Для чего нужен сетевой коммутатор и чем он отличается от маршрутизатора 

Автор статьи

Виталий Леонидович Черкасов

Системный администратор, инженер компьютерных систем.

Задать вопрос

Количество цифровых устройств постоянно растет, они используются и на работе, и дома. Гаджеты удобно объединять в сеть. Для этого используется коммутатор, он же свитч (switch).

Определение

Разберемся, что такое коммутатор (switch).

Коммутатор — это устройство, через которое происходит обмен данными. Оно объединяет в компьютерную сеть несколько цифровых гаджетов.

Сделан в виде коробки с большим количеством сетевых разъемов RJ45 для подключения кабеля.

Принцип работы, возможности и функции

Сначала о том, зачем он нужен. Чтобы соединять компьютеры, ноутбуки и другие устройства в общую локальную сеть.

• Например, работает большая компания с десятками и сотнями сотрудников. Есть отдел маркетинга, отдел продаж, финансисты, директор и его заместители. Им нужно обмениваться информацией, пользоваться общими таблицами и программами. Делать это через интернет неудобно и опасно (если говорить о соблюдении коммерческой тайны). Лучше объединить рабочие компьютеры в общую закрытую сеть, куда нет доступа посторонним.
• Для больших систем видеонаблюдения также нужны свитчи.
• Дома тоже пользуются коммутаторами. Раньше их часто покупали для сетевых игр. К такой локальной сети можно подключить домашние ноутбуки и даже компьютеры соседей. Сейчас для этой цели чаще используют wi-fi роутеры.
• Коммутатор может понадобиться для организации «умного дома». К свитчу подключают ноутбуки, принтеры, датчики, счетчики и так далее.

Принцип работы коммутатора состоит в следующем. При получении данных от сетевого устройства он просматривает таблицу с MAC адресами и определяет, к какому Еthernet порту подключено устройство, на которое требуется переслать информацию. При этом другие компьютеры не используются в передаче.

Если получателя еще нет в таблице МАС адресов свитча, то он рассылает данные на подключенные сетевые устройства и ждет ответа. Когда целевое устройство ответит, он добавляет его в таблицу МАС адресов. Все последующие пакеты он уже будет отправлять только нужному устройству.

Так работает неуправляемый коммутатор локальной сети. Это относится ко 2 (канальному) уровню OSI. Также существуют модели, способные работать на 3 (сетевом) и 4 (транспортном) уровнях. У них есть расширенные функции, например, они могут управляться вручную, поддерживают QoS, VLAN и другие технологии.

Отличие от концентратора

Раньше в качестве сетевого устройства использовались концентраторы. Они получают сетевые данные на один порт и просто рассылают информацию на все подключенные к нему гаджеты. Такая широковещательная передача данных имеет недостатки:

• большая нагрузка на сеть (данные рассылаются на все компьютеры сети сразу);
• большое количество ошибок, особенно при появлении новых компьютеров;
• невозможно разделить потоки информации, отправлять ее адресно.

Коммутатор (свитч) лишен этих недостатков, он отсылает информацию только целевому устройству.

Отличие от маршрутизатора

Маршрутизатор или роутер имеет более продвинутые возможности по сравнению с сетевым коммутатором. Он может не только управлять трафиком, но и умеет объединять сети с различными архитектурами. Например, он может объединить Ethernet и WAN, для обеспечения доступа к Интернет. При этом маршрутизатор будет выполнять еще и обязанности межсетевого экрана.

Роутер — это, по сути, мини-компьютер, со своей операционной системой и множеством функций и параметров. Например, он может выдавать гаджетам настройки сети, то есть выполнять функции DHCP сервера.

Разновидности

Существует три разновидности коммутатора: неуправляемые, управляемые и настраиваемые.

1. Неуправляемый сетевой коммутатор — это устройство 2 уровня OSI. Используется в маленьком офисе или дома. Такие гаджеты не требуют настройки. Для работы их нужно только соединить с компьютерами сетевым кабелем. Это самые дешевые устройства.
2. Управляемые свитчи работают на 3 уровне OSI. Настраиваются эти гаджеты через WEB интерфейс. Здесь можно задать различные параметры, например приоритеты устройств, параметры сети и другие. Эти гаджеты, чаще всего, используются в промышленных сетях, офисах больших компаний. Управляемые коммутаторы дороже неуправляемых и настраиваемых.
3. Настраиваемые свитчи по функциональности уступают управляемым, но превосходят неуправляемые. Они поддерживают некоторые настройки, например VLAN.

Параметры

Свитчи имеют достаточно много параметров, на которые нужно обратить внимание.

Количество портов коммутатора определяет, сколько единиц оборудования можно подключить. Дома используются гаджеты, имеющие от 5 до 15 портов.

Оборудование, у которого от 15 до 52 портов, предназначено для офиса. Кроме количества портов, следует также обратить внимание на их скорость. Современные гаджеты могут работать на скорости 100 или 1000 Мбит/с.

Скорость обслуживания пакетов – это характеристика, определяющая производительность свитча. Стандартный размер пакета равен 64 байта. Данная величина измеряется в миллионах пакетов за секунду (Mpps).

РоЕ (Power over Ethernet), данная функция позволяет подавать электричество к устройству через сетевой кабель. При этом качество передаваемой информации не снижается. С помощью данной опции можно подключать гаджеты, к которым электричество подвести проблематично, например, WEB камеры.

SFP порты используются для подключения к устройствам высшего уровня или к другим коммутаторам. Этот порт является слотом, к которому подключается специальный SFP-модуль. После этого уже можно подключать другое устройство, например, оптоволоконный кабель.

Кроме технических характеристик, следует также обратить внимание на то, какие функции еще поддерживает свитч.

Энергосберегающие коммутаторы способны следить за активностью подключенных устройств. Когда они выявляют неактивный сетевой порт, то переводят его в спящий режим. По заявлению производителей, данная функция способна сохранить до 80% электрической энергии.

VLAN требуется для разграничения сегментов локальной сети. С помощью этой функции можно создать отдельные участки для отделов или филиалов фирмы.

Функция защиты от широковещательного шторма позволяет бороться с DDoS атаками. Модели, имеющие эту функцию, своевременно выявляют флуд и отсекают его.

Функция сегментации трафика позволяет так настраивать порты, чтобы они были логически отделены друг от друга, но могли подключаться к серверу.

Функция стекирования позволяет объединить несколько коммутаторов в стек. Эта возможность востребована в сетях больших разветвленных компаний.

Режимы работы

Коммутатор может передавать данные в трех режимах. Они отличаются друг от друга уровнем надежности и временем ожидания.

1. В режиме Cut-Through или как он еще называется сквозной, коммутатор считывает из приходящих данных только адрес получателя и отправляет информацию без проверок. При этом время ожидания наименьшее, но появляется вероятность передачи информации с ошибками.
2. В режиме Store and Forward (еще называется промежуточный) свитч проверяет все данные на наличие ошибок, и только после этого передает информацию получателю. В данном режиме время ожидания максимальное.
3. Следующий режим называется Fragment-Free или бесфрагментарный. Он имеет признаки обеих описанных режимов. Switch считывает адрес получателя и первые 64 байта, которые анализирует на ошибки. Затем информация уходит адресату.

Условия передачи информации в сети меняются. Поэтому полезной функцией свитча является способность менять режим работы в зависимости от обстоятельств.

Сначала коммутатор работает в сквозном режиме (Cut-Through). При появлении ошибок на каком либо порте он переводится в бесфрагментарный (Fragment-Free) режим. Если количество ошибок продолжает расти, то свитч переходит в режим Store and Forward (с промежуточным хранением).