Коммутатор принцип работы: Что такое сетевой коммутатор и для чего он нужен?

Что такое сетевой коммутатор и для чего он нужен?

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).

Содержание

•  Что такое свитч простыми словами

•  Принцип работы коммутатора

•  Режимы коммутации

•  Отличие коммутатора (switch) от концентратора (hub)

•  Отличие коммутатора (switch) от маршрутизатора (router)

•  Как выбрать коммутатор

•  Базовая скорость передачи

•  Количество портов

•  Исполнение (способ установки)

•  Возможность управления

•  Поддержка PoE

•  Наличие портов SFP

•  Наличие функции энергосбережения

•  Поддержка VLAN

•  Наличие функции сегментации трафика

•  Поддержка стекирования

•  Наличие защиты от широковещательного шторма

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.

Новый коммутатор на этапе обучения, не обнаруживая в своей таблице MAC-адрес получателя, рассылает данные на все подключенные к нему устройства (разумеется, кроме отправителя). Правильный получатель отвечает коммутатору, и последний создаёт новую запись в таблице коммутации. В дальнейшем свитч, принимая данные с этим же MAC-адресом, «понимает», куда именно их нужно направить, и производит уже не массовую рассылку, но строго адресную отправку. Трафик, таким образом, локализуется, а сеть — разгружается.

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)

Производители предлагают:

• 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.

 

Коммутатор,что это такое.

• Главная
• Информация
• Статьи
• Что такое коммутатор (switch)?

Сетевой коммутатор или свич (жарг. от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента сети. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, 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 (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

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. 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. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется. Стоит отметить малую латентность (задержку) и высокую скорость пересылки на каждом порте интерфейса.

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 коммутатора — 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.

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 просто, сокращенно L3. Управление коммутатором может осуществляться посредством протокола Web-интерфейса, SNMP, RMON (протокол, разработанный Cisco) и т. п.

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

Что такое электрический выключатель? : Основы коммутаторов | OMRON Electronic Components

Определение переключателя

Переключатель реагирует на внешнее усилие и механически изменяет электрический сигнал. Выключатели используются для включения и выключения электрических цепей, а также для переключения электрических цепей.

1. Операция ВКЛ/ВЫКЛ цепи

Контакты размыкаются, когда переключатель не нажат, поэтому цепь не замкнута и лампа не горит.

При нажатии переключателя контакты замыкаются, замыкая цепь и зажигая лампу.

2. Операция переключения цепей

Пока переключатель не задействован, лампа на цепи L1 горит.

При нажатии переключателя цепь переключается так, что загорается лампа на цепи L2.

Типы и классификация переключателей

1. Типы переключателей

Существует множество различных типов переключателей. По размеру, прочности, устойчивости к воздействию окружающей среды и другим характеристикам они делятся на выключатели для промышленного оборудования и выключатели для бытовых и коммерческих устройств.

2. Классификация переключателей

1. SPST-NO (Однополюсный, однонаправленный, нормально разомкнутый)

Контакты замыкаются при нажатии переключателя. Они нормально открыты.

Контакты размыкаются, пока переключатель не нажат, поэтому цепь не замыкается и лампа не горит.

При нажатии переключателя контакты замыкаются, замыкая цепь и зажигая лампу.

Используйте нормально разомкнутые контакты, если вы хотите, чтобы нагрузка работала при нажатии переключателя.

2. SPST-NC (Однополюсный, однонаправленный, нормально замкнутый)

Контакты размыкаются при нажатии переключателя. Обычно они закрыты.

Пока переключатель не нажат, цепь замкнута и лампа горит.
При нажатии на выключатель контакты размыкаются, цепь размыкается, и лампа гаснет.

Используйте размыкающие контакты, если вы хотите, чтобы нагрузка прекратила работу при нажатии переключателя.

3. SPDT (однополюсный двухпозиционный)

Переключающие контакты имеют функции как нормально разомкнутых, так и нормально разомкнутых контактов.

Используйте переключающие контакты, если вы хотите переключить две цепи при нажатии переключателя.

Переключатели в электрических цепях: Полюс и Направление

«Полюс» указывает количество цепей, которыми может управлять один переключатель при одном срабатывании переключателя. «Бросок» указывает на количество точек контакта. НО и НЗ контакты однонаправленные. Перекидные контакты двухпозиционные.
Если один переключатель может управлять одной цепью за одну операцию, это однополюсный переключатель. Если он может управлять двумя или тремя цепями за одну операцию, это двухполюсный или трехполюсный переключатель.

Однополюсный, Однонаправленный	Переключатель содержит одну цепь с замыкающими или размыкающими контактами.
Однополюсный, Двухполюсный	Выключатель содержит одну цепь с переключающими контактами.
Двухполюсный, Однонаправленный	Переключатель содержит две цепи с НО или НЗ контактами.
Двухполюсный, Двухходовой	Выключатель содержит две цепи с переключающими контактами.

Используйте многополюсный переключатель, если вы хотите управлять несколькими цепями одновременно.

Ручное переключение

Существует два режима работы ручных переключателей: мгновенное срабатывание и попеременное срабатывание.
При мгновенном срабатывании переключатель остается включенным, только пока он нажат.
При альтернативной работе состояние ВКЛ сохраняется после отпускания переключателя. Переключатель выключается при повторном нажатии переключателя.

1. Мгновенное срабатывание

Выключатель включается только тогда, когда он нажат. Переключатель выключается, когда его отпускают. Например, в играх с краном кран движется только тогда, когда нажат переключатель.

2. Альтернативная операция

После того, как вы нажмете переключатель, состояние ВКЛ сохраняется, даже если переключатель отпущен. Чтобы выключить переключатель, вы должны нажать его еще раз.
Например, переключатель питания на телевизоре работает в альтернативном режиме.

Альтернативные переключатели используются для поддержания состояния ВКЛ в течение длительного периода времени, например, для основных переключателей питания.

Переключатель нагрузки

Нагрузка — это устройство, которое переключатель включает и выключает.

Нагрузка подключена к электрической цепи и потребляет электроэнергию.
Нагрузки делятся на индуктивные нагрузки и неиндуктивные нагрузки.
Индуктивная нагрузка содержит катушку, например двигатель.
Неиндуктивные нагрузки делятся на ламповые нагрузки и резистивные нагрузки.

Вы должны выбрать подходящий переключатель для нагрузки, которая будет использоваться.

Технология

Щелкните здесь, чтобы ознакомиться с модельным рядом переключателей

Электрические переключатели Принцип и типы

от редакции

Электрические переключатели имеют механические контакты или реле. Эти типы переключателей могут управлять более широким диапазоном параметров тока и напряжения. На них не влияет грязь, туман, магнитные поля и диапазоны температур от почти абсолютного нуля до 1000°.

Электромеханические переключатели могут адаптироваться к несоосности при установке/применении, чтобы гарантировать отсутствие тока утечки и сделать его доступным во многих типах схем, приводов и корпусов.

К недостаткам можно отнести их цену, ограниченный срок службы контактов, большой размер и медленный отклик.

Твердотельные переключатели — это электрические устройства, не имеющие движущихся частей, подверженных износу. Они способны быстрее переключаться без искрения между контактами или проблем с контактной коррозией. К их недостаткам можно отнести высокую стоимость создания очень высоких номинальных токов.

Читайте также: Анимация электрических переключателей

Конфигурация

При выборе переключателя уровня пользователю необходимо определить, требуется ли для электрической цепи нормально разомкнутый или нормально замкнутый переключатель.

• Нормально открытый (НО)

выключатели не пропускают ток в свободном положении. Им нужно «установить» контакт, чтобы активироваться. Выключатели

пропускают ток в свободном положении и требуют «размыкания» контакта (размыкания) для срабатывания.

Полюс/направление

Большинство выключателей имеют один или два полюса и один или два направления, но некоторые производители изготавливают специальные переключатели уровня для специальных применений. Количество полюсов описывает количество отдельных цепей, которые могут проходить через выключатель одновременно.

Количество бросков описывает количество цепей, которыми может управлять каждый полюс. Это отмечено конфигурацией схемы (НО/НЗ). Разрывы — это прерывания цепи, вызванные разъединенными контактами, которые переключатель вводит в каждую цепь, которую он размыкает, или прерывает цепь.

Однополюсные, однонаправленные (SPST)

Однополюсные, однонаправленные (SPST) выключатели замыкают или разрывают соединение одного проводника в одной ответвленной цепи.

Они обычно имеют две клеммы и называются однополюсными выключателями

Однополюсные двухпозиционные переключатели (SPDT)

Однополюсные двухпозиционные переключатели замыкают или разрывают соединение одного проводника с одним из два других одиночных проводника. Обычно они имеют три клеммы и обычно используются парами.

Переключатели SPDT иногда называют трехпозиционными переключателями.

Двухполюсные, однонаправленные (DPST)

Двухполюсные, однонаправленные (DPST) выключатели замыкают или разрывают соединение двух проводников в одноветвевой цепи. Обычно они имеют шесть клемм и доступны как в версиях с мгновенным контактом, так и в версиях с постоянным контактом.

Двухполюсный, на два направления (DPDT)

Двухполюсный, на два направления (DPDT) переключатели обеспечивают или разрывают соединение двух проводников с двумя отдельными цепями. Обычно они имеют шесть клемм и доступны как в версиях с мгновенным контактом, так и в версиях с постоянным контактом.