Типы коммутаторов по способу коммутации портов

Типы коммутаторов.

в Интернет 21.01.2019 0 578 Просмотров

На первый взгляд может показаться невероятным, что в мире сетей нет единого мнения относительно чёткой классификации одного из самых важных существующих сетевых устройств. Так как, каждый производитель устанавливает классификацию более или менее в зависимости от ассортимента своей продукции, в некоторых случаях в большей степени подчиняясь коммерческим интересам, чем чётким техническим критериям.
Но правда в том, что разнообразие моделей коммутаторов огромное, и с очень разными характеристиками. В качестве более ясного примера, мы можем найти коммутаторы на рынке от 10 до 10 000 евро (или даже больше). Нет сомнений, что этот ценовой диапазон даёт нам чёткое представление об разнообразии коммутаторов.

Я думаю, что для углубленного изучения этих устройств было бы очень полезно сначала установить четкую классификацию с учетом их технических характеристик. Поэтому здесь, в этой статье, идет мое предложение и объяснения технических характеристик коммутаторов.

Коммутаторы являются основными устройствами во многих сетях, особенно в локальных сетях. Для обеспечения передачи данных они используют эффективные методы аппаратного переключения, благодаря которым были достигнуты скорости до 10 Гбит/с. Высокая гибкость Ethernet, как базовой технологии для коммутаторов, привела к огромной гибкости при создании конфигураций и топологий сетей на основе Ethernet (практически 100% проводных локальных сетей в мире), начиная от небольшой домашней сети с несколькими подключенными устройствами до крупных корпоративных сетей с тысячами подключенных устройств. Это является основной причиной существования такого широкого спектра моделей коммутаторов, чтобы точно удовлетворить потребности всех возможных типов сетей, которые могут существовать.

Окончательная классификация, предложенная здесь, состоит из двух пар терминов, которые будут объяснены ниже:

Магистральный коммутатор

Термин «магистральный коммутатор» относится к тем, которые используются в ядре больших сетей. То есть эти коммутаторы подключены к другим узлам более низкой иерархии, помимо серверов, маршрутизаторов глобальной сети и т. д. С другой стороны, термин переключатель периметра относится к тем, которые используются на более низком иерархическом уровне в локальной сети и к которым подключены компьютеры конечных пользователей.

Термин управляемый относится к коммутаторам, которые предлагают ряд дополнительных функций, которые требуют настройки и управления. С другой стороны, неуправляемые коммутаторы обычно представляют собой те, которые предлагают базовые функции, которые не требуют настройки или процедур управления.

На основании вышеизложенного предлагается следующая классификация с последующим объяснением характеристик каждого типа.

Типы коммутаторов

• Desktop
• Неуправляемый периметр
• Управляемый периметр
• Средней производительности
• Магистрали с высокими эксплуатационными характеристиками

Коммутаторы desktop – рабочий стол

Это тип switch – коммутатора, самый основной, потому что в нём есть основная функция переключения без каких-либо дополнительных функций. Их использование наиболее распространено в сетях, в быту или в небольших предприятиях для соединения нескольких компьютеров, поэтому они не готовы для монтажа в стойку. Эти коммутаторы не требуют настройки, так как они используют режим автоматическое конфигурирование Ethernet для настройки параметров каждого порта. Характеристики наиболее распространённые в этом типе являются:

• Количество портов: 4 -8 портов RJ-45.
• Настройки порта: обычно поддерживают 10BASE-T и 100BASE-TX и в режиме half-Duplex – в полудуплексном, и в полнодуплексном режиме full-Duplex. Его конфигурация выполняется путем согласования с помощью функции автоматического согласования, предусмотренной стандартом IEEE 802.3.
• Коммутаторы этого типа могут включать в себя функцию Auto MDI/MDI-X.

Неуправляемые коммутаторы

Этот тип коммутаторов обычно используются для образования сетей малого размера. Они не поддерживают параметры и, как правило, имеют характеристики, аналогичные коммутаторам desktop, но у них увеличено количество портов и предоставляется возможности монтажа в стойку.

• Число портов этого типа switch может быть, как правило, 4, 8, 16 или 24 порта.
• Как правило, порты 10/100 RJ-45, которые поддерживают автосогласование и авто MDI/MDI-X. Существуют модели с портами 10/100/1000.
• В некоторых случаях могут предоставить дополнительные порты, с высокой производительностью, чем другие порты.
• Существуют модели, неуправляемые, которые предоставляют Power Over Ethernet (PoE).
• Подготовлены для монтажа в 19’стойку.

Управляемые коммутаторы

Этот тип используется для подключения компьютеров пользователей в сетях среднего и большого размера, и расположены в иерархическом уровне начиная с нижнего. Необходимо, чтобы эти коммутаторы предоставляли дополнительные возможности настройки и управления. Их наиболее распространенными характеристиками являются:

• Количество стационарных портов, которые есть на них могут колебаться между 16 и 48 портами.
• Существуют модели с портами 10/100 и другими портами 10/100/1000 Мбит/с с поддержкой Auto MDI/MDI-X.
• Включают в себя дополнительные порты с более высокими характеристиками или с модульными портами (GBIC или SFP) для подключения магистрального коммутатора.
• Дополнительные возможности управления по протоколу SNMP, консольный порт, web-браузер, ssh, мониторинг Port Mirroring.
• Дополнительные функции настройки, в 2 уровня, такие как Port Trunking, Spanning Tree, IEEE 802.1 x, QoS,VLAN, поддержка кадров Jumbo и т. д.
• Некоторые модели могут на всех портах предложить Power Over Ethernet.

Магистральные коммутаторы средней производительности

Этот тип коммутаторов предназначен, чтобы сформировать ядро или магистральные сети средних размеров. Обеспечивают высокую производительность и расширенные функциональные возможности. Одно из основных различий с коммутатором по периметру, они предлагают функции уровня 3 в качестве IP-маршрутизации. Ниже приводятся их характеристики:

• Дополнительные возможности конфигурации уровня 2, аналогичные пограничным управляемым коммутаторам.
• Обычно предлагают между 24 и 48 фиксированными портами 10/100 Мбит/с с разъемом RJ-45 для некоторых портов, модульные дополнительные Gigabit Ethernet и 10-Gigabit Ethernet для кабеля и волокна. Также существуют модели с портами высокого уровня 10/100/1000 Мбит/с или даже порты 10GbE.
• Позволяют расширить его возможности с помощью стекирования коммутаторов.
• Уровни 2/3. Кроме того покрытие функции коммутации дополнительного уровня 2, также обеспечивает функции маршрутизации и управления на уровне 3.

Высокопроизводительные магистральные коммутаторы

Основной характеристикой этого типа, помимо высокой производительности, является их высокая модульность. Формат корпуса обычный, внутри него установлены модули, которые требуются для коммутации. Используются в крупных корпоративных сетях или в университетском городке, и даже используются операторами для того, чтобы они служили для их городских сетей. Их основными характеристиками являются:

• Высоко модульные, используют шасси с различным количеством слотов, куда вставляются модули. Как правило, могут поддерживать “горячую замену” (hot swappable) модулей, для проведения такой операции коммутатор не нужно отключить, а также обеспечивает высокую доступность.
• Имеет уровни 2/3/4. Кроме того покрытие функции коммутации дополнительного уровня 2, также обеспечивают функции маршрутизации и управления на уровнях 3 и 4.
• Резервные источники питания.
• Поддерживаются модули, все типы портов, такие как медные, так и оптоволокно со скоростью 10/100/1000 Mbps до 10 Gbps.
• Высокая плотность портов. Они могут достигать более 500 портов 10/100 Мбит/с, до 200 портов Gigabit или около 25 портов 10GbE.
• Дополнительные возможности настройки и управления на уровне 2.
• Маршрутизация на уровне 3 (IPv4 и IPv6).

Наконец, помните, что в этой классификации, мы можем найти модели, которые не вписываются в какой либо один тип. Например, следующие модели коммутаторов:

Это коммутатор управления имеет дополнительные возможности, но тем не менее имеет только 8 портов, 7 из них 10/100 и один 10/100/1000. Такой коммутатор можно назвать гибридом.

Источник

Типы коммутаторов

Дата добавления: 2013-12-23 ; просмотров: 4744 ; Нарушение авторских прав

По конструктивному исполнению выделяют следующие типы коммутаторов:

— коммутаторы с фиксированным количеством портов

— модульные коммутаторы на основе шасси

Различия между этими типами коммутаторов аналогичны различиям между соответствующими типами концентраторов (см. выше).

По способу коммутации портов в коммутаторе выделяют следующие типы коммутаторов:

— коммутаторы на основе коммутационной матрицы

— коммутаторы с общей шиной

— коммутаторы с разделяемой памятью

Коммутаторы на основе коммутационной матрицы обеспечивают основной и самый быстрый способ взаимодействия процессоров портов. Однако реализация матрицы возможна только для определенного числа портов, причем сложность схемы возрастает пропорционально квадрату количества портов коммутатора. Чисто условно коммутационную матрицу можно представить следующим рисунком:

рис. Условная схема коммутационной матрицы.

Рассмотрим один из вариантов физической реализации коммутационной матрицы для 8 портов (см. рис. ). Входные блоки процессоров EPP добавляют к байтам исходного кадра информацию о том на какой из портов его необходимо передать в виде специального ярлыка — тэга (tag). Для данного примера тэг представляет собой число их 3-х бит, соответствующее номеру выходного порта. Матрица состоит из трех уровней двоичных переключателей, которые соединяют свой вход с одним из двух выходов в зависимости от значения бита тэга. Переключатели первого уровня управляются первым битом тэга, второго — вторым, а третьего — третьим.

Реализация коммутационной матрицы 8×8 с помощью двоичных переключателей.

Основные достоинства таких матриц — высокая скорость коммутации портов и регулярная структура, которую удобно реализовывать в интегральных микросхемах. Недостатком является сложность наращивания числа портов и отсутствие буферизации данных внутри коммутационной матрицы (если порт занят, то данные должны накапливаться во входном блоке порта, принявшего кадр).

В коммутаторах с общей шиной процессоры портов связаны высокоскоростной шиной передачи данных, используемой в режиме разделения времени (см. рис. ).

Архитектура коммутатора с общей шиной.

Каждый кадр передаваться по шине небольшими частями, по несколько байт (например, ячейками по 48 байт), чтобы обеспечить псевдопараллельную передачу кадров между несколькими портами. Входной блок процессора помещает в ячейку, переносимую по шине, тэг, в котором указывает номер порта назначения. Каждый выходной блок процессора порта содержит фильтр тэгов, который выбирает тэги, предназначенные данному порту. Достоинством коммутаторов с общей шиной является простота наращивания количества коммутируемых портов.

Коммутаторы с разделяемой памятью обеспечивают коммутацию портов при помощи общей разделяемой памяти:

Архитектура коммутатора с общей разделяемой памятью.

Входные блоки процессоров портов соединяются с переключаемым входом разделяемой памяти, а выходные блоки этих же процессоров соединяются с переключаемым выходом этой памяти. Переключением входа и выхода разделяемой памяти управляет менеджер очередей выходных портов. В разделяемой памяти менеджер организует несколько очередей данных, по одной для каждого выходного порта. Входные блоки процессоров передают менеджеру портов запросы на запись данных в очередь того порта, который соответствует адресу назначения кадра. Менеджер по очереди подключает вход памяти к одному из входных блоков процессоров и тот переписывает часть данных кадра в очередь определенного выходного порта. По мере заполнения очередей менеджер производит также поочередное подключение выхода разделяемой памяти к выходным блокам процессоров портов, и данные из очереди переписываются в выходной буфер процессора. Достоинством коммутаров с разделяемой памятью является гибкость и экономичность распределения общей памяти между отдельными портами, что снижает требования к размеру буферной памяти процессора каждого порта.

Комбинированные коммутаторы сочетают в себе достоинства различных типов архитектур. Пример такого коммутатора, сочетающего в себе скорость матричных коммутаторов и легкость наращивания числа портов коммутаторов с общей шиной, приведен на рис. .

Коммутатор состоит из модулей с фиксированным количеством портов (2-12), выполненных в виде коммутационной матрицы. Модули соединены между собой при помощи общей шины. Если порты, между которыми нужно передать кадр данных, принадлежат одному модулю, то передача кадра осуществляется при помощи коммутационной матрицы. Если же порты принадлежат разным модулям, то процессоры общаются по общей шине.

Источник

Для чего нужен коммутатор: назначение, виды и принцип работы

Что такое коммутатор, хаб, свитч простым языком

В сетевом пространстве тоже есть свои «распределители», где вместо электропитания пользователи активно передают трафик, пакеты данных и картинки с котиками. Погодите, скажете вы. Разве такие вещи делаются не через роутеры? Зачем тогда нужен коммутатор? Ответ достаточно прост. Роутер (или маршрутизатор) — это устройство, способное обмениваться данными с внешней сетью, оснащенное системой кодировки трафика, IP-телевидением, WPS, и еще массой полезных функций.

Основное, чем отличается роутер от коммутатора, — тем что последний имеет дело только с локальной сетью: домашней либо корпоративной. Таким образом понятия «свитч для интернета» в принципе не существует. Доступ к всемирной паутине пользователи локальной сети могут получить лишь в том случае, если к главному порту коммутатора присоединить роутер. И примерно так это обычно и работает.

Для чего нужен коммутатор и что он делает

Назначение коммутатора в том, чтобы объединять множество разных устройств (компьютеров, принтеров, серверов, МФУ и прочих) в одну общую локальную сеть, позволяя её пользователям обмениваться информацией. В любой сети, даже самой маленькой, где есть несколько устройств, чью совместную работу нужно организовать, требуется коммутатор, который служит своеобразным приемно-сортировочным пунктом, переправляющим пакеты данных от источника к адресату.

Чем отличается коммутатор от концентратора

Концентратор (иначе хаб) занимается тем же самым, что и коммутатор — передает данные по локальной сети. Отличие состоит в том, что хаб рассылает трафик от центральной машины (ПК, сервер) сразу всем компьютерам. Кому надо, тот читает, кому не надо — игнорирует. Однако при этом вероятность перехвата пакетов максимальна и неоправданно высока нагрузка на сеть, из-за чего подобный «широковещательный» способ передачи данных постепенно выходит из употребления.

В случае с коммутатором передача данных ведется адресно. Если в первом случае пакет с информацией получали все ПК в сети (5, 10, 100, 1000), то во втором — всё персонифицировано. Данные, предназначенные для условного Васи, никто кроме него прочесть не сможет. Отсюда второе название коммутатора — switch — или «переключатель», поскольку он, как стрелочник на железнодорожной развязке, переводит стрелки, направляя «состав» с информацией в конкретный пункт назначения.

Принцип работы коммутатора

Основные принципы мы разобрали, так что переходим к конкретным задачам. Алгоритм работы свитчей построен на системе самообучения, чтобы с каждым разом улучшать адресную передачу файлов между всеми устройствами в системе (компьютеры, ноутбуки, оргтехника, принтеры).

Перед началом работы свитч создает таблицу коммутации, привязывая каждому порту тот MAC-адрес, от которого запитывается конкретное устройство. При первичном подключении таблица пустая, а коммутатор обучается процессам, параллельно записывая данные в табличку и определяя основной хост (головную систему).

В дальнейшем, если на один из портов поступит сигнал для определенного MAC, который ассоциируется у свитча с одним из портов, информация сразу же полетит конечному адресату. Если же MAC и порт не связаны, а фрейм прилетел — его разбросают по всем свободным портам, таким образом определив нужный. Чем больше портов коммутатора занято, тем ниже загрузка, выше скорость передачи, меньше задержки.

Типы коммутаторов

Современные устройства можно разделить на три ключевых категории:

Неуправляемые, как можно определить из названия, работают по схеме «включил, подключил и забыл». Иным словами, они работают как классические сетевые удлинители, добавляя владельцу недостающее число Ethernet-портов. Такое решение отлично показывает себя в домашних условиях (организация сети, подключение умной техники, разводка IP-камер) и небольших офисах до 10 машин. Техника нетребовательна, но выдержать большой трафик неспособна. Да и проверить систему, если что-то где-то произойдет на линии, будет непросто.

Настраиваемые разработаны как раз под корпоративный сегмент с возможностью отслеживания трафика для каждого конкретного порта. Благодаря им можно отслеживать и поддерживать протоколы топологии, транковать и настраивать различные параметры VLAN, если железо это позволяет. Калибровка базовая, но зачастую и этого хватает.

Управляемые, как вы поняли, самые технологичные и умные. Для них предусмотрено автоматическое и ручное управление. Системный администратор может мониторить каждый порт, снимать статистику по трафику, отслеживать количество ошибок до определенного устройства. Для крупной сетевой компании это огромный плюс. Особенно, если кто-то любит посидеть на торрентах, и не признается в этом.

В действительности, типология коммутаторов значительно сложнее. Коммутаторы также подразделяются по уровням и положению в иерархии сети. И могут иметь разные характеристики и функции. Но всё это — темы для отдельных обзоров.

Если у вас еще остались вопросы по характеристикам и функциям коммутаторов, вы всегда можете задать их нашим специалистам. Закажите консультацию, и мы предоставим вам всю требуемую информацию.

Для чего нужен коммутатор: назначение, виды и принцип работы

Источник