Что такое switch ethernet

Коммутаторы: что это такое, для чего нужны, чем отличаются

Список современного оборудования, использующегося при прокладке сетей достаточно обширен, но «базовыми» устройствами в нем, особенно если речь идет о сетях с большим количеством клиентов, можно считать маршрутизаторы и коммутаторы. О первых мы достаточно подробно рассказали в прошлом материале, поэтому на этот раз поговорим о том, что такое коммутаторы, что делают эти сетевые узлы, а также какие отличия есть между их моделями.

Коммутаторы – что это такое?

Коммутатор (он же Ethernet Switch или просто «свитч») – это отдельный узел, служащий для объединения нескольких устройств в локальную сеть. В отличие от маршрутизатора, подключение производится исключительно по кабелю, то есть, устройство не обеспечивает развертывание беспроводной сети. Собственно, в связи с этим на его панели и располагается большое количество стандартных сетевых разъемов RJ45.

На первый взгляд эта особенность может показаться минусом, так как подключение по Wi-Fi, во-первых, гораздо удобнее, а, во-вторых, позволяет использовать даже такое оборудование, которое не имеет порта для проводного подключения (смартфоны, ультрабуки). На практике же, коммутаторы существуют параллельно с маршрутизаторами и решают несколько другие проблемы. В частности, они могут использоваться:

Это далеко не полный список возможных вариантов. Например, в нем отсутствует использование в домашней сети, когда портов на роутере не достаточно для подключения всех основных устройств по проводу. Использовать сетевой свитч можно и в этом случае, но чаще всего здесь ему на смену приходит концентратор или, как его еще называют, хаб. На самом деле, в контексте данного материала разница между ними не очень важна, но именно на ней можно проще всего объяснить, за что отвечает коммутатор.

Принцип работы

Визуально, как и хаб, он отвечает за подключение нескольких устройств к одной сети, однако «внутри», на уровне логики передачи сигнала, он работает иначе.

В локальной сети все данные передаются кадрами (фреймами) – условными единицами информации, состоящими из двух частей: «кусочка» передаваемого файла и сервисной информации (в частности адреса «получателя»). В итоге из серии фреймов и формируется непрерывный поток – трафик. Самый простой пример – изображение с камеры наблюдения, транслируемое на пульт охраны.

Сетевой коммутатор или хаб в данном случае играют роль промежуточного звена, усиливающего сигнал и перенаправляющего кадры от передающего устройства к конкретному получателю. Подобный процесс именуется forwarding или, по-русски, ретрансляция.

Хаб принятый с одного из портов кадр ретранслирует на все остальные порты, «не разбираясь», кому он на самом деле предназначен, поскольку конечное устройство по сервисным данным само определит, нужно ему обработать поступивший фрейм или можно его проигнорировать. Основным минусом в данном случае является загрузка каналов «лишними» данными и сопутствующее снижение пропускной способности, возрастающее вместе с числом подключенных устройств, потому как к каждому из них постоянно будет направляться непрерывный поток кадров. Во многом по этой причине максимальное количество портов на хабе ограничивается 12.

Коммутатор можно назвать более «умным» устройством. В его внутренней памяти содержится матрица MAC-адресов всех подключенных устройств. Изначально она пуста, но во время работы автоматически заполняется, позволяя свитчу точно знать, к какому порту, какое устройство в данный момент подключено. Соответственно, при ретрансляции данных каждый фрейм не передается одновременно на все порты, а направляется исключительно от источника к получателю, не нагружая остальные каналы. Таким образом можно получить существенный прирост скорости передачи данных, а точнее, избежать ее ненужного падения даже при большом количестве клиентов и внушительных объемах передаваемых данных. Число стандартных RJ45-портов в свитчах может достигать 48, но во многих случаях одними ими узел не ограничивается и также оснащается дополнительными типами разъемов для подключения, например, оптического кабеля.

Виды свитчей

Итак, что делают и для чего нужны коммутаторы, разобрались, теперь стоит поговорить об их различиях. Их достаточно много, и по большинству ключевых характеристик устройства делятся на несколько групп.

По классификации в соответствии с эталонной моделью сетевых коммуникаций Open System Interconnect (OSI):

По типу коммутации:

По ширине пропускания каждого порта:

Это далеко не все, чем отличаются коммутаторы, но наиболее основные параметры. Собственно, ими и следует руководствоваться при подборе конкретной модели в соответствии с планируемым вариантом использования.

Источник

Что такое switch ethernet

Коммутатор Ethernet представляет собой устройство для организации сетей большого размера. Для того, чтобы лучше разобраться в устройстве и работе коммутаторов Ethernet, полезно понять основы технологии организации кабельных систем сети.

В начале 80-х годов сети Ethernet организовывались на базе шинной топологии с использованием сегментов на основе коаксиального кабеля длиной до 500 метров. Увеличение размеров сетей поставило задачу преодоления 500-метрового барьера. Для решения этой задачи использовались повторители (repeater):

Повторитель просто копирует (пересылает) все пакеты Ethernet из одного сегмента во все другие, подключенные к нему. Основной задачей повторителя является восстановление электрических сигналов для передачи их в другие сегменты. За счет усиления и восстановления формы электрических сигналов повторителем становится возможным расширение сетей, построенных на основе коаксиального кабеля и увеличение общего числа пользователей сети

Мосты и маршрутизаторы

При использовании повторителей максимальная протяженность сети составляет 2500 метров. Для преодоления этого ограничения требуются другие устройства, называемые мостами (bridge). Мосты имеют много отличий от повторителей. Повторители передают все пакеты, а мосты только те, которые нужно. Если пакет не нужно передавать в другой сегмент, он фильтруется. Для мостов существуют многочисленные алгоритмы (правила) передачи и фильтрации пакетов минимальным требованием является фильтрация пакетов по адресу получателя.

Другим важным отличием мостов от повторителей является то, что сегменты, подключенные к повторителю образуют одну разделяемую среду, а сегменты, подключенные к каждому порту моста образуют свою среду с полосой 10 Mbps. При использовании моста пользователи одного сегмента разделяют полосу, а пользователи разных сегментов используют независимые Среды. Следовательно, мост обеспечивает преимущества как с точки зрения расширения сети, так и обеспечения большей полосы для каждого пользователя.

Атрибуты коммутаторов Ethernet

Коммутатор Ethernet поддерживает внутреннюю таблицу, связывающую порты с адресами подключенных к ним устройств (таблица 1). Эту таблицу администратор сети может создать самостоятельно или задать ее автоматическое создание средствами коммутатора.

Таблица 1

Используя таблицу адресов и содержащийся в пакете адрес получателя, коммутатор организует виртуальное соединение порта отправителя с портом получателя и передает пакет через это соединение. На рисунке 4 узел А посылает пакет узлу D. Найдя адрес получателя в своей внутренней таблице, коммутатор передает пакет в порт 4.

Виртуальное соединение между портами коммутатора сохраняется в течение передачи одного пакета, т.е. для каждого пакета виртуальное соединение организуется заново на основе содержащегося в этом пакете адреса получателя.

В коммутаторах Ethernet передача данных между любыми парами портов происходит независимо и, следовательно, для каждого виртуального соединения выделяется вся полоса канала. Например, коммутатор 10 Mbps на рисунке 5 обеспечивает одновременную передачу пакета из A в D и из порта B в порт C с полосой 10 Mbps для каждого соединения.

Поскольку для каждого соединения предоставляется полоса Mbps, суммарная пропускная способность коммутатора в приведенном примере составляет 20 Mbps. Если данные передаются между большим числом пар портов, интегральная полоса соответственно расширяется. Например, 24 портовый коммутатор Ethernet может обеспечивать интегральную пропускную способность до 120 Mbps при одновременной организации 12 соединений с полосой 10 Mbps для каждого из них. теоретически, интегральная полоса коммутатора растет пропорционально числу портов. Однако, в реальности скорость пересылки пакетов, измеренная в Mbps, меньше чем суммарная полоса пар портов за счет так называемой внутренней блокировки. Для коммутаторов высокого класса блокировка весьма незначительно снижает интегральную полосу устройства.

Коммутатор Ethernet 10 Mbps может обеспечить высокую пропускную способность при условии организации одновременных соединений между всеми парами портов. Однако, в реальной жизни трафик обычно представляет собой ситуацию «один ко многим» (например, множество пользователей сети обращается к ресурсам одного сервера). В таких случаях пропускная способность коммутатора в нашем примере не будет превышать 10 Mbps, и коммутатор не обеспечит существенного преимущества по сравнению с обычным концентратором (повторителем).

На рисунке 6 три узла A, B и D передают данные узлу C. Коммутатор сохраняет пакеты от узлов A и B в своей памяти до тех пор, пока не завершится передача пакета из узла D. После завершения передачи пакета коммутатор начинает передавать хранящиеся в памяти пакеты от узлов A и B. В данном случае пропускная способность коммутатора определяется полосой канала C (в данном случае 10 Mbps). Описанная в данном примере ситуация является другой формой блокировки.

Скорость передачи между портами

При полосе 10 Mbps Ethernet может передавать 14880 пакетов в секунду (PPS) для пакетов минимального размера (64 байта). Этот параметр определяется свойствами среды. Коммутатор, который способен обеспечить скорость 14880 PPS между портами, полностью использует возможности среды. Полоса пропускания среды является важным параметром, поскольку коммутатор, обеспечивающий передачу пакетов с такой скоростью, полностью использует возможности среды, предоставляя пользователям максимальную полосу.

Общая пропускная способность

Измеренная в Mbps или PPS, общая пропускная способность характеризует максимальную скорость, с которой пакеты могут передаваться через коммутатор адресатам. В коммутаторах, все порты которых имеют полосу 10 Mbps суммарная пропускная способность равна скорости порта, умноженной на число виртуальных соединений, которые могут существовать одновременно (число портов коммутатора, поделенное на 2). Коммутатор, способный обеспечивать максимальную скорость передачи не имеет внутренней блокировки.

Коммутаторы Ethernet могут обеспечивать очень низкую задержку после того, как будет определен адресат. Поскольку адрес получателя размещается в начале пакета, передачу можно начать до того, как пакет будет полностью принят от отправителя. Такой метод называется коммутацией на лету (cut-through) и обеспечивает минимальную задержку. Малая задержка важна, поскольку с ней непосредственно связана производительность коммутатора. Однако метод коммутации на лету не проверяет пакеты на предмет ошибок.

При таком способе коммутатор передает все пакеты (даже те, которые содержат ошибки). Например, при возникновении коллизии после начала передачи пакета (адрес уже получен) полученный фрагмент все равно будет передан адресату. Передача таких фрагментов занимает часть полосы канала и снижает общую производительность коммутатора.

При передаче пакетов из низкоскоростного порта в высокоскоростной (например, из порта 10 Mbps в порт 100 Mbps) коммутацию на лету использовать вообще невозможно. Поскольку порт-приемник имеет большую скорость, нежели передатчик, при использовании коммутации на лету неизбежно возникнут ошибки. При организации виртуального соединения между портами с разной скоростью требуется буферизация пакетов.

Малая задержка повышает производительность сетей, в которых данные передаются в виде последовательности отдельных пакетов, каждый из которых содержит адрес получателя. В сетях, где данные передаются в форме последовательности пакетов с организацией виртуального канала, малая задержка меньше влияет на производительность.

Источник

Что такое сетевой коммутатор и для чего он нужен?

Сетевой коммутатор — это электронный прибор, объединяющий несколько компьютеров и/или других цифровых устройств в локальную сеть и позволяющий им обмениваться данными. Имеет ещё одно распространённое название — свитч, которое происходит от английского слова switch (коммутатор, переключатель).

Что такое свитч простыми словами

С каждым годом нас окружает всё больше и больше компьютеров, ноутбуков, мобильных и других цифровых устройств. Они используются дома, в офисах, административных и многих других помещениях. Становится всё более актуальной проблема их соединения для передачи данных — такого, которое избавило бы от необходимости переносить информацию, например, на USB-флешке. В недавнем прошлом её решали с помощью концентраторов, но к настоящему моменту их почти вытеснили более интеллектуальные устройства — сетевые коммутаторы, или свитчи. Говоря простыми словами, это — устройства, позволяющие объединить несколько компьютеров в сеть и играющие в ней роль её ядра. Это действительно удобно, причём в самых разных ситуациях:

на предприятии или в офисе, в котором установлено большое количество компьютеров, сетевых принтеров и другой цифровой техники;

в небольшой домашней локальной сети — к примеру, состоящей из нескольких компьютеров, ноутбука и современного телевизора;

в составе масштабной системы видеонаблюдения с большим количеством камер;

в промышленной сети с многочисленными датчиками, контролирующими техпроцессы и передающими данные на диспетчерский пункт;

вомногих других случаях.

Принцип работы коммутатора

За вопросом о том, что такое коммутатор, закономерно следует ещё один: по какому принципу он работает? Всё одновременно и просто, и сложно. Свитч получает данные от обращающихся к нему устройств и постепенно заполняет таблицу коммутации их MAC-адресами. При последующих обращениях коммутатор считывает адрес устройства-отправителя, анализирует таблицу коммутации и определяет по ней, на какое устройство нужно переслать данные. Прочие компьютеры при этом не «знают» о факте передачи информации, поскольку она не имеет к ним отношения. Благодаря этому обеспечивается работа сети в так называемом полнодуплексном (full duplex) режиме.

Новый коммутатор на этапе обучения, не обнаруживая в своей таблице MAC-адрес получателя, рассылает данные на все подключенные к нему устройства (разумеется, кроме отправителя). Правильный получатель отвечает коммутатору, и последний создаёт новую запись в таблице коммутации. В дальнейшем свитч, принимая данные с этим же MAC-адресом, «понимает», куда именно их нужно направить, и производит уже не массовую рассылку, но строго адресную отправку. Трафик, таким образом, локализуется, а сеть — разгружается.

Выше был описан принцип действия так называемого неуправляемого коммутатора, который работает на втором (канальном) уровне OSI. Помимо таких, существуют более продвинутые модели, работающие на третьем и четвёртом уровнях. Они значительно функциональнее, поскольку допускают ручное управление (в частности, через интерфейс командной строки), поддерживают QoS, VLAN, зеркалирование, обнаружение штормов трафика, ограничение скоростей передачи данных для разных портов и многие другие полезные функции. Такие устройства включают в состав сложных и разветвлённых сетей — в частности, тех, что развёрнуты на больших предприятиях.

Режимы коммутации

Есть три режима, в которых свитч передаёт данные узлам-адресатам. Ключевые особенности каждого режима — степень надёжности передачи и связанное с ней время ожидания.

Первый режим называется Cut-Through — сквозной. Свитч принимает данные, считывает из них только адрес узла-получателя и без каких-либо дополнительных проверок отправляет их по назначению. Время ожидания в этом случае минимально, но возникает вероятность передачи данных с ошибками.

Второй режим называется Store and Forward — с промежуточным хранением. Коммутатор не только считывает адрес получателя, но и анализирует всю поступившую информацию с целью поиска ошибок. Лишь после этого данные передаются по назначению. Время ожидания в сравнении с предыдущим режимом увеличивается — оно необходимо свитчу для проверки.

Третий режим называется Fragment-Free — бесфрагментный, или гибридный. Он представляет собой сочетание двух описанных выше режимов. Коммутатор принимает кадр данных, считывает адрес получателя, а затем проверяет информацию на предмет ошибок, но не всю, а лишь первые 64 байта. После проверки свитч отправляет данные получателю.

Условия передачи данных непостоянны — они меняются со временем. Полезно иметь коммутатор, в котором реализована адаптивная подстройка под эти условия. В начале работы такое устройство включает сквозной режим коммутации для всех портов. Затем те порты, на которых появляется слишком много ошибок, автоматически переводятся в гибридный (бесфрагментный) режим. Наконец, если и после этого ошибок остаётся слишком много, порты переводятся в режим с промежуточным хранением данных.

Отличие коммутатора (switch) от концентратора (hub)

В недавнем прошлом были широко распространены концентраторы (hub). Эти устройства работают на основе широковещательной модели. Выражаясь проще, концентратор, принимая сетевой трафик, просто рассылает его всем без исключения подключенным к нему устройствам. Функция определения адресата, которая есть в коммутаторе, в нём не реализована, и в этом — основное отличие hub от switch. Широковещательная передача данных таит как минимум два подводных камня: во-первых, она сильно загружает сеть и заметно замедляет передачу данных, во-вторых, она влечёт риск появления большого количества ошибок, особенно — при добавлении в сеть новых компьютеров. Использование сетевых коммутаторов избавляет от этих проблем — и именно поэтому эти устройства к настоящему времени почти вытеснили собой концентраторы.

Отличие коммутатора (switch) от маршрутизатора (router)

Коммутатор более функционален, чем концентратор, но ещё больше функций реализовано в маршрутизаторе (или, как его ещё называют, роутере). Это устройство работает на третьем уровне OSI и отвечает не только за распределение трафика по узлам-адресатам, но и за связь между разными сетями с отличающимися архитектурами. В его память записана таблица маршрутизации, на основе данных из которой router решает, куда следует переслать поступивший пакет данных. Пересылка выполняется в соответствии с правилами, заданными администратором при настройке маршрутизатора.

Роутер позволяет снизить загрузку сети, разделяя её на широковещательные домены и фильтруя пакеты. Он даёт возможность объединить Ethernet-сеть и соединения WAN — например, для организации выхода в Интернет. В этом случае маршрутизатор не только транслирует адреса, но и играет роль межсетевого экрана, обеспечивая тем самым информационную безопасность. По сути, любой маршрутизатор — это миниатюрный компьютер с большим количеством настраиваемых параметров. К слову, именно поэтому роль роутера может играть любой персональный компьютер — при условии, что на нём установлено и настроено специализированное программное обеспечение для маршрутизации.

Как выбрать коммутатор

В продаже представлено великое множество моделей коммутаторов, которые существенно отличаются друг от друга как по функциональности, так и по цене. IT-специалисту нужно знать основные характеристики свитчей (читай — критерии выбора).

Базовая скорость передачи

В большинстве случаев в характеристиках коммутаторов указано сразу несколько значений скорости (пример записи — 10/100 Мбит/сек). Нужно ориентироваться на высшее значение — это максимум для данного устройства. Если данные будут поступать на свитч со скоростью меньшей, чем этот максимум, он автоматически подстроится под неё. Модели верхнего ценового диапазона могут работать на скоростях 10/20/100/200/1000/2000Мбит/сек. Принимайте во внимание особенности вашей сети и характеристики входящих в неё устройств и делайте правильный выбор.

Количество портов

В продаже представлены модели с количеством портов от 5 до 48. Выбирайте свитч с учётом не только фактического количества устройств, которые будут к нему подключены немедленно, но и перспективы расширения сети в будущем. Опыт показывает, что для сетей, развёрнутых дома и в небольших офисах, оптимальны коммутаторы с количеством портов от 5 до 15. Для предприятия подойдёт устройство с количеством портов от 15 до 48.

Исполнение (способ установки)

настольные коммутаторы. Это — компактные модели для небольших сетей. Они не вызывают ни малейших сложностей при установке — их можно просто положить на стол;

настенные модели. Также сравнительно компактны, однако имеют специальные пазы, позволяющие зафиксировать их на стене. Как показывает опыт, многие настенные свитчи можно и не крепить на вертикальном основании, а просто положить на стол;

стоечные коммутаторы. В эту категорию входят наиболее продвинутые модели для предприятий, которые устанавливаются в стандартную 19-дюймовую стойку для телекоммуникационного оборудования.

Возможность управления

Одну категорию образуют неуправляемые коммутаторы. Они не позволяют выполнить тонкую настройку, что минус для крупного предприятия, но плюс для использования дома или в небольшом офисе. Неуправляемые модели, как правило, компактны и имеют невысокую стоимость.

Ко второй категории относятся управляемые модели. Они допускают гибкую настройку с помощью специализированного ПО или web-интерфейса. Администратор может менять многочисленные параметры управляемого коммутатора — приоритеты подключенных устройств, общие параметры сети и другие. Такие модели хорошо подходят для использования в сложных и разветвлённых сетях, однако для их настройки нужны специальные познания и определённый опыт.

Поддержка PoE

Выбирайте коммутатор с этой функцией, если вам нужна подача питания к устройствам непосредственно по сетевому кабелю (витой паре). Один из возможных примеров — IP-камеры, включенные в локальную сеть. PoE (Power over Ethernet) — очень удобная функция: она избавляет от необходимости использовать силовые кабели, нисколько не снижая качество передачи данных.

Наличие портов SFP

Свитч с такими портами понадобится, если нужно соединить его с другими коммутаторами или устройствами более высокого уровня. Обратите внимание: SFP — это лишь порт, в него нужно предварительно установить специальный модуль, который, в свою очередь, даст возможность нестандартного подключения (например, по оптоволокну).

Наличие функции энергосбережения

Коммутаторы с такой функцией становятся всё более востребованными — играет роль растущий интерес к защите экологии. Эти интеллектуальные модели следят за подключенными к ним устройствам, выявляют неактивные порты и временно переводят их в спящий режим. Производители утверждают, что функция энергосбережения, реализованная в свитчах, позволяет сэкономить до 80% (!) электроэнергии.

Поддержка VLAN

Выбирайте модель с такой функцией, если нуждаетесь в логическом разграничении отдельных участков локальной сети. Вы сможете создать свои сегменты для разных отделов, подразделений и филиалов компании, организовать сеть общего доступа.

Наличие функции сегментации трафика

Коммутаторы с такой функцией позволяют настраивать порты или их группы так, чтобы они были полностью отделены друг от друга, но при этом имели доступ к серверу.

Поддержка стекирования

Устройство с такой функцией понадобится, если вам нужно создать единый логический коммутатор с количеством портов большим, чем 48. Несложно понять, что поддержка стекирования требуется в масштабных, разветвлённых сетях, развёрнутых на крупных предприятиях.

Наличие защиты от широковещательного шторма

Одно из частных проявлений такого шторма — DDoS-атака на локальную сеть. Если в последнюю входит обычный коммутатор без защиты от широковещательного шторма, в результате атаки вся сеть может попросту «лечь». Модели, в которых такая защита реализована, выявляют флуд и своевременно отсекают его, благодаря чему сеть остаётся стабильной.

Источник