سوئیچ یکی از اصلی‌ترین تجهیزات شبکه است که وظیفه منتقل کردن داده‌های دریافتی را به مقصد موردنظر دارد. اغلب از این نوع سخت‌افزار در طراحی و اجرای شبکه‌های محلی یا LAN استفاده می‌شود و برخلاف روتر که وظیفه مسیریابی را برعهده دارد، switch باید اطلاعات را به هر دستگاه متصل به شبکه که بر اساس پیکربندی دیکته می‌شود، ارسال کند.

همواره در نتورک‌های کوچک و سازمان‌هایی که هدف ارائه خدمات به تعداد کاربران محدود و کارمندان است، تعداد محدودی راه‌گزین نیاز است تا هدایت جریان داده ورودی و خروجی را برعهده بگیرند. در این مقاله 0 تا 100 هرآنچه که لازم است درمورد سوئیچ بدانید، شرح داده شده است پس تا انتها همراه ما باشید.

Switch یکی از اصلی‌ترین تجهیزات شبکه

تقریباً در تمامی سازمان‌ها، شرکت‌ها، رستوران‌ها و حتی خانه‌ها، هر فرد با اتصال به اینترنت یا دستگاه‌های اطراف جزئی از یک شبکه را تشکیل می‌دهد. حال در مواردی نیاز تا این شبکه کمی بهینه‌تر و سازمان‌یافته‌تر باشد تا بتوان دستورات و داده‌ها را به‌خوبی پردازش کرد و در نهایت به سرانجام رساند. یکی از اصلی‌ترین تجهیزات سخت‌افزاری به‌منظور این کار، switch بوده که وظیفه انتقال داده‌های دریافت شده را در مسیر درست دارد.

برای مثال فرض کنید که یک فروشگاه اینترنتی دارید و روزانه مقدار زیادی سفارش ثبت می‌کنید و خدا رو شکر کسب‌وکارتان رونق گرفته است. حال پس از یک روز کاری سخت نوبت ارسال سفارش‌ها به مقصد‌های مربوطه رسیده و باید هر بسته اطلاعات مربوط به خود را دریافت کند و به آدرس درست فرستاده شود. فردی که مسئولیت این کار را برعهده می‌گیرد همان سوئیچ شبکه خواهد بود.

درست به همین ترتیب نیز زمانی که یک دستور یا درخواست مانند دسترسی به دیتابیس داده‌ها در جریان یک شبکه قرار می‌گیرد ممکن است تا ابتدا این دستور به راه‌گزین انتقال داده شود تا این دستگاه درخواست را به سمت مرکز داده ارسال کند. نکته قابل‌توجه این است که این سخت‌افزار در لایه 2 مدل OSI کار می‌کند و بیشتر از طریق اتصال فیزیکی (مخصوصاً کابل اترنت) داده‌ها را منتقل می‌کند. همچنین می‌توان از آن در لایه 3 نیز کمک گرفت.

تفاوت روتر و سوئیچ، چرا نباید این دو را باهم اشتباه گرفت

روتر یا router دستگاهی است که با استفاده از داده‌های موجود در شبکه‌های مختلف اقدام به مسیریابی و پیداکردن مقصد موردنظر می‌کند. درحالی‌که سوئیچ نوعی از تجهیزات شبکه بوده که داده یا درخواست را به مقصد ارسال می‌کند. برای درک بهتر تفاوت این دو مورد بهتر است تا به مثال زیر توجه کنید.

زمانی که قصد مسافرت با ماشین را دارید موقع رسید به یک شهر ناآشنا با استفاده از تابلو‌های موجود در کوچه و خیابان‌ها مسیر خود را پیدا خواهید کرد که دقیقاً همین تابلوها در حال انجام کاری بمانند روتر‌ها یا مسیریاب‌ها هستند. اما برای رسید به مقصد علاوه بر دانستن مسیر، قرارگرفتن در آن نیز مهم است. یعنی زمانی که شما با استفاده از تابلوها جهت درست را پیدا کردید باید در خیابان صحیح نیز قرار بگیرید که روگذر یا زیرگذر، تقسیم‌کننده جاده، تونل و… همان switchهایی هستند که شما را در مسیر درست قرار می‌دهند.

از عمده تفاوت‌های میان روتر و راه‌گزین، می‌توان به نیاز مبرم روتر در زمان اتصال به اینترنت اشاره کرد. به این معنی که اگر می‌خواهید به اینترنت دسترسی داشته باشید باید و باید یک router تهیه کنید اما برای این کار نیازی به سوئیچ نیست. در سازمان‌ها و شرکت‌هایی با ده‌ها یا صد‌ها دستگاه متصل به شبکه استفاده از راه‌گزین واجب است.

تفاوت سوئیچ لایه 2 و لایه 3 در مدل OSI

Switchها بر اساس نوع آدرس مقصد در دولایه مختلف تعبیه می‌شوند که در مدل OSI قرار خواهند گرفت. در نوع اول یعنی سوئیچ لایه 3، راه‌گزین یا switch با استفاده از آدرس IP مقصد، داده‌ها را در مسیر درست قرار می‌دهد اما در نوع دیگر (لایه 2) سوئیچ بر اساس آدرس مک  (MAC address) این کار را انجام می‌دهد.

باید افزود که دستگاه‌هایی وجود دارند که قادر هستند تا هر دو مدل را انجام دهند و چه در لایه 2 یا چه در لایه سه، کارایی لازم را ارائه می‌کنند. اما باز‌هم اغلب switchهای موجود در بازار، لایه دو بوده که با استفاده از اتصال اترنت به دستگاه‌های شبکه وصل می‌شود.

در توضیح اتصال اترنت (Ethernet) باید گفت که نوعی اتصال فیزیکی است که با استفاده از پورت اترنت و کابل اترنت ارتباط برقرار می‌شود و شالوده شبکه‌های محلی است.

نحوه کار switch، راه‌گزین چگونه بسته‌ها را به مقصد می‌رساند؟

در زمان رسید یک بسته یا داده به سوئیچ این دستگاه media access control (MAC) یا آدرس کنترل دسترسی مدیا را یادداشت می‌کند. این آدرس یا کد در کارت رابط شبکه network-interface card (NIC) افزوده شده و نگهداری می‌شود. باید افزود که NIC با استفاده از کابل اترنت با switch در ارتباط است. راه‌گزین با استفاده از این کد‌های ثبت شده در کارت رابط شبکه، بسته‌ها را به مقصد می‌رساند.

حال سؤال اینجاست که چگونه سویچ می‌تواند با استفاده از این کد‌ها بسته‌ای را میان هزاران مقصد به سرنوشت درست خودش هدایت کند؟ با استفاده از هدر‌های موجود در هر پاکت یا playload.

هر بسته حاوی یکسری اطلاعات مانند آدرس مقصد، آدرس مبدأ، حجم داده‌هایی که حمل می‌کند، پروتکل‌های امنیتی و… است که در به مقصد رسید خودش مانند یک تمبر کمک می‌کند. switch با استفاده از این هدر و اطلاعات درون آن و همچنین تطبیق دادن آدرس مقصد با آدرس MAC، بسته را در کابل و پورت صحیح اترنت قرار می‌دهد و به دستگاه درخواست شده ارسال می‌کند.

برای کاهش احتمال تداخل در ترافیک شبکه یا همان برخورد بسته‌ها و در نتیجه ایجاد وقفه، اغلب سویچ‌ها عملکرد دوطرفه کامل (full-duplex) را ارائه می‌دهند. به این معنی که هر بسته‌‌ای که از switch برای به مقصد رسیدن استفاده می‌کند، به پهنای باند کامل آن دسترسی خواهد داشت.

پیشنهاد محتوا: سیر تا پیاز آشنایی با تجهیزات شبکه

تفاوت unmanaged switch و managed switch

سوئیچ‌های مدیریت نشده با ایجاد درگاه‌های Ethernet زیاد در یک شبکه محلی یا LAN باعث می‌شوند تا دستگاه‌های زیادی به اینترنت وصل شود. همچنین این نوع راه‌گزین‌ها با استفاده از آدرس MAC داده‌ها را برای رسید به مقصد عقب و جلو می‌کنند.

Switch مدیریت شده یا managed switch همین عملکرد را در قالبی بزرگ‌تر ارائه می‌دهد تا در شبکه‌های بزرگ‌تر مدیران بتوانند کنترل بیشتری بر نتورک داشته باشند. همچنین با استفاده از این نوع سویچ، یک مدیر شبکه قادر است تا با تنظیم شبکه‌های مجازی یا Virtual LANs (VLANs) یک شبکه محلی را به قسمت‌ها یا شبکه‌های کوچک‌تر تقسیم‌بندی کند.

تفاوت میان آدرس MAC و IP چیست؟

در توضیح این تیتر باید گفت که آدرس آی‌پی یا IP address اعداد و ارقامی مانند 192.0.2.255 یا 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334 هستند که مانند آدرس پستی عمل می‌کنند در سطح اینترنت با استفاده از این ارقام می‌توان مقصد را یافت. این نوع آدرس در لایه 3 استفاده می‌شود و تمامی دستگاه‌های متصل به اینترنت از این پروتکل برای ارتباط با یکدیگر استفاده می‌کنند.

نکته‌ای که وجود دارد این است که یک آدرس IP در طول زمان ممکن است تغییر کند. یعنی اگر آدرس 123.123.123.123 برای لپ‌تاپ شما در ساعت 2 عصر استفاده شود نباید این انتظار را داشته باشید که بعد از گذشت زمان و اتصال دوباره به شبکه باز هم همین آدرس به شما نسبت داده شود.

 دلیل این موضوع هم کم بودن تعداد آی‌پی‌ها موجود (IPV4) است. همچنین تمامی بسته‌های ارسال شده با استفاده از IP address در سربرگ خود IP مبدأ و مقصد را نیز دارند، دقیقاً مانند یک پیام ایمیل که آدرس ایمیل مبدأ و مقصد در محتویات پیام موجود است.

اما آدرس مک (MAC address) مانند کد ملی یک فرد است یعنی تا زمان مرگ و حتی بعد از آن نیز قرار نیست فرد دیگری با کد ملی شما شناسنامه یا کارت ملی دریافت کند درست مثل آدرس MAC. پس عمده تفاوت میان IP و MAC همین متغیر بودن  مقادیر نسبت‌داده‌شده است. یکی دیگر از تفاوت‌های این دو آدرس استفاده از MAC آدرس در لایه 2 بوده که یعنی این address در IP هدر بسته‌ها گنجانده نمی‌شود و در ترافیک اینترنت نقشی ندارد و تنها از آن در شبکه‌های محلی و معین استفاده خواهد شد.

بهتر است بخوانید: هرآن چیزی که لازم است درباره راه‌اندازی شبکه بدانید.

چگونه سویچ آدرس MAC هر دستگاه را شناسایی می‌کند؟

حال که با دو نوع آدرس IP و MAC آشنا شدیم و تفاوت‌های این دو را درک کردیم نوبت به پاسخ این سؤال می‌رسد که چگونه سویچ mac address یک دستگاه متصل به شبکه را شناسایی می‌کند؟ در پاسخ به این سؤال باید گفت که هر سوئیچ دارای جدولی است که داده‌های مربوط به مک آدرس هر دستگاه در آن ثبت می‌شود.

برای مثال 3 رایانه A، B و C را در نظر بگیرید؛ اگر رایانه A با پورت a، رایانه B با پورت b و درنهایت رایانه C با پورت c به switch  متصل باشد جدول یاد شده چیزی شبیه به جدول زیر خواهد بود:

آدرس مک	پورت
آدرس مک رایانه A	a
آدرس مک رایانه B	b
آدرس مک رایانه C	c

در زمان در خواست ارسال یک بسته به مثلاً رایانه C سویچ می‌داند که باید آن را در پورت یا درگاه c ارسال کند نه درگاه دیگری. نکته‌ای که شایان‌ذکر است، جدول بعد از هر بار خاموش و روشن شدن switch از بین رفته و باید مجدداً تنظیم شود. خب اگر الان دستگاه را روشن کنیم جدول چیزی شبیه به

آدرس مک	پورت
؟؟؟	؟؟
؟؟؟	؟؟
؟؟؟	؟؟

است که هیچ داده‌ای در آن وجود ندارد. دستگاه برای پرکردن فیلد‌های جدول پروسه خاصی را طی می‌کند که مراحل آن به‌صورت:

• زمانی که یک درخواست از کامپیوتر مثلاً B ارسال می‌شود تا به رایانه A برسد سوئیچ مک آدرس رایانه B و پورتی که از آن استفاده می‌کند را ثبت خواهد کرد.
• حال نوبت به دانستن MAC address رایانه A می‌رسد که برای این کار switch یک پیام را به کل دستگاه‌های موجود در شبکه (البته به جز کامپیوتر B) ارسال می‌کند و منتظر دریافت پاسخ از کامپیوتر A می‌ماند. به این فرایند سیل (flooding) گفته می‌شود.
• هنگامی که رایانه A پاسخ می‌دهد فوراً اطلاعات مربوط به پورت و آدرس MAC آن نیز ثبت شده و بدین ترتیب جدول رفته‌رفته تکمیل می‌شود تا زمانی که آدرس تمامی دستگاه‌ها همراه با درگاه‌های اتصال ضبط گردد.

تفاوت هاب و switch

هاب یا hub دستگاهی است که به‌منظور اشتراک‌گذاری یک فایل میان تمامی سیستم‌های متصل استفاده می‌شود. درحقیقت یک hub و مجموعه سیستم‌ها و تجهیزات متصل به آن یک بخش (segment) از نتورک را تشکیل می‌دهد. زمانی که یک درخواست یا داده به هاب ارسال می‌شود، همان‌طور که اشاره شد این درخواست یا بسته به‌تمامی دستگاه‌های متصل ارسال خواهد شد.

اما در سویچ بسته تنها به مقصد یا مقاصد تعیین شده ارسال می‌گردد و غیر از آن نباید هیچ دستگاه دیگری بسته را دریافت کند. یک switch معمولاً سگمنت‌های مختلف یک نتورک را به هم متصل می‌کند، یعنی هاب‌ها به سوئیچ‌ها متصل می‌شوند و ترافیک به اشتراک گذاشته شده توسط hub را فیلتر می‌کنند. اگر سویچ و هاب همانند دروازه‌هایی در نظر بگیریم، برای عبور از سوئیچ نیاز به کارت شناسایی (همان آدرس مک مقصد) است اما برای عبور از هاب به هیچ چیزی نیاز نیست.

مطالعه بیشتر: دیتا سنتر چیست؟

جمع‌بندی

Switch یکی از اصلی‌ترین تجهیزات شبکه است که در طراحی و پیاده‌سازی نتورک‌های محلی یا LAN استفاده‌های فراوانی دارد. این نوع دستگاه با استفاده از MAC آدرس دستگاه‌های متصل به خود به همراه اطلاعات مربوط به پورت‌ها، داده‌ها و بسته‌ها را به مقصد درست ارسال می‌کند. سوئیچ‌ها با استفاده از جداولی که در دل حافظه خود ذخیره کرده‌اند می‌توانند تشخیص دهند که کدام سیستم در کجا قرار دارد و از کدام درگاه اترنت استفاده می‌کند.

انواع مختلفی از راه‌گزین‌ها وجود دارد که در این مقاله به بررسی چند مورد از آن‌ها پرداختیم. همچنین با ارائه مثال‌هایی به تفاوت‌های میان این سیستم با Hub و router نیز اشاره شد. امید است تا مطالعه این محتوا برای خوانندگان و کاربران عزیز مفید باشد.