Что такое коммутатор? Тонкая грань: маршрутизаторы и коммутаторы.

Такой вопрос все чаще возникает при построении инфокоммуникационных структур в организациях и на предприятиях различных масштабов. Рекомендации МСЭ-Т и эталонная модель сетевой архитектуры взаимодействия открытых систем (OSI) дают ответ на этот вопрос, достаточно, однозначный. Между тем, разработчики телекоммуникационного оборудования пытаются сделать оборудование универсальным и всемогущим, что и заставляет пользователей задумываться о выгодности приобретения новых многофункциональных устройств. Насколько это оправдано узнаем далее.

Функции маршрутизатора

Основная функция маршрутизатора заключается в считывании и анализе служебной информации пакетов по каждому порту с целью принятия решения о дальнейшем направлении данных по сети.Также на устройство возложены следующие функции:
— создание и ведение таблиц маршрутизации;
— определение маршрутов;
— фильтрация пакетов;
— ведение очередей;
— преобразование сетевых адресов в локальные;
— распределение данных по портам.

В соответствии с сетевой моделью взаимодействия OSI, место маршрутизатора - на сетевом уровне и он призван организовать соединение подсетей в составе единой сети между собой. Применительно к компаниям малого и среднего бизнеса, использование устройств маршрутизации востребовано при организации сетей с требованием по выделению нескольких подсетей и разделению доступа к ним. Например, при организации сети в гостинице маршрутизатор позволяет разграничить доступ администрации и гостей. На предприятиях маршрутизаторы могут объединить несколько локальных сетей и предоставить доступ к сети провайдера, в частности, по разным каналам. При этом подсети будут логически отделены друг от друга.

Функции коммутатора

Что же касается коммутатора, то, во-первых, он призван работать на канальном, т.е. втором уровне согласно модели OSI и, во-вторых, его основная задача - анализ MAC- адреса порта-отправителя и отправка данных на другой порт, при этом таблица коммутации формируется им же самим. Конструктивно коммутатор - это концентратор, работающий как многопортовый мост. Он позволяет сегментировать сеть, предоставлять каждой рабочей станции в подсети канал и выделять полосу пропускания для передачи данных. Коммутатор предоставляет не только доступ пользовательским устройствам к сети, но и может служить устройством агрегирования трафика при передаче в сеть, тем самым, занимая место внутри локальной сети или на ее границе.

Организация локальной сети без такого устройства невозможна, ведь именно он призван подключить пользовательские устройства к глобальной сети. Коммутаторы находят широкое применение в домашних сетях и небольших офисах для совместного подключения нескольких компьютеров к одной линии провайдера, а также востребованы в средних и крупных компаниях для построения каскадных сетевых архитектур, имеющих целью укрупнение (агрегацию) потоков, прежде чем передать их в сеть.

Что отличает маршрутизатор от коммутатора?

Сходство и различия сетевых устройств определяются реализованным функционалом в соответствии с уровнями моделей OSI. Так коммутаторы 3 уровня максимально схожи по функционалу с маршрутизаторами, в то время как коммутаторы уровня доступа работают больше, как концентраторы потоков. Между тем, есть ряд функций, которые присущи только одним. Сравнение устройств представлено в таблице ниже.

Таблица - Функционал сетевого оборудования

Гибридные сетевые устройства

• Маршрутизирующий коммутатор - это некий компромисс между маршрутизатором и коммутатором, когда от первого оставлены только основные функции, а пакеты обрабатываются в одном модуле. При этом процессы коммутации и маршрутизации логически распределены по уровням, т.е. сетевому и канальному. Для устройства характерны высокая производительность при низкой стоимости владения. Оптимально для использования в корпоративных и ISP сетях.
• Коммутирующий маршрутизатор - работает на сетевом уровне и используется для снижения нагрузки на модули расчета маршрута. За счет известной по более ранним операциям информации о получателе, пакеты пересылаются без просмотра таблиц маршрутизации. Коммутирующие имеют функцию переключения устройства в режим только коммутатор или маршрутизатор. За счет этого они являются универсальными устройствами для корпоративных сетей, магистралей ISP и WAN-сетей.
• Коммутатор потоков - при обнаружении продолжительных потоков на сетевом уровне, функции маршрутизации отключаются, и осуществляется коммутация на канальном уровне. За счет этого удается снизить время обработки данных и увеличить производительность платформы. Эффективны устройства на магистралях ISP и WAN-сетях.

Стоимость владения

Аппаратная реализация устройств коммутации существенно дешевле, чем маршрутизаторов. Соответственно и всегда ниже. Сравнивая по стоимости одинаковые по функциональности маршрутизаторы и коммутаторы сетевого уровня, последние также окажутся несколько дешевле. Коммутатор D-Link DES-1008 на 8 портов 100 Мб/с можно приобрести всего за 800р, в то время как маршрутизатор на 4 порта DVG-5402SP того же производителя обойдется в 2 800-3 000р. Для гибридных моделей устройства на базе маршрутизаторов оказываются по цене дороже коммутаторных платформ. К примеру, стоимость владения маршрутизирующего коммутатора DES серии 3200 на 24 порта составляет 10 000-13 000р, при этом маршрутизатор Huawei серии AR 1200 только на 8 LAN портов обойдется в сумму около 40 000р. Наиболее дешевый способ организации сетей - это использование коммутаторов внутри и на границе сети, с установкой маршрутизатора на стыке с магистралью. Например, можно воспользоваться маршрутизатором Cisco RV082 с двумя магистральными портами и на 8 LAN портах организовать подключение до 50 пользователей посредством коммутаторов доступа Cisco SB SF100D-05. Стоимость владения такой сети не превышает 50 000 р.

Вывод

Может ли маршрутизатор работать в роли коммутатора? Да, может, но это будет дорого стоить! Может ли коммутатор выполнять роль маршрутизатора? Нет, не может, даже если он будет работать на сетевом уровне. Компромисс для тех, кто хочет универсальное устройство, но при этом не заботится о цене - маршрутизаторы с функцией коммутации.

Подобрать оптимальные по функционалу и и коммутаторы можно в интернет-магазине.ls computers. Всегда в наличии недорогие , стекируемые коммутаторы D-Link и , отличающиеся надежностью и функциональностью. Являясь официальным партнером таких компаний, как Cisco, D-Link, Zyxel, NetGear, HP и многих других, мы предлагает только сертифицированное оборудование и с последующим гарантийным обслуживанием. Позвоните нашим менеджерам по телефону 8 800 333 23 70 или оставьте заявку на сайте. Они ответят на все ваши вопросы по подбору и приобретению сетевого оборудования!

Все права на материалы опубликованные на сайте сайт, являются интеллектуальной собственностью и охраняются в соответствии с законодательством РФ. При цитировании материалов с данного сайта прямая гиперссылка обязательна.

Продолжая разбираться в различиях между устройствами связи нельзя оставить без внимания сравнение и отличие коммутатора от маршрутизатора, которые хоть и служат для создания определённой сети и даже схожи внешне, имеют разные характеристики и возможности.

Сетевой коммутатор по-другому ещё называют свитч (switch). Назначение такого оборудования – создание сети между несколькими компьютерами или серверами. При этом коммутатор использует мостовые технологии, а всю информацию передаёт только одному получателю. За счёт чего повышается безопасность и производительность сети. Ведь другим участникам не нужно принимать и обрабатывать пакеты данных, которые им не предназначаются.

Некоторые IT-специалисты довольно метафорично говорят о том, что коммутатор обладает «интеллектом». Уже после первой передачи, он составляет особую таблицу коммутации, куда заносится информация о соответствии МАС-адресов узлов и определенных портов свитча. Если говорить проще, то это оборудование различает все подключенные в сеть устройства и запоминает каким образом передавать данные в следующий раз.

Чем-то похоже на коммутатор и устройство, которое называется концентратор (хаб). Оно также соединяет несколько компьютеров в сеть LAN. Правда, сегодня концентраторы почти не применяются. Всё дело в том, что они не различают участников сети и каждому направляют пакеты данных. Всё это негативно сказывается на производительности и пропускной способности.

Что такое маршрутизатор?

Маршрутизатор (или роутер) – более сложное устройство, чем коммутатор. Это своего рода сетевой компьютер, который чаще всего применяется для создания локальной сети и обеспечения доступа во всемирную паутину. Помимо этого он имеет много настроек и специализированное программное обеспечение. Всё это позволяет роутеру не только объединять устройства в общую сеть и «раздавать» интернет, но и присваивать IP-адреса, защищать домашнюю или рабочую групп от внешних угроз, ограничивать доступ пользователям или ресурсам, контролировать и шифровать трафик.

Отличие коммутатора от маршрутизатора

Поняв, что это за устройства, будет проще выявить и различия между ними. В качестве основных можно выделить следующее:

• Маршрутизатор – более сложное в техническом плане оборудование, которое имеет больше функций и возможностей. Для свитчей характерен ограниченный функционал.
• Маршрутизатор и коммутатор отличаются принципами работы. Первый использует канальный уровень OSI для передачи данных. Он считывает MAC-адреса, составляя специальные адресные таблицы. За счёт чего может правильно перенаправить полученную информацию. Его работу можно сравнить с оборудованием на АТС, которое перераспределяет поступившие звонки между абонентами. Тогда как коммутатор работает на третьем уровне сетевой модели OSI использованием протоколов TCP/IP. То есть он определяет IP-адреса, анализирует пакеты данных, фильтрует, ограничивает или дешифрует их.
• Маршрутизаторы соединяют 2 и более сегмента подсети. Коммутаторы на такое не способны. Их предел – обеспечить передачу данных в рамках конкретной подсети.
• Коммутатор в отличие от роутера самостоятельно к интернету не подключается. Поэтому для маршрутизатора обязательно наличие WAN-порта для подключения к глобальной сети. Тогда как у коммутатора имеются только LAN-разъёмы.
• Благодаря механизму NAT роутер преобразуют один IP-адрес, присваиваемый провайдером, в несколько, чтобы дать доступ к сети сразу нескольким устройствам. Естественно, свитч такой функцией не обладает.
• Разница между маршрутизатором и свитчем проявляется и в «начинке». Роутер как мини-компьютер имеет больший объём встроенной памяти и более мощный процессор. Также маршрутизатор обеспечивает поддержку большинства интерфейсных модулей. При этом некоторые модели роутеров оснащаются и сетевыми брандмауэрами.
• Отличие любого коммутатора от маршрутизатора можно найти в быстродействии. Свитч обладает очень высокой скоростью обработки данных. Ведь ему не нужно проверять и анализировать каждый пакет данных. Однако роутеры можно использовать в больших сетях. Тогда как применение коммутаторов довольно ограничено из-за небольших размеров таблицы маршрутизации.
• Отличаются оба устройства и своей стоимостью. Естественно, маршрутизатор в силу своего функционала и более сложной конструкции намного дороже, чем свитч.

Сетевой коммутатор

Сетевой коммутатор - устройство, предназначенное для соединения несколькихузловкомпьютерной сетив пределах одного или несколькихсегментов сети. Коммутатор работает наканальном (втором) уровнемодели OSI. Коммутаторы были разработаны с использованиеммостовых технологийи часто рассматриваются как многопортовыемосты. Для соединения нескольких сетей на основесетевого уровняслужатмаршрутизаторы(3 уровень OSI).

В отличие от концентратора (1 уровень OSI), который распространяет 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.

Принцип работы коммутатора

Коммутатор хранит в памяти (т.н. ассоциативной памяти) таблицу коммутации, 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 фреймы (кадры) 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.

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.

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.

Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный . Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (первые 64 байта кадра анализируются на наличие ошибки и при её отсутствии кадр обрабатывается в сквозном режиме).

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

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

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

Поскольку память буфера является общей, размер фрейма ограничивается всем размером буфера, а не долей, предназначенной для конкретного порта. Это означает, что крупные фреймы 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, интерфейса командной строки (CLI), протокола SNMP, RMON и т. п.

Многие управляемые коммутаторы позволяют настраивать дополнительные функции: VLAN, QoS, агрегирование, зеркалирование. На данный момент 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 - 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).