Что такое сетевой коммутатор и как он работает?

Сетевой коммутатор является основой современных сетей, особенно корпоративных. Его основная функция заключается в подключении устройств внутри локальной сети (LAN), обеспечивая совместное использование таких ресурсов, как бизнес-приложения, мультимедийные сообщения и важные данные. Сетевой коммутатор стал незаменимым для предоставления этих услуг конечным пользователям по всему миру. В технических терминах сетевой коммутатор также называется коммутатором Ethernet. В этом блоге мы рассмотрим, что такое сетевой коммутатор и какова его роль в современных сетях.

Что такое сетевой коммутатор?

Если вы впервые сталкиваетесь с коммутацией в сетях, возможно, вы задаетесь вопросом: "Что такое сетевой коммутатор?" Проще говоря, сетевой коммутатор — это устройство, которое позволяет нескольким ИТ-устройствам обмениваться данными по сети. Этот обмен происходит посредством передачи пакетов данных. Основной коммутатор пересылает эти пакеты от одного устройства к другому, в то время как другие сетевые устройства выполняют более сложные операции. Сетевые коммутаторы могут быть физическими устройствами или компонентами другого сетевого оборудования, например маршрутизаторов или беспроводных точек доступа (AP).

Коммутаторы работают на канальном уровне (уровень 2) модели OSI, а также могут работать на сетевом уровне (уровень 3), который организует и структурирует данные для передачи по сети. Они используют уникальный идентификатор MAC-адреса, чтобы определить, куда отправить каждый входящий кадр сообщения. Коммутаторы отслеживают базу данных, сопоставляющую каждый MAC-адрес с соответствующим портом, на котором этот адрес принимается, обеспечивая быструю и эффективную связь.

Сетевой коммутатор играет ключевую роль в совместном использовании ИТ-ресурсов, таких как вычислительная мощность, печать, хранение файлов и доступ к интернету, в сети. Он действует как регулятор трафика, направляя пакеты данных к их предполагаемому месту назначения и обеспечивая эффективное взаимодействие между устройствами.

В чем ценность сетевых коммутаторов?

Сетевые коммутаторы могут подключать различные конечные устройства и предоставлять ИТ-сетям ряд преимуществ. Они обеспечивают проводное подключение настольных компьютеров, беспроводных точек доступа, принтеров, промышленного оборудования и некоторых устройств IoT, а также подключают физические серверы и инфраструктуру хранения данных. Благодаря технологии Power over Ethernet(PoE) современные Коммутаторы PoE они также могут подавать питание на сетевые устройства, такие как камеры видеонаблюдения, IP-телефоны и датчики. Кроме того, коммутаторы могут собирать данные с устройств IoT и использовать их в алгоритмах машинного обучения для оптимизации освещения окружающего пространства.

Одной из основных функций современных коммутаторов является возможность создания виртуальных сетей, которые могут изолировать группы сетевых систем друг от друга и безопасно сегментировать определенные системы от остальных, обеспечивая подключение большого количества систем к одной физической сети, что характерно для центров обработки данных с несколькими арендаторами и крупных предприятий. Возможности коммутаторов по устранению сетевых проблем выходят за рамки простого объединения локальных сетей и позволяют поддерживать тысячи устройств в разных сетевых сегментах. Благодаря сетевой топологии коммутаторы можно подключать различными способами для поддержки еще большего количества устройств и обеспечения полнодуплексной связи при повышении производительности сети.

Ценность сетевых коммутаторов в IT-сетях невозможно переоценить. Они решают различные задачи: обеспечивают проводные подключения конечных устройств, поддерживают виртуальные сети и соединяют несколько сетевых сегментов, помогая обслуживать тысячи устройств. Благодаря своим возможностям коммутаторы повышают эффективность и безопасность современных сетей передачи данных и предоставляют множество преимуществ.

Как работает сетевой коммутатор?

A сетевой коммутатор используются для передачи данных из одного места в другое внутри сети. В сетях применяются различные типы коммутаторов, включая граничные коммутаторы, коммутаторы агрегации и коммутаторы ядра.

Когда кадр данных пересылается на MAC-адрес, который коммутатору неизвестен, он рассылается на все порты в домене коммутации, включая широковещательную рассылку, рассылку неизвестного одноадресного и многоадресного трафика. Эта функция делает коммутатор устройством уровня 2 в коммуникационной модели OSI.

В некоторых центрах обработки данных используется архитектура spine-leaf, в которой серверы и системы хранения подключаются к коммутаторам leaf, а каждый коммутатор leaf подключается к двум или более коммутаторам spine. Такая схема снижает задержку за счет сокращения количества переходов, которые данные проходят от источника до назначения.

Сетевые коммутаторы предоставляют дополнительные порты Ethernet для подключения к Gigabit Ethernet в малых компаниях и домашних сетях. Однако не все сети используют коммутаторы. Некоторые сети могут быть соединены с помощью шины, концентратора или повторителя либо построены на основе колец с маркерным доступом.

Когда коммутатор подключается к устройству, он запоминает его MAC-адрес, который идентифицирует физическое устройство и остается неизменным. Коммутатор идентифицирует пакеты каждого устройства по их индивидуальным MAC-адресам и передает эти пакеты туда, куда они должны попасть.

Коммутаторы также могут работать на уровне 3, что необходимо для поддержки виртуальных локальных сетей (VLAN). Современные коммутаторы уровня 3 обычно разделяют сети уровня 2 и реализуют коммутацию уровня 2 с помощью VLAN, одновременно обеспечивая взаимный доступ по IP уровня 3 между разными VLAN.

Различные типы коммутаторов

В этом разделе будут представлены несколько различных типов коммутаторы:

Виртуальные коммутаторы это коммутаторы, существующие исключительно в виде программного обеспечения в средах размещения виртуальных машин,

Маршрутизирующие коммутаторы объединять локальные сети, выполняя коммутацию на уровне 2 на основе MAC-адресов и функции маршрутизации на сетевом уровне (уровень 3 OSI). Это направляет трафик в соответствии с IP-адресом, указанным в каждом пакете.

Управляемые коммутаторы порты могут настраиваться пользователем, что облегчает мониторинг и изменение конфигурации.

Неуправляемые коммутаторы позволяют устройствам Ethernet автоматически передавать данные с помощью автосогласования, которое определяет такие параметры, как скорость передачи данных. Конфигурация не может быть изменена и задана заранее.

Интеллектуальные коммутаторы могут быть настроены для обеспечения большего контроля над передачей данных, хотя по сравнению с управляемыми коммутаторами они имеют определенные ограничения. Их также называют частично управляемыми коммутаторами.

Стэкируемые коммутаторы представляют собой неподвижные коммутаторы, которые можно соединить через интерфейс кабеля объединительной платы, чтобы создать единый логический коммутатор из двух или более физических коммутаторов.

Модульные коммутаторы Это коммутационные карты для модульных коммутаторов или коммутаторов на базе шасси, которые можно устанавливать в достаточно большое неподвижное шасси, рассчитанное на размещение двух или более карт. Поскольку интерфейсы коммутатора можно изменять по мере необходимости, такой коммутатор обеспечивает максимальную гибкость и возможность модернизации.

KVM-переключатели обычно используются в центрах обработки данных или других местах с большим количеством серверов. Он обеспечивает подключения клавиатуры, видео (монитора) и мыши к нескольким компьютерам, позволяя пользователям управлять группой служб из одного места или через консольный порт.

Применение коммутаторов в сетях

Сетевые коммутаторы являются важнейшими компонентами при установлении и поддержании сетевых подключений. В следующих примерах будут представлены различные сценарии использования коммутаторов в сети.

Во-первых, коммутаторы автоматизируют соединение линий, обеспечивая эффективное подключение, высокую скорость и удобство для пользователя без необходимости ручной настройки. Во-вторых, коммутаторы повышают безопасность и надежность сети, обеспечивая управление передачей данных. В-третьих, при физическом подключении различных сетевых устройств необходимы коммутаторы с несколькими портами на передней панели, обычно портами RJ-45. Количество доступных портов может различаться. Кроме того, коммутаторы работают в полнодуплексном режиме, обеспечивая одновременную передачу и прием данных, что значительно повышает скорость сети по сравнению с концентраторами. Они особенно полезны для домашних сетей и ситуаций, требующих регулярной потоковой передачи данных с высокой пропускной способностью, обеспечивая надежную потоковую передачу или воспроизведение видео 4K. Наконец, коммутаторы поддерживают список уникальных MAC-адресов каждого подключенного устройства, эффективно направляя сетевое взаимодействие к нужному получателю и избегая ненужной рассылки всем устройствам, что снижает количество коллизий и устраняет широковещательные домены.

Заключение

Прочитав эту статью, вы узнаете, что такое сетевой коммутатор и как он работает. При принятии решения важно учитывать, что именно подходит: коммутатор или маршрутизатор. Коммутаторы работают на канальном уровне (уровне 2) и обеспечивают совместное использование ресурсов в одной LAN, тогда как маршрутизаторы работают на сетевом уровне (уровне 3) и передают данные между несколькими сетями, анализируя IP-адреса. Нажмите здесь чтобы узнать больше о различиях между коммутаторами и маршрутизаторами. Чтобы получить дополнительную информацию о том, что такое сетевой коммутатор, свяжитесь с QSFPTEK CCIE/HCIE через [email protected] или онлайн-чат для получения быстрой помощи.