سوئیچ شبکه چیست و هر آنچه باید درباره آن و کارآییش بدانید

سوئیچ شبکه یک دستگاه سخت افزاری کوچک است که بین چندین دستگاه متصل در یک شبکه محلی (LAN) ارتباط برقرار می کند و از فناوری سوئیچینگ بسته برای پردازش اطلاعات به دستگاه مقصد بهره می برد.

سوئیچ های شبکه به طور گسترده در شرکت ها و مراکز داده استفاده می شوند. با استفاده از سوئیچ شبکه چندین رایانه، چاپگر، نقاط دسترسی، تلفن ها، چراغ ها، سرورها و سایر سخت افزارها را به هم متصل می کنند. سوئیچ ها به شما این امکان را می دهند که اطلاعاتی مانند ایمیل را ارسال و دریافت کنید و به روشی آسان، کارآمد، بسیار ایمن و شفاف به منابع اشتراکی دسترسی پیدا کنید.

قابلیت های سوئیچینگ برای انواع مختلفی از شبکه ها از جمله ATM، کانال فیبر نوری و توپولوژی توکن رینگ وجود دارد، اما در این میان سوئیچ های اترنت رایج ترین و پرکاربردترین سوئیچ شبکه به شمار می روند.

سوئیچ های مدیریتی و غیر مدیریتی

سوئیچ های شبکه اصلی مانند آنهایی که در روترهای مصرفی مورد استفاده قرار می گیرند، نیازی به انجام تنظیمات خاص ندارند. در حالیکه سوئیچ های مدیریتی که عموما در شبکه های سازمانی مورد استفاده قرار می گیرند، طیف وسیعی از ویژگی های پیشرفته را پشتیبانی می کنند و طراحی به کار رفته در آن ها به گونه ای است که توسط یک مدیر حرفه ای قابل کنترل می باشد. از ویژگی های محبوب سوئیچ های مدیریت شده می توان به مانیتورینگ SNMP و پشتیبانی QoS اشاره کرد.

سوئیچ های مدیریت شده سنتی به گونه ای طراحی شده اند که از طریق رابط های خط فرمان یونیکس کنترل می شوند. دسته جدیدتر سوئیچ های مدیریت شده به نام سوئیچ های هوشمند، از رابط های مبتنی بر وب شبیه به روتر خانگی پشتیبانی می کنند.

سوئیچ های لایه 3

سوئیچ های شبکه سنتی در لایه 2 مدل OSI کار می کنند. سوئیچ های لایه 3 منطق سخت افزاری داخلی سوئیچ ها و روترها را در یک دستگاه به صورت ترکیبی ارائه می دهند. در مقایسه با سوئیچ های سنتی، سوئیچ های لایه 3 پشتیبانی بهتری برای تنظیمات LAN مجازی (VLAN) ارائه می دهند.

نحوه عملکرد سوئیچ شبکه

سوئیچ ها اتصالات سیمی را برای رایانه های رومیزی، نقاط دسترسی بی سیم، ماشین آلات صنعتی و برخی از وسایل اینترنت اشیاء (IoT) مانند سیستم های ورود کارت ارائه می دهند. سوئیچ های شبکه رایانه هایی را که میزبان ماشین های مجازی (VMs) در مراکز داده هستند و همچنین سرورهای فیزیکی اختصاصی و بسیاری از زیرساخت های ذخیره سازی را به هم متصل می کنند.

انواع روش های استفاده سوئیچ شبکه :

سوئیچ لبه یا سوئیچ های دسترسی: این سوئیچ ها ترافیک را در هنگام ورود به شبکه یا خروج از شبکه مدیریت می کنند. در این روش دستگاه هایی مانند رایانه ها و نقاط دسترسی به سوئیچ های لبه متصل می شوند. سوئیچ تجمیع و یا سوئیچ های توزیع: این سوئیچ ها در یک لایه میانی اختیاری قرار می گیرند. سوئیچ های لبه به اینها متصل می شوند و می توانند ترافیک را از یک سوئیچ به سوئیچ دیگر و یا به سوئیچ های اصلی ارسال کنند.

کاربرد سوئیچ شبکه

سوئیچ های اصلی: این سوئیچ های شبکه همانند ستون فقرات شبکه هستند و سوئیچ های تجمیع یا لبه را به هم متصل می کنند، شبکه های لبه را به شبکه های مرکز داده متصل می کنند. همچنین ایجاد اتصال LAN های سازمانی به روترهایی که آنها را به اینترنت وصل می کنند، برعهده سوئیچ های اصلی شبکه می باشد.

انواع سوئیچ شبکه 
علاوه بر دستگاههای فیزیکی، سوئیچ های مختلفی در شبکه وجود دارد:

• سوئیچ های مجازی: این سوئیچ ها تنها سوئیچ های نرم افزاری هستند که در محیط میزبان VM مستقر می شوند.
• سوئیچ مسیریابی: این سوئیچ ها، LAN ها را به هم متصل می کنند. علاوه بر انجام سوئیچینگ لایه 2 مبتنی بر MAC، می تواند توابع مسیریابی را نیز در لایه سوم مدل  OSI (لایه شبکه)، بر اساس آدرس پروتکل اینترنت (IP) در هر بسته انجام دهد.
• سوئیچ مدیریتی: این سوئیچ ها به کاربر اجازه می دهد هر پورت را روی سوئیچ تنظیم کند، هم چنین نظارت بر عملکرد شبکه در سوئیچ های مدیریتی امکان پذیر می باشد.
• سوئیچ غیر مدیریتی: این سوئیچ ها به دستگاههای اترنت اجازه می دهند که پارامترهایی مانند نرخ داده را تعیین کنند و داده ها را بطور خودکار عبور دهند. در سوئیچ های غیر مدیریتی پیکربندی ثابت است و قابل ویرایش نیست.کاربرد سوئیچ شبکه
• سوئیچ هوشمند: سوئیچ های هوشمند می توانند پیکربندی شوند تا کنترل بیشتری بر انتقال داده ها داشته باشند اما در مقایسه با سوئیچ های مدیریتی دارای محدودیت های بیشتری هستند.

عملکرد سوئیچ های شبکه در مقایسه با هاب ها و روترها

سوئیچ شبکه از نظر ظاهری شبیه به هاب شبکه می باشد؛ اما برخلاف هاب ها، سوئیچ های شبکه از فناوری سوئیچینگ بسته پشتیبانی می کنند و قادر به بازرسی پیام های دریافتی در هنگام دریافت و هدایت آنها به یک درگاه ارتباطی خاص هستند.  یک سوئیچ آدرس مبدا و مقصد هر بسته را مشخص می کند و داده ها را فقط به دستگاه های خاص منتقل می کند، در حالی که هاب ها بسته ها را به هر درگاه منتقل می کند. این روش در سوئیچینگ برای حفظ پهنای باند شبکه و به طور کلی بهبود عملکرد شبکه در مقایسه با هابها کارایی بیشتری دارد.

هاب شبکه یک نقطه اتصال مرکزی برای دستگاه های یک شبکه محلی یا LAN است. اما محدودیتی در میزان استفاده از پهنای باند کاربران در شبکه مستقر در هاب وجود دارد. هرچه تعداد دستگاه های بیشتری به شبکه اضافه شود، رسیدن اطلاعات به مقصد در مدت زمان طولانی تری انجام می شود. سوئیچ از این محدودیت ها در مراکز توزیع شبکه جلوگیری می کند. در حالی که امکانات سوئیچینگ در بیشتر شبکه ها مثل ATM و Token Ring وجود دارد ، با این حال امروزه استفاده از سوئیچ های اترنتی معمول تر است . برای مثال ، سوئیچ های اترنتی ِ Mainstream  قادر به پیشتیبانی سرعت های 1Gbps  به ازای هر لینک هستند ، در حالی که سوئیچ های سطح بالایی که در مراکز داده بکار گرفته می شوند ، غالباً قادر به پیشتیبانی از سرعت های 10 Gbps می باشند.
در سوئیچ های شبکه ، می توان گفت که تمام دستگاه های ارتباطی را می توان به آن متصل کرد ، در صورتی که دستگاه های اترنتی فقط به 4 تا 8 دستگاه می توانند متصل شود ، سوئیچ های شبکه قدرتمند قادر هستند که 32 تا 128 کانکشن را به خود متصل کند ، حتی می توان سوئیچ های شبکه را به هم متصل کرد تا تعداد بیشتری از دستگاه های ارتباطی را از طریق شبکه LAN به هم متصل شوند.

در سوئیچ های غیر مدیریت شونده مثل روتر های خانگی که نیاز به پیکر بندی خاصی ندارند نمی توان مدیریت خاصی داشت ، اما در سوئیچ های سطح بالا که در شرکت ها استفاده می شود با پیکر بندی مناسب می توان مدیریت های خاصی مثل snmp monitoring ، link aggregation ، qos را داشت. دارای ویژگی QoS که باعث می شود سوئیچ پهنای باند زیر مجموعه های داده را اولویت قرار دهد و اجازه می دهد پهنای باند بیشتری به شبکه اختصاص داده شود و اطمینان حاصل شود که IP داده بدون اشکال وارد شود و داده ی سنسور را با استفاده از حداقل پهنای باند بدون وقفه به دست اورند. از ویژگی SNMP (پروتکل مدیریت آسان شبکه) از طریق agent های جاسازی شده پشتیبانی می کند این سوئیچ ها به عنوان یک گروه می توانند مدیریت شوند.

تقسیم بندی ارتباطات شامل استفاده از یک سوئیچ برای تقسیم دامنه برخورد (Collision Domain) بزرگتر به قسمتهای کوچکتر به منظور کاهش احتمال برخورد و بهبود عملکرد کلی شبکه است که هر دستگاه روی یک درگاه اختصاصی سوئیچ قرار دارد. برخلاف هاب اترنت، در هر یک از درگاه های سوئیچ یک دامنه برخورد جداگانه وجود دارد. این ویژگی اجازه می دهد تا رایانه‌ها پهنای باند اختصاصی را روی اتصالات نقطه به نقطه (Point-to-Point) شبکه و همچنین در حالت دو طرفه کامل (Full-duplex) اجرا کنند. حالت Full-duplex در هر دامنه برخورد فقط یک فرستنده و یک گیرنده دارد که برخورد را غیرممکن می کند.

سوئیچ شبکه در اکثر شبکه های محلی اترنت (LAN) نقش اساسی دارد. شبکه های محلی با اندازه متوسط تا بزرگ حاوی تعدادی سوئیچ مدیریت شده مرتبط هستند. شبکه های کوچک اداری و خانگی معمولاً از یک سوئیچ یا یک وسیله چند منظوره مانند یک Getway محلی برای دسترسی به اینترنت ADSL فعال در یک شبکه مجتمع مسکونی و یا اداری استفاده می‌کنند.

یک سوئیچ پیشرفته ممکن است برق را روی اترنت (PoE) پیاده سازی کند، که از نیاز دستگاه‌هایی به آداپتور، مانند دوربین مداربسته تحت شبکه، تلفن VoIP یا اکسس پوینت برای داشتن منبع تغذیه جداگانه جلوگیری می کند. از آنجا که سوئیچ ها می‌توانند متصل به منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) شوند، دستگاه متصل می تواند حتی در صورت قطع برق عادی دفتر، کار خود را ادامه دهد.

تمامی برندهای سوئیچ شبکه از یکسری استانداردها برای تعیین تعداد پورت سوئیچ، پیروی می‌کنند. در سوئیچ از لحاظ فیزیکی دو نوع پورت وجود دارد: اترنت و فیبر نوری؛ و از نظر ورود/خروج داده به دو نوع ورودی و Uplink دسته بندی می‌شوند.

حال در بخش پورت های ورودی بسته به نوع سوئیچ از پورت اترنت یا فیبر نوری (SFP) استفاده می‌شود و در بخش خروجی سوئیچ یا پورت Uplink از اترنت یا فیبر نوری و یا ترکیبی از این دو پورت استفاده می‌شود.

از لحاظ تعداد پورت ورودی به 4 پورت، 8 پورت، 16 پورت و 24 پورت دسته بندی شده و از لحاظ تعداد پورت Uplink به صورت تک پورت، دو پورت و چهار پورت برای خروجی داده‌های دریافتی سوئیچ می‌باشد.

ارسال داده در سوئیچ به صورت ارسال فریم در لایه Data link انجام می‌شود. سرعت ارسال داده براساس نرخ حجم فریم ها دسته بندی می‌شود؛ که از 3 ظرفیت 10Mbps و 100Mbps و 1000Mbps به صورت یک استاندارد ثابت برای تعیین سرعت انتقال داده بین سوئیچ و دستگاه متصل از طریق پورت های ورودی و Uplink، استفاده می‌شود.

در نسل های اولیه سرعت 10 مگابیت بر ثانیه در سوئیچ، مبنای ارسال داده بود ولی امروزه از استاندارد 10/100 مگابیت بر ثانیه در سوئیچ ها و برای دستیابی به سرعت بالاتر جهت ارسال حجم بیشتر داده از سرعت 1000 مگابیت بر ثانیه که معادل ارسال یک میلیون بیت در ثانیه است، استفاده می‌شود.

سوئیچ های 10/100Mbps که به عنوان سوئیچ های معمولی نام برده می‌شوند از 4 پورت تا 24 پورت و همچنین سوئیچ های 10/100/1000Mbps که با نام سوئیچ های گیگ شناخته می‌شوند از 4 پورت تا 24 پورت پشتیبانی می‌کنند. در نظر داشته باشید در سوئیچ های شبکه گیگ بدلیل اینکه ورودی پورت ها تا سقف 1000مگابایت می‌باشد، خروجی یا همان Uplink هم می بایست گیگ باشد؛ چون پورت Uplink خروجی معادل کل پورت های ورودی است و این حجم بالای داده، نیازمند ظرفیت حداکثری برای ارسال داده است.

 اما این وضعیت در سوئیچ های 10/100Mbps شبکه، چون حداکثر ظرفیت ورودی 100 مگابایت است، پس نیازی به Uplink گیگ در سوئیچ های 4 پورت و 8 پورت نمی‌باشد. سوئیچ های 16 پورت و 24 پورت هم به صورت مجزا، هم از Uplink گیگ و هم از خروجی 10/100Mbps پشتیبانی می‌کنند.

سخن پایانی و سایر موارد

قیمت سوئیچ شبکه بسته به ویژگی هایی که یک سوئیچ دارد است. در میان آنها انواع سوئیچ شبکه وجود دارد و انتخاب از میان این امر ساده ای نیست. مدل های سوئیچ شبکه بسته به قیمتی که دارند، از ویژگی خاصی برخوردارند. بنابراین خرید سوئیچ و در کنار آن مودم و تجهیزات شبکه نیاز به هزینه بالایی است. از جمله سوئیچ های مطرح باید به سوئیچ ایسوس، دیلینک و چندی دیگر اشاره کرد که در طول سال های گذشته توانسته محصولاتی در این زمینه ارائه کند.