Как работает коммутатор: разновидности, основные технологии и функции

Коммутатор – это туманный термин, с которым сталкивается каждый, кто настраивал сеть хоть раз. Его часто путают с концентратором или роутером, но есть много отличий.

Что такое сетевой коммутатор

Сетевой коммутатор (свитч) - это устройство, которое помогает соединять различные компьютеры в одну сеть. Это похоже на разветвитель, который позволяет нескольким устройствам обмениваться информацией между собой. Когда компьютер отправляет данные, коммутатор принимает их и решает, на какое другое устройство направить сигнал. Таким образом, прибор помогает организовать эффективное общение между компьютерами в сети.

Если вам требуется подобрать серверное оборудование, то вы можете обратиться к IT-инженерам ittelo.ru.

Режимы коммутации

Есть три режима, в которых коммутатор может передавать информацию:

1. Сквозной. Свитч принимает сигнал, считывает из него только адрес узла-получателя. Дальше без дополнительных проверок данные отправляются в конечный пункт назначения. Такой формат сокращает задержку, но приводит к риску возникновения ошибок при передаче информации.
2. С промежуточным хранением. Свитч улавливает не только адрес конечного узла, но и обрабатывает все полученные данные для предотвращения ошибок. Только после полного анализа информация отправляется дальше. Это увеличивает задержку, если сравнивать с первым вариантом, так как устройству требуется время для проверки ошибок.
3. Гибридный. Это сочетание двух ранее описанных форматов передачи данных. Свитч принимает информацию и определяет адрес узла-получателя. Затем устройство приступает к проверке на ошибки, но сканирует только 64 байта данных. После первичного анализа информация отправляется получателю.

При этом условия передачи данных характеризуются изменчивостью. Лучше использовать коммутатор, способный подстраиваться под текущие условия. Такие устройства вначале активируют сквозной режим связи на всех портах. Затем на каналы, которые выделяются обилием ошибок, автоматически включается гибридный формат сканирования. Если проблем все равно возникает слишком много, то порты переводятся в режим промежуточного хранения.

Базовая скорость передачи

Обычно в технических характеристиках коммутаторов указывают несколько скоростных значений – например, 15/150 Мбит/сек. Принято учитывать предельное значение для устройства. Если информация будет отправляться на свитч с меньшей скоростью – он автоматически подстроится под рабочий режим.

Количество портов

Встречаются коммутаторы с количеством портов от 5 до 128 портов и более. Устройство выбирают с учетом реального числа планируемых подключений и перспектив расширения сети в дальнейшем. Для домашних систем или в небольших офисах достаточно 5-24 портов. Для крупных организаций используют модели от 24 до 48 портов, а для корпоративных сетей и центров обработки данных — от 48 до 128+ портов. 

Возможность управления

С одной стороны, есть неуправляемые модели, не предусматривающие тонкую настройку – они подходят для домашнего использования. Отличаются компактностью и небольшой ценой.

С другой – управляемые коммутаторы. Подразумевают более детальную настройку, специальное ПО и интерфейсы. Администратор может устанавливать параметры, приоритеты и др. Такие модели необходимы для сложных сетей.

Наличие функции энергосбережения

Такие модели стали стандартом в индустрии. Они контролируют подключения, определяют неактивные порты и переводят их в режим ожидания, а также регулируют мощность в зависимости от длины кабеля. Современные энергоэффективные коммутаторы способны сэкономить до 85% от среднего потребления энергии благодаря технологиям IEEE 802.3az (Energy Efficient Ethernet).

Наличие функции сегментации трафика

Устройства позволяют определять настройки портов или групп, чтобы полностью отделять их друг от друга, но сохранять общий доступ к серверу.

Симметричная и асимметричная коммутация

Симметричная и асимметричная коммутация относятся к разным методам передачи данных в сети:

1. В первом случае информация отправляется между двумя устройствами по симметричному или одинаковому пути. Это означает, что последовательность одинакова в обоих направлениях. Например, если компьютер A отправляет файлы компьютеру B, то ответ от компьютера B также идет по тому же пути обратно к компьютеру A.
2. Во втором случае применяются разные пути и направления. Например, при использовании высокоскоростного интернета информация, загружаемая с сервера к пользователю (выгрузка из Интернета) может быть получена быстрее, чем файлы, отправляемые пользователем на сервер (загрузка в Интернет).

Симметричная коммутация подразумевает одинаковую скорость передачи данных в обоих направлениях, а асимметричная различную скорость передачи данных в разных направлениях.

Буфер памяти

Буфер памяти является специальным ресурсом в сетевом коммутаторе, который используется для временного хранения данных пакетов перед их отправкой на соответствующие порты.

Когда информация передается на устройство, она может быть направлена к различным портам с разной скоростью. Буфер памяти коммутатора предоставляет возможность временного сохранения пакетов, чтобы обеспечить согласование скоростей передачи данных между разными портами. Это позволяет избежать потери информации из-за различных временных задержек.

Возможности и разновидности коммутаторов

Вот основные возможности и коммутаторов:

• Управление трафиком;
• VLAN – создание виртуальных сетей;
• QoS – технология управления качеством обслуживания, позволяющую приоритизировать определенные типы данных;
• Питание по Ethernet.

Разновидности:

• Неуправляемые;
• Управляемые.

В целом, коммутаторы предоставляют функциональность для управления и эффективной передачи данных в сетях, а их разновидности позволяют выбрать подходящий тип коммутатора для конкретных требований сети.

Область применения

Коммутаторы имеют широкий спектр применений в сетевых инфраструктурах. Вот некоторые области, где они находят применение:

• Локальные сети (LAN)
• Центры обработки данных (ЦОД)
• Кампусные сети
• Сети доступа
• Виртуальные частные сети

Это только некоторые примеры областей применения коммутаторов. С их помощью можно создавать сложные и гибкие сетевые инфраструктуры, соответствующие различным требованиям и потребностям современных потребителей.

Что входит в состав коммутатора?

Коммутаторы состоят из нескольких основных компонентов, которые работают вместе для обеспечения функциональности и производительности сети. Основные компоненты:

• Порты, к которым подключаются сетевые устройства. Их количество может варьироваться от нескольких до тысяч в случае модульных шасси дата-центров или облачных провайдеров;
• Коммутационная матрица. Это основной элемент, отвечающий за передачу данных между портами. Позволяет коммутатору маршрутизировать трафик и обеспечивать правильное направление данных от отправителя к получателю;
• Кэш-память для временного хранения информации о сетевых устройствах и адресах. Она ускоряет процесс коммутации данных и обеспечивает более эффективную работу;
• Процессор и программируемое ПО, которое управляет и контролирует работу устройства;
• Управление и мониторинг, позволяющие администраторам сети настраивать параметры, ограничивать пропускную способность, обнаруживать и устранять неполадки, а также мониторить трафик и использование ресурсов.

Коммутаторы могут также иметь другие функции и возможности: поддержка виртуальных локальных сетей (VLAN), качество обслуживания (QoS), поддержка Power over Ethernet (PoE/PoE+/PoE++) для питания устройств через сеть, функции безопасности на уровне портов, мониторинг трафика и интеграция с системами управления сетью.

Что такое коммутатор и как он выглядит?

Коммутатор — это устройство, используемое в компьютерных сетях для соединения и управления сетевыми устройствами, такими как компьютеры, серверы, принтеры и другие коммутаторы. Внешний вид может немного различаться в зависимости от производителя и модели, но обычно он представляет собой небольшое прямоугольное устройство, имеющее порты для подключения сетевых кабелей. Свитчи обычно также имеют несколько светодиодных индикаторов, которые показывают состояние портов и активность передачи данных.

Для чего нужна коммутация?

Коммутация в сети необходима для управления потоком данных и обеспечения эффективной передачи информации между устройствами в сети. В процессе информация, поступающая на коммутатор, маршрутизатор или другое сетевое устройство, анализируются и пересылаются на соответствующие порты, где находятся адресаты. Это позволяет избежать коллизий и обеспечивает точечную доставку. Коммутация также может включать функции управления трафиком, разделения виртуальных сетей и обеспечения безопасности.

Какие бывают виды коммутаторов?

Коммутаторы бывают нескольких видов:

1. Уровень доступа. Обычно подключены непосредственно к устройствам конечных пользователей, таким как компьютеры или IP-телефоны. Они предоставляют сетевое подключение на уровне локальной сети (LAN) и обычно имеют несколько портов для подключения устройств.
2. Уровень агрегации. Используются для связи нескольких устройств уровня доступа в рамках одного сегмента сети. Они имеют больше портов и обеспечивают более высокую пропускную способность данных между сегментами.
3. Уровень ядра. Обеспечивают коммуникацию между различными сегментами сети и являются основным каркасом для передачи данных. Они имеют высокую пропускную способность и являются важной частью сетевой инфраструктуры.
4. Сетевой коммутатор. Это более масштабные приборы, которые применяются на уровне построения сети провайдера или крупных предприятий. Они могут обработать большое количество данных и обеспечить соединение между различными сетями или подсетями.
   
   
   

Как работает коммутатор локальной сети?

Коммутатор локальной сети (LAN) работает на основе технологии коммутации пакетов:

1. При получении пакета данных анализирует заголовок, чтобы определить MAC-адрес источника и MAC-адрес назначения.
2. Проверяет свою таблицу адресов (также известную как таблица пересылки) для определения, на каком порту находится устройство с указанным MAC-адресом назначения.
3. Если MAC-адрес назначения находится в таблице, пересылает пакет данных только на соответствующий порт.
4. Если MAC-адрес назначения отсутствует в таблице, пересылает пакет на все порты, кроме порта, с которого получен пакет (это называется флудированием).

Когда устройство получает пакет данных, оно отправляет ответ коммутатору, который в свою очередь обновляет свою таблицу адресов, помещая MAC-адрес устройства и порт, на котором оно было обнаружено. Откуда у карты берётся MAC-адрес и зачем он нужен, разобрано в отдельной статье.

Таким образом, коммутатор LAN обеспечивает эффективную передачу данных внутри локальной сети. Он динамически изучает адреса устройств и пересылает данные только на нужные порты, что позволяет уменьшить трафик в сети и повысить скорость и производительность передачи данных.

Как происходит подключение устройств?

При подключении устройств к коммутатору локальной сети (LAN) происходит следующий процесс:

1. На задней панели коммутатора есть порты Ethernet, которые служат для подключения устройств. Компьютеры, принтеры или другие коммутаторы, соединяются сетевыми кабелями с прибором.
2. Когда устройство физически подключено к порту, они становятся связанными между собой.
3. Коммутатор автоматически обнаруживает устройство, которое было подключено, и начинает обмен информацией с ним. В этом процессе прибор определяет MAC-адрес подключенного устройства.
4. Коммутатор создает запись в своей таблице адресов (таблице пересылки), которая содержит соответствие между MAC-адресом устройства и портом, к которому оно подключено.
5. После завершения процесса обнаружения и регистрации, прибор начинает перенаправлять пакеты данных на соответствующие порты, основываясь на таблице адресов. Если коммутатор не знает, на каком порту находится нужный адрес, он пересылает пакет на все порты, кроме того, на котором он получен.

Насколько дорого использовать коммутаторы в сети?

Стоимость использования может варьироваться в зависимости от нескольких факторов:

1. Тип коммутатора. Простые неуправляемые устройства обойдутся дешевле управляемых моделей уровня предприятия.
2. Скорость и пропускная способность. Gigabit Ethernet стал стандартом, а коммутаторы с поддержкой 10GbE, 25GbE или 100GbE стоят значительно дороже.
3. Количество портов и их тип (медь или оптика).
4. Бренд и качество. Известные бренды, такие как Cisco, Juniper, Arista или HPE, стоят дороже за счет репутации на рынке, расширенной поддержки и гарантии качества.

Различия в производительности концентраторов и коммутаторов

Концентраторы (хабы) и коммутаторы - два разных устройства, используемых в компьютерных сетях. Основные отличия:

• Концентраторы являются простыми устройствами, которые передают все полученные сигналы от одного порта сети (входящие данные) на все остальные порты.
• Коммутаторы технически сложнее, способны анализировать адреса устройств и пересылать данные только на целевые порты. Они управляют передачей данных на основе MAC-адресов устройств в сети.