Що таке мережевий комутатор

Комутатор – це туманний термін, з яким стикається кожен, хто налаштовував мережу хоч раз. Його часто плутають із концентратором чи роутером, але є багато відмінностей.

Що таке мережевий комутатор

Мережевий комутатор (світч) - це пристрій, який допомагає з'єднувати різні комп'ютери в одну мережу. Це схоже на розгалужувач, який дозволяє кільком пристроям обмінюватися інформацією між собою. Коли комп'ютер надсилає дані, комутатор приймає їх і вирішує, який інший пристрій направити сигнал. Таким чином, пристрій допомагає організувати ефективне спілкування між комп'ютерами в мережі.

Якщо вам потрібно підібрати серверне обладнання, ви можете звернутися до IT-інженерів ittelo.ru.

Режими комутації

Є три режими, в яких комутатор може передавати інформацію:

1. Наскрізний. Світч приймає сигнал, зчитує з нього адресу вузла-одержувача. Далі без додаткових перевірок дані вирушають до кінцевого пункту призначення. Такий формат скорочує затримку, але призводить до ризику виникнення помилок під час передачі інформації.
2. З проміжним зберіганням. Світч вловлює як адресу кінцевого вузла, а й обробляє всі отримані дані запобігання помилок. Тільки після повного аналізу інформація надсилається далі. Це збільшує затримку, якщо порівнювати з першим варіантом, оскільки пристрій потребує часу для перевірки помилок.
3. Гібридний. Це поєднання двох раніше описаних форматів передачі. Світч приймає інформацію та визначає адресу вузла-отримувача. Потім пристрій приступає до перевірки на помилки, але сканує лише 64 байти даних.Після первинного аналізу інформація надсилається одержувачу.

У цьому умови передачі характеризуються мінливістю. Краще використовувати комутатор, здатний підлаштовуватись під поточні умови. Такі пристрої спочатку активують наскрізний режим зв'язку всіх портах. Потім на канали, що виділяються великою кількістю помилок, автоматично включається гібридний формат сканування. Якщо проблем все одно виникає занадто багато, порти переводяться в режим проміжного зберігання.

Базова швидкість передачі

Зазвичай у технічних характеристиках комутаторів вказують кілька швидкісних значень – наприклад, 15/150 Мбіт/сек. Враховано граничне значення для пристрою. Якщо інформація надсилатиметься на свитч із меншою швидкістю – він автоматично підлаштується під робочий режим.

Кількість портів

Зустрічаються комутатори з кількістю портів від 5 до 48. Пристрій вибирають з урахуванням реальної кількості запланованих підключень та перспектив розширення мережі надалі. Для домашніх систем або в невеликих офісах оптимальною кількістю портів є 5-15. Для великих організацій – щонайменше 15-48.

Можливість управління

З одного боку, є некеровані моделі, які не передбачають тонке налаштування – вони підходять для домашнього використання. Відрізняються компактністю та невеликою ціною.

З іншого – керовані комутатори. Мають на увазі більш детальне налаштування, спеціальне ПЗ та інтерфейси. Адміністратор може встановлювати параметри, пріоритети та ін. Такі моделі потрібні для складних мереж.

Наявність функції енергозбереження

Такі моделі зустрічаються всі хащі. Вони контролюють підключення, визначають неактивні порти та переводять їх у режим очікування.Згідно із заявами виробників, такі комутатори здатні заощадити до 80% від середнього споживання енергії.

Наявність функції сегментації трафіку

Пристрої дозволяють визначати налаштування портів або груп, щоб повністю відокремлювати їх один від одного, але зберігати спільний доступ до сервера.

Симетрична та асиметрична комутація

Симетрична та асиметрична комутація відносяться до різних методів передачі даних у мережі:

1. У першому випадку інформація відправляється між двома пристроями симетричним або однаковим шляхом. Це означає, що послідовність однакова в обох напрямках. Наприклад, якщо комп'ютер A відправляє файли комп'ютеру B, відповідь від комп'ютера B також йде тим самим шляхом назад до комп'ютера A.
2. У другому випадку застосовуються різні шляхи та напрямки. Наприклад, при використанні високошвидкісного інтернету інформація, що завантажується з сервера до користувача (вивантаження з Інтернету), може бути отримана швидше, ніж файли, що надсилаються користувачем на сервер (завантаження в Інтернет).

Симетрична комутація передбачає однакову швидкість передачі у обох напрямах, а асиметрична різну швидкість передачі у різних напрямах.

Буфер пам'яті

Буфер пам'яті є спеціальним ресурсом у мережному комутаторі, який використовується для тимчасового зберігання даних пакетів перед відправкою на відповідні порти.

Коли інформація передається на пристрій, вона може бути спрямована до різних портів із різною швидкістю. Буфер пам'яті комутатора надає можливість тимчасового збереження пакетів, щоб узгодити швидкості передачі між різними портами.Це дозволяє уникнути втрати інформації через різні тимчасові затримки.

Можливості та різновиди комутаторів

Ось основні можливості та комутаторів:

• Управління трафіком;
• VLAN – створення віртуальних мереж;
• QoS – технологія управління якістю обслуговування, що дозволяє пріоритизувати певні типи даних;
• Харчування Ethernet.

В цілому, комутатори надають функціональність для управління та ефективної передачі даних у мережах, а їх різновиди дозволяють вибрати відповідний тип комутатора для конкретних вимог мережі.

Область застосування

Комутатори мають широкий спектр застосувань у мережевих інфраструктурах. Ось деякі області, де вони знаходять застосування:

• Локальні мережі (LAN)
• Центри обробки даних (ЦОД)
• Кампусні мережі
• Мережі доступу
• Віртуальні приватні мережі

Це лише деякі приклади областей застосування комутаторів. З їх допомогою можна створювати складні та гнучкі мережеві інфраструктури, що відповідають різним вимогам та потребам сучасних споживачів.

Що входить до комутатора?

Комутатори складаються з кількох основних компонентів, які працюють разом для забезпечення функціональності та продуктивності мережі. Основні компоненти:

• Порти, до яких підключаються мережні пристрої. Їх кількість може змінюватись від кількох до сотень або навіть тисяч у разі великих масштабів структури;
• Комутаційна матриця. Це основний елемент, який відповідає за передачу даних між портами. Дозволяє комутатору маршрутизувати трафік та забезпечувати правильний напрямок даних від відправника до одержувача;
• Кеш-пам'ять для тимчасового зберігання інформації про мережні пристрої та адреси.Вона прискорює процес комутації даних та забезпечує більш ефективну роботу;
• Процесор та програмоване ПЗ, яке керує та контролює роботу пристрою;
• Керування та моніторинг, що дозволяють адміністраторам мережі налаштовувати параметри, обмежувати пропускну здатність, виявляти та усувати неполадки, а також моніторити трафік та використання ресурсів.

Комутатори можуть також мати інші функції та можливості: підтримка віртуальних локальних мереж (VLAN), якість обслуговування (QoS) або підтримка Power over Ethernet (PoE) для живлення пристроїв через мережу.

Що таке комутатор та як він виглядає?

Комутатор — це пристрій, який використовується в комп'ютерних мережах для підключення та керування мережними пристроями, такими як комп'ютери, сервери, принтери та інші комутатори. Зовнішній вигляд може трохи відрізнятися в залежності від виробника та моделі, але зазвичай він є невеликим прямокутним пристроєм, що має порти для підключення мережевих кабелів. Світчі зазвичай мають кілька світлодіодних індикаторів, які показують стан портів і активність передачі.

Навіщо потрібна комутація?

Комутація в мережі необхідна для керування потоком даних та забезпечення ефективної передачі інформації між пристроями мережі. У процесі інформація, що надходить на комутатор, маршрутизатор або інший мережний пристрій, аналізуються та пересилаються на відповідні порти, де знаходяться адресати. Це дозволяє уникнути колізій та забезпечує точкову доставку. Комутація також може включати функції керування трафіком, поділу віртуальних мереж та забезпечення безпеки.

Які бувають види комутаторів?

Комутатори бувають декількох видів:

1. Рівень доступу.Зазвичай підключені безпосередньо до пристроїв кінцевих користувачів, таких як комп'ютери або IP-телефони. Вони надають мережеве підключення на рівні локальної мережі (LAN) і зазвичай мають кілька портів для підключення пристроїв.
2. Рівень агрегації. Використовуються для підключення кількох пристроїв рівня доступу в межах одного сегмента мережі. Вони мають більше портів та забезпечують більш високу пропускну спроможність даних між сегментами.
3. Рівень ядра. Забезпечують комунікацію між різними сегментами мережі та є основним каркасом передачі даних. Вони мають високу пропускну спроможність та є важливою частиною мережевої інфраструктури.
4. Мережевий комутатор. Це масштабніші прилади, які застосовуються на рівні побудови мережі провайдера або великих підприємств. Вони можуть обробити велику кількість даних та забезпечити з'єднання між різними мережами або підмережами.

Як працює комутатор локальної мережі?

Комутатор локальної мережі (LAN) працює на основі технології комутації пакетів:

1. При отриманні пакета даних аналізує заголовок, щоб визначити MAC-адресу джерела та MAC-адресу призначення.
2. Перевіряє свою таблицю адрес (також відому як таблиця пересилання) для визначення, на якому порту знаходиться пристрій із зазначеною MAC-адресою призначення.
3. Якщо MAC-адреса призначення знаходиться в таблиці, пересилає пакет даних лише на відповідний порт.
4. Якщо MAC-адреса призначення в таблиці відсутня, пересилає пакет на всі порти, крім порту, з якого отримано пакет (це називається флудуванням).

Коли пристрій отримує пакет даних, він відправляє відповідь комутатору, який у свою чергу оновлює свою таблицю адрес, розміщуючи MAC-адресу пристрою та порт, на якому він був виявлений.

Таким чином, комутатор LAN забезпечує ефективну передачу даних у локальній мережі. Він динамічно вивчає адреси пристроїв та пересилає дані лише на потрібні порти, що дозволяє зменшити трафік у мережі та підвищити швидкість та продуктивність передачі даних.

Як підключення пристроїв?

При підключенні пристроїв до комутатора локальної мережі (LAN) відбувається такий процес:

1. На задній панелі комутатора є порти Ethernet, які служать підключення пристроїв. Комп'ютери, принтери або інші комутатори з'єднуються мережевими кабелями з приладом.
2. Коли пристрій фізично підключений до порту, вони стають зв'язаними між собою.
3. Комутатор автоматично виявляє пристрій, який було підключено, і розпочинає обмін інформацією з ним. У цьому процесі пристрій визначає MAC-адресу підключеного пристрою.
4. Комутатор створює запис у своїй таблиці адрес (таблиці пересилання), яка містить відповідність між MAC-адресою пристрою і портом, до якого він підключений.
5. Після завершення процесу виявлення та реєстрації, прилад починає перенаправляти пакети даних на відповідні порти, ґрунтуючись на таблиці адрес. Якщо комутатор не знає, на якому порту знаходиться потрібна адреса, він пересилає пакет на всі порти, крім того, на якому його отримано.

Наскільки дорого використовувати комутатори у мережі?

Вартість використання може змінюватись в залежності від декількох факторів:

1. Тип комутатора.Прості пристрої з меншими функціями можуть бути доступнішими за ціною.
2. Швидкість та пропускна здатність. Наприклад, комутатори за допомогою Gigabit Ethernet будуть коштувати більше, ніж моделі з Fast Ethernet.
3. Кількість портів.
4. Бренд та якість Відомі бренди, такі як Cisco, Juniper або HP, коштують дорожче за рахунок репутації на ринку та гарантії якості.

Відмінності у продуктивності концентраторів та комутаторів

Концентратори (хаби) та комутатори - два різні пристрої, що використовуються в комп'ютерних мережах. Основні відмінності:

• Концентратори є простими пристроями, які передають усі отримані сигнали від одного порту мережі (вхідні дані) на всі інші порти.
• Комутатори технічно складніші, здатні аналізувати адреси пристроїв та пересилати дані лише на цільові порти. Вони керують передачею даних на основі MAC-адрес пристроїв у мережі.

Що таке мережевий комутатор і навіщо він потрібний?

Мережевий комутатор — це електронний прилад, що об'єднує кілька комп'ютерів та/або інших цифрових пристроїв у локальну мережу та дозволяє обмінюватись даними. Має ще одну поширену назву - свитч, що походить від англійського слова switch (комутатор, перемикач).

• Що таке свитч простими словами
• Принцип роботи комутатора
• Режими комутації
• Відмінність комутатора (switch) від концентратора (hub)
• Відмінність комутатора (switch) від маршрутизатора (router)
• Як вибрати комутатор
• Базова швидкість передачі
• Кількість портів
• Виконання (спосіб встановлення)
• Можливість управління
• Підтримка PoE
• Наявність портів SFP
• Наявність функції енергозбереження
• Підтримка VLAN
• Наявність функції сегментації трафіку
• Підтримка стекування
• Наявність захисту від широкомовного шторму

Що таке свитч простими словами

З кожним роком нас оточує дедалі більше комп'ютерів, ноутбуків, мобільних та інших цифрових пристроїв. Вони використовуються вдома, в офісах, адміністративних та багатьох інших приміщеннях. Стає все більш актуальною проблема їхнього з'єднання для передачі даних - такого, яке позбавило б необхідності переносити інформацію, наприклад, на USB-флешці. У недавньому минулому її вирішували за допомогою концентраторів, але зараз їх майже витіснили більш інтелектуальні пристрої — мережеві комутатори, або свитчі. Говорячи простими словами, це — пристрої, що дозволяють об'єднати кілька комп'ютерів у мережу і які у ній роль її ядра. Це дійсно зручно, причому в різних ситуаціях:

• на підприємстві або в офісі, де встановлено велику кількість комп'ютерів, мережевих принтерів та іншої цифрової техніки;
• у невеликій домашній локальній мережі - наприклад, що складається з кількох комп'ютерів, ноутбука та сучасного телевізора;
• у складі масштабної системи відеоспостереження із великою кількістю камер;
• у промисловій мережі з численними датчиками, що контролюють техпроцеси та передають дані на диспетчерський пункт;
• у багатьох інших випадках.

Принцип роботи комутатора

За питанням про те, що таке комутатор, закономірно слідує ще один: за яким принципом він працює? Все водночас і просто, і складно. Світч отримує дані від пристроїв, що звертаються до нього, і поступово заповнює таблицю комутації їх MAC-адресами. При наступних зверненнях комутатор зчитує адресу пристрою-відправника, аналізує таблицю комутації та визначає по ній, який пристрій потрібно переслати дані.Інші комп'ютери при цьому не знають про факт передачі інформації, оскільки вона не має до них відношення. Завдяки цьому забезпечується робота мережі у так званому повнодуплексному (full duplex) режимі.

Новий комутатор на етапі навчання, не виявляючи у своїй таблиці MAC-адресу одержувача, розсилає дані на всі підключені до нього пристрої (зрозуміло, крім відправника). Правильний одержувач відповідає комутатору, і останній створює новий запис у таблиці комутації. Надалі свитч, приймаючи дані з цією ж MAC-адресою, «розуміє», куди саме їх потрібно направити, і здійснює вже не масове розсилання, але адресну відправку. Трафік, таким чином, локалізується, а мережа розвантажується.

Вище описано принцип дії так званого некерованого комутатора, який працює на другому (канальному) рівні OSI. Крім таких, існують більш просунуті моделі, що працюють на третьому та четвертому рівнях. Вони значно функціональніші, оскільки допускають ручне управління (зокрема, через інтерфейс командного рядка), підтримують QoS, VLAN, дзеркалювання, виявлення штормів трафіку, обмеження швидкостей передачі даних для різних портів та багато інших корисних функцій. Такі пристрої включають до складу складних та розгалужених мереж, зокрема тих, що розгорнуті на великих підприємствах.

Режими комутації

Є три режими, у яких свитч передає дані вузлам-адресатам. Ключові особливості кожного режиму - ступінь надійності передачі та пов'язаний з нею час очікування.

Перший режим називається Cut-Through - наскрізний. Світч приймає дані, зчитує з них лише адресу вузла-отримувача і без будь-яких додаткових перевірок надсилає їх за призначенням.Час очікування у разі мінімально, але виникає можливість передачі з помилками.

Другий режим називається Store and Forward — із проміжним зберіганням. Комутатор не тільки зчитує адресу одержувача, але й аналізує всю інформацію, що надійшла з метою пошуку помилок. Лише після цього дані передаються за призначенням. Час очікування порівняно з попереднім режимом збільшується — він потрібний свічку для перевірки.

Третій режим називається Fragment-Free – безфрагментний, або гібридний. Він є поєднанням двох описаних вище режимів. Комутатор приймає кадр даних, зчитує адресу одержувача, а потім перевіряє інформацію щодо помилок, але не всю, а лише перші 64 байти. Після перевірки свитч надсилає дані одержувачу.

Умови передачі даних є непостійними — вони змінюються з часом. Корисно мати комутатор, в якому реалізовано адаптивне підстроювання під ці умови. На початку роботи такий пристрій включає наскрізний режим комутації всім портів. Потім порти, на яких з'являється занадто багато помилок, автоматично переводяться в гібридний (безфрагментний) режим. Нарешті, якщо й після цього помилок залишається дуже багато, порти перетворюються на режим із проміжним зберіганням даних.

Відмінність комутатора (switch) від концентратора (hub)

У недавньому минулому були поширені концентратори (hub). Ці пристрої працюють на основі широкомовної моделі. Простіше кажучи, концентратор, приймаючи мережевий трафік, просто розсилає його всім без винятку підключеним до нього пристроям. Функція визначення адресата, яка є в комутаторі, в ньому не реалізована, і в цьому основна відмінність hub від switch.Широкомовна передача даних таїть як мінімум два підводні камені: по-перше, вона сильно завантажує мережу і помітно уповільнює передачу даних, по-друге, вона тягне за собою ризик появи великої кількості помилок, особливо — при додаванні в мережу нових комп'ютерів. Використання мережних комутаторів позбавляє цих проблем — і саме тому ці пристрої на сьогодні майже витіснили собою концентратори.

Відмінність комутатора (switch) від маршрутизатора (router)

Комутатор функціональніший, ніж концентратор, але ще більше функцій реалізовано в маршрутизаторі (або, як його ще називають, роутері). Цей пристрій працює на третьому рівні OSI і відповідає не тільки за розподіл трафіку по вузлах-адресатів, але і за зв'язок між різними мережами з архітектурами, що відрізняються. У його пам'ять записана таблиця маршрутизації, на основі даних з якої router вирішує, куди слід переслати пакет даних, що надійшов. Пересилання виконується відповідно до правил, заданих адміністратором під час налаштування маршрутизатора.

Роутер дозволяє знизити завантаження мережі, поділяючи її на широкомовні домени та фільтруючи пакети. Він дає можливість об'єднати мережу Ethernet і з'єднання WAN — наприклад, для організації виходу в Інтернет. І тут маршрутизатор як транслює адреси, а й відіграє роль міжмережевого екрана, забезпечуючи цим інформаційну безпеку. По суті, будь-який маршрутизатор — це мініатюрний комп'ютер з великою кількістю параметрів, що настроюються. Саме тому роль роутера може грати будь-який персональний комп'ютер — за умови, що на ньому встановлено та налаштовано спеціалізоване програмне забезпечення для маршрутизації.

Як вибрати комутатор

У продажу представлено безліч моделей комутаторів, які істотно відрізняються один від одного як за функціональністю, так і за ціною. IT-фахівцеві потрібно знати основні характеристики свитчів (читай - критерії вибору).

Базова швидкість передачі

Найчастіше в характеристиках комутаторів зазначено відразу кілька значень швидкості (приклад запису — 10/100 Мбіт/сек). Потрібно орієнтуватися на найвище значення – це максимум для цього пристрою. Якщо дані надходитимуть на свитч зі швидкістю меншою, ніж цей максимум, він автоматично підлаштується під неї. Моделі верхнього цінового діапазону можуть працювати на швидкостях 10/20/100/200/1000/2000 Мбіт/с. Беріть до уваги особливості вашої мережі та характеристики пристроїв, що входять до неї, і робіть правильний вибір.

Кількість портів

У продажу представлені моделі з кількістю портів від 5 до 48. Вибирайте свитч з урахуванням не тільки фактичної кількості пристроїв, які будуть підключені негайно, але й перспективи розширення мережі в майбутньому. Досвід показує, що для мереж, розгорнутих вдома та в невеликих офісах, оптимальні комутатори з кількістю портів від 5 до 15. Для підприємства підійде пристрій із кількістю портів від 15 до 48.

Виконання (спосіб встановлення)

• настільні комутатори. Це компактні моделі для невеликих мереж. Вони не викликають жодних складнощів при встановленні - їх можна просто покласти на стіл;
• настінні моделі. Також порівняно компактні, проте мають спеціальні пази, що дозволяють зафіксувати їх у стіні. Як показує досвід, багато настінних свити можна і не кріпити на вертикальній основі, а просто покласти на стіл;
• стійкові комутатори.До цієї категорії входять найбільш просунуті моделі для підприємств, які встановлюються у стандартну 19-дюймову стійку для телекомунікаційного обладнання.

Можливість управління

Одну категорію утворюють некеровані комутатори. Вони не дозволяють виконати тонке налаштування, що мінус для великого підприємства, але плюс для використання вдома чи в невеликому офісі, як правило, компактні та мають невисоку вартість.

До другої категорії належать керовані моделі. Вони допускають гнучку настройку за допомогою спеціалізованого програмного забезпечення або web-інтерфейсу. однак для їх налаштування потрібні спеціальні знання та певний досвід.

Підтримка PoE

Вибирайте комутатор з цією функцією, якщо вам потрібна подача живлення до пристроїв безпосередньо по мережевому кабелю (витій парі). необхідності використовувати силові кабелі, анітрохи не знижуючи якість передачі.

Наявність портів SFP

Світч з такими портами знадобиться, якщо потрібно з'єднати його з іншими комутаторами або пристроями більш високого рівня. оптоволокну).

Наявність функції енергозбереження

Комутатори з такою функцією стають все більш затребуваними — відіграє роль інтерес до захисту екології. Ці інтелектуальні моделі стежать за приєднаними до них пристроями, виявляють неактивні порти та тимчасово переводять їх у сплячий режим. Виробники стверджують, що функція енергозбереження, реалізована у свитчах, дозволяє заощадити до 80% (!) електроенергії.

Підтримка VLAN

Вибирайте модель з такою функцією, якщо ви потребуєте логічного розмежування окремих ділянок локальної мережі. Ви зможете створити свої сегменти для різних відділів, підрозділів та філій компанії, організувати мережу загального доступу.

Наявність функції сегментації трафіку

Комутатори з такою функцією дозволяють налаштовувати порти або групи так, щоб вони були повністю відокремлені один від одного, але при цьому мали доступ до сервера.

Підтримка стекування

Пристрій з такою функцією знадобиться, якщо вам потрібно створити єдиний логічний комутатор з кількістю портів більшим, ніж 48. Нескладно зрозуміти, що підтримка стекування потрібна в масштабних розгалужених мережах, розгорнутих на великих підприємствах.

Наявність захисту від широкомовного шторму

Один із приватних проявів такого шторму — DDoS-атака на локальну мережу. Якщо до останньої входить звичайний комутатор без захисту від широкомовного шторму, в результаті атаки вся мережа може просто «лягти». Моделі, в яких такий захист реалізований, виявляють флуд і своєчасно відсікають його, завдяки чому мережа залишається стабільною.