Концентратор, Коммутатор, Маршрутизатор

Домен коллизий это группа устройств, которые объединены в единую сеть, с помощью разделяемой среды, например по технологии 10BASE2 и 10BASE5 (топология шина, когда к общей кабельной системе подключается множество сетевых устройств) или с помощью устройств, которые работают на физическом уровне сети, например, концентраторы (Hub) или повторители (Repeater).

Широковещательный домен – группа доменов коллизий. Это означает, что если сообщение получено с одного порта, оно будет вещаться и на всех остальных портах.

L2 – канальный уровень. Здесь выполняется работа с кадрами (фреймами). Коммутаторы данного уровня идентифицируют и передают информацию по MAC-адресам, т.е. здесь мы еще не сталкиваемся с ip-адресами. Коммутаторы L2 бывают управляемыми и неуправляемыми. В этой статье речь шла в основном о них.

L3 – сетевой уровень. Здесь коммутаторы уже понимают ip-адреса устройств, определяют пути передачи данных и кратчайшие маршруты (маршрутизация) с использованием протоколов, например, RIP v.1 и v.2, OSPF и др. Коммутаторы L3, как уже понятно, могут быть только управляемыми.

Повторитель

Повторитель (репитер, от англ. repeater) — предназначен для увеличения расстояния сетевого соединения и его расширения за пределы одного сегмента или для организации двух ветвей, путём повторения электрического сигнала «один в один». Бывают однопортовые повторители и многопортовые. В терминах модели OSI работает на физическом уровне L1.

Основная функция сетевого повторителя (repeater), как это следует из его названия – повторение сигналов, поступающих на один из его портов, на всех остальных портах (Ethernet). Повторитель улучшает электрические характеристики сигналов и их синхронность, и за счет этого появляется возможность увеличивать общую длину кабеля или радиолинии между самыми удаленными в сети станциями.

В настоящее время сетевые повторители активно применяются для увеличения дальности линии, ограниченной длиной 100 метров при использовании витой пары. Для питания репитора чаще всего используют технологию PoE.

Повторитель может использоваться также и для увеличении радиоканала WI-FI или GSM, а также увеличении дальности передачи по HDMI.

Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов, часто называют концентратором (concentrator) или хабом (hub). Эти названия (hub — основа, центр деятельности) отражают тот факт, что в данном устройстве сосредоточены все связи между сегментами сети.

Концентратор

Концентратор (английский hub) — Использует первый уровень сетевой модели OSI, как ретранслятор в режиме полудуплекса, то есть входящий пакет данных с одного порта распространяет на все остальные порты, при возникновении коллизии устройство прекращает трансляцию и возобновляет ее через некоторый промежуток времени аналогично сети Ethernet. Концентратор – это не интеллектуальное устройство, потому что в нём нет никаких интеллектуальных функций. У него нет аппаратной таблицы CAM или таблицы MAC, как у коммутатора.

Концентраторы или “хабы” – морально устаревшие устройства, вытесненные сетевыми коммутаторами.

В основном хаб занимается тем, что принимает входные данные от одного из этих портов, копирует эту информацию и отправляет на все остальные порты. Таким образом, он просто действует как повторитель. Он объединяет устройства в одном домене коллизий, где коллизией называется попытка двух и более устройств начать одновременную передачу данных. Так что домен коллизий означает, что если два устройства, подключенные к этим из этих портов, общаются друг с другом и к сети пытается подключиться третье устройство, передача информации между двумя устройствами будет прекращена, а через некоторое время устройства повторят попытку связи. Таким образом, нет никакого способа, чтобы хаб смог разделить эти 2 соединения, и это означает, что он имеет только 1 домен коллизий.

Хаб также имеет только один широковещательный домен. Это означает, что если сообщение получено с одного порта, оно будет вещаться и на всех остальных портах. В данном случае широковещательная трансляция означает отправку одного и того сообщения одновременно на все подключенные к хабу устройства.

Итак, вещи, которые нужно помнить о хабе:

• концентратор (hub, “хаб”) устройство – “динозавр”, вымер около 10 лет назад
• это не интеллектуальное устройство
• имеет только 1 коллизионный домен
• имеет только 1 широковещательный домен
• концентратор (хаб) = неуправляемый коммутатор. Старое название просто прижилось.

Фото для примера нашёл не без труда. Концентратор выдаёт индикатор Col (collision), переключатель Normal/Uplink, надпись 10 Base-T.

Коммутатор

Коммутатор (английский switch – переключать), свитч — предназначен для соединений компьютеров в сети, в пределах нескольких или одного сегмента. Использует второй уровень модели OSI – L2. Применяет мостовые технологии. Он передает данные только получателю, что повышает безопасность, а также производительность в отличии от того же концентратора.

Принцип работы заключается в хранении таблицы коммутации, в которой содержится список соответствий MAC-адресов узлов к портам коммутатора. При первом включении коммутатора список пуст и он работает в режиме обучения как концентратор. Коммутатор определяет MAC-адрес хоста-отправителя анализируя фреймы (кадры) и заносит данные в таблицу. Впоследствии, при поступлении кадра, предназначенного для хоста, MAC-адрес которого есть в списке, то этот кадр будет передан через соответствующий порт.

Неуправляемый коммутатор

Сетевые устройства, которые “выросли” из своего предшественника – концентратора, которые по настоящий момент называют “Хаб”, и избавившиеся от главного недостатка своего родителя – транслировать “всё от всех” на все свои порты. В предшественника добавили память, которая хранит MAC адреса подключённых устройств, и теперь устройство знает, кто находится на его порту и пакеты адресованные ему, отправляет не всем подряд, а на конкретный порт.

В данных коммутаторах нет web-интерфейса, так как настраивать в них нечего.

Неуправляемый коммутатор применяется повсеместно, где нужно быстро связать в одну логическую сеть множество сетевых устройств. Например, в некой конторе установлен роутер с 5 портами и подключёнными к ним 5 компьютеров. После того как штат расширился, появилось ещё 10 рабочих мест с компьютерами – нам на помощь придёт неуправляемый коммутатор, добавив необходимое количество портов к уже имеющимся. Если потребуется отделить компьютеры бухгалтерии от компьютеров снабжения и руководства, то нам потребуется уже управляемый коммутатор, с помощью которого мы сможем поделить сеть на логические сегменты, которые физически не будут связаны между собой.

Неуправляемые коммутаторы не имеют MAC адреса.

Управляемый коммутатор

Управляемый коммутатор – более сложное устройство, которое может работать как неуправляемый, но при этом имеет ручное управление, расширенный набор функций и поддерживает протоколы сетевого управления по сети благодаря наличию микропроцессора (по сути управляемый свитч – это узкоспециализированный компьютер).

Доступ к настройкам данного типа устройства осуществляется несколькими способами: при помощи протокола Telnet или SSH, WEB-интерфейса или через SNMP; используется графическое меню, текстовое меню или командная строка.
Одно из основных преимуществ управляемого коммутатора – это возможность разделения локальной сети с помощью VLAN. То есть помимо заполнения MAC-таблицы коммутатор добавляет информацию о принадлежности полученного кадра к определенному сегменту сети. Соответственно, как минимум, мы избавляемся от большого количества широковещательного трафика, устанавливаем самостоятельно доступность устройств к определенной подсети и повышаем безопасность. У нас на сети управляемые коммутаторы встречаются практически везде, начиная от домовых коммутаторов доступа, до агрегирующих.

Управляемые коммутаторы имеют MAC и IP адрес только для управления самим коммутатором. MAC адреса для интерфейсов VLAN – это всего лишь функционал управляемого коммутатора.

Коммутаторы работают на уровне L2, т.е. в пространстве физической адресации – MAC адресация. Управляемые коммутаторы умеют работать с VLAN. Есть и особый класс коммутаторов – L3 коммутаторы, которые могут немного из того, что маршрутизаторы.

Коммутаторы уровня L2 используют на уровне доступа (домовые коммутаторы). Коммутаторы L3 используют для агрегации коммутаторов доступа. Подробней о трёхуровневой модели.

Маршрутизатор

Маршрутизатор (английский router) — своеобразный сетевой компьютер, служит для связи различных сетей различных архитектур. Работает на третьим уровне сетевой модели OSI – L3 и для доставки пакетов использует типологию сети и правила заданные администратором.  Маршрутизатор может выполнять трансляцию адресов получателя и отправителя. Также может осуществлять фильтрацию потока пакетов для ограничения или шифрования/дешифрования данных.

Маршрутизатор основном используется для обеспечения доступа из локальной сети в Интернет с функциями трансляции адресов и межсетевого экрана, также для связи несовместимых сетей по архитектуре и протоколам. Маршрутизатор – самое умное из всех описанных устройств.

Маршрутизаторы могут иметь несколько MAC адресов. Например, ваш домашний роутер может иметь три MAC адреса, 1 – порт WAN, 2 – LAN, 3- WI-FI .

На фото – монстр маршрутизатор Huawei CX-600, ниже домашний роутер того же производителя.

Сравнение маршрутизации и коммутации

Маршрутизацию часто путают с коммутацией второго уровня, которая, как может показаться при поверхностном рассмотрении, выполняет те же функции. Принципиальное различие состоит в том, что коммутация реализована на втором уровне модели OSI, а маршрутизация – на третьем. Такое принципиальное отличие означает, что маршрутизация и коммутация используют разную информацию для организации передачи данных от отправителя получателю.

Коммутация — процесс обмена пакетами в пределах одного Layer2 сегмента (Ethernet, ppp, …). Если устройство видит, что получатель пакета находится с ним в одной Ethernet подсети, оно узнает mac адрес по протоколу arp и передает пакет напрямую, минуя маршрутизатор. У ppp (point-to-point) соединения может быть только два участника и пакет всегда отправляется на один адрес 0xff.

Маршрутизация — процесс передачи пакетов между Layer2 сегментами. Если устройство хочет отправить пакет, получатель которого находится за пределами Ethernet сегмента, оно смотрит в свою таблицу маршрутизации и передает пакет шлюзу, который знает куда отправить пакет дальше (а может и не знает, изначальный отправитель пакета про это не осведомлен).

Проще всего рассматривать маршрутизатор, как устройство подключенное к двум или более Layer2 сегментам и способное передавать пакеты между ними определяя оптимальный маршрут по таблице маршрутизации.

Когда говорят о коммутации второго уровня, применяемой в локальных сетях, ее часто связывают с таким понятием, как широковещательный домен (broadcast domain). Маршрутизация третьего уровня предназначена для передачи данных между широковещательными доменами и требует иерархической схемы адресации, что и реализовано в протоколах третьего уровня, как, например, в протоколе IP. Коммутатор второго уровня ничего не знает об IP-адресах и может работать только с локальными MAC-адресами узлов. Когда узел отправляет информацию нелокальному получателю, он адресует фрейм своему стандартному шлюзу-маршрутизатору, используя для этого MAC-адрес маршрутизатора.

Сравнение функций маршрутизатора и коммутатора

Полезные ссылки

Коммутаторы L2, L2+ и L3 — что, когда, куда, откуда, как, зачем и почему?