سوئیچ شبکه چیست و چگونه کار می کند؟

سوئیچ های شبکه دستگاه های شبکه چند پورتی هستند که داده ها را دریافت کرده و از طریق آدرس های MAC رله می کنند. در این مقاله خواهیم گفت سوئیچ شبکه چست و نحوه عملکرد سوئیچ شبکه و کاربردهای آن را توضیح می دهیم.

سوئیچ شبکه چیست؟

سوئیچ شبکه یک جزء سخت افزاری است که مسئول انتقال داده ها از شبکه ها به نقطه پایانی مقصد از طریق سوئیچینگ بسته، شناسایی آدرس MAC و سیستم پل چند پورتی است.

یک سوئیچ شبکه بسته های داده را به و از دستگاه های موجود در یک شبکه محلی (LAN) متصل و ارسال می کند. سوئیچ به دور از روتر، اطلاعات را فقط به دستگاهی که برای آن طراحی شده است، از جمله سوئیچ دیگر، روتر یا رایانه کاربر، به جای چند دستگاه در یک شبکه، توزیع می کند.

امروزه، شبکه‌ها برای حمایت از شرکت‌ها، ارائه خدمات متصل، و امکان همکاری، از جمله موارد دیگر، حیاتی هستند. سوئیچ های شبکه از آنجایی که دستگاه هایی را که منابع مشترکی دارند به هم متصل می کنند، جزء حیاتی همه شبکه ها هستند.

یک سوئیچ شبکه در پیوند داده لایه 2 معماری سیستم های باز (OSI) کار می کند. این بسته ها را از نقاط دسترسی متصل به پورت های فیزیکی می پذیرد و سپس آنها را فقط از طریق پورت ها به دستگاه مقصد ارسال می کند.

اینها همچنین می توانند در جایی که مسیریابی در لایه 3 شبکه رخ می دهد عمل کنند. سوئیچ ها اجزای استاندارد در شبکه های اترنت، کانال های فیبر، InfiniBand و حالت انتقال ناهمزمان (ATM) هستند. با این حال، اکثر سوئیچ های امروزی از اترنت استفاده می کنند.

سوئیچ شبکه تجهیزات شبکه (چاپگرها، رایانه ها و دستگاه های بی سیم/نقاط دسترسی) را به هم متصل می کند و کاربران را قادر می سازد تا بسته های داده را مبادله کنند. سوئیچ ها ممکن است دستگاه های مجازی مبتنی بر سخت افزار و نرم افزار باشند که بر سیستم های فیزیکی حاکم هستند. در سیستم های شبکه امروزی، سوئیچ ها را تشکیل می دهند.

آنها رایانه‌های شخصی رومیزی، ماشین‌آلات صنعتی، نقاط دسترسی بی‌سیم و دستگاه‌های خاص اینترنت اشیا (IoT) از جمله سیستم‌های ورود کارت برای اینترنت را به هم متصل می‌کنند.

آنها ماشین‌های موجود در مراکز داده که ماشین‌های مجازی (VM) و اکثر سرورها و دستگاه‌های ذخیره‌سازی را کار می‌کنند، به هم متصل می‌کنند. در شبکه های ارائه دهنده مخابرات، حجم عظیمی از داده ها را انتقال می دهند.

سوئیچ شبکه چگونه کار می کند؟

سوئیچ شبکه می تواند به سه روش کار کند:

• سوئیچ های لبه، همچنین به عنوان سوئیچ های دسترسی شناخته می شوند: آنها ترافیک ورودی و خروجی از شبکه را کنترل می کنند. سوئیچ های لبه دستگاه های مختلف، از جمله رایانه های شخصی و نقاط دسترسی را به هم متصل می کنند.
• سوئیچ های تجمع: سوئیچ ها برای تجمع یا انتشار در یک لایه واسطه اختیاری قرار دارند. اینها به سوئیچ‌های لبه متصل می‌شوند، که ممکن است ترافیک را از یک سوئیچ به سوییچ دیگر یا تا سوئیچ‌های اصلی منتقل کند.
• سوئیچ های اصلی: ستون فقرات شبکه از این سوئیچ ها تشکیل شده است. سوئیچ‌های هسته، سوئیچ‌های لبه یا تجمیع، شبکه‌های لبه دستگاه یا مصرف‌کننده را به شبکه‌های مراکز داده و روترها به شبکه‌های محلی سازمانی متصل می‌کنند.

یک سوئیچ شبکه بر روی لایه پیوند داده یا لایه 2 مدل Open Systems Interconnection (OSI) کار می کند. در یک شبکه محلی (LAN) با استفاده از اترنت، یک سوئیچ شبکه تعیین می کند که هر فریم پیام ورودی را با نگاه کردن به آدرس کنترل دسترسی رسانه (MAC) کجا ارسال کند. سوئیچ ها جداولی را نگه می دارند که هر آدرس MAC را با پورت دریافت کننده آدرس MAC مطابقت می دهد.

مزایای استفاده از سوئیچ های شبکه

سوئیچ ها مسئول انتقال اطلاعات بین نقاط پایانی مختلف هستند و مزایای زیادی را ارائه می دهند:

• سوئیچ ها اکثر دستگاه های شبکه را در شبکه های داده مدرن تشکیل می دهند و حجم عظیمی از ترافیک را در شبکه های ارائه دهنده مخابرات حمل می کنند.
• آنها ارتباطات تمام دوبلکس را ارائه می دهند، بخش های شبکه را به هم متصل می کنند، عملکرد شبکه را افزایش می دهند و از پهنای باند موجود استفاده موثر می کنند.
• سوئیچ ها اتصالات سیمی را به رایانه های رومیزی، نقاط دسترسی بی سیم (APs)، چاپگرها، ماشین آلات صنعتی و برخی از دستگاه های اینترنت اشیا (IoT) مانند سیستم های ورود کارت ارائه می دهند.
• آنها رایانه هایی را که میزبان ماشین های مجازی (VM) در مراکز داده و همچنین سرورهای فیزیکی و بسیاری از زیرساخت های ذخیره سازی هستند، به هم متصل می کنند.
• اکثر سوئیچ های مدرن از فناوری Power over Ethernet استفاده می کنند که می تواند تا 100 وات برق برای پشتیبانی از اتصال دستگاه های شبکه ارائه دهد. این به کسب‌وکارها امکان می‌دهد تجهیزاتی مانند نورپردازی در فضای باز، دوربین‌های امنیتی، صدا از طریق تلفن‌های IP و انواع حسگرها را برای نظارت بر مناطق دورافتاده در مکان‌هایی که منبع تغذیه جداگانه لازم نیست، راه‌اندازی کنند.
• داده‌های دستگاه‌های اینترنت اشیا را می‌توان توسط سوئیچ شبکه جمع‌آوری کرد و توسط هوش مصنوعی و الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای بهینه‌سازی محیط هوشمندتر استفاده کرد.

برای مشاغل کوچک و شبکه های خانگی، سوئیچ های شبکه مزایای پورت های اترنت اضافی را برای اتصال به اترنت گیگابیتی فراهم می کنند.

با این حال، همه شبکه ها از سوئیچ استفاده نمی کنند. یک شبکه ممکن است در یک حلقه نشانه سازماندهی شود یا از طریق یک اتوبوس، هاب یا تکرار کننده متصل شود. در این شبکه ها، هر دستگاه متصل به شبکه، تمام ترافیک را می بیند و ترافیک خطاب به آن را می خواند. یک شبکه همچنین می تواند با اتصال مستقیم کامپیوترها به یکدیگر بدون لایه جداگانه ای از دستگاه های شبکه ایجاد شود. این رویکرد بیشتر برای HPC است که به تاخیرهای زیر 5 میکروثانیه نیاز دارد و طراحی، سیم کشی و مدیریت آن بسیار پیچیده است.

5 کاربرد سوئیچ شبکه

هنگام استقرار سوئیچ های شبکه، مدیران فناوری اطلاعات باید موارد استفاده و برنامه های کاربردی زیر را به خاطر بسپارند:

1. با چندین هاست مختلف ارتباط برقرار کنید

یک سوئیچ شبکه ممکن است دارای پورت های بی پایان برای اتصال کابل ها باشد که در توپولوژی ستاره مفید است. علاوه بر این، سوئیچ ها بسیاری از کامپیوترها را به سیستم شبکه متصل می کنند. چه رایانه ها در سراسر اتاق یا در نیمه راه در سراسر جهان قرار داشته باشند، وظیفه اصلی سوئیچ شبکه انتقال بسته های داده از یک رایانه به رایانه دیگر است. این بدون توجه به فاصله فیزیکی بین دستگاه ها صادق است. چند دستگاه دیگر به انتقال داده ها در طول مسیر کمک می کنند، اما سوئیچ جزء حیاتی طراحی شبکه است.

هر پورت روی سوئیچ شبکه مکانیزم ارسال یا فیلتر یکسانی دارد. کاربران می‌توانند چندین پورت داشته باشند که هر سوئیچ را با آبشار کردن چندین سوئیچ با هم پیوند می‌دهند، که همه آن‌ها می‌توانند به صورت جداگانه در گروه تنظیم و کار کنند.

2. ترافیک شبکه را تخلیه کنید

استفاده از سوئیچ ها برای تخلیه ترافیک به دلایل تحلیلی رایج است. سوئیچ ها در یک شبکه ممکن است به تنظیم انواع مختلف ترافیک شبکه، مانند ترافیک ورودی و خروجی از شبکه و اتصال بسیاری از دستگاه های شبکه، مانند رایانه های شخصی و نقاط دسترسی بی سیم، کمک کنند. یک مفهوم کلیدی در این زمینه “پیشبرد” است.

Forwarding فرآیند مسیریابی ترافیک شبکه از یک دستگاه متصل به یک پورت سوئیچ شبکه به دستگاه دیگر متصل به پورت دیگر سوئیچ است. این فرآیند زمانی شروع می شود که یک دستگاه به یک پورت متصل می شود و زمانی پایان می یابد که دستگاه دیگری به پورت سوئیچ دیگری متصل شود.

این برای امنیت شبکه مفید است زیرا اجازه می دهد تا یک سوئیچ در مقابل یک روتر شبکه گسترده (WAN) قبل از ارسال ترافیک به شبکه محلی قرار گیرد. همچنین به این صورت است که استفاده از سوئیچ های شبکه تشخیص نفوذ، تجزیه و تحلیل عملکرد و راه اندازی فایروال ها را ساده تر می کند. برای مثال، قبل از اینکه داده ها به یک بسته یابی یا یک سیستم تشخیص نفوذ ارسال شود، انعکاس پورت می تواند به ایجاد یک کپی آینه ای از اطلاعاتی که از طریق سوئیچ می گذرد کمک کند. این قبل از ارسال اطلاعات به مقصد اتفاق می افتد. این به تجزیه و تحلیل آینده کمک می کند.

3. پهنای باند LAN را بهینه کنید

سوئیچ های شبکه، شبکه LAN را به حوزه های برخورد زیادی تقسیم می کنند که هر کدام دارای اتصال پهنای باند خود هستند و در نتیجه باند فرکانسی LAN افزایش می یابد. هنگام انتقال فریم ها، سوئیچ های شبکه می توانند یک سیگنال الکتریکی مربعی بدون تغییر تولید کنند.

سوئیچ ها از مهمترین تجهیزات اکتیو شبکه هستند که در چندین سطح مدل OSI به طور همزمان عمل می کنند، مانند پیوندهای داده، شبکه ها یا لایه های انتقال. سوئیچ های چند لایه دستگاه هایی هستند که در چندین لایه به طور همزمان کار می کنند. سوئیچینگ مؤثر برای مدیریت افزایش ترافیک شبکه از طریق ویدیو و سایر برنامه های فشرده پهنای باند، دستگاه های کاربر بیشتر و بسته های بیشتر برای سرورها و ذخیره سازی ابری مورد نیاز است. هر شرکت کوچک یا متوسط ​​ممکن است از سوئیچینگ LAN برای حفظ سرعت و قابلیت اطمینان مورد نیاز کاربران استفاده کند.

4. جدول آدرس MAC را پر کنید

به عنوان یک دستگاه لایه 2، یک سوئیچ تمام تصمیمات خود را بر اساس داده های موجود در سربرگ L2 قرار می دهد. بسته به منابع و مقصد آدرس MAC، سوئیچ ها مسیر ارسال را تعیین می کنند. ایجاد یک پایگاه داده آدرس MAC که هر یک از پورت های سوئیچ سوئیچ را با مکان های MAC دستگاه های متصل تطبیق دهد، یکی از وظایف سوئیچ است.

پایگاه داده آدرس MAC در ابتدا خالی است و هنگامی که سوئیچ داده ها را دریافت می کند، فیلد آدرس MAC مبدا فریم ورودی را بررسی می کند. این پایگاه داده آدرس MAC را با آدرس های MAC منبع و پورت سوئیچ جمع آوری بسته پر می کند. سوئیچ در نهایت یک جدول آدرس MAC کاملاً پر خواهد داشت زیرا هر دستگاه متصل چیزی را تحویل می دهد. سپس می توان از این جدول برای پیشبرد هوشمندانه فریم ها به محل مورد نظرشان استفاده کرد.

5. فیلتر MAC و سایر ویژگی های کنترل دسترسی را فعال کنید

در نهایت، اجازه دهید در مورد استفاده فیلتر سوئیچ های شبکه بحث کنیم. این تابع مشخص می کند که یک سوئیچ هرگز یک فریم را از همان پورتی که در آن دریافت شده است، به عقب بازگرداند. ممکن است از فیلتر آدرس MAC برای جلوگیری از اتصال گره های خاص استفاده کنید. می‌توانید با فیلتر کردن آدرس‌های اترنت لایه MAC مبدا و مقصد در پورت مبدأ (ورودی) سوئیچ به این هدف دست یابید.

بسته به نیازهای کنترل دسترسی شبکه شما، آدرس MAC فیلتر ممکن است unicast، multicast یا پخش باشد. هنگامی که یک سوئیچ نیاز به flood کردن یک فریم دارد، فریم کپی می‌شود و به تمام پورت‌های سوئیچ به جز پورت‌هایی که آن را دریافت کرده است، ارسال می‌شود. یک میزبان به ندرت یک فریم با مقصد به عنوان آدرس MAC خودش ارسال می کند. این اغلب به دلیل وضعیت نادرست یا مخرب بودن میزبان است. هنگامی که این اتفاق می افتد، سوئیچ در هر صورت فقط قاب را دور می اندازد.

همچنین بخوانید: مقایسه فضای ذخیره‌ سازی لوکال و ابری: کدام بهتر است؟

جمع بندی

تقاضای جهانی برای سوئیچ های شبکه به طور مداوم در حال افزایش است تا از عصر اتصال از راه دور و ظهور اینترنت اشیا پشتیبانی کند. ردیاب‌های جهانی IDC دریافتند که بازار جهانی سوئیچ در سه‌ماهه سوم سال 2021 7.5 درصد افزایش یافته است. این نیز به دلیل افزایش پذیرش رایانش ابری است، زیرا سوئیچ‌های شبکه به هماهنگ‌سازی، حفظ و تثبیت توزیع منابع در سراسر ابر مقیاس بزرگ کمک می‌کنند. محیط های محاسباتی در چند سال آینده، این تقاضا بیشتر خواهد شد و دانستن در مورد عملکرد سوئیچ های شبکه ضروری است.