مرجع کامل آشنایی با روتر (Router)، سوئیچ (Switch) و هاب (Hub)

بگذارید ابتدا به طور مختصر و خلاصه هر سه را یکجا بررسی و مقایسه کنیم:

هاب (Hub) دستگاهی است که برای اتصال چندین دستگاه به یکدیگر در شبکه مورد استفاده قرار می گیرد. این دستگاه از طریق یک کابل به دستگاه های مختلف وصل شده و برای انتقال اطلاعات بین آن ها، از یک شبکه مشترک استفاده می کند. اما این دستگاه قابلیت هوشمندی یا smart بودن نداشته و تمامی داده ها را به همه دستگاه ها منتقل می کند، بدون توجه به مقصد.

سوییچ (Switch)، به کمک سوییچ می توان چندین دستگاه را به یکدیگر متصل کرد و بستری برای ارسال اطلاعات بین آن ها فراهم کرد. بر خلاف هاب، سوییچ ها هوشمند بوده و قابلیت تحلیل و تشخیص نیازهای شبکه را دارند. با توجه به آدرس MAC دستگاه ها، داده ها مستقیماً به مقصد مورد نظر منتقل می شوند.

روتر (Router) دستگاهی است که به منظور ارسال بسته های داده بین دو یا چند شبکه مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. روتر از طریق پروتکل های مسیریابی و قوانین شبکه، اطلاعات را از شبکه ی مبدا به مقصد هدایت می کند.

حال بیایید تا هر کدام را با جزئیات بیشتر بررسی کنیم...

هاب (Hub) چیست و چه کاربردی دارد؟

هاب (Hub) در شبکه‌های کامپیوتری، دستگاهی است که به عنوان مرکزی برای ارتباط دهی بین سیستم های درون شبکه مورد استفاده قرار می گیرد. هاب داده‌هایی که به آن ارسال می‌شود را به تمامی دستگاه‌های متصل به خود منتقل می‌کند بدون این که بداند این داده‌ها دقیقاً باید به کدام دستگاه خاص رسانده شوند.

در واقع هاب تنها یک دستگاه فیزیکی است که فقط وظیفه‌ی تقسیم کردن سیگنال به بخش‌های مختلف را بر عهده دارد. با توجه به اینکه هاب تنها بعنوان تقسیم کننده سیگنال بین دستگاه‌ها شناخته می شود، تمامی دستگاه‌ها داده‌ها را با سرعت یکسانی دریافت کرده و شاید کل پروسه با تأخیر همراه شود. به همین دلیل هاب در شبکه‌های بزرگ و پیچیده که به سرعت بالاتری نیاز دارند، توصیه نمی‌شود.

پس استفاده از هاب برای شبکه های کوچک و ساده که به شبکه اینترنت قابل قبولی متصل هستند مناسب است.

از مزایای هاب می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• هاب باعث افزایش تعداد پورت های شبکه شده که به آن کمک می کند تا گستردگی بیشتری در ارتباطات داشته باشد.
• هاب ها ساده و موثر و معمولاً از نظر هزینه ای مقرون به صرفه هستند.
• هاب ها برای ارتباطات عمومی بین دستگاه های درون شبکه مورد استفاده قرار می گیرند، به همین دلیل نیازی به تنظیمات پیشرفته و خاصی ندارند.
• هاب ها برای اتصال دستگاه های ساده مانند کامپیوترها، چاپگرها و دوربین ها به یک شبکه کاربرد خوبی دارند.

با این حال، استفاده از هاب ها در شبکه های بزرگ و پیچیده، به دلیل کاهش سرعت شبکه و افزایش تعداد تداخلات (Collisions) توصیه نمی شود.

سوئیچ (Switch) چیست و چه کاربردی دارد؟

سوئیچ در شبکه‌های کامپیوتری دستگاهی است که از طریق آن سیستم های درون شبکه با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. در واقع، سوئیچ یک نوع تجهیزات شبکه ای است که پیام‌های دریافتی را از آدرس MAC دریافت کرده و دقیقاً طبق آدرس مقصد، آنها را توزیع می‌کند.

هر بسته (packet) که برای دستگاهی در شبکه ارسال می‌شود، ابتدا به سوئیچ ارسال شده و سپس سوئیچ آن را به دستگاه مقصد می‌رساند.

مزیت استفاده از سوئیچ‌ها در مقایسه با هاب‌ها، این است که هر پورت سوئیچ دارای پهنای باند مجزایی بوده و تمامی بسته‌ها از روی آن پورت‌ها دریافت و به آدرس مقصد مناسب هدایت می‌شوند.

به عبارت دیگر، در صورتی که دو دستگاه بخواهند با هم ارتباط برقرار کنند، بسته داده‌ای از سیستم ارسال کننده به سوییچ و از سوییچ مستقیماً به دستگاه مقصد ارسال می‌شود.

استفاده از سوئیچ‌ها برای شبکه‌های بزرگتر، مثل شرکت‌ها و سازمان‌ها لازم است، زیرا سوئیچ‌ها از پهنای باند بیشتری برخوردار بوده و قابلیت مدیریت بهتری دارند.

اما این پروسه دقیقاً چطور انجام می شود؟

یک data packet یا بسته داده‌ای، واحد کوچکی از اطلاعات است که در شبکه‌های کامپیوتری منتقل می‌شود. هر بسته داده‌ای شامل هدر و body است که در آنها اطلاعات هر بسته، آدرس ها و دستورات مورد نیاز جهت رسیدن داده ها به مقصد قرار داده می شود.

در فرآیند ارسال و دریافت بسته‌ها، هدر برای تعیین منبع و مقصد بسته مورد استفاده قرار گرفته و برای بررسی صحت داده‌ها و تشخیص خطاهای احتمالی، نیز به کار گرفته می شود. در شبکه‌های کامپیوتری، بسته‌ها به ترتیب ارسال می شوند تا مقصد در دریافت اطلاعات با مشکلی مواجه نشود.

در این توپولوژی، سوئیچ‌ها کار خود را با تحلیل و پردازش آدرس MAC دستگاه‌ها شروع می‌کنند. هر دستگاه شبکه یک آدرس MAC دارد که این آدرس بر روی لایه ۲ قرار دارد. سوئیچ هر بسته‌ی داده را به تنهایی تحلیل کرده و به آدرس MAC مقصد مندرج در آن می‌فرستد. به این ترتیب، بسته‌های داده تنها به دستگاه مقصد رسیده و به دستگاه‌ دیگری ارسال نمی‌شوند.

سوئیچ‌ها همچنین از قابلیت‌های پیشرفته‌تری مانند امکان تنظیم VLAN، پورت‌های گیگابیتی و پشتیبانی از پروتکل‌های مختلف از جمله STP، SNMP و RSTP نیز برخوردار هستند.

روتر (Router) چیست و چه کاربردی دارد؟

روتر یکی از اجزای شبکه‌ های کامپیوتری است که در ارسال داده‌های شبکه و برقراری ارتباط بین دستگاه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. غالباً روتر برای مدیریت شبکه‌های بزرگ و پیچیده به کار رفته و از آن برای ایجاد ارتباطات بین شبکه‌ها و دستگاه‌های مستقر در سطح جهان استفاده می‌شود.

روتر اطلاعات را از طریق پورت‌های ورودی خود دریافت کرده و با استفاده از الگوریتم‌های مختلف، به سمت مقصد ارسال می‌کند. برای این کار، روتر از یک جدول استفاده می‌کند که حاوی اطلاعات مسیریابی است و به واسطه آن تصمیم می‌گیرد که باید اطلاعات را به کدام دستگاه در شبکه منتقل کند.

برای درک بهتر این موضوع لازم است با مسیردهی و برخی از الگوریتم های مهم نیز آشنا شوید...

Routing یا مسیردهی به معنی پیمایش ارتباطات بین شبکه های مختلف است. وقتی یک پیام از یک شبکه به سمت شبکه دیگری ارسال می‌شود، ابتدا باید تصمیم گرفته شود که بهترین مسیر برای رسیدن این پیام به مقصد کدام مسیر است.

برای این منظور، از یک دستگاه به نام Router استفاده می‌شود که بهترین مسیر را از روی یک جدول انتخاب می کند. Router ها با تحلیل مسیریابی، پیام را از شبکه ای به شبکه دیگر هدایت می‌کنند. این دستگاه ها قابلیت تشخیص نقشه شبکه ای را داشته و با توجه به مشخصات بسته، تصمیم می گیرند که پیغام باید به کدام شبکه هدایت شود.

الگوریتم‌ها یا الگوهای محاسباتی گام‌های مرتب‌شده‌ای هستند که برای حل یک مسئله خاص توسعه داده شده‌اند. این الگوریتم‌ها می‌توانند از تعدادی عملیات ریاضی و آماری تشکیل شده باشند.

در شبکه‌های کامپیوتری، روترها با استفاده از الگوریتم‌های خاص تصمیم می‌گیرند که بسته‌های داده را به چه مسیری ارسال کنند. این الگوریتم‌ها معمولاً بر اساس معیارهایی مانند فاصله، پهنای باند، تأخیر و یا بار سیستم‌های مبدأ و مقصد، مسیریابی را تعیین می‌کنند.

مثلاً، در الگوریتم مسیریابی RIP، فاصله روتر تا یک مقصد در نظر گرفته می‌شود تا بسته بهترین مسیر را طی کند. در حالی که در الگوریتم OSPF، پهنای باند روترهای موجود تا مقصد در نظر گرفته می‌شود تا بهترین مسیر تعیین شود.

در کل، الگوریتم‌های مسیریابی به هدف بالا بردن کارایی و کیفیت خدمات در شبکه طراحی می شوند.

تفاوت بین هاب، سوییچ و روتر

هاب، سوئیچ و روتر سه ابزار شبکه ای هستند که برای ارتباط در سیستم های کامپیوتری یا سرورها با یکدیگر مورد استفاده قرار می گیرند. این سه دستگاه تفاوت های زیادی دارند، برای مثال:

1. هاب یک ابزار ساده است که اطلاعات را از یک دستگاه به دستگاه دیگر هدایت می کند، اما بدون در نظر گرفتن آدرس هدف یا منبع اطلاعات.
2. سوئیچ‌ها به عنوان یک دستگاه هوشمندتر نسبت به هاب، داده ها را به دستگاه های مورد نظر هدایت می‌کنند و امنیت بیشتری در انتقال داده ها ایجاد می کنند.
3. روترها اطلاعات را از یک شبکه به شبکه دیگر هدایت می کنند و در تصمیم گیری هنگام انتقال داده ها از الگوریتم های پیچیده تری کمک می گیرند.

هرکدام از این سه دستگاه به طوری مجزا و برای کاربردهای خاصی طراحی شده اند و بسته به نیازهای شبکه، انتخاب می شوند.

روتر در شبکه توزیع محتوا

در شبکه‌های توزیع محتوا، از روترها برای توزیع بار و انتقال بسته ها استفاده می‌شود. این روترها از الگوریتم‌های مختلفی مانند الگوریتم‌های Round Robin، Least Connections و IP Hash برای تقسیم بار بین سرورها استفاده می‌کنند.

از طرفی، در شبکه‌های CDN از روترها برای مسیریابی ترافیک و درخواست ها استفاده می‌شود. این روترها از پروتکل‌هایی مانند Border Gateway Protocol (BGP) و معماری Anycast برای مسیردهی ترافیک استفاده می‌کنند.

اگر مایلید در خصوص BGP بیشتر بدانید حتما توصیه می کنیم مطلب مربوط به آن را در بلاگ مفصل مطالعه کنید، اما به طور خلاصه،

BGP یا Border Gateway Protocol، برای شبکه‌های بزرگ به عنوان یک پروتکل مسیریابی خارجی (eBGP) و برای شبکه‌های کوچک و متوسط به عنوان پل ارتباطاتی داخلی شبکه (iBGP) ​​مورد استفاده قرار می‌گیرد.

با استفاده از BGP، مسیریابی بر اساس روت های متعدد و به صورت خودکار انجام شده و بسته‌های شبکه با سرعت و از بهترین مسیر به مقصد مورد نظر می‌رسند. BGP علاوه بر مزایای خودکار و پویایی، دارای پایداری بالا و مقیاس پذیری بالایی نیز بوده و در شبکه‌های بزرگ و پیچیده بسیار کاربردی است.

جمع بندی

از تجهیزات هاب، سوییچ و روتر برای برقراری ارتباطات بین سیستمی و شبکه ای استفاده می شود. همانطور که در این مطلب گفته شد، به طور خلاصه هاب ابزاری است که اطلاعات را درون یک شبکه انتقال می‌دهد؛ سوییچ برای ارسال اطلاعات به دستگاه‌های دیگر و ایجاد یک شبکه بزرگ‌تر استفاده می‌شود. و در نهایت روتر برای ارسال اطلاعات بین شبکه‌های مختلف و یافتن بهترین مسیر برای این انتقال کاربرد دارد.

در شبکه‌های CDN یا شبکه‌های بزرگ که از پروتکل های امن و قابل اتکا استفاده می کنند، پروتکل BGP برای یافتن بهترین مسیر برای ارسال اطلاعات به کمک می آید.