Co je to přepínač a proč jsou taková zařízení potřebná? Základy mostů a přepínačů Proč potřebujete přepínač v místní síti?

18.03.1997 Dmitrij Ganzha

Přepínače zaujímají centrální místo v moderních lokálních sítích. TYPY SPÍNACÍCH SPÍNACÍCH ROZPOČETŮ METODY PAKETOVÉHO ZPRACOVÁNÍ RISC A ASIC ARCHITEKTURA PŘEPÍNAČŮ VYSOCE TŘÍDY BUDOVÁNÍ VIRTUÁLNÍCH SÍTÍ SPÍNACÍ TŘETÍ ÚROVEŇ ZÁVĚR Přepínání je jednou z nejpopulárnějších moderních technologií.

Přepínače zaujímají centrální místo v moderních lokálních sítích.

Spínání je jednou z nejpopulárnějších moderních technologií. Přepínače vytlačují mosty a směrovače na periferii lokálních sítí a nechávají za sebou úlohu organizování komunikace prostřednictvím globální sítě. Tato obliba přepínačů je způsobena především tím, že umožňují prostřednictvím mikrosegmentace zvýšit výkon sítě ve srovnání se sdílenými sítěmi se stejnou nominální šířkou pásma. Kromě rozdělení sítě na malé segmenty umožňují přepínače organizovat připojená zařízení do logických sítí a v případě potřeby je snadno přeskupovat; jinými slovy, umožňují vytvářet virtuální sítě.

Co je spínač? Podle definice IDC „přepínač je zařízení navržené ve formě rozbočovače a fungující jako vysokorychlostní multiportový most, vestavěný přepínací mechanismus umožňuje segmentaci místní sítě a přidělování šířky pásma koncovým stanicím v síť“ (viz článek M. Kulgina „Postav síť, zasaď strom...“ v únorovém čísle LAN). Tato definice však platí především pro přepínače rámců.

TYPY SPÍNANÍ

Přepínání se obvykle týká čtyř různých technologií – přepínání konfigurace, přepínání rámců, přepínání buněk a konverze mezi jednotlivými snímky.

Přepínání konfigurace je také známé jako přepínání portů, kdy je konkrétní port na modulu chytrého rozbočovače přiřazen k jednomu z interních ethernetových segmentů (neboli Token Ring). Toto přiřazení se provádí vzdáleně prostřednictvím softwarové správy sítě, když se uživatelé a prostředky připojí nebo přesunou do sítě. Na rozdíl od jiných přepínacích technologií tato metoda nezlepšuje výkon sdílené LAN.

Přepínání rámců neboli přepínání LAN používá standardní formáty rámců Ethernet (nebo Token Ring). Každý rámec je zpracován nejbližším přepínačem a přenášen dále po síti přímo k příjemci. V důsledku toho se síť změní na sadu paralelních vysokorychlostních přímých kanálů. Níže se podíváme na to, jak probíhá přepínání rámců uvnitř přepínače na příkladu přepínacího rozbočovače.

Přepínání buněk se používá v ATM. Použití malých buněk s pevnou délkou umožňuje vytvářet levné, vysokorychlostní přepínací struktury na úrovni hardwaru. Jak přepínače rámců, tak přepínače mesh mohou podporovat více nezávislých pracovních skupin bez ohledu na jejich fyzické připojení (viz část „Vytváření virtuálních sítí“).

Převod mezi rámci a buňkami umožňuje například stanici s ethernetovou kartou přímo komunikovat se zařízeními v síti ATM. Tato technologie se používá k emulaci místní sítě.

V této lekci nás bude především zajímat přepínání snímků.

SPÍNACÍ NÁBOJE

První přepínací rozbočovač s názvem EtherSwictch byl představen společností Kalpana. Tento rozbočovač umožnil snížit spory v síti snížením počtu uzlů v logickém segmentu pomocí technologie mikrosegmentace. V podstatě se počet stanic v jednom segmentu snížil na dvě: stanice iniciující požadavek a stanice odpovídající na požadavek. Žádná jiná stanice nevidí informace přenášené mezi nimi. Pakety jsou přenášeny jakoby přes most, ale bez zpoždění, které je mostu vlastní.

V komutované síti Ethernet může být každému členovi skupiny více uživatelů současně garantována propustnost 10 Mbps. Jak takový rozbočovač funguje, nejlépe pochopíte analogií s běžnou starou telefonní ústřednou, ve které jsou účastníci dialogu propojeni koaxiálním kabelem. Když účastník zavolal na „věčné“ 07 a požádal o připojení na to a takové číslo, operátor nejprve zkontroloval, zda je linka dostupná; pokud ano, propojil účastníky přímo pomocí kousku kabelu. Nikdo jiný (samozřejmě s výjimkou zpravodajských služeb) jejich rozhovor neslyšel. Po ukončení hovoru operátor odpojil kabel z obou portů a čekal na další hovor.

Přepínací rozbočovače fungují podobným způsobem (viz obrázek 1): předávají pakety ze vstupního portu na výstupní port přes síť přepínačů. Když paket dorazí na vstupní port, přepínač přečte jeho MAC adresu (tj. adresu vrstvy 2) a je okamžitě předán na port spojený s touto adresou. Pokud je port zaneprázdněn, paket se umístí do fronty. Fronta je v podstatě vyrovnávací paměť na vstupním portu, kde pakety čekají, až se požadovaný port uvolní. Metody ukládání do vyrovnávací paměti se však mírně liší.

Obrázek 1.
Přepínací rozbočovače fungují podobně jako starší telefonní přepínače: propojují vstupní port přímo s výstupním portem přes tkaninu přepínače.

METODY ZPRACOVÁNÍ PAKETŮ

Při end-to-end přepínání (také nazývané přepínání za letu a přepínání bez vyrovnávací paměti) přepínač čte pouze adresu příchozího paketu. Paket je přenášen dále bez ohledu na nepřítomnost nebo přítomnost chyb v něm. To může výrazně zkrátit dobu zpracování paketů, protože se čte pouze prvních několik bajtů. Je tedy na přijímající straně, aby identifikovala vadné pakety a požádala o jejich opětovné odeslání. Moderní kabelové systémy jsou však natolik spolehlivé, že potřeba opakovaného přenosu v mnoha sítích je minimální. Nikdo však není imunní vůči chybám v případě poškozeného kabelu, vadné síťové karty nebo rušení externím elektromagnetickým zdrojem.

Při přepínání s přechodným ukládáním do vyrovnávací paměti jej přepínač přijímající paket nevysílá dále, dokud jej celý nepřečte nebo alespoň nepřečte všechny potřebné informace. Zjistí nejen adresu příjemce, ale také zkontroluje kontrolní součet, tedy dokáže odříznout vadné pakety. To vám umožní izolovat segment produkující chyby. Přepínání mezi vyrovnávací pamětí a vpřed tedy klade důraz spíše na spolehlivost než na rychlost.

Kromě výše uvedených dvou používají některé přepínače hybridní metodu. Za normálních podmínek poskytují end-to-end přepínání, ale sledují počet chyb kontrolou kontrolních součtů. Pokud počet chyb dosáhne zadaného prahu, přejdou do spínacího režimu s dopřednou vyrovnávací pamětí. Když počet chyb klesne na přijatelnou úroveň, vrátí se do režimu end-to-end přepínání. Tento typ přepínání se nazývá prahové nebo adaptivní přepínání.

RISC A ASIC

Přepínače buffer-forward jsou často implementovány pomocí standardních RISC procesorů. Jednou z výhod tohoto přístupu je, že je relativně levný ve srovnání s přepínači ASIC, ale není příliš dobrý pro specializované aplikace. Přepínání takových zařízení se provádí pomocí softwaru, takže jejich funkčnost lze změnit aktualizací nainstalovaného softwaru. Jejich nevýhodou je, že jsou pomalejší než přepínače na bázi ASIC.

Přepínače s integrovanými obvody ASIC jsou navrženy tak, aby prováděly specializované úkoly: veškerá jejich funkčnost je „pevně zapojena“ do hardwaru. Tento přístup má také nevýhodu: když je nutná modernizace, je výrobce nucen obvod přepracovat. ASIC typicky poskytují end-to-end přepínání. Přepínací struktura ASIC vytváří vyhrazené fyzické cesty mezi vstupním a výstupním portem, jak je znázorněno na .

ARCHITEKTURA VYPÍNAČŮ VYSOCE TŘÍDY

Špičkové přepínače mají typicky modulární konstrukci a mohou provádět přepínání paketů i buněk. Moduly takového přepínače provádějí přepínání mezi sítěmi různých typů, včetně Ethernetu, Fast Ethernetu, Token Ring, FDDI a ATM. V tomto případě je hlavním spínacím mechanismem v takových zařízeních spínací struktura ATM. Podíváme se na architekturu takových zařízení na příkladu Bay Networks Centillion 100.

Přepínání se provádí pomocí následujících tří hardwarových komponent (viz obrázek 2):

ATM backplane pro ultra-vysokorychlostní přenos buněk mezi moduly;

speciální integrovaný obvod CellManager na každém modulu pro řízení přenosu buněk přes základní desku;

speciální integrovaný obvod SAR na každém modulu pro převod rámců na buňky a naopak.

(1x1)

Obrázek 2
Přepínání buněk se stále více používá u špičkových přepínačů kvůli vysoké rychlosti a snadnému přechodu na ATM.

Každý modul přepínače má I/O porty, vyrovnávací paměť a CellManager ASIC. Kromě toho má každý modul LAN také RISC procesor pro přepínání rámců mezi místními porty a paketový assembler/disassembler pro převod rámců a buněk do sebe. Všechny moduly mohou nezávisle přepínat mezi svými porty, takže přes backplane je posílán pouze provoz určený pro jiné moduly.

Každý modul si udržuje svou vlastní tabulku adres a hlavní řídicí procesor je spojuje do jedné společné tabulky, takže jednotlivý modul vidí síť jako celek. Pokud například ethernetový modul přijme paket, určí, komu je paket adresován. Pokud je adresa v lokální tabulce adres, pak RISC procesor přepíná paket mezi lokálními porty. Pokud je cíl na jiném modulu, pak assembler/disassembler převede paket na buňky. CellManager specifikuje cílovou masku pro identifikaci modulu (modulů) a portu (portů), do kterých je určeno užitečné zatížení buněk. Jakýkoli modul, jehož bit masky desky je specifikován v cílové masce, zkopíruje buňku do místní paměti a přenese data na odpovídající výstupní port v souladu se zadanými bity masky portu.

BUDOVÁNÍ VIRTUÁLNÍCH SÍTÍ

Kromě zvýšení produktivity umožňují přepínače vytvářet virtuální sítě. Jednou z metod vytvoření virtuální sítě je vytvoření broadcastové domény prostřednictvím logického propojení portů v rámci fyzické infrastruktury komunikačního zařízení (může to být buď chytrý hub - přepínání konfigurace nebo přepínač - přepínání rámců). Například liché porty osmiportového zařízení jsou přiřazeny jedné virtuální síti a sudé porty jsou přiřazeny jiné. V důsledku toho se stanice v jedné virtuální síti izoluje od stanic v jiné. Nevýhodou tohoto způsobu organizace virtuální sítě je, že všechny stanice připojené na stejný port musí patřit do stejné virtuální sítě.

Další způsob vytvoření virtuální sítě je založen na MAC adresách připojených zařízení. S tímto způsobem organizace virtuální sítě může každý zaměstnanec připojit např. svůj notebook k libovolnému portu switche a ten na základě MAC adresy automaticky určí, zda jeho uživatel patří do konkrétní virtuální sítě. Tato metoda také umožňuje uživatelům připojeným ke stejnému portu přepínače patřit do různých virtuálních sítí. Další informace o virtuálních sítích naleznete v článku A. Avduevského „Takové skutečné virtuální sítě“ v březnovém vydání LAN pro letošní rok.

PŘEPÍNÁNÍ ÚROVNĚ 3

Přes všechny své výhody mají přepínače jednu významnou nevýhodu: nedokážou ochránit síť před lavinami vysílaných paketů, což vede k neproduktivnímu zatížení sítě a prodloužení doby odezvy. Směrovače dokážou monitorovat a filtrovat zbytečný broadcast provoz, ale jsou řádově pomalejší. Podle dokumentace Case Technologies je tedy typický výkon routeru 10 000 paketů za sekundu, což nelze srovnávat se stejným ukazatelem přepínače – 600 000 paketů za sekundu.

V důsledku toho mnoho výrobců začalo zabudovávat možnosti směrování do přepínačů. Aby se přepínač výrazně nezpomalil, používají se různé techniky: například přepínání na 2. vrstvě i přepínání na 3. vrstvě je implementováno přímo v hardwaru (ASIC). Různí výrobci nazývají tuto technologii různě, ale cíl je stejný: směrovací přepínač musí provádět funkce vrstvy 3 stejnou rychlostí jako funkce vrstvy 2. Důležitým faktorem je cena takového zařízení za port: také by měla být nízká, jako u switchů (viz článek Nicka Lippise v příštím čísle LAN magazínu).

ZÁVĚR

Spínače jsou konstrukčně i funkčně velmi rozmanité; Není možné pokrýt všechny jejich aspekty v jednom krátkém článku. V příštím tutoriálu se blíže podíváme na přepínače bankomatů.

Dmitrij Ganzha je výkonným redaktorem LAN. Lze ho kontaktovat na: [e-mail chráněný].

Přepínače v místní síti

Jak vybrat přepínač vzhledem k existující odrůdě? Funkčnost moderních modelů je velmi odlišná. Pořídit si můžete buď jednoduchý nemanažovaný switch, nebo multifunkční řízený switch, který se příliš neliší od plnohodnotného routeru. Příkladem druhého je Mikrotik CRS125-24G-1S-2HND-IN z nové řady Cloud Router Switch. V souladu s tím bude cena těchto modelů mnohem vyšší.

Při výběru vypínače se proto musíte především rozhodnout, které z funkcí a parametrů moderních vypínačů potřebujete a za které byste neměli přeplácet. Nejprve ale trocha teorie.

Typy spínačů

Pokud se však dříve spravované přepínače lišily od neřízených přepínačů, včetně širší škály funkcí, nyní může být rozdíl pouze v možnosti či nemožnosti vzdálené správy zařízení. Pokud jde o zbytek, výrobci přidávají další funkce i k těm nejjednodušším modelům, což často zvyšuje jejich náklady.

Proto je v současné době klasifikace spínačů podle úrovně informativnější.

Přepnout úrovně

Abychom si vybrali vypínač, který nejlépe vyhovuje našim potřebám, musíme znát jeho úroveň. Toto nastavení je určeno na základě toho, jaký model sítě OSI (přenos dat) zařízení používá.

• Zařízení první úroveň, použitím fyzický přenos dat téměř zmizel z trhu. Pokud si ještě někdo pamatuje rozbočovače, pak je to jen příklad fyzické úrovně, kdy jsou informace přenášeny v nepřetržitém proudu.
• Úroveň 2. Do této kategorie spadají téměř všechny neřízené přepínače. Takzvaný kanál síťový model. Zařízení rozdělují příchozí informace do samostatných paketů (rámců), kontrolují je a odesílají do konkrétního zařízení příjemce. Základem pro distribuci informací v přepínačích druhé úrovně jsou MAC adresy. Z nich switch sestaví tabulku adres, pamatuje si, která MAC adresa odpovídá kterému portu. Nerozumí IP adresám.

• Úroveň 3. Výběrem takového přepínače získáte zařízení, které již pracuje s IP adresami. Podporuje i mnoho dalších možností práce s daty: převod logických adres na fyzické, síťové protokoly IPv4, IPv6, IPX atd., pptp, pppoe, vpn spojení a další. Na třetí, síťúrovni přenosu dat fungují téměř všechny routery a „nejpokročilejší“ část přepínačů.

• Úroveň 4. Zde použitý model sítě OSI se nazývá doprava. Ani ne všechny routery jsou vydány s podporou pro tento model. Distribuce provozu probíhá na inteligentní úrovni – zařízení umí pracovat s aplikacemi a na základě hlaviček datových paketů je směrovat na požadovanou adresu. Navíc protokoly transportní vrstvy, například TCP, zaručují spolehlivost doručování paketů, udržují určitou sekvenci jejich přenosu a jsou schopny optimalizovat provoz.

Vyberte spínač - přečtěte si charakteristiky

Jak vybrat přepínač podle parametrů a funkcí? Podívejme se, co se rozumí některými běžně používanými symboly ve specifikacích. Mezi základní parametry patří:

Počet portů. Jejich počet se pohybuje od 5 do 48. Při výběru switche je lepší zajistit rezervu pro další rozšiřování sítě.

Základní datová rychlost. Nejčastěji se setkáváme s označením 10/100/1000 Mbit/s – tedy rychlosti, které každý port zařízení podporuje. To znamená, že vybraný přepínač může pracovat rychlostí 10 Mbit/s, 100 Mbit/s nebo 1000 Mbit/s. Existuje poměrně hodně modelů, které jsou vybaveny jak gigabitovými, tak 10/100 Mb/s porty. Většina moderních přepínačů pracuje podle standardu IEEE 802.3 Nway a automaticky detekuje rychlosti portů.

Šířka pásma a vnitřní šířka pásma. První hodnota, nazývaná také přepínací matice, je maximální množství provozu, které může projít přepínačem za jednotku času. Počítá se velmi jednoduše: počet portů x rychlost portu x 2 (duplex). Například 8portový gigabitový přepínač má propustnost 16 Gbps.
Vnitřní propustnost obvykle udává výrobce a je potřeba pouze pro porovnání s předchozí hodnotou. Pokud je deklarovaná vnitřní šířka pásma menší než maximální, zařízení nebude dobře zvládat velké zatížení, zpomalí a zamrzne.

Automatická detekce MDI/MDI-X. Jedná se o automatickou detekci a podporu obou standardů, podle kterých byl kroucený pár kroucený, bez nutnosti ručního ovládání připojení.

Rozšiřující sloty. Možnost připojení dalších rozhraní, například optických.

Velikost tabulky MAC adres. Pro výběr přepínače je důležité předem vypočítat velikost tabulky, kterou potřebujete, nejlépe s ohledem na budoucí rozšíření sítě. Pokud v tabulce není dostatek záznamů, switch zapíše nové přes staré a to zpomalí přenos dat.

Tvarový faktor. Přepínače jsou k dispozici ve dvou typech pouzdra: stolní/nástěnné a rackové. V druhém případě je standardní velikost zařízení 19 palců. Speciální uši pro montáž do racku mohou být odnímatelná.

Vybereme přepínač s funkcemi, které potřebujeme pro práci s provozem

Řízení toku ( Řízení toku, protokol IEEE 802.3x). Poskytuje koordinaci odesílání a přijímání dat mezi odesílajícím zařízením a přepínačem při vysokém zatížení, aby se zabránilo ztrátě paketů. Funkci podporuje téměř každý přepínač.

Jumbo rám- zvýšené balíčky. Používá se pro rychlosti od 1 Gbit/sec a výše, umožňuje urychlit přenos dat snížením počtu paketů a doby jejich zpracování. Funkce se nachází téměř v každém spínači.

Plně duplexní a poloviční duplexní režimy. Téměř všechny moderní přepínače podporují automatické vyjednávání mezi half-duplex a full-duplex (přenos dat pouze jedním směrem, přenos dat oběma směry současně), aby se předešlo problémům v síti.

Priorita provozu (standard IEEE 802.1p)- zařízení dokáže identifikovat důležitější pakety (například VoIP) a odeslat je jako první. Při výběru přepínače pro síť, kde bude podstatná část provozu tvořit zvuk nebo video, byste měli věnovat pozornost této funkci

Podpěra, podpora VLAN(Standard IEEE 802.1q). VLAN je vhodný prostředek pro vymezení samostatných sekcí: vnitřní podnikové sítě a veřejné sítě pro klienty, různá oddělení atd.

Pro zajištění bezpečnosti v rámci sítě, kontrolu nebo kontrolu výkonu síťového zařízení lze použít zrcadlení (duplikaci provozu). Například všechny příchozí informace jsou odesílány na jeden port pro kontrolu nebo záznam určitým softwarem.

Přesměrování portů. Tuto funkci můžete potřebovat pro nasazení serveru s přístupem k internetu nebo pro online hry.

Ochrana smyčky - funkce STP a LBD. Zvláště důležité při výběru neřízených přepínačů. Je téměř nemožné odhalit v nich vytvořenou smyčku - smyčkový úsek sítě, příčina mnoha závad a zamrznutí. LoopBack Detection automaticky blokuje port, kde došlo ke smyčce. Protokol STP (IEEE 802.1d) a jeho pokročilejší potomci – IEEE 802.1w, IEEE 802.1s – se chovají trochu jinak a optimalizují síť pro stromovou strukturu. Zpočátku struktura poskytuje náhradní, smyčkové větve. Ve výchozím nastavení jsou zakázány a přepínač je spustí pouze tehdy, když dojde ke ztrátě na některém z hlavních vedení.

Agregace odkazů (IEEE 802.3ad). Zvyšuje propustnost kanálu kombinací více fyzických portů do jednoho logického. Maximální propustnost dle standardu je 8 Gbit/s.

Stohování. Každý výrobce má svůj vlastní design stohování, ale obecně se tato funkce týká virtuální kombinace více přepínačů do jednoho logického celku. Účelem stohování je získat větší počet portů, než je možné u fyzického přepínače.

Přepínání funkcí pro monitorování a odstraňování problémů

Mnoho spínačů detekuje vadné připojení kabelu, obvykle při zapnutí zařízení, a také typ poruchy - přerušený vodič, zkrat atd. Například D-Link poskytuje na pouzdru speciální indikátory:

Ochrana proti virovému provozu (Safeguard Engine). Tato technika vám umožňuje zvýšit provozní stabilitu a chránit centrální procesor před přetížením „odpadním“ provozem virových programů.

Výkonové vlastnosti

Úspora energie.Jak vybrat vypínač, který vám ušetří energii? Dávej pozore pro přítomnost funkcí pro úsporu energie. Někteří výrobci, např. D-Link, vyrábí spínače s regulací spotřeby. Například chytrý přepínač sleduje zařízení, která jsou k němu připojena, a pokud některé z nich právě nefunguje, příslušný port se přepne do „režimu spánku“.

Napájení přes Ethernet (PoE, standard IEEE 802.af). Přepínač využívající tuto technologii může napájet zařízení k němu připojená přes kroucené dvoulinky.

Vestavěná ochrana před bleskem. Velmi potřebná funkce, ale musíme si uvědomit, že takové spínače musí být uzemněny, jinak nebude ochrana fungovat.

webová stránka

Přepínač je jedním z nejdůležitějších zařízení používaných při budování lokální sítě. V tomto článku si povíme, co to jsou přepínače a zaměříme se na důležité vlastnosti, které je třeba vzít v úvahu při výběru přepínače místní sítě.

Nejprve se podívejme na obecný blokový diagram, abychom pochopili, jaké místo zaujímá přepínač v podnikové lokální síti.

Obrázek výše ukazuje nejběžnější blokové schéma malé lokální sítě. V takových lokálních sítích se zpravidla používají přístupové přepínače.

Přístupové přepínače jsou přímo připojeny ke koncovým uživatelům a poskytují jim přístup k místním síťovým zdrojům.

Ve velkých lokálních sítích však přepínače plní následující funkce:

Úroveň přístupu k síti. Jak bylo uvedeno výše, přístupové přepínače poskytují body připojení pro zařízení koncových uživatelů. Ve velkých lokálních sítích rámce přístupových přepínačů spolu nekomunikují, ale jsou přenášeny prostřednictvím distribučních přepínačů.

Distribuční úroveň. Přepínače na této vrstvě předají provoz mezi přístupovými přepínači, ale neinteragují s koncovými uživateli.

Úroveň jádra systému. Zařízení tohoto typu kombinují kanály přenosu dat z přepínačů distribuční úrovně ve velkých územních lokálních sítích a poskytují velmi rychlé přepínání datových toků.

Přepínače jsou:

Neřízené přepínače. Jedná se o běžná samostatná zařízení v lokální síti, která samostatně zvládají přenos dat a nemají možnost dodatečné konfigurace. Díky snadné instalaci a nízké ceně jsou široce používány pro instalaci doma a v malých podnicích.

Řízené přepínače. Pokročilejší a dražší zařízení. Umožňují správci sítě je nezávisle konfigurovat pro zadané úlohy.

Spravované přepínače lze konfigurovat jedním z následujících způsobů:

Přes konzolový port Přes WEB rozhraní

Přes Telnet Přes protokol SNMP

Přes SSH

Přepnout úrovně

Všechny spínače lze rozdělit do modelových úrovní OSI . Čím vyšší je tato úroveň, tím větší jsou možnosti přepínače, ale jeho cena bude výrazně vyšší.

Přepínače vrstvy 1. Tato úroveň zahrnuje rozbočovače, opakovače a další zařízení pracující na fyzické úrovni. Tato zařízení byla přítomna na úsvitu rozvoje internetu a v současné době se v lokální síti nepoužívají. Po přijetí signálu jej zařízení tohoto typu jednoduše přenese dále na všechny porty kromě portu odesílatele

Přepínače vrstvy 22). Tato úroveň zahrnuje nespravované a některé spravované přepínače ( přepínač ) pracující na úrovni propojení modelu OSI . Přepínače druhé úrovně pracují s rámci – rámce: tok dat rozdělený na části. Po přijetí rámce přepínač vrstvy 2 přečte adresu odesílatele z rámce a zadá ji do své tabulky MAC adresy, odpovídající této adrese portu, na kterém přijal tento rámec. Díky tomuto přístupu vrstva 2 přepíná data pouze na cílový port, aniž by vytvářel nadměrný provoz na jiných portech. Přepínače vrstvy 2 nerozumí IP adresy umístěné na třetí síťové úrovni modelu OSI a fungují pouze na úrovni odkazu.

Přepínače vrstvy 2 podporují nejběžnější protokoly, jako jsou:

IEEE 802.1 q nebo VLAN virtuální lokální sítě. Tento protokol umožňuje vytvářet samostatné logické sítě v rámci stejné fyzické sítě.

Například zařízení připojená ke stejnému přepínači, ale umístěná v jiném VLAN se navzájem neuvidí a budou moci přenášet data pouze ve vlastní vysílací doméně (zařízení ze stejné VLAN). Počítače na obrázku výše budou mezi sebou schopny přenášet data pomocí zařízení pracujícího na třetí úrovni IP adresy: router.

IEEE 802.1p (Prioritní značky ). Tento protokol je nativně přítomen v protokolu IEEE 802.1q a je to 3bitové pole od 0 do 7. Tento protokol umožňuje označit a seřadit veškerý provoz podle důležitosti nastavením priorit (maximální priorita 7). Snímky s vyšší prioritou budou přesměrovány jako první.

IEEE 802.1d protokol Spanning tree (STP).Tento protokol buduje místní síť ve formě stromové struktury, aby se zabránilo síťovým smyčkám a zabránilo se vytvoření síťové bouře.

Řekněme, že místní síť je instalována ve formě kruhu, aby se zvýšila odolnost systému proti chybám. Přepínač s nejvyšší prioritou v síti je vybrán jako kořenový přepínač.Ve výše uvedeném příkladu je SW3 kořen. Aniž by se museli ponořit do algoritmů provádění protokolů, přepínače vypočítají cestu s maximálními náklady a zablokují ji. Například v našem případě bude nejkratší cesta od SW3 k SW1 a SW2 přes vlastní vyhrazená rozhraní (DP) Fa 0/1 a Fa 0/2. V tomto případě bude výchozí cena cesty pro rozhraní 100 Mbit/s 19. Rozhraní Fa 0/1 přepínače místní sítě SW1 je blokováno, protože celková cena cesty bude součtem dvou přechodů mezi rozhraními 100 Mbit/s 19+19=38.

Pokud dojde k poškození pracovní cesty, přepínače přepočítají cestu a odblokují tento port

IEEE 802.1w Rapid spanning tree protokol (RSTP).Rozšířený standard 802.1 d , který má vyšší stabilitu a kratší dobu obnovy komunikační linky.

IEEE 802.1s Vícenásobný spanning tree protokol.Nejnovější verze s přihlédnutím ke všem nedostatkům protokolů STP a RSTP.

IEEE 802.3ad Link aggregation pro paralelní link.Tento protokol umožňuje spojovat porty do skupin. Celková rychlost daného agregačního portu bude součtem rychlostí každého portu v něm.Maximální rychlost je určena standardem IEEE 802.3ad a je 8 Gbit/s.

Přepínače vrstvy 33). Tato zařízení se také nazývají multipřepínače, protože kombinují možnosti přepínačů pracujících na druhé úrovni a směrovačů, které s nimi pracují IP balíčky na třetí úrovni.Přepínače na 3. vrstvě plně podporují všechny funkce a standardy přepínačů na 2. vrstvě. K síťovým zařízením lze přistupovat pomocí IP adres. Přepínač vrstvy 3 podporuje vytváření různých připojení: l 2 tp, pptp, pppoe, vpn atd.

Přepínače vrstvy 4 4) . Zařízení na úrovni L4 pracující na modelu transportní vrstvy OSI . Zodpovědnost za zajištění spolehlivosti přenosu dat. Tyto přepínače mohou na základě informací z hlaviček paketů pochopit, že provoz patří různým aplikacím, a na základě těchto informací rozhodovat o přesměrování takového provozu. Název těchto zařízení není ustálený, někdy se jim říká chytré přepínače nebo přepínače L4.

Hlavní charakteristiky spínačů

Počet portů. V současné době existují přepínače s počtem portů od 5 do 48. Na tomto parametru závisí počet síťových zařízení, která lze k danému přepínači připojit.

Například při budování malé lokální sítě 15 počítačů budeme potřebovat switch s 16 porty: 15 pro připojení koncových zařízení a jeden pro instalaci a připojení routeru pro přístup k internetu.

Rychlost přenosu dat. Toto je rychlost, s jakou každý port přepínače pracuje. Typicky jsou rychlosti specifikovány následovně: 10/100/1000 Mbit/s. Rychlost portu je určena během automatického vyjednávání s koncovým zařízením. U řízených přepínačů lze tento parametr konfigurovat ručně.

Například : Klientské zařízení PC se síťovou kartou 1 Gbps je připojeno k portu přepínače s provozní rychlostí 10/100 Mbps C . V důsledku automatického vyjednávání se zařízení dohodnou na použití maximální možné rychlosti 100 Mb/s.

Automatické vyjednávání portu mezi Full – duplex a half – duplex. Plny Duplex: Přenos dat probíhá současně ve dvou směrech. Poloduplexní Přenos dat se provádí nejprve v jednom směru, poté v druhém směru postupně.

Vnitřní šířka pásma tkaniny. Tento parametr ukazuje celkovou rychlost, s jakou může přepínač zpracovávat data ze všech portů.

Například: na lokální síti je switch s 5 porty pracující rychlostí 10/100 Mbit/s. V technických specifikacích je parametr spínací matice 1 Gbit/ C . To znamená, že každý port je in Plny Duplex může pracovat rychlostí 200 Mbit/ C (100 Mbit/s příjem a 100 Mbit/s přenos). Předpokládejme, že parametr této spínací matice je menší než zadaný. To znamená, že při špičkovém zatížení nebudou porty schopny pracovat deklarovanou rychlostí 100 Mbit/s.

Automatické vyjednávání typu kabelu MDI/MDI-X. Tato funkce umožňuje určit, která ze dvou metod byla kroucená kroucená dvojlinka EIA/TIA-568A nebo EIA/TIA-568B. Při instalaci lokálních sítí se nejvíce používá schéma EIA/TIA-568B.

Stohování je kombinace několika přepínačů do jednoho logického zařízení. Různí výrobci přepínačů používají své vlastní technologie stohování, např. C isco využívá technologii stohování Stack Wise se sběrnicí 32 Gbps mezi přepínači a Stack Wise Plus se sběrnicí 64 Gbps mezi přepínači.

Tato technologie je relevantní například ve velkých lokálních sítích, kde je potřeba propojit více než 48 portů na základě jednoho zařízení.

Montáž do 19" racku. V domácích prostředích a malých lokálních sítích se přepínače často instalují na rovné plochy nebo montují na zeď, ale přítomnost takzvaných „uší“ je nezbytná ve větších lokálních sítích, kde je aktivní zařízení umístěno v serverových skříních.

Velikost tabulky MACadresy Spínač je zařízení pracující na úrovni 2 modelu OSI . Na rozdíl od rozbočovače, který jednoduše přesměruje přijatý rámec na všechny porty kromě portu odesílatele, se přepínač učí: pamatuje si MAC adresa zařízení odesílatele, její zadání, číslo portu a životnost záznamu do tabulky. Pomocí této tabulky přepínač nepřeposílá rámec na všechny porty, ale pouze na port příjemce. Pokud je v lokální síti značný počet síťových zařízení a velikost tabulky je plná, switch začne přepisovat starší záznamy v tabulce a zapisuje nové, což výrazně snižuje rychlost switche.

Jumboframe . Tato funkce umožňuje přepínači zpracovávat větší velikosti paketů, než jaké definuje standard Ethernet. Po přijetí každého paketu stráví nějaký čas jeho zpracováním. Při použití větší velikosti paketů pomocí technologie Jumbo Frame můžete ušetřit čas na zpracování paketů v sítích, které používají rychlost přenosu dat 1 Gb/s a vyšší. Při nižší rychlosti není žádný velký zisk

Přepínání režimů.Abyste pochopili princip fungování přepínacích režimů, zvažte nejprve strukturu rámce přenášeného na úrovni datového spojení mezi síťovým zařízením a přepínačem v místní síti:

Jak je vidět z obrázku:

• Nejprve přichází preambule signalizující začátek přenosu rámce,
• Pak MAC cílová adresa ( DA) a MAC adresa odesílatele ( S.A.)
• ID třetí úrovně: Používá se IPv 4 nebo IPv 6
užitečné zatížení)
• A na závěr kontrolní součet FCS: 4bajtová hodnota CRC používaná k detekci chyb přenosu. Vypočítáno odesílající stranou a umístěno do pole FCS. Přijímající strana vypočítá tuto hodnotu nezávisle a porovná ji s přijatou hodnotou.

Nyní se podívejme na přepínání režimů:

Uložit - a - předat. Tento režim přepínání uloží celý snímek do vyrovnávací paměti a zkontroluje pole FCS , který je na samém konci rámce a pokud se kontrolní součet tohoto pole neshoduje, zahodí celý rámec. V důsledku toho se snižuje pravděpodobnost zahlcení sítě, protože je možné zahodit rámce s chybami a zpozdit dobu přenosu paketu. Tato technologie je přítomna u dražších přepínačů.

Proříznout. Jednodušší technologie. V tomto případě mohou být snímky zpracovány rychleji, protože nejsou zcela uloženy do vyrovnávací paměti. Pro analýzu jsou data od začátku rámce až po cílovou MAC adresu (DA), včetně, uložena ve vyrovnávací paměti. Přepínač přečte tuto MAC adresu a předá ji do cíle. Nevýhodou této technologie je, že switch v tomto případě přeposílá jak trpasličí pakety s délkou kratších než 512 bitových intervalů, tak poškozené pakety, čímž se zvyšuje zatížení lokální sítě.

Podpora technologie PoE

Technologie Pover over ethernet umožňuje napájet síťové zařízení přes stejný kabel. Toto řešení umožňuje snížit náklady na dodatečnou instalaci přívodních vedení.

Existují následující standardy PoE:

PoE 802.3af podporuje zařízení až do 15,4 W

PoE 802.3at podporuje zařízení až do 30W

Pasivní PoE

PoE 802.3 af/at mají inteligentní řídicí obvody pro napájení zařízení: před napájením zařízení PoE se s ním standardní zdroj af/at domluví, aby nedošlo k poškození zařízení. Passiv PoE je mnohem levnější než první dva standardy, napájení je přímo dodáváno do zařízení prostřednictvím volných párů síťového kabelu bez jakékoli koordinace.

Charakteristika norem

Standard PoE 802.3af podporuje většina levných IP kamer, IP telefonů a přístupových bodů.

Standard PoE 802.3at je přítomen u dražších modelů IP kamer, kde není možné splnit 15,4 W. V tomto případě musí IP videokamera i PoE zdroj (přepínač) podporovat tento standard.

Rozšiřující sloty. Přepínače mohou mít další rozšiřující sloty. Nejběžnější jsou moduly SFP (Small Form-factor Pluggable). Modulární, kompaktní transceivery používané pro přenos dat v telekomunikačním prostředí.

SFP moduly se vkládají do volného SFP portu routeru, switche, multiplexeru nebo media konvertoru. Přestože existují moduly SFP Ethernet, nejběžnějšíModuly z optických vláken se používají k připojení hlavního kanálu při přenosu dat na velké vzdálenosti mimo dosah standardu Ethernet. SFP moduly se vybírají v závislosti na vzdálenosti a rychlosti přenosu dat. Nejběžnější jsou dvouvláknové SFP moduly, které využívají jedno vlákno pro příjem a druhé pro přenos dat. Technologie WDM však umožňuje přenos dat na různých vlnových délkách po jediném optickém kabelu.

SFP moduly jsou:

• SX - 850 nm se používá s vícevidovým optickým kabelem na vzdálenost až 550 m
• LX - 1310 nm se používá s oběma typy optických kabelů (SM a MM) na vzdálenost až 10 km
• BX - 1310/1550 nm se používá s oběma typy optických kabelů (SM a MM) na vzdálenost až 10 km
• XD - 1550 nm se používá s single mode kabelem do 40 km, ZX do 80 km, EZ nebo EZX do 120 km a DWDM

Samotný standard SFP zajišťuje přenos dat rychlostí 1 Gbit/s, případně rychlostí 100 Mbit/s. Pro rychlejší přenos dat byly vyvinuty moduly SFP+:

• SFP+ přenos dat rychlostí 10 Gbps
• Přenos dat XFP rychlostí 10 Gbps
• Přenos dat QSFP+ rychlostí 40 Gbps
• CFP přenos dat rychlostí 100 Gbps

Při vyšších rychlostech jsou však signály zpracovávány na vysokých frekvencích. To vyžaduje větší odvod tepla a tím i větší rozměry. Proto je ve skutečnosti tvarový faktor SFP stále zachován pouze v modulech SFP+.

Závěr

Mnoho čtenářů se pravděpodobně setkalo s neřízenými přepínači a nízkonákladovými spravovanými přepínači vrstvy 2 v malých lokálních sítích. Výběr switchů pro budování větších a technicky složitých lokálních sítí je však nejlepší nechat na profesionálech.

Safe Kuban používá při instalaci místních sítí přepínače následujících značek:

Profesionální řešení:

Cisco

Qtech

Rozpočtové řešení

D-Link

Tp-Link

Tenda

Safe Kuban provádí instalaci, zprovoznění a údržbu místních sítí v Krasnodaru a na jihu Ruska.

Pokud byl dříve síťový kabel, přes který byla data přenášena, jednoduše připojen přímo k počítači, nyní se situace změnila. V jednom rezidenčním bytě, kanceláři nebo velké firmě často vzniká potřeba vytvořit počítačovou síť.

K tomuto účelu slouží zařízení, která jsou zařazena do kategorie „počítačové vybavení“. Mezi taková zařízení patří také spínač, který umožňuje . Co je tedy přepínač a jak jej použít k vybudování počítačové sítě?

K čemu slouží spínací zařízení?

V doslovném překladu z angličtiny počítačový termín „switch“ označuje zařízení, které se používá k vytvoření místní sítě propojením několika počítačů. Synonymum pro slovo switch je switch nebo switch.

Přepínač je druh mostu s mnoha porty, přes který jsou paketová data přenášena konkrétním příjemcům. Switch pomáhá optimalizovat provoz sítě, snižuje její zatížení, zvyšuje úroveň zabezpečení a zaznamenává jednotlivé MAC adresy, což umožňuje rychle a efektivně přenášet data.

Takové přepínače dokázaly vytlačit rozbočovače, které se dříve používaly k budování počítačových sítí. Switch je chytré zařízení, které dokáže zpracovat přijaté informace o připojených zařízeních a následně data přesměrovat na konkrétní adresu. Výsledkem je několikanásobné zvýšení výkonu sítě a zrychlení internetu.

Druhy zařízení

Spínací zařízení jsou rozdělena do různých typů podle následujících kritérií:

• Typ portů.
• Počet portů.
• Rychlosti portů jsou 10 Mbit/s, 100 Mbit/s a 1000 Sbit/s.
• Spravovaná a nespravovaná zařízení.
• Výrobci.
• Funkce.
• Specifikace.

Podle počtu portů se přepínače dělí na:

• 8-port.
• 16-port.
• 24-port.
• 48 portů.

Pro domácnost a malou kancelář je vhodný switch s 8 nebo 16 porty, který pracuje rychlostí 100 Mbit/s.

Pro velké podniky, společnosti a firmy jsou potřeba porty s provozní rychlostí 1000 Mbit za sekundu. Taková zařízení jsou potřebná pro připojení serverů a velkých komunikačních zařízení.

Neřízené přepínače jsou nejjednodušší zařízení. Komplexní přepínače jsou spravovány v síti nebo třetí vrstvě modelu OSI - Layer 3 Switch.

Řízení se také provádí pomocí metod, jako jsou:

• webové rozhraní.
• Rozhraní příkazového řádku.
• Protokoly SNMP a RMON.

Komplexní nebo spravované přepínače umožňují funkce VLAN, QoS, zrcadlení a agregace. Takové přepínače jsou také sloučeny do jednoho zařízení nazývaného zásobník. Je navržen tak, aby zvýšil počet portů. Ostatní porty se používají pro stohování.

Co poskytovatelé využívají?




Při vytváření počítačové sítě poskytovatelé vytvářejí jednu z jejích úrovní:

• Úroveň přístupu.
• Úroveň agregace.
• Úroveň jádra.

Úrovně jsou potřebné, aby bylo snazší ovládat síť: škálování, konfigurace, zavedení redundance, návrh sítě.

Na úrovni přístupu k přepínacímu zařízení by koncoví uživatelé měli být připojeni k portu 100 Mbit/s. Mezi další požadavky na zařízení patří:

• Připojení přes SFP k přepínači úrovně agregace, kde jsou informace přenášeny rychlostí 1 gigabajt za sekundu.
• Podpora VLAN, acl, zabezpečení portů.
• Podpora bezpečnostních funkcí.

Podle tohoto schématu jsou od poskytovatele internetu vytvořeny tři vrstvy sítě. Nejprve je síť tvořena na úrovni bytového domu (vícepodlažního, soukromého).

Poté je síť „rozptýlena“ po mikrodistriktu, kdy je k síti připojeno několik obytných budov, kanceláří a firem. V poslední fázi je vytvořena síť na úrovni jádra, kdy jsou k síti připojeny celé čtvrti.

Poskytovatelé internetu vytvářejí síť pomocí technologie Ethernet, která umožňuje předplatitelům připojení k síti.

Jak spínač funguje?


Paměť přepínače obsahuje MAC tabulku, ve které jsou shromážděny všechny MAC adresy. Přepínač je přijímá v uzlu portu přepínače. Po připojení spínače není stůl ještě zaplněn, takže zařízení pracuje v tréninkovém režimu. Data přicházejí na jiné porty přepínače, přepínač analyzuje informace a určuje MAC adresy počítače, ze kterého byla data přenesena. V poslední fázi se adresa zadá do tabulky MAC.

Když tedy datový paket, který je určen pouze pro jeden počítač, dorazí na jeden nebo jiný port zařízení, informace se přenesou na určený port. Když MAC adresa ještě nebyla určena, informace se přenesou na zbývající rozhraní. K lokalizaci provozu dochází při provozu spínacího zařízení, kdy je MAC tabulka naplněna potřebnými adresami.

Vlastnosti nastavení parametrů zařízení

Provádění příslušných změn parametrů spínacího zařízení je u každého modelu stejné. Nastavení zařízení vyžaduje kroky krok za krokem:

1. Vytvořte dva porty VLAN – pro klienty a pro správu přepínačů. VLAN musí být v nastavení označeny jako porty přepínače.
2. Nakonfigurujte zabezpečení portu a zakažte příjem více než jedné MAC adresy na port. Tím se zabrání přenosu informací na jiný port. Někdy se vysílací doména vaší domácí sítě může sloučit s doménou vašeho poskytovatele.
3. Zakažte STP na klientském portu, abyste zabránili ostatním uživatelům znečišťovat síť poskytovatele různými pakety BPDU.
4. Nakonfigurujte parametr detekce zpětné smyčky. To vám umožní odmítnout nesprávné, vadné síťové karty a nezasahovat do práce uživatelů připojených k portu.
5. Vytvořte a nakonfigurujte parametr acl, který zabrání paketům, které nejsou PPPoE, vstupovat do sítě uživatele. K tomu je potřeba v nastavení zablokovat nepotřebné protokoly jako DCHP, ARP, IP. Tyto protokoly jsou navrženy tak, aby uživatelům umožňovaly přímou komunikaci a obcházely protokoly PPPoE.
6. Vytvořte acl, který odmítne pakety PPPoE RADO přicházející z klientských portů.
7. Povolte Storm Control, což vám umožní bojovat s multicastovými a vysílacími záplavami. Tento parametr by měl blokovat provoz bez protokolu PPPoE.

Pokud se něco pokazí, pak stojí za to zkontrolovat PPPoE, které může být napadeno viry nebo falešnými datovými pakety. Z důvodu nezkušenosti a neznalosti mohou uživatelé nesprávně nakonfigurovat poslední parametr a pak musí kontaktovat svého poskytovatele internetových služeb o pomoc.

Jak zapojit spínač?

Vytvoření lokální sítě počítačů nebo notebooků vyžaduje použití síťového přepínače – přepínače. Před nastavením zařízení a vytvořením požadované konfigurace sítě proběhne proces fyzického nasazení sítě. To znamená, že je vytvořeno spojení mezi přepínačem a počítačem. K tomu byste měli použít síťový kabel.

Spojení mezi síťovými uzly se provádí pomocí propojovacího kabelu - speciálního typu síťového komunikačního kabelu vyrobeného na bázi kroucené dvoulinky. Doporučuje se zakoupit síťový kabel ve specializovaném obchodě, aby proces připojení probíhal hladce.

Přepínač můžete nakonfigurovat dvěma způsoby:

1. Prostřednictvím konzolového portu, který je určen pro počáteční nastavení přepínače.
2. Přes univerzální ethernetový port.

Volba způsobu připojení závisí na rozhraní zařízení. Připojení přes port konzoly nespotřebovává žádnou šířku pásma přepínače. To je jedna z výhod tohoto způsobu připojení.

Musíte spustit emulátor terminálu VT 100 a poté vybrat parametry připojení podle označení v dokumentaci. Když dojde k připojení, uživatel nebo zaměstnanec internetové společnosti zadá přihlašovací jméno a heslo.

Pro připojení přes ethernetový port budete potřebovat IP adresu, která je uvedena v dokumentech k zařízení nebo vyžádaná od vašeho poskytovatele.

Po provedení nastavení a vytvoření počítačové sítě pomocí přepínače by uživatelé měli mít ze svých počítačů nebo notebooků bezproblémový přístup k internetu.

Při výběru zařízení pro vytvoření sítě je třeba zvážit, kolik počítačů k ní bude připojeno, jaká je rychlost portů a jak fungují. Moderní poskytovatelé používají pro připojení technologii Ethernet, která umožňuje získat vysokorychlostní síť pomocí jediného kabelu.