Просмотр кода страницы Сетевой коммутатор

[[Файл:Avaya ERS-5520-48T-PWR-Front.jpg|thumb|Сетевой коммутатор на 52 порта (включая 4 оптических комбо-порта)
]]
[[Файл:8 prt netgear ethernet hb.jpg|thumb|24-портовый сетевой коммутатор]]

'''Сетевой коммутатор''' ({{жарг|'''свитч'''}}, '''''свич''''' от {{lang-en|[[wikt:switch#Английский|switch]]}} «переключатель») — устройство, предназначенное для соединения нескольких [[узел сети|узлов компьютерной сети]] в пределах одного или нескольких [[сегмент сети|сегментов сети]]. Коммутатор работает на [[канальный уровень|канальном (втором) уровне]] сетевой [[Сетевая модель OSI|модели OSI]]. Коммутаторы были разработаны с использованием [[сетевой мост|мостовых технологий]] и часто рассматриваются как [[Порт (компьютерные сети)|многопортовые]] [[Сетевой мост|мосты]]. Для соединения нескольких сетей на основе [[Протоколы сетевого уровня|сетевого уровня]] служат [[маршрутизатор]]ы (3 уровень OSI).

В отличие от [[сетевой концентратор|концентратора]] (1 уровень OSI), который распространяет [[Сетевой трафик|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.

Далее в этой статье рассматриваются исключительно коммутаторы для технологии [[Ethernet]].
[[Файл:Hirschmann Octopus 24M 1.jpg|thumb|Hirschmann Octopus 24M]]
[[Файл:Cisco SG 200-08P front.jpg|thumb|[[PoE]]-коммутатор]]

== Принцип работы коммутатора ==
Коммутатор хранит в памяти (так называемой [[ассоциативная память|ассоциативной памяти]]) таблицу коммутации, в которой указывается соответствие узла [[Порт (компьютерные сети)|порту]]. 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 [[Кадр (телекоммуникации)|фреймы (кадры)]] и, определив [[MAC-адрес]] хоста-отправителя, заносит его в таблицу на некоторое время.

Впоследствии, если на один из [[Порт (компьютерные сети)|портов]] коммутатора поступит [[Кадр (телекоммуникации)|кадр]], предназначенный для [[хост]]а, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если же 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 [[Сетевой трафик|трафик]] локализуется.

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

== Режимы коммутации ==
{{см. также|Коммутация (компьютерные сети)|l1=Коммутация}}
Существует три способа коммутации, у которых различаются задержка и надёжность передачи:
# С промежуточным хранением (store and forward). Коммутатор читает весь кадр, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и посылает в него весь кадр.
# Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает из кадра только адрес назначения и после посылает весь кадр в соответствующий порт, не проверяя на ошибки. Так как нет необходимости хранить в памяти весь кадр для проверки, коммутатор может послать начало кадра, не получив его конца, так что задержка ниже.
# Бесфрагментный (fragment-free) или ''гибридный'' . Этот режим является модификацией сквозного режима, который частично решает проблему коллизий.  Повреждённые коллизией кадры часто короче минимально допустимого размера, равного 64 байтам, поэтому в этом режиме коммутатор отбрасывает кадры длиной меньше 64 байт, а все остальные после прочтения первых 64 байт передаёт дальше в сквозном режиме{{нет АИ|1|02|2021}}.

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 [[Полоса пропускания|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 [[бит в секунду|Мбит/с]] или 100 Мбит/с.

Асимметричный коммутатор обеспечивает коммутируемые соединения между портами с различной шириной полосы пропускания, например, в случаях комбинации портов с шириной полосы пропускания 10 Мбит/с или 100 Мбит/с и 1000 Мбит/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 Мбит/с на порт 10 Мбит/с без опасности переполнения на последнем, асимметричный коммутатор должен иметь буфер памяти{{Нет АИ|02|11|2017}}.

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 ==
В результате коммутации могут одновременно возникнуть два кадра, предназначенные одному порту. Однако, их невозможно отправить через него одновременно, поэтому все поступающие кадры хранятся до отправки  в специальной области памяти коммутатора —так называемом буфере.

Есть два способа организации буфера: '''буферизация по портам''' и '''буферизация с общей памятью'''.
При буферизации по портам кадры хранятся в [[Очередь (программирование)|очередях]] (queue), которые связаны с отдельными входными портами. Пакет передаётся на выходной порт только тогда, когда все кадры, находившиеся впереди него в очереди, были успешно переданы. При этом возможна ситуация, когда один кадр задерживает всю очередь из-за занятости порта его пункта назначения. Эта задержка может происходить даже в том случае, когда остальные кадры могут быть переданы на открытые порты своих пунктов назначения.

При буферизации в общей памяти все кадры хранятся в общем буфере, который используется всеми портами коммутатора, каждому из которых память выделяется по требованию. Такой метод называется динамическим распределением буферной памяти. После этого кадры, находившиеся в буфере, распределяются по выходным портам. Это позволяет получить кадр на одном порте и отправить его с другого порта, не устанавливая его в очередь.

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

Поскольку память буфера является общей, размер кадра ограничивается всем размером буфера, а не долей, предназначенной для конкретного порта. Это означает, что крупные кадры могут быть переданы с меньшими потерями, что особенно важно при асимметричной коммутации, то есть, когда порт с шириной полосы пропускания 100 Мбит/с должен отправлять пакеты на порт 10 [[бит в секунду|Мбит]]/с.

== Возможности и разновидности коммутаторов ==
{{Anchor|L3}} <!-- Не удалять эту строку! -->

Коммутаторы подразделяются на '''управляемые''' и '''неуправляемые''' (наиболее простые).

Более сложные коммутаторы позволяют управлять коммутацией на [[Протоколы сетевого уровня|сетевом]] (третьем) уровне [[Сетевая модель ВОС|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]], [[Агрегация каналов|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 (сетевые коммутаторы)|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 ==
* {{книга
|заглавие = Руководство Cisco по конфигурированию коммутаторов Catalyst
|оригинал = Cisco Field Manual: Catalyst Switch Configuration
|автор = Дэвид Хьюкаби, Стив Мак-Квери
|ссылка = http://www.ciscopress.ru/books/5-8459-0700-4.html
|isbn = 5-8459-0700-4
|страницы = 560
|год = 2004
|место =  М.
|издательство = [[Вильямс (издательство)|«Вильямс»]]
}}
* {{книга
|заглавие = Полный справочник по Cisco
|год = 2002
|часть='''Глава 9. Основные сведения о коммутаторах'''
|оригинал = Cisco: The Complete Reference
|автор = Брайан Хилл
|ссылка = https://archive.org/details/ciscocompleteref0000hill/page/1088
|isbn = 0-07-219280-1
|страницы = 1088
|место =  
|издательство = [[Вильямс (издательство)|«Вильямс»]]
}}
* А. А. Шимбирёв, Тетеревлева Ев. К., Тетеревлева Ек. К. — Курс лекций «Компьютерные сети» — МПТ РГТЭУ, 2013

== Ссылки ==
* [http://blogs.cisco.com/smallbusiness/understanding-the-different-types-of-ethernet-switches/ Understanding the different types of Ethernet Switches — Cisco Blogs]
* [http://book.itep.ru/4/41/rep_4114.htm 4.1.1.4 Повторители, мосты, мультиплексоры, переключатели и маршрутизаторы] — Семенов Ю. А. (ИТЭФ-МФТИ)

{{Сетевое оборудование}}

[[Категория:Сетевое оборудование]]