Коммутация сетей. Часть 1

Коммутация - важнейший аспект построения любой сети, особенно корпоративной. Этой публикацией мы открываем цикл статей, посвящённых коммутации. В первой части сосредоточимся на теории и начнём с определения терминов.

Что такое коммутация в сети

Коммутацией в компьютерной сети называют процесс объединения её абонентов с помощью транзитных узлов. В роли абонентов выступают как персональные компьютеры, так и другое офисное оборудование (принтеры, IP-телефоны и т. д.), а также отдельные сегменты локальных сетей. Транзитный узел - это устройство (чаще всего коммутатор), которое принимает данные и направляет их дальше нужному получателю.

Зачем нужна коммутация

Соединить каждую пару абонентов отдельной физической линией невозможно: число таких пар всегда превышало возможности инфраструктуры. Поэтому появились технологии коммутации - они связывают абонентов, разделяя между ними существующие каналы связи. Логика простая: за каждым абонентом закреплена личная линия до коммутатора, а линии между коммутаторами используются совместно. Это и даёт возможность строить большие сети без прокладки отдельного провода к каждому узлу.

Виды коммутации

Исторически сложились три способа коммутации - они различаются тем, как данные проходят через сеть.

Коммутация каналов осталась в телефонии, а коммутация сообщений в чистом виде сегодня почти не встречается - но её принцип store-and-forward живёт в электронной почте и в работе самих коммутаторов.

Типы коммутаторов: управляемые и неуправляемые

Сами коммутаторы делятся на два типа по возможностям настройки:

• Неуправляемые коммутаторы - простые автономные устройства: включил, и они сами передают данные между портами, без настройки. Дёшевы и распространены в домашних сетях и малом бизнесе.
• Управляемые коммутаторы - более продвинутые: администратор настраивает их под конкретные задачи (VLAN, приоритеты трафика, мониторинг). Есть и промежуточный SMART-вариант. Чем именно они различаются, подробно разбираем в статье про различия коммутаторов.

Уровни сети: доступ, распределение, ядро

По роли в структуре локальной сети коммутаторы делят на три уровня:

• Уровень доступа - к нему подключаются устройства конечных пользователей. В крупных сетях коммутаторы доступа не общаются между собой напрямую, а передают трафик выше.
• Уровень распределения - пересылает трафик между коммутаторами доступа, но с конечными пользователями не работает.
• Уровень ядра - объединяет каналы от уровня распределения и обеспечивает высокую скорость передачи в больших территориальных сетях.

Подробнее о делении устройств по модели OSI - в материале про уровни коммутаторов.

Базовые термины

Чтобы разговор о коммутации был предметным, разберём несколько понятий: СКС, ЛВС, IP-адресация и широковещательный домен.

Структурированная кабельная система (СКС) - физическая часть сети. В узком смысле это кабели, патч-панели, розетки и коммутационное оборудование, в широком - вся инфраструктура, куда входят локальные сети, телефония, видеонаблюдение. Для настройки коммутации администратору обычно не нужно глубоко погружаться в физическую архитектуру.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС), она же Local Area Network (LAN), - сеть конкретной компании. Точнее, LAN - это локальная сеть под управлением одного администратора: как правило, вся IT-инфраструктура, начинающаяся от роутера.

IP-адресация - назначение узлам индивидуальных сетевых адресов на базе стека протоколов TCP/IP. Подключённый роутер обычно выдаёт устройствам адреса вида 192.168.1.x. Это приватный диапазон: IP делятся на публичные (уникальные, применяются в интернете, распределяются организацией IANA) и приватные (используются внутри частных сетей и за их пределы не выходят, поэтому повторяются в разных локальных сетях).

Широковещательный домен - логический сегмент сети, в пределах которого устройства получают широковещательные сообщения (рассылку «всем сразу») без участия маршрутизатора. Коммутатор по умолчанию пропускает широковещательный трафик на все порты, поэтому вся сеть на одном коммутаторе - это один широковещательный домен. Разделить её на несколько доменов помогают VLAN - о них и о характеристиках коммутаторов речь пойдёт в следующих частях цикла.

Короткие ответы на частые вопросы

Что такое коммутация в сети простыми словами?
Это способ соединять множество устройств в сети не отдельными проводами «каждый с каждым», а через общие узлы-коммутаторы, которые направляют данные нужному получателю.

Какие бывают виды коммутации?
Три: коммутация каналов (выделенный канал, как в телефонии), коммутация сообщений (передача целого сообщения с промежуточным хранением) и коммутация пакетов (данные дробятся на пакеты). В компьютерных сетях используется пакетная.

Чем коммутация каналов отличается от коммутации пакетов?
При коммутации каналов линия занята одним соединением на весь сеанс. При пакетной по одной линии одновременно идут пакеты многих соединений - это эффективнее и устойчивее к сбоям.

Что такое широковещательный домен?
Часть сети, в которой широковещательное сообщение доходит до всех устройств без маршрутизатора. Сеть на одном коммутаторе - один такой домен; разделяют их с помощью VLAN.

Чем управляемый коммутатор отличается от неуправляемого?
Управляемый можно настраивать (VLAN, приоритеты, мониторинг), неуправляемый работает «из коробки» без настроек. Подробнее - в статье про различия коммутаторов.

Это была теоретическая часть. Во второй части цикла разбираем характеристики коммутаторов и уровни модели OSI, а в третьей - режимы работы и настройку коммутаторов.