Для чего нужен сетевой коммутатор и чем он отличается от маршрутизатора

Оглавление

Ограничения мультигигабитных проводных соединений

Наш рассказ будет неполным, если не написать о некоторых нюансах, которые нужно учитывать при проектировании.

К сожалению, даже если переход на новый стандарт не требует обновления СКС, получить большую скорость передачи данных не всегда возможно.

При повышении скорости передачи данных возрастают требования к помехоустойчивости и отсутствии помех. Работа мощных излучателей электромагнитного поля оказывает на мультигигабитные соединения большее влияние, чем на стандартный гигабит.

Другое ограничение из разряда «де-факто» касается физической среды передачи данных. На более высокой скорости состояние кабельной системы, качество проводников оказывает большую роль, нежели для соединений в рамках стандарта Gigabit Ethernet. «Капитан Очевидность» подсказывает, что если в данной СКС регистрируется падение скорости при попытке передачи в 1Gbps, то не стоит ожидать чуда, пытаясь добиться скорости в 2,5Gbps.

Ещё одно ограничение «де-факто» состоит в том, что далеко не все сетевые адаптеры для десктопов и серверов поддерживают новые стандарты для проводных соединений: 2.5GBASE-Т и 5GBASE-Т. По-прежнему много сетевых карт поддерживает только Gigabit Ethernet и 10GBE, что не позволяет использовать все преимущества мультигигабитных коммутаторов для любой ситуации.

То есть если вы хотите подключить к сети 2.5GBASE-Т или 5GBASE-Т рабочую станцию (настольный ПК) или даже сервер, нужно быть готовыми к тому, что, возможно, придётся покупать соответствующий сетевой адаптер.

Такие нюансы стоит сразу учитывать на начальном этапе проектирования, чтобы потом не удивляться «неправильным» результатам при внедрении нового оборудования.

Что такое хаб, коммутатор и маршрутизатор?

Что такое хаб

Сетевой хаб или концентратор (Hub), обеспечивающий объединение нескольких компьютеров в единую локальную сеть и обмен данными между ее узлами на первом уровне сетевой модели OSI. Главной его задачей является получение сигнала с информацией на один из портов и передача дальше на другие порты. Однако в работе хаба возможны коллизии из-за возможного столкновения пакета данных на одном из портов, что значительно замедляет процесс передачи данных.

Что такое коммутатор

Коммутатор, или как его еще называют свитч – это устройство обеспечивающее соединение узлов компьютерной сети для организации единой системы доступа пользователей к программным, техническим и информационным ресурсам. С его помощью можно соединить несколько сетевых узлов (ПК, телефоны или другие сетевые устройства). При этом соединение не будет выходить за рамки одного или нескольких сегментов сети.

Что такое маршрутизатор

Маршрутизатор или маршрутизатор (от английского router) — это физическое сетевое устройство, которое облегчает и устанавливает соединение между локальной сетью и Интернетом путем передачи информации в сети с пакетной коммутацией и из них. Он выполняет эту функцию посредством анализа заголовка пакета данных, который содержит IP-адрес назначения пакета. На основе пакета данных маршрутизатор определяет наиболее эффективный маршрут к адресу назначения.

Отличие свитча от хаба (сетевого концентратора)

Больше всего хаб похож на не управляемый коммутатор. Но у них есть различия. Хаб просто передает все полученные пакеты на все порты какие у него есть в наличии, кроме того откуда пакет пришел. Коммутатор же более умный – хранит таблицы MAC адресов и, после некоторого обучения, передает пакеты только на нужный порт, где находится адресат, не замусоривая лишним трафиком сеть.

Если к хабу подключено несколько устройств, то он работает со скоростью самого низкоскоростного подключенного устройства. В то время как на коммутаторе для каждого подключения на каждом порту выставляется своя скорость. То есть, если на одном порту в результате автопереговоров была выставлена скорость 100 Мбит в секунду, то на другом может быть и 1 Гбит в секунду. Конечно, если коммутатор поддерживает такую скорость.

Сейчас сложно найти в продаже хаб, так как их уже не производят, хотя они могут быть полезны для анализа обмена между двумя устройствами. Для этих целей сейчас покупают коммутаторы и роутеры с зеркалированием портов.

Практически на любом собеседовании кандидату на должность системного администратора задают вопрос про то, чем отличается маршрутизатор от коммутатора или роутер от свитча. А иногда могут подловить соискателя на вопросе об отличии хаба от сетевого концентратора. Предлагаю раз и навсегда разобраться в этих сетевых устройствах, а помогут нам в этом их определения из википедии.

Маршрутизатор или роутер (от английского router — маршрутизатор) — специализированный сетевой компьютер, имеющий минимум один сетевой интерфейс и пересылающий пакеты данных между различными сегментами сети, принимающий решения о пересылке на основании информации о топологии сети и определённых правил, заданных администратором. Предлагаю свой простой способ отличия маршрутизатора (роутера) от других сетевых устройств. Если есть возможность настройки NAT, DHCP или Firewall значит это маршрутизатор (роутер). К ним относится большинство ADSL модемов. У этих устройств всегда можно зайти через web-интерфейс или специальное программное обеспечение в настройки и задать правила работы различных сетевых служб.

Сетевой концентратор или хаб (от английского hub — центр) — устройство для объединения компьютеров в сеть Ethernet c применением кабельной инфраструктуры типа витая пара. В настоящее время вытеснены сетевыми коммутаторами (свитчами). Сетевой концентратор (хаб) довольно примитивное устройство. Поступающий пакет шлёт всем, кто к нему подключен. Таким образом, конечный компьютер сам должен определить, является он законным получателем пакета или нет. Если пакет предназначен не ему, тот уничтожается. Такой подход к передаче данных непрактичен и поэтому в современных сетевых устройствах не используется.

Сетевой коммутатор или свитч (английского switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI. В отличие от концентратора (хаба), который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю (исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети и трафик для устройств, для которых не известен исходящий порт коммутатора). Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Концентраторы

С помощью концентраторов осуществляется обмен данными между компьютерами в сети. Каждый компьютер подключается к концентратору с помощью кабеля Ethernet, а данные, которые направляются с одного компьютера на другой, проходят через концентратор.

Концентратор не может определить источник или место назначения полученных данных, поэтому он посылает данные на все подключенные к нему компьютеры, включая компьютер, который их ему прислал.

Концентратор может передавать или принимать данные, но не может делать это одновременно. Поэтому концентраторы медленнее коммутаторов. Концентраторы являются простейшими и самыми дешевыми из этих устройств.

Маршрутизаторы

С помощью маршрутизаторов можно соединять компьютеры, а также обеспечивать обмен данными между двумя сетями, например между домашней сетью и интернетом. Именно из-за способности направлять сетевой трафик маршрутизатор имеет такое название.

Маршрутизаторы могут быть проводными (с использованием кабелей Ethernet) или беспроводные. Если нужно только соединить компьютеры, хватит концентраторов и маршрутизаторов. Однако если необходимо предоставить доступ к интернету всем компьютерам с помощью одного модема, используйте маршрутизатор или модем со встроенным маршрутизатором.

Маршрутизаторы обычно имеет встроенную систему безопасности, например брандмауэр. Маршрутизаторы дороже концентраторов и коммутаторов.

Маршрутизатор

Чаще всего роутером называют роутер (хотя более правильная транслитерация – «роутер»). Это устройство предназначено для подключения нескольких сетей разной архитектуры. Это означает, что маршрутизатор может подключить вашу личную домашнюю сеть к глобальной сети (Интернету). Эта связь является третьим (сетевым) уровнем модели OSI.

Особенностью роутера является возможность настройки правил передачи данных. Чаще всего это делается с помощью специального веб-интерфейса, доступ к которому осуществляется через браузер.

Почти все домашние интернет-провайдеры используют аналогичный веб-интерфейс, позволяющий пользователю или администратору настраивать правила для маршрутизатора

Это устройство защищено встроенным межсетевым экраном и фильтрацией пакетов. Еще одна распространенная дополнительная функция – точка доступа Wi-Fi.

Домашний роутер часто оснащается точкой беспроводного доступа

Принцип работы

Если коммутатор использует таблицу коммутаторов для идентификации хостов, маршрутизатор использует таблицу маршрутизации. Он более сложен, чем аналог коммутатора, и содержит такую ​​информацию, как адрес, сетевую маску назначения, шлюз, интерфейс и показатели всех устройств в сети, включая другие маршрутизаторы. Используя эту таблицу, маршрутизатор может определить кратчайший путь передачи данных от одного устройства в сети (например, сервера веб-сайта) к другому (например, к вашему персональному компьютеру).

Потребительский маршрутизатор имеет несколько портов LAN и глобальную сеть (WAN). Сетевой кабель от провайдера подключается к WAN-порту, обеспечивающему выход в Интернет. Компьютеры пользователей подключены к портам LAN.

Домашний роутер, как правило, оснащен только одним WAN-портом, через который роутер обменивается данными с глобальной сетью

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.

Хаб vs Коммутатор vs Роутер:дополнительные функции современных роутеров

Как было упомянуто выше, современный роутер — это не просто маршрутизатор, а полностью интегрированное устройство. Сегодня большое количество функций встроено в большинство широкополосных роутеров. Например, роутер обычно включает в себя 4-8-портовый Ethernet коммутатор и Сетевой адресный переводчик (NAT).

Также следует отметить, что все маршрутизаторы имеют WAN-порт, который подключается к DSL (цифровой абонентской линии) или кабельный модем для предоставления широкополосного интернета. Роль интегрированного коммутатора заключается в том, чтобы позволить пользователям легко создавать локальную сеть LAN, что обеспечит всем компьютерам в локальной сети доступ к Интернету и службам обмена файлами и принтерами Windows.

Сетевой концентратор или хаб

Сетевой концентратор или хаб (от английского hub) — устройство для объединения компьютеров в сеть Ethernet c применением кабельной инфраструктуры типа витая пара. В настоящее время вытеснены сетевыми коммутаторами (свитчами).

Концентратор довольно примитивное устройство. Поступающий пакет шлёт всем, кто к нему подключен. Таким образом, конечный компьютер сам должен определить, является он законным получателем пакета или нет. Если пакет предназначен не ему, тот уничтожается. Такой подход к передаче данных непрактичен и поэтому в современных сетевых устройствах не используется.

Коммутатор или свитч

Сетевой коммутатор или свитч (от английского switch) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI.

В отличие от концентратора (хаба), который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю (исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети и трафик для устройств, для которых не известен исходящий порт коммутатора). Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости обрабатывать данные, которые им не предназначались.

То есть это устройство, которое фильтрует и пересылает пакеты между сегментами локальной сети.

Коммутатор и концентратор — в чём разница?

Чтобы расставить все точки на «i», нужно рассмотреть термин «Концентратор». Что это такое? Концентратор — самое простое сетевое устройство, работающее на физическом уровне модели OSI и обеспечивающее взаимодействие компьютеров за счёт передачи соответствующих сигналов в локальной сети. В народе его называют «хаб» от английского hub. Вот типичная схема организации простейшей локальной сети для 3 компьютеров:

Так как у каждого из компьютеров есть только один сетевой Ethernet-порт, то соединить все три в один сегмент без использование дополнительных устройств не получится. Поэтому каждый ПК подключается кабелем к сетевому концентратору с помощью LAN-кабеля (патч-корда). Далее, во время передачи данных с одного компьютера на другой по локальной сети, вся информация проходит через этот самый концентратор. В свою очередь концентратор, не имея своих «мозгов» на обработку трафика, не умеет определять источник данных и не знает куда его конкретно на до отправлять. Поэтому просто рассылает пакеты по всем своим портам, а уже среди подключенных компьютеров находится «адресат», который принимает информацию и обрабатывает её. Хаб — слишком простое и неудобное устройство, так как может либо передавать, либо получать данные, чем значительно тормозит работу сети. Именно поэтому ему на смену пришёл коммутатор, который отлично умеет одновременно получать и передавать трафик. В среде айтишников их стали называть «Свитч» от английского Switch.

Принцип работы концентратора и ​коммутатора схож, но только последний уже умеет определять кому предназначаются пакеты (благодаря аппаратному MAC-адресу сетевого устройства) и уже отправляет трафик непосредственно адресату. Фактически коммутатор эволюционировал с физического на канальный уровень модели OSI. Благодаря внедрению свитчей сети перешли на более высокую скорость работы, освоив 1 Гбит/с по медной витой паре и свыше 10 ГБит/сек по оптоволокну.

Принцип действия маршрутизатора

Маршрутизатор используется для организации домашней сети. Для этого прежде всего нужен доступ к интернету. Это может быть кабельное подключение, либо 3G/4G модем (при наличии на роутере USB-разъема). Также к маршрутизатору можно подключить и ADSL-модем, к примеру.

После того, как доступ к интернету организован, нужно настроить его раздачу по воздуху. На разных моделях устройств это происходит практически одинаково, и в этом нет ничего сложного. Достаточно перейти в веб-панель настоек аппарата по IP адресу маршрутизатора.

После того, как сеть настроена, к ней можно подключаться по беспроводному соединению, найдя имя точки доступа и введя ключ безопасности (всё это заранее задается в настройках). К одной точке можно подключать телевизоры, персональные компьютеры, ноутбуки, планшеты, ТВ и игровые приставки и т. д

При соединении по воздуху важно, чтобы на подключаемом устройстве был WiFi адаптер. Если встроенный модуль отсутствует, практически всегда можно купить внешний модуль и подключить его (к телевизору или ПК), после чего с его помощью соединиться с роутером

В некоторых случаях (как с телевизором, к примеру), рекомендуется подключаться к роутеру по проводу, для обеспечения наибольшей стабильности сигнала. Однако не самые дешевые модели маршрутизаторов могут обеспечить и без того мощный и стабильный сигнал. При подключении по проводу не требуется вводить никакой пароль. На задней стороне маршрутизатора обычно располагается ряд разъемов LAN как раз для этого – для подключения устройств по проводу. Требуется патчкорд (или витая пара).

Принцип работы, возможности и функции

Сначала о том, зачем он нужен. Чтобы соединять компьютеры, ноутбуки и другие устройства в общую локальную сеть.

  • Например, работает большая компания с десятками и сотнями сотрудников. Есть отдел маркетинга, отдел продаж, финансисты, директор и его заместители. Им нужно обмениваться информацией, пользоваться общими таблицами и программами. Делать это через интернет неудобно и опасно (если говорить о соблюдении коммерческой тайны). Лучше объединить рабочие компьютеры в общую закрытую сеть, куда нет доступа посторонним.
  • Для больших систем видеонаблюдения также нужны свитчи.
  • Дома тоже пользуются коммутаторами. Раньше их часто покупали для сетевых игр. К такой локальной сети можно подключить домашние ноутбуки и даже компьютеры соседей. Сейчас для этой цели чаще используют wi-fi роутеры.
  • Коммутатор может понадобиться для организации «умного дома». К свитчу подключают ноутбуки, принтеры, датчики, счетчики и так далее.

Принцип работы коммутатора состоит в следующем. При получении данных от сетевого устройства он просматривает таблицу с MAC адресами и определяет, к какому Еthernet порту подключено устройство, на которое требуется переслать информацию. При этом другие компьютеры не используются в передаче.

Так работает неуправляемый коммутатор локальной сети. Это относится ко 2 (канальному) уровню OSI. Также существуют модели, способные работать на 3 (сетевом) и 4 (транспортном) уровнях. У них есть расширенные функции, например, они могут управляться вручную, поддерживают QoS, VLAN и другие технологии.

Коммутатор или свитч

Сетевой коммутатор или свитч (от английского switch) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI.

В отличие от концентратора (хаба), который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю (исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети и трафик для устройств, для которых не известен исходящий порт коммутатора). Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости обрабатывать данные, которые им не предназначались.

То есть это устройство, которое фильтрует и пересылает пакеты между сегментами локальной сети.

Отличие коммутатора (switch) от концентратора (hub)

В недавнем прошлом были широко распространены концентраторы (hub). Эти устройства работают на основе широковещательной модели. Выражаясь проще, концентратор, принимая сетевой трафик, просто рассылает его всем без исключения подключенным к нему устройствам. Функция определения адресата, которая есть в коммутаторе, в нём не реализована, и в этом — основное отличие hub от switch. Широковещательная передача данных таит как минимум два подводных камня: во-первых, она сильно загружает сеть и заметно замедляет передачу данных, во-вторых, она влечёт риск появления большого количества ошибок, особенно — при добавлении в сеть новых компьютеров. Использование сетевых коммутаторов избавляет от этих проблем — и именно поэтому эти устройства к настоящему времени почти вытеснили собой концентраторы.

Принцип работы коммутатора

Чтобы понять, в чем разница между коммутатором и маршрутизатором, необходимо изучить основы работы этих устройств. Стоит отметить, что коммутатор, который устанавливается для компьютерных сетей, называется сетевым. Такой прибор применяется для подключения разнообразных компьютеров в сеть в пределах нескольких либо одного сегмента. При этом стоит отметить, что используется канальный, то есть второй уровень модели OSI. Первый уровень применяют устаревшие концентраторы. При этом девайс передаёт информацию непосредственно получателю, что повышает безопасность и производительность устройства по сравнению с концентратором. Коммутатор сохраняет специальные таблицы коммутации. Это сведения о соответствии MAC-адресов узлов к портам гаджета. В процессе работы девайс устанавливает MAC-адрес хоста-отправителя и заносит информацию в таблицу.

Другими словами, любой фрагмент Ethernet, то есть фрагмент пакетной передачи данных, имеет MAC-адрес. Гаджет фиксирует данные о нем и осуществляет работу своеобразного регулировщика, то есть определяет компьютер, на который можно пересылать информацию. Соответственно, на другие компьютеры данные не могут быть переданы. Таким образом, сетевой девайс такого типа гарантирует прямое подключение между передающим и принимающим ноутбуком, компьютером.

Такой девайс не всегда удобно применять при работе с крупными сетями, поскольку память таблиц, с которыми он работает, является лимитированной. При этом такие устройства имеют невысокую цену и обладают прекрасной скоростью функционирования. Очень часто их применяют в крупных компаниях для построения сетей, поскольку такой вариант является недорогим.

Настройка свитча

Коммутатор следует подключить напрямую к компьютеру с помощью Ethernet кабеля и зайти в его настройки через веб браузер. Для этого, возможно потребуется перенастроить сетевое подключение компьютера.

Для подключения по умолчанию обычно используются:

  • IP адрес 192.168.0.1
  • логин admin
  • пароль admin.

Эту информацию отображают на корпусе прибора. Скорее всего, она на наклейке с тыльной стороны устройства.

Если свитч был перенастроен, и Вы не знаете его точных настроек, то его можно сбросить к заводским настройкам. Сброс осуществляется аналогично сбросу роутера.

Устанавливаем статический IP адрес компьютеру из той же подсети, что и у коммутатора. IP адреса должны отличаться.

После подключения к коммутатору через веб интерфейс следует выполнить следующие действия.

Проверить, что отключен DHCP сервер

Эта функция редко присутствует у коммутаторов, но, если она есть, то надо проверить, что сервер отключен. Если этого не предусмотреть, то при наличии DHCP сервера на роутере, у разных узлов сети могут оказаться одинаковые адреса. Это приведет, к сбоям, которые если не сразу, но возникнут. И будет не понятно, почему все не работает.

Настройка IP адреса

Для задания этих настроек свитчу, заходим в соответствующий пункт. На изображении настройка коммутатора TP-Link с англоязычным интерфейсом.

Здесь в пункте «System» подпункт «Port Settings».

Теперь о этих настройках подробнее:

  • DHCP Settings. Получение IP адреса от DHCP сервера отключаем (Disable).
  • IP Address. Выбираем свободный IP адрес в локальной сети. Если на роутере включен DHCP сервер, то следует выбрать IP адрес, не входящий в диапазон раздаваемых им адресов (пулл).
  • Subnet Mask. Маску подсети задаем такую же, как и на роутере.
  • Default Gateway. Шлюз по умолчанию – сюда прописываем IP адрес роутера.

После этого жмем кнопку применения настроек (Apply).

Восстанавливаем сетевые настройки компьютера. Подключаем роутер через свитч с помощью патч-корда: соединяем их LAN порты.