Организация компьютерной сети невозможна без такого устройства как свитч или подобного ему сетевого оборудования. Существуют различные сетевые устройства, при помощи которых становится возможным формирование локальной сети, организация доступа в Интернет для нескольких компьютеров и прочие задачи сетевой коммутации. Наиболее популярные из таких устройств — это хаб, роутер и свитч. Не все знают, как настроить такого рода устройства, чтобы работа была более комфортной.

Сетевой коммутатор необходим для создания компьютерной сети.

Если роутер (маршрутизатор) служит для соединения и маршрутизации различных сетей, то хаб и свитч — для объединения различных узлов в единую сеть. Выгодное отличие свитча (коммутатора) от хаба (концентратора) в том, что в первом пакеты данных передаются строго по адресу на указанный узел, а не транслируются на все устройства сети. Таким образом, посредством свитча реализуется прямая адресная передача данных между двумя узлами сети, при этом сетевой ресурс используются максимально эффективно. По этой причине в настоящий момент концентраторы практически нигде не используются, они были вытеснены более производительными и безопасными коммутаторами.

Основы работы свитча

Рисунок 1. Схема работы свитча.

Итак, сетевой коммутатор, он же свитч или свич («switch» — переключатель), это вид сетевого оборудования, соединяющего определенное количество узлов (компьютеров) в единый сегмент вычислительной сети и осуществляющего пакетную передачу информации и данных между отельными элементами этой сети.

Свитч имеет в распоряжении несколько портов — разъемов, в которые подключаются компьютеры и прочие сетевые узлы, оборудование и т.д. Связь между портом и узлом осуществляется с использованием обжатого кабеля, так называемой витой пары.

Для такого устройства как свитч 8 портов это норма, но встречаются и более внушительные цифры вплоть до 48 и даже 96. (РИС. 1) В рамках модели OSI данное устройство функционирует на уровне канала, поэтому, как правило, лишь объединяет другие устройства в один сегмент сети, ориентируясь на их идентификационные MAC-адреса.

Объединить несколько отдельных сетей стандартный свитч не может. Для маршрутизации на уровне сетей, например, для организации доступа в интернет на нескольких компьютерах, что является примером включения локальной сети в глобальную, необходим маршрутизатор или же свитч роутер.

Таким образом, в сетевой иерархии OSI коммутатор занимает промежуточное звено между концентратором и маршрутизатором:

1. Концентратор — Физический уровень. Транслирует входящие данные, дублируя их на все используемые интерфейсы.
2. Коммутатор — Канальный уровень. Распределяет данные сугубо адресованным получателям.
3. Маршрутизатор — Сетевой уровень. Связывает различные сетевые сегменты.

Работа коммутатора построена следующим образом. В памяти устройства хранится виртуальная таблица соответствий между MAC-адресами и портами свитча.

MAC-адрес («Media Access Control» — управление доступом к среде), он же Hardware Address — это специальный идентификатор, который присваивается каждому активному элементу или узлу в сети, причем для каждого из них он уникален.

В момент сразу после включения коммутатора его MAC-таблица еще пуста и ее необходимо заполнить, поэтому свитч входит в режим первичного обучения.

Особенность этого режима в том, что данные, поступившие на любой из портов, как и в концентраторе, передаются всем подключенным к устройству узлам в совокупности.

Путем анализа пакетов данных определяется MAC-адрес устройства-отправителя, затем этот адрес привязывается к номеру конкретного порта, из которого эти данные были отправлены. Таким образом, выясняется, к какому порту подключен тот или иной элемент сети, затем эти данные заносятся в таблицу.

Теперь при поступлении данных на любой из портов свитча пакеты, адресованные узлу, имеющемуся в этой таблице, будут направлены на конкретный порт, соответствующий этому узлу, а не транслироваться на все интерфейсы сразу, как это происходит в концентраторе.

Если же в отправляемых данных содержится неизвестный адрес получателя, отсутствующий в таблице, создаются дубликаты пакетов и отправляются на все интерфейсы.

Параллельно с этим новые незнакомые адреса отправителей продолжают записываться в таблицу.

Впоследствии свитч постепенно заполняет свою маршрутную таблицу, включая в нее все связи между внешними компьютерами и собственными интерфейсами, благодаря чему происходит локализация трафика.

Основные типы коммутаторов

Рисунок 2. Примерная схема подключения свитча через модем.

Простейший сетевой коммутатор — это неуправляемый. Такой свитч хоть и может быть настраиваемым непосредственно, но он не имеет поддержки сетевых протоколов управления. Разница между управляемым и неуправляемым коммутатором в том, что благодаря поддержке простого протокола сетевого менеджмента SNMP управляемый свитч позволяет по сети с помощью специализированных программ удаленно конфигурировать себя и управлять своей работой.

Управляемый коммутатор наиболее часто устанавливается в участках сети с осложненной топологией, где требуется особенно тщательный контроль. Наиболее характерные задачи, выполняемые такими устройствами:

• мониторинг сетевого трафика;
• управление конфигурацией интерфейсов (портов);
• организация виртуальных сетей (VLAN);
• объединение группы каналов.

Управляемые свитчи особенны тем, что способны обеспечить широкий спектр функционирования как на канальном, так и на сетевом уровне. Доступ к управлению таким коммутатором можно получить через специальный Web интерфейс, а также посредством командной строки либо различных протоколов (SNMP, Telnet). Помимо всего прочего свитч может использовать различные методы коммутации, разница между которыми обусловлена временем и надежностью передачи информации:

Порядок расположения проводов при «обжиме» кабеля «витая пара».

1. Store and Forward — когда коммутатором производится полное чтение всей информации в кадре данных с целью проверки на наличие ошибок, и лишь затем пакет передается на выбранный порт.
2. Cut-through — процесс коммутации происходит сразу после чтения заголовка кадра данных, где хранится адрес получателя. Благодаря этому удается сократить задержку по времени передачи, однако становится невозможным обнаружить ошибки, что снижает надежность.
3. Fragment-free — усовершенствованный сквозной (Cut-through) режим, при котором пакеты передаются после их предварительной фильтрации.

Такой типа свитча редко используется в домашних условиях, т.к. предназначен прежде всего для коммутации крупных и сложных структур таких, как сети интернет провайдеров, корпоративные локальные сети, центры технической поддержки клиентов и т.д.

Примером такого устройства является гигабитный свитч TL-SG2424 на 24 порта фирмы TP-Link, обладающий массой полезных функций, среди которых: защита от сетевого шторма и распределенных атак, расширенная приоритезация данных QoS, высочайшая скорость работы портов до 1 Гбит/с и другие.

Как сделать настройку свитча и создать свою сеть

Допустим, вы решили создать локальную сеть из нескольких компьютеров в вашем доме и для этой цели выбрали сетевой коммутатор. Перед тем, как настроить свитч и осуществить конфигурацию сети, ее нужно развернуть на физическом уровне, т.е. обеспечить связь каждого компьютера с коммутатором посредством сетевого кабеля. Все соединения между узлами производятся с помощью патч-корда — сетевого коммутационного кабеля на основе витой пары.

Рисунок 3. Примерная схема подключения свитча без модема.

Такой кабель можно сделать и самому, но лучше купить в магазине. Есть два способа, как подключить свитч для его настройки, в зависимости от наличия соответствующих интерфейсов: через специальный консольный порт, через который производится в основном лишь первичная настройка свитча, либо через более универсальный Ethernet порт.

Во втором случае для получения доступа к конфигурации требуется ввести IP-адрес, указанный в документации к устройству.

Подключение к консольному порту не расходует полосу пропускания коммутатора, в чем есть определенное преимущество. Для непосредственной настройки свитча с помощью данного способа нужно запустить эмулятор терминала VT100 (подойдет и стандартный HyperTerminal).

Параметры подключения выбираются соответственно документации. После соединения вводится имя пользователя и пароль.

Настройка осуществляется путем ввода команд и параметров, которые зависят от конкретной модели устройства и должны быть указаны в документации.

Выход в интернет через свитч

Следующим шагом после создания сети и настройки коммутатора является обеспечение всем компьютерам этой сети доступа в интернет. Имея в наличии свитч, можно сделать это быстро, просто и выгодно, без дополнительного подключения к провайдеру отдельно каждого компьютера, даже если интернет подведен всего лишь одним кабелем. В случае, когда услуга интернет предоставлена провайдером стационарной телефонной связи, доступ к всемирной паутине осуществляется посредством ADSL-модема, наиболее распространенные модели которого не имеют более одного порта Ethernet. Соответственно, подключить к нему можно только один компьютер. Для решения этой проблемы не обязательно приобретать дорогостоящий маршрутизатор со встроенным коммутатором, вполне достаточно и обычного свитча. Примерная схема подключения изображена на рисунке. (РИС. 2)

https://сайт/

Из схемы видно, ADSL-модем подключается не к компьютеру, а непосредственно к коммутатору. К нему же подсоединены все компьютеры локальной сети. Очень важный момент здесь — это правильная настройка свитча и параметров соединения компьютеров. У каждого устройства, включая модем, должен быть свой адрес IP внутри единой подсети, повторяться они не должны.

Что такое коммутаторы - switch?

Сетевой коммутатор или свитч, свич (от англ. switch - переключатель) - устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передает данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Свич работает на канальном уровне модели OSI, и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.

Принцип работы коммутатора

Коммутатор хранит в памяти специальную таблицу (MAC-таблицу), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении switch эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом свитч анализирует пакеты данных, определяя MAC-адрес компьютера-отправителя, и заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит пакет, предназначенный для этого компьютера, этот пакет будет отправлен только на соответствующий порт. Если MAC-адрес компьютера-получателя еще не известен, то пакет будет продублирован на все интерфейсы. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется.

Возможности и разновидности коммутаторов

Свичи подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее простые). Более сложные свичи позволяют управлять коммутацией на канальном (втором) и сетевом (третьем) уровне модели OSI. Обычно их именуют соответственно, например Layer 2 Switch или просто, сокращенно L2. Управление свичем может осуществляться посредством протокола Web-интерфейса, SNMP, RMON и т.п. Многие управляемые свичи позволяют выполнять дополнительные функции: VLAN, QoS, агрегирование, зеркалирование. Сложные коммутаторы можно объединять в одно логическое устройство - стек, с целью увеличения числа портов (например, можно объединить 4 коммутатора с 24 портами и получить логический коммутатор с 96 портами).

Коммутатор (switch) - является многопортовой разновидностью моста.
Мосты - это устройства, призванные физически разделить сеть, построенную на
(повторителях) или ,
на несколько доменов коллизий. Коллизия - конфликт передачи, т.е. попытка одновременной передачи
данных несколькими устройствами, что невозможно в рамках одного домена (грубо говоря - внутри одного
канала, шины), так как все слышат всех и наложение сигналов от нескольких устройств искажают информацию,
поэтому передаваемый пакет данных теряется.

Коммутатор является обучающимся устройством и держит в своей памяти таблицу соответствий MAC адресов хостов (компьютеров) и портов, за которыми эти хосты находятся:

MAC адрес является физическим адресом и не имеет никакого отношения к IP-адресу.
Коммутатор ничего не знает об IP адресах, он работает на более низком уровне.

В соответствии с таблицей MAC-соответствий, коммутатор передает трафик от источника к получателю, пересылая пакеты
от источника лишь в тот порт, к которому подключен получатель.
Таким образом, в четырехпортовом коммутаторе 2 пары хостов (компьютеров)
могут работать одновременно, не мешая и не слыша другую пару. Таблица MAC-соответствий коммутатора
строится оным на основе пассивного анализа трафика, кроме того, устройство имеет возможность запросить у сети (широковещательным
запросом во все свои порты) у какого устройства MAC адрес сетевой карты такой то. Таблица MAC-соответствий
может задаваться и вручную, но это позволяют лишь управляемые коммутаторы. Таким образом,
коммутаторы управляют трафиком на втором уровне модели OSI (канальный уровень).

Кстати говоря, понятия моста несколько шире, чем описано выше. Мост - это устройство, объединяющее
разнородные сегменты среды. Например устройство, транслирующее сигналы из
беспроводной среды (Wi-Fi) в проводную - так же является мостом, большинство ADSL модемов, поставляемых
на рынок - мосты.

Важным следствием из физики работы повторителей является то, что все устройства, подключенные к нему,
могут работать в режиме полу-дуплекса (только прием или только передача данных, но никак не одновременно).
В данный момент повторители практически изжили себя и не используются, так как стоимость коммутаторов
сильно упала (простейшие модели можно купить за 20 долларов и даже ниже).

Важными следствиеми из физики работы коммутатора являются:

• Устройства, подключенные к коммутатору могут работать в режиме полного дуплекса
  (одновременная прием и передача данных), тем самым общая скорость работы между коммутатором и подключенным
  устройством возрастает в два раза;
• Устройства, подключенные к разным портам, могут работать на разных скоростях (например 100 Мбит и 1 Гбит) и режимах дуплекса;
• На разных портах коммутатора могут быть разные среды передачи, например витая пара и оптика, хотя последнее, конечно, реализуется через отдельные мосты

Логика работы коммутаторов позволяет им передавать пакеты сразу, не аккумулируя их во внутреннем буфере
(в отличии от хабов и повторителей), тем самым задержка при передаче пакетов сквозь коммутатор
значительно меньше.
Передача в порт получателя осуществляется как только коммутатор полностью получает заголовок пакета (где и
содержится MAC адрес получателя) и сверяет его по таблице MAC соответствий (после чего в порт
получателя начинает пересылаться заголовок пакета, хотя весь он еще не был получен на порту отправителя). Тем не менее, пакеты могут
аккумулироваться во внутреннем буфере коммутатора, это может произойти по прочине отсутствия в таблице
MAC-соответствий адреса получателя, занятости порта, за которым находится получатель (в это время туда передается
другой пакет) или из-за согласования скоростей между отправителем и получателем.

Речь пойдет о коммутаторах в локальных сетях с 5-ю и 8-ю портами.

Сначала пару слов о том, чем коммутатор (switch) отличается от концентратора (HUB).

В общих выражениях различия (в пользу коммутатора) можно охарактеризовать как:

• большую пропускную способность
• большую скорость передачи информации
• большую надежность и гарантию правильности передаваемой информации
• как следствие — уменьшает загруженность всей сети или ее отдельных участков

За счет чего это достигается?

Попробуем объяснить это без специальных терминов.

Концентратор просто является устройством, куда подключаются все сетевые кабели от компьютеров, и он допускает в данный момент проход информации только от одного узла сети к другому. Причем до этого он предлагает информацию каждому узлу сети, пока не попадет на того, кто ее должен получить. Кроме того, концентратор (если есть несколько желающих получить или отправить информацию) последовательно решает кому разрешить передачу или прием информационных пакетов случайным образом, «подкидывая монетку». От этого и появляются коллизии. Все это осуществляется по одной шине с пропускной способностью 100 Mbit/sec.

Коммутатор — это устройство более «умное», и после первого включения в локальную сеть, он запоминает сетевой адрес каждого узла в специальной памяти таблицы адресов (address table). Даже маленький коммутатор запоминает от 8К до 16К (для 5-и, 8-портового) адресов узлов. Эта таблица нужна для коммутации пакетов. При запросе передачи или приема пакета от узла, коммутатор определяет адрес как передающего, так и адрес принимающего и коммутирует их друг с другом. Количество таких пар, которые не будут влиять на производительность, зависит от пропускной способности внутренней шины, Так в 5- и 8-портовых моделях фирмы TRENDware — TRENDnet TE100-S55E и S88E она составляет более 1 Gbit/sec. Это более чем в 10 раз превышает показатели шины концентратора, и даже загруженность сети в 10 раз большую, чем предельная для концентратора, клиенты сети не почувствуют, и сеть будет работать также быстро.

Есть и чисто механический (электрический) путь повысить скорость передачи данных между клиентом и коммутатором. Коммутатор умеет работать не только в одном направлении (half duplex) по сетевому кабелю, а в двух направления (full duplex). Таким образом, скорость обмена между клиентом и коммутатором возрастает до 200 Mbit/sec.

Если провести аналогию с автодорогами, то концентратор — это участок дороги всего в одну полосу, к которому сходится 5 или 8 дорог с каждой стороны. Проехать в данное время может только одна машина и только в одном направлении. Остальные стоят и сигналят — пробка.

Коммутатор — это участок дороги с двухсторонним движением по пять полос в каждую сторону для 5 или 8 входящих. При этом все полосы могут быть соединены в разных уровнях, не мешая друг другу и не пересекаясь. Поэтому по ней могут ехать одновременно 10 авто (5 пар) не замечая друг друга. По какой дороге поехали бы Вы?

Но и этим не исчерпываются преимущества коммутатора. В нем еще встроена промежуточная память, буфер обмена, в котором запоминаются те пакеты, которые предназначаются занятым в данный момент клиентам. Когда они освободятся, коммутатор сам передаст данные адресатам уже без участия передающих клиентов. Для 5- и 8-портовых коммутаторов TRENDnet буфер обмена (buffer memory) составляет 512 Kbyte и 1 MByte на устройство соответственно. Возвращаясь к аналогии с автодорогами: 0 — это транзитный склад, где автомобиль может выгрузить свой груз (пакет) и уехать, не занимая дороги и давая проехать другим.

Примерно понятно, что коммутатор позволяет прокачивать через себя гораздо больший поток информации и существенно быстрее.

А зачем и кому это нужно?

По-моему, существует несколько случаев построения сетей, при которых необходим маленький коммутатор.

1. Маленькая одноранговая сеть с большим обменом от каждого к каждому. Например, происходит обмен большими графическими файлами (чертежи, плакаты, фото и т.п.).

2. В сети есть несколько групп, в которых обмен (traffic) происходит интенсивнее, чем с другими узлами сети. Чтобы обмен активных групп не влиял на производительность всех остальных, их надо изолировать. Это как раз и делается с помощью коммутаторов. Если каждую группу объединить одним концентратором, а эти концентраторы уже подключать к коммутатору, то между группами будет проходить только то, что должно проходить между группами.

3. Если в сети есть более одного сервера или несколько узлов куда «стекается» информация: серверы, принтсерверы, интернет-серверы и т.д. Тогда, подключив их к коммутатору, Вы ускорите работу с ними как за счет скорости передачи (200MB/s full duplex), так и за счет разделения потоков (1 Gbps internal bus) и освободите сеть.

4. В некоторой степени коммутаторы можно применять и как повторители (удлинители) сети. Если с помощью двух концентраторов Вы можете построить сеть только в радиусе 205 м (для сети 100 Mbps), то, применяя 4 коммутатора, можно попытаться протянуть сеть до 500 м.

Наверняка есть еще большое количество вариантов применения.

Впрочем, при разнице в цене концентраторов и коммутаторов фирмы TRENDware, их можно применять почти везде.

Посмотрим, что может собой представлять коммутатор на примере устройств TRENDnet TE100-S55E/88E. Это небольшая металлическая коробочка 171x100x28 mm, с выносным блоком питания 220V и панелью разъемов с обратной стороны. На лицевой панели размещены светодиоды индикации питания, режима работы на скорости 10/100 Mbps, collision/fullduplex, индикатор подсоединения/активности (link/activity).

Для тех, кто не любит коробочек и выносных блоков питания (и унести тоже сложнее) выпускается внутренний коммутатор TE100-S4PCI, который также позволяет объединить в сеть до 5-и устройств. Причем, вместо коробочки и блока питания, Вы за ту же цену получаете сетевой адаптер в который и встроен коммутатор.

Когда эти строки выйдут из печати уже будет доступен еще один «меленький» коммутатор на 16 портов.

Коммутатор (от лат. "менять, изменять") имеет несколько значений. Этот термин применяют в математике, компьютерных и телефонных сетях, в технике. В данной статье подробно рассмотрим, что такое коммутатор и для чего он нужен.

Автомобильный коммутатор

В технических отраслях - это прибор (переключатель, распределитель), который обеспечивает при помощи включения, переключения либо отключения выбор необходимой цепи и соединяет с ней входную цепь. В любом транспортном средстве есть коммутатор. В автомобильной практике коммутаторы чаще используются как отдельные устройства. Они могут тестировать элементы в системе зажигания, автоматически регулировать угол опережения зажигания в момент переключения автомобиля с бензина на газ и т. д. Современные коммутаторы оснащены аварийным режимом работы.

Сетевой коммутатор

Сетевой коммутатор и switch - это один и тот же термин. Для чего нужен коммутатор? Например, у вас дома есть два компьютера, каждый с сетевой картой. Для объединения их в сеть необходим кроссоверный кабель. Что же делать, если вы приобрели еще один или несколько компьютеров, и их нужно объединить в одну сеть?

Наиболее оптимальным решением данного вопроса будет приобретение сетевого коммутатора. Он объединяет различные сетевые устройства такие, как компьютеры, серверы, подключенные к ним, в единый сегмент сети. Проще говоря, все приборы, подключенные к коммутатору, смогут "общаться" между собой. Покупая коммутатор, вы можете столкнуться также с терминами концентратор и маршрутизатор. Некоторые считают, что это одно и тоже. Да, они похожи, но различия все же есть. И их нельзя оставить без внимания.

Кратко рассмотрим, чем отличается концентратор от маршрутизатора. Концентратор - самое простой и дешевый прибор, соединяющий компьютеры в небольшую сеть. Сетевой коммутатор делает то же самое, но гораздо результативнее. Обладая некоторым «интеллектом», информация передается конкретному адресату с помощью mac-адреса. Маршрутизатор (роутер) - это интеллектуальное устройство, объединяющее две и более сети. С его помощью подключают несколько компьютеров к сети интернет. Более дорогостоящий.

Маршрутизатор принимает во внимание множество путей для передачи информации. Также блокирует радиопередачи, обеспечивая более высокий уровень безопасности, чем коммутатор. Может корректировать работу в сети, защищает ее, фильтруя пакеты и определяя, какие из них блокировать, а какие пропускать. можно самостоятельно, но для более точной диагностики лучше обратиться к специалисту.

Коммутатор осуществляет «перекидывание» опираясь на специальную MAC таблицу, в которой фиксируются такие значения как: MAC, порт.
Исходя из этого, можно разделить на несколько типов адресов, с которыми работает коммутатор.

1. Известный unicast (или иногда еще называют индивидуальный) адрес.
То есть, коммутатор получил фрейм, «смотрит» в заголовок, первое поле DA (Destination address), затем смотрит в свою таблицу mac адресов, и если такой адрес уже есть в таблице (а к адресу привязывается и порт), то направляет фрейм в нужный порт коммутатора.

2. Неизвестный unicast адрес . Если коммутатор получает фрейм, и такого адреса получателя в своей таблице не находит, то он отправляется на все порты, исключая тот порт, с которого этот фрейм пришел.

Коммутатор может работать в трех режимах.

1. Store-and-forward. Коммутатор получает фрейм целиком (все байты), пересчитывает FCS и сверяет с 4 байтовым полем в фрейме. Если сумма совпадает, то пакет форвардируется в зависимости от MAC таблицы. Если не совпадает, то такой пакет дропается (drop).
2. Cut-through. Этот режим работает следующим образом. Коммутатор получает фрейм и сразу начинает смотреть заголовок, а именно Destination Address (не дожидаясь пока фрейм полностью будет получен), и на основе этих данных форвардит туда, куда указывает MAC таблица. Это позволяет повысить скорость коммутации и уменьшить задержку. FCS не проверяется, в связи с этим даже если фрейм «битый» он будет скомутирован.
3. Fragment-free. Этот режим работает так же как и Cut-through, с одним отличием. Коммутатор принимает первые 64 байта фрейма, это позволяет отсеить большинство ошибочных фреймов Таким образом в этом режиме форвардинг происходит практически так же быстро как и при Cut-through и с наименьшими задержками.