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

Сетевой коммутатор (network switch) – это устройство, используемое в сетях передачи пакетов, предназначенное для объединения нескольких сегментов. В отличие от (router) коммутатор работает на модели , что и определяет главные различия между ними. Коммутатор не занимается расчетом маршрута для дальнейшей передачи пакетов по сети, анализируя различные факторы, как это делает . Switch только передает данные от одного порта к другому на основе содержащейся в пакете информации. Обычно признаком выбора выходного порта служит MAC-адрес устройства, к которому передаются данные. В свою очередь коммутатор в отличие от или не просто транслирует порты ко всем выходам, которые у него есть, а к одному, заранее выбранному.

Пример сети с коммутатором

Сетевые коммутаторы применяются в нескольких , но наибольшее распространение нашли в . Главной их задачей в сети является разделение сети на сегменты. Это особенно актуально в сетях с большим числом рабочих станций, т.к. чем больше оконечных устройств работают одновременно с единой средой передачи данных тем выше вероятность возникновения коллизии (одновременной передачи данных несколькими устройствами) и, следовательно, ниже эффективность работы сети. Коммутатор позволяет разбить единую сеть на несколько сегментов и увеличить число одновременно работающих устройств.

Существую управляемые и неуправляемые коммутаторы. Неуправляемые коммутаторы самонастраиваются после включения в сеть. Они анализируют MAC-адреса всех устройств, подключенных к ним и будут осуществлять коммутацию между портами на основе анализа заголовка пакета, в котором содержится MAC-адресом устройства-получателя. Управляемые коммутаторы предоставляют интерфейс для администратора, который может выполнить его настройку для работы в конкретной сети. Например, есть возможность выбора режима защиты от отказа (в случае работы в паре с резервным коммутатором), объединения нескольких портов в единое направление, настройки приоритетов и резервирования портов и мн. др. Обычно управляемые коммутаторы дороже и используются в емких сетях, с дополнительными требованиями по надежности.

Switch может быть выполнен и в виде небольшой платы на 4 порта и многополочного штатива с возможность интеграции дополнительных устройств и расширения емкости. Также в зависимости от назначения сетевой коммутатор может снабжаться автономным питанием, портами управления и резервирования, охлаждением.

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.

Не видят разницы между таким сетевым оборудованием, как коммутаторы, концентраторы и т.п. От них можно услышать вопросы: «Свитч? Что это такое?» или «Чем отличается концентратор от хаба?». В этой статье мы рассмотрим основное сетевое оборудование и разберемся, чем упомянутые устройства отличаются друг от друга.

Свитч. Что это такое?

Данные приборы используют для объединения разнообразных устройств, таких как компьютеры, серверы, сетевые камеры и пр., подключенных с ними в общую сеть. То есть свитч является своеобразным посредником, позволяющим разнообразным аппаратам общаться между собой.

Теперь дадим далеким от техники читателям понятие о следующих терминах, возможно, для кого-то это станет открытием. Коммутатор и свитч - это одно и то же устройство. Термин «коммутатор» просто является переводом с английского языка слова «switch». То же самое касается и терминов «концентратор» и «хаб» (hub).

Преимущества коммутаторов

Данные устройства характеризуются высокой пропускной способностью, большой скоростью передачи информации, надежностью и гарантией правильности передаваемых данных. В результате использования коммутаторов уменьшается загруженность всей компьютерной сети или отдельных ее участков.

Вот мы в двух словах, практически без применения сложных технических терминов, рассмотрели такое понятие, как свитч, что это такое и для чего он нужен. Теперь разберем, в чем заключается разница между коммутатором и концентратором. Итак, приступим.

Принцип работы концентратора

Данные приборы подключают все кабели компьютерной сети, они допускают в определенный момент времени прохождение информации от одного узла к другому. Причем концентратор предлагает эти данные поочередно каждому узлу, до тех пор, пока они не попадут нужному адресату. В случае если необходимо отправить (или получить) информацию сразу нескольким устройствам, хаб не в состоянии сделать это одновременно. Он выбирает в случайном порядке пользователя и выполняет передачу, потом следующего и так далее. Весь этот процесс осуществляется по одной шине, пропускная способность которой составляет всего 100 Mbit/sec.

Принцип работы коммутатора

Теперь разберем свитч: что это такое, мы уже знаем, осталось только выяснить, как он работает. Данное устройство более «интеллектуальное», чем концентратор. После включения в компьютерную сеть свитч запоминает сетевые адреса каждого узла. Для этого в нем находится блок памяти. В результате коммутатор определяет устройство, которому необходимо передать данные, и направляет их сразу же адресату, что существенно ускоряет работу сети. Преимуществом такого прибора является простота, так как для того, чтобы заработала сеть, не нужна настройка свитча. Достаточно подсоединить коннекторы - и все, сеть готова к работе. шины составляет 1 Gbit/sec, что превосходит концентратор в 10 раз. Благодаря такой высокой скорости передачи данных, организованный интернет через свитч будет значительно превосходить тот же трафик, но раздаваемый, скажем, через Wi-Fi.

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.