سوئیچ شبکه چیست و چگونه کار می‌کند؟

یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین قطعاتی که در شبکه‌های کامپیوتری مورد استفاده قرار می‌گیرد، سوئیچ‌ها هستند که هرکدام وظیفه مخصوص به خود را دارند. ما در این مقاله از شرکت توسعه داده پردازی سپنتا قصد داریم تا درمورد این که سوئیچ شبکه چیست و چه وظیفه‌ای به عهده دارد به طور کامل صحبت کنیم و همچنین انواع مختلف سوئیچ‌ها و کاربرد هر یک را به طور کامل توضیح دهیم.

سوئیچ شبکه چیست؟

به دستگاهی الکترونیکی که اتصال گره‌ها یا نودهای یک شبکه را به عهده دارد، سوئیچ شبکه گفته می‌شود. درواقع سوئیچ تبادل اطلاعات بین کامپیوترها و دیوایس‌های موجود در یک شبکه را انجام می‌دهد. به عبارت بهتر زمانی که نیاز به جابه جایی اطلاعات بین دستگاه‌های یک شبکه باشد از سوئیچ استفاده می‌کنند. کار کردن سوئیچ‌ها بر طبق مدل OSI در لایه دو که به آن لایه Data Link گفته می‌شود و با پروتکل اترنت صورت می‌گیرد. برخی از سوئیچ‌ها توانایی مسیریابی و انجام وظایف لایه 3 را نیز دارند.

سوئیچ چگونه کار می‌کند؟

جابه جایی اطلاعات در یک شبکه توسط فریم و بسته‌های داده انجام می‌شود که هر فریم اطلاعاتی همچون آدرس مبدأ و آدرس مقصد را در بردارد. سوئیچ تبادل اطلاعات بین دستگاه‌های یک شبکه را بر اساس Mac Address فراهم می‌سازد. در واقع بر طبق مک آدرسی که در قسمت مقصد فریم وجود دارد، با تشخیص پورت مقصد، بسته داده به آن پورت منتقل می‌شود. هر دستگاهی، مک آدرس مخصوص به خود را دارد که سوئیچ شبکه با اطلاع از مک آدرس مقصد، اطلاعات را به مقصد موردنظر و به دست صاحبش می‌رساند. همچنین وظیفه دارد تا تمامی مک آدرس‌ها را در جدول مک آدرس ذخیره کند. در بخش بعدی درمورد ویژگی‌های این جدول به طور کامل صحبت می‌کنیم. به طورکلی سوئیچ‌ها سه عملیات Forward، Drop و Flood را روی فریم‌ها انجام می‌دهند.

قیمت و خرید انواع سوئیچ شبکه

قابلیت‌های سوئیچ شبکه

• با کمک سوئیچ شبکه می‌توان ده‌ها دستگاه را به یکدیگر متصل کرد.
• از طریق سوئیچ می‌توان دسترسی به قسمت‌های مختلف شبکه را به راحتی کنترل کرد.
• کنترل کردن میزان استفاده از شبکه با کمک سوئیچ ممکن می‌شود.
• سوئیچ‌ها از عبور ترافیک بین دو دستگاه از مسیر دیگر دستگاه‌های شبکه جلوگیری می‌کنند.
• امکان هماهنگی سوئیچ‌های پیشرفته متناسب با نیازهای شبکه به وسیله ماژول‌های قابل‌تعویض وجود دارد. به عبارت بهتر می‌توان گفت که سوئیچ‌ها نقش پلیس راهنمایی و رانندگی را در یک شبکه ایفا می‌کنند.
• ارتباط‌های درون‌شبکه‌ای با کمک سوئیچ‌ها سریع‌تر از اینترنت برقرار می‌شود.

جدول مک آدرس چگونه ایجاد می‌شود؟

این که جدول مک آدرس چگونه توسط سوئیچ‌های شبکه ایجاد می‌شود را در این بخش مورد بررسی قرار خواهیم داد. زمانی که دستگاه فرستنده اطلاعات، یک فریم را به سوئیچ شبکه انتقال می‌دهد، مک آدرس مربوط به مبدأ از روی آن خوانده می‌شود و در صورتی که در جدول مربوطه وجود نداشته باشد، آن را اضافه می‌کند. همچنین مک آدرس مربوط به مقصد نیز در این فریم قرار دارد. در این حالت سوئیچ به جستجو در جدول مک آدرس می‌پردازد و در صورت پیدا کردن تطابق با آدرس مربوطه در جدول، اطلاعات را به پورت مشخص شده می‌فرستد، اما در صورت نیافتن تطابق، داده را به همه پورت‌ها به غیر از پورت فرستنده ارسال می‌کند؛ ولی تنها گیرنده آن را دریافت می‌کند و دیگر موارد آن را Fail می‌کنند. با گذشت زمان جدول مک آدرس تکامل پیدا می‌کند و هر زمان که دستگاه جدیدی به سوئیچ شبکه اتصال یابد، مک آدرس مربوط به آن در جدول اضافه می‌شود.

تفاوت‌های میان سوئیچ شبکه، هاب و روتر

برای شبکه‌سازی از سه دستگاه اصلی هاب، سوئیچ و روتر استفاده می‌شود. این سه دستگاه اصلی مأموریت شبکه‌سازی را به عهده دارند. افرادی که با عملکرد آن‌ها آشنایی کاملی نداشته باشند اغلب اسامی آن‌ها را به جای یکدیگر به کار می‌برند. در ادامه درباره هر یک از آن‌ها و عملکردشان به طور کامل توضیح داده می‌شود:

هاب شبکه

اشتراک‌گذاری اطلاعات بین تمام دستگاه‌ها به عهده هاب شبکه قرار دارد. درواقع اتصال رایانه‌ها در یک شبکه خصوصی توسط هاب انجام می‌شود و تنها میان رایانه‌های محلی ارتباط برقرار می‌کند. هاب با دریافت یک بسته داده از یک دستگاه متصل، آن را به همه دستگاه‌های متصل دیگر انتقال می‌دهد، بدون توجه به این که مقصد نهایی کدام یک از آن‌ها باشد. همچنین در این دستگاه، ما شاهد تقسیم شدن پهنای باند شبکه بین تمام رایانه‌های متصل هستیم. ازاین‌رو با افزایش تعداد رایانه‌های شبکه، پهنای باند در دسترس هر دستگاه کم‌تر می‌شود و شاهد کندتر شدن سرعت اتصال خواهیم شد. درگذشته به دلیل گران‌بودن سوئیچ‌ها و روترهای شبکه و همین‌طور ساختار پیچیده آن‌ها از هاب‌ها استفاده می‌کردند، اما این روزها کم‌تر مورداستفاده قرار می‌گیرند.

روتر شبکه

روتر عملکردی متفاوت با سوئیچ و هاب شبکه دارد، زیرا عملکرد اصلی آن بر مبنای هدایت کردن بسته‌های اطلاعات هم در دستگاه‌های شبکه محلی و هم شبکه‌های دیگر است. از روترها اغلب در خانه‌ها و محیط‌های کاری استفاده می‌کنند؛ زیرا امکان ارتباط برقرارکردن با شبکه‌های دیگری مانند اینترنت را به شبکه شما می‌دهد.

سوئیچ شبکه

سوئیچ شبکه مانند هاب اتصال کامپیوترها را به یکدیگر ممکن می‌کند و تفاوت اصلی بین این دو دستگاه به نحوه انتقال داده‌ها مربوط می‌شود. زمانی که توسط سوئیچ یک بسته‌ای از داده‌ها دریافت شود، تعیین می‌کند که این بسته به کدام رایانه یا دستگاه ارسال شود و بسته را تنها برای رایانه موردنظر می‌فرستد.

سوئیچ شبکه و هاب چه تفاوتی دارند؟

با توجه به آن چه که در بالا گفته شد، برای برخی از افراد این سؤال پیش می‌آید که سوئیچ و هاب چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟ درواقع هاب همانند سوئیچ نودهای مربوط به یک شبکه محلی را به یکدیگر متصل می‌کند. بنابراین تفاوت کلی که بین سوئیچ و هاب دیده می‌شود این است که سوئیچ عملکردی هوشمندانه‌تر نسبت به هاب دارد. از این رو دیگر استفاده از هاب‌های شبکه به اندازه سوئیچ‌ها رایج نیست؛ زیرا عملکرد هاب این‌گونه است که سیگنالی که از هر یک از پورت‌ها دریافت می‌کند را به تمام پورت‌های دیگر ارسال می‌کند تا در نهایت، گیرنده آن را دریافت کند.
در حالی که سوئیچ وظیفه دارد تا سیگنال دریافتی را تنها به پورت مقصد ارسال کند. در نتیجه ترافیک ایجاد شده در شبکه به واسطه سوئیچ در مقایسه با هاب کم‌تر است. این مسئله شاید در شبکه‌های کوچک زیاد به چشم نیاید؛ اما در مقیاس بزرگ‌تر تا حد زیادی کارایی شبکه را کاهش می‌دهد. همچنین مدیریت پهنای باند در سوئیچ‌ها نسبت به هاب بسیار بهتر است و دوطرفه بودن یا Full Duplex بودن آن‌ها باعث می‌شود تا ارسال و دریافت اطلاعات به صورت هم‌زمان انجام شود. از دیگر تفاوت‌های مهم سوئیچ و هاب می‌توان به شایع بودن بروز Collision در هاب اشاره کرد؛ در حالی که عملکرد سوئیچ در مدیریت پورت‌ها بسیار بهتر است و مانع از بروز Collision می‌شود. به طورکلی در شبکه‌هایی که کارایی در اولویت اول نباشد، برای توسعه شبکه یا جایگزینی یک سوئیچ خراب از هاب استفاده می‌کنند.

مزایای سوئیچ شبکه نسبت به هاب

سوئیچ‌ها از این توانایی برخوردار هستند تا سیگنال‌های دریافتی و ارسالی مربوط به پورت‌های خود را در مقایسه با هاب به شکل بهتری مدیریت کنند. این روش مدیریتی باعث می‌شود تا سیگنال‌ها با یکدیگر تصادف نداشته باشند؛ در حالی که ما پدیده برخورد را در دستگاه هاب به طور گسترده مشاهده می‌کردیم. همچنین دیگر خبری از ترافیک‌های بیهوده در شبکه نیست. علاوه بر این در سوئیچ‌ها می‌توان به شکل بهینه‌تری از پهنای باند نسبت به هاب‌ استفاده کرد.

---

بیشتر بخوانید: تفاوت سوئیچ های مدیریتی و غیر مدیریتی شبکه

---

انواع سوئیچ‌ شبکه

به طورکلی انواع مختلف سوئیچ را می‌توان در دسته‌بندی سخت‌افزاری و نرم‌افزاری قرار داد که سوئیچ‌های سخت‌افزاری شامل موارد زیر می‌شوند:

• سوئیچ Fixed
• سوئیچ ماژولار
• سوئیچ Stackable
• سوئیچ POE
• سوئیچ فیبر نوری

دسته‌بندی سوئیچ‌های نرم‌افزاری عبارت‌اند از:

• سوئیچ مدیریتی
• سوئیچ غیرمدیریتی
• سوئیچ هوشمند
• سوئیچ لایه 3
• سوئیچ دیتاسنتر

عملکرد هر کدام از سوئیچ‌ها در ادامه مورد بررسی قرار می‌گیرند:

سوئیچ Fixed

این سوئیچ همان‌طور که از نامش مشخص است، تعداد پورت‌های ثابتی دارد. سوئیچ‌های Fixed برای هر شبکه‌ای با هر اندازه‌ای قابل‌استفاده هستند و می‌توانند هم در نوع مدیریتی و هم غیرمدیریتی باشند. پورت‌هایی که در این نوع سوئیچ‌ها قرار دارند از نظر اتصال و سرعت در مدل‌های مختلفی هستند. حداقل سرعت پورت‌ها برابر با 1Gbps است و اتصال‌های فیبر نوری یا RJ45 دارند. اتصال چند سوئیچ Fixed به یکدیگر به کمک کابل شبکه مانند Cat6 یا فیبر نوری انجام می‌گیرد تا از این طریق پورت trunk ایجاد شود.

سوئیچ ماژولار

در سوئیچ ماژولار با اضافه‌کردن ماژول روی کیس می‌توان آن را توسعه داد، یعنی می‌توان انتظار کارایی بیشتری از آن داشت. بیشتر در کیس‌های بزرگ از این نوع سوئیچ‌ها استفاده می‌شود تا با اضافه کردن هر ماژول بتوان تعداد پورت‌ها و کاربردهای بیشتری را اضافه کرد. از سوئیچ ماژولار در شبکه‌های بزرگ مانند شبکه‌های بزرگ سازمانی یا دیتاسنترها استفاده می‌کنند و در مقایسه با سوئیچ‌های Fixed قیمت بیشتری دارند. از دیگر قابلیت‌های این سوئیچ‌ها می‌توان به تعدادی فن خنک‌کننده در کیس و پاور افزونه اشاره کرد. همچنین توانایی کار کردن در لایه سوم را نیز دارند.

سوئیچ POE

مخفف عبارت Power over Ethernet، کلمه POE می‌شود. عملکرد سوئیچ POE بر اساس فناوری POE است. از مهم‌ترین ویژگی‌های این سوئیچ می‌توان به انعطاف‌پذیری آن اشاره کرد. در دستگاه‌های ریموت که توانایی دسترسی به منبع برق وجود ندارد، استفاده از سوئیچ‌های POE بهترین گزینه است. به سوئیچ‌های poe که انتقال برق و دیتا در یک کابل صورت می‌گیرد، سوئیچ‌ ایرانی نیز گفته می‌شود.

سوئیچ Stackable

این سوئیچ نتیجه ادغام شدن سوئیچ‌های Fixed و ماژولار است. درواقع تعدادی از مدل‌های مختلف سوئیچ‌های fixed با کمک یک کابل مخصوص در قسمت عقب به یکدیگر متصل می‌شوند؛ به صورتی که انگار تنها یک سوئیچ داریم که تعداد پورت‌های بیشتری را ارائه می‌دهد. در سازمان‌هایی که قصد پرداخت هزینه‌های بیشتری را در قبال سوئیچ‌های ماژولار نداشته باشند، استفاده از سوئیچ‌های Stackable رایج است.

سوئیچ فیبر نوری

بیشتر سوئیچ‌ها در یک شبکه با پورت RJ45 و کابل‌های معمولی اترنت مانند Cat5، Cat6 و Cat7 کار می‌کنند، اما در صورتی که لازم به برقراری اتصال در فواصل طولانی باشد، باید از کابل‌های فیبر نوری استفاده کرد. سوئیچ‌های دارای پورت فیبر نوری، ترکیبی از پورت‌های فیبر نوری و پورت‌های RJ45 را شامل می‌شوند. به منظور اتصال سوئیچ‌ها در ساختمان‌هایی با فاصله‌های چند کیلومتر یا در طبقه‌های یک ساختمان از پورت‌های فیبر نوری استفاده می‌کنند.

سوئیچ مدیریتی

سوئیچ مدیریتی می‌تواند ترافیک LAN را بسیار بهتر و بیشتر کنترل کند و امکان استفاده از ویژگی‌های پیشرفته‌ای را دارد. گاهی اوقات نیاز است تا نحوه کارکردن سوئیچ روی جدول مک آدرس را مدیریت کنیم، یعنی لازم است تا از طریقی دستورات لازم را نسبت به عملکرد سوئیچ بدهیم. در این حالت لازم است تا به سراغ سوئیچ‌های مدیریتی برویم.

سوئیچ غیرمدیریتی

سوئیچ‌های غیرمدیریتی که از نوع Plug and Play هستند، برای استفاده در شرکت‌های کوچک و شبکه‌های خانگی مناسب خواهند بود. با کمک این سوئیچ امکان اتصال دستگاه‌های اترنت به یکدیگر به راحتی فراهم می‌شود. این سوئیچ‌ها به دلیل این که دارای کانفیگ ثابتی هستند، هیچ‌گونه تغییری را نمی‌توان در پیکربندی آن‌ها ایجاد کرد و برقراری ارتباط در آن‌ها با کمک کابل صورت می‌گیرد. از سوئیچ‌های غیرمدیریتی تنها می‌توان انتظار اتصال دستگاه‌های یک VLAN و اتصال لایه 2 را داشت.

سوئیچ هوشمند

سوئیچ‌های هوشمند با ترکیبی از برخی ویژگی‌های سوئیچ‌های مدیریتی و غیرمدیریتی به بازار عرضه شده‌اند، یعنی با برخورداری از قابلیت‌های ابتدایی سوئیچ‌های مدیریتی می‌توانند برخی از سطوح امنیتی را ایجاد کنند، اما در مقایسه با سوئیچ‌های مدیریتی، قابلیت‌های مدیریتی کم‌تر و اینترفیس آسان‌تری دارند. از قابلیت‌های مهم سوئیچ‌های هوشمند می‌توان به پیکربندی VLAN، speed/duplex control و SNMP اشاره کرد. سوئیچ‌های هوشمند در محیط‌های کوچک بدون نیازهای پیچیده مورداستفاده قرار می‌گیرند یا این که به صورت Edge در شبکه‌های بزرگ‌تر به کار گرفته می‌شوند.

سوئیچ دیتا سنتری

سوئیچ‌های دیتاسنتری سرعت و کارایی بسیار بالایی را ارائه می‌دهند و توانایی فراهم‌کردن QoS، امنیت و ظرفیت بیشتر در پورت‌ها را دارند. سوئیچ سیسکو سری Nexus از بهترین سوئیچ‌های نوع دیتاسنتر هستند. پیاده کردن مجازی‌سازی و مفهوم SDN با کمک این سوئیچ‌ها به راحتی ممکن است.

سوئیچ لایه 3

سوئیچ‌هایی که مسیریابی بسته‌های IP را انجام می‌دهند، جزء سوئیچ‌های لایه 3 هستند. این نوع سوئیچ‌ها از نرم‌افزار پیشرفته‌تری نسبت به سوئیچ‌های لایه 2 برخوردارند و توانایی اجرای پروتکل‌های مسیریابی دینامیک مثل OSPF و RIP را دارند. در سوئیچ‌های لایه 3 علاوه بر امکان کانفیگ کردن چند VLAN، امکان مسیریابی شبکه بین VLANها در سطح IP وجود دارد.

سوئیچ صنعتی چیست؟

یکی دیگر از انواع سوئیچ‌ها، سوئیچ‌های صنعتی هستند که برای اتصال شبکه بین محیط‌های صنعتی و اپلیکیشن‌های مربوط به شرکت‌های کسب‌وکار مورداستفاده قرار می‌گیرند. طراحی سوئیچ‌های صنعتی به گونه‌ای است که توانایی تحمل در محیط‌هایی با دماهای بسیار بالا و شرایط سخت را داشته باشند و همچنین بتوانند در موقعیت‌های مکانی متفاوت مانند طبقات شرکت‌ها و برای کنترل ترافیک به خوبی دوام بیاورند. از مهم‌ترین مزیت‌های سوئیچ‌های صنعتی نسبت به سوئیچ‌های POE می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• عملکرد بالای ضد تداخل
• طراحی منبع تغذیه اضافی
• عمر طولانی
• سازگاری در محیط‌هایی با دمای بالا
• قابلیت رینگ و لینک پشتیبان
• استفاده از بهترین مواد اولیه صنعتی در ساخت آن‌ها

تفاوت میان سوئیچ مدیریتی و غیرمدیریتی

تمام قابلیت‌های سوئیچ غیرمدیریتی در سوئیچ‌های مدیریتی دیده می‌شود با این تفاوت که در نوع مدیریتی امکان مدیریت، کانفیگ و مانیتورکردن LAN وجود دارد و می‌توان روی داده‌های انتقال‌ یافته کنترل بیشتری داشت و همین‌طور دسترسی‌ها را به راحتی مدیریت کرد. لازم به ذکر است که پیچیدگی و زمان موردنیاز برای تنظیمات در سوئیچ‌های مدیریتی بیشتر است. با سوئیچ مدیریتی امکان تنظیم هر پورت به راحتی وجود دارد و می‌توان با روش‌های مختلف، مانیتورینگ و پیکربندی شبکه را انجام داد.
در نوع مدیریتی با کمک پروتکل‌هایی مانند SNMP که مخفف Simple Network Management Protocol است، مانیتور کردن دستگاه‌های شبکه انجام می‌گیرد. با کمک این پروتکل، اطلاعات مدیریتی بین دستگاه‌های شبکه تبادل می‌یابد. اطلاعات مدیریتی مواردی مانند وضعیت اتصالات و دستگاه‌های شبکه، وضعیت پورت‌ها، پهنای باند، خطاهای شبکه و سلامت شبکه را شامل می‌شود. با کمک این اطلاعات می‌توان بدون این که به سوئیچ دسترسی فیزیکی داشته باشید به مانیتور کردن سرعت شبکه، کارایی شبکه، عیب‌یابی و تعمیر آن دست پیدا کنید. به عبارت بهتر با کمک SNMP، مانیتورینگ دستگاه‌های شبکه از راه دور ممکن می‌شود و در نتیجه هیچ نیازی به حضور فیزیکی برای ایجاد تغییرات لازم سوئیچ نیست.

قابلیت‌های مهم در سوئیچ‌های مدیریتی

سوئیچ‌های مدیریتی از قابلیت‌های مهم دیگری برخوردار هستند که در سوئیچ‌های غیرمدیریتی دیده نمی‌شود. این ویژگی‌ها عبارت‌اند از:

Virtual LANs

VLANها به شکل منطقی، گروه‌بندی دستگاه‌ها را ممکن می‌کنند تا ترافیک بین گروه‌ها ایزوله شود حتی در صورتی که ترافیک مربوط به یک شبکه فیزیکی باشد. با این کار ترافیک غیرضروری در شبکه کاهش پیدا می‌کند. برای مثال با گروه‌بندی می‌توان اطلاعات مالی یک سازمان را بین کاربران آن بخش بدون هیچ‌گونه تأخیری انتقال داد؛ به طوری که گروه فروش سازمان کاملاً از آن‌ها بی‌خبر باشند. با این کار امنیت و کارایی افزایش پیدا می‌کند.

Quality of Service

این قابلیت به اولویت‌دهی ترافیک شبکه مربوط می‌شود که به ترافیک مهم‌تر، اولویت بالاتری را اختصاص می‌دهند. با این کار می‌توان از داده‌های حساس به تأخیر پشتیبانی کرد و کارایی شبکه را افزایش داد. برای مثال در انتقال بسته‌های صدا عدم تأخیر و قطعی از اهمیت بسیاری برخوردار است.

Port Mirroring

برای شناسایی خطاها و مشکلات شبکه از مانیتورینگ پورت‌ها استفاده می‌کنند. با کمک این قابلیت می‌توان ترافیک شبکه را کپی کرد و به پورت دیگری در همان سوئیچ فرستاد تا تحلیل‌گر شبکه، تحلیل آن را انجام دهد. با این قابلیت دیگر نیازی نیست تا شبکه را از دسترس خارج کرد و عیب‌یابی آن به راحتی انجام می‌شود.

Redundancy

با کمک این قابلیت در صورت بروز قطعی در کابل شبکه، می‌توان برای داده مربوطه مسیر جایگزین ایجاد کرد و مانع از قطعی شبکه و Downtime شد. ایجاد Redundancy با کمک پروتکل STP ممکن می‌شود. STP با ایجاد افزونگی مسیر در شبکه مانع از ایجاد لوپ خواهد شد. با الگوریتم STP بین سوئیچ‌ها چند مسیر اکتیو ایجاد می‌شود به طوری که در هر لحظه بین دو دستگاه تنها از یک مسیر اکتیو می‌توان استفاده کرد. در این حالت لینک‌های افزونه به صورت بک‌آپ وجود دارند.

جمع‌بندی

ما در این مقاله سعی کردیم تا شما را به طور کامل با سوئیچ‌ها و نحوه عملکرد آن‌ها آشنا کنیم و توضیح دهیم که چه تفاوتی با هاب دارند. همچنین انواع مختلف سوئیچ‌ها در بالا معرفی کردیم که هر کدام از آن‌ها بر اساس کاربری محل موردنظر و وسعتی که دارند مورداستفاده قرار می‌گیرند. برای مثال سوئیچ‌هایی که برای یک شرکت کوچک مورداستفاده قرار می‌گیرد با سوئیچ شبکه یک سازمان بزرگ از لحاظ کارایی و سرعت بسیار متفاوت است. شما برای این که بتوانید تشخیص دهید چه نوعی سوئیچی برای محل موردنظرتان مناسب خواهد بود حتماً باید از دانش یک فرد متخصص در این زمینه کمک بگیرید.