هاب(hub)، روتر(router)، سوئیچ(switch) و مودم(modem) | توضیحات، عملکرد و تفاوت ها

هاب(hub)، روتر(router)، سوئیچ(switch) و مودم(modem) در شبکه های کامپیوتری، نقش مهمی در آسان کردن ارتباط بین اجزای شبکه دارند. در نگاه اول، این چهار دستگاه، مشابه بهم به نظر میرسند اما هرکدام از آنها ساختار و عملکرد مختص به خود را دارند. هاب، روتر، سوییچ و مودم، از مهم ترین اجزای شبکه به حساب می‌آیند که هرکدام برای کاربردی خاص در شبکه به کار گرفته می‌شوند. انتخاب هرکدام از اینها، به یک شیوه‌ی خاص به بهینه سازی عملکرد شبکه، امنیت و کارایی آن کمک می کند.

برای فهم بهتر و عمیق تر مفاهیم هاب، روتر، سوییچ و مودم و ویژگی و عملکرد های آنها، باید دانش خوبی درباره شبکه های کامپیوتری و مدل OSI داشته باشید. مدل OSI، یک مدل استاندارد میباشد که هفت لایه دارد و هرکدام از اجزای شبکه در یکی از این هفت لایه قرار دارند. این هفت لایه برای ارتباط بین دو سیستم در یک شبکه توصیف شده اند. به زبان ساده، مدل OSI، هفت مرحله ای که یک دیتا از فرستنده تا گیرنده طی میکند را توضیح میدهد.

هاب چیست؟

هاب یکی از ساده ترین دستگاه های ارتباطی شبکه است که برای اتصال چندین کامپیوتر یا سایر دستگاه های شبکه به هم استفاده می شود. این دستگاه در لایه فیزیکی (لایه 1) مدل OSI قرار دارد و به سادگی داده ها را از یک دستگاه دریافت می کند و آن را به تمام دستگاه های دیگر متصل به هاب پخش می کند. این شیوه پخش دیتا باعث می شود هاب ها از نظر استفاده از پهنای باند و داشتن امنیت ناکارآمد باشند.

ویژگی های هاب

• نحوه انتقال داده:

هنگامی که یک دستگاه داده ها را به یک هاب ارسال می کند، هاب آن داده ها را به تمام دستگاه های دیگر متصل به آن، صرف نظر از گیرنده مورد نظر، هدایت می کند. این روش انتقال داده منجر به ایجاد ترافیک غیر ضروری می شود و می تواند باعث ازدحام زیاد و ناخواسته در شبکه شود.

• دامنه برخورد:

تمام دستگاه های متصل به یک هاب دامنه برخورد(یا Collision Domain) یکسانی دارند. در شبکه، یک برخورد داده زمانی اتفاق می افتد که دو دستگاه تلاش می کنند داده ها را به طور همزمان انتقال دهند و منجر به از بین رفتن داده ها می شوند. هاب ها فاقد مکانیسم های اجتناب از برخورد(CSMA/CA) هستند و این موضوع، برخورد داده را در شبکه های مبتنی بر هاب رایج می کند.

• عملکرد محدود:

هاب ها فاقد هوش هستند و بر اساس محتویات بسته یا آدرس های شبکه تصمیم نمی گیرند. آنها صرفا داده های ورودی را به تمام دستگاه های متصل تکرار می‌کنند و آنها را برای مدیریت شبکه های مدرن با الگوهای ترافیکی متنوع و الزامات امنیتی نامناسب می کنند.

روتر:

یک روتر در لایه شبکه (لایه 3) مدل OSI عمل می کند و مسئول حمل و نقل بسته های داده بین شبکه های کامپیوتری براساس آدرس IP است. بر خلاف هاب ها، روترها دستگاه های هوشمندی هستند که قادر به تجزیه و تحلیل هدر بسته ها و  تعیین بهترین مسیر برای انتقال داده ها و هدایت ترافیک بر این اساس هستند. روترها نقش مهمی در اتصال شبکه های مختلف مانند اتصال یک شبکه محلی (LAN) به اینترنت دارند.

ویژگی های روتر ها

• سوئیچینگ پکت:

  روترها بسته ها را بر اساس آدرس IP مقصد خود تغییر می دهند. این دستگاه‌ها جداول مسیریابی حاوی اطلاعات مربوط به توپولوژی شبکه را در حافظه خود نگهداری می کنند و از الگوریتم ها برای تعیین کارآمدترین مسیرها برای انتقال داده ها استفاده می کنند.

• تقسیم بندی شبکه:

  روترها تقسیم بندی شبکه را با تقسیم یک شبکه بزرگ به زیر شبکه های کوچکتر یا زیر شبکه ها امکان پذیر می کنند. این تقسیم بندی عملکرد شبکه، امنیت و قابلیت مدیریت را با کنترل جریان ترافیک و جداسازی مسائل شبکه افزایش می دهد.

• امنیت روتر:

روترها سطح امنیتی را در عمل به عنوان یک مانع بین شبکه های مختلف فراهم می کنند. آنها ویژگی هایی مانند لیست های کنترل دسترسی (ACLs)، فایروال ها و شبکه های خصوصی مجازی (VPN ها) را برای تنظیم ترافیک ورودی و خروجی، محافظت در برابر دسترسی غیر مجاز و کاهش تهدیدات امنیتی پیاده سازی می کنند.

مودم

مودم(modem) مخفف کلمات Modulator/Demodulator است. مودم یکی از تجهیزات شبکه است و در مدل OSI در لایه 1 یا همان لایه فیزیکال(Physical layer) قرار می گیرد اما بعضی از کارشناسان شبکه معتقد هستند که در لایه دو یا همان لایت دیتا لینک(data link) قرار میگیرد،که به عنوان یک دروازه بین ما که همان کلاینت ها در شبکه می باشیم و اینترنت، برای اتصال دستگاه‌ های متصل شده در شبکه به اینترنت استفاده می‌شود.

می توان گفت که، عملکرد اصلی یک مودم صرف نظر از انواع مختلف یک مودم، تبدیل سیگنال‌های آنالوگی (مقیاسی) که از سیم تلفن یا تار های فیبری می‌آیند به شکل دیجیتال است و همچنین بلعکس که تبدیل سیگنال های دیجیتال به سیگنال های آنالوگی. در شکل دیجیتال، این سیگنال‌ های به شکل 0 و 1 ذخیره می‌شوند.

مودم می‌تواند همزمان هر دو وظیفه ماژولیت و دی ماژولیت را انجام دهد. مودم‌ها(modem) به طور عمده برای انتقال داده‌های دیجیتال در سیستم‌های شخصی استفاده می‌شوند. همچنین به عنوان یک مترجم سیگنال می توان آن ها را شناخب به این دلیل که یک سیگنال را به سیگنال دیگری ترجمه می‌کند.

مودم با عمل ماژولیت(modulate) سیگنال دیجیتال را به سیگنال آنالوگ ( از کامپیوتر یا دستگاه به سمت خط تلفن)، برای انتقال و سپس عمل دی ماژولیت(demodulate)، سیگنال ‌های آنالوگ دریافتی را به سیگنال‌ های دیجیتال( از سمت خط تلفن یا فیبر نوری به سمت کامپیوتر) تبدیل می کند.

همانطور که گفته شد نقش اصلی مودم ها ایجاد ارتباط بین ما و اینترنت و همچنین تبدیل سیگنال ها هست، اما در کنار آن مودم هایی وجود که کار روتر را هم در خود انجام می دهند و وظیفه مسیریابی در شبکه را بر عهده می گیرند که به این نوع مودم ها، مودم روتر گفته می شود و می توان از آن ها برای کاهش هزینه ها و راحتی کار استفاده کرد.

با توجه به اینکه گفته شد مودم ها به تنهایی خود مربوط به لایه یک در مودل OSI می شوند، اما مودم روتر ها  برخلاف مودم ها هم در لایه یک و هم در لایه 3 یا همان لایه نتورک(network) می توانند کار کنند.

ویژگی های مودم

از جمله عمده ترین ویژگی های یک مودم به نقل از وبسایت Quora می توان به موارد زیر اشاره کرد.

• Modulation and Demodulation

همانطور که گفته شد، عملکرد اصلی یک مودم، تبدیل داده‌های دیجیتال به سیگنال‌های آنالوگ برای انتقال و تبدیل سیگنال‌های آنالوگ دریافتی به داده‌های دیجیتال است.

• سرعت انتقال داده

  مودم‌ها بر اساس سرعت انتقال داده‌ی خود مشخص می‌شوند که معمولاً با واحد بیت بر ثانیه (bps)، کیلوبیت بر ثانیه (kbps) یا مگابیت بر ثانیه (Mbps) و همچنین در مودم های پرسرعت و قوی می توان با واحد گیگابیت بر ثانیه (Gbps) اندازه‌گیری می‌شود. همچنین مودم‌های سریع‌تر می‌توانند داده‌ها را سریع‌تر منتقل کنند.

• رابط‌های اتصال

  مودم‌ها با توجه به انواع مختلفی که دارند، از رابط‌های اتصال مختلفی مانند پورت‌های اترنت، پورت‌های USB یا جک‌های خطوط تلفن همراه، استفاده می کنند تا به انواع مختلفی از شبکه‌ها یا دستگاه‌ها متصل شوند.

• سازگاری

  مودم‌ها ممکن است از استانداردها و پروتکل‌های ارتباطی مختلفی مانند V.90، V.92، DSL، کابل یا فیبر را پشتیبانی کنند تا سازگاری با فناوری‌های شبکه‌های مختلف را تضمین کنند.

• اصلاح خطا

  مودم‌ها اغلب دارای مکانیسم‌های اصلاح خطا هستند تا از اصالت داده‌ها در حین انتقال اطمینان پیدا کنند، مانند تشخیص خطا و ارسال مجدد بسته‌های داده های خراب شده.

• فشرده‌سازی

  برخی از مودم‌ها تکنیک‌های فشرده‌سازی داده را پشتیبانی می‌کنند تا با کاهش مقدار داده‌های لازم برای انتقال، کارایی انتقال داده‌ها را افزایش دهند.

• مدیریت نویز خط

  مودم‌ها برای مقابله با نویز خط و اختلالات طراحی شده‌اند تا ارتباط قابل اعتمادتری را در ارتباطات شبکه‌های پر نویز (noise) حفظ کنند.

• امکانات امنیتی

  مودم‌ها ممکن است ویژگی‌های امنیتی مانند رمزگذاری و احراز هویت را برای تضمین حریم خصوصی و امنیت داده‌های منتقلی در خود داشته باشند.

• نشانگرها و اطلاعات

  بسیاری از مودم‌ها دارای نشانگرهای LED برای نمایش وضعیت اتصال، قدرت سیگنال و فعالیت هستند.

• امکان به‌روزرسانی firmware

  برخی از مودم‌ها امکان به‌روزرسانی فریمور (firmware) را برای اضافه کردن ویژگی‌های جدید، بهبود عملکرد و رفع آسیب‌پذیری‌های امنیتی فراهم می‌کنند.

تفاوت بین مودم و روتر

با توجه به اینکه تفاوت های بسیاری که بین مودم و روتر وجود دارد، از جمله تفاوت های کلیدی می توان به موارد زیر اشاره کرد.

• تعداد پورت ها اترنت

  تعداد پورت ها اترنت در مودم ها نسبت به روتر ها کمتر بوده و ممکن است که با توجه به نوع مودم تعداد ها مختلفی داشته باشد ولی در کل تعدادشان کمتر از 10 تا بوده است، اما در روتر ها ما تا 48 پورت اترنت را می توانیم داشته باشیم

• نوع IP مورد استفاده

  در مودم ها ما از یک آی پی پابلیک (public IP) که از طرف ISP به ما داده می شود استفاده می کنیم، اما در روتر ها ما می توانیم از آی پی ها شخصی (private IP) استفاده کنیم.

• نوع شبکه

  در مودم ما از شبکه WAN استفاده می کنیم که همان شبکه wide area network است اما در روتر ما از شبکه های LAN یا همان Local area network استفاده و پخش داده ها می کنیم.

سوییچ:

یک سوئیچ در لایه Data Link (لایه 2) مدل OSI عمل می کند و برای اتصال دستگاه ها در یک شبکه واحد استفاده می شود. بر خلاف هاب ها، سوئیچ ها دستگاه های هوشمندی هستند که بسته های داده را فقط به گیرنده مورد نظر بر اساس آدرس MAC ارسال می کنند. این روش حمل و نقل هدفمند، کارایی شبکه را بهبود می بخشد و ترافیک غیر ضروری را کاهش می دهد.

ویژگی های کلیدی سوئیچ ها:

• یادگیری آدرس MAC:

سوئیچ ها آدرس های MAC دستگاه های متصل به پورت های خود را با بررسی آدرس منبع فریم های ورودی یاد می گیرند. این دستگاه‌ها یک جدول آدرس MAC را حفظ می کنند که به عنوان یک جدول حمل و نقل نیز شناخته می شود و آدرس های MAC را به پورت های سوئیچ مربوطه الصاق می کند.

• انتقال Unicast:

سوئیچ ها از انتقال unicast برای ارائه بسته های داده به طور مستقیم به گیرنده مورد نظر استفاده می کنند و نیاز به پخش داده را از بین می برند. این رویکرد هدفمند تراکم داده در شبکه را به حداقل می رساند و استفاده از پهنای باند را افزایش می دهد.

• جداسازی دامنه برخورد:

بر خلاف هاب ها، سوئیچ ها یک دامنه برخورد جداگانه برای هر پورت ایجاد می کنند. با جداسازی دامنه های برخورد، سوئیچ ها از تاثیر برخورد بر سایر بخش های شبکه جلوگیری می کنند و عملکرد کلی شبکه و قابلیت اطمینان آن را بهبود می بخشند.

به نقل وبسایت pynetlab، پرتکرارترین سوالاتی که درمورد هاب، روتر و سوییچ پرسیده میشود، به صورت زیر است؛

تفاوت بین روتر، سوییچ، هاب و مودم چیست؟

مودم دروازه ی وردو و خروج داده ها از سمت ما و اینترنت است، روترها چندین شبکه را به هم متصل می کنند و بهترین مسیر را برای انتقال داده بر اساس آدرس های IP تعیین می کنند. سوئیچ ها، دستگاه ها را در یک شبکه متصل می کنند و با استفاده از آدرس های MAC، داده ها را به بهترین شکل انتقال میدهند. از طرفی، هاب ها به سادگی داده ها را به همه دستگاه های متصل پخش می کنند. هر کدوم از این دستگاه ها، نقش مهم و خاصی رو در ارتباطات شبکه دارند.

تفاوت بین هاب و سوئیچ چیست؟

تفاوت اصلی بین هاب و سوئیچ این است که یک هاب در لایه فیزیکی (لایه 1) مدل OSI کار می کند و به سادگی و بدون هیچ فیلتری، داده ها را به همه دستگاه های متصل ر شبکه پخش می کند، در حالیکه یک سوئیچ در لایه data link (لایه 2) کار میکند و داده هارو به صورت انتخابی بر اساس آدرس‌های MAC ارسال می‌کند و در نتیجه انتقال داده کارآمدتر و ازدحام شبکه کاهش می‌یابد.

هاب یا سوئیچ کدام سریعتر است؟

به طور کلی، یک سوئیچ سریعتر از یک هاب است. سوئیچ ها در لایه data link (لایه 2) مدل OSI کار می کنند و توانایی ارسال انتخابی بسته های داده بر اساس آدرس های MAC را دارند. این به ادمین شبکه اجازه میدهد تا مسیرهای ارتباطی اختصاصی بین دستگاه ها ایجاد کنند و در نتیجه انتقال داده ها سریعتر و کارآمدتر در یک شبکه انجام شود. در مقابل، هاب ها در لایه فیزیکی (لایه 1) کار می کنند و به سادگی داده ها را به همه دستگاه های متصل پخش می کنند، که منجر به تراکم بیشتر شبکه و عملکرد کندتر می شود.

تفاوت بین هاب و سوئیچ چیست؟

پنج تفاوت اصلی بین هاب و سوئیچ به شرح زیر است:

عملکرد:

هاب ها داده ها را به همه دستگاه ها پخش می کنند، در حالی که سوییچ به طور انتخابی داده ها را بر اساس آدرس های MAC ارسال می کند.

پخش داده:

هاب ها با برخورد داده ها باعث ترافیک شبکه می شوند، در حالی که سوئیچ ها با هدایت داده ها به گیرنده مورد نظر، ترافیک شبکه را کاهش می دهند.

پهنای باند:

هاب ها پهنای باند را بین دستگاه ها به اشتراک می گذارند که منجر به کاهش عملکرد می شود، در حالی که سوئیچ ها پهنای باند اختصاصی را برای انتقال کارآمد داده ارائه می دهند.

امنیت:

برقراری امنیت در شبکه بسیار حیاتی و مهم میباشد. هاب‌ها فاقد ویژگی‌های امنیتی هستند که داده‌ها را آسیب‌پذیرتر می‌کند، در حالی که سوئیچ‌ها با ارسال اطلاعات فقط به دستگاه مورد نظر، سطحی از امنیت را ارائه می‌دهند.

هزینه:

هاب ها به طور کلی ارزان تر هستند، اما سوئیچ ها چون ساختار و عملکرد بهتری دارند، گران تر هستند و انتخاب همیشگی مهندسان شبکه هستند.

جمع بندی

در نتیجه، هاب، روتر، سوییچ و مودم ها دستگاه های یک شبکه اساسی با ویژگی های متمایز هستند. مودم ها که در قدم اول قرار دارند و دروازه ای بین ما و اینترنت هستند و عموما در لایه فیزیکی هستند، هاب ها، که در لایه فیزیکی کار می کنند، به سادگی داده ها را به تمام دستگاه های متصل منتقل می کنند، در حالی که روترها، که در لایه Network کار می کنند، هوشمندانه داده ها را بین شبکه های مختلف بر اساس آدرس های IP هدایت می کنند. سوئیچ ها، که در لایه Data Link کار می کنند، بسته های داده را به طور انتخابی به گیرندگان مورد نظر بر اساس آدرس های MAC هدایت می کنند.

درک تفاوت بین هاب، روتر، سوییچ و مودم ها برای طراحی، پیاده سازی و حفظ شبکه های کامپیوتری قوی و کارآمد ضروری است. با استفاده از قابلیت های منحصر به فرد هر دستگاه، مدیران شبکه می توانند عملکرد شبکه را بهینه سازی کنند، امنیت را افزایش دهند و ارتباطات یکپارچه بین دستگاه ها را در دنیای به هم پیوسته امروز تضمین کنند.

اگر شما جز افرادی هستید که به مباحث اکتیو و پسیو شبکه علاقه دارید و مشتاق هستید که در حوزه ی سخت افزار و شبکه های کامپیوتری، اطلاعات کسب کنید، محتوای تیم مستر خطیب را دنبال کنید و با ارائه نظر، ما را در بهبود و ارتقای کیفیت مطالب یاری کنید.
هم چنین در دوره مستر کلاس آی تی، علاوه بر آشنایی کامل و کاربردی با تجهیزات و شبکه های کامپیوتری، نحوه اجرا و کانفیگ کردن آنها را هم یاد میگیرید تا همه چیز را برای ورود به بازار شبکه به همراه داشته باشید.