Тонкая грань: маршрутизаторы и коммутаторы. В чем отличие между коммутатором и маршрутизатором

Когда появились первые устройства, позволяющие разъединять сеть на несколько доменов коллизий (по сути фрагменты ЛВС, построенные на hub-ах), они были двух портовыми и получили название мостов (bridge-ей). По мере развития данного типа оборудования, они стали многопортовыми и получили название коммутаторов (switch -ей). Некоторое время оба понятия существовали одновременно, а поздее вместо термина "мост" стали применять "коммутатор".

Обычно, проектируя сеть, с помощью коммутаторов соединяют несколько доменов коллизий локальной сети между собой. В реальной жизни в качестве доменов коллизий выступают, как правило, этажи здания, в котором создается сеть. Их обычно более 2-х, а в результате обеспечивается гораздо более эффективное управление трафиком чем у прародителя комутатора - моста. По меньшей мере, он может поддерживать резервные связи между узлами сети.

Благодаря тому, что коммутаторы могут управлять трафиком на основе протокола канального уровня (Уровня 2) модели OSI, он в состоянии контролировать МАС адреса подключенных к нему устройств и даже обеспечивать трансляцию пакетов из стандарта в стандарт (например Ethernet в FDDI и обратно). Особенно удачно результаты этой возможности представлены в коммутаторах Уровня 3, т.е. устройствах, возможности которых приближаются к возможностям маршрутизаторов.

Коммутатор позволяет пересылать пакеты между несколькими сегментами сети. Он является обучающимся устройством и действует по аналогичной технологии. В отличие от мостов, ряд коммутаторов не помещает все приходящие пакеты в буфер. Это происходит лишь тогда, когда надо согласовать скорости передачи, или адрес назначения не содержится в адресной таблице, или когда порт, куда должен быть направлен пакет, занят, а коммутирует пакеты "на лету". Коммутатор лишь анализирует адрес назначения в заголовке пакета и, сверившись с адресной таблицей, тут же (время задержки около 30-40 микросекунд) направляет этот пакет в соответствующий порт. Таким образом, когда пакет еще целиком не прошел через входной порт, его заголовок уже передается через выходной. К сожалению, типичные коммутаторы работают по алгоритму "устаревания адресов". Это означает, что, если по истечении определенного промежутка времени, не было обращений по этому адресу, то он удаляется из адресной таблицы.

Коммутаторы поддерживают при соединении друг с другом режим полного дуплекса. В таком режиме данные передаются и принимаются одновременно, что невозможно в обычных сетях Еthегnеt. При этом скорость передачи данных повышается в два раза, а при соединении нескольких коммутаторов можно добиться и большей пиковой производительности.

Спасибо за внимание!

Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей.

Сетевой коммутатор на 48 портов (с гнездами для четырёх дополнительных портов)

24-портовый сетевой коммутатор

Hirschmann Octopus 24M

Принцип работы коммутатора

Коммутатор хранит в памяти таблицу коммутации (хранящуюся в ассоциативной памяти), 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 (фреймы) 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 (кадры размером 64 байта обрабатываются по технологии store-and-forward, остальные - по технологии cut-through).

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 и 100 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 подсоединен 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 пакетов 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 пакетов: буферизация по портам и буферизация с общей памятью. При буферизации по портам пакеты хранятся в очередях (queue), которые связаны с отдельными входными портами. Пакет передается на выходной порт только тогда, когда все пакеты, находившиеся впереди него в очереди, были успешно переданы. При этом возможна ситуация, когда один пакет задерживает всю очередь из-за занятости порта его пункта назначения. Эта задержка может происходить даже в том случае, когда остальные пакеты могут быть переданы на открытые порты их пунктов назначения.

При буферизации в общей памяти все пакеты 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 пакеты, находившиеся в буфере, динамически распределяются по выходным портам. Это позволяет получить пакет на одном порте и отправить его с другого порта, не устанавливая его в очередь.

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

Поскольку память буфера является общей, размер пакета ограничивается всем размером буфера, а не долей, предназначенной для конкретного порта. Это означает, что крупные пакеты 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, протокола SNMP , RMON и т. п.

Многие управляемые коммутаторы позволяют настраивать дополнительные функции: VLAN , 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 90 ((4*24)-6=90) портами либо с 96 портами (если для стекирования используются специальные порты).

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». - С. 1088. - ISBN 0-07-219280-1

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Википедия

коммутатор (в вычислительной сети) - коммутатор Коммутатор (англ. Switch) в переводе с англ. означает переключатель. Это многопортовое устройство, обеспечивающее высокоскоростную коммутацию пакетов между портами. Встроенное в него программное обеспечение способно самостоятельно… …

коммутатор (сети и системы связи) - Активный сетевой компонент, который соединяет две или несколько подсетей, которые, в свою очередь, могут состоять из сегментов, соединенных повторителями. Примечание. Коммутаторы устанавливают границы для так называемых областей коллизий. Между… … Справочник технического переводчика

коммутатор - 3.44 коммутатор (switch): Устройство, обеспечивающее возможность соединения сетевых устройств посредством внутренних механизмов коммутации. Примечание В отличие от других соединительных устройств локальной сети (например, концентраторов)… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации - Терминология ГОСТ Р ИСО/МЭК 18028 1 2008: Информационная технология. Методы и средства обеспечения безопасности. Сетевая безопасность информационных технологий. Часть 1. Менеджмент сетевой безопасности оригинал документа: 3.3 аудит (audit):… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Сетевой коммутатор или свитч, свич (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.

Свич 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.

Принцип работы коммутатора

Коммутатор хранит в памяти специальную таблицу (MAC-таблицу), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении switch 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 свитч анализирует пакеты данных, определяя MAC-адрес компьютера-отправителя, и заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит пакет, предназначенный для этого компьютера, этот пакет будет отправлен только на соответствующий порт. Если MAC-адрес компьютера-получателя еще не известен, то пакет будет продублирован на все интерфейсы. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется.

Возможности и разновидности коммутаторов

Свичи подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее простые). Более сложные свичи 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 свичем может осуществляться посредством протокола Web-интерфейса, SNMP, RMON и т.п. Многие управляемые свичи позволяют выполнять дополнительные функции: VLAN, 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).

Коммутатор (switch) - является многопортовой разновидностью моста.
Мосты - это устройства, призванные физически разделить сеть, построенную на
(повторителях) или ,
на несколько доменов коллизий. Коллизия - конфликт передачи, т.е. попытка одновременной передачи
данных несколькими устройствами, что невозможно в рамках одного домена (грубо говоря - внутри одного
канала, шины), так как все слышат всех и наложение сигналов от нескольких устройств искажают информацию,
поэтому передаваемый пакет данных теряется.

Коммутатор является обучающимся устройством и держит в своей памяти таблицу соответствий MAC адресов хостов (компьютеров) и портов, за которыми эти хосты находятся:

MAC адрес является физическим адресом и не имеет никакого отношения к IP-адресу.
Коммутатор ничего не знает об IP адресах, он работает на более низком уровне.

В соответствии с таблицей MAC-соответствий, коммутатор передает трафик от источника к получателю, пересылая пакеты
от источника лишь в тот порт, к которому подключен получатель.
Таким образом, в четырехпортовом коммутаторе 2 пары хостов (компьютеров)
могут работать одновременно, не мешая и не слыша другую пару. Таблица MAC-соответствий коммутатора
строится оным на основе пассивного анализа трафика, кроме того, устройство имеет возможность запросить у сети (широковещательным
запросом во все свои порты) у какого устройства MAC адрес сетевой карты такой то. Таблица MAC-соответствий
может задаваться и вручную, но это позволяют лишь управляемые коммутаторы. Таким образом,
коммутаторы управляют трафиком на втором уровне модели OSI (канальный уровень).

Кстати говоря, понятия моста несколько шире, чем описано выше. Мост - это устройство, объединяющее
разнородные сегменты среды. Например устройство, транслирующее сигналы из
беспроводной среды (Wi-Fi) в проводную - так же является мостом, большинство ADSL модемов, поставляемых
на рынок - мосты.

Важным следствием из физики работы повторителей является то, что все устройства, подключенные к нему,
могут работать в режиме полу-дуплекса (только прием или только передача данных, но никак не одновременно).
В данный момент повторители практически изжили себя и не используются, так как стоимость коммутаторов
сильно упала (простейшие модели можно купить за 20 долларов и даже ниже).

Важными следствиеми из физики работы коммутатора являются:

• Устройства, подключенные к коммутатору могут работать в режиме полного дуплекса
  (одновременная прием и передача данных), тем самым общая скорость работы между коммутатором и подключенным
  устройством возрастает в два раза;
• Устройства, подключенные к разным портам, могут работать на разных скоростях (например 100 Мбит и 1 Гбит) и режимах дуплекса;
• На разных портах коммутатора могут быть разные среды передачи, например витая пара и оптика, хотя последнее, конечно, реализуется через отдельные мосты

Логика работы коммутаторов позволяет им передавать пакеты сразу, не аккумулируя их во внутреннем буфере
(в отличии от хабов и повторителей), тем самым задержка при передаче пакетов сквозь коммутатор
значительно меньше.
Передача в порт получателя осуществляется как только коммутатор полностью получает заголовок пакета (где и
содержится MAC адрес получателя) и сверяет его по таблице MAC соответствий (после чего в порт
получателя начинает пересылаться заголовок пакета, хотя весь он еще не был получен на порту отправителя). Тем не менее, пакеты могут
аккумулироваться во внутреннем буфере коммутатора, это может произойти по прочине отсутствия в таблице
MAC-соответствий адреса получателя, занятости порта, за которым находится получатель (в это время туда передается
другой пакет) или из-за согласования скоростей между отправителем и получателем.

Сетевой коммутатор или свитч (с англ. switch - переключатель) - это устройство, выполняющее функцию “умного” соединения нескольких узлов локальной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно адресату. Исключение составляет широковещательный трафик (на MAC-адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF) всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Коммутатор работает на втором канальном уровне модели OSI, и в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.

Принцип работы коммутатора

Свитч хранит в энергонезависимой памяти таблицу коммутации, где содержатся пары соответствий MAC-адреса узлу порта коммутатора. При первом запуске коммутатора эта таблица пуста, и утройство работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. Затем свитч анализирует фреймы и, выяснив MAC-адрес отправителя, сохраняет его в таблицу.

В будущем, если на один из портов свитча приходит фрейм для конкретного адресата, MAC-адрес которого уже есть в таблице, посылка отправляет через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес получателя не связан с каким-либо портом коммутатора, то кадр направляется на все порты. Через некоторое время у коммутатора строится полная таблица для всех портов, в результате чего трафик локализуется. Стоит отметить малую задержку и высокую скорость пересылки на каждом порте интерфейса.

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.

Оборудование

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.

Активное

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.

Пассивное

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.

Разновидность

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.

Маршрутизатор

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 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 таблицу маршрутизации 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.

Коммутатор

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.

Разница

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.

Выводы

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.