Коммутатор (свитч) – что это такое, для чего нужен switch, принцип работы, связь с интернетом, назначение, функции, как выглядит, отличие от роутера

Определение

Разберемся, что такое коммутатор (switch).

Коммутатор — это устройство, через которое происходит обмен данными. Оно объединяет в компьютерную сеть несколько цифровых гаджетов.

Сделан в виде коробки с большим количеством сетевых разъемов RJ45 для подключения кабеля.

Принцип работы, возможности и функции

Сначала о том, зачем он нужен. Чтобы соединять компьютеры, ноутбуки и другие устройства в общую локальную сеть.

• Например, работает большая компания с десятками и сотнями сотрудников. Есть отдел маркетинга, отдел продаж, финансисты, директор и его заместители. Им нужно обмениваться информацией, пользоваться общими таблицами и программами. Делать это через интернет неудобно и опасно (если говорить о соблюдении коммерческой тайны). Лучше объединить рабочие компьютеры в общую закрытую сеть, куда нет доступа посторонним.
• Для больших систем видеонаблюдения также нужны свитчи.
• Дома тоже пользуются коммутаторами. Раньше их часто покупали для сетевых игр. К такой локальной сети можно подключить домашние ноутбуки и даже компьютеры соседей. Сейчас для этой цели чаще используют wi-fi роутеры.
• Коммутатор может понадобиться для организации «умного дома». К свитчу подключают ноутбуки, принтеры, датчики, счетчики и так далее.

Принцип работы коммутатора состоит в следующем. При получении данных от сетевого устройства он просматривает таблицу с MAC адресами и определяет, к какому Еthernet порту подключено устройство, на которое требуется переслать информацию. При этом другие компьютеры не используются в передаче.

Если получателя еще нет в таблице МАС адресов свитча, то он рассылает данные на подключенные сетевые устройства и ждет ответа. Когда целевое устройство ответит, он добавляет его в таблицу МАС адресов. Все последующие пакеты он уже будет отправлять только нужному устройству.

Так работает неуправляемый коммутатор локальной сети. Это относится ко 2 (канальному) уровню OSI. Также существуют модели, способные работать на 3 (сетевом) и 4 (транспортном) уровнях. У них есть расширенные функции, например, они могут управляться вручную, поддерживают QoS, VLAN и другие технологии.

Чем отличаются хаб, свитч или роутер

Чтобы правильно выбрать сетевое оборудование, необходимо изучить конструктивные особенности каждого устройства. Все они применяются для построения локальной сети.

Коммутаторы

Свич для интернета применяют, чтобы выполнить соединение отдельных узлов, которые входят в общую структуру компьютерных сетей. Благодаря применению такого метода, можно создать единую компьютерную систему по простому принципу работы. Благодаря использованию switch пользователи получат доступ к ресурсам, паролям, программному обеспечению.

При помощи свич на 4 порта для интернета можно одновременно соединить следующие устройства:

• персональные компьютеры;
• мобильные телефоны;
• офисную технику и оборудование.

Важно помнить! Соединение будет функционировать только на территории участка.

Нужно правильно подбирать свитч для интернет-кабеля, чтобы все устройства функционирования.

Внешний вид коммутатора

Маршрутизаторы

Это роутеры , которые работают с IP-адресами пользователей. Поступающая информация будет передаваться от одной сети к другой. При организации такой передачи пакетов данных, можно направить их по необходимому адресу.

Характеристики:

• обширный функционал;
• устройства оснащены сетевым переводчиком;
• коммутатор имеет определенное количество портов;
• обязательный порт по типу WAN, который подключает линию DSL.

При использовании встроенных коммутаторов, упрощается подключение отдельной сети LAN. Все устройства получают доступ к выходу в глобальную сеть.

Режимы коммутации

Устройство может передавать трафик на узлы в нескольких режимах, они отличаются соотношением времени ожидания и надежности.

Режимы коммутации:

1. Сквозной. Используется, когда скорость важнее надежности. Пакет данных отправляется сразу, как получен MAC-адрес узла-получателя. При таком режиме невозможно вычислять контрольные суммы, а именно они показывают наличие/отсутствие ошибок, поэтому надёжность не контролируется.
2. С промежуточным хранением. В этом случае надёжность важнее, и свитч сначала полностью получает пакет данных (кадр), потом проверяет контрольную сумму, чтобы убедиться, что ошибок нет. Только после этого пакет отправляется к получателю, а кадры с ошибками отбрасываются.
3. Бесфрагментный. Это компромисс между скоростью и надёжностью: считываются и проверяются лишь первые 64 байта, после чего кадр начинает передаваться на узел.

Так, в зависимости от режима, работает коммутатор для интернета, что это такое и как он работает станет понятно после сравнения его с концентраторами и маршрутизаторами.

В чем отличие Коммутатора (Switch) от Концентратора (Hub)

Концентратор (Hub) — это сетевое устройство, позволяющее подключать несколько компьютеров к одной сети. Концентраторы могут быть основаны на соединениях Ethernet, Firewire или USB.

Коммутатор (Switch) — устройство управления, которое включает или выключает поток электроэнергии в цепи. Он также может использоваться для маршрутизации информационных шаблонов при потоковой передаче электронных данных, передаваемых по сетям. В контексте сети коммутатор — это компьютерное сетевое устройство, которое соединяет сегменты сети.

Различия в производительности концентраторов и коммутаторов

Коммутатор является эффективной альтернативой концентратору. Люди, как правило, выигрывают от использования свитча, если в их домашней сети четыре или более компьютеров. Также вы невооруженным взглядом заметите разницу при использовании в своей сети приложений, которые генерируют значительный объем сетевого трафика:

• таких как многопользовательские игры
• обмен тяжелыми музыкальными файлами.

Технически говоря, 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 передают весь сетевой трафик на каждый из четырех компьютеров. Коммутаторы, с другой стороны, способны определять пункт назначения каждого отдельного элемента трафика (такого как кадр Ethernet) и выборочно пересылать данные только на один компьютер, который действительно нуждается в этом. Вырабатывая меньше сетевого трафика при доставке сообщений, коммутатор работает лучше, чем концентратор в загруженных сетях.

При добавлении в сетевой обмен дополнительные устройства вы создаете огромное количество коллизий в случае концентратора, потому как устройства не могут одновременно считывать и передавать информацию.

В следующем видео сравниваются концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы.

Наша рекомендация: Netgear GS108E-300PES

Примерно за 6 000 рублей вы можете приобрести самую последнюю версию отличного коммутатора Netgear. Гигабитный коммутатор работает с потоками данных до 2000 Мбит в секунду — этого вам полностью хватит для среднестатистического домашнего использования.

У него в общей сложности восемь портов Gigabit, что означает, что вы сможете с помощью LAN-кабеля подключить к Интернету до семи устройств. Для настройки вам ничего делать не нужно: свитч должен работать по принципу «out-of-the-box», он способен автоматически адаптироваться к любой конфигурации в домашней сети.

Однако специалисты смогут получить доступ к различным настройкам, которые можно менять с помощью меню специальной утилиты настройки коммутатора. Дополнительные функции, такие как QoS (Quality of Service) для предоставления приоритета отдельным сетевым потокам и поддержка VLAN, также доступны в случае необходимости. Металлический корпус сработан очень надежно, он позволяет хорошо отводить тепло от чипов, благодаря чему GS108E не нуждается в вентиляторе и работает бесшумно.

В нашем тестировании GS108E работал с тремя игровыми консолями, самой актуальной моделью медиа-ресивера, SmartTV и жестким диском для NAS. Все функционировало без каких-либо сбоев. Мы рекомендуем эту модель на сто процентов.

Netgear GS108E-300PES: Надежно сработанный и простой в эксплуатации, легко адаптируется к конфигурации вашей сети (Изображение: Netgear)

Отличие от концентратора

Раньше в качестве сетевого устройства использовались концентраторы. Они получают сетевые данные на один порт и просто рассылают информацию на все подключенные к нему гаджеты. Такая широковещательная передача данных имеет недостатки:

• большая нагрузка на сеть (данные рассылаются на все компьютеры сети сразу);
• большое количество ошибок, особенно при появлении новых компьютеров;
• невозможно разделить потоки информации, отправлять ее адресно.

Коммутатор (свитч) лишен этих недостатков, он отсылает информацию только целевому устройству.

Отличие от маршрутизатора

Маршрутизатор или роутер имеет более продвинутые возможности по сравнению с сетевым коммутатором. Он может не только управлять трафиком, но и умеет объединять сети с различными архитектурами. Например, он может объединить Ethernet и WAN, для обеспечения доступа к Интернет. При этом маршрутизатор будет выполнять еще и обязанности межсетевого экрана.

Роутер — это, по сути, мини-компьютер, со своей операционной системой и множеством функций и параметров. Например, он может выдавать гаджетам настройки сети, то есть выполнять функции DHCP сервера.

Назначение

• Дома – во многих статьях почему-то пишут первым именно домашнее использование. Да, ранее их действительно часто использовали дома и подключали соседей, а также друзей, чтобы порубиться в Counter Strike. Но сейчас в век интернета их уже редко увидишь, и на их смену пришли Wi-Fi роутеры.

• Небольшие предприятия – сеть ограничивается только количеством компьютеров. Обычно их до 48 + сервер.

• Умный дом – данная система достаточно популярна в частных домах. Также её могут использовать на небольших предприятиях.

• Видеонаблюдение – если система становится слишком большой, то начинают использовать коммутаторы;

• Промышленные сети – для правильного распределения трафика между сложными аппаратами.

ПОМОЩЬ СПЕЦИАЛИСТА! Если у вас ещё остались вопросы или вас нужно проконсультировать по данной теме – пишем в комментарии.

Особенности настройки параметров устройства

Внесение соответствующих изменений в параметры свитч-устройства проходит одинаково для каждой модели. Настройка оборудования требует выполнения поэтапных действий:

1. Создать два порта VLAN – для клиентов и для управления коммутаторов. VLAN должны быть обозначены в настройках, как порты свитч.
2. Настроить порт security, запретив получать больше одного МАС-адреса на порт. Это позволит избежать передачи информации на другой порт. Иногда может возникнуть слияние бродакстового домена домашней сети с доменом провайдера.
3. Запретить STP на порте клиента, чтобы другие пользователи не смогли загрязнять сеть провайдера различными пакетами BPDU.
4. Настроить параметр loopback detection. Это позволит отклонять неправильные, бракованные сетевые карточки, и не мешать работе пользователей, которые подключены к порту.
5. Создать и настроить параметр acl, чтобы запретить прохождение пакетов не PPPoE в пользовательскую сеть. Для этого в настройках нужно заблокировать такие ненужные протоколы, как DCHP, ARP, IP. Подобные протоколы предназначены для того, чтобы пользователи общались напрямую, обходя протоколы PPPoE.
6. Создать acl, который запрещает PPPoE РADO пакеты, приходящие с клиентских портов.
7. Включить Storm Control, что позволит бороться с мультикастовыми и бродкастовыми флудами. Данный параметр должен заблокировать не PPPoE трафик.

Если что-то идет не так, то стоит проверить PPPoE, который может атаковаться вирусами или поддельными пакетами данных. По неопытности и незнанию пользователи могут некорректно настроить последний параметр, и тогда нужно обратиться за помощью к оператору провайдера Интернет-услуг.

Преимущества и недостатки

К преимуществам можно отнести поступление информации 2 раза к каждому подключенному устройству. Первый раз отправка осуществляется во время опроса, а второй при передаче ответно сигнала.

Можно выделить и несколько других основных преимуществ:

• возможность объединения сегментов сетей, которые имеют разную физическую среду (это могут быть коаксиальные кабеля, витые пары);
• подключение портов в автоматическом режиме, когда возникают ошибки;
• возможность поддержки различных резервных связей.

Еще одно немаловажное преимущество минимальная стоимость. Но также нужно учесть и недостатки, которые связаны с особенностями работы коммутатора интернет:

• разные параметры портов для подключения;
• информация поступает равномерно на все порты (даже в том случае, когда они выключены);
• при снижении скорости переключение происходит на самый медленный порт.

Именно поэтому значительно снижается уровень безопасности устройства. Существует огромные риски, что доступ получат третьи лица. Они могут перехватить личные данные, информацию платежных карт.

Порты для подключения кабеля

Разновидности и предназначение USB-hub

В процессе эксплуатации пользователи могут столкнуться с проблемой, когда возникает недостаток USB-портов, чтобы подсоединить разное сетевое оборудование к компьютеру, ноутбуку независимо от провайдера. При помощи использования Ethernet USB-hub можно увеличить количество портов до нужного показателя.

Производители предлагают хабы на 8 портов, которые дополнительно оснащаются питанием. Такое устройство состоит из следующих конструктивных элементов:

• коннекторы для подключения к персональному компьютеру;
• порты, чтобы присоединить периферийного оборудования;
• когда возникает недостаток напряжения в процессе эксплуатации хаба, необходимо дополнительно использовать блок питания.

Такое устройство упростит эксплуатацию в процессе построения сети дома или в офисе.

Пассивный USB-хаб

Это сетевой разветвитель, который позволяет подключить до 7 устройств одновременно. Чтобы они работали без помех, необходимо выбирать внешние устройства, которые имеют минимальный показатель потребления электричества:

• зарядный блок для мобильных телефонов;
• внешние флеш-накопители;
• сетевые принтеры;
• сканеры, которые оснащаются блоками индивидуального питания.

Производители предлагают разные виды концентраторов пассивного типа. Они отличаются модификациями, характеристиками.

Уровни распределения и доступа

Активный USB-хаб

Устройства активного типа применяются в той ситуации, когда возникает недостаток функционала пассивного хаба. Они имеют дополнительный источник питания. Пользователи смогут подключать разные периферийные устройства, которые требуют больших затрат энергии для бесперебойной работы.

Виды оборудования

Свитч-устройства делятся на разные виды по таким критериям:

• Тип портов.
• Количество портов.
• Скорость работы портов – 10 Мбит/сек, 100 Мбит/сек и 1000 Сбит/сек.
• Управляемые и неуправляемые устройства.
• Производители.
• Функции.
• Технические характеристики.

По количеству портов свитч-коммутаторы делятся на:

• 8-портовые.
• 16-портовые.
• 24-портовые.
• 48-портовые.

Для дома и небольшого офиса подойдет коммутатор на 8 или 16 портов, которые работают со скоростью 100 Мбит/секунду.

Для больших предприятий, компаний и фирм нужны порты со скоростью работы 1000 Мбит в секунду. Такие устройства нужны для подключения серверов и крупного коммуникационного оборудования.

Неуправляемые коммутаторы – самые простые из оборудования. Сложные коммутаторы управляются на сетевом или третьем уровне модели OSI – Layer 3 Switch.

Также управление осуществляется через такие методы, как:

• Веб-интерфейс.
• Интерфейс командной строки.
• Протоколы SNMP и RMON.

Сложные или управляемые коммутаторы позволяют применять функции VLAN, QoS, зеркалирование и агрегирование. Также такие коммутаторы объединяют в одно устройство, которое называется стек. Оно предназначено для того, чтобы увеличить число портов. Для стекирования применяют другие порты.

Как выбрать свитч, какие характеристики смотреть

При выборе сетевого оборудования нужно учитывать следующие основные параметры:

• базовую скорость передачи информации;
• наличие поддержки VLAN и PoE;
• возможность управления коммутацией;
• количество портов;
• пропускную способность;
• форм-фактор (настенное и настольное исполнение, стойка).

Если свитч нужен для системы видеонаблюдения из нескольких IP-камер, выбирайте модель с поддержкой PoE (тогда не понадобятся силовые кабели).

При выборе количества портов учитывайте не только число уже существующих единиц техники, но и возможное добавление ПК, то есть не забудьте про запас, чтобы к коммутатору можно было подключить новые устройства. По возможности покупайте модели с управлением, они удобнее в работе.

Обращайтесь в специализированный магазин. В целях экономии можно купить свитч бу с необходимыми характеристиками и в хорошем состоянии, но по сниженной цене.

Виталий Солодкий
Назад

Как выбрать размер телевизора: о диагонали, расстоянии и разрешении

ЕЩЕ

Характеристики сетевых концентраторов

Коммутатор для интернета обладает следующими общепринятыми характеристиками:

• Количество портов для подключения. Разъемы предназначены для соединения сетевых линий. Концентраторы простых моделей имеют четыре или восемь портов, которые предназначены для подключения витой пары. Производители предлагают средний уровень моделей. Такие устройства оснащены разъемами в количестве 12, 16 и 36 штук. Также есть модели с дополнительным одним портом BNC 10BASE-2. Они предназначены для подключения коаксиальных сегментов.
• Скорость передачи информации. Показатель измеряется в Мбит/сек. Концентраторы могут передавать информацию на скорости 10 и 100 Мбит/сек. В автоматическом режиме может осуществляться переход на низкоскоростной порт.
• Наличие портов, чтобы выполнять подключение кабеля Ethernet, коаксиального или оптического.

Это основные характеристики коммутаторов, независимо от бренда. Необходимо понимать, зачем нужен каждый параметр, его роль и значение в общей схеме подключения устройств.

Роль маршрутизатора в общей схеме подключения

Что применяют провайдеры?

Компании-провайдеры при создании компьютерной сети создают один из ее уровней:

• Уровень доступа.
• Уровень агрегации.
• Уровень ядра.

Уровни нужны для того, чтобы легче обращаться с сетью: масштабировать, настраивать, вводить избыточность, проектировать сеть.

На уровне доступа свитч-устройства должно проводится подключение конечных пользователей к порту на 100 Мбит/сек. К другим требованиям, которые предъявляются к устройству, относятся:

• Подключение через SFP к коммутатору уровня агрегации, где происходит передача информации на скорости в 1 гигабайт в секунду.
• Поддержка VLAN, acl, port security.
• Поддержка функций безопасности.

По такой схеме происходит создание трех уровней сети от Интернет-провайдера. Сначала идет формирование сети на уровне жилого дома (многоэтажного, частного).

Потом сеть «разбрасывается» на микрорайон, когда происходит присоединение к сети нескольких жилых домов, офисов, компаний. На последнем этапе создается сеть уровня ядра, когда к сети подключатся целые микрорайоны.

Формирование сети у Интернет-провайдеров происходит с помощью технологии Ethernet, позволяющей подсоединить абонентов к сети.

Почему коммутируемый Ethernet более надежный и эффективный?

При возникновении проблемы в coaxial-ethernet (10base2) трудно определить где ошибка. Инженеру-связисту необходимо проверить все разъемы один за другим, что требует времени. Также необходимо учесть, что из-за хрупкости коаксиального кабеля сеть часто выходит из строя.

Коаксиальный ethernet использует 2 кабеля (внутренний и внешний) для передачи и приема данных в сеть. При полудуплексной связи, компьютер не может одновременно данные принимать и отправлять. Когда сеть загружена возникают множественные коллизии при попытки одновременно вести передачу данных двумя и более станциями. Что почти гарантированно  снижает скорость передачи данных в разы, нередко десятки и сотни раз..

При работе с коммутируемой сетью, если один кабель поврежден, он не будет влиять на других абонентов. Если сломается порт, пользователь может просто подключить кабель к другим работающим портам.

Что касается производительности, механизм внутри коммутатора может обеспечить полнодуплексную связь (full duplex). Поскольку вероятность возникновения коллизий в сети при правильной настройке оборудования практически сведена к нулю, то данный факт повышает производительность всей системы.

Критерии выбора коммутатора

Существует несколько основных критерий выбора Wi-Fi коммутаторов:

• показатель стандартизации оборудования, совместимость устройства с программным обеспечением персональных компьютеров;
• скорость передачи информации, возможность увеличения этого параметра;
• метод управления обменом данных в сети (существуют устройства с маркерным методом, полным дуплексом);
• допустимые типы кабелей для подключения.

При выборе нужно учесть максимально возможную длину, наличие защищенности от помех.

Разновидности

Существует три разновидности коммутатора: неуправляемые, управляемые и настраиваемые.

1. Неуправляемый сетевой коммутатор — это устройство 2 уровня OSI. Используется в маленьком офисе или дома. Такие гаджеты не требуют настройки. Для работы их нужно только соединить с компьютерами сетевым кабелем. Это самые дешевые устройства.
2. Управляемые свитчи работают на 3 уровне OSI. Настраиваются эти гаджеты через WEB интерфейс. Здесь можно задать различные параметры, например приоритеты устройств, параметры сети и другие. Эти гаджеты, чаще всего, используются в промышленных сетях, офисах больших компаний. Управляемые коммутаторы дороже неуправляемых и настраиваемых.
3. Настраиваемые свитчи по функциональности уступают управляемым, но превосходят неуправляемые. Они поддерживают некоторые настройки, например VLAN.

Параметры

Свитчи имеют достаточно много параметров, на которые нужно обратить внимание.

Количество портов коммутатора определяет, сколько единиц оборудования можно подключить. Дома используются гаджеты, имеющие от 5 до 15 портов.

Оборудование, у которого от 15 до 52 портов, предназначено для офиса. Кроме количества портов, следует также обратить внимание на их скорость. Современные гаджеты могут работать на скорости 100 или 1000 Мбит/с.

Скорость обслуживания пакетов – это характеристика, определяющая производительность свитча. Стандартный размер пакета равен 64 байта. Данная величина измеряется в миллионах пакетов за секунду (Mpps).

РоЕ (Power over Ethernet), данная функция позволяет подавать электричество к устройству через сетевой кабель. При этом качество передаваемой информации не снижается. С помощью данной опции можно подключать гаджеты, к которым электричество подвести проблематично, например, WEB камеры.

SFP порты используются для подключения к устройствам высшего уровня или к другим коммутаторам. Этот порт является слотом, к которому подключается специальный SFP-модуль. После этого уже можно подключать другое устройство, например, оптоволоконный кабель.

Кроме технических характеристик, следует также обратить внимание на то, какие функции еще поддерживает свитч.

Энергосберегающие коммутаторы способны следить за активностью подключенных устройств. Когда они выявляют неактивный сетевой порт, то переводят его в спящий режим. По заявлению производителей, данная функция способна сохранить до 80% электрической энергии.

VLAN требуется для разграничения сегментов локальной сети. С помощью этой функции можно создать отдельные участки для отделов или филиалов фирмы.

Функция защиты от широковещательного шторма позволяет бороться с DDoS атаками. Модели, имеющие эту функцию, своевременно выявляют флуд и отсекают его.

Функция сегментации трафика позволяет так настраивать порты, чтобы они были логически отделены друг от друга, но могли подключаться к серверу.

Функция стекирования позволяет объединить несколько коммутаторов в стек. Эта возможность востребована в сетях больших разветвленных компаний.

Источники

• https://Help-WiFi.ru/tekh-podderzhka/setevoj-kommutator/
• https://itumnik.ru/internet/hab-dlya-interneta-chto-eto-takoe-i-zachem-on-nuzhen
• https://besprovodnik.ru/kommutator/
• https://14bytes.ru/razbiraemsja-kak-rabotaet-kommutator-seti-ethernet-switch/
• https://ichip.ru/sovety/dlya-chego-nuzhen-setevojj-kommutator-i-kakojj-luchshe-vybrat-371132
• https://WiFiGid.ru/poleznoe-i-interesnoe/kommutator-switch
• https://setupik.ru/chto-takoe-svitch-i-dlya-chego-nuzhnyi-podobnyie-ustroystva.html
• https://mobila.guru/faqsingle/setevye-kommutatory-svitchi-harakteristiki-i-primenenie/