Hub หรือ Repeater
เป็นอุปกรณ์ที่งานบน OSI Layer 1 ทำหน้าที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ในระบบ LAN
เข้าด้วยกัน โดยหลักการทำงานง่ายๆคือ รับสัญญาณจากต้นทางแล้วกระจายไปยังทุก Port
ของตัวอุปกรณ์ (Broadcast) เครื่องไหนที่ไม่ต้องการข้อมูลก็ drop
สัญญาณทิ้งไปทำให้ประสิทธิภาพในการจัดการข้อมูลไม่ดีนัก
ปัจจุบันจึงไม่ค่อยนิยมใช้กันแล้ว
Switch
ทำหน้าที่คล้ายกับ Hub คือทำหน้าที่
เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ในระบบ LAN เข้าด้วยกัน แต่ทำงานบน
OSI Layer 2 ซึ่งเราอาจจะคิดว่ามันทำงานเหมือน Hub แต่จริงๆแล้วไม่ใช่
เพราะ Switch ทำได้มากกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่า Hub
โดยสามารถแก้ปัญหาข้อมูลชนกัน (Collision) บน Hub และมีการเก็บ MAC Address
ของอุปกรณ์แต่ละตัวลง MAC Address Table แล้วทำการส่งข้อมูลไปยัง address ตาม
Port ต่างๆที่เชื่อมต่อกับ Switch
การส่งจะมีรูปแบบหลักๆ 3 แบบได้แก่
Broadcast (ส่งออกทุก Port)
Multicast (ส่งหลาย Port)
Unicast (ส่ง 1 Port แบบระบุปลายทาง)
ซึ่ง Switch จะเลือกเองว่าควรจะส่งแบบไหน
ด้วยความที่มีประสิทธิภาพมากกว่าจึงทำให้ Switch เข้ามาแทนที่ Hub
แล้วในปัจจุบันนี้
Router
เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เพื่อเชื่อมต่อ Network หนึ่ง เข้ากับอีก Network หนึ่ง
ซึ่งเป็นการทำงานบน OSI Layer 3 โดยอุปกรณ์ที่เราน่าคุ้นเคยที่สุดคือ Router
ที่เราใช้ตามบ้านเพื่อต่อกับ High Speed Internet นั่นเอง เราจะเห็นได้ว่า
Router ตามบ้านนั้นจะมีการเชื่อมต่อ 2 ฝั่งคือ ฝั่งหนึ่งเป็นการเชื่อมต่อกับ
Internet ของทางฝั่ง service provider
ส่วนอีกฝั่งหนึ่งต่อกับอุปกรณ์ในบ้านเรานั่นเอง
การทำแบบนี้เสมือนเป็นการเชื่อมต่อระหว่างองค์กร
แต่ในการใช้งานจริงๆแล้ว เราอาจจะไม่จำเป็นต้องเชื่อมต่อกับ Internet เหมือน
Router ตามบ้านก็ได้ เราสามารถใช้ Router เพื่อเชื่อมต่อวง VLAN
ภายในองค์กรก็ได้ (LAN)
สรุป
Hub/Repeater เป็นอุปกรณ์ที่ทำงานบน Layer 1 ใช้เชื่อมต่ออุปกรณ์ Network
ในเครื่อข่าย LAN ยุคแรกๆ ปัจจุบันไม่ค่อยนิยมนำมาใช้
Switch เป็นอุปกรณ์ที่ทำงานบน Layer 2 ถูกนำมาใช้แทน Hub/Repeater
เนื่องจากมีคุณสมบัติการทำงานที่รวดเร็ว, ยืดหยุ่น
และมีฟังก์ชันการทำงานที่หลากหลายกว่า จึงเป็นที่นิยมอย่างมากในการนำมาใช้งาน
Router เป็นอุปกรณ์ที่ทำงานบน Layer 3 ใช้สำหรับการเชื่อมต่อระหว่าง Networks
Layer 2 Switch คืออะไร? มีกี่ชนิด?
แต่ละชนิดมีลักษณะการทำงานต่างกันอย่างไร?
หลังจากที่เรารู้จักหลักการทำงานของ Hub, Switch และ Router แล้ว
ในส่วนนี้เราจะเน้นไปที่การทำงานของ Layer 2 Switch
เพื่อให้เห็นการทำงานที่ลึกขึ้นของ Layer 2 Switch มากขึ้น
Layer 2 Switch แบ่งย่อยเป็น 2 ประเภทคือ
Unmanaged Switch
Managed Switch
ซึ่งเราจะมาแยกความแตกต่างให้เห็นในภายหลัง
หลังจากที่ได้อธิบายความสามารถเบื้องต้นร่วมกันของทั้ง 2 แบบก่อนดังนี้
เนื่องจาก Layer 2 Switch นี้ทำงานที่ Layer 2 ของ OSI model ซึ่งตัว
packet จะถูกส่งไปที่พอร์ทของตัว Switch โดยอ้างอิงจาก destination MAC
address เป็นหลัก (ในขณะที่การทำ Routing จะทำงานบน Layer 3 ซึ่งตัว packet
จากถูกส่งไปยัง next-hop IP address ซึ่งอ้างอิงจาก destination IP
address) ดังนั้นอุปกรณ์ที่อยุ่บน segment ของ Layer 2
เดียวกันจะไม่จำเป็นต้องทำการ routing เพื่อเข้าถึงอุปกรณ์แต่ละตัว
แต่จะทำการค้นหา destination MAC address ด้วยวิธีที่เรียกว่า Address
Resolution Protocol (ARP) ซึ่งแสดงได้ดังนี้
STEP 1: PC A ส่ง Frame ข้อมูลไปยัง Switch ผ่านพอร์ต F0/1 โดยจะแนบ MAC
Address ของตัวเอง (Source MAC Address)
และของเครื่องปลายทาง(Destination MAC Address) ไปด้วย
STEP 2: Switch บันทึก MAC Address ของ PC A ลงบน MAC Address Table
จากนั้นจะ Broadcast Frame ผ่านไปยัง PC B และ PC C ผ่านพอร์ต F0/2 และ
F0/3 เพื่อตรวจสอบว่าเครื่องไหนมี MAC Address ตรงกับ Destination MAC
Address ที่ PC A ส่งมา
STEP 3: PC C ไม่ส่งอะไรกลับไปที่ Switch เพราะ MAC Address ไม่ตรงกับที่
Switch ส่งมาถาม ส่วน PC B จะส่งข้อมูล MAC Address ของตัวเองกลับไปให้
Switch เนื่องจากมี MAC Address ตรงกับที่ส่งมาถาม
STEP 4: Switch ทำการบันทึก MAC Address ของ PC B ลงบน MAC Address Table
เมื่อ Switch มีข้อมูล MAC Address ของทั้ง PC A และ PC B แล้ว
หลังจากนี้ทั้งสองเครื่องสามารถส่งข้อมูลหากันผ่าน Switch ได้ โดยที่
Switch ไม่จำเป็นต้อง Broadcast ไปขอ MAC Address อีกแล้วเพราะ MAC
Address Table มีข้อมูลที่จะสามารถ forward ไปยังอุปกรณ์ปลายทางผ่านทาง
port ที่ถูกต้องได้เลย
ขั้นตอนที่กล่าวมาทั้งหมด เป็นสิ่งที่ Layer 2 Switch
ใช้ในการทำงานเหมือนกัน แต่ก็จะมีปัญหาที่เกิดขึ้นได้หากอุปกรณ์ host
จำนวนมากกว่า 2 ตัวต้องการสื่อสารในช่วงเวลาเดียวกันและใน network
เดียวกันคือเกิดการชนกันของ network (Collision)
ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพของ network ลดลงไปเมื่อ data frame
เกิดการชนกันและทำให้เราต้องทำการ resend ข้อมูลใหม่
การ broadcast ของ Layer 2 Switch นั้นจะ forward ข้อมูล broadcast
traffic ไปที่ทุก port ยกเว้นว่า port นั้นๆจะได้รับ broadcast packet
กลับมาแล้ว ซึ่งการ broadcast นี้จะทำใน segment ของ Layer 2 เท่านั้น
ข้อมูลเหล่านี้จะไม่ข้ามไปยังขอบเขตของ Layer 3
เพื่อแก้ปัญหาของการชนกันของข้อมูลของการ broadcast storm
จึงได้มีการพัฒนา Layer 2 Switch จากเดิมที่เป็นแบบ Unmanaged Switch
ให้เป็นแบบ Managed Switch นั่นเอง โดยความแตกต่างหลักๆนั้นคือ
Unmanaged Switch คือ Switch ทั่วๆไปที่ใช้งานกันตามท้องตลาดทั่วๆไป
เราสามารถใช้งาน Switch นี้ได้ทันทีโดยไม่ต้องตั้งค่าใดๆ หรือจะมองเป็น
Hub ที่เพิ่มความสามารถของ Layer 2 เข้ามาก็ได้
มีความง่ายคือสะดวกในการใช้งาน
แต่ก็มีข้อเสียคือขาดความยืดหยุ่นเพราะไม่สามารถ Monitor หรือ Configure
สถานะใดๆได้
Managed Switch มีความสามารถพื้นฐานของ Unmanaged Switch อยู่แล้ว
และเพิ่มความสามารถในการ configure การทำงานของพอร์ท เช่นการทำ MRP
หรือทำ VLAN เป็นต้น ซึ่งเป็นความสามารถที่ช่วยแก้ข้อจำกัดของ Unmanaged
Switch ได้อย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งการทำ VLAN
ที่จะช่วยให้เราสามารถแย่ง Broadcast domain ด้วย Switch ตัวเดียวกันได้
Managed Switch สามารถทำการระบุ VLAN ไปยัง port ที่ต้องการได้
ซึ่งจะทำให้เกิดการสร้าง Layer 3 subnet ขึ้นมาบน Switch เดียวกัน
จึงทำให้เกิด Broadcast domain ที่แตกต่างกันขึ้นมาด้วย
ด้วยความที่เราสามารถสร้าง Layer 3 network ที่แตกต่างกันขึ้นมาบน
infrastructure ของ Layer 2 Switch ตัวเดียวกันนั้น จึงทำให้ VLAN
เพิ่มความยืดหยุ่นในการใช้งานได้อย่างมาก
(แต่ตัวมันเองไม่สามารถส่งข้อมูลข้ามระหว่าง VLAN ได้)
จากรูปข้างบน จะเห็นได้ว่า Managed Switch สามารถแบ่ง network ออกเป็น
3 network คือ network ของ Faculty, Staff และ Student
ได้ด้วยตัวมันเพียงตัวเดียว ในกรณีนี้หากเราใช้ Unmanaged Switch
ก็จำเป็นต้องใช้ถึง 3 ตัว และหากในอนาคตมีการเพิ่มแผนกอื่นขึ้นมาอีก
ก็จะต้องเพิ่ม Unmanaged Switch เข้าไปอีกเรื่อยๆ ในกรณีนี้การใช้งาน
Managed Switch จะตอบโจทย์การใช้งานที่ยืดหยุ่นกว่ามาก
เพื่อให้เห็นภาพการใช้งานที่มากขึ้น ขอยกตัวอย่างรูปด้านล่างนี้
ซึ่งเป็นวิธีที่ไม่ได้ใช้ VLAN จะเห็นได้ว่า Broadcast message
ที่ถูกส่งจาก Host 1 จะถูกส่งไปยังทุกๆอุปกรณ์ใน network
แต่ด้วยการใช้งาน VLAN และทำการตั้งค่าให้กับ Switch ทั้ง 2 ตัวจะทำให้
Broadcast message จาก Host 1 สามารถส่งตรงไปหา Host 2
ได้ทันทีเพราะว่าเฉพาะ Host 1 และ Host 2 เท่านั้นที่ถูก define
ให้เป็นสมาชิกใน set ของ VLAN เดียวกัน
ในขณะที่อุปกรณ์อื่นจะถือเป็นสมาชิกของ VLAN ตัวอื่น (ซึ่งการแยก
subnet นี้ถือเป็น Layer 3 แล้ว ทำให้ข้อมูล Layer 2
ไม่สามารถทะลุไปได้ หากจะสามารถทำให้ข้อมูลวิ่งข้าม VLAN
ได้เราจะใช้อุปกรณ์ที่เป็น Layer 3 Switch มาช่วยอีกที
ซึ่งจะกล่าวถึงในภายหลัง)
ในการเชื่อมต่อมากกว่า 1 switch และต่าง VLAN กัน การเชื่อมต่อระหว่าง
switch จะต้องกำหนดตัว port ให้เป็น Trunk port เพื่อให้สามารถรับ
traffic ของ VLAN หลายๆตัวได้ ส่วน port ที่ต่อกับอุปกรณ์เฉพาะ VLAN ใด
VLAN หนึ่ง เราจะกำหนดให้เป็น Access port แทน
สรุป
L2 Switch แบ่งออกเป็น 2 ชนิดคือ Unmanaged Switch และ Managed
Switch โดยที่ Managed Switch
มีลักษณะการทำงานที่ยืดหยุ่นและครอบคลุมทั้งยังเป็นที่นิยมมากกว่า
โดยที่จุดเด่นของ Managed Switch ไม่ได้มีเพียงแค่การแบ่ง VLAN
เท่านั้น แต่ยังสามารถทำอย่างอื่นได้อีกมาก
Layer 3 vs Layer 2 Switching
การทำ VLAN ที่กล่าวมาข้างต้นนั้น เป็นการแยก subnet ของแต่ละ port
ออกจากกันเพื่อไม่ให้การทำงานของแต่ละ subnet ปนกันได้ ดังนั้น
Layer 2 Switch จะไม่สามารถ transfer ข้อมูลระหว่าง subnet
หรือระหว่าง VLAN ได้ ซึ่งการสื่อสารระหว่าง VLAN นี้เราจะใช้
Layer 3 Switch มาช่วยแทน
Layer 3 Switch เป็น switch ที่สามารถทำงานเพิ่มเติมในส่วนของ
routing function ได้ โดยอุปกรณ์ฝั่ง client นั้นต้องทำการระบุ
default gateway ด้วยเพื่อให้การทำงานฝั่ง layer 3
สามารถส่งข้อมูลไปยัง subnet อื่นได้
เมื่ออุปกรณ์ฝั่งหนึ่งต้องการส่งข้อมูลไปยังอีก subnet หนึ่งนั้น
destination MAC address ใน packet จะเป็นของ default gateway
ซึ่งเป็น packet ในส่วนของ layer 2 และจากนั้นก็จะทำขั้นตอนการ
route traffic ด้วยปลายทางที่เหมาะสมด้วย routing table บน layer 3
ต่อไป
ตัวอย่างข้างล่างนี้เป็นตัวอย่างของการใช้งาน Layer 3 Switch
เพื่อทำ Inter-VLAN Routing โดย PC A ที่อยู่ใน Faculty VLAN
ต้องการสื่อสารกับ PC B ที่อยู่ในอีก VLAN หนึ่ง ซึ่งอยู่ใน Staff
VLAN ซึ่งอุปกรณ์ทั้ง 2 ตัวอยู่คนละวง VLAN กัน ทำให้ต้องใช้ Layer
3 Switch ทำการ routing ข้อมูลจาก host1 ไปยัง host2
Layer 2 Switch จะทำหน้าที่ในส่วนของการเรียนรู้ destination
address ของ host ปลายทางจาก MAC table หลังจากนั้น Layer 3 Switch
จะทำหน้าที่ในการ switching และ routing ด้วย IP address และ
subnet mask โดยทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมระหว่าง VLAN ทั้ง 2
วงที่แตกต่างกัน โดยสิ่งที่ต้องทำก่อนยังคงเหมือนเดิมคืออุปกรณ์ใน
layer 3 ยังคงต้องการรู้ MAC Address ของ PC B ผ่านทาง ARP request
broadcast ไปยัง VLAN20 จากนั้นมันจะทำการบันทึก destination
MAC address ที่เหมาะสมแล้วทำการ forward packet บน layer 2 ต่อไป
ด้วยการทำหน้าที่ประสานข้อมูลระหว่างวง VLAN
ทำให้การใช้งานร่วมกัน Layer 2 Switch และ Layer 3 Switch
เหมาะในการนำไปขยายระบบให้มีขนาดใหญ่ขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าการใช้งาน
Layer 2 Switch อย่างเดียว
อีกตัวอย่างหนึ่งก็ยังคงคล้ายกับตัวอย่างก่อนหน้า คือเรายังคงมี
Layer 3 Switch เพื่อทำการประสานระหว่าง VLAN หลายๆตัว
โดยแสดงภาพให้เห็นการตั้ง Access port และ Trunk port ที่เหมาะสม
