سوئیچ شبکه جزء ضروری هر شبکه است. با تنوع برنامه های شبکه و تنوع روزافزون پیاده سازی های شبکه همگرا، سوئیچ های لایه 3 در مراکز داده، شبکه های سازمانی پیچیده و برنامه های کاربردی تجاری رشد می کنند.

سوییچ شبکه چیست ؟

سوییچ شبکه وسیله ای است که کامپیوترها یا بهتر بگوییم کاربران شبکه را در لایه دوم از مدل OSI که لایه پیوند داده یا Data Link نیز نامیده می شود به همدیگر متصل می کند . سوییچ ها در واقع جایگزین هوشمندی برای هاب ها در شبکه محسوب می شوند که امکان برقراری ارتباطات با سرعت بالا در شبکه را ایجاد می کنند. در لایه دوم از مدل OSI سویچ با استفاده از ساختار ( MAC ( Media Access Control کار می کنند ، این قابلیت به سویچ کمک میکند که همانند یک پل ( Bridge ) چند پورته ( Multiport ) عمل کند .

یک سوئیچ شبکه، دستگاه‌ها (مانند رایانه‌ها، چاپگرها، نقاط دسترسی بی‌سیم) را در یک شبکه به یکدیگر متصل می‌کند و به آن‌ها اجازه می‌دهد تا با تبادل بسته‌های داده باهم ارتباط برقرار کنند. سوئیچ ها می توانند دستگاه های سخت افزاری باشند که شبکه های فیزیکی را مدیریت می کنند و همچنین دستگاه های مجازی مبتنی بر نرم افزار.

سوئیچ ها اکثریت قریب به اتفاق دستگاه های شبکه را در شبکه های داده مدرن تشکیل می دهند. آنها اتصالات سیمی را به رایانه های رومیزی، نقاط دسترسی بی سیم، ماشین آلات صنعتی و برخی از دستگاه های اینترنت اشیا (IoT) مانند سیستم های ورود کارت ارائه می دهند. آنها رایانه‌هایی را که میزبان ماشین‌های مجازی (VM) در مراکز داده و همچنین سرورهای فیزیکی و بسیاری از زیرساخت‌های ذخیره‌سازی هستند، به هم متصل می‌کنند. آنها حجم وسیعی از ترافیک را در شبکه های ارائه دهنده مخابرات حمل می کنند.

سوئیچ های لایه 2 و سوئیچ های لایه 3 چه هستند؟

مدل Open Systems Interconnection (OSI) از سوئیچ های لایه 2 و سوئیچ های لایه 3 استفاده می کند و یک مدل مرجع برای توصیف و توضیح ارتباطات شبکه است. مدل OSI دارای هفت لایه است: لایه کاربردی، لایه ارائه، لایه جلسه، لایه انتقال، لایه شبکه، لایه پیوند داده و لایه فیزیکی. لایه های 2 و 3 به ترتیب به لایه پیوند داده و لایه شبکه اشاره دارند. آنهایی که در این لایه ها کار می کنند سوئیچ های لایه 2 و سوئیچ های لایه 3 نامیده می شوند.

سوئیچ لایه 2

سوئیچ های لایه 2 اساساً فقط سوئیچ می شوند، به این معنی که آنها بسته ها را از یک درگاه مبدا به یک درگاه مقصد با استفاده از آدرس MAC دستگاه هدایت می کنند. با حفظ جدول آدرس MAC، پورت هایی را که به کدام آدرس های MAC اختصاص داده اند، ردیابی می کند. آدرس های MAC در لایه 2 مدل مرجع OSI عمل می کنند. یک آدرس MAC به ساده یک دستگاه را از دستگاه های دیگر متمایز می کند و به هر دستگاه یک آدرس MAC مربوط به فرد داده می شود. از فناوری سوئیچینگ ایجاد بر سخت افزار برای مدیریت ترافیک در LAN (شبکه محلی) استفاده می کند. از آنجایی که سوئیچینگ در لایه 2 اتفاق می افتد، روند نسبتا سریع است زیرا کاری که انجام می دهد این است که آدرس های MAC را در لایه های ساختاری می دهد. به عبارت ساده، لایه سوئیچ 2 به عنوان پل بین چند دستگاه عمل می کند.

در داخل سویچ ها ما برای اینکه بتوانیم Broadcast Domain های بیشتری داشته باشیم از VLAN ها استفاده می کنیم و با استفاده از این قابلیت پورت های مختلف سویچ را در Subnet های مختلف قرار می دهیم . سویچ های از قابلیت VLAN برای کنترل کردن Broadcast ها ، Multicast ها و unicast ها در لایه دوم استفاده می کند. ترافیک هایی مثل HTTP ، FTP ، SNMP براحتی می تواند توسط سویچ های لایه دو مدیریت شوند .

زمانی که در مورد امنیت شبکه صحبت می کنیم سویج های لایه دو قابلیتی ساده اما قوی به نام Port Security را به ما ارائه می دهند. در سطح لایه دو ، تکنیک هایی مانند Spanning Tree ضمن اینکه قابلیت Redundancy مسیرها را برای شبکه ما ایجاد می کنند ، باعث جلوگیری از بروز Loop در شبکه نیز می شوند . در طراحی شبکه سویچ های لایه دو معمولا در سطح لایه دسترسی یا Access قرار می گیرند . در مسیریابی بین VLAN ها یا Inter VLAN Routing سویچ های لایه دو نمی توانند کاری انجام بدهند و بایستی فرآیند مسیریابی را یا به یک مسیریاب و یا به یک سویچ لایه سه که بتواند قابلیت های لایه سوم را در اختیار ما قرار دهد بسپاریم .

سوئیچ لایه 3

سوئیچ لایه 3 دقیقا برعکس سوئیچ لایه 2 است. سوئیچ های لایه 2 نمی تواند بسته ها را در لایه 3 مسیریابی کنند. لایه 3 از آدرس های IP برای مسیریابی استفاده می کند که با سوئیچ های لایه 2 متفاوت است. این یک دستگاه سخت افزاری تخصصی است که برای مسیریابی بسته ها استفاده می شود. سوئیچ های لایه 3 دارای قابلیت سوئیچینگ سریع و تراکم پورت بالاتری هستند. آنها نسبت به روترهای سنتی ارتقا یافته و عملکرد بهتری دارند. مزیت اصلی سوئیچ های لایه 3 این است که می تواند بسته ها را بدون ایجاد جهش اضافی در شبکه هدایت کنند و بنابراین س ریعتر از روترها هستند. با این حال، آنها دارای برخی از ویژگی های دیگر روترها هستند. سوئیچ های لایه 3 معمولاً در شرکت های بزرگ استفاده می شوند. به طور خلاصه، سوئیچ لایه 3 چیزی بیش از یک روتر پرسرعت نیست، اما بدون اتصال WAN.

برای چیره شدن بر مشکلاتی مانند ازدیاد Broadcast ها و مدیریت لینک های بیشتر ، شرکت سیسکو سویچ های مدل کاتالیست 3550، 3560 ، 3750 ، 45000 و 6500 را معرفی کرد . این سویج های این قابلیت را دارا هستند که می توانند ارسال بسته ها را با قابلیت های سخت افزاری یک مسیریاب انجام دهند . سویچ های لایه سوم علاوه بر اینکه قابلیت های سویچ های لایه دوم را نیز دارا هستند در همان دستگاه سخت افزاری قابلیت های مسیریابی را نیز تعبیه کرده اند ، با اینکار هزینه های یک سازمان بسیار پایین می آید زیرا نیازی به خرید مسیریاب های اضافی برای استفاده از قابلیت های VLAN نخواهند داشت .

پروتکل های مسیریابی مانند EIGRP و در برخی اوقات OSPF می توانند با استفاده از تعریف شدن یکی از پورت های سویچ به عنوان پورت مسیریابی مورد استفاده قرار بگیرند . برای اینکار ابتدا بایستی قابلیت های فعالیت پورت مورد نظر را با استفاده از دستور no switchport غیرفعال کنیم . سویچ های لایه سوم در طراحی های شبکه ای معمولا در سطح توزیع ( Distribute ) و یا هسته ( Core ) مورد استفاده قرار می گیرند . در برخی اوقات به این نوع سویچ های Router Switch نیز گفته می شود.

تفاوت بین سوئیچ لایه 2 و لایه 3

1. سوئیچینگ و مسیریابی

سوئیچینگ در لایه 2 مدل مرجع OSI عمل می کند، جایی که بسته ها بر اساس آدرس های MAC به پورت های مقصد هدایت می شوند. بنابراین سوئیچ لایه 2 فقط سوئیچینگ را انجام می دهد. با این حال، سوئیچ های لایه 3 دستگاه های سخت افزاری تخصصی هستند که برای مسیریابی بسته ها با استفاده از آدرس های IP استفاده می شوند. بنابراین فقط مسیریابی را انجام می دهد.

2. امکانات

سوئیچ لایه 2 فقط می تواند بسته ها را از یک پورت به پورت دیگر سوئیچ کند، در حالی که سوئیچ لایه 3 می تواند هم سوئیچ و هم مسیریابی را انجام دهد. مسیریابی در سوئیچینگ لایه 2 امکان پذیر نیست، به این معنی که دستگاه ها می توانند در یک شبکه با هم ارتباط برقرار کنند. در سوئیچینگ لایه 3، دستگاه ها می توانند در داخل و خارج از شبکه ارتباط برقرار کنند.

3.آدرس MAC و IP

سوئیچ لایه 2 از آدرس MAC دستگاه برای هدایت بسته ها از پورت مبدا به پورت مقصد استفاده می کند. آنها بسته ها را با نگهداری جدولی از آدرس های MAC هدایت می کنند. در عوض، سوئیچ‌های لایه 3 از آدرس‌های IP استفاده می‌کنند تا زیرشبکه‌های جداگانه را از طریق یک پروتکل مسیریابی خاص به یکدیگر پیوند دهند.

4.کاربرد

سوئیچینگ لایه 2 مبتنی بر سخت افزار است، سوئیچ از یک ASIC (مدار مجتمع ویژه برنامه) برای حفظ جدول آدرس MAC استفاده می کند. سوئیچ ها و پل ها از سوئیچینگ لایه 2 مانند یک LAN معمولی استفاده می کنند که یک دامنه بزرگ را به چندین دامنه کوچکتر تقسیم می کند. سوئیچ ها از فرآیندی به نام Address Resolution Protocol (ARP) برای تعیین آدرس MAC سایر دستگاه ها استفاده می کنند. سوئیچ های لایه 3 ترکیبی مدرن از سوئیچ ها و روترها هستند که معمولاً برای مسیریابی در شبکه های مجازی مجازی (VLAN) استفاده می شوند.

5.سرعت

سوئیچ هایی که در لایه 2 کار می کنند معمولاً زمان کمتری نسبت به سوئیچ های فعال در لایه 3 دارند. تنها کاری که انجام می دهند این است که آدرس های MAC را برای تغییر مسیر بسته ها از پورت های مبدا به پورت های مقصد در سوئیچینگ لایه 2 اختصاص می دهند. برعکس، سوئیچ لایه 2 قبل از اینکه بتواند بهترین مسیر را برای ارسال بسته به پورت مقصد پیدا کند، مدتی طول می کشد تا بسته را بررسی کند.

نحوه انتخاب سوییچ شبکه

هنگامی که باید بین سوئیچ های لایه 2 و لایه 3 انتخاب کنید، باید محل استفاده از آن را در نظر بگیرید. اگر دامنه لایه 2 خالص دارید، می توانید به سادگی سوئیچ لایه 2 را انتخاب کنید. دامنه لایه 2 خالص جایی است که میزبان ها متصل می شوند، بنابراین سوئیچ های لایه 2 می توانند به درستی در آنجا کار کنند. این اغلب به عنوان لایه دسترسی در توپولوژی شبکه شناخته می شود. اگر به سوئیچ هایی برای جمع آوری سوئیچ های دسترسی چندگانه و انجام مسیریابی بین VLAN نیاز دارید، سوئیچ های لایه 3 مورد نیاز هستند. در توپولوژی شبکه به این لایه توزیع می گویند.

کلام آخر

سرعت و کارایی یک سوئیچ شبکه به پردازنده، پارچه سوئیچینگ و الگوریتم های آن بستگی دارد. پیچیدگی آن به لایه هایی بستگی دارد که سوئیچ در مدل OSI (Open Systems Interconnection) در آن کار می کند. به طور کلی، شبکه های کامپیوتری معمولی همیشه تحت سلطه سوئیچ های لایه 2 بوده اند. اما با افزایش پیچیدگی، برنامه‌ها به پیکربندی‌های شبکه قوی‌تر و قابل اعتمادتری نیاز دارند. اینجاست که سوئیچ های لایه 3 وارد عمل می شوند. تجهیزات پیشرفته تر همیشه بهتر نیستند، اما درست است که مناسب ترین تجهیزات را برای کاربرد خاص خود انتخاب کنید. اگر شرکتی یا سازمانی در آینده قصد توسعه و بزرگتر شدن دارد قطعا بایستی در طراحی های خود سویچ های لایه سوم را ببیند . علاوه بر این قابلیت های سویچ های لایه سوم ضمن اینکه قدرت پشتیبانی از حجم زیادی از ترافیک را دارند ، نسبت به سویچ های لایه دوم هوشمند تر نیز هستند و همین موضوع باعث می شود که در بیشتر سازمان ها و شرکت های بسیار بزرگ از این نوع سویچ های استفاده شود ، حال آنکه شرکت های کوچک معمولا از سویچ های لایه دوم استفاده می کنند .

قطعات و تجهیزات شبکه شامل برندهای معتبری مانند : Mikrotik Cisco , TP-link , Dlink , Linksys,Planet, ,extreme networksو ... می باشد .  جهت خرید و کسب اطلاعات بیشتردر خصوص کاربرد تجهیزات شبکه با شرکت شبکه رسام دوراندیش تماس بگیرید.