سوئیچ شبکه چیست و چگونه کار می کند

این مقاله می خواهد سوئیچ شبکه را به شما معرفی کند تا با این مقوله بیشتر آشنا شوید، پس با واحد تحقیق و توسعه کارنو همراه شوید تا درابتدا بدانید سوئیچ شبکه چیست و چگونه کار می کند، با انواع آن آشنا شوید، تفاوت آن را با روترها شناسایی کنید و مواردی از این قبیل.

سوئیچ شبکه چیست و چگونه کار می کند؟

سوئیچ شبکه دستگاهی است که در لایه Data Link مدل OSI کار می کند و در لایه ی 2 بسته هایی را به دستگاه هایی که به پورت های فیزیکی متصل هستند ارسال می نماید. همچنین مسیریابی نیز در لایه ی 3 رخ می دهد.

سوئیچ ها نقش اتصال شبکه ها، ارتباطات دو طرفه، داده های ارزشمند برای عملکرد شبکه و استفاده کارآمد از پهنای باند شبکه را برعهده دارند.

امروزه از شبکه ها برای حمایت از مشاغل، ارائه ارتباطات، ارائه سرگرمی ها استفاده می شود. سوئیچ شبکه به اتصال دستگاه ها به منظور اشتراک منابع نیز کمک می کند.

سوئیچ های جز a با شبکه های مبتنی بر اینترنت، فیبر کانال، حالت انتقال ناهمزمان (ATM) و InfiniBand و غیره مشترک هستند. به طور کلی، امروزه بیشتر سوییچ ها از اینترنت استفاده می کنند.

کارکرد سوئیچ شبکه

هنگامی که دستگاه به سوئیچ متصل می شود، سوئیچ آدرس کنترل دسترسی رسانه (MAC) خود را یادداشت می نماید. این سوئیچ با استفاده از آدرس MAC مشخص می کند که بسته های خروجی دستگاه متصل شده از کجا ارسال می شوند و بسته های ورودی را از کجا تحویل می دهیم.

بنابراین آدرس MAC دستگاه فیزیکی را به عنوان آدرس IP لایه لایه (لایه 3) مشخص می کند، که می تواند به صورت پویا به دستگاه اختصاص یابد و با گذشت زمان تغییر کند.

وقتی دستگاهی بسته ای را به دستگاه دیگری ارسال می کند، وارد سوئیچ شده و هدر آن را می خواند تا چگونگی کار با آن مشخص شود. نهایتا در صورت مطابقت داشتن با آدرس بسته را از طریق درگاه های مناسب که به دستگاه های مقصد منتهی می شود، به بیرون ارسال می کند.

برای کاهش احتمال برخورد همزمان ترافیک شبکه به یک سوئیچ و یک دستگاه متصل، اکثر سوئیچ ها عملکرد دوبلکس کامل را ارائه می دهند و بسته هایی که از یک دستگاه می آیند و به آن می روند به پهنای باند کامل سوئیچ دسترسی خواهند داشت.

همانطور که می دانید سوئیچ ها علاوه بر کار کردن در لایه ی 2 در لایه ی 3 نیز فعالیت دارند، برای آنها لازم است تا از شبکه های مجازی (VLAN)، بخش های منطقی شبکه که می توانند زیر شبکه ها را پشتیبانی نمایند، پشتیبانی کنند. برای اینکه ترافیک از یک زیر شبکه به زیر شبکه دیگری برسد در ابتدا باید این عبور در سوئیچ ها رخ دهد و این موضوع با قابلیت مسیریابی تعبیه شده در سوئیچ ها تسهیل خواهد شد.

سوئیچ در مقابل هاب

هاب همچنین این قابلیت را دارد که چندین دستگاه را به منظور به اشتراک گذاری منابع به یکدیگر متصل کند و مجموعه دستگاه های متصل به هاب به عنوان یک بخش LAN شناخته می شود.

تفاوت هاب با سوئیچ در این است که بسته های ارسالی از یکی از دستگاه های متصل به تمام دستگاه های متصل به هاب پخش می شوند. با یک سوئیچ، بسته ها فقط به درگاهی هدایت می شوند که به دستگاهی که بسته ها به آن خطاب می شوند منتهی شده است.

چون سوئیچ ها به طور معمول بخش های LAN را به هم متصل می کنند، توپی ها به آنها متصل می شوند. سوئیچ ها ترافیکی را که برای دستگاه های موجود در همان بخش LAN تعیین شده است فیلتر می نمایند. به دلیل این هوش، سوئیچ ها از منابع پردازشی خود و همچنین از پهنای باند شبکه استفاده بهینه تری خواهند کرد.

سوئیچ ها در مقابل روترها

سوییچ ها و روترها گاهی اوقات با یکدیگر اشتباه گرفته می شوند.

روترها در لایه 3 شبکه کار می کنند و برای اتصال شبکه ها به شبکه های دیگر مورد استفاده قرار می گیرند.

یک روش آسان برای فکر کردن در مورد تفاوت بین سوئیچ ها و روترها، فکر کردن در مورد LAN ها و WAN ها می تواند باشد. به یاد داشته باشید که دستگاه ها به صورت محلی از طریق سوئیچ متصل می شوند و شبکه ها از طریق روترها به شبکه های دیگر متصل می شوند. مسیر کلی بسته ای که ممکن است برای رسیدن به اینترنت طی شود می تواند به شرح زیر باشد.

device> hub> switch> router> Internet

البته مواردی برای سوئیچینگ در یک سخت افزار روتر تعبیه شده است و روتر نیز به عنوان سوئیچ عمل می کند.

ساده ترین حالت در اینجا این است که روتر بی سیم خانگی را مثال بزنیم که از طریق پورت WAN به یک اتصال باند پهن می رسد، اما معمولاً دارای پورت های اینترنت اضافی است که می توان از آن برای اتصال کابل اینترنت برای رایانه، تلویزیون، چاپگر یا حتی کنسول بازی استفاده کرد. در حالی که سایر دستگاه های موجود در شبکه، مانند نوت بوک ها و تلفن های دیگر از طریق روتر Wi-Fi به هم متصل می شوند. عملکردهای سوئیچینگ همچنان از طریق LAN ارائه می شود. بنابراین روتر می تواند نوعی سوئیچ باشد. حتی می توانید یک سوئیچ جداگانه را به روتر متصل نمایید تا هم اینترنت و هم LAN برای دستگاه های اضافی فراهم شود.

انواع سوئیچ ها

اندازه سوئیچ ها بسته به تعداد دستگاه مورد نیاز برای اتصال در یک منطقه خاص و همچنین نوع سرعت شبکه و پهنای باند متفاوت خواهد بود. معمولاً در یک دفتر کار کوچک یا دفتر خانگی، یک سوئیچ چهار یا هشت پورت کافی خواهد بود، اما برای استقرارهای بزرگتر، شما به طور کلی سوئیچ های حداکثر 128 پورت را نیاز خواهید داشت.

یک نمونه سوئیچ کوچکتر وسیله ای است که می توانید آن را روی دسک تاپ قرار دهید، اما سوئیچ ها نیز برای قرار دادن در یک کمد سیم کشی یا مرکز داده یا مزرعه سرور بر روی رک  قابلیت نصب را دارند. اندازه سوئیچ های قابل نصب بر روی رک از 1U تا 4U متغیر است.

به خاطر داشته باشید که سوئیچ ها در سرعت شبکه ارائه شده متفاوت هستند، از Fast Ethernet (10/100 Mbps) ، Gigabit Ethernet (10/100/1000 Mbps) ، 10 Gigabit (10/100/1000/10000 Mbps) و حتی 40/100 Gbps.

انتخاب سرعت به توان مورد نیاز برای کارهای پشتیبانی شده بستگی دارد. همچنین سوئیچ ها از نظر قابلیت متفاوت هستند. در اینجا به سه ​​نوع سوئیچ اشاره کرده ایم.

سوئیچ های کنترل نشده

سوئیچ های کنترل نشده اصلی ترین سوئیچ هایی هستند که پیکربندی ثابت را ارائه می دهند. آنها به طور کلی از نوع plug-and-play می باشند، به این معنا که گزینه های کمی برای انتخاب کاربر وجود دارد. آنها ممکن است تنظیمات پیش فرض ویژگی هایی مانند کیفیت خدمات را داشته باشند، اما قابل تغییر نیستند. نکته مثبت این است که سوئیچ های کنترل نشده نسبتاً ارزان هستند، اما کمبود ویژگی های آنها باعث می شود تا آنها برای اکثر مصارف سازمانی نامناسب باشند.

سوئیچ های مدیریت شده

سوئیچ های مدیریت شده قابلیت ها و ویژگی های بیشتری را برای متخصصان فناوری اطلاعات ارائه می دهند و به احتمال زیاد در تنظیمات مشاغل یا شرکت ها دیده می شوند. سوئیچ های مدیریت شده شامل رابط های خط فرمان (CLI) برای پیکربندی هستند. آن ها از عوامل ساده پروتکل مدیریت شبکه (SNMP) پشتیبانی می کنند و دارای اطلاعاتی هستند که می تواند برای عیب یابی مشکلات شبکه استفاده شود.

آن ها همچنین می توانند از شبکه های محلی مجازی، کیفیت تنظیمات سرویس و مسیریابی IP پشتیبانی کنند.

هزینه سوئیچ های مدیریت شده به دلیل ویژگی های پیشرفته آن ها بسیار بیشتر از سوئیچ های کنترل نشده است.

سوئیچ های هوشمند

سوئیچ های هوشمند، سوئیچ های مدیریت شده ای هستند که از برخی ویژگی ها، فراتر از آنچه سوئیچ کنترل نشده ارائه می دهد، اما کمتر از یک کلید مدیریت شده می باشند. بنابراین به نسبت سوئیچ های کنترل نشده پیشرفته تر هستند، اما قیمت آنها از یک سوئیچ کاملاً قابل کنترل نیز کمتر است. آن ها معمولاً از دسترسی به شبکه راه دور پشتیبانی نمی کنند و به جای CLI از رابط کاربری گرافیکی وب برخوردارند. سایر گزینه ها مانند VLAN ممکن است به اندازه ویژگی های پشتیبانی شده توسط سوئیچ های کاملاً مدیریتی از ویژگی های دیگر برخوردار نباشند. اما از آن جا که هزینه کمتری دارند، ممکن است برای شبکه های کوچکتر با منابع مالی کمتر و نیازهای ویژه به آن ها مناسب باشند.

ویژگی های مدیریتی

لیست کامل ویژگی ها و ویژگی های یک سوئیچ شبکه بسته به تولید کننده سوئیچ و هر نرم افزار اضافی ارائه شده متفاوت خواهد بود، اما به طور کلی یک سوئیچ این توانایی را به متخصصان ارائه می دهد که:

• پورت های خاص را روی سوئیچ فعال و غیرفعال کنند.
• تنظیمات را برای دوبلکس (نیمه یا کامل) و همچنین پهنای باند پیکربندی کنند.
• سطح کیفیت خدمات (QoS) را برای یک درگاه خاص تنظیم نمایند.
• فیلتر کردن MAC و سایر ویژگی های کنترل دسترسی را فعال کنند.
• نظارت بر SNMP دستگاه ها، از جمله سلامت پیوند تنظیم شود.
• برای نظارت بر ترافیک شبکه، آینه بندی پورت را پیکربندی کنند.

استفاده های دیگر

در شبکه های بزرگ تر، از سوئیچ ها اغلب به عنوان راهی برای تخلیه ترافیک جهت اهداف تحلیلی استفاده می شود و می تواند از نظر امنیت دارای اهمیت باشد، جایی که می توان سوئیچ را در مقابل روتر WAN قرار داد، قبل از اینکه ترافیک به شبکه LAN برود. این موضوع می تواند تشخیص نفوذ، تجزیه و تحلیل عملکرد و دیوار آتش را تسهیل نماید.

در بسیاری از موارد نیز، از Mirror برای به وجود آوردن یک تصویر آینه ای از داده ها که از طریق سوئیچ جریان دارد، استفاده می شود درست قبل از اینکه به سیستم تشخیص نفوذ یا مایع پاک کن ارسال شود.

در ابتدایی ترین حالت، این یک کار ساده برای سوئیچ شبکه است که سریع و کارآمد بسته ها را از کامپیوتر A به رایانه B تحویل دهد. البته چندین دستگاه دیگر در این مسیر به این تحویل کمک می کنند، اما سوییچ بخشی اساسی از ساختار شبکه است.

شما می توانید برای اطلاعات بیشتر به انجمن های Network World در فیس بوک و LinkedIn بپیوندید تا در مورد موضوعات جالب توجه اظهار نظر نمایید.

گرد آوری شده درگروه فنی و مهندسی کارنو واحد تحقیق و توسعه.