Коммутатор — устройство компьютерной сети¶

Коммутатор (англ. switch) — это сетевое устройство канального уровня (уровень 2 модели OSI), предназначенное для соединения узлов локальной вычислительной сети и пересылки кадров данных между ними. Коммутатор определяет адрес получателя кадра по таблице коммутации и отправляет данные только тому порту, к которому подключён нужный узел, в отличие от хаба, транслирующего входящий кадр во все порты.

¶Принцип работы

Коммутатор работает на канальном уровне модели взаимодействия открытых систем (OSI). При получении кадра устройство анализирует его заголовок, извлекая MAC-адрес источника и назначения. Адрес источника записывается в таблицу коммутации (CAM-таблицу) с привязкой к порту, на котором кадр был принят. Если адрес назначения уже известен из таблицы, кадр пересылается только на соответствующий порт. Если записи нет, коммутатор выполняет широковещательную рассылку кадра во все порты, кроме входного (flooding), после чего адрес источника запоминается.

Благодаря такому механизму коммутатор разделяет широковещательные домены по портам, уменьшая сетевой трафик и повышая пропускную способность сети по сравнению с общим каналом.

¶Классификация

¶По уровню модели OSI

• L2-коммутаторы — работают с MAC-адресами, наиболее распространены в локальных сетях. Не требуют настройки IP-адресации.
• L3-коммутаторы (маршрутизирующие) — совмещают функции коммутатора и маршрутизатора, пересылают пакеты по IP-адресам. Применяются в корпоративных сетях для разделения VLAN.
• L4–L7 коммутаторы — учитывают прикладные протоколы (HTTP, FTP), поддерживают балансировку нагрузки и фильтрацию трафика.

¶По назначению

¶Основные характеристики

• Количество портов — от 5–8 в бытовых моделях до 48 и более в стоечных устройствах; типы портов — RJ-45 (медные) или SFP/SFP+ (оптические).
• Пропускная способность порта — 10/100/1000 Мбит/с (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet) или 10/25/40/100 Гбит/с (10/25/40/100 Gigabit Ethernet).
• Таблица MAC-адресов — определяет количество узлов, которые коммутатор может запомнить одновременно.
• Полная дуплексность — возможность одновременной передачи и приёма данных на порту, что устраняет коллизии.
• Скорость коммутации — измеряется в пакетах в секунду (pps) или битах в секунду.

¶VLAN и приоритизация

Управляемые коммутаторы поддерживают виртуальные локальные сети (VLAN, стандарт IEEE 802.1Q), позволяющие логически раздеть физическую сеть на изолированные сегменты. Приоритизация трафика реализуется средствами QoS (Quality of Service) — кадры с более высоким приоритетом (например, голосовая связь) обслуживаются в первую очередь. Протоколы STP (Spanning Tree Protocol) и его расширения предотвращают петли в топологии.

¶Применение

Коммутаторы являются базовым элементом локальных сетей — от домашних и офисных до дата-центров и операторских сетей. В домашних условиях они обеспечивают проводное подключение устройств к роутеру. В корпоративных сетях коммутаторы формируют трёхуровневую иерархию «доступ — агрегация — ядро». В дата-центрах используются высокоскоростные стоечные (top-of-rack) и магистральные коммутаторы с пропускной способностью портов до 100 Гбит/с.

Крупнейшими производителями коммутаторов являются Cisco, Juniper Networks, Huawei, HPE (Aruba), «Элтекс» и «Код безопасности».

¶История

Первые коммутаторы появились в начале 1990-х годов как замена хабов в локальных сетях Ethernet. Технология MicroLAN фирмы Kalpana (1990) считается одним из первых коммерческих коммутаторов Ethernet. К концу 1990-х коммутаторы полностью вытеснили хабы из корпоративных сетей, а их цена снизилась настолько, что они стали массово применяться и в быту.

¶Источники

• Таненбаум Э. Сети компьютеров.
• Кузнецов С. Л. Основы сетей.
• IEEE Std 802.1Q — Virtual Bridged Local Area Networks.
• Документации Cisco, Juniper Networks, Huawei.