Сетевой коммутатор (switch). Что такое коммутатор

Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей.

Сетевой коммутатор на 48 портов (с гнездами для четырёх дополнительных портов)

24-портовый сетевой коммутатор

Hirschmann Octopus 24M

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.

1. С промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор читает всю информацию в кадре, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него кадр.
2. Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает в кадре только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода обнаружения ошибок.
3. Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный . Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (кадры размером 64 байта обрабатываются по технологии store-and-forward, остальные - по технологии cut-through).

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).

Литература

• Дэвид Хьюкаби, Стив Мак-Квери Руководство Cisco по конфигурированию коммутаторов Catalyst = Cisco Field Manual: Catalyst Switch Configuration. - М .: «Вильямс», 2004. - С. 560. - ISBN 5-8459-0700-4
• Брайан Хилл Глава 9. Основные сведения о коммутаторах // Полный справочник по Cisco = Cisco: The Complete Reference. - М .: «Вильямс». - С. 1088. - ISBN 0-07-219280-1

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Википедия

коммутатор (в вычислительной сети) - коммутатор Коммутатор (англ. Switch) в переводе с англ. означает переключатель. Это многопортовое устройство, обеспечивающее высокоскоростную коммутацию пакетов между портами. Встроенное в него программное обеспечение способно самостоятельно… …

коммутатор (сети и системы связи) - Активный сетевой компонент, который соединяет две или несколько подсетей, которые, в свою очередь, могут состоять из сегментов, соединенных повторителями. Примечание. Коммутаторы устанавливают границы для так называемых областей коллизий. Между… … Справочник технического переводчика

коммутатор - 3.44 коммутатор (switch): Устройство, обеспечивающее возможность соединения сетевых устройств посредством внутренних механизмов коммутации. Примечание В отличие от других соединительных устройств локальной сети (например, концентраторов)… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации - Терминология ГОСТ Р ИСО/МЭК 18028 1 2008: Информационная технология. Методы и средства обеспечения безопасности. Сетевая безопасность информационных технологий. Часть 1. Менеджмент сетевой безопасности оригинал документа: 3.3 аудит (audit):… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Речь пойдет о коммутаторах в локальных сетях с 5-ю и 8-ю портами.

Сначала пару слов о том, чем коммутатор (switch) отличается от концентратора (HUB).

В общих выражениях различия (в пользу коммутатора) можно охарактеризовать как:

• большую пропускную способность
• большую скорость передачи информации
• большую надежность и гарантию правильности передаваемой информации
• как следствие — уменьшает загруженность всей сети или ее отдельных участков

За счет чего это достигается?

Попробуем объяснить это без специальных терминов.

Концентратор просто является устройством, куда подключаются все сетевые кабели от компьютеров, и он допускает в данный момент проход информации только от одного узла сети к другому. Причем до этого он предлагает информацию каждому узлу сети, пока не попадет на того, кто ее должен получить. Кроме того, концентратор (если есть несколько желающих получить или отправить информацию) последовательно решает кому разрешить передачу или прием информационных пакетов случайным образом, «подкидывая монетку». От этого и появляются коллизии. Все это осуществляется по одной шине с пропускной способностью 100 Mbit/sec.

Коммутатор — это устройство более «умное», и после первого включения в локальную сеть, он запоминает сетевой адрес каждого узла в специальной памяти таблицы адресов (address table). Даже маленький коммутатор запоминает от 8К до 16К (для 5-и, 8-портового) адресов узлов. Эта таблица нужна для коммутации пакетов. При запросе передачи или приема пакета от узла, коммутатор определяет адрес как передающего, так и адрес принимающего и коммутирует их друг с другом. Количество таких пар, которые не будут влиять на производительность, зависит от пропускной способности внутренней шины, Так в 5- и 8-портовых моделях фирмы TRENDware — TRENDnet TE100-S55E и S88E она составляет более 1 Gbit/sec. Это более чем в 10 раз превышает показатели шины концентратора, и даже загруженность сети в 10 раз большую, чем предельная для концентратора, клиенты сети не почувствуют, и сеть будет работать также быстро.

Есть и чисто механический (электрический) путь повысить скорость передачи данных между клиентом и коммутатором. Коммутатор умеет работать не только в одном направлении (half duplex) по сетевому кабелю, а в двух направления (full duplex). Таким образом, скорость обмена между клиентом и коммутатором возрастает до 200 Mbit/sec.

Если провести аналогию с автодорогами, то концентратор — это участок дороги всего в одну полосу, к которому сходится 5 или 8 дорог с каждой стороны. Проехать в данное время может только одна машина и только в одном направлении. Остальные стоят и сигналят — пробка.

Коммутатор — это участок дороги с двухсторонним движением по пять полос в каждую сторону для 5 или 8 входящих. При этом все полосы могут быть соединены в разных уровнях, не мешая друг другу и не пересекаясь. Поэтому по ней могут ехать одновременно 10 авто (5 пар) не замечая друг друга. По какой дороге поехали бы Вы?

Но и этим не исчерпываются преимущества коммутатора. В нем еще встроена промежуточная память, буфер обмена, в котором запоминаются те пакеты, которые предназначаются занятым в данный момент клиентам. Когда они освободятся, коммутатор сам передаст данные адресатам уже без участия передающих клиентов. Для 5- и 8-портовых коммутаторов TRENDnet буфер обмена (buffer memory) составляет 512 Kbyte и 1 MByte на устройство соответственно. Возвращаясь к аналогии с автодорогами: 0 — это транзитный склад, где автомобиль может выгрузить свой груз (пакет) и уехать, не занимая дороги и давая проехать другим.

Примерно понятно, что коммутатор позволяет прокачивать через себя гораздо больший поток информации и существенно быстрее.

А зачем и кому это нужно?

По-моему, существует несколько случаев построения сетей, при которых необходим маленький коммутатор.

1. Маленькая одноранговая сеть с большим обменом от каждого к каждому. Например, происходит обмен большими графическими файлами (чертежи, плакаты, фото и т.п.).

2. В сети есть несколько групп, в которых обмен (traffic) происходит интенсивнее, чем с другими узлами сети. Чтобы обмен активных групп не влиял на производительность всех остальных, их надо изолировать. Это как раз и делается с помощью коммутаторов. Если каждую группу объединить одним концентратором, а эти концентраторы уже подключать к коммутатору, то между группами будет проходить только то, что должно проходить между группами.

3. Если в сети есть более одного сервера или несколько узлов куда «стекается» информация: серверы, принтсерверы, интернет-серверы и т.д. Тогда, подключив их к коммутатору, Вы ускорите работу с ними как за счет скорости передачи (200MB/s full duplex), так и за счет разделения потоков (1 Gbps internal bus) и освободите сеть.

4. В некоторой степени коммутаторы можно применять и как повторители (удлинители) сети. Если с помощью двух концентраторов Вы можете построить сеть только в радиусе 205 м (для сети 100 Mbps), то, применяя 4 коммутатора, можно попытаться протянуть сеть до 500 м.

Наверняка есть еще большое количество вариантов применения.

Впрочем, при разнице в цене концентраторов и коммутаторов фирмы TRENDware, их можно применять почти везде.

Посмотрим, что может собой представлять коммутатор на примере устройств TRENDnet TE100-S55E/88E. Это небольшая металлическая коробочка 171x100x28 mm, с выносным блоком питания 220V и панелью разъемов с обратной стороны. На лицевой панели размещены светодиоды индикации питания, режима работы на скорости 10/100 Mbps, collision/fullduplex, индикатор подсоединения/активности (link/activity).

Для тех, кто не любит коробочек и выносных блоков питания (и унести тоже сложнее) выпускается внутренний коммутатор TE100-S4PCI, который также позволяет объединить в сеть до 5-и устройств. Причем, вместо коробочки и блока питания, Вы за ту же цену получаете сетевой адаптер в который и встроен коммутатор.

Когда эти строки выйдут из печати уже будет доступен еще один «меленький» коммутатор на 16 портов.

Сетевой коммутатор или свитч (с англ. switch - переключатель) - это устройство, выполняющее функцию “умного” соединения нескольких узлов локальной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно адресату. Исключение составляет широковещательный трафик (на MAC-адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF) всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Коммутатор работает на втором канальном уровне модели OSI, и в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.

Принцип работы коммутатора

Свитч хранит в энергонезависимой памяти таблицу коммутации, где содержатся пары соответствий MAC-адреса узлу порта коммутатора. При первом запуске коммутатора эта таблица пуста, и утройство работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. Затем свитч анализирует фреймы и, выяснив MAC-адрес отправителя, сохраняет его в таблицу.

В будущем, если на один из портов свитча приходит фрейм для конкретного адресата, MAC-адрес которого уже есть в таблице, посылка отправляет через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес получателя не связан с каким-либо портом коммутатора, то кадр направляется на все порты. Через некоторое время у коммутатора строится полная таблица для всех портов, в результате чего трафик локализуется. Стоит отметить малую задержку и высокую скорость пересылки на каждом порте интерфейса.

Сетевой коммутатор (switch) - специальное устройство, которое служит для того, чтобы объединять различное оборудование (серверы, компьютеры, маршрутизаторы и прочее) в сети. С его помощью можно быстро, просто, недорого и технически доступно интегрировать огромное количество различного сетевого оборудования на максимально высоких скоростях. Главное его отличие от более сложных маршрутизаторов в том, что сетевой коммутатор не прописывает маршруты следования пакетов от одной точки в другую. Его главной задачей является просто объединение двух разрозненных точек между собой посредством уже прописанной внутри него логики.

Сетевой коммутатор может быть нескольких типов.

Самый простой - это устройство, которое позволяет физически объединить два и больше каналов между собой для обеспечения передачи потока данных от одного устройства другому. В то же время коммутатор сетевой третьего уровня (с функцией маршрутизации) способен выполнять практически такой же функционал, как и более сложные роутеры. С их помощью можно прописать виртуальные частные сети, агрегировать каналы, настроить шейпинг потоков данных, а также распознавать передаваемые протоколы по типу.

Также сетевое оборудование разделяется по которые оно может обеспечить. Самыми распространенными являются стомегабитные и гигабитные. Но, в последнее время все большее распространение получают десятигигабитные сетевые коммутаторы. Это неудивительно, ведь потоки передаваемой информации растут день ото дня. Сетевой коммутатор может быть четырех-, восьмипортовым и так далее по восьми. Он позволяет удаленно управлять огромным количеством разрозненных устройств, разнесенных территориально и технологически.

Кроме того, сетевой коммутатор может быть стоечным или настольным. Настольные, как правило, применяют для небольших домашних локальных сетей. Стоечные используют для объединения уже созданных подсетей в одну большую, хотя они прекрасно справятся и с локальной сетью.

Разберем примеры сфер применения небольшого настольного малопортового коммутатора:

Как вы смогли убедиться, сфер применения сетевого коммутатора существует огромное количество. Это поможет организовать качественные сети с высокой пропускной способностью.

Сетевой коммутатор или свитч, свич (от англ. switch - переключатель) - устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передает данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Свич работает на канальном уровне модели OSI, и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.

Принцип работы коммутатора

Коммутатор хранит в памяти специальную таблицу (MAC-таблицу), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении switch 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 свитч анализирует пакеты данных, определяя MAC-адрес компьютера-отправителя, и заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит пакет, предназначенный для этого компьютера, этот пакет будет отправлен только на соответствующий порт. Если MAC-адрес компьютера-получателя еще не известен, то пакет будет продублирован на все интерфейсы. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется.

Возможности и разновидности коммутаторов

Свичи подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее простые). Более сложные свичи позволяют управлять коммутацией на канальном (втором) и сетевом (третьем) уровне модели OSI. Обычно их именуют соответственно, например Layer 2 Switch или просто, сокращенно L2. Управление свичем может осуществляться посредством протокола Web-интерфейса, SNMP, RMON и т.п. Многие управляемые свичи позволяют выполнять 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 96 портами).

Коммутатор (switch) - является многопортовой разновидностью моста.
Мосты - это устройства, призванные физически разделить сеть, построенную на
(повторителях) или ,
на несколько доменов коллизий. Коллизия - конфликт передачи, т.е. попытка одновременной передачи
данных несколькими устройствами, что невозможно в рамках одного домена (грубо говоря - внутри одного
канала, шины), так как все слышат всех и наложение сигналов от нескольких устройств искажают информацию,
поэтому передаваемый пакет данных теряется.

Коммутатор является обучающимся устройством и держит в своей памяти таблицу соответствий MAC адресов хостов (компьютеров) и портов, за которыми эти хосты находятся:

MAC адрес является физическим адресом и не имеет никакого отношения к IP-адресу.
Коммутатор ничего не знает об IP адресах, он работает на более низком уровне.

В соответствии с таблицей MAC-соответствий, коммутатор передает трафик от источника к получателю, пересылая пакеты
от источника лишь в тот порт, к которому подключен получатель.
Таким образом, в четырехпортовом коммутаторе 2 пары хостов (компьютеров)
могут работать одновременно, не мешая и не слыша другую пару. Таблица MAC-соответствий коммутатора
строится оным на основе пассивного анализа трафика, кроме того, устройство имеет возможность запросить у сети (широковещательным
запросом во все свои порты) у какого устройства MAC адрес сетевой карты такой то. Таблица MAC-соответствий
может задаваться и вручную, но это позволяют лишь управляемые коммутаторы. Таким образом,
коммутаторы управляют трафиком на втором уровне модели OSI (канальный уровень).

Кстати говоря, понятия моста несколько шире, чем описано выше. Мост - это устройство, объединяющее
разнородные сегменты среды. Например устройство, транслирующее сигналы из
беспроводной среды (Wi-Fi) в проводную - так же является мостом, большинство ADSL модемов, поставляемых
на рынок - мосты.

Важным следствием из физики работы повторителей является то, что все устройства, подключенные к нему,
могут работать в режиме полу-дуплекса (только прием или только передача данных, но никак не одновременно).
В данный момент повторители практически изжили себя и не используются, так как стоимость коммутаторов
сильно упала (простейшие модели можно купить за 20 долларов и даже ниже).

Важными следствиеми из физики работы коммутатора являются:

• Устройства, подключенные к коммутатору могут работать в режиме полного дуплекса
  (одновременная прием и передача данных), тем самым общая скорость работы между коммутатором и подключенным
  устройством возрастает в два раза;
• Устройства, подключенные к разным портам, могут работать на разных скоростях (например 100 Мбит и 1 Гбит) и режимах дуплекса;
• На разных портах коммутатора могут быть разные среды передачи, например витая пара и оптика, хотя последнее, конечно, реализуется через отдельные мосты

Логика работы коммутаторов позволяет им передавать пакеты сразу, не аккумулируя их во внутреннем буфере
(в отличии от хабов и повторителей), тем самым задержка при передаче пакетов сквозь коммутатор
значительно меньше.
Передача в порт получателя осуществляется как только коммутатор полностью получает заголовок пакета (где и
содержится MAC адрес получателя) и сверяет его по таблице MAC соответствий (после чего в порт
получателя начинает пересылаться заголовок пакета, хотя весь он еще не был получен на порту отправителя). Тем не менее, пакеты могут
аккумулироваться во внутреннем буфере коммутатора, это может произойти по прочине отсутствия в таблице
MAC-соответствий адреса получателя, занятости порта, за которым находится получатель (в это время туда передается
другой пакет) или из-за согласования скоростей между отправителем и получателем.