Коммутатор (switch) — что это такое, принцип работы и как выглядит?

Здравствуй, дорогой друг! Путь паутины привел вас к мастеру знаний, который без зазрения совести поделится секретами магии паутины. Ни слова больше, потому что сегодня я расскажу вам, что такое переключатель. Это простое устройство можно назвать как-то иначе: сетевой коммутатор, коммутационный концентратор, мостовой концентратор или более распространенное название — коммутатор. Начнем с определения.

Коммутатор — это устройство, предназначенное для соединения нескольких сетевых машин: компьютеров, ноутбуков, серверов, сетевых принтеров или даже самих коммутаторов. Он выглядит как коробка с множеством сетевых портов LAN. Подобные порты вы уже видели на компьютере или ноутбуке. Для подключения чаще всего используется витая пара, но бывают случаи с коаксиальным кабелем или оптоволокном.

В чем разница между переключателем и переключателем? Разницы нет и нет явных отличий. Слово «Switch» — это просто английское название.

Вот так выглядит переключатель

Принцип работы коммутатора на примере

Вот у нас свитч или свитч с большим количеством портов, например их 5. Компьютеры подключены ко всем 5 портам. Отлично, мы сформировали локальную сеть. Принцип работы коммутатора заключается в том, что он интеллектуально распределяет информационные пакеты согласно таблице коммутации, где хранятся MAC-адреса всех подключенных устройств. Все еще не ясно? — Давайте посмотрим поближе.

Правда, изначально эта таблица совершенно пуста. Давайте посмотрим, как работает переключатель на примере:

первый компьютер посылает пакет информации пятому компьютеру.

Пакет поступает на коммутатор;

Свитч смотрит на свой стол и видит, что он совершенно пуст. Оно и понятно, просто включился;

Затем коммутатор ловко решает проблему: он отправляет этот пакет на все компьютеры, подключенные к портам. Но отправляет его не просто так, а с просьбой, чтобы он получил ответ от нужного устройства.

Все компьютеры получают посылку и смотрят на адрес получателя. В итоге ответ приходит только от 5 компов, на которые был отправлен пакет.

Коммутатор смотрит, с какого порта приходит ответ. Также отметьте в таблице коммутаторов, к какому порту подключен 5-й компьютер. Запись включает номер порта и MAC-адрес устройства.

А теперь давайте подумаем, для чего нужен этот пеленальный столик. Нужно только, чтобы коммутатор при работе в сети отправлял пакет только в указанное место назначения, а не во все сегменты сети. Как и в примере выше, после того, как коммутатор прописал адрес пятой машины, в следующий раз он отправит пакет не на все устройства, а только на определенный порт, к которому подключен нужный компьютер.

Ну и главный вопрос: для чего это? Да в принципе только для подключения большого количества устройств в локальную сеть. Часто используется в компаниях. Например, у нас большое количество отделов: бухгалтерия, кадры, безопасность, юристы. У каждого сотрудника свой компьютер. Для подключения всех этих устройств к сети используйте свитч. Для подключения могут использоваться различные кабели и порты:

• Ethernet

• SFP

Отличие от концентратора

Теперь вы знаете, что такое коммутатор, но его часто путают с маршрутизатором и хабом. Поэтому необходимо разобрать эти понятия.

Хаб (или HUB по-другому) — это устройство, чем-то похожее на свитч, но с небольшим отличием. И разница только в принципе работы. Хаб, получив информационный пакет, отправляет этот же пакет во все сегменты сети и делает это постоянно. То есть, например, есть соединение между 2-мя компьютерами в сети и они активно пересылают друг другу пакеты.

Но также в то же время концентратор отправляет или зеркалирует пакеты данных на все другие подключенные устройства. Проблема с этим подключением заключается в том, что оно создает в сети ненужный ненужный трафик, который может привести к перегрузке сети и потере пакетов, если устройств слишком много. Затем пакеты начнут отбрасываться из-за недостаточной пропускной способности.

Представьте, если бы вы постоянно получали письма от всех соседей вашего дома. Вам не хватило бы времени, чтобы прочитать все письма. И почтовых работников расстреляли бы.

На данный момент хабы практически не используются. Хотя не исключено, что их можно найти в старых локальных сетях. Также недостатком такого подключения является его небольшой размер, то есть вы просто не сможете подключить большое количество устройств.

Разновидности

Выключатели бывают нескольких видов:

• Управляемые или программируемые: эти устройства также имеют внутреннюю систему конфигурации портов. В такой системе системный администратор или инженер может назначить гибкую работу сети. Например, с помощью коммутатора можно разделить все подключенные устройства на разные подсети, чтобы информационные пакеты находились только в одной подсети и не уходили дальше. Например, в организации есть обычные менеджеры и бухгалтерия, и с помощью переключателя их можно разделить. Так что только ваш отдел имеет доступ к документам.
• Неуправляемые — это обычные устройства, работающие по простому принципу, который я изложил выше. Проблема этих типов устройств в том, что они не имеют четкой границы и при желании все устройства имеют доступ друг к другу. Такие коммутаторы можно использовать в пределах определенной подсети или в небольших офисах. Его часто используют дома, так как сегментов не так много.

Коммутаторы также могут различаться уровнем, на котором они работают, в зависимости от модели OSI. Эту модель должен знать любой уважающий себя компьютерный инженер или системный администратор. Но на всякий случай подам удобный сигнал.

уровень 2: работает с получением кадров и MAC-адресов. Они не работают с IP-адресами и содержат такую ​​информацию, как MAC-адрес и метка приоритета (IEEE 802.1p).

уровень 3: Работает со всеми типами IP (IPv4, IPv6, IPX, IPSec), также может работать с защитой трафика на аналогичном уровне. Его также можно назвать маршрутизатором, так как это устройство может работать с протоколами: PPPTP, PPPoE, VPN и т.д.

уровень 4 — более высокий уровень адресации, который можно настроить не только между устройствами, но и при использовании определенных приложений. Он также работает со всеми остальными уровнями: 2 и 3.

Отличие от маршрутизатора

Роутер или Роутер — Работает аналогично свитчу, но при этом имеет в своем арсенале полноценную операционную систему. За счет этого у роутера более гибкая система настройки сети, а также у роутера есть возможность раздавать конфигурацию сети на подключенные сегменты (по-другому функция DHCP).

Роутер имеет возможность фильтровать трафик, регулировать пропускную способность, а также работать с внешней глобальной сетью – Интернетом. В этом случае маршрутизатор действует как управляемый шлюз между двумя сетями. В этом случае у устройства будет два IP-адреса:

• Внешний: обычно выдается провайдером;
• Внутренние — чаще всего устанавливаются заводскими настройками, но также могут быть перезаписаны. Самые популярные адреса 192.168.1.1 и 192.168.0.1.

Советую прочитать полный обзор роутера, по этой ссылке.

Параметры

Вот такие простенькие коробочки с сетевыми портами у нас есть. Как я уже говорил, порты могут быть разных типов. То есть работать как с витой парой, так и с коаксиальными и оптоволоконными кабелями. Есть комбинированные выключатели.

Например, есть два офиса: центральный (где находится сервер) и дополнительный. Вторичный может быть подключен через оптоволокно. То есть порт связи будет оптическим. Но позже все остальные локальные порты будут типа Ethernet. Как видите, коммутаторы могут иметь разное количество портов; все зависит от потребностей пользователя. Маленькие обычно используются дома или в небольших офисах. Большие часто используются в крупных организациях.

Кроме того, порты могут иметь разную скорость. Чаще всего входящие порты используются на скорости 1000 Мбит/с, а локальные порты — на 100 Мбит/с.Если в организации используется более интенсивный трафик, то локальные порты могут быть на 1-2 Гбит/с или даже использовать оптоволокно с более высокой скоростью.

PoE

Также некоторые модели имеют поддержку портов PoE. Порт PoE — это специальный вход, позволяющий запитать устройство по сетевому кабелю. Например, у вас есть камера, которую нужно установить в труднодоступном месте, где нет отдельных розеток. Затем питание может подаваться через выход PoE. То есть устройство будет подключено к сети и питанию одновременно.

SFP

Порты SFP позволяют использовать «оптику» для подключения удаленных устройств. Обычно витая пара имеет небольшую дальность действия – 50-100 метров. Волоконная оптика может пойти гораздо дальше. Также оптический кабель более надежно защищен от электромагнитного воздействия и имеет меньший диаметр.

Млн пакетов в секунду

Другой очень важной характеристикой является скорость пакетного обслуживания. Из названия понятно, что этот параметр должен быть достаточно высоким в крупных локальных сетях. Измеряется в Mpps (миллионы пакетов в секунду). В небольших сетях используются слабые устройства от 2,0 до 10,0 Мбит/с. В крупных компаниях, которые работают с трафиком, до 71,4 Мбит/с. Понятно, что чем выше этот показатель, тем дороже будет сдача.

Размер стола

Мы используем таблицу точных MAC-адресов. Если локальная сеть слишком сложная и таблицы недостаточно, то сеть может тормозить, так как коммутатору придется перезаписывать новые адреса на старые. Адрес 48 бит. В некоторых случаях инженеру необходимо изначально рассчитать размер стола.

Способ крепления

Его можно разделить на два вида: настольный и настенный. Первый вариант обычно устанавливается в серверных шкафах. Второй вариант можно монтировать где угодно и прикручивать хоть к потолку, хоть к стене. Такие типы используются именно вдали от сервера при подключении большого количества машин.

Возможности и функции

Если вам нужен сетевой коммутатор, советую посмотреть важные функции, которые должно поддерживать то или иное устройство. В зависимости от поддержки цена пойдет вверх или вниз. В некоторых случаях некоторые функции не нужны и поэтому не стоят переплаты. Все зависит от загруженности сети.

• Flow Control или управление потоком — есть во всех коммутаторах. Правильное управление потоком снижает риск перебоев в работе сети;
• Защита от шторма: или передача защиты от шторма. Шторм — это возникновение ситуации, когда в сети на коммутаторе появляется слишком много пакетов, в результате они начинают теряться, некоторая информация не приходит или перестает передаваться. Очень часто это происходит в результате петель. Важная функция для больших сетей.
• Jumbo Frame или большие кадры: они используются только в больших сетях. Так что есть реальный шанс увеличить размер пакета для ускорения передачи данных. Для этого требуется, чтобы принимающее устройство также поддерживало эту функцию и чтобы канал имел определенный размер.
• IGMP Snooping — часто используется в IP-телевидении. При своевременной раздаче трафика конкретному пользователю. С одной стороны, сеть скачивает. С другой стороны, коммутатор должен иметь большую мощность, чтобы постоянно рассчитывать маршруты и отвечать на запросы новых пользователей.
• Поддержка режима:
  • Полудуплекс: Поддерживает отправку пакетов в обоих направлениях, но одновременная передача запрещена. То есть передается
  • Дуплекс — одновременная передача.

• Стекирование или расширение — используется, когда стандартному коммутатору не хватает количества портов. Затем подключаются один или несколько коммутаторов. Технологии разные для каждой компании и необходимо учитывать скорость шины стекирования для конкретной модели.
• Поддержка QoS: приоритизация трафика по стандарту IEEE 802.1p. Когда пропускается трафик с более высоким приоритетом, а остальные находятся в очереди. Кроме того, за счет этой технологии выравнивается скорость передачи данных в сети. В результате снижается вероятность перегрузки линии.
• Агрегация ссылок по стандарту IEEE3ad. Поддерживаются только дорогие устройства. Возможность отправки пакетов данных по нескольким кабелям и портам для увеличения скорости;
• VLAN: разделение сети на подсети. Например, бухгалтерия не видит отдел кадров и не имеет доступа к их сети, и наоборот.
• Loopback Detection: Помогает защитить сеть от петель, когда пакеты начинают бесконечно ходить по сети. Проблема в том, что отправитель тоже может бесконечно отправлять пакеты в сеть и засорять ее;
• Сегментация трафика — это разделение портов на отдельные сегменты. Разделение сделано на физическом уровне для большей надежности;
• Зеркалирование трафика — это простая проверка всего трафика для обеспечения безопасности сети.
• Поддержка интернет-протоколов — тут все понятно, помимо обычных функций устройство должно уметь распределять глобальный сетевой трафик.
• Поддержка Wi-Fi: для подключения к локальной сети с помощью радиоволн в соответствии со стандартом IEEE 802.11.

Подробнее о Wi-Fi можно прочитать здесь.

Назначение

• Дома: Во многих статьях почему-то сначала пишется домашнее использование. Да, раньше их очень часто использовали дома и подключали соседей, а также друзей для взлома в Counter Strike. Но сейчас, в век интернета, их уже почти не увидишь, и на смену им пришли Wi-Fi роутеры.

• Малый бизнес: Сеть ограничена только количеством компьютеров. Обычно там до 48+ серверов.

• Умный дом – эта система достаточно популярна в частных домах. Его также можно использовать в малом бизнесе.

• Видеонаблюдение — если система становится слишком большой, используются выключатели;

• Промышленные сети: для правильного распределения трафика между сложными устройствами.

ПОМОЩЬ СПЕЦИАЛИСТА! Если у вас остались вопросы или нужен совет по этой теме, пишите в комментариях.

Видео