Что такое свитч информатика
Для чего нужен коммутатор: назначение, виды и принцип работы
Что такое коммутатор, хаб, свитч простым языком
В сетевом пространстве тоже есть свои «распределители», где вместо электропитания пользователи активно передают трафик, пакеты данных и картинки с котиками. Погодите, скажете вы. Разве такие вещи делаются не через роутеры? Зачем тогда нужен коммутатор? Ответ достаточно прост. Роутер (или маршрутизатор) — это устройство, способное обмениваться данными с внешней сетью, оснащенное системой кодировки трафика, IP-телевидением, WPS, и еще массой полезных функций.
Основное, чем отличается роутер от коммутатора, — тем что последний имеет дело только с локальной сетью: домашней либо корпоративной. Таким образом понятия «свитч для интернета» в принципе не существует. Доступ к всемирной паутине пользователи локальной сети могут получить лишь в том случае, если к главному порту коммутатора присоединить роутер. И примерно так это обычно и работает.
Для чего нужен коммутатор и что он делает
Назначение коммутатора в том, чтобы объединять множество разных устройств (компьютеров, принтеров, серверов, МФУ и прочих) в одну общую локальную сеть, позволяя её пользователям обмениваться информацией. В любой сети, даже самой маленькой, где есть несколько устройств, чью совместную работу нужно организовать, требуется коммутатор, который служит своеобразным приемно-сортировочным пунктом, переправляющим пакеты данных от источника к адресату.
Чем отличается коммутатор от концентратора
Концентратор (иначе хаб) занимается тем же самым, что и коммутатор — передает данные по локальной сети. Отличие состоит в том, что хаб рассылает трафик от центральной машины (ПК, сервер) сразу всем компьютерам. Кому надо, тот читает, кому не надо — игнорирует. Однако при этом вероятность перехвата пакетов максимальна и неоправданно высока нагрузка на сеть, из-за чего подобный «широковещательный» способ передачи данных постепенно выходит из употребления.
В случае с коммутатором передача данных ведется адресно. Если в первом случае пакет с информацией получали все ПК в сети (5, 10, 100, 1000), то во втором — всё персонифицировано. Данные, предназначенные для условного Васи, никто кроме него прочесть не сможет. Отсюда второе название коммутатора — switch — или «переключатель», поскольку он, как стрелочник на железнодорожной развязке, переводит стрелки, направляя «состав» с информацией в конкретный пункт назначения.
Принцип работы коммутатора
Основные принципы мы разобрали, так что переходим к конкретным задачам. Алгоритм работы свитчей построен на системе самообучения, чтобы с каждым разом улучшать адресную передачу файлов между всеми устройствами в системе (компьютеры, ноутбуки, оргтехника, принтеры).
Перед началом работы свитч создает таблицу коммутации, привязывая каждому порту тот MAC-адрес, от которого запитывается конкретное устройство. При первичном подключении таблица пустая, а коммутатор обучается процессам, параллельно записывая данные в табличку и определяя основной хост (головную систему).
В дальнейшем, если на один из портов поступит сигнал для определенного MAC, который ассоциируется у свитча с одним из портов, информация сразу же полетит конечному адресату. Если же MAC и порт не связаны, а фрейм прилетел — его разбросают по всем свободным портам, таким образом определив нужный. Чем больше портов коммутатора занято, тем ниже загрузка, выше скорость передачи, меньше задержки.
Типы коммутаторов
Современные устройства можно разделить на три ключевых категории:
Неуправляемые, как можно определить из названия, работают по схеме «включил, подключил и забыл». Иным словами, они работают как классические сетевые удлинители, добавляя владельцу недостающее число Ethernet-портов. Такое решение отлично показывает себя в домашних условиях (организация сети, подключение умной техники, разводка IP-камер) и небольших офисах до 10 машин. Техника нетребовательна, но выдержать большой трафик неспособна. Да и проверить систему, если что-то где-то произойдет на линии, будет непросто.
Настраиваемые разработаны как раз под корпоративный сегмент с возможностью отслеживания трафика для каждого конкретного порта. Благодаря им можно отслеживать и поддерживать протоколы топологии, транковать и настраивать различные параметры VLAN, если железо это позволяет. Калибровка базовая, но зачастую и этого хватает.
Управляемые, как вы поняли, самые технологичные и умные. Для них предусмотрено автоматическое и ручное управление. Системный администратор может мониторить каждый порт, снимать статистику по трафику, отслеживать количество ошибок до определенного устройства. Для крупной сетевой компании это огромный плюс. Особенно, если кто-то любит посидеть на торрентах, и не признается в этом.
В действительности, типология коммутаторов значительно сложнее. Коммутаторы также подразделяются по уровням и положению в иерархии сети. И могут иметь разные характеристики и функции. Но всё это — темы для отдельных обзоров.
Если у вас еще остались вопросы по характеристикам и функциям коммутаторов, вы всегда можете задать их нашим специалистам. Закажите консультацию, и мы предоставим вам всю требуемую информацию.
Для чего нужен коммутатор: назначение, виды и принцип работы
Сетевой коммутатор
Сетевой коммутатор (жарг. свитч от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор работает на канальном (втором) уровне модели OSI. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.
В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю (исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети и трафик для устройств, для которых не известен исходящий порт коммутатора). Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.
Далее в этой статье рассматриваются исключительно коммутаторы для технологии Ethernet.
Содержание
Принцип работы коммутатора
Коммутатор хранит в памяти таблицу коммутации (хранящуюся в ассоциативной памяти), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры (фреймы) и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу на некоторое время. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя не ассоциирован с каким-либо портом коммутатора, то кадр будет отправлен на все порты, за исключением того порта, с которого он был получен. Со временем коммутатор строит таблицу для всех активных MAC-адресов, в результате трафик локализуется. Стоит отметить малую латентность (задержку) и высокую скорость пересылки на каждом порту интерфейса.
Режимы коммутации
Существует три способа коммутации. Каждый из них — это комбинация таких параметров, как время ожидания и надёжность передачи.
Задержка, связанная с «принятием коммутатором решения», добавляется к времени, которое требуется кадру для входа на порт коммутатора и выхода с него, и вместе с ним определяет общую задержку коммутатора.
Симметричная и асимметричная коммутация
Свойство симметрии при коммутации позволяет дать характеристику коммутатора с точки зрения ширины полосы пропускания для каждого его порта. Симметричный коммутатор обеспечивает коммутируемые соединения между портами с одинаковой шириной полосы пропускания, например, когда все порты имеют ширину пропускания 10 Мб/с или 100 Мб/с.
Асимметричный коммутатор обеспечивает коммутируемые соединения между портами с различной шириной полосы пропускания, например, в случаях комбинации портов с шириной полосы пропускания 10 Мб/с и 100 Мб/с или 100 Мб/с и 1000 Мб/с.
Асимметричная коммутация используется в случае наличия больших сетевых потоков типа клиент-сервер, когда многочисленные пользователи обмениваются информацией с сервером одновременно, что требует большей ширины пропускания для того порта коммутатора, к которому подсоединен сервер, с целью предотвращения переполнения на этом порте. Для того чтобы направить поток данных с порта 100 Мб/с на порт 10 Мб/с без опасности переполнения на последнем, асимметричный коммутатор должен иметь буфер памяти.
Асимметричный коммутатор также необходим для обеспечения большей ширины полосы пропускания каналов между коммутаторами, осуществляемых через вертикальные кросс-соединения, или каналов между сегментами магистрали.
Буфер памяти
Для временного хранения пакетов и последующей их отправки по нужному адресу коммутатор может использовать буферизацию. Буферизация может быть также использована в том случае, когда порт пункта назначения занят. Буфером называется область памяти, в которой коммутатор хранит передаваемые данные.
Буфер памяти может использовать два метода хранения и отправки пакетов: буферизация по портам и буферизация с общей памятью. При буферизации по портам пакеты хранятся в очередях (queue), которые связаны с отдельными входными портами. Пакет передается на выходной порт только тогда, когда все пакеты, находившиеся впереди него в очереди, были успешно переданы. При этом возможна ситуация, когда один пакет задерживает всю очередь из-за занятости порта его пункта назначения. Эта задержка может происходить даже в том случае, когда остальные пакеты могут быть переданы на открытые порты их пунктов назначения.
При буферизации в общей памяти все пакеты хранятся в общем буфере памяти, который используется всеми портами коммутатора. Количество памяти, отводимой порту, определяется требуемым ему количеством. Такой метод называется динамическим распределением буферной памяти. После этого пакеты, находившиеся в буфере, динамически распределяются по выходным портам. Это позволяет получить пакет на одном порте и отправить его с другого порта, не устанавливая его в очередь.
Коммутатор поддерживает карту портов, в которые требуется отправить пакеты. Очистка этой карты происходит только после того, как пакет успешно отправлен.
Поскольку память буфера является общей, размер пакета ограничивается всем размером буфера, а не долей, предназначенной для конкретного порта. Это означает, что крупные пакеты могут быть переданы с меньшими потерями, что особенно важно при асимметричной коммутации, то есть когда порт с шириной полосы пропускания 100 Мб/с должен отправлять пакеты на порт 10 Мб/с.
Возможности и разновидности коммутаторов
Коммутаторы подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее простые).
Более сложные коммутаторы позволяют управлять коммутацией на сетевом (третьем) уровне модели OSI. Обычно их именуют соответственно, например «Layer 3 Switch» или сокращенно «L3 Switch». Управление коммутатором может осуществляться посредством Web-интерфейса, протокола SNMP, RMON и т. п.
Многие управляемые коммутаторы позволяют настраивать дополнительные функции: VLAN, QoS, агрегирование, зеркалирование.
Сложные коммутаторы можно объединять в одно логическое устройство — стек — с целью увеличения числа портов. Например, можно объединить 4 коммутатора с 24 портами и получить логический коммутатор с 90 ((4*24)-6=90) портами либо с 96 портами (если для стекирования используются специальные порты).
Что такое сетевой коммутатор и для чего он нужен?
Сетевой коммутатор — это электронный прибор, объединяющий несколько компьютеров и/или других цифровых устройств в локальную сеть и позволяющий им обмениваться данными. Имеет ещё одно распространённое название — свитч, которое происходит от английского слова switch (коммутатор, переключатель).
Что такое свитч простыми словами
С каждым годом нас окружает всё больше и больше компьютеров, ноутбуков, мобильных и других цифровых устройств. Они используются дома, в офисах, административных и многих других помещениях. Становится всё более актуальной проблема их соединения для передачи данных — такого, которое избавило бы от необходимости переносить информацию, например, на USB-флешке. В недавнем прошлом её решали с помощью концентраторов, но к настоящему моменту их почти вытеснили более интеллектуальные устройства — сетевые коммутаторы, или свитчи. Говоря простыми словами, это — устройства, позволяющие объединить несколько компьютеров в сеть и играющие в ней роль её ядра. Это действительно удобно, причём в самых разных ситуациях:
на предприятии или в офисе, в котором установлено большое количество компьютеров, сетевых принтеров и другой цифровой техники;
в небольшой домашней локальной сети — к примеру, состоящей из нескольких компьютеров, ноутбука и современного телевизора;
в составе масштабной системы видеонаблюдения с большим количеством камер;
в промышленной сети с многочисленными датчиками, контролирующими техпроцессы и передающими данные на диспетчерский пункт;
вомногих других случаях.
Принцип работы коммутатора
За вопросом о том, что такое коммутатор, закономерно следует ещё один: по какому принципу он работает? Всё одновременно и просто, и сложно. Свитч получает данные от обращающихся к нему устройств и постепенно заполняет таблицу коммутации их MAC-адресами. При последующих обращениях коммутатор считывает адрес устройства-отправителя, анализирует таблицу коммутации и определяет по ней, на какое устройство нужно переслать данные. Прочие компьютеры при этом не «знают» о факте передачи информации, поскольку она не имеет к ним отношения. Благодаря этому обеспечивается работа сети в так называемом полнодуплексном (full duplex) режиме.
Новый коммутатор на этапе обучения, не обнаруживая в своей таблице MAC-адрес получателя, рассылает данные на все подключенные к нему устройства (разумеется, кроме отправителя). Правильный получатель отвечает коммутатору, и последний создаёт новую запись в таблице коммутации. В дальнейшем свитч, принимая данные с этим же MAC-адресом, «понимает», куда именно их нужно направить, и производит уже не массовую рассылку, но строго адресную отправку. Трафик, таким образом, локализуется, а сеть — разгружается.
Выше был описан принцип действия так называемого неуправляемого коммутатора, который работает на втором (канальном) уровне OSI. Помимо таких, существуют более продвинутые модели, работающие на третьем и четвёртом уровнях. Они значительно функциональнее, поскольку допускают ручное управление (в частности, через интерфейс командной строки), поддерживают QoS, VLAN, зеркалирование, обнаружение штормов трафика, ограничение скоростей передачи данных для разных портов и многие другие полезные функции. Такие устройства включают в состав сложных и разветвлённых сетей — в частности, тех, что развёрнуты на больших предприятиях.
Режимы коммутации
Есть три режима, в которых свитч передаёт данные узлам-адресатам. Ключевые особенности каждого режима — степень надёжности передачи и связанное с ней время ожидания.
Первый режим называется Cut-Through — сквозной. Свитч принимает данные, считывает из них только адрес узла-получателя и без каких-либо дополнительных проверок отправляет их по назначению. Время ожидания в этом случае минимально, но возникает вероятность передачи данных с ошибками.
Второй режим называется Store and Forward — с промежуточным хранением. Коммутатор не только считывает адрес получателя, но и анализирует всю поступившую информацию с целью поиска ошибок. Лишь после этого данные передаются по назначению. Время ожидания в сравнении с предыдущим режимом увеличивается — оно необходимо свитчу для проверки.
Третий режим называется Fragment-Free — бесфрагментный, или гибридный. Он представляет собой сочетание двух описанных выше режимов. Коммутатор принимает кадр данных, считывает адрес получателя, а затем проверяет информацию на предмет ошибок, но не всю, а лишь первые 64 байта. После проверки свитч отправляет данные получателю.
Условия передачи данных непостоянны — они меняются со временем. Полезно иметь коммутатор, в котором реализована адаптивная подстройка под эти условия. В начале работы такое устройство включает сквозной режим коммутации для всех портов. Затем те порты, на которых появляется слишком много ошибок, автоматически переводятся в гибридный (бесфрагментный) режим. Наконец, если и после этого ошибок остаётся слишком много, порты переводятся в режим с промежуточным хранением данных.
Отличие коммутатора (switch) от концентратора (hub)
В недавнем прошлом были широко распространены концентраторы (hub). Эти устройства работают на основе широковещательной модели. Выражаясь проще, концентратор, принимая сетевой трафик, просто рассылает его всем без исключения подключенным к нему устройствам. Функция определения адресата, которая есть в коммутаторе, в нём не реализована, и в этом — основное отличие hub от switch. Широковещательная передача данных таит как минимум два подводных камня: во-первых, она сильно загружает сеть и заметно замедляет передачу данных, во-вторых, она влечёт риск появления большого количества ошибок, особенно — при добавлении в сеть новых компьютеров. Использование сетевых коммутаторов избавляет от этих проблем — и именно поэтому эти устройства к настоящему времени почти вытеснили собой концентраторы.
Отличие коммутатора (switch) от маршрутизатора (router)
Коммутатор более функционален, чем концентратор, но ещё больше функций реализовано в маршрутизаторе (или, как его ещё называют, роутере). Это устройство работает на третьем уровне OSI и отвечает не только за распределение трафика по узлам-адресатам, но и за связь между разными сетями с отличающимися архитектурами. В его память записана таблица маршрутизации, на основе данных из которой router решает, куда следует переслать поступивший пакет данных. Пересылка выполняется в соответствии с правилами, заданными администратором при настройке маршрутизатора.
Роутер позволяет снизить загрузку сети, разделяя её на широковещательные домены и фильтруя пакеты. Он даёт возможность объединить Ethernet-сеть и соединения WAN — например, для организации выхода в Интернет. В этом случае маршрутизатор не только транслирует адреса, но и играет роль межсетевого экрана, обеспечивая тем самым информационную безопасность. По сути, любой маршрутизатор — это миниатюрный компьютер с большим количеством настраиваемых параметров. К слову, именно поэтому роль роутера может играть любой персональный компьютер — при условии, что на нём установлено и настроено специализированное программное обеспечение для маршрутизации.
Как выбрать коммутатор
В продаже представлено великое множество моделей коммутаторов, которые существенно отличаются друг от друга как по функциональности, так и по цене. IT-специалисту нужно знать основные характеристики свитчей (читай — критерии выбора).
Базовая скорость передачи
В большинстве случаев в характеристиках коммутаторов указано сразу несколько значений скорости (пример записи — 10/100 Мбит/сек). Нужно ориентироваться на высшее значение — это максимум для данного устройства. Если данные будут поступать на свитч со скоростью меньшей, чем этот максимум, он автоматически подстроится под неё. Модели верхнего ценового диапазона могут работать на скоростях 10/20/100/200/1000/2000Мбит/сек. Принимайте во внимание особенности вашей сети и характеристики входящих в неё устройств и делайте правильный выбор.
Количество портов
В продаже представлены модели с количеством портов от 5 до 48. Выбирайте свитч с учётом не только фактического количества устройств, которые будут к нему подключены немедленно, но и перспективы расширения сети в будущем. Опыт показывает, что для сетей, развёрнутых дома и в небольших офисах, оптимальны коммутаторы с количеством портов от 5 до 15. Для предприятия подойдёт устройство с количеством портов от 15 до 48.
Исполнение (способ установки)
настольные коммутаторы. Это — компактные модели для небольших сетей. Они не вызывают ни малейших сложностей при установке — их можно просто положить на стол;
настенные модели. Также сравнительно компактны, однако имеют специальные пазы, позволяющие зафиксировать их на стене. Как показывает опыт, многие настенные свитчи можно и не крепить на вертикальном основании, а просто положить на стол;
стоечные коммутаторы. В эту категорию входят наиболее продвинутые модели для предприятий, которые устанавливаются в стандартную 19-дюймовую стойку для телекоммуникационного оборудования.
Возможность управления
Одну категорию образуют неуправляемые коммутаторы. Они не позволяют выполнить тонкую настройку, что минус для крупного предприятия, но плюс для использования дома или в небольшом офисе. Неуправляемые модели, как правило, компактны и имеют невысокую стоимость.
Ко второй категории относятся управляемые модели. Они допускают гибкую настройку с помощью специализированного ПО или web-интерфейса. Администратор может менять многочисленные параметры управляемого коммутатора — приоритеты подключенных устройств, общие параметры сети и другие. Такие модели хорошо подходят для использования в сложных и разветвлённых сетях, однако для их настройки нужны специальные познания и определённый опыт.
Поддержка PoE
Выбирайте коммутатор с этой функцией, если вам нужна подача питания к устройствам непосредственно по сетевому кабелю (витой паре). Один из возможных примеров — IP-камеры, включенные в локальную сеть. PoE (Power over Ethernet) — очень удобная функция: она избавляет от необходимости использовать силовые кабели, нисколько не снижая качество передачи данных.
Наличие портов SFP
Свитч с такими портами понадобится, если нужно соединить его с другими коммутаторами или устройствами более высокого уровня. Обратите внимание: SFP — это лишь порт, в него нужно предварительно установить специальный модуль, который, в свою очередь, даст возможность нестандартного подключения (например, по оптоволокну).
Наличие функции энергосбережения
Коммутаторы с такой функцией становятся всё более востребованными — играет роль растущий интерес к защите экологии. Эти интеллектуальные модели следят за подключенными к ним устройствам, выявляют неактивные порты и временно переводят их в спящий режим. Производители утверждают, что функция энергосбережения, реализованная в свитчах, позволяет сэкономить до 80% (!) электроэнергии.
Поддержка VLAN
Выбирайте модель с такой функцией, если нуждаетесь в логическом разграничении отдельных участков локальной сети. Вы сможете создать свои сегменты для разных отделов, подразделений и филиалов компании, организовать сеть общего доступа.
Наличие функции сегментации трафика
Коммутаторы с такой функцией позволяют настраивать порты или их группы так, чтобы они были полностью отделены друг от друга, но при этом имели доступ к серверу.
Поддержка стекирования
Устройство с такой функцией понадобится, если вам нужно создать единый логический коммутатор с количеством портов большим, чем 48. Несложно понять, что поддержка стекирования требуется в масштабных, разветвлённых сетях, развёрнутых на крупных предприятиях.
Наличие защиты от широковещательного шторма
Одно из частных проявлений такого шторма — DDoS-атака на локальную сеть. Если в последнюю входит обычный коммутатор без защиты от широковещательного шторма, в результате атаки вся сеть может попросту «лечь». Модели, в которых такая защита реализована, выявляют флуд и своевременно отсекают его, благодаря чему сеть остаётся стабильной.