Коммутатор это сетевое устройство которое запоминает адреса изучая каждый входящий кадр данных
Обновлено: 06.07.2024
Сетевой коммутатор (англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор работает на канальном (втором) уровне модели OSI. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы (3 уровень OSI).
В отличие от концентратора (1 уровень OSI), который распространяет трафик от одного подключённого устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю (исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети и трафик для устройств, для которых неизвестен исходящий порт коммутатора). Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.
Коммутатор хранит в памяти таблицу коммутации, в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора 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 коммутатор анализирует фреймы (кадры) и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу на некоторое время.
Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя не ассоциирован с каким-либо портом коммутатора, то кадр будет отправлен на все порты, за исключением того порта, с которого он был получен. Со временем коммутатор строит таблицу для всех активных MAC-адресов, в результате трафик локализуется.
Как коммутатор создает таблицу MAC-адресов
Рассмотрим подробнее, как коммутатор заполняет таблицу MAC-адресов. Предположим, у нас есть коммутатор и три подключенных к нему компьютера. Таблица МАС-адресов коммутатора изначально пуста.
В момент получения этого кадра коммутатор узнает MAC-адрес компьютера A. И добавляет эту информацию в свою таблицу MAC-адресов. Но коммутатор пока не знает, где находится компьютер B — поэтому отправляет полученный кадр на все свои порты (кроме того, откуда он поступил):
Компьютер B видит свой MAC-адрес и принимает этот кадр, а вот компьютер C его просто отбросит. Компьютер B отвечает компьютеру A — создает ответный кадр и отправляет его к коммутатору. В этот момент коммутатор узнает MAC-адрес компьютера B.
Курс IT Essentials: PC Hardware and Software.
Контрольная работа по главе 7. Принципы организации сетей.
Вопрос 1.
Какое сетевое устройство воспроизводит сигнал данных без сегментации сети?
коммутатор
маршрутизатор
модем
+++ концентратор
Вопрос 2.
Компания готовится к расширению за пределы своей страны. Все филиалы должны быть постоянно подключены к главному офису корпорации. Какая сеть для этого понадобится?
Муниципальная сеть (MAN)
Локальная сеть (LAN)
Беспроводная локальная сеть (WLAN)
+++ Глобальная сеть (WAN)
Вопрос 3.
Коммутатор — это сетевое устройство, которое запоминает
MAC -адреса, изучая каждый входящий кадр данных.
Ответ 1: MAC
Вопрос 4.
Какой тип сетевого кабеля используется телевизионными компаниями для передачи данных в виде электрических сигналов?
неэкранированная витая пара
экранированная витая пара
оптоволоконный кабель
+++ коаксиальный кабель
Вопрос 5.
Студент помогает другу решить проблему с домашним компьютером, который перестал подключаться к Интернету. Изучив ситуацию, студент обнаруживает, что компьютеру был присвоен IP-адрес 169.254.100.88. По какой причине компьютер мог получить такой IP-адрес?
+++ недоступный сервер DHCP
статическая IP-адресация с использованием неполных данных
снижение выходной мощности блока питания компьютера
влияние окружающих устройств
Вопрос 6.
Сколько адресов узлов доступно в сети с маской подсети 255.255.0.0?
+++ 65 534
16 777 214
254
1024
Вопрос 7.
Как правильно записать префикс CIDR для маски подсети 255.0.0.0?
Вопрос 8.
Какие два протокола работают на транспортном уровне модели TCP/IP? (Выберите два варианта.)
IP
+++ TCP
ICMP
FTP
+++ UDP
Вопрос 9.
Какой тип сети имеет небольшую зону действия и служит для подключения принтеров, мышей и клавиатур к отдельному узлу?
+++ персональная сеть (PAN)
локальная сеть (LAN)
беспроводная локальная сеть (WLAN)
муниципальная сеть (MAN)
Вопрос 10.
Какой термин характеризует любое устройство в сети, которое может получать и передавать данные?
+++ узел
периферийное устройство
рабочая станция
сервер
консоль
Вопрос 11.
Какой протокол действует на прикладном уровне модели TCP/IP?
Вопрос 12.
Как указать IPv6-адрес 2001:0db8:eeff:000a:0000:0000:0000:0001 в сжатом формате?
+++ 2001:db8:eeff:a::1
2001:db8:eeff:a:1
2001:db8:eeff:a::0001
2001:db8:eeff:a. 1
Вопрос 13.
Какая эталонная модель делит описание работы сети на семь уровней и используется для обеспечения совместимости оборудования и приложений различных поставщиков?
TIA
+++ OSI
IEEE 802.3
DoD
Вопрос 14.
На каком уровне модели TCP/IP выполняется маршрутизация?
+++ межсетевой уровень (уровень Интернет)
уровень приложений
транспортный уровень
уровень доступа к сети
Вопрос 15.
Какой цвет имеет провод контакта 1 в стандарте T568B для кабелей Ethernet?
бело-зеленый
оранжевый
зеленый
бело-синий
+++ бело-оранжевый
синий
бело-коричневый
коричневый
Вопрос 16.
Какая организация по стандартам публикует действующие стандарты Ethernet?
Сетевой коммутатор — это электронный прибор, объединяющий несколько компьютеров и/или других цифровых устройств в локальную сеть и позволяющий им обмениваться данными. Имеет ещё одно распространённое название — свитч, которое происходит от английского слова switch (коммутатор, переключатель).
Что такое свитч простыми словами
С каждым годом нас окружает всё больше и больше компьютеров, ноутбуков, мобильных и других цифровых устройств. Они используются дома, в офисах, административных и многих других помещениях. Становится всё более актуальной проблема их соединения для передачи данных — такого, которое избавило бы от необходимости переносить информацию, например, на USB-флешке. В недавнем прошлом её решали с помощью концентраторов, но к настоящему моменту их почти вытеснили более интеллектуальные устройства — сетевые коммутаторы, или свитчи. Говоря простыми словами, это — устройства, позволяющие объединить несколько компьютеров в сеть и играющие в ней роль её ядра. Это действительно удобно, причём в самых разных ситуациях:
на предприятии или в офисе, в котором установлено большое количество компьютеров, сетевых принтеров и другой цифровой техники;
в небольшой домашней локальной сети — к примеру, состоящей из нескольких компьютеров, ноутбука и современного телевизора;
в составе масштабной системы видеонаблюдения с большим количеством камер;
в промышленной сети с многочисленными датчиками, контролирующими техпроцессы и передающими данные на диспетчерский пункт;
вомногих других случаях.
Принцип работы коммутатора
За вопросом о том, что такое коммутатор, закономерно следует ещё один: по какому принципу он работает? Всё одновременно и просто, и сложно. Свитч получает данные от обращающихся к нему устройств и постепенно заполняет таблицу коммутации их MAC-адресами. При последующих обращениях коммутатор считывает адрес устройства-отправителя, анализирует таблицу коммутации и определяет по ней, на какое устройство нужно переслать данные. Прочие компьютеры при этом не «знают» о факте передачи информации, поскольку она не имеет к ним отношения. Благодаря этому обеспечивается работа сети в так называемом полнодуплексном (full duplex) режиме.
Выше был описан принцип действия так называемого неуправляемого коммутатора, который работает на втором (канальном) уровне OSI. Помимо таких, существуют более продвинутые модели, работающие на третьем и четвёртом уровнях. Они значительно функциональнее, поскольку допускают ручное управление (в частности, через интерфейс командной строки), поддерживают QoS, VLAN, зеркалирование, обнаружение штормов трафика, ограничение скоростей передачи данных для разных портов и многие другие полезные функции. Такие устройства включают в состав сложных и разветвлённых сетей — в частности, тех, что развёрнуты на больших предприятиях.
Режимы коммутации
Есть три режима, в которых свитч передаёт данные узлам-адресатам. Ключевые особенности каждого режима — степень надёжности передачи и связанное с ней время ожидания.
Первый режим называется Cut-Through — сквозной. Свитч принимает данные, считывает из них только адрес узла-получателя и без каких-либо дополнительных проверок отправляет их по назначению. Время ожидания в этом случае минимально, но возникает вероятность передачи данных с ошибками.
Второй режим называется Store and Forward — с промежуточным хранением. Коммутатор не только считывает адрес получателя, но и анализирует всю поступившую информацию с целью поиска ошибок. Лишь после этого данные передаются по назначению. Время ожидания в сравнении с предыдущим режимом увеличивается — оно необходимо свитчу для проверки.
Третий режим называется Fragment-Free — бесфрагментный, или гибридный. Он представляет собой сочетание двух описанных выше режимов. Коммутатор принимает кадр данных, считывает адрес получателя, а затем проверяет информацию на предмет ошибок, но не всю, а лишь первые 64 байта. После проверки свитч отправляет данные получателю.
Условия передачи данных непостоянны — они меняются со временем. Полезно иметь коммутатор, в котором реализована адаптивная подстройка под эти условия. В начале работы такое устройство включает сквозной режим коммутации для всех портов. Затем те порты, на которых появляется слишком много ошибок, автоматически переводятся в гибридный (бесфрагментный) режим. Наконец, если и после этого ошибок остаётся слишком много, порты переводятся в режим с промежуточным хранением данных.
Отличие коммутатора (switch) от концентратора (hub)
В недавнем прошлом были широко распространены концентраторы (hub). Эти устройства работают на основе широковещательной модели. Выражаясь проще, концентратор, принимая сетевой трафик, просто рассылает его всем без исключения подключенным к нему устройствам. Функция определения адресата, которая есть в коммутаторе, в нём не реализована, и в этом — основное отличие hub от switch. Широковещательная передача данных таит как минимум два подводных камня: во-первых, она сильно загружает сеть и заметно замедляет передачу данных, во-вторых, она влечёт риск появления большого количества ошибок, особенно — при добавлении в сеть новых компьютеров. Использование сетевых коммутаторов избавляет от этих проблем — и именно поэтому эти устройства к настоящему времени почти вытеснили собой концентраторы.
Отличие коммутатора (switch) от маршрутизатора (router)
Коммутатор более функционален, чем концентратор, но ещё больше функций реализовано в маршрутизаторе (или, как его ещё называют, роутере). Это устройство работает на третьем уровне OSI и отвечает не только за распределение трафика по узлам-адресатам, но и за связь между разными сетями с отличающимися архитектурами. В его память записана таблица маршрутизации, на основе данных из которой router решает, куда следует переслать поступивший пакет данных. Пересылка выполняется в соответствии с правилами, заданными администратором при настройке маршрутизатора.
Роутер позволяет снизить загрузку сети, разделяя её на широковещательные домены и фильтруя пакеты. Он даёт возможность объединить Ethernet-сеть и соединения WAN — например, для организации выхода в Интернет. В этом случае маршрутизатор не только транслирует адреса, но и играет роль межсетевого экрана, обеспечивая тем самым информационную безопасность. По сути, любой маршрутизатор — это миниатюрный компьютер с большим количеством настраиваемых параметров. К слову, именно поэтому роль роутера может играть любой персональный компьютер — при условии, что на нём установлено и настроено специализированное программное обеспечение для маршрутизации.
Как выбрать коммутатор
В продаже представлено великое множество моделей коммутаторов, которые существенно отличаются друг от друга как по функциональности, так и по цене. IT-специалисту нужно знать основные характеристики свитчей (читай — критерии выбора).
Базовая скорость передачи
В большинстве случаев в характеристиках коммутаторов указано сразу несколько значений скорости (пример записи — 10/100 Мбит/сек). Нужно ориентироваться на высшее значение — это максимум для данного устройства. Если данные будут поступать на свитч со скоростью меньшей, чем этот максимум, он автоматически подстроится под неё. Модели верхнего ценового диапазона могут работать на скоростях 10/20/100/200/1000/2000Мбит/сек. Принимайте во внимание особенности вашей сети и характеристики входящих в неё устройств и делайте правильный выбор.
Количество портов
В продаже представлены модели с количеством портов от 5 до 48. Выбирайте свитч с учётом не только фактического количества устройств, которые будут к нему подключены немедленно, но и перспективы расширения сети в будущем. Опыт показывает, что для сетей, развёрнутых дома и в небольших офисах, оптимальны коммутаторы с количеством портов от 5 до 15. Для предприятия подойдёт устройство с количеством портов от 15 до 48.
Исполнение (способ установки)
настольные коммутаторы. Это — компактные модели для небольших сетей. Они не вызывают ни малейших сложностей при установке — их можно просто положить на стол;
настенные модели. Также сравнительно компактны, однако имеют специальные пазы, позволяющие зафиксировать их на стене. Как показывает опыт, многие настенные свитчи можно и не крепить на вертикальном основании, а просто положить на стол;
стоечные коммутаторы. В эту категорию входят наиболее продвинутые модели для предприятий, которые устанавливаются в стандартную 19-дюймовую стойку для телекоммуникационного оборудования.
Возможность управления
Одну категорию образуют неуправляемые коммутаторы. Они не позволяют выполнить тонкую настройку, что минус для крупного предприятия, но плюс для использования дома или в небольшом офисе. Неуправляемые модели, как правило, компактны и имеют невысокую стоимость.
Ко второй категории относятся управляемые модели. Они допускают гибкую настройку с помощью специализированного ПО или web-интерфейса. Администратор может менять многочисленные параметры управляемого коммутатора — приоритеты подключенных устройств, общие параметры сети и другие. Такие модели хорошо подходят для использования в сложных и разветвлённых сетях, однако для их настройки нужны специальные познания и определённый опыт.
Поддержка PoE
Выбирайте коммутатор с этой функцией, если вам нужна подача питания к устройствам непосредственно по сетевому кабелю (витой паре). Один из возможных примеров — IP-камеры, включенные в локальную сеть. PoE (Power over Ethernet) — очень удобная функция: она избавляет от необходимости использовать силовые кабели, нисколько не снижая качество передачи данных.
Наличие портов SFP
Свитч с такими портами понадобится, если нужно соединить его с другими коммутаторами или устройствами более высокого уровня. Обратите внимание: SFP — это лишь порт, в него нужно предварительно установить специальный модуль, который, в свою очередь, даст возможность нестандартного подключения (например, по оптоволокну).
Наличие функции энергосбережения
Коммутаторы с такой функцией становятся всё более востребованными — играет роль растущий интерес к защите экологии. Эти интеллектуальные модели следят за подключенными к ним устройствам, выявляют неактивные порты и временно переводят их в спящий режим. Производители утверждают, что функция энергосбережения, реализованная в свитчах, позволяет сэкономить до 80% (!) электроэнергии.
Поддержка VLAN
Выбирайте модель с такой функцией, если нуждаетесь в логическом разграничении отдельных участков локальной сети. Вы сможете создать свои сегменты для разных отделов, подразделений и филиалов компании, организовать сеть общего доступа.
Наличие функции сегментации трафика
Коммутаторы с такой функцией позволяют настраивать порты или их группы так, чтобы они были полностью отделены друг от друга, но при этом имели доступ к серверу.
Поддержка стекирования
Устройство с такой функцией понадобится, если вам нужно создать единый логический коммутатор с количеством портов большим, чем 48. Несложно понять, что поддержка стекирования требуется в масштабных, разветвлённых сетях, развёрнутых на крупных предприятиях.
Наличие защиты от широковещательного шторма
Одно из частных проявлений такого шторма — DDoS-атака на локальную сеть. Если в последнюю входит обычный коммутатор без защиты от широковещательного шторма, в результате атаки вся сеть может попросту «лечь». Модели, в которых такая защита реализована, выявляют флуд и своевременно отсекают его, благодаря чему сеть остаётся стабильной.
В этом руководстве мы постараемся ответить на несколько основных вопросов, которыми может задаться обычный пользователь . Вы узнаете, что из себя представляет switch (свитч) , какие существуют типы сетевых коммутаторов и, конечно же, основные функции и структура коммутатора.
Что такое сетевой коммутатор?
Сетевой коммутатор LAN , или в переводе с английского switch (свитч) — переключатель, в среде компьютерных сетей подразумевает устройство , управляющее пакетным трафиком в локальной сети.
Коммутатор обычно делает это, работая на втором уровне модели TCP / IP и модели OSI / ISO. Проще говоря: Ethernet-коммутатор отвечает за передачу информации от одного устройства к другому. В результате большему количеству таких устройств не требуется напрямую связываться друг с другом.
Также необходимо уточнить, что нет такого устройства, как «интернет-свитч», позволяющий соединять устройства посредством Интернета. Коммутаторы используются только для использования в Ethernet, т.е. в локальной сети.
HUB, или сетевой концентратор, отправляет каждый полученный пакет всем подключенным устройствам, и именно получатели должны определить, направлена ли им информация. Это решение отрицательно сказывается на пропускной способности сети.
Как работает сетевой коммутатор?
Чтобы понять, как работает сетевой коммутатор, важно знать концепцию пакета. Вкратце: пакет — это небольшая часть данных, отправленных с одного устройства на другое. Максимальный размер такого пакета составляет 64 КБ, но обычно они весят намного меньше. Однако независимо от того, сколько данных несет пакет, у него всегда есть свой фрейм , в котором содержатся идентификационные данные. Именно из фрейма коммутатор считывает физические (MAC) адреса отправителя и получателя.
Маршрутизатор и коммутатор — в чем разница?
Коммутаторы используются для соединения различных устройств, таких как компьютеры, принтеры, смартфоны и т. д., в одну локальную сеть. Для соединения таких сетей используется маршрутизатор . Таким образом, основное различие заключается в работе на другом сетевом уровне.
Важным отличием также является функция NAT , которую мы не найдем в коммутаторах. На практике, однако, в настоящее время каждый стационарный домашний маршрутизатор имеет встроенный коммутатор, поэтому формально это маршрутизатор-коммутатор, даже если у него всего один LAN разъем, но есть встроенный модуль Wi-Fi.
Ничто не препятствует расширению нашей домашней или корпоративной сети за счет использования другого или даже нескольких коммутаторов. Это естественным образом приводит нас к разделению сетевых коммутаторов на разные типы.
Типы сетевых коммутаторов
- «Обычный» неуправляемый гигабитный коммутатор - это простейшие устройства, работающие только на втором уровне (то есть с использованием только MAC-адресов). Они не требуют обслуживания, и поэтому не предлагают никаких вариантов конфигурации и идеально подходят для подключения больших групп устройств на определенной площади (например, компьютерный зал).
- Неуправляемый интеллектуальный коммутатор - не позволяет удаленно управлять коммутаторами более высокого уровня, но он поддается настройке. Эти типы коммутаторов также часто работают на третьем уровне и в разных (виртуальных) подсетях. Они идеально подходят в качестве главного устройства для управления сетевой инфраструктурой среднего размера.
- Управляемый коммутатор - тип коммутатора, которым можно управлять через выделенный порт. Управляемые коммутаторы доступны не только на уровнях L2 и L3, но и L4. Кроме того, они также могут сочетать функции интеллектуальных переключателей. Этот тип оборудования лучше всего работает в очень больших и разветвленных сетевых Ethernet инфраструктурах, где требуется централизованное управление всей сетью.
Какой свитч выбрать? Самые важные особенности, на которые стоит обратить внимание
Для типичной офисной работы или домашнего использования скорость 1 Гбит/с и гигабитный коммутатор прослужат очень долго. Однако для работы непосредственно на корпоративном NAS*, ввиду большой загруженности, может быть рекомендована пропускная способность до 10 Гбит/с. Здесь также необходимо проверить стандарт, по которому работают наши принимающие устройства, чтобы не переплачивать за производительность, которую мы все равно не будем использовать.
Конечно, есть еще много параметров, но они зависят от специфики нашей сети — например, от размера таблицы MAC-адресов.
Когда нужно покупать свитч для дома
В ситуации, когда мы хотим в полной мере использовать продвинутый домашний NAS, а маршрутизатор предлагает только 1GbE, покупка даже многопортового коммутатора 2.5GbE станет отличным решением . После установки выбранные устройства могут быть подключены друг к другу в более современном стандарте, и только после этого коммутатор может быть подключен к маршрутизатору.
Свитчи для компании или корпорации
Использование коммутаторов просто необходимо для больших локальных сетей. В крупных компаниях за сеть обычно отвечает сетевой администратор, который очень хорошо знает, что такое коммутатор (и вам не нужно объяснять ему, для чего нужен коммутатор). Именно этому человеку следует предоставить возможность выбирать подходящее оборудование для расширенной сети. Это позволит избежать проблем с работой компьютерной сети.
Теперь вы знаете, что из себя представляет сетевой коммутатор, какие существуют типы свитчей и, конечно же, основные функции и структуру коммутатора. Надеюсь, статья была для вас полезной.
Читайте также: