Тонкая грань: маршрутизаторы и коммутаторы. Что такое коммутатор и где он используется

Коммутаторы - это промышленные устройства, которые могут располагаться отдельно либо быть составной частью какой-нибудь электронной системы.

Принцип работы коммутатора заключается в выборе нужной электрической цепи и подключения ее к входной цепи.

Современные коммутаторы бывают одно-, двух- или многоканальными и имеют также аварийный режим работы. Многоканальность обеспечивает большую надежность и стабильность работы той системы, куда подключен коммутатор. Фото одного из устройств данного вида представлено ниже.

В авто и мототехнике коммутатор представляет собой своеобразный микрокомпьютер, что вырабатывает и подает токовый импульс на катушку зажигания (на свечу, которая поджигает топливо в моторе).

В компьютерных сетях также существуют коммутирующие устройства, например, ethernet. Принцип работы коммутатора ethernet заключается в том, что, когда приходит пакет для определенного адреса, он находит его порт и пересылает пакет именно одному этому пользователю. В то время как другие устройства передают информацию на все порты.

Для чего предназначен коммутатор

Эти приборы широко используются в различных отраслях, а также устанавливаются на транспортные средства в качестве перераспределителей, выключателей или переключателей.

Принцип действия коммутатора такой же, что и у электронных, электромеханических, а также электронно-лучевых приборов.

Назначение коммутатора состоит в том, чтобы управлять токами катушки зажигания, опираясь на сигналы синхронизационного датчика.

В транспортном средстве цепь, где находится коммутатор, выполняет функцию тестировщика узлов систем зажигания, автоматическим путем во время переключения с бензина на газ регулирует и многое другое.

Немного истории

Следующим шагом стало создание многоканальных устройств, а затем и установка отдельной системы, состоящей из коммутатора и катушки, выполненных на каждой свече. Это дало свои преимущества:

• стала вырабатываться более мощная искра;
• удалось уменьшить, а затем и ликвидировать потери в трамблере;
• получилось добиться стабильного хода на холостых оборотах;
• заметно снился расход горючего;
• при низких температурах улучшился запуск двигателя.

Функционирование устройства

Принцип работы коммутатора состоит в том, чтобы максимально быстро коммутировать цепь с датчиками вращения и управлять токами в катушке зажигания.

Дело в том, что сигналы, поступающие от датчиков вращения, являются слабыми, либо аналоговыми и неудобными в использовании. Поэтому для применения в системе управления их нужно не только сформировать, а еще и усилить, а затем передать первичной обмотке катушки, что позволяет осуществлять высокоскоростную коммутацию.

Многоканальные устройства способны производить управление и коммутацию сразу нескольких катушек зажигания.

Место расположения

Конструктивно коммутатор может совмещаться с электронным блоком управления двигателя, при этом управляющие сигналы с него поступают сразу на катушку зажигания.

Если конструкция такова, что устройство расположено отдельно, то оно может устанавливаться:

• на распределителе зажигания, как у ВАЗа;
• в непосредственной близости от катушки зажигания;
• отдельно на поверхности из металла для осуществления теплоотвода, например, на крыле или перегородке под капотом, как у "Форда";
• возле электронного блока управления и другое.

Например, коммутатор "Ауди" располагается под ветровым стеклом в отсеке двигателя в кожухе из водонепроницаемого материала. Там же есть разъемы для диагностических устройств.

Типы коммутаторов

Из всего разнообразия данного вида приборов для авто и мототехники предназначены следующие:

• устройство, которое имеет высоковольтный встроенный генератор - DC CDI;
• коммутатор, что работает только в присутствии дополнительного источника высокого напряжения - AC CDI;
• катушка-коммутатор.

Коммутаторы DC-типа являются самыми применяемыми из-за легкого подключения, они имеют на корпусе лишь четыре контакта: датчик Холла, минус, плюс, катушка зажигания.

Данные приборы имеют широкий модельный ряд:

• без ограничителя максимального числа оборотов или с ним;
• с возможностью изменять фазы опережения зажигания;
• для различных нужд - наличие дополнительных контактных групп.

Коммутаторы АС-типа отличаются от первых тем, что им не нужно постоянное наличие напряжения, и подключаются они несколько сложнее. Также они имеют очень маленькие размеры и, следовательно, более простую конструкцию. В силу этого они не обладают ограничителем максимального числа оборотов, что снижает безопасность использования техники.

Коммутаторы-катушки представляют собой самый интересный, слабоизученный и малораспространенный вид. Они соединяют в себе катушку зажигания и коммутирующий элемент, а также не оснащены датчиком Холла.

Принцип их действия заключается в прерывании тока, который протекает через высоковольтный трансформатор с низковольтной намоткой-катушкой. Само прерывание осуществляется контактным выключателем, что приводится в действие с помощью вала распределителя зажигания.

Система с механическим прерывателем имеет следующие недостатки:

1. Из-за слишком высокого тока, протекающего в первичной обмотке катушки, в прерывателе часто вырабатывается искра, которая приводит к порче контактов: они оплавляются и обгорают.
2. В холодное и сырое время года контакты подвергаются электрохимической эрозии.
3. Высокий ток в контактах прерывателя приводит к тому, что продолжительность разряда искры зажигания является кратковременной, это приводит к некачественному поджиганию топлива и нестабильной работе двигателя на низких оборотах. Следовательно, требуются затраты на обогащенную смесь.

Устранение этих недостатков стало возможным с появлением высоковольтных транзисторов высокой мощности и созданием бесконтактных систем электронного зажигания.

Некоторые водители пытаются улучшить технические характеристики транспортного средства путем замены контактной системы зажигания бесконтактной от новой модели. Это затратно и трудоемко, ведь требуется поменять систему зажигания полностью и приобрести электронный коммутатор. Кроме того, не всегда удается найти подходящий к старому новый вариант коммутации зажигания.

Несмотря на это, даже если между катушкой зажигания и контактным прерывателем подключить простой коммутатор на мощном транзисторе, можно заметно повысить качество системы контактного зажигания автомобиля:

• перестанут оплавляться контакты прерывателя из-за уменьшения тока;
• продолжительность заряда искры увеличится примерно вдвое, что вызовет лучшее поджигание горючего;
• систему всегда можно вернуть к первоначальному варианту простой перекоммутацией провода в случае поломки коммутатора на транзисторе.

Виды коммутаторов

Различают следующие виды:

• стандартный (стоковый);
• спорт;
• с возможностью изменения фаз опережения зажигания.

Стандартный , еще называемый стоковым, коммутатор монтируется заводом-изготовителем, поэтому он рассчитан на параметры той техники, куда производится установка. Это, в свою очередь, дает гарантии того, что двигатель будет работать надежно, экономично и долго. Часто такие коммутаторы снабжены ограничителями числа оборотов, которые не только могут спасти жизнь водителю, но и сохранить долговечность агрегатов и узлов техники.

Спорт-коммутатор предназначен для того, чтобы повысить верхнюю границу оборотов двигателя. Устанавливается он вместо стандартного по желанию водителя. Но производить такую замену должны только специалисты, так как вместе с этим устройством необходимо заменить еще некоторые детали. Если этого не сделать или сделать неумело, узлы техники будут работать неправильно вплоть до скорого выхода из строя мотора.

Кроме этого, даже профессиональная замена стандартного коммутатора на спорт добавляет существенный риск аварии, если транспортным средством управляет неопытный водитель. Поэтому производить такие действия нужно крайне осторожно, осознавая предстоящий риск, особенно устанавливая такой коммутатор на скутер. Собственно, осторожность нужна всегда.

Принцип работы коммутатора с изменением фазы опережения зажигания заключается в том, что он компенсирует недостающую мощность в тех зонах оборотов, где это необходимо, и выравнивает кривую графика крутящего момента. Этим обеспечивается выигрыш в разгоне по сравнению со стандартными коммутаторами и равномерная динамика работы двигателя на различных оборотах.

Какие бывают неисправности

Признаками того, что в системе зажигания происходит сбой либо присутствует неисправность, являются такие состояния:

• отсутствует искра на свечах, двигатель не запускается;
• двигатель запускается, но через короткое время глохнет;
• работа двигателя автомашины происходит со сбоями, неравномерно и приходит в нормальный режим при замене на запасной исправный коммутатор.

Обычно сбои в работе электрической части встречаются следующих видов:

• в результате перегрузки одной или обеих первичных обмоток катушки зажигания;
• сбой в работе высоковольтной системы.

Как проверить работу

Для того чтобы проверить работоспособность устройства, существует несколько популярных способов. В частности, для этого необходимо:

• самый простой метод на начальном этапе - заменить прибор на заведомо работающий и сравнить результат;
• проверить, подается ли напряжение питания на выводы прибора. Сделать это нужно двумя способами: вольтметром и нагрузкой;
• с помощью осциллограммы проверить правильность формы входного сигнала, что подается на коммутатор;
• тем же методом проверить форму выходного сигнала;
• если в автомобиле оснащена вольтметром, то проверку можно провести визуально, следя за его шкалой. Для этого включается зажигание, в этот момент номинальное значение на индикаторе должно равняться примерно 12В, и коммутатор некоторое время добирает на себя напряжение. После того как зажигание будет включено, стрелка на короткое время замирает, а затем движется еще около миллиметра вправо и останавливается. Нарушение этой последовательности свидетельствует о сбое в работе коммутатора;
• также для проверки работы зажигания можно использовать контрольную - обычную автомобильную - лампочку. Один ее контакт подсоединяется к нагрузке, а второй - на выход катушки, что соединен с коммутаторной клеммой. При исправном коммутаторе при включении зажигания лампочка будет мигать и со временем засветится более ярко;
• также для контроля зажигания, если сбой не связан с коммутатором, нужно проверить провода, контакты и разъемы, а также осмотреть датчик Холла.

Важно не забывать, что коммутаторы, применяемые с генераторными датчиками, нельзя использовать в тех системах, что содержат датчик Холла. То же и наоборот.

Как ремонтируют коммутатор

Данное устройство играет важную роль в системе зажигания автомобиля. Принцип работы коммутатора таков, что при выходе его из строя завести двигатель машины не получится.

Однако ремонт в большинстве случаев невозможен, и прибор подлежит замене, поэтому не лишним будет иметь водителю при себе запасное исправное устройство.

Коммутатор на скутер

Как правило, в китайских и в большинстве японских скутеров используется система зажигания на основе конденсаторов. Функция конденсатора состоит в том, что после запуска мотора в нем копится энергия, и при достижении необходимого напряжения ток поступает через тиристор в катушку, где преобразовывается в силу, превыщающую входную в 60-200 раз, что и приводит к запуску двигателя скутера.

Типичным представителем устройства для скутера, содержащим в себе накапливающий напряжение конденсатор, является коммутатор "Хонда" Dio AF 34. Преимущество таких приборов в том, что искра вырабатывается всегда одной и той же мощности, что приводит к стабильности процесс запуска двигателя.

Но из-за того, что многие скутеры систему зажигания содержат конструктивно в общей схеме электроснабжения, то в случае ее короткого замыкания или перегрузки коммутатор выходит из строя первым. Поэтому есть смысл при приобретении скутера обратить внимание на те модели, где подключение коммутатора и блок зажигания смонтированы самостоятельной электрической цепью. Риск поломки в этом случае заметно снизится.

Вводная информация

Многие до сих пор не видят разницы между свичом и хабом. Понимая, что тема уже много раз обсуждалась, все же хотелось начать именно с нее.

Для свитчей это правило уже не актуально, т.к. современные свитчи даже начального уровня в ходе работы формируют таблицу коммутации, набирая список MAC-адресов, и согласно нее осуществляют пересылку данных. Каждый свитч, после непродолжительного времени работы, "знает" на каком порту находится каждый компьютер в сети.

При первом включении, таблица коммутации пуста и коммутатор начинает работать в режиме обучения. В режиме обучения работа свича идентична работе хаба: коммутатор, получая поступающие на один порт данные, пересылает их на все остальные порты. В это время коммутатор производит анализ всех проходящих портов и в итоге составляет таблицу коммутации.

Особенности, на которые следует обратить внимание при выборе коммутатора

Чтобы правильно сделать выбор при покупке коммутатора, нужно понимать все обозначения, которые указываются производителем. Покупая даже самое дешевое устройство, можно заметить большой список поддерживаемых стандартов и функций. Каждый производитель сетевого оборудования старается указать в характеристиках как можно больше функций, чтобы тем самым выделить свой продукт среди конкурентов и повысить конечную стоимость.

Распространенные функции коммутаторов:

• Количество портов . Общее количество портов, к которым можно подключить различные сетевые устройства.

  Количество портов лежит в диапазоне от 5 до 48.

• Базовая скорость передачи данных . Это скорость, на которой работает каждый порт коммутатора. Обычно указывается несколько скоростей, к примеру, 10/100/1000 Мб/сек . Это говорит о том, что порт умеет работать на всех указанных скоростях. В большинстве случаев коммутатор поддерживает стандарт IEEE 802.3 Nway автоопределение скорости портов.

  При выборе коммутатора следует учитывать характер работы подключенных к нему пользователей.

• Внутренняя пропускная способность . Этот параметр сам по себе не играет большого значения. Чтобы правильно выбрать коммутатор, на него следует обращать внимание только в паре с суммарной максимальной скоростью всех портов коммутатора (это значение можно посчитать самостоятельно, умножив количество портов на базовую скорость порта). Соотнося эти два значения можно оценить производительность коммутатора в моменты пиковой нагрузки, когда все подключенные пользователи максимально используют возможности сетевого подключения.

  К примеру, Вы используете 16-портовый коммутатор на скорости 100 Мб/сек, имеющий пропускную способность в 1Гб/сек. В моменты пиковой нагрузки 16 портов смогут передавать объем информации равный:

  16x100=1б00(Мб/сек)=1.6(Гб/сек)

  Полученное значение меньше пропускной способности самого коммутатора. Такой коммутатор подойдет в большинстве случаев небольшой организации, где на практике приведенную ситуацию можно встретить крайне редко, но не подойдет для организации, где передаются большие объемы информации.

  Для правильного выбора коммутатора следует учитывать, что в действительности внутренняя пропускная способность не всегда соответствует значению, которое заявлено производителем.

• Автосогласование между режимами Full-duplex или Half-duplex . В режиме Full-duplex данные передаются в двух направлениях одновременно. При режиме Half-duplex данные могут передаваться только в одну сторону одновременно. Функция автосогласования между режимами позволяет избежать проблем с использованием разных режимов на разных устройствах.
• Автоопределение типа кабеля MDI/MDI-X . Это функция автоматически определят по какому стандарту был "обжат" кабель витая пара, позволяя работать этим 2 стандартам в одной ЛВС.

Стандарт MDI :


Стандарт MDI-X:


• Наличие порта Uplink . Порт Uplink предназначен для каскадирования коммутаторов, т.е. объединение двух коммутаторов между собой. Для их соединения использовался перекрестный кабель (Crossover). Сейчас такие порты можно встретить только на старых коммутаторах или на специфическом оборудовании. Грубо говоря, в современных коммутаторах все порты работают как Uplink.
• Стекирование . Под стекированием коммутаторов понимается объединение нескольких коммутаторов в одно логическое устройство. Стекирование целесообразно производить, когда в итоге требуется получить коммутатор с большим количеством портов (больше 48 портов). Различные производители коммутаторов используют свои фирменные технологии стекирования, к примеру, Cisco использует технологию стекирования StackWise (шина между коммутаторами 32 Гбит/сек) и StackWise Plus (шина между коммутаторами 64 Гбит/сек).

  При выборе коммутатора следует отдавать предпочтение устройствам поддерживающим стекирование, т.к. в будущем эта функция может оказаться полезной.

• Возможность установки в стойку . Это означает, что такой коммутатор можно установить в стойку или в коммутационный шкаф. Наибольшее распространение получили 19 дюймовые шкафы и стойки, которые стали для современного сетевого оборудования неписанным стандартом.

  Большинство современных устройств имеют такую поддержку, поэтому при выборе коммутатора не стоит акцентировать на этом большого внимания.

• Количество слотов расширения . Некоторые коммутаторы имеют несколько слотов расширения, позволяющие разместить дополнительные интерфейсы. В качестве дополнительных интерфейсов выступают гигабитные модули, использующие витую пару, и оптические интерфейсы, способные передавать данные по оптоволоконному кабелю.
• Размер таблицы MAC-адресов . Это размер коммутационной таблицы, в которой соотносятся встречаемые MAC-адреса с определенным портом коммутатора. При нехватке места в коммутационной таблице происходит затирание долго не используемых MAC-адерсов. Если количество компьютеров в сети много больше размера таблицы, то происходит заметное снижение производительности коммутатора, т.к. при каждом новом MAC-адресе происходит поиск компьютера и внесение отметки в таблицу.

  При выборе коммутатора следует прикинуть примерное количество компьютеров и размер таблицы MAC-адресов коммутатора.

• Flow Control (Управление потоком). Управление потоком IEEE 802.3x обеспечивает защиту от потерь пакетов при их передаче по сети. К примеру, коммутатор во время пиковых нагрузок, не справляясь с потоком данных, отсылает отправляющему устройству сигнал о переполнении буфера и приостанавливает получение данных. Отправляющее устройство, получая такой сигнал, останавливает передачу данных до тех пор, пока не последует положительного ответа от коммутатора о возобновлении процесса. Таким образом два устройства как бы "договариваются" между собой когда передавать данные, а когда нет.

  Так как эта функция присутствует почти во всех современных коммутаторах, то при выборе коммутатора на ней не следует акцентировать особого внимания.

• Jumbo Frame . Наличие этой функции позволяет коммутатору работать с более большим размером пакета, чем это оговорено в стандарте Ethernet.

  После приема каждого пакета тратится некоторое время на его обработку. При использовании увеличенного размера пакета по технологии Jumbo Frame, можно существенно сэкономить на времени обработки пакета в сетях, где используются скорости передачи данных от 1 Гб/сек и выше. При меньшей скорости большого выигрыша ждать не стоит.

  Технология Jumbo Frame работает только между двумя устройствами, которые оба ее поддерживают.

  При подборе коммутатора на этой функции не стоит заострять внимание, т.к. она присутствует почти во всех устройствах.

• Power over Ethernet (PoE) . Эта технология передачи электрического тока для питания коммутатора по неиспользуемым проводам витой пары. Стандарт IEEE 802.af.
• Встроенная грозозащита . Некоторые производители встраивают в свои коммутаторы технологию защиты от гроз. Такой коммутатор следует обязательно заземлить, иначе смысл этой дополнительной функции отпадает.

Читайте о новинках железа, новости компьютерных компаний и будите всегда в курсе последних достижений.

Какие коммутаторы бывают?

Помимо того, что все существующие коммутаторы различаются количеством портов (5, 8, 16, 24 и 48 портов и т.д.) и скоростью передачи данных (100Мб/сек, 1Гб/сек и 10Гб/сек и т.д.), коммутаторы можно так же разделить на:

1. Неуправляемые свичи - это простые автономные устройства, которые управляют передачей данных самостоятельно и не имеющие инструментов ручного управления. Некоторые модели неуправляемых свичей имеют встроенные инструменты мониторинга (например некоторые свичи Compex).

   Такие коммутаторы получили наибольшее распространение в "домашних" ЛВС и малых предприятиях, основным плюсом которых можно назвать низкую цену и автономную работу, без вмешательства человека.

   Минусами у неуправляемых коммутаторов является отсутствие инструментов управления и малая внутренняя производительность. Поэтому в больших сетях предприятий неуправляемые коммутаторы использовать не разумно, так как администрирование такой сети требует огромных человеческих усилий и накладывает ряд существенных ограничений.

2. Управляемые свичи - это более продвинутые устройства, которые также работают в автоматическом режиме, но помимо этого имеют ручное управление. Ручное управление позволяет очень гибко настроить работу коммутатора и облегчить жизнь системного администратора.

   Основным минусом управляемых коммутаторов является цена, которая зависит от возможностей самого коммутатора и его производительности.

Абсолютно все коммутаторы можно разделить по уровням. Чем выше уровень, тем сложней устройство, а значит и дороже. Уровень коммутатора определяется слоем на котором он работает по сетевой модели OSI .

Для правильного выбора коммутатора Вам потребуется определиться на каком сетевом уровне необходимо администрировать ЛВС.

Разделение коммутаторов по уровням:

1. Коммутатор 1 уровня (Layer 1). Сюда относятся все устройства, которые работают на 1 уровне сетевой модели OSI - физическом уровне . К таким устройствам относятся повторители, хабы и другие устройства, которые не работают с данными вообще, а работают с сигналами. Эти устройства передают информацию, словно льют воду. Если есть вода, то переливают ее дальше, нет воды, то ждут. Такие устройства уже давно не производят и найти их довольно сложно.
2. Коммутатор 2 уровня (Layer 2). Сюда относятся все устройства, которые работают на 2 уровне сетевой модели OSI - канальном уровне . К таким устройствам можно отнести все неуправляемые коммутаторы и часть управляемых.

   Коммутаторы 2 уровня работают с данными ни как с непрерывным потоком информации (коммутаторы 1 уровня), а как с отдельными порциями информации - кадрами (frame или жарг. фреймами ). Умеют анализировать получаемые кадры и работать с MAC-адресами устройств отправителей и получателей кадра. Такие коммутаторы "не понимают" IP-адреса компьютеров, для них все устройства имеют названия в виде MAC-адресов.

   Коммутаторы 2 уровня составляют коммутационные таблицы, в которых соотносят MAC-адреса встречающихся сетевых устройств с конкретными портами коммутатора.

   Коммутаторы 2 уровня поддерживают протоколы:

   
   
3. Коммутатор 3 уровня (Layer 3). Сюда относятся все устройства, которые работают на 3 уровне сетевой модели OSI - сетевом уровне . К таким устройствам относятся все маршрутизаторы, часть управляемых коммутаторов, а так же все устройства, которые умеют работать с различными сетевыми протоколами: IPv4, IPv6, IPX, IPsec и т.д. Коммутаторы 3 уровня целесообразнее отнести уже не к разряду коммутаторов, а к разряду маршрутизаторов, так как эти устройства уже полноценно могут маршрутизировать, проходящий трафик, между разными сетями. Коммутаторы 3 уровня полностью поддерживают все функции и стандарты коммутаторов 2 уровня. С сетевыми устройствами могут работать по IP-адресам. Коммутатор 3 уровня поддерживает установку различных соединений: pptp, pppoe, vpn и т.д.
4. Коммутатор 4 уровня (Layer 4). Сюда относятся все устройства, которые работают на 4 уровне сетевой модели OSI - транспортном уровне . К таким устройствам относятся более продвинутые маршрутизаторы, которые умеют работать уже с приложениями. Коммутаторы 4 уровня используют информацию, которая содержится в заголовках пакетов и относится к уровню 3 и 4 стека протоколов, такую как IP-адреса источника и приемника, биты SYN/FIN, отмечающие начало и конец прикладных сеансов, а также номера портов TCP/UDP для идентификации принадлежности трафика к различным приложениям. На основании этой информации, коммутаторы уровня 4 могут принимать интеллектуальные решения о перенаправлении трафика того или иного сеанса.

Чтобы правильно подобрать коммутатор Вам нужно представлять всю топологию будущей сети, рассчитать примерное количество пользователей, выбрать скорость передачи данных для каждого участка сети и уже под конкретную задачу начинать подбирать оборудование.

Управление коммутаторами

Интеллектуальными коммутаторами можно управлять различными способами:

• через SSH-доступ . Подключение к управляемому коммутатору осуществляется по защищенному протоколу SSH, применяя различные клиенты (putty, gSTP и т.д.). Настройка происходит через командную строку коммутатора.
• через Telnet-доступ к консольному порту коммутатора. Подключение к управляемому коммутатору осуществляется по протоколу Telnet. В результате мы получаем доступ к командной строке коммутатора. Применение такого доступа оправданно только при первоначальной настройки, т. к. Telnet является незащищенным каналом передачи данных.
• через Web-интерфейс . Настройка производится через WEB-браузер. В большинстве случаев настройка через Web-интерфейс не дает воспользоваться всеми функциями сетевого оборудования, которые доступны в полном объеме только в режиме командной строки.
• через протокол SNMP . SNMP - это протокол простого управления сетями.

  Администратор сети может контролировать и настраивать сразу несколько сетевых устройств со своего компьютера. Благодаря унификации и стандартизации этого протокола появляется возможность централизованно проверять и настраивать все основные компоненты сети.

Чтобы правильно выбрать управляемый коммутатор стоит обратить внимание на устройства, которые имеют SSH-доступ и протокол SNMP. Несомненно Web-интерфейс облегчает первоначальную настройку коммутатора, но практически всегда имеет меньшее количество функций, чем командная строка, поэтому его наличие приветствуется, но не является обязательным.

Случайные 7 статей.

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

Коммутатор (от лат. "менять, изменять") имеет несколько значений. Этот термин применяют в математике, компьютерных и телефонных сетях, в технике. В данной статье подробно рассмотрим, что такое коммутатор и для чего он нужен.

Автомобильный коммутатор

В технических отраслях - это прибор (переключатель, распределитель), который обеспечивает при помощи включения, переключения либо отключения выбор необходимой цепи и соединяет с ней входную цепь. В любом транспортном средстве есть коммутатор. В автомобильной практике коммутаторы чаще используются как отдельные устройства. Они могут тестировать элементы в системе зажигания, автоматически регулировать угол опережения зажигания в момент переключения автомобиля с бензина на газ и т. д. Современные коммутаторы оснащены аварийным режимом работы.

Сетевой коммутатор

Сетевой коммутатор и switch - это один и тот же термин. Для чего нужен коммутатор? Например, у вас дома есть два компьютера, каждый с сетевой картой. Для объединения их в сеть необходим кроссоверный кабель. Что же делать, если вы приобрели еще один или несколько компьютеров, и их нужно объединить в одну сеть?

Наиболее оптимальным решением данного вопроса будет приобретение сетевого коммутатора. Он объединяет различные сетевые устройства такие, как компьютеры, серверы, подключенные к ним, в единый сегмент сети. Проще говоря, все приборы, подключенные к коммутатору, смогут "общаться" между собой. Покупая коммутатор, вы можете столкнуться также с терминами концентратор и маршрутизатор. Некоторые считают, что это одно и тоже. Да, они похожи, но различия все же есть. И их нельзя оставить без внимания.

Кратко рассмотрим, чем отличается концентратор от маршрутизатора. Концентратор - самое простой и дешевый прибор, соединяющий компьютеры в небольшую сеть. Сетевой коммутатор делает то же самое, но гораздо результативнее. Обладая некоторым «интеллектом», информация передается конкретному адресату с помощью mac-адреса. Маршрутизатор (роутер) - это интеллектуальное устройство, объединяющее две и более сети. С его помощью подключают несколько компьютеров к сети интернет. Более дорогостоящий.

Маршрутизатор принимает во внимание множество путей для передачи информации. Также блокирует радиопередачи, обеспечивая более высокий уровень безопасности, чем коммутатор. Может корректировать работу в сети, защищает ее, фильтруя пакеты и определяя, какие из них блокировать, а какие пропускать. можно самостоятельно, но для более точной диагностики лучше обратиться к специалисту.

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.