เนตเวิร์กสวิตช์

เนทเวิร์คสวิตช์ () เป็นอุปกรณ์เครือข่ายคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมกลุ่มเครือข่ายหรืออุปกรณ์เครือข่ายเข้าด้วยกัน โดยทั่วไปคำๆนี้หมายถึง network bridge หรือสะพานเครือข่ายหลายพอร์ตที่ประมวลและจัดเส้นทางข้อมูลที่ชั้นเชื่อมโยงข้อมูล (data link layer - เลเยอร์ 2) ของแบบจำลองโอเอสไอ. สวิตช์ที่ประมวลข้อมูลที่เลเยอร์ 3 และสูงกว่ามักจะเรียกว่าสวิตช์เลเยอร์ 3 หรือมัลติเลเยอร์สวิตช์

สวิตช์ที่หลายประเภทของเครือข่ายเช่นแบบ Fibre Channel, Asynchronous Transfer Mode, InfiniBand, อีเทอร์เน็ต และอื่น ๆ อีเทอร์เน็ตสวิตช์ตัวแรกที่ถูกนำมาใช้โดย Kalpana ในปี 1990

สวิตช์เป็นอุปกรณ์โทรคมนาคมที่รับข้อความจากอุปกรณ์ใดๆ และส่งข้อความไปที่อุปกรณ์ปลายทาง สิ่งนี้จะทำให้สวิตช์เป็นอุปกรณ์ที่ฉลาดกว่าฮับ (ซึ่งรับข้อความแล้วส่งไปยังอุปกรณ์อื่น ๆทุกตัวในเครือข่าย) สวิตช์เครือข่ายมีบทบาทสำคัญที่สุดในระบบ Ethernet เครือข่ายท้องถิ่น (LAN) LANs ขนาดกลางและขนาดใหญ่ประกอบด้วยเนทเวิร์ตสวิตช์จำนวนมาก สำนักงาน / บ้านขนาดเล็กใช้งาน (SOHO) มักจะใช้สวิตช์เดียวหรือใช้อุปกรณ์อเนกประสงค์เช่น residential gateway ในการเข้าถึงสำนักงานขนาดเล็ก/บ้านเพื่อให้บริการบรอดแบนด์เช่น DSL หรือเคเบิลอินเทอร์เน็ต อุปกรณ์ผู้ใช้ปลายทางมีเราเตอร์และส่วนประกอบที่เชื่อมต่อกับเทคโนโลยีบรอดแบนด์โดยเฉพาะอย่างยิ่งทางกายภาพ อุปกรณ์ผู้ใช้ยังอาจรวมถึงอินเตอร์เฟซสำหรับโทรศัพท์แบบ Voice over IP วีโอไอพี

อีเทอร์เน็ตสวิตช์ทำงานที่ชั้น data link layer ของแบบจำลอง OSI เพื่อสร้างโดเมนการชนกันแยกต่างหากสำหรับแต่ละพอร์ตของสวิตช์ เข่นคอมพิวเตอร์ 4 ตัว (A, B, C และ D) บนสวิตช์ 4 พอร์ต A และ B สามารถถ่ายโอนข้อมูลไปมาในขณะที่ C และ D สามารถทำแบบเดียวกันพร้อมกัน ทั้งสองคู่สนทนากันและจะไม่ยุ่งเกี่ยวกับคนอื่น ในโหมด full duplex คู่เหล่านี้ยังสามารถทับซ้อนกัน (เช่น A ส่งให้ B พร้อมกับ B ส่งให้ C, และต่อๆไป ) ในกรณีที่ใช้ repeater hub จะมีการแบ่งแบนด์วิดธ์และทำงานในโหมด half duplex ซึ่งทำให้ข้อมูลชนกันซึ่งจำเป็นจะต้องส่งใหม่

ในการลดความเป็นไปได้ของการชนกันของข้อมูล จะใช้สะพานหรือสวิตช์ (หรือเราเตอร์) เพื่อแยกโดเมนที่มีการชนกันขนาดใหญ่ให้มีขนาดเล็กลงและเพื่อปรับปรุงความเร็วโดยรวม การแยกโดเมนนี้เรียกว่า segmentation ในการแยกโดเมนอย่างสุดขั้วหรือ microsegmentation, อุปกรณ์แต่ละตัวจะถูกติดตั้งอยู่บนพอร์ตของสวิตช์โดยเฉพาะ ทำให้มีโดเมนการชนกันที่แยกจากกัน สิ่งนี้จะช่วยให้เครื่องคอมพิวเตอร์มีแบนด์วิดธ์โดยเฉพาะในการเชื่อมต่อจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งไปยังเครือข่ายและยังทำงานในฟูลดูเพล็กซ์โดยไม่ต้องมีการชน โหมดฟูลดูเพล็กซ์มีเพียงเครื่องส่งสัญญาณและเครื่องรับสัญญาณแบบหนึ่งต่อหนึ่งในหนึ่ง 'โดเมนการชน' ทำให้การชนกันเป็นไปไม่ได้

ในสวิตช์ที่มีไว้สำหรับใช้ในเชิงพาณิชย์ อินเตอร์เฟซที่ built-in หรือ modular ทำให้เป็นไปได้ในการเชื่อมต่อเครือข่ายที่ต่างชนิดกัน เช่นอีเธอร์เน็ต, ไฟเบอร์แชนเนล, ATM, ITU-T G.hn และ 802.11 การเชื่อมต่อนี้สามารถเป็นทำได้ในชั้นใด ๆ ของ OSI ในขณะที่การทำงานที่เลเยอร์ 2 ก็เพียงพอสำหรับการขยับแบนด์วิดธ์ภายในหนึ่งเทคโนโลยี แต่การเชื่อมต่อระหว่างเทคโนโลยีของ Ethernet กับ Token Ring ทำในเลเยอร์ 3 ง่ายกว่า

อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อที่เลเยอร์ 3 เรียกว่าเราเตอร์ ดังนั้นเลเยอร์ 3 สวิตช์ยังถูกเรียกว่า'เราเตอร์ดั้งเดิม'

ในกรณีที่มีความจำเป็นในการวิเคราะห์ความสามารถและการรักษาความปลอดภัยของเครือข่าย, สวิตช์อาจจะเชื่อมต่อระหว่าง WAN-เราเตอร์สำหรับเป็นโมดูลในการวิเคราะห์ ผู้จำหน่ายบางรายจัดหาไฟร์วอลล์, การตรวจจับการบุกรุกเครือข่าย และโมดูลการวิเคราะห์ประสิทธิภาพการทำงานที่สามารถเสียบเข้ากับพอร์ตของสวิตช์ บางส่วนของฟังก์ชั่นเหล่านี้อาจจะอยู่ในโมดูลเดียวกัน.

ในกรณีอื่น ๆ สวิตช์จะถูกใช้ในการสร้างภาพสะท้อนในกระจกของข้อมูลที่ส่งไปที่อุปกรณ์ภายนอก (port mirroring). เนื่องจากการทำพอร์ตมิร์เรอริ่งของสวิตท์ส่วนใหญ่ทำได้เพียงหนึ่งสตรีมมิร์เรอร์เท่านั้น ฮับเครือข่ายจะมีประโยชน์สำหรับกระจายข้อมูลออกไปยังส่วนวิเคราะห์ที่'อ่านอย่างเดียว'หลายๆตัวเช่นระบบตรวจจับการบุกรุกและแพ็คเก็ตตัวดมกลิ่น

ในขณะที่สวิตช์อาจจะเรียนรู้เกี่ยวกับโครงสร้างที่มีหลายเลเยอร์ สวิตช์ก็มีแนวโน้มที่จะมีคุณสมบัติที่เหมือนๆกัน นอกจากการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูงแล้ว, สวิตช์ในเชิงพาณิชย์ที่ทันสมัย​​ยังใช้อินเตอร์เฟซแบบอีเธอร์เน็ตเป็นหลัก

ที่ชั้นใด ๆ สวิตช์ที่ทันสมัย​​อาจใช้ Power over Ethernet (PoE) เพื่อหลีกเลี่ยงอุปกรณ์ที่แนบมาเช่นโทรศัพท์ VoIP หรือจุดเชื่อมต่อไร้สายที่จะต้องมีแหล่งจ่ายไฟแยกต่างหาก เนื่องจากสวิตช์สามารถมีวงจรไฟฟ้าสำรองที่เชื่อมต่อกับ UPS สามารถทำงานได้แม้ในขณะที่พลังงานปกติล้มเหลว

Network Hub หรือ repeater เป็นอุปกรณ์เครือข่ายง่ายๆ Repeater Hub ไม่ได้จัดการใด ๆ ของการจราจรที่ผ่านเข้ามา แพ็คเก็ตใดเข้ามาพอร์ตหนึ่งก็ถูกปล่อยอีกทุกพอร์ตหรือ"ทำซ้ำ" เนื่องจากทุกๆแพ็คเก็ตจะถูกทำซ้ำบนพอร์ตอื่น ๆ ทุกพอร์ต การชนกันของพ็คเก็ตย่อมเกิดขึ้นซึ่งจะส่งผลกระทบต่อเครือข่ายทั้งหมดและจำกัดความสามารถในการทำงาน

สวิตช์จะสร้างการเชื่อมต่อแบบ end-to-end ที่เลเยอร์ 1 แบบเสมือนจริงเท่านั้น บริดจ์ฟังก์ชั่นจะเลือกว่าแพ็กเก็ตไหนจะถูกส่งต่อไปที่พอร์ตไหนบนพื้นฐานของข้อมูลที่นำมาจากชั้น 2 (หรือสูงกว่า) เพื่อการลบความจำเป็นที่ทุกโหนดจะได้รับข้อมูลไปด้วย สายเชื่อมต่อไม่ได้ ถูก"สวิตช์"จริงๆ มันจะเป็นเช่นนั้นในระดับแพ็คเก็ตเท่านั้น ชื่อ"Bridging ฮับ", "สวิตชิ่งฮับ" หรือ "multiport bridge" อาจเป็นชื่อที่เหมาะสมกว่าชื่อ repeater

ฮับจะมีประโยชน์ในงานที่พิเศษ เช่นการคัดลอกการจราจรไปให้เครือข่ายเซ็นเซอร์ทั้งหลาย สวิตช์ระดับไฮเอนด์มีคุณสมบัติที่เหมือนกันที่เรียกว่า พอร์ตมิร์เรอริ่ง(port mirroring) โดยช่วงต้นยุค 2000 ฮับและสวิตช์โลวเอนด์ ทำงานได้ไม่แตกต่างกันมากนัก

เนทเวิร์คบริดจ์(network bridge) ทำงานที่ data link layer เป็นตัวเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์เนทเวิร์คทั้งหลายในบ้านหรือในสำนักงาน เนทเวิร์คบริดจ์จะทำงานเล็กๆของการบริดจิ้ง นั่นคือการเรียนรู้ MAC address ของอุปกรณ์แต่ละตัวที่เชื่อมต่อกัน

บริดจ์ยังสามารถให้ประสิทธิภาพสูงมากในการนำไปใช้งานเฉพาะอย่างเช่น storage area network

บริดจ์ที่คลาสสิกอาจจะเชื่อมต่อระหว่างกันโดยใช้spanning tree protocolที่จะป้องกันไม่ให้การส่งข้อมูลระหว่างกันในเครือข่ายแลนเกิดการวิ่งวน(ลูป). ในทางตรงกันข้ามกับเราเตอร์, บริดจ์สแปนนิ่งทรีจะต้องมีโครงสร้างที่มีเพียงเส้นทางที่ใช้งานหนึ่งเดียวระหว่างจุดสองจุด. มาตรฐานเก่าของ IEEE 802.1D โปรโตคอลสแปนนิ่งทรีอาจจะค่อนข้างช้าด้วยการหยุดรอถึง 30 วินาทีขณะที่สแปนิ่งทรีรวมตัวใหม่. สแปนนิ่งทรีที่เร็วกว่าจะใช้มาตรฐาน IEEE 802.1w มาตรฐานใหม่สุดสำหรับการบริดจ์เพื่อเส้นทางที่สั้นที่สุดคือ IEEE 802.1aq ซึ่งเป็นที่รวมของโปรโตคอล Spanning tree เก่าทั้งหมด (IEEE 802.1D STP, IEEE 802.1w RSTP, IEEE 802.1s MSTP) โดยจะปิดกั้นการจราจรบนเส้นทางทั้งหมดยกเว้นเส้นทางที่เลือก. IEEE 802.1aq (Shortest Path Bridging, SPB) ยอมให้ทุกเส้นทางใช้งานได้ด้วยหลายเส้นทางที่ค่าใช้จ่ายเท่ากัน ทำให้มีโครงสร้างเลเยอร์ 2 มีขนาดใหญ่กว่ามาก (สูงถึง 16 ล้านเทียบกับข้อจำกัดของ VLANs ที่ 4096 topologies), ทำให้การบรรจบกันได้เร็วขึ้นและช่วยปรับปรุงการใช้งานของ mesh topologies ผ่านแบนด์วิดท์ที่เพิ่มขึ้นและเพิ่มความซ้ำซ้อนระหว่างอุปกรณ์ทั้งหมดโดยให้การจราจรแชร์ส่วนแบ่งทั่วทุกเส้นทางของ mesh network .

ในขณะที่สวิตช์เลเยอร์ 2 ยังมีชื่อทางการค้าหลายอย่าง ผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการแนะนำว่าเป็น "สวิตช์" มีแนวโน้มที่จะใช้ microsegmentation และดูเพล็กซ์เต็มรูปแบบเพื่อป้องกันการชนกันระหว่างอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับอีเธอร์เน็ต โดยใช้การ forward plan ภายในที่เร็วกว่าอินเตอร์เฟซใด ๆ สวิตช์ได้ให้เส้นทางระหว่างอุปกรณ์หลาย ๆ อุปกรณ์พร้อมกัน อุปกรณ์'non-blocking' ใช้ forwarding plane หรือวิธีการเทียบเท่าที่เร็วพอที่จะให้การจราจรดูเพล็กซ์เต็มรูปแบบสำหรับแต่ละพอร์ตพร้อมกัน

เมื่อบริดจ์รู้ที่อยู่ของโหนดที่จะเชื่อมต่อแล้ว มันจะส่ง data link layer frame โดยใช้วิธีการส่งต่อเลเยอร์ 2 ซึ่งมีสี่วิธี ที่ซึ่งวิธีที่สองถึงวิธีที่สี่เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพเมื่อใช้กับผลิตภัณฑ์ "สวิตช์" กับข้อมูลที่อินพุทพอร์ทและเอ้าท์พุทพอร์ทมี่แบนด์วิดท์เดียวกัน วิธีทั้งสี่คือ:

ในขณะที่มีการใช้งานเฉพาะเช่น storage area networks ที่ๆอินพุทและเอาท์พุทอินเตอร์เฟสมีแบนด์วิดธ์เดียวกัน ซึ่งไม่ใช่กรณีทั่วไปในระบบ LAN ทั่วไป ใน LANs, สวิตช์ถูกใช้สำหรับการเข้าถึงของผู้ใช้ที่มักจะมุ่งเน้นที่แบนด์วิดธ์ที่ต่ำกว่าและ uplinks เป็นแบนด์วิดธ์ที่สูงกว่า

ภายในขอบเขตของ physical layer ของ Ethernet, สวิตช์เลเยอร์ 3 สามารถทำงานบางส่วนหรือทั้งหมดของเราเตอร์ ความสามารถที่พบมากที่สุดคือการรับรู้ของ IP Multicast ผ่านทาง IGMP Snooping (การสอดแนม) ด้วยการรับรู้นี้ สวิตช์เลเยอร์ 3 สามารถเพิ่มประสิทธิภาพโดยการส่งการจราจรของ multicast group ไปที่พอร์ตเฉพาะอุปกรณ์ที่ส่งสัญญาณมาว่ามันต้องการที่จะคุยด้วยเท่านั้น

ในขณะที่ความหมายที่แน่นอนของสวิตช์ชั้น 4 คือ'ขึ้นอยู่กับผู้ขาย' ส่วนมากมักจะเริ่มต้นด้วยความสามารถในการแปลที่อยู่เครือข่าย แต่หลังจากนั้นก็เพิ่มบางประเภทของการกระจายโหลดที่ขึ้นอยู่กับ Transmission Control Protocol session.

อุปกรณ์อาจรวมถึงไฟร์วอลล์ stateful, VPN concentrator, หรือเป็น gateway ของ IPSec security

สวิตช์ชั้น 7 อาจกระจายโหลดขึ้นอยู่กับ Uniform Resource Locator URL หรือโดยบางเทคนิคที่จะยอมรับการทำธุรกรรมระดับโปรแกรมประยุกต์ สวิตช์ชั้น-7 อาจรวมถึงเว็บแคชและมีส่วนร่วมใน content delivery networkถ้าไม่ได้ใช้วิธีการตรวจสอบการจราจรเช่น การทำ port mirroring, RMON, SMON หรือ sFlow ในสวิตช์, มันเป็นเรื่องยากที่จะตรวจสอบการจราจรที่เป็น bridged ใช้สวิตช์เพราะมีแต่พอร์ตที่ส่งและรับเท่านั้นที่เห็นการจราจร คุณสมบัติเหล่านี้ไม่ค่อยปรากฏในสวิตช์ระดับผู้บริโภค
มีสองวิธีที่นิยมใช้ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อช่วยให้นักวิเคราะห์เครือข่ายตรวจสอบการจราจรคือ:

วิธีการตรวจสอบอื่นๆอาจจะต่อฮับเลเยอร์ 1 ระหว่างอุปกรณ์ตรวจสอบและสวิตช์พอร์ต นี้จะทำให้เกิดความล่าช้าเล็กน้อย แต่จะช่วยให้การเชื่อมต่อหลายที่สามารถใช้ในการตรวจสอบแต่ละสวิตช์พอร์ต