سوئيچ چيست و چگونه كار مي‌كند ؟
شبکه از مجموعه ای کامپيوتر ( گره ) که توسط يک محيط انتقال ( کابلی بدون کابل ) بيکديگر متصل می گردند ، تشکيل شده است. در شبکه از تجهيزات خاصی نظير هاب و روتر نيز استفاده می گردد .
سوئیچ سیسکو يکی از عناصر اصلی و مهم در شبکه های کامپيوتری است . با استفاده از سوئيچ ، چندين کاربرقادربه ارسال اطلاعات از طريق شبکه در يک لحظه خواهند بود. سرعت ارسال اطلاعات هر يک از کاربران بر سرعت دستيابی ساير کاربران شبکه تاثير نخواهد گذاشت .
سوئيچ همانند روتر که امکان ارتباط بين چندين شبکه را فراهم می نمايد ، امکان ارتباط گره های متفاوت ( معمولا" کامپيوتر ) يک شبکه را مستقيما" با يکديگر فراهم می نمايد. شبکه ها و سوئيچ ها دارای انواع متفاوتی می باشند ..
سوئيچ هائی که برای هر يک از اتصالات موجود در يک شبکه داخلی استفاده می گردند ، سوئيچ های LAN ناميده می شوند. اين نوع سوئيچ ها مجموعه ای از ارتباطات شبکه را بين صرفا" دو دستگاه که قصد ارتباط با يکديگر را دارند ، در زمان مورد نظر ايجاد می نمايد .
مبانی شبکه
عناصر اصلی در يک شبکه کامپيوتری بشرح زير می باشند :
شبکه . شبکه شامل مجموعه ای از کامپيوترهای متصل شده (با يک روش خاص )، بمنظور تبادل اطلاعات است .
گره . گره ، شامل هر چيزی که به شبکه متصل می گردد ، خواهد بود.( کامپيوتر ، چاپگر و ... )
سگمنت. سگمنت يک بخش خاص از شبکه بوده که توسط يک سوئیچ سیسکو ، روتر و يا Bridge از ساير بخش ها جدا شده است .
ستون فقرات . 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 ( با آدرس مشخص ) 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 .
استفاده از سوئیچ سیسکو در اکثر شبکه های متداول ، بمنظور اتصال گره ها از هاب استفاده می شود. همزمان با رشد شبکه ( تعداد کاربران ، تنوع نيازها ، کاربردهای جديد شبکه و ...) مشکلاتی در شبکه های فوق بوجود می آيد :
- Scalability . در يک شبکه مبتنی بر هاب ، پهنای باند بصورت مشترک توسط کاربران استفاده می گردد. با توجه به محدود بودن پهنای باند ، همزمان با توسعه، کارآئی شبکه بشدت تحت تاثير قرار خواهد گرفت . برنامه های کامپيوتر که امروزه بمنظور اجراء بر روی محيط شبکه ، طراحی می گردنند به پهنای باند مناسبی نياز خواهند داشت . عدم تامين پهنای باند مورد نيازبرنامه ها ، تاثير منفی در عملکرد آنها را بدنبال خواهد داشت .
-Latency . به مدت زمانی که طول خواهد کشيد تا بسته اطلاعاتی به مقصد مورد نظر خود برسد ، اطلاق می گردد. با توجه به اينکه هر گره در شبکه های مبتنی بر هاب می بايست مدت زمانی را در انتظار سپری کرده ( ممانعت از تصادم اطلاعات ) ، بموازات افزايش تعداد گره ها در شبکه ، مدت زمان فوق افزايش خواهد يافت . در اين نوع شبکه ها در صورتيکه يکی از کاربران فايل با ظرفيت بالائی را برای کاربر ديگر ارسال نمايد ، تمام کاربران ديگر می بايست در انتظاز آزاد شدن محيط انتقال بمنظور ارسال اطلاعات باشند. بهرحال افزايش مدت زمانی که يک بسته اطلاعاتی به مقصد خود برسد ، هرگز مورد نظر کاربران يک شبکه نخواهد بود .
- Network Failure . در شبکه های مبتنی بر هاب ، يکی از دستگاههای متصل شده به هاب قادر به ايجاد مسائل و مشکلاتی برای ساير دستگاههای موجود در شبکه خواهد بود. عامل بروز اشکال می تواند عدم تنظيم مناسب سرعت ( مثلا" تنظيم سرعت يک هاب با قابليت 10 مگابيت در ثانيه به 100 مگابيت در ثانيه ) و يا ارسال بيش از حد بسته های اطلاعاتی از نوع Broadcast ، باشد .
- Collisions . در شبکه های مبتنی بر تکنولوژی اترنت از فرآينده خاصی با نام CSMA/CD بمنظور ارتباط در شبکه استفاده می گردد. فرآيند فوق نحوه استفاده از محيط انتقال بمنظور ارسال اطلاعات را قانونمند می نمايد. در چنين شبکه هائی تا زمانيکه بر روی محيط انتقال ترافيک اطلاعاتی باشد ، گره ای ديگر قادر به ارسال اطلاعات نخواهد بود. در صورتيکه دو گره در يک لحظه اقدام به ارسال اطلاعات نمايند ، يک تصادم اطلاعاتی ايجاد و عملا" بسته های اطلاعاتی ارسالی توسط اینجا هر يک از گره ها نيز از بين خواهند رفت . هر يک از گره های مربوطه ( تصادم کننده ) می بايست بمدت زمان کاملا" تصادفی در انتظار باقی مانده و پس از فراهم شدن شرايط ارسال ، اقدام به ارسال اطلاعات مورد نظر خود نمايند .
هاب مسير ارسال اطلاعات از يک گره به گره ديگر را به حداقل مقدار خود می رساند ولی عملا" شبکه را به سگمنت های گسسته تقسيم نمی نمايد. سوئيچ بمنظور تحقق خواسته فوق عرضه شده است . يکی از مهمترين تفاوت های موجود بين هاب و سوئيچ ، تفسير هر يک از پهنای باند است . تمام دستگاههای متصل شده به هاب ، پهنای باند موجود را بين خود به اشتراک می گذارند.در صورتيکه يک دستگاه متصل شده به سوئيچ ، دارای تمام پهنای باند مختص خود است. مثلا " در صورتيکه ده گره به هاب متصل شده باشند ، ( در يک شبکه ده مگابيت درثانيه) هر گره موجود در شبکه بخشی از تمام پهنای باند موجود ( ده مگابيت در ثانيه ) را اشغال خواهد کرد. ( در صورتيکه ساير گره ها نيز قصد ارتباط را داشته باشند) . در سوئيچ ، هر يک از گره ها قادر به برقراری ارتباط با ساير گره ها با سرعت ده مگابيت در ثانيه خواهد بود .
در يک شبکه مبتنی بر سوئيچ ، برای هر گره يک سگمنت اختصاصی ايجاد خواهد شد. سگمنت های فوق به يک سوئيچ متصل خواهند شد. در حقيقت سوئيچ امکان حمايت از چندين ( در برخی حالات صدها ) سگمنت اختصاصی را دارا است . با توجه به اينکه تنها دستگاه های موجود در هر سگمنت سوئيچ و گره می باشند ، سوئيچ قادر به انتخاب اطلاعات ، قبل از رسيدن به ساير گره ها خواهد بود . در ادامه سوئيچ، فريم های اطلاعاتی را به سگمنت مورد نظر هدايت خواهد کرد . با توجه به اينکه هر سگمنت دارای صرفا" يک گره می باشد ، اطلاعات مورد نظر به مقصد مورد نظر ارسال خواهند شد. بدين ترتيب در شبکه های مبتنی بر سوئيچ امکان چندين مبادله اطلاعاتی بصورت همزمان وجود خواهد داشت .
با استفاده از سوئيچ ، شبکه های اترنت بصورت full-duplex خواهند بود . قبل از مطرح شدن سوئيچ ، اترنت بصورت half-duplex بود. در چنين حالتی داده ها در هر لحظه امکان ارسال در يک جهت را دارا می باشند . در يک شبکه مبتنی بر سوئيچ ، هر گره صرفا" با سوئيچ ارتباط برقرار می نمايد ( گره ها مستقيما" با يکديگر ارتباط برقرار نمی نمايند) . در چنين حالتی اطلاعات از گره به سوئيچ و از سوئيچ به گره مقصد بصورت همزمان منتقل می گردند .
در شبکه های مبتنی بر سوئيچ امکان استفاده از کابل های بهم تابيده و يا فيبر نوری وجود خواهد داشت . هر يک از کابل های فوق دارای کانکتورهای مربوط به خود برای ارسال و دريافت اطلاعات می باشند. با استفاده از سوئيچ ، شبکه ای عاری از تصادم اطلاعاتی بوجود خواهد آمد. انتقال دو سويه اطلاعات در شبکه های مبتنی بر سوئيچ ، سرعت ارسال و دريافت اطلاعات افزايش می يابد .
اکثر شبکه های مبتنی بر سوئيچ بدليل قيمت بالای سوئيچ ، صرفا" از سوئيچ به تنهائی استفاده نمی نمايند. در اين نوع شبکه ها از ترکيب هاب و سوئيچ استفاده می گردد. مثلا" يک سازمان می تواند از چندين هاب بمنظور اتصال کامپيوترهای موجود در هر يک از دپارتمانهای خود استفاده و در ادامه با استفاده از يک سوئيچ تمام هاب ها(مربوط به هر يک از دپارتمانها ) بيکديگر متصل می گردد .
تکنولوژی سوئيچ ها
سوئيچ ها دارای پتانسيل های لازم بمنظور تغيير روش ارتباط هر يک از گره ها با يکديگر می باشند. تفاوت سوئيچ با روتر چيست ؟ سوئيچ ها معمولا " در لايه دوم (Data layer) مدل OSI فعاليت می نمايند.در لايه فوق امکان استفاده از آدرس های MAC ( آدرس ها ی فيزيکی ) وجود دارد. روتر در لايه سوم (Network) مدل OSI فعاليت می نمايند. در لايه فوق از آدرس های IP ر IPX و يا Appeltalk استفاده می شود. ( آدرس ها ی منطقی ) . الگوريتم استفاده شده توسط سوئيچ بمنظور اتخاذ تصميم در رابطه با مقصد يک بسته اطلاعاتی با الگوريتم استفاده شده توسط روتر ، متفاوت است .
يکی از موارد اختلاف الگوريتم های سوئيچ و هاب ، نحوه برخورد آنان با Broadcast است . مفهوم بسته های اطلاعاتی از نوع Broadcast در تمام شبکه ها مشابه می باشد. در چنين مواردی ، دستگاهی نياز به ارسال اطلاعات داشته ولی نمی داند که اطلاعات را برای چه کسی می بايست ارسال نمايد. بدليل عدم آگاهی و دانش نسبت به هويت دريافت کننده اطلاعات ، دستگاه مورد نظر اقدام به ارسال اطلاعات بصورت broadcast می نمايد. مثلا" هر زمان که کامپيوتر جديد ويا يکدستگاه به شبکه وارد می شود ، يک بسته اطلاعاتی از نوع Broadcast برای معرفی و حضور خود در شبکه ارسال می دارد. ساير گره ها قادر به افزودن کامپيوتر مورد نظر در ليست خود و برقراری ارتباط با آن خواهند بود. بنابراين بسته های اطلاعاتی از نوع Broadcast در موارديکه يک دستگاه نياز به معرفی خود به ساير بخش های شبکه را داشته و يا نسبت به هويت دريافت کننده اطلاعات شناخت لازم وجود نداشته باشند ، استفاده می گردند .
هاب و يا سوئيچ ها قادر به ارسال بسته ای اطلاعاتی از نوع Broadcast برای ساير سگمنت های موجود در حوزه Broadcast می باشند. روتر عمليات فوق را انجام نمی دهد. در صورتيکه آدرس يکدستگاه مشخص نگردد ، روتر قادر به مسيريابی بسته اطلاعاتی مورد نظر نخواهد بود. ويژگی فوق در موارديکه قصد جداسازی شبکه ها از يکديگر مد نظر باشد ، بسيار ايده آل خواهد بود. ولی زمانيکه هدف مبادله اطلاعاتی بين بخش های متفاوت يک شبکه باشد ، مطلوب بنظر نمی آيد. سوئیچ سیسکو با هدف برخورد با مشکل فوق عرضه شده اند .سوئيچ های LAN بر اساس تکنولوژی packet-switching فعاليت می نمايند . سوئيچ يک ارتباط بين دو سگمنت ايجاد می نمايد. بسته های اطلاعاتی اوليه در يک محل موقت ( بافر) ذخيره می گردند ، آدرس فيزيکی (MAC) موجود در هدر خوانده شده و در ادامه با ليستی از آدرس های موجود در جدول Lookup ( جستجو) مقايسه می گردد. در شبکه های LAN مبتنی بر اترنت ، هر فريم اترنت شامل يک بسته اطلاعاتی خاص است . بسته اطلاعاتی فوق شامل يک عنوان (هدر ) خاص و شامل اطلاعات مربوط به آدرس فرستنده و گيرنده بسته اطلاعاتی است .
سوییچ های معرفی شده توسط شرکت سیستکو سوئیچ‌های سری ۲۹۶۰، ۳۵۶۰، ۳۷۵۰، ۴۵۰۰، ۶۵۰۰ می باشند.شرکت سیسکو سوئیچ‌های متنوعی را با توجه به مدل سلسله مراتبی شبکه (Access, Distributed, Core)، سایز شبکه، سرعت و نوع ارتباطات و سرویس‌های مورد نیاز ارائه کرده است. با در نظر گرفتن نیاز امروز و آینده شبکه، می‌توان از هر یک از این سوئیچ‌ها بهره برد. در ادامه به بررسی برخی از این سوئیچ‌ها می‌پردازیم:سوئیچ‌های ردۀ ۲۹۶۰
- سوئیچ‌های ۲۹۶۰ در دو نوع Stackable و Standalone موجود می‌باشند.
- ایده‌ال برای شبکه‌های Branch Office، Midmarket و Enterprise
- قابلیت Switching لایه ۲ و سرویس‌های لایه ۲ تا ۴
- دارای ۲۴ یا ۴۸ پورت اترنت و ۴ یا دو عدد Uplink با سرعتهای ۱G یا ۱۰G
- شامل POE برای سوئیچ‌های معمولی و POE+ برای سری جدید سوئیچ‌ها(۲۹۶۰S)
سوئیچ‌های رده ۳۵۶۰
- سوئیچ‌های Standalone لایه ۳ با قابلیت استفاده از دو نوع IOS (IP Based, IP Service)
- تنوع گستردۀ سوئیچ در رده‌های مختلف، برای نیازهای متفاوت (۳۵۶۰V2, 3560G, 3560E, 3560X)
- دارای مدلهای ۲۴ و ۴۸ پورت ۱۰/۱۰۰ یا ۱۰/۱۰۰/۱۰۰۰ با POE/POE+ و بدون POE
- پشتیبانی از Uplinkهای ۱G و ۱۰G در مدلهای ۳۵۶۰-E و ۳۵۶۰-X
سوئیچ‌های رده ۳۷۵۰
- سوئیچ‌های Stackable لایه ۳ با تنوع مدل برای نیازهای مختلف
- بهبود مصرف انرژی به همراه پورت‌های Fast Ethernet در ردۀ ۳۷۵۰V2
- ترکیب ساختار ۱۰/۱۰۰/۱۰۰۰ و POE به همراه Uplinkهای قابل Upgrade از ۱G به ۱۰G در سوئیچ‌های ۳۷۵۰E Stack Wise
- ایجاد قابلیت دسترسی، مقیاس‌پذیری، امنیت و بهبود مصرف انرژی بالا با استفاده از سوئیچ‌های ۳۷۵۰-X
مقایسه رده‌های جدید سوئیچ‌های ۳۵۶۰ و ۳۷۵۰:رده سوئیچ‌های V2: سوئیچ‌های Fast Ethernet با مصرف انرژی بهینه هستند که دارای Uplinkهای SFP با سرعت ۱G می‌باشند.. با توجه به مدل، در این سوئیچ‌ها امکان استفاده از POE نیز وجود دارد.رده سوئیچ‌های E: سوئیچ‌های Gigabit Ethernet با تکنولوژی EnergyWise برای مدیریت مصرف انرژی هستند. در این رده سوئیچ‌ها با استفاده از ماژول‌های TwinGig converter می‌توان Uplinkهای ۱G را به ۱۰G تبدیل کرد. با توجه به مدل، قابلیت استفاده از POE (15.4W توان روی هر پورت سوئیچ) و POE پیشرفته (۲۰W توان روی هر پورت سوئیچ) در این سوئیچ‌ها وجود دارد. همچنین این سوئیچ‌ها در رده ۳۵۶۰ دارای Power و Fan افزونه می‌باشند و در رده ۳۷۵۰ دارای تکنولوژی StackWise Plus با سرعت ۱۲۸Gbps هستند.رده سوئیچ‌های X: سوئیچ‌های Gigabit Ethernet با امکان انتخاب Uplink (4عدد Gigabit Ethernet یا ۲عدد ۱۰Gigabit Ethernet) هستند. تکنولوژی POE+ (30W توان روی هر پورت سوئیچ) روی مدلهای POEدار موجود می‌باشد. همچنین Power Supplyها و Fan در این سوئیچ‌ها، ماژولار و Dual Redundant است. در این رده سوئیچ‌ها تکنولوژی StackPower وجود دارد و در ردۀ ۳۷۵۰ سرعت Stacking با تکنولوژی StackWise Plus افزایش یافته است.سوئیچ‌های رده ۴۵۰۰
- امنیت، انعطاف‌پذیری و کارایی بالا به همراه ماجولار بودن و تراکم بالای پورت
- ایده‌ال برای لایه Distributed یا شبکه‌های Collapsed Core
- قابلیت Switching تا ۸۴۸Gbps و گذردهی تا ۲۵۰Mpps
- بهبود یکپارچه‌سازی ارتباطات با تراکم بالای POE و POE+
- ماکزیمم زمان فعالیت برای Applicationهای Voice و Video
سوئیچ‌های رده ۶۵۰۰
- ایجاد بالاترین سطح سرویس برای هر نقطه در شبکه با استفاده از قابلیت ماجولار بودن
- مناسب برای Metro-Ethernetها، مسیریابی شبکه‌های WAN و دیتاسنترها
- فراهم آوردن سرویس‌های پیشرفته سرعت بالا مانند Integrated Wireless، Application Control، سرویس‌های آنالیز شبکه
- پشتیبانی از بیشترین تراکم پورت برای POE، Fast Ethernet و Gigabit Ethernet
نقل قول
