Что такое коммутатор?

При создании компьютерных систем в офисах возникает проблема координации и взаимосвязи большого количества ноутбуков, компьютеров, МФУ и других устройств. Решить эту проблему помогают четко структурированные локальные Ethernet-сети, базирующиеся на использовании специальных устройств - сетевых коммутаторов.

Что такое коммутатор, он же свитч?

Сетевой коммутатор, он же свитч (от англ. switch - переключатель) – это устройство, при помощи которого в границах одного или нескольких сегментов компьютерной сети ее узлы соединяются и могут выполнять обмен данными.

Коммутатор как основной элемент построения сети

Стоит различать сетевой коммутатор и концентратор (хаб). Несмотря на то, что оба этих устройства выполняют одну и ту же функцию, коммутатор направляет данные строго по адресу, тогда как хаб использует широковещательную передачу данных, из-за чего работа сети замедляется, и в ней появляются ошибки.

Наиболее востребованы коммутаторы в случаях подключения к Ethernet значительного числа пользователей в офисах, формирования систем видеонаблюдения с несколькими камерами, «привязанными» к одному компьютеру, организации сетевого подключения с повышенными требованиями к скорости и безотказности, подсоединения датчиков техпроцессов к контрольным пультам на производствах.

Принцип работы

Принцип работы коммутатора

Чтобы понять принцип работы сетевого коммутатора, важно знать концепцию пакета. Пакет представляет собой небольшую часть данных, отправленных с одного устройства на другое (как правило, объемом 64 КБ). Каждому пакету присваивается фрейм (кадр), содержащий его идентификационные данные - физические (аппаратные) адреса отправителя и получателя (МАС), что дает возможность уточнить, какое устройство (хост) отправляет фрейм и какому устройству следует принять пакет и выполнить его обработку.

В ассоциативной памяти свитча оформляется таблица коммутации, в которой МАС-адрес каждого узла привязан к заданному порту коммутатора. Когда коммутатор включается в первый раз, он начинает функционировать в обчающемся режиме, то есть отсылает все данные, приходящие на один порт, к другим. При этом он начинает проводить анализ фреймов, и записывает на небольшой период в таблицу выявленный MAC-адрес устройства-отправителя.

В дальнейшем, если на какой-либо из портов свитча придет фрейм для хоста с МАС-адресом, занесенным в таблицу, то он будет направлен точно через указанный порт. Если MAC-адрес хоста-получателя не присоединен к конкретному порту коммутатора, то фрейм отправится на все порты, исключая тот, с которого он пришел. Со временем в коммутационную таблицу вносятся все активные МАС-адреса, благодаря чему трафик становится локализованным, задержки пересылки уменьшаются, а скорость по каждому порту возрастает.

Разнообразие коммутаторов (свитчей)

Коммутаторы классифицируются на виды по своим ключевым характеристикам - управляемости, эталонной модели сетевых коммуникаций (Open System Interconnect), типам коммутации, пропускной способности отдельного порта.

По управляемости коммутаторы группируются на:

• управляемые – с поддержкой пользовательского управления через собственный сетевой интерфейс. Лучше всего они подходят для крупных компаний;
• неуправляемые – работающие в автоматическом режиме без пользовательского управления и вмешательства в работу и настройки. У таких коммутаторов есть один недостаток - при увеличении числа подключений ограничивается пропускная способность устройства. Поэтому неуправляемые коммутаторы лучше всего использовать в сетях с малым числом узлов.

В соответствии с Open System Interconnect (OSI) коммутаторы относятся к:

• 2-му (канальному) уровню – разработанные для применения исключительно в одном сегменте локальной сети и связанные только с MAC-адресами;
• 3-му (сетевому) уровню – способные поддерживать сетевые протоколы IPv4, IPv6, IPX, PPTP, PPPoE, VPN и тем самым расширять возможности подключения;
• 4-му (транспортному) уровню – способные автоматически выполнять анализ передаваемых данных, распознавать IP-адреса, протоколы TCP/UDP и прочие параметры. Коммутаторы 4-го уровня обладают максимальной производительностью и мощностью.

По технологии коммутации свитчи относятся к типам:

• Store-and-Forward – принятый фрейм приходит целиком, проверяется на наличие ошибок и направляется к принимающему устройству.
• Cut-through – выполняется сквозная передача данных, то есть считывается только адрес назначения, а файл не проверяется на ошибки. Скорость такой передачи значительно выше.
• Fragment-free – по такому типу работы адрес считывается полностью, а фрейм проверяется только частично - 64 байта.

Ширина пропускания каждого порта группирует коммутаторы на симметричные - с шириной полосы пропускания, одинаковой для всех портов (например, 100Mbps или 1Gbps) и асимметричные - в таких моделях имеется несколько портов с различной пропускной способностью.

Как выбрать коммутатор

К основным критериям выбора коммутаторов относятся:

• базовая скорость передачи. В технических характеристиках коммутаторов указываются несколько показателей скорости (например, 10/20/100/200/1000/2000 Мбит/сек) Выбирая свитч, следует ориентироваться на максимальный показатель для этого устройства, а также учитывать специфику оснащения и функционирования сети, в которую этот свитч будет интегрирован;
• количество портов - при подборе коммутатора важно помнить, что к нему будут подключаться не только имеющиеся устройства, но и те, которые будут встроены в сеть в перспективе. Так, для офисных сетей стоит приобретать коммутаторы с количеством портов от 15 до 48;
• исполнение. Коммутаторы выпускаются в настольном, настенном и стоечном виде, и на подбор по этому критерию будут влиять масштабы и сложность Ethernet;
• поддержка PoE - эта функция коммутатора потребуется в ситуациях, когда нужно запитывать устройства (например, IP-камеры в составе локальной сети) через витую пару.
• наличие портов SFP, которые позволяют соединить свитч с другим коммутатором или более высокоуровневым устройством или выполнить нестандартное подключение. Для этой цели в SFP-порты вставляются специальные модули;
• функция энергосбережения, реализованная за счет выявления неактивных портов и их перевода в спящий режим;
• поддержка VLAN, которая позволит сегментировать локальную сеть на участки с логически разграниченным доступом для разных пользователей или отделов;
• функция сегментации трафика, позволяющая настроить порты или группы портов с полной изоляцией друг от друга, но так, чтобы доступ к серверу для них сохранялся.

Помимо этого, при выборе свитча следует учитывать, насколько высоким будет уровень его устойчивости к DDoS-атакам на локальную сеть.

Интересные коммутаторы

Среди представленных на рынке коммутаторов особый интерес для развертывания качественных локальных сетей и для ЦОД представляют следующие модели:

• Arista DCS-7050SX-64-R – управляемый коммутатор третьего уровня (L3), оснащенный 48 портами 10G (SFP+), 4 портами 40G (QSFP+), имеющий пропускную способность до 2,56 Tbps и производительность передачи данных до 1,44 Bpps. Минимальные задержки трафика - от 550 нс. Этот свитч снабжен резервируемыми блоками питания и вентиляторами охлаждения Front-to-Back/ Back-to-Front с возможностью горячей замены. Архитектура у данного коммутатора неблокируема. За счет своих характеристик он отлично масштабируется и считается эталоном для ЦОД;

Arista DCS-7050SX

• BROCADE VDX6740T-56-1-G-F – модель с 48 портами 1000BASE-T и двумя портами 40 GbE QSFP+, причем каждый порт 40GbE может быть разделен на четыре независимых порта 10 GbE SFP +, обеспечивая дополнительные восемь портов 10 GbE SFP + для восходящей линии связи. Данный коммутатор имеет полосу пропускания 1,28 Tbps и производительность 960 Mpps. Задержки коммутации трафика - 850 нс. С помощью представленной модели благодаря технологии Virtual Cluster Switching (VCS) можно создать распределенную Ethernet фабрику (Ethernet fabric) и упростить архитектуру локальной сети;

BROCADE VDX6740T

• JUNIPER EX4200-48P POE – коммутатор с 48 портами 10/100/1000BASE-T RJ-45 с возможностью развертывания гибких восходящих каналов Gigabit Ethernet (GbE) и 10-Gigabit Ethernet (10 GbE). Обладает пропускной способностью 136 Gbps (264 Gbps) и производительностью 101 Mpps. Бюджет POE составляет 740 Вт. Технология виртуального шасси Juniper Networks предусматривает последовательную модульную реализацию функций программного обеспечения JUNOS control plane, плавное переключение двухканальных маршрутизаторов (GRES), управление через единый интерфейс, простое централизованное обновление программного обеспечения, масштабирование от 24 до 480 портов с возможностью подключения до 20 каналов 10 GbE. Встроенный механизм пересылки пакетов основан на интегральной схеме (ASIC) на базе EX-PFE. Интегрированный механизм маршрутизации (RE) обеспечивает все функциональные возможности управления.

JUNIPER EX4200-48P

Отличие коммутатора от маршрутизатора

Маршрутизаторы (роутеры), как и коммутаторы, применяются в построении локальных сетей, но решают иные задачи: они работают сразу с несколькими сетями разнообразных архитектур, распределяя трафик между устройствами, и обеспечивают подключение к интернету.

Основные отличия коммутаторов и маршрутизаторов – это:

• необходимость в проводном подключении для свитчей. Роутеры чаще всего работают по Wi-Fi;
• оснащение маршрутизаторов не только LAN, но и WAN-портами для подключения к Internet;
• высокий уровень OSI - роутеры относятся к третьему (сетевому) уровню и работают не с МАС, а с IP-адресами. В роутерах создаются более сложные, по сравнению с коммутационными, таблицы маршрутизации, в которые заносятся адреса, маски сети назначения, шлюзы, интерфейсы и метрики всех устройств сети, включая другие маршрутизаторы.

Кроме того, маршрутизаторы имеют более сложную систему настроек, позволяющую установить фильтры сайтов, жестко ограничить использование трафика, подключаться к VPN.

Несмотря на такую серьезную разницу в функционале, коммутаторы по-прежнему пользуются спросом, особенно в небольших офисах, благодаря своей ценовой доступности.

Наша компания предлагает купить недорогие б/у коммутаторы самых востребованных и функциональных моделей. Ознакомиться с ассортиментом этих устройств можно в разделе «Сетевое оборудование» нашего сайта.