Принцип работы свича. Хаб, свитч и роутер чем отличаются

В этой статье мы поговорим о том, как работает коммутатор сети ethernet (switch) или мост. Это базовые знания, которыми должен обладать каждый сетевой инженер. Сетевой коммутатор локальной вычислительной сети является центральным элементом инфраструктуры. Понимание его работы является неотъемлемым навыком любого сетевого инженера.

Если у вас до сих пор не сформировались твердые знания о принципах работы данного класса сетевых устройств, то вы рано или поздно столкнетесь с неразрешимыми проблемами при устранении неполадок в вашей сети, например, широковещательный шторм.

Сетевой коммутатор (ethernet switch) - это устройство 2 уровня модели OSI, которое используется в качестве концентратора (центральной точки) для подключения других проводных устройств, работающих по технологии ethernet.

Как происходит подключение устройств?

На приведенном ниже рисунке объясняется, как устройства показано подключаются в единую сеть с общей шиной Ethernet и обмениваются друг с другом данными через коммутатор (switch) либо концентратор (hub). Устаревший на сегодняшний день тип устройств с общей шиной из-за снижения пропускной способности пропорционально количеству подключенных устройств.

Насколько дорого использовать коммутаторы в сети?

Своим появлением в 1989 году коммутатор сети ethernet switch обязан компании Kalpana (работала в Кремниевой долине в 1980 и 1990 годах и была поглощена компанией Cisco в 1994 году). Он назывался Kalpana EtherSwitch EPS-1500 и имел на борту 7 портов.

С тех пор идет активное развитие данного типа устройств и с каждым годов снижается стоимость подключения к порту.

Надежность сети при использовании коммутатора (ethernet switch)

Является вы использование коммутатора локальной вычислительной сети в качестве центрального звена сети надежным решением? Если вы сравниваете коммутируемый Ethernet с коаксиальным Ethernet, коммутатор определенно более надежен. До того, как коммутатор был изобретен, компьютеры были подключены в цепь. В конце которой подключался концевик (terminator) для поглощения сигнала. Иначе множественная пересылка сигнала сводила полезный трафик в сети к нулю.

В чем отличие Коммутатора (Switch) от Концентратора (Hub)

Концентратор (Hub) - это сетевое устройство, позволяющее подключать несколько компьютеров к одной сети. Концентраторы могут быть основаны на соединениях Ethernet, Firewire или USB.

Коммутатор (Switch) - устройство управления, которое включает или выключает поток электроэнергии в цепи. Он также может использоваться для маршрутизации информационных шаблонов при потоковой передаче электронных данных, передаваемых по сетям. В контексте сети коммутатор – это компьютерное сетевое устройство, которое соединяет сегменты сети.

Различия в производительности концентраторов и коммутаторов

Коммутатор является эффективной альтернативой концентратору. Люди, как правило, выигрывают от использования свитча, если в их домашней сети четыре или более компьютеров. Также вы невооруженным взглядом заметите разницу при использовании в своей сети приложений, которые генерируют значительный объем сетевого трафика:

• таких как многопользовательские игры
• обмен тяжелыми музыкальными файлами.

Технически говоря, концентраторы работают с использованием широковещательной модели, а коммутаторы - с использованием модели виртуальных каналов. Например, когда четыре компьютера подключены к концентратору, и два из этих компьютеров взаимодействуют друг с другом, концентраторы просто передают весь сетевой трафик на каждый из четырех компьютеров. Коммутаторы, с другой стороны, способны определять пункт назначения каждого отдельного элемента трафика (такого как кадр Ethernet) и выборочно пересылать данные только на один компьютер, который действительно нуждается в этом. Вырабатывая меньше сетевого трафика при доставке сообщений, коммутатор работает лучше, чем концентратор в загруженных сетях.

При добавлении в сетевой обмен дополнительные устройства вы создаете огромное количество коллизий в случае концентратора, потому как устройства не могут одновременно считывать и передавать информацию.

В следующем видео сравниваются концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы.

Почему коммутируемый Ethernet более надежный и эффективный?

При возникновении проблемы в coaxial-ethernet (10base2) трудно определить где ошибка. Инженеру-связисту необходимо проверить все разъемы один за другим, что требует времени. Также необходимо учесть, что из-за хрупкости коаксиального кабеля сеть часто выходит из строя.

Коаксиальный ethernet использует 2 кабеля (внутренний и внешний) для передачи и приема данных в сеть. При полудуплексной связи, компьютер не может одновременно данные принимать и отправлять. Когда сеть загружена возникают множественные коллизии при попытки одновременно вести передачу данных двумя и более станциями. Что почти гарантированно снижает скорость передачи данных в разы, нередко десятки и сотни раз..

При работе с коммутируемой сетью, если один кабель поврежден, он не будет влиять на других абонентов. Если сломается порт, пользователь может просто подключить кабель к другим работающим портам.

Что касается производительности, механизм внутри коммутатора может обеспечить полнодуплексную связь (full duplex). Поскольку вероятность возникновения коллизий в сети при правильной настройке оборудования практически сведена к нулю, то данный факт повышает производительность всей системы.

Как работает коммутатор локальной сети Ethernet?

Коммутатор локальной сети анализирует заголовок 2 уровня входящего кадра. Каждый ethernet кадр содержит 2 адреса: MAC-адрес источника и MAC-адрес назначения.

Коммутатор вместе с кадром получает MAC-адрес источника и записывает в свою таблицу коммутации напротив номера порта. Эта таблица - волшебный секрет того, как коммутатор обеспечивает полдуплексную связь.

Затем в таблице коммутации ищется MAC-адрес получателя, и принимается решение о пересылке кадров на определенный порт. Благодаря данному механизму другие сетевые устройства докальной сети не знают о кадрах соседей. Таким образом мы добиваемся работы в полнодуплексном режиме (full duplex).

Процесс пересылки кадра между компьютерами:

1. Получение коммутатором на 1 порту сообщения от компьютера А с адресом назначения bbbb.bbbb.bbbb
2. Проверка таблицы коммутации с целью найти порт, к которому подключен адресат с mac-адресом bbbb.bbbb.bbbb
3. Такой адрес не обнаружен, рассылка запроса на все порты, кроме того, с которого пришло первоначальное сообщение
4. Ответ от компьютера В компьютеру с адресом aaaa.aaaa.aaaa, так как mac-адрес сетевой карты компьютера В совпадает с заголовком кадра
5. Заполнение коммутатором свой таблицы ответом от компьютера В
6. Пересылка ответа от компьютера В компьютеру А

Анимация ниже более наглядно описывает процесс обмена данными между участниками сети:

Вопрос: что произойдет, когда MAC-адрес назначения отсутствует в таблице коммутации свитча, в какой порт следует пересылать он пересылает?

Ответ: в этом случае коммутатор пересылает кадр во все порты кроме, того с которого получил первоначальное сообщение; ожидая, что станция ответит на сообщение, и коммутатор обновит свою коммутационную таблицу.

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.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Switch" в других словарях:

SWITCH - – Teleinformatikdienste für Lehre und Forschung Rechtsform Stiftung Gründung 1987 Sitz … Deutsch Wikipedia

Switch On! - Single par Anna Tsuchiya Face A Switch On! Face B Switch On！Rock n Roll States edit.（inst） Sortie 23 novembre 2011 … Wikipédia en Français

Switch - Switch, n. 1. A small, flexible twig or rod. Mauritania, on the fifth medal, leads a horse with something like a thread; in her other hand she holds a switch. Addison. 1. To strike with a switch or small flexible rod; to whip. Chapman. 2. To swing or whisk; as, to switch a cane. 3. To trim, as, a hedge. n. 1. a thin, flexible twig, rod, stick, etc., esp. one used for whipping 2. the bushy part of the tail in some… … English World dictionary

Switch - trademark a type of system used for paying for goods and services in the UK, by which customers use a type of plastic card called a debit card, and money is immediately taken out of their bank account ▪ Do you take Switch? ▪ I ll pay by Switch … Dictionary of contemporary English

switch - NOUN 1) a device for making and breaking an electrical connection. 2) a change or exchange. 3) a slender, flexible shoot cut from a tree. 4) N. Amer. a set of points on a railway track. 5) a tress of hair used in hairdressing to supplement… … English terms dictionary

Switch - Switch, v. i. To walk with a jerk. … The Collaborative International Dictionary of English

switch - s.m.inv. ES ingl. 1. TS elettr. → commutatore | TS elettron. dispositivo a scatto che consente di impostare il parametro di funzionamento di un congegno scegliendo tra due o più posizioni 2. TS inform. in un programma, istruzione che consente di… … Dizionario italiano

switch - SVITCI/ s. n. modalitate de plată a importului de mărfuri, utilizată în cazul în care debitorului îi lipsesc mijloacele de plată. (< engl. switch) Trimis de raduborza, 15.09.2007. Sursa: MDN … Dicționar Român

Коммутатор (свитч) — представляет собой сетевое оборудование, основная функция которого заключается в организации локального интернет-модуля для единичной рабочей структуры. Коммутатор, несомненно, является одним из главных компонентов локальной сетки, обуславливая ее специфические возможности почти во всем.

Функции и особенности работы оборудования

Свитчи применяются для организации простой локальной связи и имеют некоторые особенности работы. К примеру, коммутаторы способны производить аналитический срез информационного пакета и отправлять сведения непосредственно абоненту, а не распространять по всем пользователям локальной сети, как поступает концентратор. В чем же практичность? Нагрузка, направленная на сервер в этом случае, снижается, причём производительность возрастает. Особо важным является факт надежности при транспортировке данных. Передача информации осуществляется таким образом, что для всех участников локальной сети, кроме адресата, информация закрыта и ее невозможно заполучить просто так.

Особенности работы оборудования осуществляется на канальном режиме устройства OSI, что обеспечивает объединение узлов на МАС-адресе. Отдельный порт отображается по уникальному МАС-адресу.

В процессе работы коммутатор фиксирует в памяти структуру из МАС-адресов, существующих в рамках сетки. Данная таблица заполняется до тех пор, пока на все сетевые порты не поступит комплект сведений. Затем все интернет-порты, расположенные в рамках системы получат свои МАС-адреса. Тем самым, комплекты данных достигают получателей по МАС-адресам и не перенаправляются другим пользователям сети. А когда происходит перезагрузка коммутатора, обнуляются все данные и перезаписываются снова.

Виды коммутаторов (свитчей)

Сетевое оборудование подразделяются на два варианта, все из них имеют особые отличительные характеристики:

1. Управляемые коммутаторы. Механизмы с большим количеством функций, которые различаются и основываются на потребностях отдельной локальной группы. Руководство производится при помощи специального SNMP протокола, находящегося внутри системы либо с применением определенной консоли. Контролируемые свитчи также делятся на два подтипа: смарт коммутаторы и промышленные. Первые расположены где-то рядом с механизмами, как с управляемыми, так и с неуправляемыми. Имея большое количество опций, они очень дорогие и сложные в управлении. Вторые имеют другое название «полностью управляемые коммутаторы», при этом они обладают большим числом функций и характеристик.

2. Неуправляемые коммутаторы. Очень часто применяются в маленьких организациях, дома. Такой тип оборудования позволяет нескольким серверам взаимодействовать между собой и другими модулями сети. Например, ноутбук подключен к принтеру, или сканеру и т.п. Неуправляемый механизм не требует дополнительной настройки или руководства определенного программного обслуживания либо других приложений. Такие свитчи очень легко монтируются и применяются. Чтобы механизм заработал достаточно подсоединить кабель. Очень удобный вариант для предприятий небольшой или средней сети.

Режимы работы коммутатора

Помимо особенностей, оборудование различается и по режимам работы, которые между собой разнятся периодами времени поступления и безопасности передаваемой информации.

Так, выделяют следующие режимы:

• Промежуточный режим. Он представляет собой хранение и поступление материала в определенный период времени. Оборудование производит распознание сведений в поступающем импульсе, производит их обработку на наличие ошибочных действий, шумов и искажения данных, выявляет адрес абонента и затем передает их к требуемому порту.
• Сквозной режим. Этот механизм характеризуется хорошим темпом транспортировки показаний. Момент обработки и проверки информации опускается. Тем самым транспортировка пакетов осуществляется очень быстро, однако такая скорость может послужить поводом для неточностей и сбоев в полученных данных.
• Безфрагментарный режим. Такой режим передачи, являющийся чем-то средним между первым и вторым вариантом.

P.S. Коммутаторы относятся к последующему поколению концентраторов. Как новый вид, они во многом обгоняют хаб по сетевым характеристикам и показателям, а также относятся к довольно востребованным механизмам для образования локальных сетей.

Мини-тест: «Локальная сеть»

Лимит времени: 0

Навигация (только номера заданий)

0 из 5 заданий окончено

Информация

Онлайн тест на проверку знаний основ функционирования компьютерных сетей.

Вы уже проходили тест ранее. Вы не можете запустить его снова.

Тест загружается...

Вы должны войти или зарегистрироваться для того, чтобы начать тест.

Вы должны закончить следующие тесты, чтобы начать этот:

Результаты

Правильных ответов: 0 из 5

Ваше время:

Время вышло

Вы набрали 0 из 0 баллов (0 )

• 1. С ответом
  2. С отметкой о просмотре

  Видео на тему: «Коммутатор или свитч: функции и особенности сетевого устройства»

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.

Сейчас, во время всевозможных гаджетов и электронных девайсов, которые переполняют среду обитания обычного человека, актуальна проблема – как эти все интеллектуальные устройства увязать между собой. Почти в любой квартире есть телевизор, компьютер/ноутбук, принтер, сканер, звуковая система, и хочется как-то скоординировать их, а не перекидывать бесконечное количество информации флешками, и при этом не запутаться в бесконечных километрах проводов. Та же самая ситуация касается офисов – с немалым количеством компьютеров и МФУ, или других систем, где нужно увязать разных представителей электронного сообщества в одну систему. Вот тут и возникает идея построения локальной сети. А основа грамотно организованной и структурированной локальной сети – сетевой коммутатор.



ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Для построения локальных сетей используются и другие устройства – концентраторы (хабы) и маршрутизаторы (роутеры). Сразу, во избежание путаницы, стоит указать на различия между ними и коммутатором.

Концентратор (он же хаб) – является прародителем коммутатора. Время использования хабов фактически ушло в прошлое, из-за следующего неудобства: если информация приходила на один из портов хаба, он тут же ретранслировал ее на другие, «забивая» сеть лишним трафиком. Но изредка они еще встречаются, впрочем, среди современного сетевого оборудования выглядят, как самоходные кареты начала 20-го века среди электрокаров современности.

Маршрутизаторы – устройства, с которыми часто путают коммутаторы из-за похожего внешнего вида, но у них более обширный спектр возможностей работы, и ввиду с этим более высокая стоимость. Это своего рода сетевые микрокомпьютеры, с помощью которых можно полноценно настроить сеть, прописав все адреса устройств в ней и наложив логические алгоритмы работы – к примеру, защиту сети.

Коммутаторы и хабы чаще всего используются для организации локальных сетей, маршрутизаторы – для организации сети, связанной с выходом в интернет. Однако следует заметить, что сейчас постепенно размываются границы между коммутаторами и маршрутизаторами – выпускаются коммутаторы, которые требуют настройки и работают с прописываемыми адресами устройств локальной сети. Они могут выполнять функции маршрутизаторов, но это, как правило, дорогостоящие устройства не для домашнего использования.
Самый простой и дешевый вариант конфигурации домашней локальной сети средних размеров (с количеством объектов более 5), с подключением к интернету, будет содержать и коммутатор, и роутер:

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ

• Вид коммутатора – управляемый, неуправляемый и настраиваемый.

1. Неуправляемые коммутаторы – не поддерживают протоколы сетевого управления. Наиболее просты, не требуют особых настроек, стоят недорого: от 440 до 2990 рублей. Оптимальное решение для маленькой локальной сети. Со сборкой локальной сети на их основе справится даже человек, далекий от этих дел – требуется лишь купить сам коммутатор, кабели необходимой длины для подключения оборудования (лучше, в виде атч-корда , т.е. «с вилками» в сборе – не забудьте перед покупкой осмотреть оборудование, к которому будет подключаться кабель, и уточнить, какой именно тип разъема вам понадобится), ну и собрать саму сеть. Простейшая настройка описана в документации к устройству.
2. Управляемые коммутаторы – поддерживают протоколы сетевого управления, обладают более сложной конструкцией, предлагают более широкий функционал – с помощью WEB-интерфейса или специализированных программ ими можно управлять, прописывая параметры подключенной к ним сети, приоритеты отдельных устройств и пр. Именно этот тип коммутаторов может заменять маршрутизаторы. Цена на такие устройства колеблется в диапазоне от 2499 до 14490 рублей. Данный вид коммутаторов представляет интерес для специализированных локальных сетей – видеонаблюдение, промышленная сеть, офисная сеть.
3. Настраиваемые коммутаторы – устройства, которые поддерживают некоторые настройки (к примеру – конфигурирование VLAN (создание подгрупп)), но все равно во многом уступают управляемым коммутаторам. Настраиваемые коммутаторы могут быть как управляемыми, так и неуправляемыми.

• Размещение коммутатора – может быть трех типов:

1. Настольный – компактное устройство, которое можно просто разместить на столе;
2. Настенный – небольшое устройство, которое, как правило, можно расположить как на столе, так и на стене – для последнего предусмотрены специальные пазы/крепления;
3. Монтируемый на стойку – устройство с предусмотренными пазами для монтажа в стойку сетевого оборудования, но которое, как правило, также можно расположить на столе.

• Базовая скорость передачи данных – скорость, с которой работает каждый из портов устройства. Как правило, в параметрах коммутатора указывается сразу несколько цифр, к примеру: 10/100Мбит/сек – это означает, что порт может работать и со скоростью 10Мбит/сек, и 100Мбит/сек, автоматически подстраиваясь под скорость источника данных. Представлены модели с базовой скоростью:

• Общее количество портов коммутатора – один из основных параметров, в принципе именно он больше всего влияет конфигурацию локальной сети, т.к. от него зависит, какой количество оборудования вы сможете подключить. Диапазон лежит в пределах от 5 до 48 портов. Коммутаторы с количеством портов 5-15  наиболее интересны для построения маленькой домашней сети, устройства с количеством портов от 15 до 48  ориентированы уже на более серьезные конфигурации.

• – порты, поддерживающие скорость 100Мбит/сек, бывает до 48 ;
• Количество портов со скоростью 1Гбит/сек – порты, поддерживающие скорость 1Гбит/сек – что особенно актуально для высокоскоростной передачи данных, бывает до 48 ;
• Поддержка РоЕ – если такой параметр есть , то означает, что подключенное к порту с этой опцией устройство можно питать по сетевому кабелю (витой паре), при этом никакого влияния на передающийся сигнал информации не оказывается. Функция особенно привлекательна для подключения устройств, к которым нежелательно, либо невозможно подводить дополнительный кабель питания – к примеру, для WEB-камер.
• SFP-порты  – порты коммутатора для связи с устройствами более высокого уровня, либо с другими коммутаторами. По сравнению с обычными портами могут поддерживать передачу данных на более дальние расстояния (стандартный порт с RJ-45 разъемом и подключенным кабелем «витая пара» поддерживает передачу в пределах 100м). Такой порт не оснащен приемо-передатчиком, это только слот, к которому можно подключить SFP-модуль, представляющий из себя внешний приемо-передатчик для подключения нужного кабеля – оптического, витой пары.

• Скорость обслуживания пакетов – характеристика, обозначающая производительность оборудования, и измеряющаяся в миллионах пакетов в секунду – Мррs. Как правило, подразумеваются пакеты размеров 64 байта (уточняется производителем). Величина этой характеристики различных устройств лежит в пределах от 1,4 до 71,4 Мррs .

• маленькая домашняя локальная сеть , включающая, к примеру, несколько компьютеров, принтер, телевизор и музыкальный центр (при условии, что все оборудование поддерживает сетевое подключение);