Коммутатор или свитч (от англ. «Switch» — переключатель) — это сетевое устройство, которое позволяет объединять компьютеры, принтеры, сетевые хранилища и другие устройства в сегмент компьютерной сети, а также управлять передачей данных между ними. Благодаря коммутаторам, можно увеличить производительность сети, поскольку принцип работы сетевого устройства заключается в том, чтобы перенаправлять сетевые пакеты только на нужные устройства, тем самым снижая общую нагрузку на локальную сеть.
Функции коммутатора
Коммутатор или свитч обеспечивает простую и надежную локальную связь между устройствами сети, позволяя им обмениваться данными без влияния на других пользователей. Свитч анализирует сетевые пакеты и отправляет данные непосредственно адресатам, а не распространяет их по всем пользователям локальной сети, как это делает концентратор. За счет этого снижается нагрузка на маршрутизатор или роутер, а производительность сети возрастает. Важным фактором является надежность передачи данных. Информация передается таким образом, что для всех участников локальной сети, кроме адресата, она остается закрытой и её невозможно получить просто так.
Принцип работы коммутатора
Принцип работы коммутатора основан на передаче данных между устройствами сети на основе MAC-адресов их сетевых карт.
Процесс работы коммутатора выглядит следующим образом:
- При поступлении пакета данных на один из портов коммутатора, устройство начинает анализировать MAC-адреса источника и назначения данных.
- Коммутатор просматривает свою таблицу MAC-адресов, чтобы определить, на какой порт был назначен получатель пакета данных.
- Если коммутатор находит совпадение с MAC-адресом назначения в своей таблице, он отправляет пакет данных на соответствующий порт.
- Если совпадения не найдено, коммутатор отправляет пакет на все свои порты, кроме того, с которого поступил пакет. Этот процесс называется «flooding» (распространение).
- После отправки пакета коммутатор обновляет свою таблицу MAC-адресов с учетом нового адреса источника, если это необходимо.
Таким образом, коммутатор обеспечивает более высокую производительность и эффективность сети по сравнению с концентраторами, которые передают данные сразу на все порты.
Типы коммутаторов
Коммутаторы или переключатели можно разделить на два типа: управляемые и неуправляемые. Каждый тип имеет свои особенности и характеристики.
Управляемые коммутаторы
Управляемые коммутаторы — это сетевые устройства, которые обеспечивают более высокий уровень контроля и управления по сравнению с неуправляемыми коммутаторами. Они позволяют администраторам сети настраивать различные параметры, такие как ограничение скорости, управление потоком, зеркалирование портов и многое другое.
Одним из основных преимуществ управляемых коммутаторов является возможность создания виртуальных локальных сетей (VLAN). VLAN позволяют разделить физическую сеть на несколько логических сетей, что может быть полезно для повышения безопасности, улучшения управления трафиком и увеличения производительности.
Кроме того, управляемые коммутаторы часто имеют встроенные функции безопасности, такие как защита от DoS-атак (Denial of Service — отказ в обслуживании), фильтрация MAC-адресов и поддержка стандартов 802.X.
Управляемые коммутаторы предоставляют более широкие возможности для управления и контроля над сетевой инфраструктурой, что делает их идеальным выбором для крупных предприятий, офисов и других организаций со сложными сетевыми требованиями.
Неуправляемые коммутаторы
Неуправляемые коммутаторы — это сетевые устройства, которые автоматически перенаправляют данные с одного подключенного устройства на другое, без необходимости вмешательства пользователя или администратора сети. Они работают по принципу «plug and play», то есть они автоматически настраиваются при подключении к ним устройств.
Неуправляемые коммутаторы обычно используются в небольших сетях, например, в домашних или офисных, где не требуется сложная настройка и управление. Они обеспечивают простое и быстрое расширение сети, позволяя подключать несколько устройств к сети без необходимости настройки каждого устройства по отдельности.
Режимы работы коммутатора
Режимы работы коммутатора определяют, каким образом он обрабатывает и перенаправляет сетевой трафик.
Основные режимы работы коммутатора:
- Промежуточный режим (Store-and-Forward): В этом режиме коммутатор получает сетевой пакет полностью и сохраняет его во временном буфере. После успешного получения всего пакета свитч принимает решение о его пересылке на выходной порт. Этот метод обеспечивает низкую вероятность ошибок в передаче, так как сетевой пакет проверяется перед тем, как быть отправленным.
- Сквозной режим (Cut-Through): В этом режиме коммутатор начинает пересылку сетевого пакета немедленно после получения его заголовка, не дожидаясь поступления данных. Это позволяет снизить задержки, но может привести к передаче ошибочных данных, так как сетевой пакет не проверяется на целостность.
- Безфрагментарный режим (Fragment-Free): Этот режим является гибридом между промежуточным и сквозным режимами. Коммутатор дожидается получения первых 64-байт тела сетевого пакета (после заголовка), прежде чем начать его пересылку. Это позволяет избежать пересылки пакетов, содержащих ошибочные фрагменты.
- Адаптивный режим (Adaptive Switching): В этом режиме коммутатор автоматически выбирает режим работы (промежуточный или сквозной) в зависимости от текущего состояния сети, такого как загруженность и стабильность соединения.
Каждый из этих режимов имеет свои преимущества и недостатки, и выбор конкретного режима зависит от требований и характеристик конкретной сети.
Характеристики коммутатора
Коммутаторы или переключатели характеризуются такими параметрами как количество портов, скорость коммутации, тип портов, уровень модели OSI и т. д.
Основные параметры коммутатора:
- Скорость коммутации: Определяет, сколько пакетов в секунду может обработать коммутатор. Измеряется в миллионах пакетов в секунду (Mpps).
- Внутренняя пропускная способность: Это объем данных, который коммутатор может передавать между портами в секунду. Измеряется в Мбит/с, Гбит/с или Тбит/с.
- Количество и тип портов: Обычно используются порты RJ-45 для подключения компьютеров и других устройств, а также SFP+ или QSFP+ порты для подключения к другим коммутаторам или серверам.
- Размер таблицы МАС адресов: Коммутаторы хранят таблицу, связывающую MAC-адреса подключенных устройств с их портами. Размер таблицы определяет количество MAC-адресов, которые может хранить коммутатор, и количество одновременно подключенных устройств.
- Поддержка протоколов VLAN и IGMP: VLAN — это технология, которая позволяет разделить одну физическую сеть на несколько виртуальных. Каждый VLAN имеет свои собственные настройки, правила и идентификаторы. Это позволяет организовать более эффективное использование сетевых ресурсов, улучшить безопасность и повысить производительность. Протокол IGMP предназначен для управления групповой (multicast) передачей данных в IP сетях.
- Зеркалирование портов: Функция позволяет дублировать трафик с одного порта коммутатора на другой порт, который обычно используется для мониторинга или анализа трафика. Это позволяет сетевому администратору видеть, что происходит на определенном порту, без нарушения работы сети.
- Уровень модели OSI (The Open Systems Interconnection model): Коммутаторы работают на канальном уровне (L2) модели OSI. Однако бывают коммутаторы, которые поддерживают функции маршрутизации и работают на сетевом уровне (L3) модели OSI.