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.

Чаще всего современными специалистами для соединения нескольких компьютеров в сеть используется свитч. Что это такое и как работает, системные администраторы обычно не объясняют, так как оборудование находится в их компетенции, однако на самом деле лучше всего заранее объяснять пользователям, с каким оборудованием им предстоит работать.

Что это такое?

Сетевой коммутатор (или же, как его принято чаще называть на сегодняшний день, свитч) - что это такое? Это специализированный прибор, который используется для объединения ряда полностью независимых узлов в сети, а также для соединения нескольких объектов. При использовании такого устройства обеспечивается возможность передачи трафика от одного подключенного компьютера к другому, при этом сам свитч определяет, какому конкретному пользователю предназначается запрашиваемая или направленная информация, после чего данные отправляются по заданному направлению.

Для чего нужны такие устройства?

Повышение уровня производительности и безопасности - вот основная цель, для которой используется свитч. Что это такое, знают далеко не все современные пользователи таких устройств, но при этом многие получают от него достаточно большую пользу, о которой даже не догадываются. Благодаря использованию такой технологии различные сетевые сегменты, которые не имеют доступа к определенной информации, лишаются возможности ее обработки или же фильтрации.

Что применяют провайдеры?

На сегодняшний день для провайдеров обеспечение предельно высокой степени безопасности сети, а также достижение ее стабильной работы являются особенно важными аспектами, ведь от этого непосредственно зависит доступ к интернету миллионов пользователей. Именно по этой причине для того, чтобы построить стабильно работающую сеть, современные провайдеры, включая как городских, так и компании первого уровня, используют специализированный свитч. Что это такое, в таких компаниях знает абсолютно каждый, ведь они вынуждены постоянно работать с подобным оборудованием, причем они знают не только основные принципы работы такой техники, но еще и прекрасно разбираются в том, какие именно устройства использовать в тех или иных ситуациях, а также какие особенности имеет аппаратура от тех или иных производителей.

Чаще всего современный свитч D-Link или же другой компании представляет собой управляемый коммутатор. То есть у системного администратора всегда есть возможность зайти на сетевой интерфейс установленного устройства и запрограммировать его нужным себе образом.

Как работают такие устройства?

В памяти устройства присутствует специализированная таблица коммутации, в которой находится полный список существующих MAC-адресов. Таблица в дальнейшем будет заполняться в процессе эксплуатации оборудования, так как устройство постоянно анализирует адрес отправителя. Передача данных в соответствующий порт будет осуществляться только после того как интернет-свитч определит, что адрес станции находится в таблице. На данный момент эта технология является самым оптимальным вариантом для обеспечения стабильной и безопасной работы различных сетей. Именно поэтому такой принцип на сегодняшний день используется абсолютно всеми современными коммутаторами, включая также зарекомендовавший себя свитч D-Link.

Какими они бывают?

Существует три основных варианта коммутации, от использования которых непосредственно зависит то, насколько долго придется ждать ответа от оборудования, а также насколько надежной будет передача информации. В данном случае провайдер сам учитывает, какие именно требования к нему выдвигает пользователь, после чего выбирает наиболее актуальный способ коммутации. В частности, провайдеры руководствуются основными потребностями своей целевой аудитории, а также берут во внимание городскую инфраструктуру и, конечно же, свои возможности.

Есть коммутаторы, которые используют функцию промежуточного хранения. Такие устройства первоначально полностью считывают информацию в кадре, после чего проверяют ее на наличие ошибок и в случае их отсутствия уже перенаправляют данные в определенный порт коммутации.

Сквозной тип передачи информации характеризуется тем, что в данном случае адрес назначения - это единственное, что считывает в кадре используемый свитч. Компьютер, а также предоставленная им информация в данном случае не проверяется на ошибки, а кадр просто дальше перенаправляется в адрес назначения. За счет использования такой технологии существенно снижается время, требуемое для передачи всей информации, однако случаются и такие ситуации, когда данные просто не доходят до конечного пользователя или же доходят с определенными ошибками.

Как подключать?

Первоначально, конечно, вам нужно купить свитч, цена которого будет зависеть от того, какого производителя и характеристики вы выберете (диапазон широк - от нескольких сотен рублей до нескольких тысяч и больше). В подключении свитча нет ничего сложного:

  1. Вставьте кабель, который вам прокинул провайдер, в сетевую карту основного компьютера. В дальнейшем он у вас будет использоваться в качестве главного сервера.
  2. Вторая сетевая карта должна соединиться со свитчем через специализированный патч-корд.
  3. После этого к устройству подсоединяются также и все остальные компьютеры.

Все, теперь компьютеры объединены физически, после чего остается только грамотная настройка оборудования.

Как настраивать?

После того как компьютеры будут соединены коммутатором, нужно правильно настроить сеть. Изначально настраивается тот компьютер, через который будет осуществляться раздача интернета остальным машинам (выбирается администратор):

  1. Заходим в «Центр управления сетями» через «Панель управления».
  2. Кликаем на «Изменение параметров адаптера».
  3. Находим наше активное соединение и открываем его свойства.
  4. Ищем вкладку «Доступ» и отмечаем тот пункт, который позволяет остальным пользователям использовать подключение к интернету через этот компьютер.
  5. Зайдите в «Сеть», найдите протокол «TCP/IPv4» и откройте его свойства.
  6. Введите для изначального сервера стандартный адрес: 192.168. 0.1.
  7. Нажмите «Ок».

Стоит отметить, что на всех остальных компьютерах, которые также являются подключенными к свитчу, нужно будет указать IP-адрес, однако в данном случае в конце вместо «1» должна стоять любая другая цифра или же число от 2 до 250. При этом, как и в первом случае, «Маска подсети» будет заполнять полностью автоматически, но вот в пункте «Основной шлюз» нужно будет уже прописать 192. 168.0.1., выбрав его в качестве основного своего сервера. Этот пункт особенно важен, так как в противном случае компьютер просто не сможет найти сервер.

После этого настройка свитча будет закончена. Теперь интернет с одного компьютера будет раздаваться на все остальные машины, которые с ним соединены при помощи данного устройства, причем все данные будут передаваться в предельно безопасном и стабильном режиме.

Пришлось мне немного повозиться с одной локальной сетью, самому, без программистов. То, что мне пришлось для этого усвоить, может быть полезным для всех. Посему поделюсь, цитируя удачные куски из чужих статей.

Для объединения нескольких компьютеров в одну локальную сеть можно использовать хабы и свитчи. - от английского «hub» (центр деятельности) - сетевой концентратор, через который к сети подключается несколько компьютеров посредством витой пары. Сходил в магазин за клещами для обжима. Все удовольствие 300 рублей. Провода в витой паре принято обжимать по таким цветам:

Бело-оранжевый,
- оранжевый,
- бело-зеленый,
- синий,
- бело-синий,
- зеленый,
- бело-коричневый,
- коричневый.

Можно с 3-го по 6-й цвета местами и не менять, но тогда нужно с двух сторон обжать обязательно одинаково. Просто когда придет именно мастер с телефонной станции, то он обожмет правильно, и обычно только с одной стороны. Так что делайте лучше сразу по стандарту.

Еще одно наблюдение: на картинке концы проводов зачищены. Так вот этого делать не надо, просто обрезаете ровно, вставляете в RJ-45 и все работает.

Но вернемся к сетям.

На рисунке ниже - схема с 6-портовым сетевым концентратором (Hub), к которому подключены три компьютера.

Когда какой-либо из компьютеров в сети с хабом пытается «пообщаться» с другим компьютером, он посылает сетевому концентратору определенный сигнал с данными, именуемый пакетом. Возьмем в качестве примера представленную выше схему с тремя компьютерами, пусть это будут ПК1 и ПК3. Хаб, в свою очередь, размножает пакет от ПК1, передавая его всем остальным компьютерам локальной сети, т.е. ПК2 и ПК3. Когда сигнал доходит до ПК3, которому он был предназначен, тот посылает ответ сетевому концентратору. Этот ответ хаб опять же транслирует всем компьютерам сети, пока пакет от ПК3 не дойдет до компьютера-отправителя, т.е. ПК 1.

Примерно так выглядит схема взаимодействия компьютеров в локальной сети с хабом. И в этом основной минус таких сетей - слишком много данных передается туда-сюда, хаб вынужден постоянно отправлять пакеты всем компьютерам сети, даже если нам был нужен только один определенный компьютер. А компьютеры, в свою очередь, вынуждены получать совершенно не нужные им пакеты. Поэтому в настоящее время сетевые концентраторы практически не используются. На их место пришли более умные устройства - сетевые коммутаторы, именуемые в народе просто «свитчи».

Свитч - от английского «switch» (переключатель) - сетевой коммутатор. Как и хаб, свитч предназначен для объединения множества компьютеров в одну локальную сеть. Схема ниже ничем не отличается от предыдущей, за исключением того, что вместо хаба компьютеры подключены уже к сетевому коммутатору.

Хотя на первый взгляд может показаться, что свитч очень похож на сетевой концентратор, он принципиально отличается от своего предшественника способом передачи данных между компьютерами. Получив пакет от одного компьютера, сетевой коммутатор не передает его без разбору всем остальным ПК в сети, а направляет по адресу - именно тому компьютеру, с которым необходимо установить контакт. Например, когда ПК1 отправляет пакет ПК3, свитч передает его именно этому компьютеру, не нервируя лишними данными ПК2. Ответ от ПК3 свитч также транслирует исключительно отправителю, т.е. ПК1.

Таким образом, информация в сети со свитчем передается и получается адресно. Проще говоря, два компьютера общаются между собой практически напрямую посредством сетевого коммутатора. В сети с хабом «разговор» этих двух ПК «услышали» бы все остальные компьютеры. А как быть, если всем этим компьютерам требуется предоставить выход в интернет? Тут на сцену выходит роутер.

Роутер - от английского «router» - маршрутизатор, который умеет передавать данные между различными сетями, например сетью вашего интернет провайдера и вашей домашней локальной сетью. Маршрутизатор также имеет разъемы для подключения к нему посредством кабеля других устройств, например компьютеров, модемов или сетевого коммутатора. Как вы, наверное, уже догадались, эти разъемы именуются портами.

Роутер является связующим звеном между двумя различными сетями и передает данные, основываясь на определенном маршруте, указанном в его таблице маршрутизации. Эти таблицы позволяют роутеру определить, куда следует направлять пакеты.

Для большей ясности разберем простой пример. Представьте, что одному из компьютеров домашней сети, например ПК1, потребовалось выйти в интернет. ПК1 может быть подключен к маршрутизатору напрямую либо через свитч. В любом случае, пакет от ПК1 дойдет до роутера, а тот уже отправит его в глобальную паутину. Ответ из интернета роутер передаст ПК1 напрямую либо через свитч. В результате этого нехитрого действа, мы сможем просматривать сайты, скачивать программы, общаться в чатах и пользоваться другими сервисами глобальной сети.

Схематичное изображение двух вариантов подключения домашних компьютеров к интернету через роутер вы можете увидеть ниже.

Подключение к интернету: роутер, свитч и домашние компьютеры

Подключение к интернету: роутер и домашние компьютеры

Поскольку количество компьютеров дома обычно невелико, то можно обойтись без сетевого коммутатора. Благо, большинство роутеров позволяют одновременно подключить 4, а то и 8 компьютеров к интернету. Чем больше портов у роутера, тем он дороже. Маршрутизатор может иметь дополнительные функции, например межсетевого экрана, настройки шифрования трафика в беспроводных сетях и т.п.

В компьютерных магазинах вы можете найти ADSL-роутеры, Wi-Fi роутеры и множество других моделей. ADSL-роутер подходит для подключения нескольких компьютеров к глобальной сети.

Wi-Fi роутер прекрасно впишется в вашу домашнюю сеть, если у вас кабельный интернет. При этом кабель от интернета подключается к роутеру, а домашние компьютеры смогут получать интернет уже по беспроводной сети.

Выпускаются и ADSL роутеры с поддержкой беспроводных сетей. Это означает, что кабель от телефонной розетки подключается к маршрутизатору, а он уже «раздает» интернет вашим домашним компьютерам посредством технологии Wi-Fi.

Общее подключение к интернету через роутер имеет ряд неоспоримых преимуществ:

  • Нет необходимости дополнительно настраивать компьютеры и программы.
  • Нет необходимости постоянно держать включенным главный компьютер, через который другие ПК сети получают интернет.
  • Роутер потребляет меньше электроэнергии по сравнению с обычным ПК и его труднее взломать при грамотной настройке.
  • В случае с Wi-Fi роутером вы сможете работать в интернете с любого места вашей квартиры и наконец-таки избавитесь от кучи проводов.
Подводя итоги, определимся, какое же оборудование следует приобретать для домашних сетей. Если вы просто хотите объединить несколько компьютеров в одну локальную сеть, вам понадобится сетевой коммутатор (свитч). Если вы хотите подключить все домашние компьютеры к интернету, то задумайтесь о приобретении роутера, имеющего несколько портов для подключения к ним ваших ПК. При этом свитч будет уже не нужен. Если же у вас компьютеры с беспроводными адаптерами или ноутбуки со встроенной поддержкой Wi-Fi, ваш выбор - Wi-Fi маршрутизатор.

Принцип работы коммутатора

Коммутатор хранит в памяти таблицу, 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 и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу. 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 еще не известен, то кадр будет продублирован на все интерфейсы. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется.

Режимы коммутации

Существует три способа коммутации. Каждый из них - это комбинация таких параметров, как время ожидания и надежность передачи.

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

Возможности и разновидности коммутаторов

100-мегабитный управляемый коммутатор LS-100-8

Коммутаторы подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее простые). Более сложные коммутаторы 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 коммутатором может осуществляться посредством протокола Web-интерфейса, RMON (протокол, разработанный Cisco) и т. п. Многие управляемые коммутаторы позволяют выполнять дополнительные функции: 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).

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» , 2007. - С. 1088. - ISBN 0-07-219280-1

Ссылки

  • PRODCS - Информационный сайт о современных АСУ ТП - Построение промышленных сетей передачи данных на базе Ethernet.
Сетевое оборудование

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Смотреть что такое "Свитч" в других словарях:

    Перенос срока поставки с одного месяца на другой. ликвидация обязательств в одних ценных бумагах или валютах и заклю чение сделок в других. передача третьей стране остатка на клиринговом счете по курсу со скидкой против официального. Словарь… … Финансовый словарь

    Перенос, переуступка Словарь русских синонимов. свитч сущ., кол во синонимов: 3 операция (457) перено … Словарь синонимов

    1) ликвидация обязательства с одними ценными бумагами или валютами и заключение сделок по другим; 2) переуступка третьей стороне остатка на клиринговом или другом двустороннем счете по курсу со скидкой против официального; 3) операция по… … Юридический словарь

    Англ. switch переход, переключение А. Ликвидация обязательства с одними ценными бумагами или валютами и заключение сделок по другим. Б. Реализация третьей стороне остатка на клиринговом или другом двустороннем счете по курсу со скидкой против… … Словарь бизнес-терминов

    - (от англ. switch переход, переключение) 1) ликвидация ранее принятых обязательств и завершение операций, сделок с одним видом ценных бумаг, валют и переход к сделкам с другими видами; 2) переуступка третьей стране остатка долга по двустороннему… … Экономический словарь

    - [англ. switch переключение, поворот] 1) экон. реализация «третьей стране» остатка на безналичном или другом двустороннем счете по курсу со скидкой против официального; 2) экон. продажа товаров в какую л. страну через другую страну; 3) фин.… … Словарь иностранных слов русского языка Большой юридический словарь

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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.