Логическая топология сети Ethernet - это шина с множественным доступом, в которой все устройства используют общий доступ к одной и той же среде передачи данных. Эта логическая топология определяет, как узлы в сети просматривают и обрабатывают кадры, отправляемые и получаемые в этой сети. Тем не менее, в настоящее время практически во всех сетях Ethernet используется физическая топология типа «звезда» или «расширенная звезда». Это означает, что в большинстве сетей Ethernet оконечные устройства, как правило, подключаются к коммутатору LAN уровня 2 по принципу «точка-точка».
Коммутатор LAN уровня 2 осуществляет коммутацию и фильтрацию только на основе МАС-адреса канального уровня модели OSI. Коммутатор полностью прозрачен для сетевых протоколов и пользовательских приложений. Коммутатор уровня 2 создаёт таблицу МАС-адресов, которую в дальнейшем использует для принятия решений о пересылке пакетов. В процессе передачи данных между независимыми IP-подсетями коммутаторы уровня 2 полагаются на маршрутизаторы.
Коммутаторы используют MAC-адреса для передачи данных по сети через свою коммутирующую матрицу на соответствующий порт в направлении узла назначения. Коммутирующая матрица представляет собой интегрированные каналы и дополняющие средства машинного программирования, что позволяет контролировать пути прохождения данных через коммутатор. Чтобы коммутатор смог понять, какой порт необходимо использовать для передачи кадра одноадресной рассылки, сначала ему необходимо узнать, какие узлы имеются на каждом из его портов.
Коммутатор определяет способ обработки входящих кадров, используя для этого собственную таблицу МАС-адресов. Он создаёт собственную таблицу MAC-адресов, добавляя в нее MAC-адреса узлов, которые подключены к каждому из его портов. После внесения MAC-адреса для того или иного узла, подключённого к определённому порту, коммутатор сможет отправлять предназначенный для этого узла трафик через порт, который сопоставлен с узлом для последующих передач.
Если коммутатор получает кадр данных, для которого в таблице нет MAC-адреса назначения, он пересылает этот кадр на все порты, за исключением того, на котором этот кадр был принят. Если от узла назначения поступает ответ, коммутатор вносит MAC-адрес узла в таблицу адресов, используя для этого данные из поля адреса источника кадра. В сетях с несколькими подключёнными коммутаторами в таблицы MAC-адресов вносятся несколько MAC-адресов портов, соединяющих коммутаторы, которые отражают элементы за пределами узла. Как правило, порты коммутатора, используемые для подключения двух коммутаторов, имеют несколько MAC-адресов, внесённых в соответствующую таблицу.
В прошлом коммутаторы использовали один из следующих способов пересылки для коммутации данных между сетевыми портами:
Коммутация с буферизацией
Коммутация без буферизации
При коммутации с буферизацией, когда коммутатор получает кадр, он хранит данные в буфере до тех пор, пока не будет получен весь кадр. Во время сохранения коммутатор анализирует кадр, чтобы получить информацию о его адресате. При этом коммутатор также выполняет проверку на наличие ошибок, используя концевую часть кадра Ethernet циклического контроля избыточности (CRC).
При использовании коммутации без буферизации коммутатор обрабатывает данные по мере их поступления даже в том случае, если передача ещё не завершена. Коммутатор добавляет в буфер именно такое количество кадра, которое требуется для чтения MAC-адреса назначения, чтобы он смог определить, на какой порт пересылать данные. MAC-адрес назначения указан в 6 байтах кадра после преамбулы. Коммутатор ищет MAC-адрес назначения в своей таблице коммутации, определяет порт исходящего интерфейса и направляет кадр на свой узел назначения через выделенный порт коммутатора. Коммутатор не проверяет кадр на наличие каких-либо ошибок. Поскольку коммутатору не нужно ждать добавления в буфер всего кадра целиком, и при этом он не выполняет проверку ошибок, коммутация без буферизации происходит быстрее, чем коммутация с буферизацией. Тем не менее, так как коммутатор не проверяет ошибки, он пересылает повреждённые кадры по всей сети. При пересылке повреждённые кадры уменьшают пропускную способность. В конечном итоге сетевая плата назначения отклоняет повреждённые кадры.
Модульные коммутаторы предлагают большую гибкость конфигурации. Как правило, они поставляются с шасси различного размера, что позволяет устанавливать несколько модульных линейных плат. Порты фактически располагаются на линейных платах. Линейная плата вставляется в шасси коммутатора подобно платам расширения, устанавливаемым в ПК. Чем больше шасси, тем больше модулей оно поддерживает. Как показано на рисунке, на выбор предлагается множество различных размеров шасси. Если вы приобрели модульный коммутатор с 24-портовой линейной платой, вы можете легко установить еще одну такую же плату, в результате чего общее количество портов будет увеличено до 48.
Вопросы построения локальных сетей представляются пользователям-неспециалистам весьма сложными из-за обширного терминологического словаря. Хабы и свитчи рисуются в воображении сложным оборудованием, напоминающим телефонные АТС, и создание локальной домашней сети становится поводом для обращения к специалистам. На самом же деле не так страшен свитч, как его название: оба устройства представляют собой элементарные узлы сети, обладающие минимальной функциональностью, не требующие знаний по установке и эксплуатации и вполне доступные каждому.
Хаб — сетевой концентратор, предназначенный для объединения компьютеров в единую локальную сеть посредством подключения Ethernet-кабелей.
Свитч (switch — переключатель) — сетевой коммутатор, предназначенный для объединения в локальную сеть нескольких компьютеров через Ethernet-интерфейс.
Как видим из определения, разница между хабом и свитчем связана с видом устройств: концентратор и коммутатор. Несмотря на одну задачу — организацию локальной сети посредством Ethernet — подходят к ее решению устройства по-разному. Хаб представляет собой простейший разветвитель, обеспечивающий прямое соединение между клиентами сети. Свитч — более “умное” устройство, распределяющее пакеты данных между клиентами в соответствии с запросом.
Хаб, получая сигнал от одного узла, передает его всем подключенным устройствам, и прием целиком зависит от адресата: компьютер должен сам распознать, ему ли предназначен пакет. Естественно, ответ предполагает ту же самую схему. Сигнал тычется во все сегменты сети, пока не найдет тот, который его примет. Это обстоятельство снижает пропускную способность сети (и скорость обмена данными, соответственно). Свитч, получая пакет данных от компьютера, направляет его именно по тому адресу, который был задан отправителем, избавляя сеть от нагрузки. Сеть, организованная посредством коммутатора, считается более безопасной: обмен трафиком происходит напрямую между двумя клиентами, и другие не могут обрабатывать сигнал, предназначенный не им. В отличие от хаба, свитч обеспечивает высокую пропускную способность созданной сети.
Хаб Logitec LAN-SW/PS
Свитч требует правильной настройки сетевой карты компьютера-клиента: IP адрес и маска подсети должны друг другу соответствовать (маска подсети указывает часть IP-адреса как адреса сети, а другую часть — как адреса клиента). Хаб настроек не требует, потому как работает на физическом уровне сетевой модели OSI, транслируя сигнал. Свитч работает на уровне канальном, осуществляя обмен пакетами данных. Еще одна особенность хаба — уравнивание узлов в отношении скорости передачи данных, ориентируясь на самые низкие показатели.
Свитч COMPEX PS2208B Подключение интернета в квартиру или частный дом всегда вызывает много вопросов. Для начала мы выбираем интернет-провайдера, если есть из чего выбирать. После мы присматриваемся к тарифам, а уже потом пытаемся узнать, чем коммутатор отличается от маршрутизатора.
Оба устройства относятся к Они рассчитаны на функционирование компьютерных сетей. К ним относятся не только коммутатор и маршрутизатор, но и концентратор, патч-панель и др. Любое можно приписать к одной из групп: активное или пассивное. Нужно понять, в чем же разница между ними.
Эти устройства построены на электронных схемах, которые получают электрическое питание. Такое оборудование рассчитано на усиление и преобразование сигнала. Основная характеристика - использование особых алгоритмов для обработки. Что это значит?
Интернет-сеть работает с пакетной отправкой файлов. Каждый такой набор имеет свои технические параметры: сюда входят материалы о его источниках, целях, целостности данных и пр. Эти показатели дают возможность переносить пакеты по нужному адресу.
Активное устройство не просто находит сигнал, а и обрабатывает эти технические параметры. Оно направляет их по потокам в соответствии со встроенными алгоритмами. Такое умение и дает возможность аппарату называться таковым.
Эта группа не получает нужного питания от электрической сети. Работает с распределением и снижением уровней сигналов. К таким устройствам смело можно отнести кабели, вилку и розетку, балун, патч-панель. Некоторые сюда приписывают телекоммуникационные шкафы, кабельные лотки и пр.
Поскольку сеть активна преимущественно благодаря первой группе устройств, мы о ней и поговорим. Сюда можно отнести десять аппаратов разных типов. Например, сетевой адаптер, который находится в самом компьютере. Сетевое оборудование такого типа сейчас встречается во всех ПК и помогает подсоединиться к ЛВС.
Сюда же стоит отнести репитер. Устройство имеет два порта и работает с дубликацией сигналов. Таким образом помогает увеличить размеры сетевого сегмента. Концентратор - это также активное оборудование, которое иногда называют хабом. Оно функционирует с 4-32 каналами и служит для взаимодействия всех участников в сети.
Ну и наконец-то, мы подобрались к вопросу о том, чем коммутатор отличается от маршрутизатора. Хотя кроме них, есть еще ретранслятор, медиаконвертер, мост и сетевой трансивер.
Итак, начнем с этого устройства. В народе его просто называют роутером. Служит оно для пересылки пакетов между разными сегментами сети. При этом руководствуется правилами и таблицами маршрутизации. Устройство связывает сети с разной архитектурой. Чтобы корректно совершать процесс, оно изучает типологию, определяет правила, которые задал администратор.
Чтобы разобраться с вопросом о том, чем коммутатор отличается от маршрутизатора, важно понимать принципы работы одного и второго устройства. Так вот, маршрутизатор для начала изучает информацию о получателе: смотрит его адрес и название набора. Дальше переходит в и идентифицирует путь для передачи файлов. Если в таблицах нет нужной информации, пакеты данных сбрасываются.
Иногда, чтобы выбрать нужный путь, могут использовать и другие методы. Например, изучается адрес отправителя, протоколы верхних уровней и все данные, которые скрыты за названием набора.
Маршрутизаторы взаимодействуют с трансляцией адресов, фильтруют транзитные потоки по прописанным правилам, шифруют или расшифровывают передаваемые файлы.
Сетевой коммутатор или свитч - это аппарат, который взаимодействует с подключением нескольких узлов сети ПК. Весь процесс не выходит за рамки нескольких или одной части сети.
Это оборудование также относится к группе активных. Оно функционирует на канальном уровне OSI. Поскольку изначально свитч был настроен на работу с мостовыми параметрами, его могут рассматривать как многопортовый мост. Чтобы объединить несколько линий на сетевом уровне, используют как раз маршрутизатор.
Коммутатор не властен над распространением трафика от одного гаджета к остальным. Он передает информацию только нужному человеку. Процесс имеет хорошую производительность и обеспечивает безопасность интернет-сети.
Работа коммутатора состоит в том, чтобы сохранять таблицу коммутации и, используя её, определять соответствия между MAC-адресами. Когда происходит подключение оборудования, таблица пустует и заполняется по мере самообучения аппарата.
Файлы, которые попадают на один из портов, тут же рассылаются по другим каналам. Аппарат начинает исследовать фреймы и после определения адресов отправителя временно вносит информацию в архив. Когда порт получает кадр, адрес которого уже записан, то он будет передан по тому пути, который указан в конфигурации.
Чем коммутатор отличается от маршрутизатора? На первый взгляд, однозначно стоит сказать, что в принципах работы кроются главные отличия этих устройств. Есть довольно интересная аналогия, которая легко объясняет разницу.
Предположим, у нас есть почтовый сервер корпорации. Сотрудник отправил файл, который должен попасть к получателю через внутреннюю или локальную систему доставки. В этом случае свитч является почтовым сервером, а маршрутизатор - локальным.
Что мы имеем? Коммутатор не анализирует содержание почты и её тип. Он хранит список всех работников фирмы, адреса их офисов. Поэтому его главная задача - передать почту конкретному адресату.
В этой всей истории маршрутизатор работает почтальоном по доставке информации людям, которые работают вне компании. Он проверяет содержимое и может самостоятельно менять правила доставки, если найдена какая-то дополнительная информация в письме.
Недостаток маршрутизатора по сравнению с коммутатором кроется в непростом и затратном администрировании. Специалисты, которые работают с этим оборудованием, должны владеть огромным количеством параметров. При этом конфигурация все время должна быть согласована с другой конфигурацией в сети.
Большинство компаний стараются модернизировать свою сеть, поэтому меняют устаревшее оборудование на свитч между маршрутизаторами и сетями. Новые устройства помогают улучшить производительность, а их устаревшие «коллеги» продолжают работать над безопасностью.
Настройка маршрутизатора и коммутатора - дело непростое. Обычному пользователю сюда вообще лучше не лезть. При настройке домашней сети приезжают специалисты, которые устанавливают это оборудование и параллельно его настраивают. Процесс этот непростой. Он индивидуальный для каждого провайдера и конкретной сети.
Если случаются какие-то сбои, то нужно обращаться к интернет-провайдеру, поскольку если произошли проблемы с настройкой, то без него вам не справиться.
Выбор маршрутизатора, который следует использовать, определяется интерфейсами Ethernet, которые соответствуют технологии коммутаторов в центре LAN. Важно отметить, что маршрутизаторы предлагают множество служб и функций для LAN.
У каждой LAN есть маршрутизатор, используемый в качестве шлюза для соединения LAN с другими сетями. В LAN есть один или более концентраторов или коммутаторов, чтобы соединять конечные устройства с LAN.
Маршрутизаторы являются основными устройствами, используемыми, чтобы соединять сети. Каждый порт на маршрутизаторе соединяется с различной сетью и направляет пакеты между сетями. Маршрутизаторы могут разбивать широковещательные домены и домены коллизий.
Маршрутизаторы также используются, чтобы соединять сети, которые используют различные технологии. У них могут быть и LAN, и WAN интерфейсы.
Интерфейсы LAN маршрутизаторов позволяют им соединяться с носителями LAN. Обычно это кабельные соединения UTP, но могут быть добавлены модули для того, чтобы использовать волоконную оптику . В зависимости от серии или модели маршрутизаторов, они могут иметь несколько типов интерфейсов для кабельных соединений WAN и LAN.
Чтобы создать LAN, мы должны выбрать соответствующие устройства, чтобы соединить конечные узлы с сетью. Два наиболее распространенных используемых устройства - концентраторы и коммутаторы.
Концентратор получает сигнал, регенерирует его и отправляет на все порты. Использование концентраторов создает логическую шину. Это означает, что LAN использует носитель в режиме мультидоступа. Порты используют подход совместного использования полосы пропускания, что часто приводит к уменьшению производительности в LAN из-за коллизий и восстановления. Хотя можно соединить несколько концентраторов, все равно останется единственный домен коллизий.
Концентраторы менее дороги, чем коммутаторы. Концентратор обычно выбирается в качестве посреднического устройства для очень небольшой LAN, которая имеет низкие требования к пропускной способности, или при ограниченных финансах.
Коммутатор принимает кадр и регенерирует каждый бит кадра на соответствующий порт назначения. Это устройство используется, чтобы сегментировать сеть на несколько доменов коллизий. В отличие от концентратора, коммутатор уменьшает количество коллизий в LAN. Каждый порт на коммутаторе создает отдельный домен коллизий. Это создает логическую топологию точка-точка для устройства на каждом порту. Кроме того, коммутатор предоставляет выделенную полосу пропускания на каждом порту, что может увеличить производительность LAN. LAN-коммутатор может также использоваться, чтобы соединять сегменты сети с различными скоростями.
Вообще, для подключения устройств к LAN выбираются коммутаторы. Хотя коммутатор более дорог, чем концентратор, его улучшенная производительность и надежность делают его экономически выгодным.
Есть целый спектр доступных коммутаторов со множеством функций, которые позволяют соединить множество компьютеров в типичную установку LAN предприятия.
Как выбрать коммутатор при существующеи разнообразии? Функциональность современных моделей очень разная. Можно приобрести как простейший неуправляемый свитч, так и многофункциональный управляемый коммутатор, немногим отличающийся от полноценного роутера. В качестве примера последнего можно привести Mikrotik CRS125-24G-1S-2HND-IN из новой линейки Cloud Router Switch. Соответственно, и цена таких моделей будет гораздо выше.
Поэтому при выборе коммутатора прежде всего нужно определиться, какие из функций и параметров современных свитчей вам необходимы, а за какие не стоит переплачивать. Но сначала - немного теории.
Однако если раньше управляемые коммутаторы отличались от неуправляемых, в том числе, более широким набором функций, то сейчас разница может быть только в возможности или невозможности удаленного управления устройством. В остальном - даже в самые простые модели производители добавляют дополнительный функционал, частенько повышая при этом их стоимость.
Поэтому на данный момент более информативна классификация коммутаторов по уровням.
Для того, чтобы выбрать коммутатор, оптимально подходящий под наши нужды, нужно знать его уровень. Этот параметр определяется на основании того, какую сетевую модель OSI (передачи данных) использует устройство.
Как выбрать коммутатор по параметрам и функциям? Рассмотрим, что подразумевается под некоторыми из часто встречающихся обозначений в характеристиках. К базовым параметрам относятся:
Количество портов . Их число варьируется от 5 до 48. При выборе коммутатора лучше предусмотреть запас для дальнейшего расширения сети.
Базовая скорость передачи данных . Чаще всего мы видим обозначение 10/100/1000 Мбит/сек - скорости, которые поддерживает каждый порт устройства. Т. е. выбранный коммутатор может работать со скоростью 10 Мбит/сек, 100 Мбит/сек или 1000 Мбит/сек. Достаточно много моделей, которые оснащены и гигабитными, и портами 10/100 Мб/сек. Большинство современных коммутаторов работают по стандарту IEEE 802.3 Nway, автоматически определяя скорость портов.
Пропускная способность и внутренняя пропускная способность.
Первая величина, называемая еще коммутационной матрицей - это максимальный объем трафика, который может быть пропущен через коммутатор в единицу времени. Вычисляется очень просто: кол-во портов х скорость порта х 2 (дуплекс). К примеру, 8-портовый гигабитный коммутатор имеет пропускную способность в 16 Гбит/сек.
Внутренняя пропускная способность обычно обозначается производителем и нужна только для сравнения с предыдущей величиной. Если заявленная внутренняя пропускная способность меньше максимальной - устройство будет плохо справляться с большими нагрузками, тормозить и зависать.
Автоматическое определение MDI/MDI-X . Это автоопределение и поддержка обоих стандартов, по которым была обжата витая пара, без необходимости ручного контроля соединений.
Слоты расширения . Возможность подключения дополнительных интерфейсов, например, оптических.
Размер таблицы MAC-адресов . Для выбора коммутатора важно заранее просчитать необходимый вам размер таблицы, желательно с учетом будущего расширения сети. Если записей в таблице не будет хватать, коммутатор будет записывать новые поверх старых, и это будет тормозить передачу данных.
Форм-фактор . Коммутаторы выпускаются в двух разновидностях корпуса: настольный/настенный вариант размещения и для стойки. В последнем случае принят стандартный размер устройства -19-дюймов. Специальные ушки для крепления в стойку могут быть съемными.
Управление потоком (Flow Control , протокол IEEE 802.3x). Предусматривает согласование приема-отправки данных между отправляющим устройством и коммутатором при высоких нагрузках, во избежание потерь пакетов. Функция поддерживается почти каждым свитчом.
Jumbo Frame
- увеличенные пакеты.
Применяется для скоростей от 1 гбит/сек и выше, позволяет ускорить передачу данных за счет уменьшения количества пакетов и времени на их обработку. Функция есть почти в каждом коммутаторе.
Режимы Full-duplex и Half-duplex
. Практически все современные свитчи поддерживают автосогласование между полудуплексом и полным дуплексом (передача данных только в одну сторону, передача данных в обе стороны одновременно) во избежание проблем в сети.
Приоритезация трафика (стандарт IEEE 802.1p)
- устройство умеет определять более важные пакеты (например, VoIP) и отправлять их в первую очередь. Выбирая коммутатор для сети, где весомую часть трафика будет составлять аудио или видео, стоит обратить внимание на эту функцию
Поддержка VLAN
(стандарт IEEE 802.1q
).
VLAN - удобное средство для разграничения отдельных участков: внутренней сети предприятия и сети общего пользования для клиентов, различных отделов и т.п.
Для обеспечения безопасности внутри сети, контроля или проверки производительности сетевого оборудования, может использоваться зеркалирование (дублирование трафика). К примеру, вся поступающая информация отправляется на один порт для проверки или записи определенным ПО.
Перенаправление портов . Эта функция вам может понадобиться для развертывания сервера с доступом в интернет, или для онлайн-игр.
Защита от "петель" - функции STP и LBD . Особенно важны при выборе неуправляемых коммутаторов. В них обнаружить образовавшуюся петлю - закольцованный участок сети, причину многих глюков и зависаний - практически невозможно. LoopBack Detection автоматически блокирует порт, на котором произошло образование петли. Протокол STP (IEEE 802.1d) и его более совершенные потомки - IEEE 802.1w, IEEE 802.1s - действуют немного иначе, оптимизируя сеть под древовидную структуру. Изначально в структуре предусмотрены запасные, закольцованные ветви. По умолчанию они отключены, и коммутатор запускает их только тогда, когда происходит разрыв связи на какой-то основной линии.
Агрегирование каналов (IEEE 802.3ad) . Повышает пропускную способность канала, объединяя несколько физических портов в один логический. Максимальная пропускная способность по стандарту - 8 Гбит/сек.
Стекирование . Каждый производитель использует свои собственные разработки стекирования, но в общем эта функция обозначает виртуальное объединение нескольких коммутаторов в одно логическое устройство. Цель стекирования - получить большее количество портов, чем это возможно при использовании физического свитча.
Многие коммутаторы определяют неисправность кабельного соединения, обычно при включении устройства, а также вид неисправности - обрыв жилы, короткое замыкание и т.п. Например, в D-Link предусмотрены специальные индикаторы на корпусе:
Защита от вирусного трафика (Safeguard Engine) . Методика позволяет повысить стабильность работы и защитить центральный процессор от перегрузок "мусорным" трафиком вирусных программ.
Энергосбережение. Как выбрать коммутатор, который будет экономить вам электроэнергию? Обращайте внимани е на наличие функций энергосбережения. Некоторые производители, например D-Link, выпускают коммутаторы с регулировкой потребления электроэнергии. Например, умный свитч мониторит подключенные к нему устройства, и если в данный момент какое-то из них не работает, соответствующий порт переводится в "спящий режим".
Power over Ethernet (PoE, стандарт IEEE 802.af) . Коммутатор с использованием этой технологии может питать подключенные к нему устройства по витой паре.
Встроенная грозозащита . Очень нужная функция, однако надо помнить, что такие коммутаторы должны быть заземлены, иначе защита не будет действовать.
