21.12.2018 2 комментария
Коммутатор, сетевые устройства, узлы - понятия, знакомые большинству пользователей, но что именно они означают, знают немногие. В этой статье мы поможем вам разобраться с понятием и принципом работы этого устройства, а также расскажем, чем коммутатор отличается от свитча, маршрутизатора и концентратора.
Как он работает?
Коммутатор - это один из видов сетевых устройств, с его помощью можно соединить несколько сетевых узлов (ПК, телефоны или другие сетевые устройства). При этом соединение не будет выходить за рамки одного или нескольких сегментов сети.
Сегментом называют небольшой и изолированный участок. Например, домашняя сеть с компьютером, ноутбуком и смартфоном, которая получают общий трафик от провайдера, будет считаться сегментом.
Другое название этого устройства - свитч, оно используется в молодёжных и узкопрофессиональных кругах.
Принцип работы коммутатора (или свитча) прост - устройство получает трафик, а затем, определив получателя по MAC-адресу, пересылает данные на нужный узел (компьютер, телефон). Свитч первое время в новом сегменте может отправлять пакеты данных нескольким адресатам внутренней сети, однако процесс обучения проходит быстро, а после этого информация поступает только к адресатам.
Режимы коммутации
Устройство может передавать трафик на узлы в нескольких режимах, они отличаются соотношением времени ожидания и надежности.
Режимы коммутации:
- Сквозной. Используется, когда скорость важнее надежности. Пакет данных отправляется сразу, как получен MAC-адрес узла-получателя. При таком режиме невозможно вычислять контрольные суммы, а именно они показывают наличие/отсутствие ошибок, поэтому надёжность не контролируется.
- С промежуточным хранением. В этом случае надёжность важнее, и свитч сначала полностью получает пакет данных (кадр), потом проверяет контрольную сумму, чтобы убедиться, что ошибок нет. Только после этого пакет отправляется к получателю, а кадры с ошибками отбрасываются.
- Бесфрагментный. Это компромисс между скоростью и надёжностью: считываются и проверяются лишь первые 64 байта, после чего кадр начинает передаваться на узел.
Так, в зависимости от режима, работает коммутатор для интернета, что это такое и как он работает станет понятно после сравнения его с концентраторами и маршрутизаторами.
Отличие от концентратора
Отличие коммутатора (свича) от концентратора заключается в способе распределения трафика внутри сегмента (домашней сети). Свитч передает пакет данных только адресату, а концентратор - всем узлам сети. Поэтому конденсатор больше нагружен (передавать трафика приходится больше), а безопасность сети больше подвержена угрозам.
Раньше концентратор стоил дешевле, чем свитч, поэтому активно использовался в небольших сетях, сейчас разница в цене незначительна и концентраторы почти не пользуются спросом.
Отличие от маршрутизатора
Мы разобрались с тем, что нет существенных между коммутатором и свитчем, разница с концентратором тоже понятна, остался только один вопрос - чем же от них отличается маршрутизатор.
Роутер (маршрутизатор) - это устройство, которое может не только распределять трафик по адресатам, но и работать в соответствии с правилами и таблицами маршрутизации. Это мини-компьютер с широким спектром настраиваемых функций. Роутер может быть и проводным и использовать технологию WiFi, принцип работы остаётся тем же.
Если попробовать сравнить показатели, то свитч сильно уступает роутеру по функциональности.
Разобравшись с тем, что такое коммутатор (свитч), для чего нужен и что он делает, можно подвести итоги. Это устройство используется для создания сегментов сети, оно лучше концентратора, но менее функционально, чем роутер.
А коммутаторы используются в сетях с простой системой распределения трафика, это позволяет сохранить безопасность и избежать настройки и администрирования роутера.
Для создания локальной или домашней сети нужны особые устройства. Из этой статьи Вы узнаете немного о них. Я постараюсь объяснить как можно проще, чтобы понял каждый.
Предназначение .
Хаб (Hub), свитч (switch) и роутер (router) предназначены для создания сети между компьютерами. Разумеется после создания эта сеть будет ещё и функционировать.
Отличие .
Что такое хаб (hub)
Хаб - это повторитель. Всё что к нему подключено - будет повторяться. На хаб даётся один и поэтому всё связано.
Например Вы подключили 5 компьютеров через Хаб. Чтобы передать данные от пятого компьютера к первому, эти данные будут проходить через все компьютеры в сети. Это похоже на параллельный телефон - доступ к Вашим данным может получить любой компьютер и Вы так же. За счёт этого так же увеличивается нагрузка и распределение. Соответственно чем больше компьютеров подключено, тем медленнее будет соединение и больше нагрузка на сеть. Именно поэтому в наше время всё меньше выпускают хабов и всё меньше ими пользуются. Скоро совсем исчезнут.
Что такое свитч (switch)?
Свитч пришёл на смену хабу и исправляет недостатки предшественника. Каждый подключенный к свитчу имеет свой отдельный IP адрес. Этим самым снижается нагрузка на сеть и каждый компьютер получит лишь то, что ему нужно и другие об этом не узнают. Но у свитча есть недостаток, связанный с достоинством. Дело в том, что если Вы хотите разделить сеть на более чем 2 компьютера, то Вам будет нужно больше IP адресов. Обычно это зависит от провайдера, а он обычно даёт только один IP адрес.
Что такое роутер (router)?
Роутер - его часто ещё называют маршрутизатором. Почему? Да потому что он является связующим звеном между двумя различными сетями и передает данные, основываясь на определенном маршруте, указанном в его таблице маршрутизации. Если выражаться очень просто, то роутер является посредником между Вашей сетью и выходом в интернет. Роутер исправляет все ошибки предшественников и именно поэтому в наше время он наиболее популярен. Особенно если учесть тот факт, что зачастую роутеры снабжаются Wi Fi антеннами для передачи интернета на беспроводные устройства, а так же имеют возможность подключать USB модемы.
Роутер можно использовать как отдельно: ПК -> роутер -> интернет, так и совместно с другими устройствами: ПК -> свитч/хаб -> роутер -> интернет.
Ещё одним достоинством роутера является его простая установка. Зачастую от Вас требуются лишь минимальные знания, чтобы подключить, настроить сеть и выйти в интернет.
Итак. Подведу небольшие итоги.
Все эти устройства нужны для создания сети. Хаб и свитч не особо отличаются друг от друга. Роутер - самое нужное и удобное решение для создания сети.
Кандидату на должность системного администратора часто задают вопрос про то, чем отличается маршрутизатор от коммутатора или роутер от свитча. Иногда могут подловить на вопросе об отличии хаба от сетевого концентратора. Предлагаю разобраться в названиях сетевых устройств и их различиях.
Маршрутизатор или роутер
Маршрутизатор или роутер (от английского router) - специализированный сетевой компьютер, имеющий минимум один сетевой интерфейс и пересылающий пакеты данных между различными сегментами сети, принимающий решения о пересылке на основании информации о топологии сети и определённых правил, заданных администратором.
Если есть возможность настройки таких сетевых служб как «NAT», «DHCP» или «Firewall» значит это маршрутизатор (роутер). К ним относится большинство ADSL модемов. Устройства настраиваются через web-интерфейс или специальное программное обеспечение.
Сетевой концентратор или хаб
Сетевой концентратор или хаб (от английского hub) - устройство для объединения компьютеров в сеть Ethernet c применением кабельной инфраструктуры типа витая пара. В настоящее время вытеснены сетевыми коммутаторами (свитчами).
Сетевой концентратор (хаб) довольно примитивное устройство. Поступающий пакет шлёт всем, кто к нему подключен. Таким образом, конечный компьютер сам должен определить, является он законным получателем пакета или нет. Если пакет предназначен не ему, тот уничтожается. Такой подход к передаче данных непрактичен и поэтому в современных сетевых устройствах не используется.
Коммутатор или свитч
Сетевой коммутатор или свитч (от английского switch) - устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI.
В отличие от концентратора (хаба), 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 обрабатывать данные, которые им не предназначались.
Сегодня мы поговорим о том, как все же работает коммутатор.
Как мы уже знаем коммутаторы являются L2 устройствами, так как работают на канальном уровне. Они обрабатывают заголовок Ethernet кадра, а точнее MAC адреса получателя и отправителя, а также контрольную сумму.
Каждый коммутатор составляет таблицу MAC адресов (CAM table) всех хостов, подключенных в его порты.
Каким же образом он составляет эту таблицу ?
При включении питания коммутатора его таблица пуста.
При поступлении каждого кадра на вход коммутатора, МАС адрес отправителя вносится в таблицу МАС адресов с указанием интерфейса, принявшего данный кадр.
Если же МАС адрес получателя найден в таблице, то кадр направляется указанному в таблице интерфейсу.
Таблица адресов динамическая и сохраняется только в оперативной памяти, то есть при отключении питания таблица удаляется.
Все МАС адреса хранятся в таблице ограниченное время (aging-time ), которое в некоторых коммутаторах можно изменить.
Почему нельзя сохранять адреса вечно?
Дело в том, что может понадобиться реконфигурация сети и некоторые хосты могут быть отключены от портов коммутатора, поэтому таблица адресов уже будет неактуальна, что приведет к неправильному функционированию сети.
Режимы коммутации
Коммутаторы могут работать в одном из 3-х режимов:
- С промежуточным хранением (Store and forward ). Коммутатор принимает кадр, затем проверяет на наличие ошибок. Если кадр не содержит ошибок, то коммутатор пересылает его получателю.
- Сквозной (Cut-through ). Коммутатор считывает МАС адрес получателя и сразу пересылает его получателю. Проверка на ошибки в данном режиме отсутствует.
- Бесфрагментный (Fragment-free ). Принимаются первые 64 байта, которые анализируются на наличие ошибок и коллизий, а затем кадр пересылается получателю.
В целом процесс коммутации происходит довольно быстро.
А с чем это связано?
Во-первых, сам процесс происходит на втором уровне (канальный уровень), что снижает время на обработку данных. Во-вторых, коммутация происходит не программно, а аппаратно. То есть для этого используются специализированные чипы ASIC.
А что это?
Это специальные микросхемы, которые разрабатываются для решения узкопрофильных задач. Кроме того, они отличаются быстротой работы.
Широковещательный домен и домен коллизий
Как мы знаем, благодаря коммутации, каждому хосту выделяется канал связи. В то время, как в концентраторе эта возможность отсутствует. То есть имеется общий канал для всех хостов, благодаря чему и возникают коллизии. Поэтому такое подключение или сеть (с общим каналом) называют доменом коллизий.
Как видно из рисунка в сети с концентратором в определенный момент времени может вести передачу только один компьютер. В то время как остальные ждут, когда он закончит. Такой режим связи называется полудуплексным (half duplex).
Ситуация усугубляется, когда в сети растет количество компьютеров, так как времени на передачу для каждого компьютера выделяется все меньше и меньше.
То есть, чем больше компьютеров и концентраторов, тем хуже?
Верно. Пропускная способность такой сети (домена коллизий) значительно снижается.
А как называется подключение с коммутатором?
Так как в коммутаторе коллизии в принципе исключены, то каждый его порт считается доменом коллизий. То есть в принципе, к порту можно подключить несколько хостов посредством концентратора, но пропускная способность при этом изменится только в рамках конкретного порта, к которому подключен концентратор. В сети с коммутаторами все хосты могут принимать и передавать данные одновременно, не мешая друг другу. Такой режим связи называется дуплексным (full duplex).
Сама же сеть, в которой присутствуют только коммутаторы называется широковещательным доменом, так как коммутаторы обрабатывают и пропускают широковещательный (broadcast) трафик.
Сейчас, во время всевозможных гаджетов и электронных девайсов, которые переполняют среду обитания обычного человека, актуальна проблема – как эти все интеллектуальные устройства увязать между собой. Почти в любой квартире есть телевизор, компьютер/ноутбук, принтер, сканер, звуковая система, и хочется как-то скоординировать их, а не перекидывать бесконечное количество информации флешками, и при этом не запутаться в бесконечных километрах проводов. Та же самая ситуация касается офисов – с немалым количеством компьютеров и МФУ, или других систем, где нужно увязать разных представителей электронного сообщества в одну систему. Вот тут и возникает идея построения локальной сети. А основа грамотно организованной и структурированной локальной сети – сетевой коммутатор.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Коммутатор , или свитч - прибор, объединяющий несколько интеллектуальных устройств в локальную сеть для обмена данными. При получении информации на один из портов, передает ее далее на другой порт, на основании таблицы коммутации или таблицы MAC-адресов . При этом процесс заполнения таблицы идет не пользователем, а самим коммутатором, в процессе работы – при первом сеансе передачи данных таблица пуста, и изначально коммутатор ретранслирует пришедшую информацию на все свои порты. Но в процессе работы он запоминает пути следования информации, записывает их к себе в таблицу и при последующих сеансах уже отправляет информацию по определенному адресу. Размер таблицы может включать от 1000 до 16384 адресов.
Для построения локальных сетей используются и другие устройства – концентраторы (хабы) и маршрутизаторы (роутеры). Сразу, во избежание путаницы, стоит указать на различия между ними и коммутатором.
Концентратор (он же хаб)
– является прародителем коммутатора. Время использования хабов фактически ушло в прошлое, из-за следующего неудобства: если информация приходила на один из портов хаба, он тут же ретранслировал ее на другие, «забивая» сеть лишним трафиком. Но изредка они еще встречаются, впрочем, среди современного сетевого оборудования выглядят, как самоходные кареты начала 20-го века среди электрокаров современности.
Маршрутизаторы – устройства, с которыми часто путают коммутаторы из-за похожего внешнего вида, но у них более обширный спектр возможностей работы, и ввиду с этим более высокая стоимость. Это своего рода сетевые микрокомпьютеры, с помощью которых можно полноценно настроить сеть, прописав все адреса устройств в ней и наложив логические алгоритмы работы – к примеру, защиту сети.
Коммутаторы и хабы чаще всего используются для организации локальных сетей, маршрутизаторы – для организации сети, связанной с выходом в интернет. Однако следует заметить, что сейчас постепенно размываются границы между коммутаторами и маршрутизаторами – выпускаются коммутаторы, которые требуют настройки и работают с прописываемыми адресами устройств локальной сети. Они могут выполнять функции маршрутизаторов, но это, как правило, дорогостоящие устройства не для домашнего использования.
Самый простой и дешевый вариант конфигурации домашней локальной сети средних размеров (с количеством объектов более 5), с подключением к интернету, будет содержать и коммутатор, и роутер:
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ
При покупке коммутатора нужно четко понимать – зачем он вам, как будете им использоваться, как будете его обслуживать. Чтобы выбрать устройство, оптимально отвечающее вашим целям, и не переплатить лишних денег, рассмотрим основные параметры коммутаторов:- Вид коммутатора – управляемый, неуправляемый и настраиваемый.
- Неуправляемые коммутаторы – не поддерживают протоколы сетевого управления. Наиболее просты, не требуют особых настроек, стоят недорого: от 440 до 2990 рублей. Оптимальное решение для маленькой локальной сети. Со сборкой локальной сети на их основе справится даже человек, далекий от этих дел – требуется лишь купить сам коммутатор, кабели необходимой длины для подключения оборудования (лучше, в виде атч-корда , т.е. «с вилками» в сборе – не забудьте перед покупкой осмотреть оборудование, к которому будет подключаться кабель, и уточнить, какой именно тип разъема вам понадобится), ну и собрать саму сеть. Простейшая настройка описана в документации к устройству.
- Управляемые коммутаторы – поддерживают протоколы сетевого управления, обладают более сложной конструкцией, предлагают более широкий функционал – с помощью WEB-интерфейса или специализированных программ ими можно управлять, прописывая параметры подключенной к ним сети, приоритеты отдельных устройств и пр. Именно этот тип коммутаторов может заменять маршрутизаторы. Цена на такие устройства колеблется в диапазоне от 2499 до 14490 рублей. Данный вид коммутаторов представляет интерес для специализированных локальных сетей – видеонаблюдение, промышленная сеть, офисная сеть.
- Настраиваемые коммутаторы – устройства, которые поддерживают некоторые настройки (к примеру – конфигурирование VLAN (создание подгрупп)), но все равно во многом уступают управляемым коммутаторам. Настраиваемые коммутаторы могут быть как управляемыми, так и неуправляемыми.
- Размещение коммутатора – может быть трех типов:
- Настольный – компактное устройство, которое можно просто разместить на столе;
- Настенный – небольшое устройство, которое, как правило, можно расположить как на столе, так и на стене – для последнего предусмотрены специальные пазы/крепления;
- Монтируемый на стойку – устройство с предусмотренными пазами для монтажа в стойку сетевого оборудования, но которое, как правило, также можно расположить на столе.
- Базовая скорость передачи данных – скорость, с которой работает каждый из портов устройства. Как правило, в параметрах коммутатора указывается сразу несколько цифр, к примеру: 10/100Мбит/сек – это означает, что порт может работать и со скоростью 10Мбит/сек, и 100Мбит/сек, автоматически подстраиваясь под скорость источника данных. Представлены модели с базовой скоростью:
- Общее количество портов коммутатора – один из основных параметров, в принципе именно он больше всего влияет конфигурацию локальной сети, т.к. от него зависит, какой количество оборудования вы сможете подключить. Диапазон лежит в пределах от 5 до 48 портов. Коммутаторы с количеством портов 5-15 наиболее интересны для построения маленькой домашней сети, устройства с количеством портов от 15 до 48 ориентированы уже на более серьезные конфигурации.
- – порты, поддерживающие скорость 100Мбит/сек, бывает до 48 ;
- Количество портов со скоростью 1Гбит/сек – порты, поддерживающие скорость 1Гбит/сек – что особенно актуально для высокоскоростной передачи данных, бывает до 48 ;
- Поддержка РоЕ – если такой параметр есть , то означает, что подключенное к порту с этой опцией устройство можно питать по сетевому кабелю (витой паре), при этом никакого влияния на передающийся сигнал информации не оказывается. Функция особенно привлекательна для подключения устройств, к которым нежелательно, либо невозможно подводить дополнительный кабель питания – к примеру, для WEB-камер.
- SFP-порты – порты коммутатора для связи с устройствами более высокого уровня, либо с другими коммутаторами. По сравнению с обычными портами могут поддерживать передачу данных на более дальние расстояния (стандартный порт с RJ-45 разъемом и подключенным кабелем «витая пара» поддерживает передачу в пределах 100м). Такой порт не оснащен приемо-передатчиком, это только слот, к которому можно подключить SFP-модуль, представляющий из себя внешний приемо-передатчик для подключения нужного кабеля – оптического, витой пары.
- Скорость обслуживания пакетов – характеристика, обозначающая производительность оборудования, и измеряющаяся в миллионах пакетов в секунду – Мррs. Как правило, подразумеваются пакеты размеров 64 байта (уточняется производителем). Величина этой характеристики различных устройств лежит в пределах от 1,4 до 71,4 Мррs .
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Область применения коммутаторов широка, самые распространенные сферы применения:
- маленькая домашняя локальная сеть , включающая, к примеру, несколько компьютеров, принтер, телевизор и музыкальный центр (при условии, что все оборудование поддерживает сетевое подключение);