سوئیچ شبکه چیست و چه انواعی دارد؟

در این مقاله به تعریف سوئیچ و بررسی کاربرد آن در شبکه می‌پردازیم. انواع سوئیچ شبکه را مورد بررسی قرار می‌دهیم و کاربرد هر نوع  Switch، بررسی تفاوت انواع سوئیچ ها و  مزایای هر نوع سوئیچ هم بررسی می‌کنیم.

سوئیچ شبکه (Network Switch) چیست؟

برای اتصال Node ها در شبکه به هم، از دستگاه‌هایی چون هاب و سوئیچ و روتر و … استفاده می‌شود. این اتصال در واقع امکان جا به جایی اطلاعات بین دستگاه‌ها را در شبکه فراهم می‌کند.

سوئیچ شبکه چگونه کار می‌کند؟

اطلاعات در شبکه به صورت بسته داده و فریم جا به جا می‌شود و هر فریم شامل اطلاعاتی مانند آدرس مبدا و آدرس مقصد است. سوئیچ با توجه به مک آدرس (MAC Address) موجود در قسمت مقصد در فریم، پورت مقصد را تشخیص می‌دهد و بسته داده را به همان پورت می‌فرستد. همان طور که می‌دانیم مک آدرس هر دستگاهی منحصر به فرد و مختص به همان دستگاه است. پس سوئیچ با داشتن مک آدرس مقصد، داده را به صاحب آن می‌رساند. از طرفی هم این مک آدرس ها را در جدولی به نام جدول مک آدرس ذخیره می‌کند.

جدول مک آدرس در سوئیچ

حال ببینیم سوئیچ، این جدول را چگونه ایجاد و ذخیره می‌کند. وقتی دستگاه ارسال کننده اطلاعات، فریمی به سوئیچ می‌فرستد، مک آدرس مبدا از آن خوانده شده و در صورت نبودن در جدول، به جدول اضافه می‌شود. از طرفی مک آدرس مقصد هم در این فریم وجود دارد. سوئیچ آن را در جدول مک آدرس جستجو می‌کند و اگر تطابقی با آن در جدول پیدا کند، داده را به آن پورت می‌فرستد. اما اگر تطابقی یافت نشد بسته را به تمام پورت‌ها به جز پورت فرستنده می‌فرستد ولی فقط گیرنده، آن را دریافت می‌کند و بقیه آن را Fail می‌کنند.

به مرور زمان جدول مک آدرس به‌روز و کامل می‌شود و هرگاه دستگاه جدیدی به سوئیچ وصل شود، مک آدرس آن هم به جدول اضافه خواهد شد.

تفاوت هاب و سوئیچ شبکه

در نگاه اول شاید همه این دستگاه‌های متصل کننده‌ی Node یا گره به هم، شبیه هم باشند اما بسته به محل قرارگیری و استفاده ما از آنها، متفاوت هستند حتی تکنولوژی آنها هم با هم فرق دارد. تفاوت مهم هاب با سوئیچ و روتر این است که هاب برخلاف سوئیچ و روتر، نمی‌داند که چه دستگاهی درخواست اطلاعات را داده است مثلا هر پورت هاب که اطلاعاتی دریافت می‌کند، آن را به همه پورت‌هایش می‌فرستد و گیرنده و مقصد، آن را استفاده می‌کند ولی در سوئیچ، اطلاعات ارسالی از پورت مبدا تنها به پورت مقصد فرستاده می‌شود در نتیجه ترافیک شبکه نسبت به هاب کمتر خواهد بود. این نکته در شبکه های خانگی و کوچک تاثیر چندانی ندارد اما در ابعاد بزرگتر، کارایی شبکه به شدت کاهش می‌یابد. همچنین بروز Collision در هاب بسیار شایع است ولی سوئیچ در مدیریت پورت‌های خود بسیار بهتر از هاب عمل می‌کند و از بروز Collision جلوگیری می‌کند.

پس کاربرد هاب چیست؟ هاب برای جایگزینی موقت یک سوئیچ خراب  و یا توسعه شبکه استفاده می‌شودو توجه داشته باشید که هاب تنها در شبکه‌هایی که کارایی اولویت چندانی ندارد مناسب است.

سوئیچ ها Full Duplex یا دوطرفه هستند یعنی قادرند همزمان، اطلاعات را ارسال و دریافت کنند. سوئیچ ها در زمینه مدیریت پهنای باند هم بهتر از هاب هستند.

تفاوت سوئیچ و روتر

سوئیچ ها می‌توانند شبکه ایجاد کنند اما برای اتصال و برقراری ارتباط بین شبکه‌ها با هم باید از روتر یا مسیریاب استفاده شود. پس سوئیچ، نقطه مشترک تمام دستگاه‌ها و تجهیزات یک شبکه است و روتر محل اتصال شبکه‌ها به هم. بیایید مثالی بزنیم. شما برای اتصال لپ تاپ و کامپیوتر و پرینتر به یک شبکه خانگی نیاز به هاب یا سوئیچ دارید اما برای اتصال همین شبکه به اینترنت باید از روتر استفاده کنید.

انواع سوئیچ و مقایسه آنها

به طور کلی انواع سوئیچ و دسته‌بندی سوئیچ ها به صورت زیر است:

1. سوئیچ های غیر مدیریتی یا Unmanaged Switch
2. سوئیچ های LAN یا سوئیچ های اترنت
3. سوئیچ های PoE یا PoE Switch
4. سوئیچ های مدیریتی یا Managed Switch
   1. سوئیچ های هوشمند یا Smart Switch
   2. سوئیچ های مدیریتی انترپرایزی یا Enterprise Managed Switch

تفاوت اصلی بین سوئیچ های مدیریتی و غیر مدیریتی، توانایی کانفیگ کردن سوئیچ و اولویت‌دهی به ترافیک LAN است تا مهم‌ترین اطلاعات در اولویتِ ارسال قرار گیرند.

سوئیچ‌های غیر مدیریتی یا Unmanaged Switch

سوئیچ های غیرمدیریتی اغلب در شبکه‌های خانگی و شرکت‌های کوچک استفاده می‌شوند چون بلافاصله پس از نصب، شروع به کار می‌کنند یعنی در اصطلاح، Plug and Play هستند. با Unmanaged Switch ها می‌توان دستگاه‌های اترنت را به راحتی با هم ارتباط داد مثلا پی سی یا پرینتر تحت شبکه را به هم وصل می‌کنیم. این سوئیچ ها برای برقراری ارتباط، فقط به کابل نیاز دارن و با کانفیگ ثابتی به بازار می‌آیند یعنی امکان ایجاد هیچ تغییری در پیکربندی نمی‌دهند.  Managed Switch، کنترل بیشتری بر ترافیک LAN دارد و ویژگی‌های پیشرفته‌ای برای این کنترل استفاده می‌کند. سوئیچ های غیرمدیریتی باعث می‌شوند دستگاه‌های اترنت به صورت خودکار و اتوماتیک با دیگر دستگاه‌ها ارتباط برقرار کنند  و با استفاده از مذاکره اتوامتیک یا همان  Auto-Negotiation، پارامترهایی مانند Data Rate و استفاده از حالت دوطرفه (Full Duplex) یا یک طرفه (Half Duplex) مشخص می‌شود.

سوئیچ های LAN یاLAN Switch

سوئیچ های LAN را با نام Ethernat Switch و Data Switch هم می‌شناسند. سوئیچ اترنت یا LAN برای کاهش گلوگاه و Congestion بهینه شده‌اند چرا که انتشار بسته اطلاعاتی فقط به گیرنده انجام می‌شود.

سوئیچ های PoE یا PoE Switch

PoE مخفف Power over Ethern است و این نوع سوئیچ ها بر اساس تکنولوژی PoE کار می‌کنند. در PoE، برق و دیتا در یک کابل منتقل می‌شوند یعنی دیتا به صورت موازی یا برق به گیرنده می‌رسد.  انعطاف‌پذیری از مویژگی‌های سوئیچ های PoE است.

سوئیچ های مدیریتی یا Managed switch

Managed Switch ها تمام ویژگی‌های سوئیچ های غیر مدیریتی را دارند اما توانایی کانفیگ و مدیریت و مانیتور کردن LAN را هم برایتان فراهم می‌کنند. پس کنترل بیشتری روی داده انتقال یافته در شبکه دارید و امکان مدیریت دسترسی‌ها را هم خواهید داشت. البته زمان و پیچیدگی تنظیمات در این نوع سوئیچ ها بیشتر از سوئیچ های غیر مدیریتی که Plug and Play هستند، است. با سوئیچ های مدیریت پذیر، می‌توانید هر پورت سوئیچ را با هر تنظیمی که می‌خواهید، تنظیم کنید. با این کار مانیتورینگ و پیکربندی شبکه به روش‌های مختلف قابل انجام است.

سوئیچ های مدیریتی برای مانیتور کردن دستگاه‌های شبکه از پروتکل‌هایی مانند SNMP یا Simple Network Management Protocol استفاده می‌کنند. پروتکل SNMP، قابلیت تبادل اطلاعات مدیریتی را بین دستگاه‌های شبکه فراهم می‌کند. این اطلاعات مدیریتی شامل سلامت شبکه، وضعیت دستگاه و اتصالات در شبکه، پهنای باند، وضعیت پورت و خطاهای شبکه است. با ارایه چنین اطلاعاتی می‌توان به مانیتور کردن کارایی شبکه، سرعت شبکه، عیب یابی و تعمیر شبکه بدون دسترسی فیزیکی به سوئیچ دست یافت. یعنی SNMP امکان مانیتورینگ از راه دور دستگاه‌های شبکه را فراهم می‌کند در نتیجه برای ایجاد تغییرات و یا Troubleshoot کردن سوئیچ، نیازی به حضور فیزیکی ما نیست. ریموت اکسس از طریق Command Line و یا Web Interface ممکن است.

سوئیچ مدیریتی Smart Switch

سوئیچ های هوشمند داراری قابلیت‌های ابتدایی مدیریتی هستند که برخی سطوح امنیتی را فراهم می‌کنند اما نسبت به دیگر سوئیچ های مدیریتی، اینترفیس مدیریتی آسان‌تری است. کاربرد Smart Switch ها در LAN هایی است که از Allocation و Data Transfer پشتیبانی می‌کنند. همچنین قابلیت پیکربندی VLAN  یا Virtual LAN را هم دارند.

سوئیچ های مدیریتی انترپرایزی یا Enterprise Managed Switch

سوئیچ های مدیریتی انترپرایزی یا Enterprise Managed Switch با وجود اینترفیس Command Line و Web Interface SNMP،  قابلیت‌هایی چون تعمیر، کپی، اخطار و نمایش تنظیمات شبکه‌های مختلف را دارند گاهی به طور اختصار به این نوع سوئیچ‌ها Managed Switch هم گفته می‌شود.

ویژگی‌های مهم سوئیچ های مدیریتی یا Managed switch

ویژگی‌های اضافی‌تری که Managed Switch ها نسبت به Unmanaged Switch ها فراهم می‌کنند عبارتند از:

1. Quality of Service (QoS)

شامل اولویت‌دهی به ترافیک شبکه است که با اختصاص اولویت بالاتر به ترافیکِ مهم‌تر است. این کار منجر به افزایش کارایی شبکه می‌شود. بدین ترتیب از داده‌های حساس به تاخیر (Delay Sensitive Data) مانند Real Time Vioce پشتیبانی می‌شود. مثلا اگر بسته صدا برای انتقال در شبکه داشته باشیم باید مطمئن باشیم که بالاترین اولویت به این بسته‌های صدا اختصاص خواهد یافت تا قطعی یا تاخیر در تماس تلفنی پیش نیاید.

2. Virtual LANs

VLAN ها امکان گروه‌بندی دستگاه‌ها را به صورت منطقی می‌دهد تا ترافیک را بین این گروه‌ها ایزوله کند حتی اگر ترافیک در یک شبکه فیزیکی رد و بدل شود. این دسته‌بندی و ایزوله کردن باعث کاهش ترافیک غیرضروری در شبکه می‌شود. مثلا با سگمنت‌بندی گروه‌های فروش و مالی سازمان، اطلاعات مالی مهم و حساس، بین کاربران بخش مالی بدون هیچ درنگ و تاخیری منتقل می‌شود و در عین حال گروه فروش هم از آنها مطلع نمی‌شوند. نتیجه چیست؟ کارایی بیشتر و امنیت بیشتر.

3. Redundancy

با وجود افزونگی و Redundancy، اگر اتصال یا کابلی در شبکه قطع شود، با ایجاد مسیر جایگزین برای داده و ترافیک، از بروز قطعی در شبکه و Downtime جلوگیری می‌شود. Redundancy در شبکه با استفاده از پروتکل STP یا Spanning Tree Protocol فراهم می‌شود. یعنی STP، افزونگی مسیر را در شبکه ایجاد می‌کند و در عین حال از ایجاد لوپ جلوگیری می‌کند. الگوریتم STP، چند مسیر اکتیو را بین سوئیچ ها ایجاد می‌کند اما در هر لحظه، بین دو دستگاه، فقط یک مسیر اکتیو قابل استفاده است. در نتیجه لوپ و حلقه ایجاد نمی‌شود و لینک‌های افزونه به عنوان بکاپ وجود دارند.

4. Port Mirroring

مانیتورینگ پورت در تشخیص خطا و مشکل در شبکه استفاده می‌شود. Port Monitoring، ترافیک شبکه را کپی کرده و به یک پورت در همان سوئیچ می‌فرستد تا تحلیلگر شبکه، آن را تحلیل کند. بدین صورت عیب یابی مشکلات شبکه با ترافیک تستی روی پورت‌ها و یا سگمنت‌های دیگر انجام می‌شود. مزیت آن چیست؟ شما با این ویزگی می‌توانید بدون اینکه شبکه را از دسترس خارج کنید، اقدام به عیب یابی شبکه تان کنید.

کاربرد سوئیچ های مدیریتی

با ارزیابی نیازهای شبکه می‌توانید سوئیچ مناسب خود را انتخاب کنید. اگر نیاز به کنترل رفتار ترافیک در LAN دارید و یا از سرویس های پیشرفته‌ای چون LAN های بی سیم یا IP Telephony استفاده می‌کنید، استفاده از سوئیچ های Managed و مدیریتی توصیه می‌شود. آنچه مسلم است چون سوئیچ های مدیریتی امکانات بیشتری دارند، قیمت بیشتری هم دارند اگر پاسخ به هر یک از سوالات زیر مثبت است، سوئیچ مدیریت ی برای شما مناسب است و اگر پاسخ شما به همه آنها منفی بود، سوئیچ غیرمدیریتی برای شما کفایت می‌کند.