان مثال  در سازمان هایی  که نیاز به کنترل شبکه از راه دور دارند، شبکه سوئیچ مدیریتی امکان کنترل داده ها، پهنای باند و ترافیک را برای کاربران فراهم می کند.

مشاهده انواع ماژول سیسکو

سوئیچ هوشمند  (Smart Switch)

سوئیچ هوشمند (smart switch) قابلیتی بین سوئیچ مدیریتی و غیر مدیریتی را دارد. سوئیچ هوشمند دارای قابلیت ابتدایی مدیریتی هستند. اینترفیس مدیریتی آسان تر و قابلیت های مدیریتی محدودتری نسبت به سوئیچ های مدیریتی هستند. سوئیچ های هوشمند دارای قابلیت مهم زیر می باشد:

• VLAN
• speed/duplex control
• SNMP

سوئیچ اسمارت‎های هوشمند در  LAN هایی که از Allocation و Data Transfer پشتیبانی می کنند کاربرد دارند. همچنین از این سوئیچ ها در شرکت ها و محیط های کاری کوچک که نیاز های پیچیده ای ندارند و  یا به عنوان Edge در شبکه های بزرگتر مثل دفاتر یا شعبات راه دور شرکت ها و موسسات مورد استفاده قرار می گیرد.

سوئیچ لایه ۳

سوئیچ های شبکه های کامپیوتری معمولا در لایه دوم مدل OSI (لایهData Network) کار می کنند و انتقال فریم های اترنتی از یک پورت به پورت دیگر بر عهده آن است.سوئیچ های لایه 3 سوئیچ های پیچیده تری هستند که، مانند روتر شبکه بسته‌های IP را مسیریابی می‌کنند. این سوئیچ ها در لایه  3 از مدل OSI کار می کنند.

.سوئیچ های لایه 3 نرم افزار های پیچیده ای نسبت به سوئیچ های لایه 2 دارند. این نرم افزار ها قادر به اجرای پروتکل‌های مسیریابی دینامیک مانند RIP و OSPFهستند.

در سوئیچ لایه 2 می توان چند VLAN را کانفیگ کرد اما سوئیچ به طور خودکار قادر به مسیریابی بین آنها نیست. اماد سوئیچ لایه 3 ، خود سوئیچ قادر است  مسیریابی شبکه در سطح IP را بین VLAN ها فراهم کند. این تکنیک مسیریابی داخلی VLAN – inter-vlan routing  نامیده می شود.

سوئیچ دیتاسنتری

سوئیچ های دیتا سنتری دارای ویژگی هایی هستند که امکان  کارایی و سرعت بالا، امنیت بالا، ظرفیت بیشتر، QoS و … را فراهم می کنند. استفاده از سوئیچ های دیتاسنتری امکان پیاده سازی مفهوم  SDN – Software Defined Network و مجازی سازی را فراهم می کنند.

سوئیچ شبکه های سخت افزاری

سوئیچ  Fixed

سوئیچ های  Fixed سوئیچ هایی هستند که تعداد پورت ثابتی  دارند و محبوب ترین سوئیچ های بازار هستند. این سوئیچ ها هم می توانند مدیریتی و هم غیر مدیریتی باشند. امکان استفاده از این سوئیچ ها در همه شبکه ها با اندازه های مختلف وجود دارد. می توان ازآن در شبکه های خانگی، سازمان ها و موسسات بزرگ و کوچک، شرکت های بزرگ و کوچک، استارتاپ ها، دفاتر و شعبات استفاده نمود.

از نظر سرعت و اتصال پورتها انواع مختلفی دارند. معمولا دارای حداقل سرعت ۱ Gbps هستند اما  سوئیچ هایی با سرعتهای بالا مثل ۱۰Gbps و ۴۰Gbps  نیز وجود دارد. نوع اتصال نیز در آنها متفاوت است بعنوان مثال می توانند فیبر نوری یا RJ45 باشند. 

سوئیچ ماژولار  (Modular Switches)

سوئیچ های ماژولار دارای  تعداد پورت های ثابتی نیستند و می توان تعداد پورت ها را برروی کیس توسعه و ارتقا داد. از این رو نسبت به سوئیچ های fixed کارایی بیشتری دارند.

سوئیچ های ماژولار از سوئیچ های fixed گران تر هستند و در شبکه های بزرگ مثل دیتا سنتر  ها و شبکه های سازمان های بزرگ مورد استفاده قرار می گیرند. دارای کیس های بزرگ  با پاور افزونه و چندین فن خنک کننده هستند. با افزودن هر ماژول می توان تعداد پورت و کاربران را افزایش داد. اغلب سوئیچ های ماژولار در لایه سوم کار می کنند و  می توان از آنها به عنوان روتر استفاده نمود.

آشنایی بیشتر با انواع سوئیچ سیسکو

سوئیچ  Stackable

سوئیچ Stackable  ترکیبی از سوئیچ fixed و سوئیچ ماژوالار هستند. در این سوئیچ ها برخی از مدل های سوئیچ های fixed می توانند با سوئیچ های هم مدل خود از طریق کابل مخصوصی به همدیگر وصل شوند و یک سوئیچ با تعداد پورتهای بیشتر را به وجود آورند.

سوئیچ poe

Poe مخفف عبارت Power over Ethernet است. در این سوئیچ ها برق و دیتا از یک کابل منتقل می شوند. از مهم ترین ویژگی های سوئیچ های Poe انعطاف پذیری آن است.

سوئیچ های Poe برای دستگاه هایی مثل WiFi router ها، wireless Access Point، IP phone و … که امکان دسترسی به منبع برق را ندارند، مناسب هستند.

سوئیچ فیبرنوری

برای  اتصال در فواصل طولانی (بیش از 100 متر) کابل اترنت معمولی مناسب نیست، باید از کابل فیبر نوری استفاده شود. پورت‌های فیبر نوری ( SFP – Small-Form Factor Pluggable)  نیز نامیده می شوند.

پورت های فیبر نوری برای اتصال  سوئیچ ها در ساختمان هایی با فواصل چند کیلومتر مورد استفاده قرار می گیرند.

سخن پایانی

سوئیچ شبکه، سخت افزاری کوچک است که در یک شبکه  LAN (Local Area Network) امکان انتقال بسته های دیتا را بین چندین کامپیوتر و یا دستگاه، بر اساس آدرس سخت افزاری (Mac addresses) فراهم می کند. سوئیچ ها بر اساس سخت افزاری و نرم افزاری به چند دسته تقسیم می شوند. 

قبل از اینکه روتر های با پهنای باند زیاد رایج شود، به طور معمول از دستگاه های اترنتی  مجزا و مستقل در شبکه های خانگی استفاده می شده است.  امروزه سوئیچ های اترنتی  به طور مستقیم، در هسته ی حافظه درون  روتر های پهن باند تعبیه شده است. سوئیچ های شبکه ای سطح بالا در بسیاری از شرکت ها و سازمانها مورد استفاده قرار می گیرد.

هر چند در شبکه هایی مثل شبکه ATM  و Token Ring  از امکانات و قابلیت های سوئیچینگ استفاده می شود اما استفاده از سوئیچ های اترنتی رایج تر است.

سوئیچ های اترنتی Mainstream  از سرعت 1Gbps  به ازای هر لینک را پشتیبانی می کنند. در حالی که سوئیچ های سطح بالا  که در مراکز داده ای مورد استفاده قرار می گیرند، از سرعت های  10Gbps  پشتیبانی می کنند.