Що таке комутатор (switch)?

Мережевий комутатор або свіч (жарг. від англ. switch - перемикач) - пристрій, призначений для з'єднання кількох вузлів комп'ютерної мережі в межах одного сегмента мережі. На відміну від концентратора, який розповсюджує трафік від одного підключеного пристрою до всіх інших, комутатор передає дані лише безпосередньо одержувачу, виняток становить широкомовний трафік (на MAC-адресу FF:FF:FF:FF:FF:FF) усім вузлам мережі. Це підвищує продуктивність і безпеку мережі, позбавляючи решту сегментів мережі необхідності (і можливості) обробляти дані, які їм не призначалися.

Принцип роботи комутатора
Комутатор зберігає у пам'яті таблицю комутації (що зберігається в асоціативної пам'яті), у якій вказується відповідність MAC-адреси вузла порту комутатора. При включенні комутатора ця таблиця порожня, і працює у режимі навчання. У цьому режимі дані, що надходять на який-небудь порт, передаються на всі інші порти комутатора. При цьому комутатор аналізує кадри (фрейми) і, визначивши MAC-адресу хоста-відправника, заносить його до таблиці. Згодом, якщо на один із портів комутатора надійде кадр, призначений для хоста, MAC-адреса якого вже є в таблиці, цей кадр буде переданий тільки через порт, зазначений у таблиці. Якщо MAC-адреса хоста-отримувача не асоційований з будь-яким портом комутатора, кадр буде відправлено на всі порти. Згодом комутатор будує повну таблицю всім своїх портів, і у результаті трафік локалізується. Варто відзначити малу латентність (затримку) та високу швидкість пересилання на кожному порту інтерфейсу.

Зазвичай проектуючи мережу, за допомогою комутаторів з'єднують кілька доменів колізій локальної мережі між собою. У реальному житті як домени колізій виступають, як правило, поверхи будівлі, в якій створюється мережа. Їх зазвичай більше 2-х, а в результаті забезпечується набагато більш ефективне керування трафіком ніж у прабатька комутатора - моста. Щонайменше він може підтримувати резервні зв'язки між вузлами мережі.

Завдяки тому, що комутатори можуть керувати трафіком на основі протоколу канального рівня (Рівню 2) моделі OSI, він може контролювати МАС адреси підключених до нього пристроїв і навіть забезпечувати трансляцію пакетів зі стандарту в стандарт (наприклад, Ethernet в FDDI і назад). Особливо успішно результати цієї можливості представлені в комутаторах рівня 3, тобто. пристрої, можливості яких наближаються до можливостей маршрутизаторів.

Комутатор дозволяє пересилати пакети між кількома сегментами мережі. Він є пристроєм, що навчається, і діє за аналогічною технологією. На відміну від мостів, ряд комутаторів не поміщає всі пакети в буфер. Це відбувається лише тоді, коли треба узгодити швидкість передачі, або адреса призначення не міститься в адресній таблиці, або коли порт, куди має бути направлений пакет, зайнятий, а комутує пакети "на льоту".

Комутатор лише аналізує адресу призначення в заголовку пакета і, звірившись з адресною таблицею, відразу (час затримки близько 30-40 мікросекунд) направляє цей пакет у відповідний порт. Таким чином, коли пакет ще не пройшов через вхідний порт, його заголовок вже передається через вихідний. На жаль, типові комутатори працюють за алгоритмом "старіння адрес". Це означає, що якщо після закінчення певного проміжку часу, не було звернень за цією адресою, то він видаляється з адресної таблиці.

Комутатори підтримують при з'єднанні один з одним режим повного дуплексу. У такому режимі дані передаються і приймаються одночасно, що неможливо у звичайних мережах Еthегnеt. При цьому швидкість передачі даних підвищується вдвічі, а при з'єднанні кількох комутаторів можна досягти і більшої пікової продуктивності.

Можливості та різновиди комутаторів
Комутатори поділяються на керовані та некеровані (найпростіші). Більш складні комутатори дають змогу керувати комутацією на мережевому (третьому) рівні моделі OSI. Зазвичай їх називають відповідно, наприклад Layer 3 Switch або просто, скорочено L3. Управління комутатором може здійснюватися через протокол Web-інтерфейсу, SNMP, RMON (протокол, розроблений Cisco) і т.п.

Багато керованих комутаторів дозволяють виконувати додаткові функції: VLAN, QoS, агрегування, дзеркаловання. Складні комутатори можна об'єднувати в один логічний пристрій - стек, з метою збільшення числа портів (наприклад, можна об'єднати 4 комутатори з 24 портами і отримати логічний комутатор з (4 * 24-6 = 90) портами, або з 96 портами (якщо для стекування використовуються спеціальні порти).