Коммутатор Ethernet | это… Что такое Коммутатор Ethernet?

ТолкованиеПеревод

Коммутатор Ethernet

Сетевой коммутатор или свитч (жарг. 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.

Коммутатор 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.

Содержание 1 Принцип работы коммутатора 1.1 Режимы коммутации 2 Возможности и разновидности коммутаторов 3 Литература 4 Ссылки

Принцип работы коммутатора

Коммутатор хранит в памяти таблицу, 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 кадры и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу. 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 еще не известен, то кадр будет продублирован на все интерфейсы. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется.

Режимы коммутации

Существует три способа коммутации. Каждый из них — это комбинация таких параметров, как время ожидания и надежность передачи.

1. С промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор читает всю информацию во фрейме, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него фрейм.
2. Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает во фрейме только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нем нет метода обнаружения ошибок.
3. Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный. Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (фреймы размером 64 байта обрабатываются по технологии store-and-forward, остальные по технологии cut-through).

Возможности и разновидности коммутаторов

100-мегабитный управляемый коммутатор LS-100-8

Коммутаторы подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее простые). Более сложные коммутаторы 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 коммутатором может осуществляться посредством протокола Web-интерфейса, RMON (протокол, разработанный Cisco) и т. п. Многие управляемые коммутаторы позволяют выполнять дополнительные функции: 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).

Литература

• Дэвид Хьюкаби, Стив Мак-Квери Руководство Cisco по конфигурированию коммутаторов Catalyst = Cisco Field Manual: Catalyst Switch Configuration. — М.: «Вильямс», 2004. — С. 560. — ISBN 5-8459-0700-4
• Брайан Хилл Глава 9. Основные сведения о коммутаторах // Полный справочник по Cisco = Cisco: The Complete Reference. — М.: «Вильямс», 2007. — С. 1088. — ISBN 0-07-219280-1

Ссылки

• PRODCS — Информационный сайт о современных АСУ ТП — Построение промышленных сетей передачи данных на базе Ethernet.

Wikimedia Foundation. 2010.

Игры ⚽ Нужна курсовая?

• Коммутативный закон
• Коммутаторы

Полезное

Mellanox, Cisco, Extreme и Juniper | Коммутаторы

Juniper networks

CISCO

Сетевой коммутатор (жарг. свитч от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор работает на канальном (втором) уровнемодели OSI. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовыемосты. 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.

Принцип работы коммутатора

Коммутатор хранит в памяти (т.н. ассоциативной 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.

Стоит отметить малую латентность (задержку) и высокую скорость пересылки на каждом порту интерфейса.

Режимы коммутации

Существует три способа коммутации. Каждый из них — это комбинация таких параметров, как время ожидания и надёжность передачи.

1. С промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор читает всю информацию в кадре, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него кадр.
2. Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает в кадре только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода обнаружения ошибок.
3. Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный. Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (первые 64 байта кадра анализируются на наличие ошибки и при её отсутствии кадр обрабатывается в сквозном режиме).

Задержка, связанная с «принятием коммутатором решения», добавляется к времени, которое требуется кадру для входа на порт коммутатора и выхода с него, и вместе с ним определяет общую задержку коммутатора.

Симметричная и асимметричная коммутация

Свойство симметрии при коммутации позволяет дать характеристику коммутатора с точки зрения ширины полосы пропускания для каждого его порта. Симметричный коммутатор обеспечивает коммутируемые соединения между портами с одинаковой шириной полосы пропускания, например, когда все порты имеют ширину пропускания 10 Мб/с или 100 Мб/с.

Асимметричный коммутатор обеспечивает коммутируемые соединения между портами с различной шириной полосы пропускания, например, в случаях комбинации портов с шириной полосы пропускания 10 Мб/с или 100 Мб/с и 1000 Мб/с.

Асимметричная коммутация используется в случае наличия больших сетевых потоков типа клиент-сервер, когда многочисленные пользователи обмениваются информацией с сервером одновременно, что требует большей ширины пропускания для того порта коммутатора, к которому подсоединён сервер, с целью предотвращения переполнения на этом порте.

Для того, чтобы направить поток данных с порта 100 Мб/с на порт 10 Мб/с без опасности переполнения на последнем, асимметричный коммутатор должен иметь буфер памяти.

Асимметричный коммутатор также необходим для обеспечения большей ширины полосы пропускания каналов между коммутаторами, осуществляемых через вертикальные кросс-соединения, или каналов между сегментами магистрали.

Буфер памяти

Для временного хранения фреймов и последующей их отправки по нужному адресу, коммутатор может использовать буферизацию. Буферизация может быть также использована в том случае, когда порт пункта назначения занят. Буфером называется область памяти, в которой коммутатор хранит передаваемые данные.

Буфер памяти может использовать два метода хранения и отправки фреймов: буферизация по портам и буферизация с общей памятью. При буферизации по портам пакеты хранятся в очередях (queue), которые связаны с отдельными входными портами. Пакет передаётся на выходной порт только тогда, когда все фреймы, находившиеся впереди него в очереди, были успешно переданы. При этом возможна ситуация, когда один фрейм задерживает всю очередь из-за занятости порта его пункта назначения. Эта задержка может происходить даже в том случае, когда остальные фреймы могут быть переданы на открытые порты их пунктов назначения.

При буферизации в общей памяти все фреймы хранятся в общем буфере памяти, который используется всеми портами коммутатора. Количество памяти, отводимой порту, определяется требуемым ему количеством. Такой метод называется динамическим распределением буферной памяти. После этого фреймы, находившиеся в буфере, динамически распределяются по выходным портам. Это позволяет получить фрейм на одном порте и отправить его с другого порта, не устанавливая его в очередь.

Коммутатор поддерживает карту портов, в которые требуется отправить фреймы. Очистка этой карты происходит только после того, как фрейм успешно отправлен.

Поскольку память буфера является общей, размер фрейма ограничивается всем размером буфера, а не долей, предназначенной для конкретного порта. Это означает, что крупные фреймы могут быть переданы с меньшими потерями, что особенно важно при асимметричной коммутации, то есть когда порт с шириной полосы пропускания 100 Мб/с должен отправлять пакеты на порт 10 Мб/с.

Возможности и разновидности коммутаторов

Коммутаторы подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее простые).

Более сложные коммутаторы позволяют управлять коммутацией на сетевом (третьем) уровне модели OSI. Обычно их именуют соответственно, например «Layer 3 Switch» или сокращенно «L3 Switch». Управление коммутатором может осуществляться посредством Web-интерфейса, интерфейса командной строки (CLI), протокола SNMP, RMON и т. п.

Многие управляемые коммутаторы позволяют настраивать дополнительные функции: VLAN, QoS, агрегирование, зеркалирование. Многие коммутаторы уровня доступа обладают такими расширенными возможностями, как сегментация трафика между портами, контроль трафика на предмет штормов, обнаружение петель, ограничение количества изучаемых mac-адресов, ограничение входящей/исходящей скорости на портах, функции списков доступа и т. п.

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 90 ((4*24)-6=90) портами либо с 96 портами (если для стекирования используются специальные порты).

Что такое переключающее устройство?

NEC (Национальный электротехнический кодекс) — официальный документ, используемый в электротехнической промышленности и пересматриваемый каждые три года, — содержит технические определения различных терминов, обычно используемых в электромонтажных работах. NEC включает множество ссылок на «коммутационные устройства», которые можно определить как любые устройства, которые размыкают и замыкают электрические цепи. Электрические цепи должны образовывать непрерывную петлю, и коммутационное устройство функционирует как вентиль в этой петле. Цепь включена, когда коммутационное устройство находится в положении 9.0003 замкнут , и цепь выключена, когда коммутационное устройство разомкнуто .

Хотя в Национальном своде правил по электротехнике 2017 года нет конкретного определения «коммутационного устройства» или «переключателя», в нем определены многие конкретные типы выключателей и разъединителей.

• 01 из 04

  Автоматический выключатель

  NEC определяет автоматический выключатель как:

  «Устройство, предназначенное для размыкания и замыкания цепи неавтоматическими средствами, а также для автоматического размыкания цепи при заданном сверхтоке без ущерба для себя при правильном применении в пределах своих номиналов».

  Другими словами, автоматический выключатель защищает цепь от перегрузки, автоматически отключая цепь. Выключатель также можно отключить вручную, щелкнув его тумблер. Каждая электрическая цепь в электрической системе современного дома защищена автоматическим выключателем. Выключатели размещены в главной сервисной панели, обычно называемой блоком выключателя .

  В старых домах вместо автоматических выключателей часто стоят предохранители. Предохранители функционируют иначе, чем автоматические выключатели, и их необходимо снимать (а не выключать), чтобы разомкнуть цепь вручную. Когда цепь с предохранителем перегружена, предохранитель автоматически перегорает и размыкает цепь.

  Хотя автоматические выключатели и предохранители соответствуют техническому определению коммутационных устройств, они не предназначены для использования в качестве обычных переключателей общего назначения для регулярного управления потоком электроэнергии. NEC называет эти устройства «перекорректирующими защитными устройствами», а не переключателями общего назначения. Автоматический выключатель имеет ограниченное количество циклов в течение срока службы, и его нельзя использовать так же, как настенный выключатель, для регулярного управления питанием, кроме как во время ремонта или замены цепи.

• 02 из 04

  Переключатель общего назначения

  NEC определяет переключатель общего назначения как:

  «Выключатель, предназначенный для использования в общих распределительных и ответвленных цепях. Он измеряется в амперах и способен отключать свой номинальный ток при номинальном напряжении».

  В этом случае «прерывание» означает размыкание цепи для остановки потока электричества через выключатель.

  Этот тип коммутационного устройства включает в себя стандартные настенные выключатели, которые управляют осветительными приборами и приборами (такими как измельчитель мусора) по всему дому. Выключатели в стандартных 120-вольтовых цепях обычно рассчитаны на 15 или 20 ампер.

• 03 из 04

  Средства разъединения

  NEC определяет средства отключения как:

  «Устройство, или группа устройств, или другие средства, с помощью которых проводники цепи могут быть отключены от их источника питания».

  Это общее определение, которое может применяться ко многим типам переключателей и отключающих устройств. Хорошим примером в доме является разъединитель или сервисный выключатель, который устанавливается между счетчиком коммунальных услуг и панелью обслуживания дома. Этот переключатель изолирует сервисную панель от источника питания. Главный автоматический выключатель на сервисной панели — это еще одна форма средства отключения.

  Средство отключения также может быть выполнено в виде стандартного переключателя, такого как тумблер, используемый для отключения питания газовой печи. Этот тип разъединения часто требует особых требований к установке; например, он должен быть доступен или, по крайней мере, хорошо виден с места расположения прибора.

• 04 из 04

  Автоматический переключатель

  NEC определяет безобрывный переключатель как:

  «Автоматическое или неавтоматическое устройство для переключения одного или нескольких соединений проводников нагрузки с одного источника питания на другой».

  Переключатель передачи — это особый тип переключателя, который предназначен не только для отключения питания в цепи. Скорее, он передает путь электричества от одного источника питания к другому. Дома, в которых есть большие генераторы для резервного питания, обычно имеют автоматический переключатель, который переключает соединение с общего источника на генератор. Некоторые солнечные энергетические системы используют форму переключателя для отключения от коммунальной сети и подключения к источнику солнечной энергии, и наоборот.

Концентратор

и коммутатор — разница и сравнение

Концентратор — это сетевое устройство, которое позволяет подключать несколько компьютеров к одной сети. Концентраторы могут быть основаны на соединениях Ethernet, Firewire или USB. Переключатель — это блок управления, который включает или выключает поток электричества в цепи. Его также можно использовать для маршрутизации информационных шаблонов в потоковых электронных данных, отправляемых по сетям. В контексте сети коммутатор — это компьютерное сетевое устройство, соединяющее сегменты сети.

Сравнительная таблица

Коммутаторы.

Сравнительная таблица концентраторов и коммутаторов

	Концентратор	Коммутатор
Уровень	Физический уровень. Концентраторы классифицируются как устройства уровня 1 согласно модели OSI.	Канальный уровень. Сетевые коммутаторы работают на уровне 2 модели OSI.
Функция	Чтобы соединить сеть персональных компьютеров вместе, их можно соединить через центральный концентратор.	Разрешить подключения к нескольким устройствам, управлять портами, управлять настройками безопасности VLAN
Форма передачи данных	Электрический сигнал или биты	Фрейм (коммутатор L2) Фрейм и пакет (коммутатор L3)
Порты	4/12 портов	Коммутатор является многопортовым мостом. 24/48 портов
Тип передачи	Концентраторы всегда выполняют лавинную рассылку кадров; может быть одноадресным, многоадресным или широковещательным	Первая трансляция; затем одноадресная и многоадресная рассылка по мере необходимости.
Тип устройства	Пассивное устройство (без ПО)	Активное устройство (с программным обеспечением) и сетевое устройство
Используется в (LAN, MAN, WAN)	LAN	ЛВС
Таблица	Сетевой концентратор не может узнать или сохранить MAC-адрес.	используют таблицу CAM памяти с доступом к содержимому, к которой обычно обращается ASIC (специализированные интегральные микросхемы).
Режим передачи	Полудуплекс	Полу/полный дуплекс
Широковещательный домен	Концентратор имеет один широковещательный домен.	Коммутатор имеет один широковещательный домен [если не реализована VLAN]
Определение	Электронное устройство, которое соединяет множество сетевых устройств, чтобы устройства могли обмениваться данными	Сетевой коммутатор — это компьютерное сетевое устройство, которое используется для соединения множества устройств в компьютерной сети. Коммутатор считается более продвинутым, чем концентратор, потому что коммутатор будет отправлять сообщение на устройство, которое в нем нуждается, или запрашивать его
Скорость	10 Мбит/с	10/100 Мбит/с, 1 Гбит/с
Адрес, используемый для передачи данных	Использует MAC-адрес	Использует MAC-адрес
Необходим для подключения к Интернету?	№	№
Категория устройства	не интеллектуальное устройство	Интеллектуальное устройство
Производители	Sun Systems, Oracle и Cisco	Cisco и D-Link Juniper
Коллизии	Коллизии обычно происходят в установках, использующих концентраторы.	В полнодуплексном коммутаторе коллизий не происходит.
Spanning Tree	Без Spanning Tree	Возможно много связующих деревьев

Различия в производительности концентраторов и коммутаторов

Коммутатор фактически является более производительной альтернативой концентратору. Люди, как правило, выигрывают от переключения через концентратор, если в их домашней сети четыре или более компьютеров или если они хотят использовать свою домашнюю сеть для приложений, которые генерируют значительный объем сетевого трафика, таких как многопользовательские игры или обмен тяжелыми музыкальными файлами. С технической точки зрения концентраторы работают с использованием широковещательной модели, а коммутаторы — с использованием модели виртуальных каналов. Например, когда четыре компьютера подключены к концентратору и два из этих компьютеров взаимодействуют друг с другом, концентраторы просто пропускают весь сетевой трафик к каждому из четырех компьютеров. С другой стороны, коммутаторы способны определять назначение каждого отдельного элемента трафика (например, кадра Ethernet) и выборочно пересылать данные тому компьютеру, которому они действительно нужны. Генерируя меньший сетевой трафик при доставке сообщений, коммутатор работает лучше, чем концентратор, в загруженных сетях.

В следующем видеоролике сравниваются концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы.

Функция коммутатора по сравнению с концентратором

Коммутатор используется для соединения различных сегментов сети. Сетевой коммутатор — это небольшое аппаратное устройство, которое объединяет несколько компьютеров в одну локальную сеть (LAN).

Концентратор соединяет несколько устройств Ethernet вместе, заставляя их работать как единый сегмент.

Подключения к концентраторам и коммутаторам

Сетевые концентраторы в настоящее время доступны с USB, Ethernet, Firewire и беспроводными соединениями. Наиболее популярным среди них по-прежнему является Ethernet, для которого требуется специальная сетевая карта на ПК или Ethernet-соединение, встроенное в материнскую плату. Также доступны переключатели для сетей USB, Ethernet, Firewire и Wireless, а простые переключатели, такие как кнопка включения/выключения, могут применяться для управления и обслуживания больших компьютерных сетей. Как и в случае с концентраторами, Ethernet-реализации сетевых коммутаторов являются наиболее распространенными. Сетевые коммутаторы Mainstream Ethernet поддерживают стандарты Ethernet 10 Мбит/с, 100 Мбит/с или 10/100 Мбит/с. С другой стороны, концентраторы включают ряд портов, к каждому из которых подключается сетевой кабель. Концентраторы большего размера содержат восемь, 12, 16 и даже 24 порта.

Производители концентраторов и коммутаторов

Одними из ведущих производителей компьютерных концентраторов для сетей являются Sun Systems, Oracle и Cisco. Эти компании также производят коммутаторы, такие как коммутаторы локальных сетей и маршрутизаторы данных, а также другое оборудование, необходимое для крупномасштабных компьютерных сетей.