بررسی نقش تجهیزات هاب ، سوییچ و روتر در شبکه های صنعتی

سرعت بالای گسترش شبکه های صنعتی، پدیده ای است که تولید کنندگان تجهیزات اتوماسیون صنعتی و به دنبال آن مهندسان فعال در این حوزه ناچارند دیر یا زود با آن مواجه شوند. بنابراین در این یادداشت، مهمترین تجهیزات مورد استفاده در شبکه های صنعتی یعنی هاب ها، سوییچ ها و روتر ها را مرور کنیم. در ادامه مطلب همراه ما باشید.هاب ( Hub)هاب، یکی از تجهیزات متداول در شبکه‌های صنعتی قدیمی و ارزانترین روش برای اتصال دو و یا چندین تجهیز به یکدیگر در یک شبکه است. هاب در لایه یک مدل مرجع OSI فعالیت می‌نماید. گرچه در اکثر شبکه هائی که امروزه ایجاد می‌گردد از سوئیچ در مقابل هاب استفاده می‌گردد، ولی ما همچنان شاهد استفاده از این نوع تجهیزات سخت‌افزاری در شبکه‌های متعددی می‌باشیم. هاب بسته‌های ارسالی از طرف یک دستگاه را به همهٔ درگاه‌های خود ارسال می‌کند و کلیه دستگاه‌های دیگر علاوه بر دستگاه مقصد این بسته‌ها را دریافت می‌کنند.در داخل هاب ، تمام پورت ها به هم وصل هستند و تمام ایستگاه های کاری شبکه از طریق هاب به هم وصل بوده و دارای مسیر یکسان میباشند. به همین جهت احتمال برخورد بسته های دیتا (Collision) پیش می آید. وجود مسیر یکسان همچنین سبب میشود که پهنای باند شبکه بین تجهیزات متصل به آن به اشتراک گذاشته شده و تنها بخشی از پهنای باند به هر تجهیز میرسد .همچنین وقتی یک پورت در هاب، دیتا فریم دریافت می کند، این فریم را در تمام پورت های Hub کپی میکند. این قابلیت باعث می‌شود وقتی ترافیک شبکه زیاد باشد، پدیده Collision به طور جدی در شبکه پیش آید .در هاب، ترافیک دریافتی به همه پورت های دیگر فرستاده می شود. در این حالت هیچگونه اطلاعاتی درباره جریان ترافیک جمع اوری نمی گردد و درنتیجه درمورد منبع و یا مقصد ترافیک دریافتی چیزی نمی دانیم. از آنجایی که هاب ها ترافیک را به تمام دستگاه های متصل به پورت های خود ارسال می کند،ممکن است ترافیک غیر ضروری بر روی شبکه فرستاده شود. دستگاه ها باید با بررسی اطلاعات مربوط به آدرس بسته،خودشان تشخیص دهند که کدام بسته اطلاعاتی برای آنها در نظر گرفته شده است.این فرایند تکراری می تواند برای شبکه های بزرگ با ترافیک سنگین مشکل ایجاد کند.اما، هاب ها می توانند در شبکه های کوچک، جایی که امکان مدیریت فرایند تکراری وجود دارد، مورد استفاده قرار گیرند.سوییچ Switchامروه سوییچ ها بخش مهمی از ساختار شبکه های صنعتی مدرن را تشکیل می دهند. یک سویئچ همانند جعبه ایست متشکل از چندین پورت اترنت که از این لحاظ شبیه هاب (Hub) می‌باشد، با وجود آنکه هر دو این‌ها وظیفه برقراری ارتباط بین دستگاه‌های مختلف را بر عهده دارند، تفاوت از آنجا شروع می‌شود که هاب بسته‌های ارسالی از طرف یک دستگاه را به همهٔ درگاه‌های خود ارسال می‌کند و کلیه دستگاه‌های دیگر علاوه بر دستگاه مقصد این بسته‌ها را دریافت می‌کنند در حالیکه در سوئیچ ارتباطی مستقیم بین پورت دستگاه مبدا با درگاه دستگاه مقصد برقرار شده و بسته‌ها مستقیما فقط برای آن ارسال می‌شود.این ویژگی از آنجا می‌آید که سویئچ می‌تواند بسته‌ها را پردازش کند، در سوییچ‌های معمولی که به سوییچ لایه دوم معروفند این پردازش تا لایه دوم مدل مرجع OSI پیش می‌رود و نتیجه این پردازش، جدولی است که در سوییچ با خواندن آدرس سخت‌افزاری (MAC Address) فرستنده بسته و ثبت پورت ورودی تشکیل می‌شود.سوییچ با رجوع به این جدول عملیات آدرس دهی بسته‌ها در لایه دوم را انجام می‌دهد، بدین معنا که این جدول مشخص می‌کند بسته ورودی می‌بایست فقط برای کدام پورت ارسال شود.در شبکه‌های بزرگ Switchها جدول‌های خود را به اشتراک می‌گذارند تا هر کدام بدانند چه دستگاهی به کدام سوییچ متصل شده است و با این کار ترافیک کمتری در شبکه ایجاد کنند.گفته شده که سوییچ بطور معمول در لایه دوم مدل OSI کار می‌کند ولی سوییچ‌هایی با قابلیت کارکرد در لایه‌های مختلف حتی لایه هفتم هم وجود دارد. پرکاربردترین سوییچ در بین لایه‌های مختلف بجز لایه دوم می‌توان به سویئچ لایه سه اشاره کرد که در بسیاری موارد جایگزین مناسبی برای روتر می‌باشند. از سوییچ می‌توان در یک شبکه کوچک تا در شبکه‌های بزرگ با Backbone های چند گیگابایتی استفاده کرد.انواع سوییچ های شبکه:1-سوییچ مدیریت نشده (Unmanaged Switch )2- سوییچ مدیریت شده ( Managed Switch )Unmanaged switchسوییچ های بدون مدیریت (Unmanaged )یک سوییچ بدون مدیریت بدون نیاز به پیکربندی به درستی کار می کند و برای پیکربندی طراحی نشده است بنابراین نیازی نیست که شما نگران نصب و پیکربندی آن باشید. سوییچ های بدون مدیریت ظرفیت شبکه کمتری نسبت به سوییچ های مدیریتی دارند . سوییچ های بدون مدیریت دارای قیمت کمتری هستند و تنها قابلیت ها پایه را ارائه میکنند، آن ها ویژگی هایی مثل دسترسی web page و مدیریت SNMP را ندارند. به همین دلیل شما معمولا این نوع سوییچ ها را در تجهیزات شبکه های کوچک می بینید .managed switch سوییچ های مدیریتی ( Managed)برای کنترل و نگهداری شبکه های بزرگ و یا شبکه هایی که نیاز به پهنای باند زیاد و کنترل شده دارند نیازمند استفاده از سوئیچ های مدیریتی هستیم . یک سوییچ شبکه مدیریتی، قابل پیکربندی است و انعطاف پذیری و ظرفیت بیشتری نسبت به سوییچ های بدون مدیریت دارد . سوییچ های مدیریت شده دارای قابلیت دسترسی از طریق صفحات وب می باشند و پیکربندی آن ها توسط یک مرورگر اینترنت انجام پذیر است. شما می توانید این نوع سوییچ ها را به صورت محلی یا از راه دور مانیتور و تنظیم کنید تا کنترل شبکه بهتری به شما بدهد. آن ها از پروتکل پیکربندی SNMP جهت مدیریت شبکه و پروتکل RSTP جهت ایجاد شبکه های ریداندانت و خود ترمیم (self-healing) پشتیبانی میکنند. سوییچ های مدیریت شده دارای قیمتی بالاتر از سوییچ های بدون مدیریت هستند.Router روتر (Router )روترها به منظور انجام عملیات بسیار خاص طراحی شده اند. مثلا با استفاده از روتر می توان دو شبکه متفاوت را به یکدیگر متصل نمود تا امکان مبادله اطلاعات بین آنان فراهم گردد . روتر ، همچنین بهترین مسیر ارسال دیتا را از یک شبکه به شبکه ای دیگر را مشخص می نماید و در واقع می توان آن را یک مسیریاب نیز نامید. هم اکنون در بازار سوییچ هایی وجود دارد که برخی از پورت های آن ها، پورت هایی لایه سوم هستند و در عمل مانند یک روتر عمل میکنند.مسیریاب یا روتر در لایه سوم مدل مرجع OSI فعالیت می‌نماید. یک روتر که به عنوان سوییچ لایه سوم نیز از آن یاد میشود با سوییچ لایه دوم تفاوت بنیادی دارد. وقتی بسته ای از طریق یکی از خطوط ورودی وارد روتر می شود بیت به بیت از لایه فیزیکی عبور کرده و در لایه دوم تبدیل به فریم میشود ولی به جای اینکه فرایند هدایت فریم در همین لایه و بر اساس آدرس های MAC انجام شود، ابتدا سرایند و ته ایند آن حذف و بخش داده ان جهت پردازش های بعدی به لایه سوم تحویل داده میشود. در روتر عمل مسیریابی بین شبکه ها با استفاده از یک آدرس اختصاصی جهانی یعنی IP Address انجام میشود. با توجه به اهمیت ایمنی شبکه های صنعتی ،امروز روترها با قابلیت های Security و Firewall تولید و عرضه میشوند.