Что такое коммутатор и switch: для чего нужен и принципы работы

В наше время количество гаджетов зашкаливает, дома много техники, но как же связать это между собой? В этом случае помогут свитчи. С помощью него можно подключить различные устройства к одному роутеру.

Что такое свитч или коммутатор

Коммутатор (от англ. switch) — устройство, которое объединяет для обмена данных несколько сетевых девайсов: компьютеры, ноутбуки, принтер. Работает на канальном уровне сетевой модели OSI. Скорость передачи данных огромная, а использование сразу нескольких приборов увеличит производительность.

Как работает коммутатор, его функции

Основной задачей, для чего нужен коммутатор, считается передача сообщения конкретному узлу.

Например, дома три компьютера, подключённые к свитчу, таким образом, образуется локальная сеть. Принцип работы коммутатора описан ниже.

В памяти данного прибора есть таблица коммуникации, где указаны соответствие адресов узлов к порту. Когда включается свич, коммутатор начинает считаться обучающимся прибором, а таблица будет пуста. В таком состоянии данные отправляются ко всем портам, при этом происходит анализ данных и заносится в таблицу, определяется адрес компьютера-отправителя.

Так, если на один из портов поступит информация, то она поступит на соответствующий порт. В случае когда MAC-адрес неизвестен, данные будут продублированы на все стыки. Со временем сосредотачивается трафик, коммутатор для всех портов создаёт полную таблицу.

Отличия коммутатора от концентратора

Концентратор (Hub) — прибор, который объединяет сетевые устройства в сегменты, затем рассылает трафик всем подключённым гаджетам и делает это непрерывно. Все порты данной модели равноправны. Недостатком считается перегрузка ресурса в период копирования пакетов, так как в этот момент трафик переходит через все компьютеры. В этом случае пакеты данных начнут теряться.

Отличия:

1. Порты. Коммутатор switch имеет 24 или 48 портов, а hub 4 или 12.
2. Уровень OSI. Концентратор на первом уровне, а свитч на втором.
3. Вид работы. Hub — пассивное (без программного обеспечения), а коммутатор — активное.
4. Таблица MAC-адресов. Концентратор не способен сохранять, а свитч использует таблицу для анализа и хранения адресов.
5. Наличие столкновений(Collisions). В коммутаторе таких явлений не происходит, а в концентраторе — это постоянное действие.
6. Тип устройства. Switch — интеллектуальный прибор, в отличие от второго.
7. Передача данных. Кадр и пакет у switch, биты и электрический сигнал у концентратора.

Отличия коммутатора от маршрутизатора

Маршрутизатор (роутер) — устройство, которое на основе MAC-таблицы конструирует локальную сеть, при этом имеет операционную систему. Роутер может фильтровать трафик, настраивать пропускную систему для интернета. Имеет два IP-адреса: внутренний (настраивает провайдер) и внешний (заводские настройки). Выглядит почти так же, как свитч.

Для настройки маршрутизатора используется веб-интерфейс, в котором любой пользователь, обладающий основными знаниями о персональном компьютере, сможет задать желаемые параметры.

Отличия:

	Коммутатор	Маршрутизатор
1. Уровень OSI	1	3
2. Наличие операционной системы	Нет.	Есть.
3. Принцип работы	Передаёт пакеты данных на основании адреса из таблицы.	Распределяет трафик и отвечает за связь между устройствами (распознаёт IP-адрес, анализирует, фильтрует и кодирует их).
4. Таблица MAC-адресов	Есть.	Есть.
5. Скорость работы	10 Мбит/сек, 100 Мбит/сек, 1000 Мбит/сек.	До 600 Мбит/сек.
6. Ethernet порт	Отсутствует.	Есть
7. Соединение	Объединяет отдельные компьютерные узлы в одну сеть.	Соединяет отдельные сети.
8. Количество портов	24 или 48 портов.	Большинство оснащены 4 LAN портами.

Разновидности

Виды коммутаторов:

1. Сетевые коммутаторы. Это коммутаторы свитч с определённым количеством портов. Делятся на виды:

• Управляемые. Предоставляют множество различных функций, контроль и управление сетью, высокую степень безопасности. Функции списка контроля можно настроить под свои требования: ограничение скорости, фильтр пакетов, анализ данных о трафике по адресам второго и третьего уровня. Например, в офисе можно разделить данные по отделам, чтобы доступ имели только необходимые работники.
• Неуправляемые коммутаторы. Для работы не требуется выполнять предварительную настройку. Подходят для домашнего использования или маленьких организаций, которым требуются базовые потребности. Основное преимущество — простой принцип работы.
• Интеллектуальные. Такой тип универсален, поддерживает первостепенные функции обеспечения. Он имеет меньше возможностей, чем управляемые, но продолжает развиваться. В отличие от первого вида более доступен по цене.

Справка: обычно возможность расширения у данного типа отсутствует.

2. Модульные коммутаторы. Такие устройства позволяют по мере необходимости добавлять модули расширения, которые подключаются в виде приложений и модулей для дополнительных источников питания. Отличительной чертой является отсутствие портов. Главным плюсом считается возможность расширения сети.

Параметры

Основные параметры оценки:

• Скорость продвижения (forwarding). Определяет количество кадров в секунду, обработанные по списку: приём кадра в буфер обмена, просмотр адреса с целью нахождения порта для адреса, передача кадра в соответствующий порт.
• Скорость фильтрации (filtering). Определяет количество кадров за единицу времени, с которыми устройство проделывает: приём кадра в буфер, поиск порта в MAC-таблице, уничтожение кадра.

Второстепенными параметрами считаются:

• Поддерживание определённых портов. SFP-разьёмы разработаны для небольшого объема работ с высокой скоростью и компактностью. Позволяют использовать оптическое подключение отдалённых устройств. PoE порт — особенный вход, позволяющий питать устройство по сетевому кабелю. Это значит, что можно подключить камеру без доступа к розетке.
• Пропускная способность. Измеряется в количестве данных, переданных за единицу времени. С помощью протокола Ethernet происходят ограничения на передачу информации.
• Размер MAC-таблицы. Локальная сеть может останавливаться, если она будет непростой, а таблица маленькая по размеру. В таких случаях программисту нужно заранее рассчитывать размер.
• Задержка передачи кадра. Это время, прошедшее с момента начала записи кадра в буфер обмена, до его появления в порту. Если switch сильно загружен, то бо́льшая часть кадров необходимо редактируется.
• Скорость обслуживания данных. Измеряется в Mpps (миллион пакетов в секунду). Для небольших сетей используются устройства 2,0 — 10,0 Mpps, в крупных организациях — до 71,4.
• Метод крепления. Настольный вариант устанавливается в шкафы для серверов, а настенный крепится на любое место.

Режимы работы

Существует всего 3 режима коммутации:

1. Сквозной. Свитч распознаёт лишь адрес в кадре, потом выполняет соединение локальных сетей, не задерживая передачу. Недостаток — нет способа обнаружения ошибок.
2. С промежуточным хранением. В этом случае устройство проверяет данные на ошибки, делает анализ, выбирает порт и посылает трафик.
3. Гибридный, бесфрагментный. Данный тип считается преобразованным сквозным, передача кадров производится после фильтрации моментов столкновения.

Критерии выбора коммутатора

В магазинах сейчас представлен огромный выбор моделей, отличающихся по цене и функциям. Выбор зависит от назначения коммутатора и нужных параметров работы, с которыми можно ознакомиться выше.

Неуправляемый тип отлично подойдёт под эти критерии: небольшой объём трафика для подключаемых гаджетов, раздача интернета до десяти человек, простой в использовании и функционале прибор. Для более тяжёлых условий, лучше приобрести управляемый switch.

Однако в наше время производители все чаще улучшают даже самые простые модели, добавляя новые возможности. Поэтому отличие может быть в возможности или невозможности удалённого управления прибором.

Как подключить коммутатор

Подключение неуправляемого коммутатора — задача, с которой очень легко справиться. Для этого нужно соединить устройство с роутером по Ethernet-кабелю, затем присоединить компьютеры к переключателю. Готово, дополнительных настроек не требуется.

Внимание: если switch снабжён VIP портом, то следует подключать коммутатор с роутером через него.

Настройка управляемого свитча гораздо сложнее, лучше доверить это дело профессионалам. Подключение состоит из четырёх пунктов:

1. Перепрошивка устройства. Сначала требуется подключить коммутатор к розетке питания и подключить кабелем через WAN-порт сетевую карту компьютера. Затем необходимо произвести настройку подключения: прописать IP адрес, маску подсети, шлюз.
2. Сброс настроек на заводские. Нужно нажать кнопку «Reset» и держать её пять-десять секунд, дождаться загрузки. Далее в интернет-браузере надо выбрать «Обзор» в разделе «Firmware upgrade», в появившемся окне нажать на «OK».
3. Настройка конфигурации. Здесь надо запустить файл, дождаться завершения работы.
4. Переход в инженерный режим. Необходимо отключить все Ethernet-кабели, зажать кнопку «Reset» на пять секунд. Затем произвести настройку, прописав IP адрес, маску подсети, шлюз. Далее нужно запустить браузер, там можно увидеть инженерный веб-интерфейс. Указав в строке «File» путь, следует нажать «Upload», затем «Back» и «ENTER».

Полезное видео