سوئیچ اترنت نوعی سخت‌افزار شبکه است که برای ایجاد شبکه‌های پایدار و اتصال به اینترنت ضروری است. این دستگاه، دستگاه‌های کابلی یک شبکه اترنت محلی مانند کامپیوترها، نقاط دسترسی وای‌فای، چراغ‌های PoE، دستگاه‌های اینترنت اشیاء (IoT) و سرورها را به هم متصل می‌کند تا جریان داده میان آن‌ها به شکل کارآمد مدیریت شود.
اترنت نام رایج استاندارد IEEE 802.3 است که با پروتکل Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection (CSMA/CD) طراحی شده و نحوه ارسال داده، مدیریت برخورد بسته‌ها، آدرس‌دهی اندپوینت‌ها، سرعت انتقال و رسانه‌ها را تعریف می‌کند. استانداردهای اترنت روی نوع کابل (کواکسیال، جفت به هم تابیده و فیبر نوری)، ظرفیت پهنای باند (از 10Mbps تا Tbps) و فاصله انتقال تمرکز دارند.
اترنت طی سال‌ها پیشرفت کرده و اکنون پروتکل اصلی برای شبکه‌های مبتنی بر IP و اینترنت است. سوئیچ‌های اترنت به عنوان هسته شبکه‌ها و فناوری پایه برای اکثر شبکه‌ها عمل می‌کنند.
وای‌فای نوعی افزونه برای شبکه اترنت است که امکان اتصال بی‌سیم دستگاه‌ها را فراهم می‌کند. در حالی که اترنت به کابل نیاز دارد، وای‌فای آزادی حرکت ارائه می‌دهد و معمولاً به یک نقطه دسترسی بی‌سیم متصل می‌شود که خود می‌تواند به سوئیچ اترنت وصل باشد.
اترنت و وای‌فای به صورت جداگانه در پروتکل‌های IEEE تعریف شده‌اند:
هاب دستگاهی لایه ۱ است که داده‌ها را فقط پخش می‌کند و مدیریت ترافیک ندارد. سوئیچ اترنت جریان داده را مدیریت می‌کند و بسته‌ها را بر اساس آدرس مک (MAC Address) به پورت‌های درست هدایت می‌کند. این سوئیچینگ باعث افزایش چشمگیر کارایی شبکه نسبت به هاب می‌شود.
اکثر سوئیچ‌های مدرن قابلیت انجام عملکردهای روتر را دارند، اما روترها برای مدیریت حجم بالای ترافیک طراحی شده‌اند و عملکرد سریع‌تر و کارآمدتری دارند.
PoE امکان انتقال برق DC با ولتاژ کم (کمتر از 100W) از طریق کابل‌های مسی جفت به هم تابیده را فراهم می‌کند. این قابلیت نیاز به منبع برق جداگانه را از بین می‌برد و دستگاه‌هایی مانند چراغ‌های LED، نقاط دسترسی وای‌فای و تلفن‌های VoIP را تغذیه می‌کند.
استانداردهای PoE:
سوئیچ اترنت یکی از تجهیزات کلیدی شبکه است که امکان اتصال چندین دستگاه را از طریق کابل‌کشی فراهم می‌کند. دستگاه‌ها با اتصال به پورت‌های سوئیچ یا دیگر دستگاه‌های متصل به آن، به یکدیگر و به منابعی مانند اینترنت، داده‌ها و سرویس‌های ابری دسترسی پیدا می‌کنند.
کابل‌های مورد استفاده در این اتصال شامل کابل‌های کواکسیال (Coaxial)، فیبر نوری (Fiber) و کابل‌های زوج به‌هم‌تابیده (Twisted Pair) هستند.
وقتی یک دستگاه به پورت سوئیچ متصل می‌شود، انتقال داده‌ها میان آن دستگاه و سایر دستگاه‌ها توسط سوئیچ مدیریت می‌شود. هر بسته داده شامل آدرس مک (MAC Address) فرستنده و گیرنده است. آدرس مک یک شناسه فیزیکی و یکتاست که توسط سازنده‌ی دستگاه تعیین می‌شود.
سوئیچ با دریافت یک بسته اترنت، آدرس مک فرستنده و پورت مربوطه را در جدول آدرس مک (MAC Address Table) ذخیره می‌کند. سپس این جدول بررسی می‌شود:
اگر مقصد در جدول وجود داشته باشد، بسته مستقیماً به پورت مربوطه ارسال می‌شود.
اگر مقصد ناشناخته باشد، بسته به همه پورت‌ها فرستاده می‌شود تا مقصد پاسخ دهد.
در صورتی که مقصد روی سوئیچ دیگر قرار داشته باشد، فرآیند فوق توسط سوئیچ‌های بعدی تکرار می‌شود تا بسته به مقصد برسد.
انواع سوئیچ‌های اترنت
سوئیچ‌های اترنت در ابعاد و ظرفیت‌های مختلف وجود دارند؛ از مدل‌های کوچک خانگی تا سوئیچ‌های قدرتمند دیتاسنتری با سرعت ترابیتی. در معماری شبکه، سوئیچ‌ها معمولاً در سه لایه تعریف می‌شوند:
سوئیچ‌های دسترسی (Access Switches): متصل به دستگاه‌های نهایی.
سوئیچ‌های توزیع (Distribution Switches): مدیریت ترافیک بین سوئیچ‌های دسترسی.
سوئیچ‌های مرکزی (Core Switches): قرار گرفته در مرکز شبکه برای مدیریت حجم بالای داده‌ها.
با استفاده از سوئیچ‌های اترنت، می‌توان چندین دستگاه را از طریق کابل‌کشی و اتصال فیزیکی آن دستگاه‌ها به یک سوئیچ یا به دستگاه‌هایی دیگر که به یک سوئیچ متصل هستند، به یکدیگر وصل کرد. این کابل‌ها شامل کابل‌های کواکسیال (coaxial)، فایبر (fiber)، و جفت‌های به هم‌تابیده شده (twisted-pair) می‌شوند.
وقتی دستگاهی به یکی از پورت‌های سوئیچ متصل می‌شود، سوئیچ اترنت جریان داده میان آن دستگاه و دستگاه‌های دیگر، برنامه‌ها، داده‌ها، سرویس‌های ابری، و اینترنت را مدیریت می‌کند. در فرآیند سوئیچینگ، داده ورودی یا خروجی به پورت درست هدایت می‌شود که این پورت بر اساس پورت دستگاه فرستنده و آدرس‌های مک فرستنده و گیرنده تعیین می‌شود. داده‌ای که در حال ارسال است آدرس‌های مک گیرنده و فرستنده را دارد.
یک آدرس مک شناساگری منحصر به فرد است که توسط سازنده‌ی دستگاه تعیین شده است.
هر دستگاه سازگار با اترنت دارای یک آدرس فیزیکی و منحصر به فرد به نام آدرس مک (MAC Address) است که سوئیچ از آن برای شناسایی دستگاه‌ها استفاده می‌کند.
هنگامی که سوئیچ یک بسته اترنت دریافت می‌کند، آدرس مک دستگاه فرستنده و پورتی که دستگاه از طریق آن به سوئیچ متصل است را در یک جدول به نام جدول آدرس مک (MAC Address Table) ذخیره می‌کند. سپس سوئیچ جدول آدرس مک را بررسی می‌کند تا ببیند که آیا دستگاهی که آدرس مک مقصد را دارد به همان سوئیچ متصل است یا خیر. اگر دستگاه متصل است، سوئیچ بسته را به پورت مقصد ارسال می‌کند. در غیر این صورت، سوئیچ بسته را به تمام پورت‌ها ارسال می‌کند و منتظر پاسخ می‌ماند.
اگر سوئیچ مستقیماً به دستگاه مقصد متصل است، دستگاه مقصد بسته داده را دریافت می‌کند، پاسخی ارسال می‌کند، و در نهایت فرآیند انتقال به پایان می‌رسد. اگر دستگاه به سوئیچ دیگری متصل است (اتصال مستقیم نیست)، سوئیچ(های) بعدی فرآیند پیدا کردن آدرس در جدول و ارسال بسته را تکرار می‌کنند تا زمانی که بسته به مقصد مورد نظر برسد.
سوئیچ‌های اترنت از نظر اندازه و ظرفیت با یکدیگر تفاوت بسیاری دارند. از سوئیچ‌های بسیار کوچک خانگی گرفته تا سوئیچ‌های مرکزی با سرعت ترابیتی که بسیار سریع هستند. بر ساختارهای مختلف شبکه، انوع مختلفی از سوئیچ‌ها وجود دارد: سوئیچ دسترسی، توزیع، و مرکزی. شبکه‌های سوئیچ‌ها معمولاً ساختار درخت‌‌مانند دارند که در آن، سوئیچ‌های کوچکتر به دستگاه‌ها و در لبه دسترسی متصل هستند و سوئیچ‌های بزرگ‌تر به عنوان توزیع‌کننده عمل می‌کنند. سوئیچ‌های حتی بزرگ‌تر به عنوان سوئیچ‌های مرکز عمل می‌کنند.
سوئیچ‌های اترنت، از زمان معرفی آن‌ها در سال 1990 تا کنون، نقشی حیاتی برای فراهم‌کردن اتصالات یک شبکه ایفا کرده‌اند. اما آن‌ها در عصر دیجیتال و مدرن اهمیت بیشتری پیدا کرده‌اند چرا که آن‌ها امروزه نقشی حیاتی در اتصالات باسیم و بی‌سیم و پشتیبانی از اینترنت اشیاء (IoT) ایفا می‌کنند.
همچنین سوئیچ‌های اترنت برای ایجاد ساختمان‌های هوشمند، جایی که «شبکه» پس از برق، آب، و گاز، چهارمین ضرورت به شمار می‌رود، الزامی هستند.
امروهز بسیاری از سوئیچ‌های اترنت به عنوان سوئیچ‌های PoE طراحی می‌شوند. حالا که PoE می‌تواند تا 100W برق ارائه دهد، این فناوری می‌تواند از دستگاه‌های متصل به شبکه‌ای که به برق بیشتری برای کار نیاز دارند، مانند دستگاه‌های پزشکی، نمایشگر‌های بزرگ، دوربین‌های مداربسته PTZ، و چراغ‌های صنعتی را، پشتیبانی کند. پیشرفت‌های اخیر در PoE در به محیط‌های کاری و زندگی هوشمند بسیار موثر و متصلی را باز می‌کنند.
امروزه، بسیاری از سوئیچ‌های اترنت خود نرم‌افزار دارند یا می‌توانند به نرم‌افزاری متصل شوند که داده‌های سوئیچ را جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل می‌کند. با استفاده از هوش مصنوعی (Artificial Intelligence – AI) و یادگیری ماشین (Machine Learning – ML)، می‌توان این داده را به داده‌های عملی تبدیل کرد و از آن‌ها برای بهینه‌سازی محیط‌های هوشمند استفاده کرد.
سوئیچ‌های اترنت و PoE از فضاهای کاری ایمن‌تر و کم مصرف پشتیبانی می‌کنند.
با توجه به اینکه شرکت‌های بیشتری در پی بحران جهانی بهداشتی اخیر، به دنبال بازگشایی تأسیسات خود هستند، آخرین استانداردهای PoE و سوئیچ‌های اترنت مدرن با قابلیت‌های پیشرفته، می‌توانند محیط کاری هوشمندی فراهم کنند که هم برای کارمندان و هم برای مشتریان امن است.
به عنوان مثال، ساختمان هوشمندی که توسط جدیدترین سوئیچ‌های اترنت پشتیبانی می‌شود، می‌تواند زمانی که اتاق کنفرانس به حداکثر ظرفیت خود رسیده است، هشداری نشان دهد. از داده‌های سوئیچ‌های اترنت می‌توان برای راهنمایی افراد به فضاهای کاری دیگر در ساختمان استفاده کرد تا آن‌ها بتوانند فاصله‌ی اجتماعی را رعایت کنند.
زمانی که سازمانی به سوئیچ‌های اترنت قدیمی متکی است، آن سازمان نمی‌تواند از قابلیت‌هایی که محیط کاری مطمئن و امن ایجاد می‌کنند، بهره ببرد. همچنین نمی‌تواند از وای‌فای 6 یا برنامه‌ها و دستگاه‌های بی‌سیم جدیدی که به پهنای باند شبکه بیشتری نیاز دارند، استفاده کند.
و آن‌ها نمی‌توانند از PoE نهایت بهره را ببرند، از داده‌های جمع‌آوری شده توسط سوئیچ‌های اترنت برای بهینه‌سازی مصرف انرژی‌شان استفاده کنند، و اقداماتی کنند که ردپای کربنی‌شان را به حداقل می‌رساند.
برای اینکه سازمان‌ها برای آینده‌ای در ارتباط‌‌تر، داده محور، و متمرکز بر اقلیم آماده باشند، آن‌ها باید سوئیچ‌های اترنت خود را مدرن‌سازی و به روز کنند. سازمان‌ها علاوه بر استفاده از سوئیچ‌های PoE و اجرای آخرین استانداردهای PoE، می‌توانند گزینه‌های ذکر شده در زیر را نیز در نظر بگیرند.
در گذشته، زیرساخت‌های کابل‌کشی موجود می‌توانست جلوی استفاده‌ی بسیاری از سازمان‌ها از وای‌فای 6 و نقاط دسترسی که به پهنای باند بیش از 1Gbps نیاز دارند را بگیرد. بسیاری از کابل‌های استفاده شده در سراسر جهان Cat 5e/6a است که به 1Gbps تا 100 متر، محدود شده است.
فناوری اترنت چند گیگابیتی امکان سرعت‌هایی تا 10Gbps را بر همان زیرساخت‌ها می‌دهد، بدون اینکه نیاز به تعویض کابل باشد. همچنین امکان استفاده از PoE تا 100W را بر روی همان پورت چند گیگابیتی می‌دهد.
میزان پهنای باند یکی دیگر از مواردی است که هنگام انتخاب سوئیچ‌های اترنت مدرت باید مورد توجه قرار گیرد.
به عنوان مثال، سوئیچ‌های اترنت امکان دسترسی به شبکه را به کاربر نهایی می‌دهند و به میزان پهنای باند 40Gbps برای انتقال داده و آپلود مؤثر نیاز دارند. برخی سوئیچ‌های اترنت در مرکز شبکه قرار دارند و تمام انتقالات در آن را مدیریت می‌کنند. این سوئیچ‌ها باید توانایی کار در سرعت‌هایی بسیار بالاتر را دارند بنابراین آن‌ها به 100Gbps نیاز دارند.
سوئیچ‌های اترنت باید ایمن باشند. عوامل مخرب به دنبال شکاف‌های امنیتی در دستگاه‌های شبکه مانند سوئیچ‌ها هستند تا بتوانند به شبکه شرکت وارد شوند. به عنوان مثال، آن‌ها ممکن است که ترموستات هوشمند و غیر ایمن ساختمان را هک کنند و از آن برای یافتن راهی به سیستم‌های مالی شرکت استفاده کنند.
بسیاری از سوئیچ‌های اترنت جدید مکانیزم‌هایی امنیتی دارند که به سادگی قابل استفاده و به روز رسانی هستند. برخی نیز از تقسیم‌بندی (segmentation) پشتیبانی می‌کنند و با محدود کردن چیزهایی که می‌توان به آن‌ها از طریق دستگاه دسترسی داشت، از وقوع موقعیت‌هایی مانند آنچه در بالا ذکر شد، جلوگیری می‌کنند.
با استفاده برخی سوئیچ‌های مدرن، قابلیت میزان برنامه بر روی سوئیچ‌های اترنت امکان‌پذیر است. به عنوان مثال، برنامه محاسباتی توزیع‌شده‌ای که روی یک سوئیچ در ساختمان هوشمند میزبانی شده است می‌تواند سیستم‌های آن ساختمان را سریع‌تر کند.
مثلاً اگر شخصی وارد اتاقی شود که چراغ هوشمند دارد، بجای اینکه آن چراغ چند ثانیه بعد روشن شود، می‌تواند بلافاصله روشن شود. با استفاده از برنامه‌ی میزبانی شده بر روی سوئیچ، دیگر نیازی به فرستادن داده به فضای ابری و دریافت دوباره آن نیست و یا دیگر ریسک کند بودن شبکه به دلیل وجود دستگاه‌های زیاد، وجود ندارد.
امروزه سوئیچ‌های اترنت بیش از پیش ضروری هستند و چیزی بیشتر از یک سخت‌افزار شبکه ساده به شمار می‌آیند. آن‌ها می‌توانند ساختمان‌های هوشمند را نه تنها هوشمند‌تر، بلکه قابل تحول نیز کنند. علاوه بر این، آن‌ها می‌توانند به سازمان‌ها در افزایش استحکام IT و کسب و کار کمک کنند.
سوئیچ‌های اترنت طوری طراحی شده‌اند که مستحکم باشند. در‌واقع آن‌ها در ابتدا برای کمک به سازمان‌ها برای ایجاد شبکه‌های قوی، قابل اعتماد، و بدون برخورد ترافیک داده ساخته شده بودند و به تیم‌های IT کمک می‌کردند که مشکلات در عملکرد شبکه را راحت‌تر و به شکلی فعال‌تر حل کنند.
با توجه به اینکه بسیاری از افراد از راه دور کار می‌کنند، این زمان ایده‌آلی برای برای سازمان‌ها است که به فکر ارتقای سخت‌افزار و نرم‌افزار اترنت خود باشند. مدرن‌سازی سوئیچ‌های اترنت و بازاندیشی شبکه‌ها برای پشتیبانی از آینده‌ای دیجیتال می‌تواند کاری پیچیده باشد که ممکن است به بازنویسی طراحی شبکه یا بازسازی آن نیاز داشته باشد.
این مدرن‌سازی امری ضروری برای کسب و کارهایی است که می‌خواهند از مزایای نسل بعدی وای‌فای استفاده کنند و فضاهای کاری ایمن، پایدار، و واضحی داشته باشند که به آن‌ها اجازه‌ی بهینه‌سازی منابع و هزینه‌ها و همچنین کاهش ردپای کربنی‌شان را می‌دهد..