Тонкая грань: маршрутизаторы и коммутаторы. Что такое свитч или сетевой коммутатор

Когда появились первые устройства, позволяющие разъединять сеть на несколько доменов коллизий (по сути фрагменты ЛВС, построенные на hub-ах), они были двух портовыми и получили название мостов (bridge-ей). По мере развития данного типа оборудования, они стали многопортовыми и получили название коммутаторов (switch -ей). Некоторое время оба понятия существовали одновременно, а поздее вместо термина "мост" стали применять "коммутатор".

Обычно, проектируя сеть, с помощью коммутаторов соединяют несколько доменов коллизий локальной сети между собой. В реальной жизни в качестве доменов коллизий выступают, как правило, этажи здания, в котором создается сеть. Их обычно более 2-х, а в результате обеспечивается гораздо более эффективное управление трафиком чем у прародителя комутатора - моста. По меньшей мере, он может поддерживать резервные связи между узлами сети.

Благодаря тому, что коммутаторы могут управлять трафиком на основе протокола канального уровня (Уровня 2) модели OSI, он в состоянии контролировать МАС адреса подключенных к нему устройств и даже обеспечивать трансляцию пакетов из стандарта в стандарт (например Ethernet в FDDI и обратно). Особенно удачно результаты этой возможности представлены в коммутаторах Уровня 3, т.е. устройствах, возможности которых приближаются к возможностям маршрутизаторов.

Коммутатор позволяет пересылать пакеты между несколькими сегментами сети. Он является обучающимся устройством и действует по аналогичной технологии. В отличие от мостов, ряд коммутаторов не помещает все приходящие пакеты в буфер. Это происходит лишь тогда, когда надо согласовать скорости передачи, или адрес назначения не содержится в адресной таблице, или когда порт, куда должен быть направлен пакет, занят, а коммутирует пакеты "на лету". Коммутатор лишь анализирует адрес назначения в заголовке пакета и, сверившись с адресной таблицей, тут же (время задержки около 30-40 микросекунд) направляет этот пакет в соответствующий порт. Таким образом, когда пакет еще целиком не прошел через входной порт, его заголовок уже передается через выходной. К сожалению, типичные коммутаторы работают по алгоритму "устаревания адресов". Это означает, что, если по истечении определенного промежутка времени, не было обращений по этому адресу, то он удаляется из адресной таблицы.

Коммутаторы поддерживают при соединении друг с другом режим полного дуплекса. В таком режиме данные передаются и принимаются одновременно, что невозможно в обычных сетях Еthегnеt. При этом скорость передачи данных повышается в два раза, а при соединении нескольких коммутаторов можно добиться и большей пиковой производительности.

Спасибо за внимание!

Организация компьютерной сети невозможна без такого устройства как свитч или подобного ему сетевого оборудования. Существуют различные сетевые устройства, при помощи которых становится возможным формирование локальной сети, организация доступа в Интернет для нескольких компьютеров и прочие задачи сетевой коммутации. Наиболее популярные из таких устройств — это хаб, роутер и свитч. Не все знают, как настроить такого рода устройства, чтобы работа была более комфортной.

Сетевой коммутатор необходим для создания компьютерной сети.

Если роутер (маршрутизатор) служит для соединения и маршрутизации различных сетей, то хаб и свитч — для объединения различных узлов в единую сеть. Выгодное отличие свитча (коммутатора) от хаба (концентратора) в том, что в первом пакеты данных передаются строго по адресу на указанный узел, а не транслируются на все устройства сети. Таким образом, посредством свитча реализуется прямая адресная передача данных между двумя узлами сети, при этом сетевой ресурс используются максимально эффективно. По этой причине в настоящий момент концентраторы практически нигде не используются, они были вытеснены более производительными и безопасными коммутаторами.

Основы работы свитча

Рисунок 1. Схема работы свитча.

Итак, сетевой коммутатор, он же свитч или свич («switch» — переключатель), это вид сетевого оборудования, соединяющего определенное количество узлов (компьютеров) в единый сегмент вычислительной сети и осуществляющего пакетную передачу информации и данных между отельными элементами этой сети.

Свитч имеет в распоряжении несколько портов — разъемов, в которые подключаются компьютеры и прочие сетевые узлы, оборудование и т.д. Связь между портом и узлом осуществляется с использованием обжатого кабеля, так называемой витой пары.

Для такого устройства как свитч 8 портов это норма, но встречаются и более внушительные цифры вплоть до 48 и даже 96. (РИС. 1) В рамках модели OSI данное устройство функционирует на уровне канала, поэтому, как правило, лишь объединяет другие устройства в один сегмент сети, ориентируясь на их идентификационные MAC-адреса.

Объединить несколько отдельных сетей стандартный свитч не может. Для маршрутизации на уровне сетей, например, для организации доступа в интернет на нескольких компьютерах, что является примером включения локальной сети в глобальную, необходим маршрутизатор или же свитч роутер.

Таким образом, в сетевой иерархии OSI коммутатор занимает промежуточное звено между концентратором и маршрутизатором:

Концентратор — Физический уровень. Транслирует входящие данные, дублируя их на все используемые интерфейсы.
Коммутатор — Канальный уровень. Распределяет данные сугубо адресованным получателям.
Маршрутизатор — Сетевой уровень. Связывает различные сетевые сегменты.

Работа коммутатора построена следующим образом. В памяти устройства хранится виртуальная таблица соответствий между MAC-адресами и портами свитча.

MAC-адрес («Media Access Control» — управление доступом к среде), он же Hardware Address — это специальный идентификатор, который присваивается каждому активному элементу или узлу в сети, причем для каждого из них он уникален.

В момент сразу после включения коммутатора его MAC-таблица еще пуста и ее необходимо заполнить, поэтому свитч входит в режим первичного обучения.

Особенность этого режима в том, что данные, поступившие на любой из портов, как и в концентраторе, передаются всем подключенным к устройству узлам в совокупности.

Путем анализа пакетов данных определяется MAC-адрес устройства-отправителя, затем этот адрес привязывается к номеру конкретного порта, из которого эти данные были отправлены. Таким образом, выясняется, к какому порту подключен тот или иной элемент сети, затем эти данные заносятся в таблицу.

Теперь при поступлении данных на любой из портов свитча пакеты, адресованные узлу, имеющемуся в этой таблице, будут направлены на конкретный порт, соответствующий этому узлу, а не транслироваться на все интерфейсы сразу, как это происходит в концентраторе.

Если же в отправляемых данных содержится неизвестный адрес получателя, отсутствующий в таблице, создаются дубликаты пакетов и отправляются на все интерфейсы.

Параллельно с этим новые незнакомые адреса отправителей продолжают записываться в таблицу.

Впоследствии свитч постепенно заполняет свою маршрутную таблицу, включая в нее все связи между внешними компьютерами и собственными интерфейсами, благодаря чему происходит локализация трафика.

Основные типы коммутаторов

Рисунок 2. Примерная схема подключения свитча через модем.

Простейший сетевой коммутатор — это неуправляемый. Такой свитч хоть и может быть настраиваемым непосредственно, но он не имеет поддержки сетевых протоколов управления. Разница между управляемым и неуправляемым коммутатором в том, что благодаря поддержке простого протокола сетевого менеджмента SNMP управляемый свитч позволяет по сети с помощью специализированных программ удаленно конфигурировать себя и управлять своей работой.

Управляемый коммутатор наиболее часто устанавливается в участках сети с осложненной топологией, где требуется особенно тщательный контроль. Наиболее характерные задачи, выполняемые такими устройствами:

мониторинг сетевого трафика;
управление конфигурацией интерфейсов (портов);
организация виртуальных сетей (VLAN);
объединение группы каналов.

Управляемые свитчи особенны тем, что способны обеспечить широкий спектр функционирования как на канальном, так и на сетевом уровне. Доступ к управлению таким коммутатором можно получить через специальный Web интерфейс, а также посредством командной строки либо различных протоколов (SNMP, Telnet). Помимо всего прочего свитч может использовать различные методы коммутации, разница между которыми обусловлена временем и надежностью передачи информации:

Порядок расположения проводов при «обжиме» кабеля «витая пара».

Store and Forward — когда коммутатором производится полное чтение всей информации в кадре данных с целью проверки на наличие ошибок, и лишь затем пакет передается на выбранный порт.
Cut-through — процесс коммутации происходит сразу после чтения заголовка кадра данных, где хранится адрес получателя. Благодаря этому удается сократить задержку по времени передачи, однако становится невозможным обнаружить ошибки, что снижает надежность.
Fragment-free — усовершенствованный сквозной (Cut-through) режим, при котором пакеты передаются после их предварительной фильтрации.

Такой типа свитча редко используется в домашних условиях, т.к. предназначен прежде всего для коммутации крупных и сложных структур таких, как сети интернет провайдеров, корпоративные локальные сети, центры технической поддержки клиентов и т.д.

Примером такого устройства является гигабитный свитч TL-SG2424 на 24 порта фирмы TP-Link, обладающий массой полезных функций, среди которых: защита от сетевого шторма и распределенных атак, расширенная приоритезация данных QoS, высочайшая скорость работы портов до 1 Гбит/с и другие.

Как сделать настройку свитча и создать свою сеть

Допустим, вы решили создать локальную сеть из нескольких компьютеров в вашем доме и для этой цели выбрали сетевой коммутатор. Перед тем, как настроить свитч и осуществить конфигурацию сети, ее нужно развернуть на физическом уровне, т.е. обеспечить связь каждого компьютера с коммутатором посредством сетевого кабеля. Все соединения между узлами производятся с помощью патч-корда — сетевого коммутационного кабеля на основе витой пары.

Рисунок 3. Примерная схема подключения свитча без модема.

Такой кабель можно сделать и самому, но лучше купить в магазине. Есть два способа, как подключить свитч для его настройки, в зависимости от наличия соответствующих интерфейсов: через специальный консольный порт, через который производится в основном лишь первичная настройка свитча, либо через более универсальный Ethernet порт.

Во втором случае для получения доступа к конфигурации требуется ввести IP-адрес, указанный в документации к устройству.

Подключение к консольному порту не расходует полосу пропускания коммутатора, в чем есть определенное преимущество. Для непосредственной настройки свитча с помощью данного способа нужно запустить эмулятор терминала VT100 (подойдет и стандартный HyperTerminal).

Параметры подключения выбираются соответственно документации. После соединения вводится имя пользователя и пароль.

Настройка осуществляется путем ввода команд и параметров, которые зависят от конкретной модели устройства и должны быть указаны в документации.

Выход в интернет через свитч

Следующим шагом после создания сети и настройки коммутатора является обеспечение всем компьютерам этой сети доступа в интернет. Имея в наличии свитч, можно сделать это быстро, просто и выгодно, без дополнительного подключения к провайдеру отдельно каждого компьютера, даже если интернет подведен всего лишь одним кабелем. В случае, когда услуга интернет предоставлена провайдером стационарной телефонной связи, доступ к всемирной паутине осуществляется посредством ADSL-модема, наиболее распространенные модели которого не имеют более одного порта Ethernet. Соответственно, подключить к нему можно только один компьютер. Для решения этой проблемы не обязательно приобретать дорогостоящий маршрутизатор со встроенным коммутатором, вполне достаточно и обычного свитча. Примерная схема подключения изображена на рисунке. (РИС. 2)

https://сайт/

Из схемы видно, ADSL-модем подключается не к компьютеру, а непосредственно к коммутатору. К нему же подсоединены все компьютеры локальной сети. Очень важный момент здесь — это правильная настройка свитча и параметров соединения компьютеров. У каждого устройства, включая модем, должен быть свой адрес IP внутри единой подсети, повторяться они не должны.

Сетевой коммутатор(свитч) (network switch , switching hub, bridging hub) - устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик (на MAC -адрес -адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF) всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Принцип работы коммутатора. Коммутатор хранит в памяти таблицу коммутации (хранящуюся в ассоциативной памяти), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры (фреймы) и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя не ассоциирован с каким-либо портом коммутатора, то кадр будет отправлен на все порты. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется. Стоит отметить малую латентность (задержку) и высокую скорость пересылки на каждом порту интерфейса.

Какие коммутаторы бывают?

Коммутаторы бывают неуправляемые (unmanaged switch) и управляемые (managed switch).

Неуправляемые коммутаторы - это простые автономные устройства, которые управляют передачей данных самостоятельно и не имеющие инструментов ручного управления. Такие коммутаторы получили наибольшее распространение в "домашних" ЛВС и малых предприятиях, основным плюсом которых можно назвать низкую цену и автономную работу, без вмешательства человека. Минусами у неуправляемых коммутаторов является отсутствие инструментов управления и малая внутренняя производительность . Поэтому в больших сетях предприятий неуправляемые коммутаторы использовать не разумно, так как администрирование такой сети требует огромных человеческих усилий и накладывает ряд существенных ограничений.

Управляемые коммутаторы - это более продвинутые устройства, которые также работают в автоматическом режиме, но помимо этого имеют ручное управление. Ручное управление позволяет очень гибко настроить работу коммутатора и облегчить жизнь системного администратора. Основным минусом управляемых коммутаторов является цена, которая зависит от возможностей самого коммутатора и его производительности.

Абсолютно все коммутаторы можно разделить по уровням. Чем выше уровень, тем сложней устройство, а значит и дороже. Уровень коммутатора определяется слоем на котором он работает по сетевой модели OSI .

Коммутатор 2 уровня (Layer 2). Сюда относятся все устройства, которые работают на 2 уровне сетевой модели OSI - канальном уровне (Что такое Ethernet)). Умеют анализировать получаемые кадры и работать с MAC -адрес -адресами устройств отправителей и получателей кадра. Такие коммутаторы не понимают IP-адреса компьютеров, для них все устройства имеют названия в виде MAC-адресов. IEEE 802.1p или приоритизация (Priority tags). IEEE 802.1q или виртуальные сети (Настройка VLAN Debian D-Link). IEEE 802.1d Spanning Tree Protocol (STP).

Коммутатор 3 уровня (Layer 3) . Сюда относятся все устройства, которые работают на 3 уровне сетевой модели OSI - сетевом уровне. Умеет управлять сетевыми протоколами: IPv4, IPv6, IPX, IPSec - протокол защиты сетевого трафика на IP-уровне и т.д. Коммутаторы 3 уровня целесообразнее отнести уже не к разряду коммутаторов, а к разряду маршрутизаторов, так как эти устройства уже полноценно могут маршрутизировать, проходящий трафик, между разными сетями. Коммутаторы 3 уровня полностью поддерживают все функции и стандарты коммутаторов 2 уровня. С сетевыми устройствами могут работать по IP-адресам. Коммутатор 3 уровня поддерживает установку различных соединений: PPTP , Как работает PPPoE , vpn и т.д.

Коммутатор 4 уровня (Layer 4). Сюда относятся все устройства, которые работают на 4 уровне сетевой модели OSI - транспортном уровне. К таким устройствам относятся более продвинутые маршрутизаторы, которые умеют работать уже с приложениями. Коммутаторы 4 уровня используют информацию, которая содержится в заголовках пакетов и относится к уровню 3 и 4 стека протоколов, такую как IP-адреса источника и приемника, биты SYN/FIN, отмечающие начало и конец прикладных сеансов, а также номера портов TCP/UDP для идентификации принадлежности трафика к различным приложениям. На основании этой информации, коммутаторы уровня 4 могут принимать интеллектуальные решения о перенаправлении трафика того или иного сеанса.

Выбор switch сетевого коммутатора

Когда нужно выбирать неуправляемый коммутатор? Если вам необходимо:

Просто раздать интернет на несколько устройств (5-8 штук);

Объем трафика, который будут потреблять подключаемые девайсы - небольшой;

Вам не нужна возможность дополнительных ручных настроек, как-то: фильтрация трафика, ограничение скорости на отдельных портах и т.д.

Как выбрать коммутатор по параметрам и функциям? Рассмотрим, что подразумевается под некоторыми из часто встречающихся обозначений в характеристиках.

Базовые параметры:

Количество портов. Их число варьируется от 5 до 48. При выборе коммутатора лучше предусмотреть запас для дальнейшего расширения сети.

Базовая скорость передачи данных. Чаще всего мы видим обозначение 10/100/1000 Мбит/сек - скорости, которые поддерживает каждый порт устройства. Т. е. выбранный коммутатор может работать со скоростью 10 Мбит/сек, 100 Мбит/сек или 1000 Мбит/сек. Достаточно много моделей, которые оснащены и гигабитными, и портами 10/100 Мб/сек. Большинство современных коммутаторов работают по стандарту IEEE 802.3 Nway, автоматически определяя скорость портов.

Пропускная способность и внутренняя пропускная способность. Первая величина, называемая еще коммутационной матрицей - это максимальный объем трафика, который может быть пропущен через коммутатор в единицу времени. Вычисляется очень просто: кол-во портов х скорость порта х 2 (дуплекс). К примеру, 8-портовый гигабитный коммутатор имеет пропускную способность в 16 Гбит/сек. Внутренняя пропускная способность обычно обозначается производителем и нужна только для сравнения с предыдущей величиной. Если заявленная внутренняя пропускная способность меньше максимальной - устройство будет плохо справляться с большими нагрузками, тормозить и зависать .

Автоматическое определение MDI/MDI-X. Это автоопределение и поддержка обоих стандартов, по которым была обжата витая пара, без необходимости ручного контроля соединений. Настоятельно рекомендуется обжимать по стандарту MDI EIA/TIA-568B , тем более если планируется использование РоЕ.

Слоты расширения. Возможность подключения дополнительных интерфейсов, например, оптических SFP.

Размер таблицы MAC-адресов. Для выбора коммутатора важно заранее просчитать необходимый вам размер таблицы, желательно с учетом будущего расширения сети. Если записей в таблице не будет хватать, коммутатор будет записывать новые поверх старых, и это будет тормозить передачу данных. MAC -адрес -адрес состоит из 48 бит.

Форм-фактор. Коммутаторы выпускаются в двух разновидностях корпуса: настольный/настенный вариант размещения и для стойки. В последнем случае принят стандартный размер устройства -19-дюймов. Специальные ушки для крепления в стойку могут быть съемными.

Функции для работы с трафиком:

Зеркалирование трафика (port mirroring). Для обеспечения безопасности внутри сети, контроля или проверки производительности сетевого оборудования, может использоваться зеркалирование (дублирование трафика). К примеру, вся поступающая информация отправляется на один порт для проверки или записи определенным ПО. Теория и практика SPAN/RSPAN

Защита от "петель" (Loopback Detection) - функции Spanning Tree Protocol и LBD. Особенно важны при выборе неуправляемых коммутаторов. В них обнаружить образовавшуюся петлю - закольцованный участок сети, причину многих глюков и зависаний - практически невозможно. LoopBack Detection автоматически блокирует порт, на котором произошло образование петли. Протокол STP (IEEE 802.1d) и его более совершенные потомки - IEEE 802.1w, IEEE 802.1s - действуют немного иначе, оптимизируя сеть под древовидную структуру. Изначально в структуре предусмотрены запасные, закольцованные ветви. По умолчанию они отключены, и коммутатор запускает их только тогда, когда происходит разрыв связи на какой-то основной линии.

Агрегирование каналов (link aggregation) (IEEE 802.3ad). Повышает пропускную способность канала, объединяя несколько физических портов в один логический. Максимальная пропускная способность по стандарту - 8 Гбит/сек.

Стекирование . Под стекированием коммутаторов понимается объединение нескольких коммутаторов в одно логическое устройство. Стекирование целесообразно производить, когда в итоге требуется получить коммутатор с большим количеством портов (больше 48 портов). Различные производители коммутаторов используют свои фирменные технологии стекирования, к примеру, Cisco использует технологию стекирования StackWise (шина между коммутаторами 32 Гбит/сек) и StackWise Plus (шина между коммутаторами 64 Гбит/сек). При выборе коммутатора следует отдавать предпочтение устройствам поддерживающим стекирование, т.к. в будущем эта функция может оказаться полезной.

IGMP Snooping. Имеет смысл включать если вещание IPTV. Разработан для предотвращения широковещательной (broadcast) ретрансляции multicast трафика компьютерам-потребителям, которые явно не заявили о своей заинтересованности в нём. Это позволяет коммутаторам исключать такой трафик из потоков, направляемых через порты, к которым не подключены его потребители, тем самым существенно снижая нагрузку на сеть. Однако при этом нагрузка на сам коммутатор не снижается, а повышается, поскольку такая фильтрация требует затрат памяти, NPU и CPU, в то время как простая ретрансляция по всем портам - операция "дешёвая".

Storm Control (Управление широковещательным/однонаправленным штормом) . Широковещательный шторм (англ. broadcast storm) - передача большого количества широковещательных пакетов в сети, часто с последующим увеличением их количества. Может возникать, например, как следствие петель в сети на канальном уровне или из-за атак на сеть. Из-за широковещательного шторма нормальные данные в сети зачастую не могут передаваться. Избежать возникновения широковещательных пакетов в сети практически невозможно, так как они используются многими служебными протоколами. На коммутаторах без защиты от широковещательного шторма его легко вызвать, просто соединив два порта патчкордом между собой. А "однонаправленный шторм" это, например, различные атаки. Пример такой атаки это отправка большого количества ICMP протокол диагностики перегрузки сети - запросов на широковещательный адрес, с адресом отправителя в пакете, который указывает на "жертву" атаки. В результате все устройства в этом широковещательном сегменте начинают отвечать на ICMP-запрос на указанный адрес "жертвы". В обычной плоской сети (где только традиционные сервисы, не подразумевающие рассылок) реальный "флуд" диагностируется по показателю в 100 Kbs ). Как работает? Storm control в каждую секунду измеряет количество бродкастов и, все что свыше, обрезает. Порт при этом продолжает работать для пересылки всего остального трафика.

Другие функции:

Диагностика кабеля. Многие коммутаторы определяют неисправность кабельного соединения, обычно при включении устройства, а также вид неисправности - обрыв жилы, короткое замыкание и т.п. Например, в D-Link предусмотрены специальные индикаторы на корпусе: в случае неполадки индикатор горит желтым, если кабель в рабочем состоянии - горит зеленым.

Защита от вирусного трафика (Safeguard Engine). Методика позволяет повысить стабильность работы и защитить центральный процессор от перегрузок "мусорным" трафиком вирусных программ. Что такое SafeGuard Engine и как настроить данную функцию на коммутаторах D-Link?

Энергосбережение. Ethernet 802.3az (Green Ethernet) . Обращайте внимание на наличие функций энергосбережения. Некоторые производители, выпускают коммутаторы с регулировкой потребления электроэнергии. Например, умный свитч мониторит подключенные к нему устройства, и если в данный момент какое-то из них не работает, соответствующий порт переводится в "спящий режим". Суть Green Ethernet: сетевое устройство с поддержкой функции Green Ethernet периодически пингует свои порты (разъемы), и в случае если подключенное устройство не работает, то есть выключено или вообще не подключено, – порт отключается от питания. Помимо этого, специальное программное обеспечение определяет длину кабелей и в зависимости от их длины регулирует мощность сигнала. По заявлениям производителя, Green Ethernet позволяет сократить энергопотребление на величину от 45% до 80%.

Power over Ethernet (PoE, стандарт IEEE 802.af) . Коммутатор с использованием этой технологии может питать подключенные к нему устройства по витой паре.

Коммутаторы - это промышленные устройства, которые могут располагаться отдельно либо быть составной частью какой-нибудь электронной системы.

Принцип работы коммутатора заключается в выборе нужной электрической цепи и подключения ее к входной цепи.

Современные коммутаторы бывают одно-, двух- или многоканальными и имеют также аварийный режим работы. Многоканальность обеспечивает большую надежность и стабильность работы той системы, куда подключен коммутатор. Фото одного из устройств данного вида представлено ниже.

В авто и мототехнике коммутатор представляет собой своеобразный микрокомпьютер, что вырабатывает и подает токовый импульс на катушку зажигания (на свечу, которая поджигает топливо в моторе).

В компьютерных сетях также существуют коммутирующие устройства, например, ethernet. Принцип работы коммутатора ethernet заключается в том, что, когда приходит пакет для определенного адреса, он находит его порт и пересылает пакет именно одному этому пользователю. В то время как другие устройства передают информацию на все порты.

Для чего предназначен коммутатор

Эти приборы широко используются в различных отраслях, а также устанавливаются на транспортные средства в качестве перераспределителей, выключателей или переключателей.

Принцип действия коммутатора такой же, что и у электронных, электромеханических, а также электронно-лучевых приборов.

Назначение коммутатора состоит в том, чтобы управлять токами катушки зажигания, опираясь на сигналы синхронизационного датчика.

В транспортном средстве цепь, где находится коммутатор, выполняет функцию тестировщика узлов систем зажигания, автоматическим путем во время переключения с бензина на газ регулирует и многое другое.

Немного истории

Следующим шагом стало создание многоканальных устройств, а затем и установка отдельной системы, состоящей из коммутатора и катушки, выполненных на каждой свече. Это дало свои преимущества:

стала вырабатываться более мощная искра;
удалось уменьшить, а затем и ликвидировать потери в трамблере;
получилось добиться стабильного хода на холостых оборотах;
заметно снился расход горючего;
при низких температурах улучшился запуск двигателя.

Функционирование устройства

Принцип работы коммутатора состоит в том, чтобы максимально быстро коммутировать цепь с датчиками вращения и управлять токами в катушке зажигания.

Дело в том, что сигналы, поступающие от датчиков вращения, являются слабыми, либо аналоговыми и неудобными в использовании. Поэтому для применения в системе управления их нужно не только сформировать, а еще и усилить, а затем передать первичной обмотке катушки, что позволяет осуществлять высокоскоростную коммутацию.

Многоканальные устройства способны производить управление и коммутацию сразу нескольких катушек зажигания.

Место расположения

Конструктивно коммутатор может совмещаться с электронным блоком управления двигателя, при этом управляющие сигналы с него поступают сразу на катушку зажигания.

Если конструкция такова, что устройство расположено отдельно, то оно может устанавливаться:

на распределителе зажигания, как у ВАЗа;
в непосредственной близости от катушки зажигания;
отдельно на поверхности из металла для осуществления теплоотвода, например, на крыле или перегородке под капотом, как у "Форда";
возле электронного блока управления и другое.

Например, коммутатор "Ауди" располагается под ветровым стеклом в отсеке двигателя в кожухе из водонепроницаемого материала. Там же есть разъемы для диагностических устройств.

Типы коммутаторов

Из всего разнообразия данного вида приборов для авто и мототехники предназначены следующие:

устройство, которое имеет высоковольтный встроенный генератор - DC CDI;
коммутатор, что работает только в присутствии дополнительного источника высокого напряжения - AC CDI;
катушка-коммутатор.

Коммутаторы DC-типа являются самыми применяемыми из-за легкого подключения, они имеют на корпусе лишь четыре контакта: датчик Холла, минус, плюс, катушка зажигания.

Данные приборы имеют широкий модельный ряд:

без ограничителя максимального числа оборотов или с ним;
с возможностью изменять фазы опережения зажигания;
для различных нужд - наличие дополнительных контактных групп.

Коммутаторы АС-типа отличаются от первых тем, что им не нужно постоянное наличие напряжения, и подключаются они несколько сложнее. Также они имеют очень маленькие размеры и, следовательно, более простую конструкцию. В силу этого они не обладают ограничителем максимального числа оборотов, что снижает безопасность использования техники.

Коммутаторы-катушки представляют собой самый интересный, слабоизученный и малораспространенный вид. Они соединяют в себе катушку зажигания и коммутирующий элемент, а также не оснащены датчиком Холла.

Принцип их действия заключается в прерывании тока, который протекает через высоковольтный трансформатор с низковольтной намоткой-катушкой. Само прерывание осуществляется контактным выключателем, что приводится в действие с помощью вала распределителя зажигания.

Система с механическим прерывателем имеет следующие недостатки:

Из-за слишком высокого тока, протекающего в первичной обмотке катушки, в прерывателе часто вырабатывается искра, которая приводит к порче контактов: они оплавляются и обгорают.
В холодное и сырое время года контакты подвергаются электрохимической эрозии.
Высокий ток в контактах прерывателя приводит к тому, что продолжительность разряда искры зажигания является кратковременной, это приводит к некачественному поджиганию топлива и нестабильной работе двигателя на низких оборотах. Следовательно, требуются затраты на обогащенную смесь.

Устранение этих недостатков стало возможным с появлением высоковольтных транзисторов высокой мощности и созданием бесконтактных систем электронного зажигания.

Некоторые водители пытаются улучшить технические характеристики транспортного средства путем замены контактной системы зажигания бесконтактной от новой модели. Это затратно и трудоемко, ведь требуется поменять систему зажигания полностью и приобрести электронный коммутатор. Кроме того, не всегда удается найти подходящий к старому новый вариант коммутации зажигания.

Несмотря на это, даже если между катушкой зажигания и контактным прерывателем подключить простой коммутатор на мощном транзисторе, можно заметно повысить качество системы контактного зажигания автомобиля:

перестанут оплавляться контакты прерывателя из-за уменьшения тока;
продолжительность заряда искры увеличится примерно вдвое, что вызовет лучшее поджигание горючего;
систему всегда можно вернуть к первоначальному варианту простой перекоммутацией провода в случае поломки коммутатора на транзисторе.

Виды коммутаторов

Различают следующие виды:

стандартный (стоковый);
спорт;
с возможностью изменения фаз опережения зажигания.

Стандартный , еще называемый стоковым, коммутатор монтируется заводом-изготовителем, поэтому он рассчитан на параметры той техники, куда производится установка. Это, в свою очередь, дает гарантии того, что двигатель будет работать надежно, экономично и долго. Часто такие коммутаторы снабжены ограничителями числа оборотов, которые не только могут спасти жизнь водителю, но и сохранить долговечность агрегатов и узлов техники.

Спорт-коммутатор предназначен для того, чтобы повысить верхнюю границу оборотов двигателя. Устанавливается он вместо стандартного по желанию водителя. Но производить такую замену должны только специалисты, так как вместе с этим устройством необходимо заменить еще некоторые детали. Если этого не сделать или сделать неумело, узлы техники будут работать неправильно вплоть до скорого выхода из строя мотора.

Кроме этого, даже профессиональная замена стандартного коммутатора на спорт добавляет существенный риск аварии, если транспортным средством управляет неопытный водитель. Поэтому производить такие действия нужно крайне осторожно, осознавая предстоящий риск, особенно устанавливая такой коммутатор на скутер. Собственно, осторожность нужна всегда.

Принцип работы коммутатора с изменением фазы опережения зажигания заключается в том, что он компенсирует недостающую мощность в тех зонах оборотов, где это необходимо, и выравнивает кривую графика крутящего момента. Этим обеспечивается выигрыш в разгоне по сравнению со стандартными коммутаторами и равномерная динамика работы двигателя на различных оборотах.

Какие бывают неисправности

Признаками того, что в системе зажигания происходит сбой либо присутствует неисправность, являются такие состояния:

отсутствует искра на свечах, двигатель не запускается;
двигатель запускается, но через короткое время глохнет;
работа двигателя автомашины происходит со сбоями, неравномерно и приходит в нормальный режим при замене на запасной исправный коммутатор.

Обычно сбои в работе электрической части встречаются следующих видов:

в результате перегрузки одной или обеих первичных обмоток катушки зажигания;
сбой в работе высоковольтной системы.

Как проверить работу

Для того чтобы проверить работоспособность устройства, существует несколько популярных способов. В частности, для этого необходимо:

самый простой метод на начальном этапе - заменить прибор на заведомо работающий и сравнить результат;
проверить, подается ли напряжение питания на выводы прибора. Сделать это нужно двумя способами: вольтметром и нагрузкой;
с помощью осциллограммы проверить правильность формы входного сигнала, что подается на коммутатор;
тем же методом проверить форму выходного сигнала;
если в автомобиле оснащена вольтметром, то проверку можно провести визуально, следя за его шкалой. Для этого включается зажигание, в этот момент номинальное значение на индикаторе должно равняться примерно 12В, и коммутатор некоторое время добирает на себя напряжение. После того как зажигание будет включено, стрелка на короткое время замирает, а затем движется еще около миллиметра вправо и останавливается. Нарушение этой последовательности свидетельствует о сбое в работе коммутатора;
также для проверки работы зажигания можно использовать контрольную - обычную автомобильную - лампочку. Один ее контакт подсоединяется к нагрузке, а второй - на выход катушки, что соединен с коммутаторной клеммой. При исправном коммутаторе при включении зажигания лампочка будет мигать и со временем засветится более ярко;
также для контроля зажигания, если сбой не связан с коммутатором, нужно проверить провода, контакты и разъемы, а также осмотреть датчик Холла.

Важно не забывать, что коммутаторы, применяемые с генераторными датчиками, нельзя использовать в тех системах, что содержат датчик Холла. То же и наоборот.

Как ремонтируют коммутатор

Данное устройство играет важную роль в системе зажигания автомобиля. Принцип работы коммутатора таков, что при выходе его из строя завести двигатель машины не получится.

Однако ремонт в большинстве случаев невозможен, и прибор подлежит замене, поэтому не лишним будет иметь водителю при себе запасное исправное устройство.

Коммутатор на скутер

Как правило, в китайских и в большинстве японских скутеров используется система зажигания на основе конденсаторов. Функция конденсатора состоит в том, что после запуска мотора в нем копится энергия, и при достижении необходимого напряжения ток поступает через тиристор в катушку, где преобразовывается в силу, превыщающую входную в 60-200 раз, что и приводит к запуску двигателя скутера.

Типичным представителем устройства для скутера, содержащим в себе накапливающий напряжение конденсатор, является коммутатор "Хонда" Dio AF 34. Преимущество таких приборов в том, что искра вырабатывается всегда одной и той же мощности, что приводит к стабильности процесс запуска двигателя.

Но из-за того, что многие скутеры систему зажигания содержат конструктивно в общей схеме электроснабжения, то в случае ее короткого замыкания или перегрузки коммутатор выходит из строя первым. Поэтому есть смысл при приобретении скутера обратить внимание на те модели, где подключение коммутатора и блок зажигания смонтированы самостоятельной электрической цепью. Риск поломки в этом случае заметно снизится.

Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей.

Сетевой коммутатор на 48 портов (с гнездами для четырёх дополнительных портов)

24-портовый сетевой коммутатор

Hirschmann Octopus 24M

Принцип работы коммутатора

Коммутатор хранит в памяти таблицу коммутации (хранящуюся в ассоциативной памяти), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры (фреймы) и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу на некоторое время. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя не ассоциирован с каким-либо портом коммутатора, то кадр будет отправлен на все порты, за исключением того порта, с которого он был получен. Со временем коммутатор строит таблицу для всех активных MAC-адресов, в результате трафик локализуется. Стоит отметить малую латентность (задержку) и высокую скорость пересылки на каждом порту интерфейса.

Режимы коммутации

Существует три способа коммутации. Каждый из них - это комбинация таких параметров, как время ожидания и надёжность передачи.

С промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор читает всю информацию в кадре, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него кадр.
Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает в кадре только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода обнаружения ошибок.
Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный . Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (кадры размером 64 байта обрабатываются по технологии store-and-forward, остальные - по технологии cut-through).

Задержка, связанная с «принятием коммутатором решения», добавляется к времени, которое требуется кадру для входа на порт коммутатора и выхода с него, и вместе с ним определяет общую задержку коммутатора.

Симметричная и асимметричная коммутация

Свойство симметрии при коммутации позволяет дать характеристику коммутатора с точки зрения ширины полосы пропускания для каждого его порта . Симметричный коммутатор обеспечивает коммутируемые соединения между портами с одинаковой шириной полосы пропускания, например, когда все порты имеют ширину пропускания 10 Мб/с или 100 Мб/с.

Асимметричный коммутатор обеспечивает коммутируемые соединения между портами с различной шириной полосы пропускания, например, в случаях комбинации портов с шириной полосы пропускания 10 Мб/с и 100 Мб/с или 100 Мб/с и 1000 Мб/с.

Асимметричная коммутация используется в случае наличия больших сетевых потоков типа клиент-сервер , когда многочисленные пользователи обмениваются информацией с сервером одновременно, что требует большей ширины пропускания для того порта коммутатора, к которому подсоединен сервер, с целью предотвращения переполнения на этом порте. Для того чтобы направить поток данных с порта 100 Мб/с на порт 10 Мб/с без опасности переполнения на последнем, асимметричный коммутатор должен иметь буфер памяти.

Асимметричный коммутатор также необходим для обеспечения большей ширины полосы пропускания каналов между коммутаторами, осуществляемых через вертикальные кросс-соединения, или каналов между сегментами магистрали.

Буфер памяти

Для временного хранения пакетов и последующей их отправки по нужному адресу коммутатор может использовать буферизацию. Буферизация может быть также использована в том случае, когда порт пункта назначения занят. Буфером называется область памяти, в которой коммутатор хранит передаваемые данные.

Буфер памяти может использовать два метода хранения и отправки пакетов: буферизация по портам и буферизация с общей памятью. При буферизации по портам пакеты хранятся в очередях (queue), которые связаны с отдельными входными портами. Пакет передается на выходной порт только тогда, когда все пакеты, находившиеся впереди него в очереди, были успешно переданы. При этом возможна ситуация, когда один пакет задерживает всю очередь из-за занятости порта его пункта назначения. Эта задержка может происходить даже в том случае, когда остальные пакеты могут быть переданы на открытые порты их пунктов назначения.

При буферизации в общей памяти все пакеты хранятся в общем буфере памяти, который используется всеми портами коммутатора. Количество памяти, отводимой порту, определяется требуемым ему количеством. Такой метод называется динамическим распределением буферной памяти. После этого пакеты, находившиеся в буфере, динамически распределяются по выходным портам. Это позволяет получить пакет на одном порте и отправить его с другого порта, не устанавливая его в очередь.

Коммутатор поддерживает карту портов, в которые требуется отправить пакеты. Очистка этой карты происходит только после того, как пакет успешно отправлен.

Поскольку память буфера является общей, размер пакета ограничивается всем размером буфера, а не долей, предназначенной для конкретного порта. Это означает, что крупные пакеты могут быть переданы с меньшими потерями, что особенно важно при асимметричной коммутации, то есть когда порт с шириной полосы пропускания 100 Мб/с должен отправлять пакеты на порт 10 Мб/с.

Возможности и разновидности коммутаторов

Коммутаторы подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее простые).

Более сложные коммутаторы позволяют управлять коммутацией на сетевом (третьем) уровне модели OSI . Обычно их именуют соответственно, например «Layer 3 Switch» или сокращенно «L3 Switch». Управление коммутатором может осуществляться посредством Web-интерфейса, протокола SNMP , RMON и т. п.

Многие управляемые коммутаторы позволяют настраивать дополнительные функции: VLAN , QoS , агрегирование , зеркалирование .

Сложные коммутаторы можно объединять в одно логическое устройство - стек - с целью увеличения числа портов. Например, можно объединить 4 коммутатора с 24 портами и получить логический коммутатор с 90 ((4*24)-6=90) портами либо с 96 портами (если для стекирования используются специальные порты).

Литература

Дэвид Хьюкаби, Стив Мак-Квери Руководство Cisco по конфигурированию коммутаторов Catalyst = Cisco Field Manual: Catalyst Switch Configuration. - М .: «Вильямс», 2004. - С. 560. - ISBN 5-8459-0700-4
Брайан Хилл Глава 9. Основные сведения о коммутаторах // Полный справочник по Cisco = Cisco: The Complete Reference. - М .: «Вильямс». - С. 1088. - ISBN 0-07-219280-1

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Википедия

коммутатор (в вычислительной сети) - коммутатор Коммутатор (англ. Switch) в переводе с англ. означает переключатель. Это многопортовое устройство, обеспечивающее высокоскоростную коммутацию пакетов между портами. Встроенное в него программное обеспечение способно самостоятельно… …

коммутатор (сети и системы связи) - Активный сетевой компонент, который соединяет две или несколько подсетей, которые, в свою очередь, могут состоять из сегментов, соединенных повторителями. Примечание. Коммутаторы устанавливают границы для так называемых областей коллизий. Между… … Справочник технического переводчика

коммутатор - 3.44 коммутатор (switch): Устройство, обеспечивающее возможность соединения сетевых устройств посредством внутренних механизмов коммутации. Примечание В отличие от других соединительных устройств локальной сети (например, концентраторов)… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации - Терминология ГОСТ Р ИСО/МЭК 18028 1 2008: Информационная технология. Методы и средства обеспечения безопасности. Сетевая безопасность информационных технологий. Часть 1. Менеджмент сетевой безопасности оригинал документа: 3.3 аудит (audit):… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации