Виды коммутаторов

Коммутатор (он же свитч) - это устройство, которое соединяет компьютеры, серверы, IP-камеры и принтеры в одну локальную сеть и передаёт данные адресно: каждому получателю своё, а не всем подряд. От этого зависит, будет сеть работать ровно или захлёбываться. Виды коммутаторов различаются по управляемости, уровню работы (L2/L3), форм-фактору и питанию - и под каждую задачу подходит свой. Ниже разберём, какие они бывают и как выбрать тот, что закроет именно вашу сеть, без переплаты за лишние функции.

Что такое коммутатор простыми словами

Сетевой коммутатор объединяет несколько устройств в сеть и пересылает между ними данные. Подключили к нему компьютеры, сервер, принтер - и они общаются напрямую, без выхода в интернет: обмениваются файлами, делят общую папку, печатают на одном МФУ.

Главное отличие от простого «удлинителя портов» в том, что свитч понимает, кому предназначен пакет. У каждого устройства в сети свой MAC-адрес - физический идентификатор сетевой карты. Коммутатор запоминает, какое устройство на каком порту, и отправляет данные точно по адресу. Лишний трафик не гуляет по всей сети.

Для чего нужен коммутатор

Коммутатор решает три задачи:

• Объединяет устройства. Компьютеры, серверы, камеры и телефоны получают общую сеть и обмениваются данными без сервера-посредника и без интернета.
• Разгружает сеть. Данные идут только нужному получателю, а не всем сразу. Сеть не забивается широковещательным мусором, скорость держится даже под нагрузкой - видеоконференции, доступ к 1С, бэкап на сервер.
• Даёт контроль. На управляемых моделях администратор делит сеть на сегменты (VLAN), расставляет приоритеты трафику, ограничивает доступ и видит, что происходит на портах.

Без свитча сеть либо не соберётся вообще, либо превратится в одну общую шину, где все мешают всем.

Типы коммутаторов

По управляемости свитчи делятся на три группы. Это первое, с чем нужно определиться при выборе - от этого зависит и цена, и что вы сможете с сетью сделать.

Отдельно стоят модульные коммутаторы: в шасси добавляют или меняют платы с портами под текущую потребность. Это история уже про крупные сети, малому и среднему бизнесу такие обычно не нужны.

Возможности и разновидности коммутаторов: L2, L2+ и L3

Кроме управляемости, свитчи делят по уровню модели OSI, на котором они работают. Здесь начинается разница между «просто коммутатором» и устройством, которое умеет маршрутизировать.

Грубое правило: на доступ берут L2 - он дешевле и для подключения рабочих мест его хватает. L3 ставят выше, где надо гонять трафик между сегментами без отдельного роутера. Если в офисе один-два VLAN, переплачивать за L3 на каждом коммутаторе смысла нет. Подробнее про разбивку по уровням - в отдельном разборе уровней коммутаторов.

Универсальные модели (multilayer switch) совмещают функции коммутатора и маршрутизатора и работают сразу на нескольких уровнях.

Чем отличается коммутатор от концентратора

Концентратор (хаб) - предок коммутатора, сейчас почти не встречается, но разница показательна:

1. Адресность. Коммутатор шлёт данные конкретному получателю по MAC-адресу. Концентратор дублирует пакет на все порты сразу.
2. Загрузка линии. Свитч обрабатывает соединения параллельно. Хаб гонит всё через общую среду, где устройства мешают друг другу и ловят коллизии.
3. Скорость. На свитче каждое подключение получает свою полосу. На хабе она делится на всех.

Коротко: коммутатор - умный, концентратор - нет. С маршрутизатором путаница возникает чаще: он соединяет разные сети между собой и раздаёт интернет, тогда как свитч работает внутри одной сети.

Типы и плотность портов

Порты на коммутаторе бывают разные, и от них зависит, что и как к нему подключить:

• RJ-45 - обычные медные порты под витую пару, встречаются чаще всего. Плотность - 5, 8, 16, 24 или 48 портов. По ним же идёт PoE, если модель его поддерживает.
• SFP и SFP+ - слоты под оптические модули. Нужны для длинных линий между зданиями и для аплинков на скорости 10 Гбит/с и выше.
• Консольный порт - служебный, для подключения к командной строке при настройке управляемой модели.
• USB - для обновления прошивки или подключения накопителя, есть не у всех.

Число портов берут с запасом на рост: если сейчас 20 устройств, 24-портовый свитч скоро упрётся в потолок, разумнее смотреть на 48 портов или закладывать второй коммутатор.

Питание по сети и PoE-бюджет

Питается коммутатор от обычной розетки (встроенный или внешний блок), от сети постоянного тока в стойке либо берёт резерв от ИБП. Но интереснее обратная история - когда коммутатор сам питает другие устройства по витой паре. Это технология PoE (Power over Ethernet): по тому же кабелю, что несёт данные, идёт и питание. IP-телефон, камера или точка доступа Wi-Fi обходятся без отдельной розетки.

Мощность зависит от стандарта:

Готовые коммутаторы с PoE в каталоге есть от 8 до 48 портов. Подробный разбор стандартов - в статье про ключевые различия PoE, PoE+ и PoE++.

Виды коммутаторов для локальных сетей

В сети любого масштаба коммутаторы выстраиваются в иерархию по трём уровням:

• Доступа (access) - к ним подключаются конечные устройства: компьютеры, принтеры, телефоны, камеры.
• Агрегации (aggregation) - собирают трафик от коммутаторов доступа и передают выше. Здесь часто стоят L3-модели.
• Ядра (core) - центральные коммутаторы, через которые проходит весь трафик между сегментами.

В малом офисе вся эта иерархия схлопывается в один-два коммутатора - отдельное ядро там не нужно. Полноценное деление на три уровня появляется, когда устройств сотни и сеть растёт вширь.

Конструктивное исполнение

По форм-фактору свитчи бывают настольные (компактный корпус под стол или на полку) и стоечные (под монтаж в 19-дюймовую стойку, шириной в один юнит). На передней панели - порты и светодиоды состояния, сзади - питание, сервисные разъёмы, иногда модульные отсеки. Для офиса с серверной берут стоечные, для пары рабочих мест хватает настольного.

Резервирование и отказоустойчивость

Чтобы сеть не падала из-за одного устройства, в коммутаторах закладывают резерв. По питанию это либо два блока в одном корпусе, либо внешняя система резервного питания (RPS): откажет один источник - второй держит нагрузку. От закольцованных путей сеть защищает протокол остовного дерева - STP и его быстрая версия RSTP: он находит петли и блокирует лишние линии, чтобы пакеты не зациклились и не положили сеть, а когда основная линия падает, поднимает резервную. А несколько коммутаторов объединяют в стек и управляют как одним устройством, дублируя каналы между ними, - падение одного линка тогда не рвёт связь.

Для критичных узлов резерв обязателен. Для рабочих мест в небольшом офисе обычно хватает одного надёжного коммутатора и запасного на полке.

Виртуальные коммутаторы

Коммутатор бывает не только железным. В серверах с виртуализацией работает виртуальный коммутатор (vSwitch) - программа, которая связывает виртуальные машины между собой и с физической сетью. Его особенности:

• гибкая настройка - параметры меняют под задачу прямо в гипервизоре;
• изоляция трафика между виртуальными машинами, что повышает безопасность;
• централизованное управление через панель гипервизора.

Если у вас есть сервер виртуализации, без vSwitch там не обойтись - но это софт внутри хоста, а не отдельная коробка.

Как работает коммутатор

Коммутатор принимает кадр на порт и смотрит MAC-адрес получателя. Дальше работает по простому алгоритму:

• ведёт таблицу коммутации - кто из устройств на каком порту (учит её сам, слушая трафик);
• находит в таблице нужный порт и отправляет данные только туда;
• если адреса в таблице ещё нет, рассылает кадр на все порты (flooding), а из ответа запоминает, где находится получатель.

Со временем таблица заполняется, и сеть работает адресно - без лишней нагрузки. Это и отличает коммутатор от концентратора, который дублирует трафик на все порты подряд.

Как выбрать коммутатор: под какую задачу

Выбор сводится к нескольким параметрам: скорость портов, их число, нужна ли управляемость, нужен ли PoE и какой суммарный бюджет питания. Чтобы не утонуть в характеристиках, проще оттолкнуться от сценария:

• Дом или маленький офис, надо просто добавить портов. Неуправляемый гигабитный коммутатор на 5-8 портов. Дёшево, работает из коробки.
• Офис на 20-50 человек с телефонией, камерами и Wi-Fi. Управляемый или smart-коммутатор L2+ на 24 или 48 портов с PoE/PoE+. Прикиньте PoE-бюджет под все камеры и точки доступа.
• Несколько отделов и сегментов, маршрутизация между ними. L3-коммутатор на уровне агрегации - он возьмёт на себя маршрутизацию без отдельного роутера.

Частые вопросы

Чем коммутатор отличается от маршрутизатора?
Коммутатор работает внутри одной сети и соединяет устройства между собой. Маршрутизатор связывает разные сети и раздаёт интернет. В офисе они обычно работают в паре. Подробнее - в отдельном разборе.

Управляемый или неуправляемый коммутатор брать?
Если сеть простая и сегменты не нужны - неуправляемого хватит, он дешевле и не требует настройки. Как только понадобятся VLAN, приоритеты трафика, PoE-управление или мониторинг - берите управляемый или хотя бы smart.

На сколько портов бывают коммутаторы?
Типичные варианты - 5, 8, 16, 24 и 48 портов. Число берут с запасом: под текущие устройства плюс место для роста.

Что такое PoE-коммутатор и зачем он?
Это коммутатор, который питает подключённые устройства по сетевому кабелю. Удобно для IP-камер, телефонов и точек доступа - им не нужна отдельная розетка. Главное - проверить суммарный бюджет питания, а не только число PoE-портов.

Нужен ли L3-коммутатор в обычном офисе?
Чаще нет. Пока в сети один-два сегмента, хватает L2 или L2+. L3 оправдан, когда отделов много и между ними нужна маршрутизация без отдельного роутера.