مبانی سوئیچ شبکه

سوئیچ شبکه (Switch network) مبانی و انواع آن ابزاری است که باعث اتصال کامپیوتر و شبکه می شود. با استفاده از سوئیچ چندین کاربر قادر به ارسال اطلاعات از طریق شبکه در یک لحظه خواهند بود. قبل از پرداختن به توضیح بیشتر در مورد سوئیچ شبکه به طور مختصر به اساس و مبانی شبکه می پردازیم.

اساس و مبانی سوئیچ شبکه

اولین سوئیچ شبکه توسط (Kalpana) در سال ۱۹۹۰ معرفی شد.

شبکه :

شبکه شامل مجموعه ای از کامپيوترهای متصل ، به منظور تبادل اطلاعات است .

گره :

گره ، شامل هر چيزی که به شبکه متصل می گردد ، خواهد بود. در رد و بدل کردن ارتباطات داده‌ای، گره شبکه فیزیکی ممکن است تجهیزات ارتباطی داده (DCE) مانند مودم، هاب ، پل یا سوئیچ یا تجهیزات ترمینال داده (DTE) مانند گوشی تلفن دیجیتال، چاپگر یا کامپیوتر میزبان باشد.

سگمنت:

سگمنت يک بخش خاص از شبکه بوده که توسط يک سوئيچ ، روتر و يا Bridge از ساير بخش ها جدا شده است.

ستون فقرات:

بخشی از زیر ساخت یک شبکه رایانه‌ای است که قطعه‌های مختلف شبکه را به هم وصل می‌کند و مسیری برای مبادله اطلاعات بین شبکه‌های محلی و زیرشبکه‌های مختلف را ارائه می‌کند. کابل اصلی که تمام سگمنت ها به آن متصل می گردند. معمولا” ستون فقرات يک شبکه دارای سرعت بمراتب بيشتری نسبت به هر يک از سگمنت های شبکه است . مثلا” ممکن است نرخ انتقال اطلاعات ستون فقرات شبکه 100 مگابيت در ثانيه بوده در صورتيکه نرخ انتقال اطلاعات هر سگمنت 10 مگابيت در ثانيه باشد.

توپولوژی:

روشی که هر يک از گره ها به يکديگر متصل می گردند را گويند.

کارت شبکه:

هر کامپيوتر از طريق يک کارت شبکه به شبکه متصل می گردد.در اکثر کامپيوترهای شخصی ، کارت فوق از نوع اترنت بوده ( دارای سرعت 10 و يا 100 مگابيت در ثانيه ) و در يکی از اسلات های موجود روی برد اصلی سيستم ، نصب خواهد شد.

آدرس MAC :

آدرس فيزيکی هر دستگاه ( کارت شبکه ) در شبکه است. آدرس فوق يک عدد شش بايتی بوده که سه بايت اول آن مشخص کننده سازنده کارت شبکه و سه بايت دوم ، شماره سريال کارت شبکه است .

Unicast :

ارسال اطلاعات توسط يک گره با آدرس خاص و دريافت اطلاعات توسط گره ديگر است .

Multicast:

يک گره ، اطلاعاتی را برای يک گروه خاص ارسال می دارد.دستگاههای موجود در گروه ، اطلاعات ارسالی را دريافت خواهند کرد.

Broadcast :

يک گره اطلاعاتی را برای تمام گره های موجود در شبکه ارسال می نمايد.

 سوئیچ ها:

سوئیچ هایی که برای هر یک از اتصالات موجود در یک شبکه داخلی استفاده می گردند ، سوئیچ های LAN نامیده می شوند. سوئیچ های LAN مجموعه ای از ارتباط های شبکه را بین دو دستگاه که می خواهند ارتباط با یکدیگر داشته باشند،ایجاد می کند. شبکه‌های متوسط به بزرگ عمدتا یک یا چند سوئیچ مدیریت شده را شامل می‌شوند. اگر شبکه مورد نظر یک شبکه محلی (LAN) یا یک شبکه گسترده (WAN) باشد، هر گره LAN یا WAN که در لایه پیوند داده شرکت می‌کند، باید یک آدرس شبکه به طور معمول برای هر کنترل کننده رابط شبکه که دارد، داشته باشد. به عنوان مثال می توان به کامپیوتر، مودم DSL با رابط اترنت و نقطه دسترسی بی سیم اشاره کرد. تجهیزات، مانند هاب اترنت یا مودم با رابط سریال، که فقط در زیر لایه پیوند داده کار می‌کنند، نیازی به آدرس شبکه ندارند.

سویئچ ها به‌طور معمول در لایه دوم مدل IOS کار می‌کند ولی سویئچ‌هایی با قابلیت کارکرد در لایه‌های مختلف حتی لایه هفتم هم وجود دارد. پرکاربردترین سوئیچ  در بین لایه‌های مختلف بجز لایه دوم می‌توان به سویئچ لایه سه اشاره کرد که در بسیاری موارد جایگزین مناسبی برای روتر می‌باشند. از سویئچ می‌توان در یک شبکه خانگی کوچک تا در شبکه‌های بزرگ با (Backbone)ها استفاده کرد.

انواع سوئیچ شبکه بر اساس مبانی

سوئیچ  Fixed:

مبانی سوئیچ شبکه اینترفیس‌های روتر و سوئیچ سیسکودر واقع ارتباط و متصل شدن دستگاه های شبکه به روتر و سوئیچ سیسکو از طریق interface یا پورت اترنت است که به صورت ثابت (Fixed) هستند سوئیچ های پیکربندی ثابت قابل توسعه نیستند و تعداد پورت و نوع آنها مشخص و غیره قابل تغییر است . که باعث ارزان تر شدن آنها می شود , مانند سوئیچ های مدیریتی ,  سوئیچ های غیره مدیریتی ,سوئیچ های smart  , سوئیچ های POE و براساس سرعت، پهنای باند و استفاده در شبکه‌های LAN و WAN متفاوت هستند.

سوئیچ ماژولار Modular Switches:

سوئیچ های ماژولار ( modular switches) قابلیت افزودن ماژول در هنگام نیاز را دارند . و قابل توسعه از نظر تعداد پورت و نوع پورت و  firewall و ارتباط وایرلس و آنالیز شبکه هستند .و به دلیل  انعطاف پذیری و قابل توسعه بودن بسیار گران قیمت هستند .

سوئیچ  Stackable:

همانطور که از نام آن پیداست، یک سوئیچ قابل انعطاف نه تنها می تواند به تنهایی عمل کند، بلکه می تواند با یک سوئیچ شبکه ای دیگر نیز مرتبط باشد. کابل های پشته، کانال های فرستنده و پچ و کابل های DAC نقش مهمی در اتصال سوئیچ های انباشته ایفا می کنند. به طور کلی، حداکثر تعداد سوئیچ ها در یک پشته بستگی به نام تجاری و نوع سوئیچ های انباشته شده دارد.

به عنوان مثال، سوئیچ های Stackable FS S3800 تا 4 سوئیچ انباشته پشتیبانی می کنند. گروه سوئیچ ها را می توان به عنوان یک واحد پیکربندی کرد زیرا همه آنها یک آدرس IP مشابه را دارند. با تنظیم یک گروه از سوئیچ های انبساطی، می توانید پورت های اضافی موجود در سوئیچ های خود را اضافه کنید. و آنها می توانند مثل یک سوئیچ واحد کار کنند. بنابراین راه حل سوئیچ stackable محبوب برای انعطاف پذیری و سادگی آن است.

انعطاف پذیری:

با استفاده از سوئیچ های انبساطی، شما برای اولین بار نیازی به نگه داشتن مقدار زیادی از پورت های اضافی ندارید. برای مثال، شما فقط باید یک سوئیچ جدید Gigabit Ethernet را در پشته اضافه کنید زمانی که نیاز به پورت های 1G بیشتری دارید. علاوه بر این، انواع مختلف و سرعت سوئیچ های انباشته می تواند نیازهای مختلف پورت شما را برآورده سازد.

سادگی:

اضافه کردن یک سوئیچ جدید به یک پشته یک معامله بزرگ نیست. با استفاده از کابل های پشته، کانال های فرستنده و پچ و کابل های DAC، می توانید سوئیچ های شخصی را به عنوان یک واحد در چند دقیقه متصل کنید. بیشتر از آن، پشته سوئیچ ها را می توان به عنوان یک سوئیچ واحد مدیریت کرد تا آنها یک آدرس IP مشابه را به اشتراک بگذارند.

سوئیچ  PoE :

توانایی انتقال داده و منبع تغذیه برق به ترمینال های شبکه از یک کابل واحد به صورت همزمان را فراهم می کند .این سوئیچ ها به شما این امکان را می دهد که هم برق و هم اتصال به شبکه دستگاه هایی  مانند تلفن تحت شبکه یا    accec point و یا دوربین های امنیتی و مدار بسته از یک کابل تامین شود .این سوئیچ ها انعطاف پذیری بسیار بالایی دارند و هیچ نگرانی نسبت به نبود زیرساخت های برقی در محل های استفاده از دستگاه ها  وجود نخواهد داشت .

سوئیچ فیبرنوری:

یکی دیگر از تجهیزات فیبر نوری، سوئیچ آن است. کاربرد این سوئیچ ها، تبدیل کردن دیتا به نور می‌باشد. برای انجام دادن چنین عملیاتی، یعنی تبدیل کردن داده به نور و بالعکس، این دستگاه باید دارای یک پورت فیبر نوری و یک پورت شبکه باشد. شما می‌توانید سوئیچ ها را در انواع گوناگونی از یک پورت گرفته تا تعداد پورت های بالاتر، خریداری نمائید. به عبارتی سوئیچ فیبر نوری دستگاه ی بوده که موجب ارتباط بین دستگاه های گوناگونی همانند: کامپیوترها، دوربین های مدار بسته، پرینترها، روترها و غیره می‌شود.

سوئیچ غیرمدیریتی و Unmanaged لایه دو:

این سوئیچ ها بیشتر در خانه و شرکت های کوچک استفاده می شود . که بعد از نصب بلافاصه به صورت خودکار بر اساس تنظیمات کارخانه کار می کنند و غیره قابل تغییر و مدیریت هستند . که در اصطلاح plug and play  هستند .

سوئیچ مدیریتی  Managed:

در بین سویچ های پیکربندی ثابت , سویچ مدیریتی دارای بالاترین قابلیت ها و کامل ترین ویژگی ها را دارا می باشند .از جمله  سطح امنیت بالا و کنترل عملکر سوئیچ , مدیریت شبکه و از جمله قابلیت های مهم و پر کاربرد میتوان به مانیتورینگ   SNMPو تجمع لینک و صف اولویت ( Qos  (Quality of Service  اشاره کرد .

سوئیچ هوشمند ومدیرتی  Smart Switch:

این دسته از سوئیچ ها هوشمند و مقداری مدیریتی هستند . که از نظر خدمات و امنیت , کیفیت خوبی ارائه می دهند و جایگزین خوبی برای سوئیچ های ماژولار هستند .یکی از تفاوت های سوئیچ های مدیریتی و smart  سوئیچ ها در این است که سوئیچ های مدیریتی عمدتا در هسته شبکه به کار می روند ولی smart سوئیچ های در لبه شبکه استفاده می شوند.

Smart  سوئیچ ها دارای کارایی بالا با مدیریت آسان با ویژگی SMB-oriented هستند که از تلفن های تحته شبکه ( VOIP  (voice over ip ساپورت می کند و مناسب برای مشاغل کوچک و متوسط است.

سوئیچ لایه ۳:

سوئیچ لایه سه دقیقاً برعکس آنچه سوئیچ لایه دو انجام می دهد. سوئیچ های لایه 2 قادر به مسیریابی بسته های داده در لایه 3 نیستند. برخلاف سوئیچ های لایه 2، سوئیچ های لایه 3 با استفاده از آدرس های IP مسیریابی می کند. آنها یک دستگاه سخت افزاری تخصصی می باشند که در مسیریابی بسته های داده استفاده می شوند. این سوئیچ ها دارای قابلیت تعویض سریع و از چگالی پورت بالاتری برخوردار هستند. سوئیچ های لایه 3 دارای کارایی بیشتری نسبت به روترهای سنتی می باشند.

و مهمترین مزیت آنها این می باشد که می توانند بسته های داده را بدون ایجاد هوپ های اضافی در شبکه مسیر یابی نمایند. بنابراین این کار را سریع تر از روترها انجام می دهند. آنها فاقد برخی قابلیت های اضافی یک روتر می باشند. این سوئیچ ها به دلیل قابلیت های بالایی که دارند برای شرکت های بزرگ مناسب می باشند. سوئیچ Layer 3 چیزی جز یک روتر پر سرعت اما بدون اتصال WAN نیستند.

سوئیچ دیتاسنتر

سوئیچ های نکسوس سیسکو (Nexus Switch) بطور تخصصی برای دیتاسنترهای نسل جدید طراحی و تولید شده است. سوئیچ های نکسوس نسل جدید سوئیچ های دیتاسنتری سیسکو بوده که معماری و سیستم عامل آن با سوئیچ های سنتی catalyst فرق داشته و برای استفاده در شبکه های بزرگ و سازمانی که با حجم بسیار بالایی از دیتا سروکار دارند طراحی شده است. بالاترین ویژگی که در این سوییچ ها شاهد آن هستیم این است که پروتوکل STP یا Spanning Tree Protocol  حذف شده است و میتوان از ظرفیت تمام لینکها در بین سوئیچ ها استفاده نمود.

STP پروتکل و تکنولوژی ای میباشد که با بلاک کردن تعدادی از لینک بین سوئیچ های سیسکو، از بوجود آمدن loop در شبکه جلوگیری میکنند در حالی که ما در این حالت تعدادی از لینکهای با ارزش بین سوئیچ ها را از دست میدهیم. سیستم عامل این سری از سوئیچ های سیسکو NX-OS بوده و با سیستم عامل های قبلی سیسکو که IOS  نام دارد متفاوت میباشد. مفاهیم و تکنولوژی های جدیدی در این سری از سوئیچ ها معرفی شده اند که میتوان به VXLAN  ، VPC  ، VDC  و FEX اشاره کرد.