Для чего нужны свитчи и роутеры

На работе и дома постоянно растет количество цифровой техники. Все более актуальной становится проблема их соединения для скоростной передачи данных. Коммутатор во многом может решить проблему. Рассмотрим, что это за устройство и как работает? Нужны ли коммутаторы в квартирах и, если да, то какие?

Сетевой коммутатор — что это такое

Сетевой коммутатор предназначен для соединения большого количества устройств — компьютеров, ноутбуков, сетевых принтеров, телевизоров с функцией Smart TV, игровых приставок — в одну локальную сеть.

Конструктивно коммутатор выполнен в виде коробки с большим количеством сетевых разъемов для подключения кабеля. Для подключения чаще всего используют витую пару, но бывают случаи с оптоволоконным кабелем. Соответственно у таких коммутаторов помимо портов с разъемами RJ45 присутствуют SFP-порты.

Другое свое название «свитч» коммутатор получил от английского switch — «переключатель». Применяемые для работы с коммутаторами (и не только с ними) сетевые кабели также имеют несколько названий: lan-кабель, ethernet-кабель, патч-корд.

Когда нужен коммутатор

Если в квартире есть кабельный Интернет, то наверняка есть и роутер, через который он подключен. Роль роутера можно сравнить с электрощитом. Только вместо электричества он распределяет интернет связь. Обычно довольствуются раздачей «по воздуху» — через WI-Fi (вай-фай). Но в роутере предусмотрено и несколько разъемов для кабельного подключения — LAN-порты.

К каждому из LAN-портов можно подключить любое устройство, а можно и коммутатор, который будет выполнять роль своеобразного разветвителя.

Самая простая схема раздачи информационных данных через коммутатор такова: межсетевой экран Firewall, встроенный в роутерах, защищает сетевые подключения от вредоносных данных. Они блокируются еще на стадии попадания в сеть пользователя. Далее в работу подключается коммутатор.

Передача отфильтрованного пакета тому или иному устройству производится в соответствии с таблицей MAC-адресов коммутатора. При отсутствии получателя в таблице MAC-адресов коммутатор самостоятельно связывается с ним и заносит необходимую в дальнейшем информацию в таблицу. Коммутатор понадобится, когда роутер находится в одной комнате, а подключаемые кабелем устройства — в другом.

Например, телевизор с поддержкой технологии Smart TV, ноутбук и игровая приставка.

Без коммутатора к каждому устройству придется тянуть отдельный патч-корд. Это неудобно и некрасиво. С коммутатором же понадобится лишь один длинный кабель до роутера.

И этот один кабель легче замаскировать мебелью или проложить под плинтусом.

Конечно, есть Wi-Fi и можно обойтись вообще без проводов. Но он не идеален: помехи от соседей, задержки, конкуренция между устройствами. С кабелем передача информативных потоков более надежна. Также не стоит забывать об ограниченном количестве портов на роутере. Зачастую приходится решать, какое именно устройство подключить к роутеру по кабелю, а для какого наладить связь по Wi-Fi.

Кроме того, коммутаторы успешно конкурируют с передачей данных по Wi-Fi при организации системы умного дома. К одному коммутатору можно подключить большое число датчиков (влажности, протечки, дыма, вибрации, открытия дверей и окон), счетчики, камеры наблюдения.

Виды коммутаторов

Неуправляемые коммутаторы — наиболее простые устройства, самостоятельно передающие пакеты данных. Обычно они используются в небольших домашних и офисных сетях.

Неуправляемые выступают в роли бытовых разветвителей. К его портам в произвольном порядке можно подключить роутер, компьютер, игровую приставку, телевизор и все остальное.

Управляемые коммутаторы — более сложное устройство, которое может работать как неуправляемая модель, но при этом имеет ручное управление и расширенный набор функций. Эти коммутаторы обладают гибкостью настроек как групп устройств, так и отдельных аппаратов.

Применяются обычно управляемые коммутаторы на предприятиях и в офисах. Для дома такая техника избыточна, далеко не каждому по силам разобраться в настройках — это больше удел айтишников, сетевых администраторов и прочих специалистов. Для дома же достаточно простого коммутатора.

При выборе домашнего коммутатора важно определиться в количестве портов на нем. В каждый порт подключается одно устройство, а один порт всегда будет занят входящим кабелем. Если на портах нет дополнительных маркировок, то в качестве входящего главного порта (порт Uplink) может быть использован любой порт.

Так, серый кабель, подключенный к LAN-порту роутера, может быть подключен к любому порту коммутатора.

А кабели подключаемых устройств — в любой свободный порт коммутатора.

Параметры и функции

У коммуникаторов достаточно много параметров, но мы рассмотрим только основные.

Количество портов

В каждый порт можно подключить только одно устройство. Минимальное количество портов — пять. С учетом того, что один порт будет работать как Uplink, к коммутатору можно подключить четыре устройства. Обычно этого достаточно для домашней сети. Максимальное количество портов в производимых моделях — 48. Эти модели предназначены уже для организации более обширной сети.

Скорость передачи данных 

По этому параметру можно судить о быстродействии коммутатора в целом. По этому критерию коммутаторы делятся на две группы — с портами на 100 МБит/сек и с гигабитными портами.

Базовой скорости передачи данных 100 мегабит для дома достаточно.

Гигабитная скорость пригодится, если дома установлен гигабитный роутер и провайдер предоставляет скорость выше 100 мегабит. Понадобится она и в том случае если есть сервер или сетевое хранилище NAS.

Такая гигабитная скорость нужна например, чтобы перекинуть файлы с компьютера на рабочий ноутбук. Это намного быстрее и удобнее, чем использовать флешки.

Поддержка PoE

Коммутаторы с поддержкой PoE (Power over Ethernet) способны без потери качества передавать по одному кабелю информационные потоки и электроэнергию.

Эта функция полезна для устройств, находящихся в труднодоступных местах — при подключении камер наблюдения и в других аналогичных ситуациях.

Функция энергосбережения Green Ethernet

Энергосберегающие коммутаторы постоянно отслеживают активность подключенных устройств. Неактивный сетевой порт переводится в спящий режим с прекращением на него подачи электропитания.

Функция стекирования

Функцией подключения нескольких коммутаторов друг к другу наделяются мощные управляемые коммутаторы. В также один порт — это Uplink. Коммутаторы с функцией стекирования применяются для объединения большого числа пользователей и их оборудования в корпоративную сеть.

Согласитесь, что разобраться в хитросплетениях подключенным к таким коммутаторам кабелей задача очень непростая.

Прочие параметры, вроде размера таблицы MAC-адресов, количество SFP портов для подключения оптоволоконного кабеля и другие для дома скорее всего не понадобятся.

Установка и подключение

Настольные коммутаторы очень просто установить — достаточно ровной поверхности столешницы или полки. Но при их выборе стоит обратить внимание, где именно расположены индикаторы и какого они цвета.

Яркий синий цвет, который мешает спать, можно зашторить подручными средствами.

Настенный же коммутатор можно зафиксировать в незаметном месте на стене. Крепежные проушины на нижней стороне устройства помогут сэкономить пространство в небольшом помещении и избавят стол от излишнего кабеля.

При размещении коммутатора надо обратить внимание и на такую, казалось бы, мелочь, как расположение свободной электрической розетки для питания самого коммутатора.

Выводы

Коммутаторы помогут подключить несколько сетевых устройств без необходимости тянуть от роутера отдельный кабель до каждого. Как вариант — эту роль на себя может взять второй роутер, но он дороже.

Коммутатор предпочтительней Wi-Fi в случаях, когда требуется высокая скорость передачи данных. Желательно использовать коммутатор и при организации системы умного дома, когда надо управлять большим количеством всевозможных датчиков

Управляемые коммуникаторы имеют больше возможностей в настройках. Но для них нужны определенные знания и навыки. Можно остановить выбор на более простых моделях — неуправляемых. Для дома их функционала в большинстве случаев бывает достаточно. Главное, правильно определиться с числом портов коммутатора и скоростью передачи им данных.

В сетевом соединении любой компьютерной системы применяется специализированное оборудование. Оно имеет хоть и схожие функции, но применяться может для разных целей и задач.

Например, коммутатор и маршрутизатор хоть и используется для соединения компьютеров в ЛВС, но имеют различный смысл применения. В чем разница между ними обязательно нужно знать, чтобы выбрать нужное устройство. Особенно это важно системным администраторам для подбора конфигурации ЛВС.

Что это за устройство

Коммутатор и маршрутизатор визуально ничем не отличаются. Оба представляют собой корпус, набор портов, элементы для подключения электропитания и набор индикаторов. Именно это в большинстве случаев создает определенные трудности при выборе устройств.

Однако, если обратить внимание на их функционал, то неправильно подобранное оборудование приводит к негативному результату. Поэтому необходимо разобраться в функциях устройств по отдельности.

Свитч

Свитч или коммутатор – сетевое устройство, позволяющие соединить несколько ПК в рамках одной локальной вычислительной сети. Также можно соединять принтеры, сканеры, файловые серверы и другое оборудование. Коммутатор передает сигнал сугубо между элементами одной локальной сети. Это соответствует второму уровню модели OSI.

Большинство коммутаторов оборудованы только портами LAN.

Промышленные модели имеют еще и порты SFP для оптики. Как правило, это оборудование для монтажа в стойку в серверных или коммутационных шкафах. Через них осуществляется коммуникация между узлами сети.

Свитч работает по принципу простого моста. Также он различает MAC-адрес подключенного устройства. Информация, полученная им с одного узла сети, отправляется непосредственно принимающему узлу. Адресат определяется по средствам коммутационной таблицы – цифровой структуре коммутатора. В ней содержится информация о MAC-адресах подключенных устройств. Switch обеспечивает высокоскоростную и безопасную передачу информации между узлами сети.

Коммутатор может быть:

• Неуправляемым;
• Управляемым;
• Настраиваемым.

Для примитивных подключений используются неуправляемые свитчи. В них нет возможности внесения настроек, они работают сразу после включения. Этого вполне хватает для ЛВС в конференц-зале, домашней сети или малого офиса.

Настраиваемые коммутаторы поддерживают ограниченный функционал для настройки. К таковым относится возможность создания VLan для создания сетевых подгрупп.

Если необходимо организовать сложное подключение со множеством дополнительных правил, нужно использовать управляемый коммутатор. Это сетевое оборудование можно настраивать в зависимости от правил ЛВС. Оно дает более высокий контроль и защиту подключения. Благодаря такой особенности, используется преимущественно в корпоративном сегменте.

Роутер

Роутер или маршрутизатор предназначен для соединения сетей, которые могут иметь разную архитектуру. У этого устройства есть минимум один порт, который распространяет принимаемый сигнал между другими узлами сети. Правила распространения этой информации определяется сетевыми топологиями, а также администратором сети.

Маршрутизатор может принимать участие в обмене информацией не только с устройствами, находящимися в одной сети, но и между устройствами и Интернетом.

Роутер работает по принципу логической адресации. Полученные данные идут по определенному маршруту, определяемому по пакету и IP-адресу.

Роутеры бывают проводными и с поддержкой беспроводного соединения. Все они имеют встроенный брандмауэр, отвечающий за защиту сетевого подключения. Конфигурацию устройства можно настроить определенным образом для работы сетевых служб с помощью веб-интерфейса. Также многие модели роутеров имеют специализированное ПО.

Беспроводные маршрутизаторы имеют следующие функции:

• Беспроводной доступ к сети или Интернету;
• Обеспечение безопасного соединения (аутентификация пользователей, парольный доступ);
• В качестве точки доступа к Интернету может быть использовать модем или мобильный телефон с таким функционалом;
• Обеспечение соединения по Wi-Fi в пределах заданного диапазона.

Проводной маршрутизатор называют еще широкополосным, соединяющим устройства проводным образом. Для подключения используется кабель Ethernet типа «витая пара». Проводные маршрутизаторы могут соединяться с ADSL-модемом для раздачи Интернет-соединения между подключенными устройствами.

Отличие коммутатора от маршрутизатора простыми словами

В таблице ниже указаны ключевые отличия коммутатора от роутера. Это поможет пользователю сделать правильные выводы и определиться с приобретением подходящее оборудование.

Коммутатор	Маршрутизатор
Ограниченная функциональность, простое устройство.	Расширенная функциональность, способны анализировать трафик, определять IP-адрес.
Присутствуют только LAN-порты.	Кроме LAN-портов, присутствует WAN-порт, через который роутер соединяется с внешней сетью или Интернетом.
Используется для соединения только узлов внутри одной сети.	Применяются для соединения между сетями с разным уровнем и архитектурой.
Имеют исключительно проводной принцип работы.	Реализуют соединение как проводным, так и беспроводным способом (Wi-Fi).
Бывают управляемыми и не управляемыми.	Все роутеры имеют веб-интерфейс, через который можно задавать различную конфигурацию работы оборудования.
Работает на канальном уровне модели OSI.	Сетевой уровень работы модели OSI.
Используется в локальных сетях.	Применяется в локальных и в MAN-сетях.
Не может выполнять функцию NAT или преобразование сетевых адресов.	Может работать в NAT и преобразовывать сетевые адреса.

Это наиболее явные отличия, изложенные простыми словами, выделяющие описываемые виды сетевого оборудования. Естественно, что роутер и коммутатор могут быть использованы в рамках одной сети, но применяться для разных задач.

Что выбрать, маршрутизатор или коммутатор

В первую очередь нужно знать для каких целей вы планируете использовать сетевое устройство.

Например, у вас в квартире много компьютерной техники и гаджетов, требующих проводной и беспроводной доступ к Интернету. В этом случае хороший router будет идеальным решением. Он позволит организовать проводной доступ к Глобальной сети, а также обеспечить беспроводное подключение для гаджетов.

Сфера применения роутера:

• В домашнем секторе для проводного и беспроводного подключения устройств к Интернету;
• В корпоративном секторе для разгрузки сети и разделения ее на секторы;
• Распределение сетевого трафика между разными узлами сети;
• Создание точек доступа к Интернету в общественных местах;
• Расширение радиуса беспроводного доступа к Интернету.

Если необходимо организовать локальную вычислительную сеть между компьютерами в домашних или офисных условиях, коммутатор будет идеальным решением. К тому же, если в этой сети необходимо только соединить узлы в единую, замкнутую ЛВС, то применение коммутатора будет выгодно экономически. Стоимость таких устройств значительно ниже, чем маршрутизаторов.

Сфера применения коммутатора:

• Создание ЛВС различных уровней в корпоративной и домашней среде;
• Организация системы «умный дом» и ей подобные;
• Монтаж систем видеонаблюдения и охранных систем;
• Организация сетевого соединения между промышленными устройствами и объектами;
• Создание сетевых подгрупп внутри ЛВС.

Выбор в пользу коммутатора или роутера требует квалифицированного подхода. Это обусловлено сложностью как самих устройств, так и сферы их применения. Оборудования имеют схожие функции, но расходятся в нюансах, которые могут стать ключевыми в плане полезности в каждом конкретном случае.

Таким образом, коммутатор и маршрутизатор могут применяться даже в рамках одного объекта, но выполнять разные задачи. Если необходимо соединить несколько сетей между собой или обеспечить стабильный, беспроводной доступ к разным сегментам ЛВС или Интернету, выбор будет в пользу маршрутизатора. Его можно настроить определенным образом для безопасного и контролируемого доступа.

При необходимости создания единой ЛВС разной сложности и структуры используется коммутатор. При этом, его можно применять как для соединения ПК и ноутбуков, так и для автономных узлов сети – камеры, компоненты безопасности и так далее.

Для связи электронных устройств пользуются разными методами. На фирмах, предприятиях, в организациях, корпорациях этими вопросами профессионально занимаются системные администраторы. 

Но что делать обычным пользователям, когда нужно выбрать один из аппаратов, чтобы создать связующую информационную сеть? Обычным людям незнакомы даже термины, которые используют при подборе оборудования, названия разной техники, неизвестны функциональность, предназначение. Естественно, разница между ними есть и колоссальная, поэтому стоит разобраться, что такое:

• маршрутизатор;

• концентратор;

• коммутатор.

Сетевые устройства мало отличаются внешним исполнением, представлены компактными коробочками с портами и соединителями. Но наделены разносторонними характеристиками, их используют для достижения разных целей. Каждое оборудование вносит свою лепту в построение компьютерных сетей.

Что такое коммутатор (свитч)?

Концентраторы уже давно признаны настолько примитивными и морально устаревшими, неспособными самостоятельно выявить конечного адресата, что их давно заменили высокорезультативными коммутаторами, которые справляются с анализом данных в высокоскоростном режиме. Это главные отличительные свойства, которые присущи приборам, именуемым еще свитчами.

Смысл применения оборудования с мостовыми технологиями: коммутатор «роднит» между собой внутри одной локальной сети разные узлы в заданном количестве (принтеры, компьютеры и др.) и организует обмен данными исключительно между ними, большее ему не под силу.

Преимущества:

• повышенная производительность;

• высокая безопасность;

• ненужно перерабатывать лишнюю информацию.

Разновидности коммутаторов:

• управляемые: сложно устроенные, со вспомогательным функционалом, управление коммутацией – канальный уровень модели OSI;

• неуправляемые: просто устроенные.

Принцип работы коммутатора

Таблицы коммутации содержат сведения, которые помогают уточнить, каким портам свитча соответствует каждый MAC-адрес узлов. Все это сосредоточено в его памяти. Когда свитч включают, в таблице ничего нет. Он обучаемый и продолжает работать в этом режиме, анализируя информационный поток и заполняя таблицу MAC-адресами компьютеров, с которых отправлены пакеты данных.

Сначала, данные, которые поступили на один порт, доступны всем портам. Позже, свитч разбирается и понимает, какому узлу определен поступивший на один из его портов пакет данных, и отправляет его нужному адресату. В процессе обучения коммутатор создает полноценную таблицу коммутации с учетом всех портов, чтобы локализовать трафик.

Что такое маршрутизатор (роутер)?

Связывает между собой несколько разных сетей и позволяет проводить обмен информацией. Роутер маршрутизирует трафик. Передача данных происходит не только между компьютерами в пределах одной домашней или рабочей сети, в отличие от коммутатора маршрутизаторы рассылают пакеты данных между рабочей сетью и провайдера, например.

Благодаря роутеру движение сетевого трафика происходит по четко заданному маршруту за счет IP-адресов.

Преимущества:

• информационные потоки налажены среди всех узлов в одном сегменте сети;

• передача данных между несколькими сегментами сетей: интернетом и локальной сетью.

Говоря о маршрутизаторе, подразумевают несколько разновидностей, пользователи выбирают наиболее оптимальное решение для себя:

• проводные: для подключения к интернету нужен кабель;

• беспроводные: Wi-Fi.

Принцип работы маршрутизатора

У всех роутеров, независимо от отличительных свойств, индивидуальных особенностей, принцип работы идентичен. Получают информацию из локальной сети или интернета, анализируют ее и отправляют конкретному получателю. С технологией Wi-Fi роутер раздает интернет в одно время многим узлам: ноутбуки, компьютеры, смартфоны, телевизоры, планшеты, игровые приставки и т.д., хотя подача интернета происходит только по одному кабелю LAN.

Данные адресату маршрутизаторы направляют, используя таблицу маршрутизации. Выбирают самый надежный и качественный путь. В электронной базе данных хранится сетевой маршрут к любому устройству в сети, а также другим аппаратам, поэтому есть связь и между маршрутизаторами. Каждый известный им адрес маршрутизаторы регулярно тестируют, чтобы понимать, работает еще устройство или уже отключено, и как быстро оно принимает пакет данных.

Отличие коммутатора от маршрутизатора простыми словами

Они решают задачи в разной плоскости. Коммутатор и маршрутизатор имеют много общего, но и достаточно разные:

• свитч гораздо проще с технической точки зрения с ограниченной функциональностью;

• маршрутизаторы сложней устроены, могут анализировать объем информации, определяют IP-адреса;

• отличие любого коммутатора – работа исключительно с MAC-адресами;

• маршрутизаторам свойственен сетевой уровень модели OSI;

• маршрутизаторы от свитчей отличаются подключением к интернету;

• для работы коммутатора и маршрутизатора нужен порт LAN, но последнее устройство еще использует и WAN-порт;

• присматривая коммутатор или маршрутизатор, обращают внимание не только на функциональные возможности, но и стоимость, поскольку коммутаторы гораздо проще и дешевле.

Гораздо легче увидеть разницу и понять, что нужно купить в каждом конкретном случае, после рассмотрения свойств, особенностей, возможностей коммутатора и маршрутизатора, поскольку их функционал отличается. Чтобы настроить элементарное соединение между несколькими компьютерами, достаточно и свитча. С роутером получится подключить каждый узел к сети интернет.

В сети Ethernet есть некоторые сетевые устройства, которые играют свою роль на различных уровнях, таких как хабы, коммутаторы и маршрутизаторы. Функции этих трех устройств сильно отличаются друг от друга, даже если иногда они все интегрированы в одно устройство. из-за этого, многие люди чувствуют себя путают о различиях между хабом, коммутатором и маршрутизатором. Следующая часть будет сосредоточена на теме—хаб vs коммутатор vs маршрутизатор, направляет на выяснение различий между ними.

Что такое хаб, коммутатор и маршрутизатор?

Хаб

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

Коммутатор

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

Маршрутизатор

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

Хаб vs коммутатор vs маршрутизатор

В сетевом оборудовании и устройствах, данные обычно передаются в виде кадра. Когда кадр получен, он усиливается, а затем передается на порт назначения ПК (персональный компьютер). Большая разница между хабом и коммутатором заключается в способе доставки кадров.

В хабе, кадр передается или «транслируется» на каждый из его портов. Это не имеет значения, что кадр предназначен только для одного порта. Хаб не может определить, на какой порт следует отправлять кадр. Кроме того, хаб 10/100 Мбит/с должен поделиться пропускную способность с каждым из своих портов. При сравнения коммутатор сохраняет запись MAC-адресов (Media Access Control) всех устройств, подключенных к нему. С этой информацией, сетевой коммутатор может определить, какая система находится на каком порту. Поэтому когда кадр получен, он точно знает, на какой порт его отправлять, без значительного увеличения времени реакции сети. Кроме того, в отличие от хаба, коммутатор 10/100 Мбит/с будет выделять полные 10/100 Мбит/с каждому из своих портов. Таким образом, независимо от количества передаваемых ПК, пользователи всегда будут иметь доступ к максимальной пропускной способности.

В отличие от Ethernet хаба или коммутатора, который занимается передачей кадров, маршрутизатор должен маршрутизировать пакеты в другие сети, пока этот пакет в конечном итоге достигнет своего пункта назначения. Одной из ключевых особенностей пакета является то, что он содержит не только данные, но и адрес назначения, куда он направляется. Более того, маршрутизатор является единственным из этих трех устройств, которое позволит вам поделиться один IP-адрес (Интернет-протокол) между несколькими сетевыми клиентами.

Вы можете иметь четкое представление о сравнении между хабом vs коммутатором vs маршрутизатором здесь:

шаблон	Хаб	Коммутатор	маршрутизатор
Уровень	Физический уровень	Канальный уровень	Сетевой уровень
Функция	Чтобы соединить сеть персональных компьютеров вместе, их можно объединить через центральный хаб	Разрешить подключения к нескольким устройствам, управлять портами, управлять настройками безопасности VLAN	Прямые данные в сети
Форма передачи данных	электрический сигнал или биты	кадр & пакет	пакет
Порт	4/12 потров	многопорт, обычно от 4 до 48	2/4/5/8 потров
Тип передачи	Кадр затопления, одноадресная, многоадресная или широковещательная	Сначала широковещательная, затем одноадресная и/или многоадресная передача зависит от необходимости	На начальном уровне Broadcast, затем Uni-cast и multicast
Тип устройства	Неинтеллектуальное устройство	Интеллектуальное устройство	Интеллектуальное устройство
Используется в(LAN, MAN, WAN)	LAN	LAN	LAN, MAN, WAN
Режим передачи	Half duplex	Half/Full duplex	Full duplex
Скорость	10Mbps	10/100Mbps, 1Gbps	1-100Mbps(беспроводный); 100Mbps-1Gbps(проводной)
Адрес, используемый для передачи данных	MAC адрес	MAC адрес	IP адрес

Так в чем же разница между маршрутизатором, коммутатором и хабом? – давайте подытожим.

• Хаб – старый аппарат, которое при отправке сообщения отправляет его на все подключенные сетевые устройства. Не имеет каких-то сложных систем настроек и работает примитивно.

• Коммутатор – служит для построения локальных сетей. Работает с таблицей коммутации, которая основана на MAC-адресах. Не имеет сложной операционной системы, а настройку чаще всего делают через консоль. Работает на канальном уровне и общение идет с помощью кадров. Не может выступать в качестве DHCP-сервера, который раздает IP адреса.

• Маршрутизатор – чаще используется как для построения локальной сети, а также для работы шлюза. Может работать сразу с несколькими сетями, грамотно распределяя трафик между всеми устройствами. Имеет сложную операционную систему с настройками, где вы можете настроить фильтр сайтов, подключиться к VPN, задать жесткое ограничение по использованному трафику, настроить принт-сервер, изменить конфигурацию Wi-Fi и многое другое. Работает с IP-адресацией на сетевом уровне.

В домашних условиях используют именно маршрутизатор. Коммутаторы же чаще всего ставят на предприятиях, там где нужно подключить сразу большое количество сетевых устройств и компьютеров. Также коммутатор не работает с интернетом – именно поэтому его нет смысла устанавливать дома. Аналогично на предприятиях устанавливают и роутеры, которые помогают распределять трафик между несколькими сетями. Основная разница между коммутатор.

Вывод

Различия между хабом, коммутатором и маршрутизатором представляет собой запутанный термин для пользователей. Понимание этих различий между ними может помочь найти наиболее подходящее устройство для вашей сети. Я надеюсь, что эта статья поможет вам понять, что такое хаб vs коммутатор vs маршрутизатор и вы сможете выбрать устройства, которые вам нужны после чтения.

Связанная статья:

Коммутатор уровня 2 vs коммутатор уровня 3: В чём разница?

Сетевой коммутатор vs сетевой маршрутизатор vs межсетевой экран

Что такое VPN маршрутизатор и зачем он вам нужен?т

Приветствую всех! Добрались мы до 4-ой темы. Поговорим сегодня про различные сетевые устройства и применяемые кабели. Узнаем, чем отличается коммутатор от маршрутизатора, что такое концентратор и многое другое. Приглашаю заинтересовавшихся под кат.

В ранних статьях я писал о разных сетевых моделях, протоколах, службах. Но мало рассказал об устройствах, которые тесно с этим работают, и самое главное, чем они все отличаются друг от друга. Эти знания очень важны для сетевого инженера, поэтому закрою эту брешь.

К счастью многие устройства доступны в Cisco Packet Tracer (версия 6.2), поэтому после каждого описанного устройства, я буду показывать это на практике.

Итак. Термин сетевые устройства применим к тем устройствам, которые подключены к сегменту сети и умеют принимать и/или передавать какие то данные. Самым простым и сразу приходящим в голову является сетевая карта.

Думаю все ее видели. Она стоит практически в каждом домашнем компьютере. Если не такая, то встроенная в материнскую плату.

Раньше можно было встретить и другие ее виды. Например, как на картинке ниже.

Обратите внимание на вход для коаксиального кабеля, который раньше активно использовался. Сейчас такие уже редко где встретишь. Если интересно посмотреть на остальные виды, то в CPT есть очень хорошие примеры. Например, если кликнуть по компьютеру, то откроется такое окно.

Слева расположено окошко модулей (обозначено на рисунке цифрой 1). По каждому модулю есть краткое описание и как выглядит (обозначено на рисунке цифрой 2). Например, я кликнул на модуль PT-HOST-NM-1CFE. Это сетевая карта, которая работает по технологии Fast-Ethernet и предназначена для работы с витой парой. Может работать на скорости 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Также поддерживает технологию VLAN, о которой будет следующая статья.

Работа такой карточки проста. У нее есть MAC-адрес (о чем я говорил ранее), который ей присвоили на заводе, и при помощи него она может общаться в сети с другими устройствами. Причем не обязательно ее соединять с коммутатором или другим устройством. Можно соединить ее с другой сетевой картой и организовать связь между ними. Таким образом раньше соединяли 2 компьютера в одной комнате. Это самое простое соединение. Давайте попробуем его организовать в CPT.

Немного отступлю от лабы, так как здесь есть важное замечание. Имеется 2 вида витой пары. Прямой (Straight-Through) и кроссовый (Cross-over). Прямой применяется, когда нужно соединить 2 разных устройства. Например, компьютер и коммутатор. А кроссовый — когда нужно соединить 2 компьютера, 2 коммутатора и т.д. Структурное различие в том, что пары проводов обжимаются по разному. Ниже привожу схему обжима.

Соответственно, если соединить устройства не тем кабелем, то работать ничего не будет. Если вы только начинаете свой путь, то, возможно, уже не встретитесь с такой проблемой, так как большинство современных устройств поддерживают технологию Auto-MDI(X). Эта технология позволяет понять устройству с кем оно соединено и в каком режиме ему работать. Причем достаточно, чтобы хотя бы один участник поддерживал ее для корректной работы. Но в любом случае это надо знать. Поэтому возьмите на заметку.
Возвращаемся к лабе. Предлагаю соединить 2 компьютера именно прямым кабелем, чтобы убедиться, что работать данная конструкция не будет.

И как видим, концы кабелей горят красным, что говорит о том, что соединение не работает.
Исправляем ошибку и подключим компьютеры кроссовым кабелем.

Наблюдаем зеленые огни. Радуемся и переходим к настройке IP-адресов. Первому присвоим адрес: 192.168.1.1 с маской: 255.255.255.0. Все остальное не важно. И, соответственно, второму компьютеру присвоим IP-адрес: 192.168.1.2 с аналогичной маской: 255.255.255.0. Проверим связь между ними.

Пинги успешны! Кому неохота соединять 2 компьютера, ссылка на скачивание.

Следующее устройство на очереди — это повторитель или repeater.
Если рассматривать с точки зрения модели OSI, то данное устройство работает на первом уровне. То есть на физическом. Устройство очень простое. Основная задача — это усиление сигнала. Если вспомнить немного курс школьной физики, то у каждого кабеля есть предел затухания сигнала. Если мы говорим о витой паре, то ее максимальная длина может быть до 100 метров.@vilos ) И для того, чтобы усилить сигнал, применяют данное устройство. Ethernet повторитель может усилить сигнал еще на 100 метров.

В связи с тем, что в настоящее время набрала популярность технология PoE (Power over Ethernet), то повторители используются в качестве удлинителей для удаленных устройств (например IP-камеры). На картинках ниже можно с ними познакомиться.

Повторитель старого образца (в настоящее время уже не производится)

Один из современных повторителей.

В CPT оно присутствует, так что взглянем на него.

Можно его приблизить, отдалить, поменять ему интерфейсы. Все на ваше усмотрение. Я сымитирую ситуацию, когда у нас 2 компьютера находятся далеко друг от друга и соединены между собой при помощи повторителя.

Хочу заметить важную функцию в CPT. Кроме построения логической топологии, есть еще и физическая топология. Очень удобная вещь, когда нужно проверить, как будет работать что-либо на определенном расстоянии. Не могу утверждать, что работает с точностью до метра, но приблизительные результаты проверить можно. Переключаться между ними можно в левом верхнем углу.

При переключении на физическую откроется следующая картинка.

Это условная географическая карта с созданным городом. Вы можете сами понастроить таких же городов и развернуть междугороднюю связь. Но, так как повторитель усиливает всего на 100 метров, то надо искать что-то более близкое к данному расстоянию. Кликаем по Home City и попадаем в город.

Здесь уже стоит какой-то корпоративный офис. Создадим еще один офис и между ними организуем связь при помощи повторителя. Данное расстояние уже будет более похожим на правду.

Кликаем по New Building и создается еще одно здание. Расположу его поудобнее.

Теперь самое время расставлять узлы. Первым делом установлю между ними повторитель. Захожу на вкладку Hubs. Выбираю Repeater и ставлю его, как на картинке ниже.

Теперь надо расставить компьютеры. Конечно это бредово, что в каждом офисе по одному компьютеру, которые соединены еще через повторитель. Но для простоты пусть будет так. Перехожу на вкладку End Devices и выберу PC. И кину в каждый офис по компу, как на картинке ниже.

Самое время всё соединить. Переключаюсь на логическую топологию и наблюдаю следующую картину:

Здесь я вижу все устройства, которые присутствуют в проекте. Хотя в физической топологии видно только повторитель, а компьютеры скрыты в здании. Соединим их. Только соединять будем прямым кабелем, так как это разные устройства. Адресация будет такая же, как и в предыдущей лабораторке. Левый будет с IP-адресом: 192.168.1.1 и маской :255.255.255.0, а правый с IP-адресом:192.168.1.2 и аналогичной маской: 255.255.255.0.

После переключаемся на физическую топологию и наблюдаем следующее.

Все соединения, которые были произведены в логической топологии, автоматически отобразились и в физической. 2 офиса соединены. Самое время проверить доступность командой ping.

Как видим, все прекрасно работает. Но обратите внимание на одну вещь. Я намеренно пропинговал несколько раз, чтобы показать, что каждый раз мы получаем разные результаты (то 4мс, то 5мс). Если до этого время практически стабильно было 0 мс, то есть без задержек, то с повторителем оно уже присутствует.

Вот так работает повторитель. Привожу ссылку на скачивание.

Далее в очереди стоит концентратор или hub. Устройство, которое охватило популярность, начиная с 90-х годов и до начало 2000-х. Причем слово «хаб» настолько сильно засело всем в голову, что до сих пор многие люди называют любое сетевое устройство этим именем. Многие еще называют его повторителем. Конечно это не совсем верно, так как повторитель — это устройство, показанное выше. Но и сказать, что это ложь, тоже нельзя. Так как это и есть многопортовый повторитель. Но корректнее все же называть его концентратором, либо хабом, чтобы четко отличать данное устройство от повторителя, показанного выше.

Далее вашему вниманию представлю парочку известных концентраторов.

Концентратор от компании Netgear.

Концентратор от компании Cisco.

Логика работы его проста. Сигнал, полученный с порта, передается на все остальные порты, кроме исходного. Я перехожу к CPT и создаю лабораторку, как на картинке ниже.

6 компьютеров подсоединены к одному концентратору. Концентратор настраивать не надо. Он работает сразу, как только вытащишь из коробки. А вот компьютеры я настроил и привожу настройки:

1) PC1: IP-192.168.1.1, Mask-255.255.255.0.
2) PC2: IP-192.168.1.2, Mask-255.255.255.0.
3) PC3: IP-192.168.1.3, Mask-255.255.255.0.
4) PC4: IP-192.168.1.4, Mask-255.255.255.0.
5) PC5: IP-192.168.1.5, Mask-255.255.255.0.
6) PC6: IP-192.168.1.6, Mask-255.255.255.0.

Перевожу CPT в режим симуляции и проверю доступность до PC6, используя компьютер PC1.

Формируется 2 сообщения. Одно из них — это ICMP, а второе — ARP. ICMP пока отрабатывать не будет, так как не знает MAC-адрес PC6. А вот ARP начнет сразу отрабатывать, чтобы достать MAC-адрес (об этом рассказывается в предыдущей статье подробно). Итак PC1 отправляет ARP на концентратор.

Сообщение пришло, и предлагаю внимательно посмотреть на его содержимое. Несмотря на то, что сообщение несет в себе какую-то информацию, для концентратора это просто поток битов. Он знает, что сообщение пришло с 0-ого порта и передать его надо на 1, 2, 3, 4, 5 порты.

И действительно. Сообщение разослано на все компы, кроме исходящего. Соответственно, PC6 понимает, что это сообщение для него и сформирует ответ, а остальные компы проигнорирует. Вы можете возразить, что протокол ARP при поиске MAC-адреса всегда так работает, и будете правы. Но давайте посмотрим, что будет происходить дальше.

И что мы видим?! Сообщение так же рассылается на все компы, кроме исходящего. Хотя обратное ARP-сообщение содержит точного адресата.

Теперь когда PC1 знает MAC-адрес PC6, он сформирует ICMP сообщение, которое концентратор обработает точно так же, как и ARP. Перезапустил я CPT, и ICMP у меня теперь желтого цвета.

Перед дальнейшим просмотром открою сообщение и посмотрю, что внутри. Четко видно, что у него есть Source MAC, Destination MAC, Source IP и Destination IP. Соответственно, у сообщения задан конкретный получатель.

Но несмотря на вышесказанное, оно будет так же разослано на все порты, кроме исходящего. В этом суть работы концентратора. Для тех, кто хочет лично увидеть его работу, привожу ссылку на скачивание.

Если раньше такое поведение не вызывало сильных опасений (когда число компьютеров было до 10), то со временем увеличилось число компьютеров и устройств, которые подключались к сети. Это привело к тому, что сеть очень сильно нагружалась, и работать стало тяжело. Причем вся сеть в то время работала в режиме полудуплекса (half-duplex). Это значит, что по одним и тем же проводам велась передача или прием. Соответственно, чем больше компьютеров начинает вещать в сети, тем больше вероятность появления коллизии. Нужно было срочно находить решение, чтобы каким либо образом ограничивать сегменты сети. И для ее разрешения стали применять мосты или bridge.

Мост от компании Netgear

Теперь расскажу, что они из себя представляли. Это уже было более умное устройство, которое работало на 2-ом уровне модели OSI. То есть оно знало, что такое MAC-адреса и как с ними работать. Теперь каждый его порт был закреплен под конкретный сегмент сети, то есть он решал одну из важнейших проблем. Вдобавок у него была система фильтрации. То есть он не пересылал широковещательные кадры, которые не предназначены другому сегменту сети. У него появилась своя таблица, куда он записывал, кто за каким портом сидит. То есть, кадр, пришедший на мост, не слепо отправлялся на другой порт, а сверялся с таблицей, и если за другим портом сидит адресат, кадр выпускался. В противном случае мост его уничтожал.

Почитали теорию и время перехода к практике. Так как нам в этой лабе понадобятся концентраторы и не один компьютер, я взял за основу предыдущую лабу и модернизировал ее. Единственное, что расстроило — это то, что мост в CPT реализован условно. Он выполняет все нужные функции, но зайти и посмотреть на его таблицу нельзя (хотя она у него присутствует). Но это не важно. Главная цель — это показать работу данного устройства. Итак в этой лабе добавился мост и концентратор с 4 компьютерами. Если у вас не хватает портов на концентраторе, чтобы соединить с мостом, то можете добавить ему дополнительный интерфейс. Только не забудьте перед этим переключить на нем выключатель. 6 левых компьютеров я не трогал, поэтому адресация у них не поменялась, а вот для 4 правых компьютеров приведу ниже:

1) PC7: IP-192.168.1.7, Mask-255.255.255.0.
2) PC8: IP-192.168.1.8, Mask-255.255.255.0.
3) PC9: IP-192.168.1.9, Mask-255.255.255.0.
4) PC10: IP-192.168.1.10, Mask-255.255.255.0.

Перехожу в режим симуляции и попробую пингануть PC10 с компьютера PC1.

По стандартной схеме создаются 2 сообщения, но первым в бой идет ARP.

Концентратор отправляет его всем, кроме порта отправителя. И все его отбрасывают, кроме моста. Хоть он и не адресован мосту, он так же не знает, есть ли там такой получатель. Поэтому он его отправляет, чтобы проверить.

Концентратор на правой стороне отрабатывает как положено, и в данном сегменте находится получатель. Он отправляет ответное сообщение.

Концентратор отрабатывает, и все узлы, кроме моста, отбрасывают его.

Мост выкидывает это сообщение на левый концентратор. А тот, в свою очередь, выкидывает его всем участникам. PC1 узнает себя в этом сообщении и посылает теперь ICMP.

Концентратор отрабатывает. Сообщение попадает на мост. Он смотрит, есть ли у него такой получатель. Видит, что присутствует, и отправляет.

Концентратор рассылает его всем и PC10 получает его. Ответный пинг пройдет по такому же маршруту.

Давайте посмотрим ситуацию, когда обменивающиеся узлы находятся в одном сегменте, и не требуется отправлять сообщение через мост. Проверю доступность PC5 с PC1.

Отправляет на концентратор ARP, а тот, в свою очередь, на всех. И заметьте, что призадумались 2 устройства(мост и PC5). PC5 понимает, что это для него, и отправляет ответ. А мост решает проверить, есть ли справа такой получатель. Ответа он не дожидается и понимает, что такого там нету.

Теперь, когда PC1 знает про PC5 он формирует ICMP для него.

PC5, получив его, готовит ответ. А вот мост теперь знает, что справа нету такого получателя и сразу отбрасывает такой кадр. Тем самым здесь и показано то, каким образом он фильтрует.

Вот так и работали и работают мосты (если они еще где-то применяются). Как видите, мост создал 2 сегмента или 2 домена коллизий. То есть все, что происходит за левым портом моста, никак не влияет на правый, если только сообщение не предназначено для узла в другом сегменте. Тем самым это обеспечило снижение нагрузки на сеть. Привожу ссылку на скачивание.

Переходим дальше и поговорим о коммутаторах. Про них, наверное, слышали все, да и многие из вас работали с ними. Коммутаторы бывают разные, и отличаются они своими функциями и, конечно, ценой. Давайте поговорим о них и выделим главные концепции. С появлением мостов и их фильтрацией, инженеры задались вопросом, чтобы сделать устройство, которое будет разделять не только сегменты сети, но и компьютеры. То есть обеспечить микросегментацию. Когда устройство знает, за каким портом кто сидит, и не будет передавать сообщение всем узлам, предназначенное для определенного узла. В результате появился коммутатор. Так же, как и у моста, у него есть своя таблица. В ней записано, за каким портом сидит определенный MAC-адрес. Называется такая таблица — таблица коммутации. Запись в нее происходит тогда, когда устройство начинает проявлять активность. Например, отправляя какое-либо сообщение, оно в заголовке оставляет свой MAC-адрес. Коммутатор читает этот заголовок и понимает, какой у отправляющего устройства MAC-адрес, и записывает его. Теперь, если придет сообщение именно для этого устройства, он отправит его именно ему. Другим устройствам он отправлять сообщение не будет.

Однако не стоит забывать, что, если вы только что достали коммутатор из коробки и подсоедините к нему устройства, то он не сразу будет знать, кто за каким портом сидит. Изначально таблица у него пустая. И, как я уже писал выше, заполнять он ее будет по мере активности узла. Такой процесс называется режимом обучения. Но, как только он ее заполнит, все станет замечательно. При поступлении на коммутатор, какого-либо кадра, он посмотрит на заголовок и прочитает MAC-адрес назначения. Далее он посмотрит на свою таблицу и поищет порт, за которым сидит узел с данным MAC-адресом и, соответственно, отправит.

Процессы коммутации у коммутатора и моста схожи. Но есть важное отличие: коммутация у мостов программная, а у коммутаторов-аппаратная. Если у мостов коммутацию выполнял процессор, то для коммутаторов придумали специальные микросхемы ASIC. Это специализированные микросхемы, которые созданы для выполнения конкретной задачи. Следовательно, такой вид коммутации оказался гораздо быстрее, что и сделало коммутаторы настолько популярными.

С каждым годом коммутаторы становятся все быстрее и умнее. Если мы говорили о коммутаторах, как об устройствах 2-го уровня по модели OSI, то практически все современные коммутаторы от компании Cisco, умеют работать на уровнях выше. Такие коммутаторы стали называть L2+ коммутаторы. Почему L2+, а не L3, я сейчас объясню на практике.

Открываю CPT и соберу лабораторку, как на картинке ниже.

Присутствует коммутатор и 4 компьютера. Я пока не изменял традицию назначения IP-адресов, но все же предоставлю вам список:

1) PC1: IP-192.168.1.1, Mask-255.255.255.0.
2) PC2: IP-192.168.1.2, Mask-255.255.255.0.
3) PC3: IP-192.168.1.3, Mask-255.255.255.0.
4) PC4: IP-192.168.1.4, Mask-255.255.255.0.

Так как мы только включили коммутатор, то таблица MAC-адресов у него должна быть пуста. Проверим. Для проверки используем команду «show mac-address-table»:

Убеждаемся, что она пустая, и переходим дальше. Самым простым и быстрым методом проверки будет команда ping. Проверим ею доступность PC4, используя PC1. Естественно, сначала должен будет отработать протокол ARP.

Коммутатор умный и может читать, что запаковано на втором уровне. Он видит MAC-адрес отправителя, который он запишет себе в таблицу. Еще он видит широковещательный MAC-адрес (то есть для всех). Значит надо передать этот кадр всем, кроме отправителя. Обратите внимание на 1-ый уровень. То есть на входе (In Layers), он получил кадр с 1 порта, а на выход (Out Layers) отправит по 2, 3 и 4 порту. В целом сейчас он работает, как концентратор. Не буду я пока передавать с коммутатора кадр. Перед этим нужно проверить таблицу MAC-адресов.

И вижу первую запись. Он записал MAC-адрес и порт, с которого он был получен. Прекрасно! Смотрим, что будет дальше происходить.

Отправляет он ARP всем, кроме отправителя. И мы видим, что PC4 понял, что это для него, и формирует ответ. Все остальные этот кадр отбрасывают.

Коммутатор получает ответ и читает его. На втором уровне он видит MAC-адрес отправителя и MAC-адрес получателя. MAC-адрес отправителя он видит впервые, поэтому сразу занесет его в свою таблицу. А вот MAC-адрес получателя он уже знает, поэтому отправит он его только на 1-ый порт. Обратите внимание на данные 1-ого уровня. Получил он его с 4-ого порта, а отправит на 1-ый. Но перед отправкой проверим таблицу.

И действительно. MAC-адрес был занесен. Нажимаю я на Capture/Forward.

Видим, что сообщение было отправлено только на 1-ый порт (то есть для PC1). Так концентратор точно не делал. Дальше уже формируется ICMP сообщение.

Оно работает на 3 уровне. Отправляем.

Доходит оно до коммутатора. Открываем и видим, что несмотря на то, что в сообщении есть заголовок 3-ого уровня, коммутатору это по барабану. Он читает только заголовок 2-ого уровня и принимает решение. MAC-адрес PC4 он знает и знает на какой порт отправлять.
Смотрим, как он отработает.

И отрабатывает он правильно. Сообщение отправляется только на 4-ый порт. PC4 формирует ответ.

И ICMP-сообщение без проблем доходит до PC1. Вот весь принцип работы коммутатора. Теперь объясню, почему этот коммутатор называют L2+ коммутатор. Лабораторная работа остается той же, за исключением пары изменений на самом коммутаторе. Выше мы говорили о том, что коммутаторы работают на 2-ом уровне модели OSI. Но с течением времени инженеры придумали управляемые коммутаторы. То есть это уже не просто железка, которая работает сама по себе, и что-то поменять в ходе ее работы не представляется возможным, а более умное устройство, которому есть возможность задать какие-то параметры (например IP-адрес) и настроить на удаленное управление. Продемонстрирую на примере. Открываю предыдущую лабу и меня здесь интересует коммутатор. Захожу на него и присваиваю свободный IP-адрес.

Switch>enable — переход в привилегированный режим. Отсюда доступно большинство команд.

Switch#configure terminal — переход в режим глобальной конфигурации. В этом режиме возможен ввод команд, позволяющих конфигурировать общие характеристики системы. Из режима глобальной конфигурации можно перейти во множество режимов конфигурации, специфических для конкретного протокола или функции.

Switch(config)#interface vlan 1 — так как это коммутатор 2 уровня, то назначить IP-адрес на порт нельзя. Но его можно назначить на виртуальный интерфейс. Поэтому выбираю его и перехожу дальше.

Switch(config-if)#ip address 192.168.1.5 255.255.255.0 — присваиваю ему один из свободных IP-адресов: 192.168.1.5 и маской: 255.255.255.0.

Switch(config-if)#no shutdown — включаю интерфейс. По умолчанию он выключен.

Коммутатор настроен и предлагаю проверить его доступность командой ping. Делать я это буду с PC1.

Думаю, что уже не для кого это секретом не будет, что изначально создается 2 сообщения. Итак первым идет ARP.

И тут происходит глюк CPT. Он получает ARP. Вскрывает его, видит, что IP-адрес назначения его. Но все равно хочет отправить его всем. Только PC1 он отправит ответный ARP, а всем остальным разошлет ARP от PC1. Будем наблюдать за дальнейшими событиями.

ARPы дошли до узлов. PC1 теперь знает MAC-адрес виртуального интерфейса коммутатора. О чем свидетельствует картинка ниже.

Пришло время ICMP сообщения. Формирует его и запускает.

ICMP сообщение доходит до коммутатора. Смотрим, что же внутри. И видим, что коммутатор действительно смог прочитать заголовок 3-го уровня. Он узнает себя, но происходит еще один глюк. Посмотрите на колонку «Out Layers». Он не знает, какой MAC-адрес у PC1, что конечно является бредом. И я это сейчас покажу. Когда пришло ICMP сообщение (колонка «In Layers»), в заголовках 2 и 3 уровня, были записаны MAC-адрес отправителя и IP-адрес получателя. То есть он знал, какой ему нужен MAC-адрес для того, чтобы отправить ответ. Не продвигая пакет дальше, посмотрим на таблицу коммутации.

Видим, что данный MAC-адрес действительно присутствует. Ну и раз он «не знает» MAC-адрес PC1, то вынужден запустить протокол ARP. Давайте посмотрим, что из этого выйдет.

PC1 получает сообщение. Он в шоке и в недоумении, потому что уже сообщал ему свой MAC-адрес. Но раз попросил, то отправит еще раз.

Коммутатор получает ответ и обновляет свою таблицу. При этом он забывает о том, что нужно ответить на ping. Потому что до этого он его отбросил. Что же будет происходить дальше?! Тот первый ICMP запрос затерялся и больше о нем никто не вспоминает. Истекает таймер запроса на PC1, о чем свидетельствует картинка ниже.

PC1 решает отправить второе ICMP сообщение.

Коммутатор получает его и начинает читать заголовки. На этот раз все работает хорошо. Он узнает себя в нем и знает, кому ответить.

Пакет успешно доходит до компьютера. Убедиться в этом можно, обратив внимание на скриншот из консоли. Дальше он сформирует еще 2 таких ICMP сообщения (суммарно 4). Показывать их я не буду, так как они дублируют предыдущие действия. Несмотря на то, что у CPT случился небольшой глюк, он заставил подробно себя изучить, что иногда весьма полезно. Из-за того, что коммутатор смог прочитать заголовок 3 уровня и ответить на ICMP сообщение (он также мог сам проверить доступность любого узла), его стали называть L2+ коммутатор. Чисто L2 коммутаторы с IP-адресами работать не умеют. Но вот вопрос, почему же данный коммутатор не L3? А все кроется в том, что он не умеет выполнять маршрутизацию (передача пакетов из одной канальной среды в другую). Есть конечно, L3 коммутаторы, но о них мы поговорим, когда разберем маршрутизатор. Прикладываю ссылку на данную лабораторную работу.

Итак, встречаем маршрутизатор или router. В принципе вы уже видели, как он работает в предыдущих статьях. Но освежу еще раз кратко.

Маршрутизатор — это устройство, предназначенное для пересылки пакетов из одной канальной среды в другую. Также главной его функцией является выбор наилучшего маршрута для пакета. Многие называют данное устройство шлюзом. Так как, если надо передать какой-то пакет из одной канальной среды в другую, промежуточным устройством будет именно шлюз.

Само устройство очень старое. Если верить истории, то первый роутер был создан в 1976 году и объединял 3 локальные сети. Вот, к примеру, один из первых маршрутизаторов компании Cisco (еще когда название начиналось с маленькой буквы).

Сейчас их тоже огромное количество. Причем они подразделяются по сферам применения. Есть домашние, магистральные и так далее. Вот, к примеру, один из современных магистральных маршрутизаторов.

Маршрутизаторы серии Cisco 7600

Или к примеру Cisco 2811, который будет использоваться в следующей лабе.

Предлагаю собирать лабораторку и переходить к практике.

Добавил один роутер, который будет перенаправлять пакеты из одной канальной среды в другую. И 2 коммутатора, к которым подключены по 2 компьютера. Настройки компьютеров следующие.

1) PC1: IP-192.168.1.2, Mask-255.255.255.0, Gateway: 192.168.1.1.
2) PC2: IP-192.168.1.3, Mask-255.255.255.0, Gateway: 192.168.1.1.
3) PC3: IP-192.168.2.2, Mask-255.255.255.0, Gateway: 192.168.2.1.
4) PC4: IP-192.168.2.3, Mask-255.255.255.0, Gateway: 192.168.2.1.

Как видите, добавился параметр основного шлюза (Gateway). Для компьютеров в левом сегменте он один, а для компьютеров в правом сегменте другой. Коммутаторы остаются без изменения настроек. А вот маршрутизатор требует настройки. Переходим к нему.

Router>enable — переход в привилегированный режим.
Router#configure terminal — переход в режим глобальной конфигурации.
Router(config)#interface fastEthernet 0/0 — переход в режим настройки данного интерфейса.
Router(config-if)#ip address 192.168.1.1 255.255.255.0 — присваиваем ему IP-адрес. Данный интерфейс будет шлюзом для левой сегмента сети.
Router(config-if)#interface fastEthernet 0/1 — переход в режим настройки данного интерфейса.
Router(config-if)#ip address 192.168.2.1 255.255.255.0 — присваиваем ему IP-адрес. Данный интерфейс будет шлюзом для правого сегмента сети.
Router#copy running-config startup-config — сохраняем конфигурацию

Маршрутизатор настроен, и можно посмотреть таблицу маршрутизации командой show ip route.

Видим 2 connected сети. Прописывать специфичную настройку маршрутизации не понадобится, так как сегменты у нас подключены через один маршрутизатор.
Время проверить доступность PC3, используя PC1.

Путем простой математики, PC1 понимает, что получатель находится не в его сети, а значит передать надо через основной шлюз. Но возникает проблема, что он не знает MAC-адрес шлюза. В связи с этим пускает в разведку ARP.

Попадает ARP на коммутатор, и посмотрим на заголовок. И видим, что в Destination IP: 192.168.1.1.

Передает он его дальше, и маршрутизатор понимает, что это для него. И отправляет ответ.

ARP ответ доходит до компьютера и он формирует ICMP сообщение. Обратите внимание, что IP-адрес назначения — это адрес PC3. А MAC-адрес назначения — это адрес маршрутизатора.

Коммутатор прочтет Ethernet заголовок и передаст маршрутизатору.

Маршрутизатор, получив это сообщение, понимает, что он не знает, кто сидит в сети с IP:192.168.2.2. Отбрасывает ICMP сообщение и запускает ARP.

Коммутатор получив ARP, сразу рассылает его. Находится получатель, который формирует ответ.

Я, с вашего позволения, не буду показывать процессы, которые дублируются, по причине их очевидности. Итак ARP дойдет до маршрутизатора, и он теперь знает MAC-адрес PC3.

Тем временем истекает таймер у PC1 и он формирует следующее ICMP сообщение.

Коммутатор, по заголовку, принимает решение отправить это сообщение на маршрутизатор.

Маршрутизатор, просмотрев заголовок, понимает, что надо передать его в другую канальную среду, и меняет поля в заголовке Ethernet.

Доходит до коммутатора, где он понимает, что сообщение надо передать PC3, то есть на 1-ый порт.

PC3 формирует ответ.

И в результате ответ доходит до PC1, о чем свидетельствует окно консоли.

Вот весь принцип работы маршрутизатора. Если вы читали предыдущие статьи, то нового в основах работы с маршрутизатором мало узнали. Еще одна из фишек маршрутизатора — это выбор лучшего маршрута, но это мы разберем в следующей статье. Ну и по традиции привожу ссылку на скачивание.

Поговорили про маршрутизатор, и я предлагаю разобрать L3 коммутатор. Его еще называют MLS(Multi Layer Switch) коммутатор. Отличие его от обычного коммутатора в том, что он осуществляет маршрутизацию. Данный вид коммутаторов стал настолько популярным, что многие крупные вендоры стали вкладывать деньги в его развитие. Сейчас на рынке можно встретить L3 коммутаторы от таких производителей как HP, TP-Link, Cisco и так далее. Ниже приведу несколько моделей.

L3 коммутатор от компании TP-Link

L3 коммутатор от компании HP

L3 коммутатор от компании Cisco

Предлагаю перейти к практике. Я возьму за основу предыдущую лабораторную работу. Но вместо маршрутизатора поставлю L3 коммутатор.

Компьютеры настроены. Осталось настроить L3 коммутатор. Настраивается он немного иначе, нежели маршрутизатор. Переходим к его настройке.

Switch>enable — переход в привилегированный режим.
Switch#configure terminal — переход в режим глобальной конфигурации.
Switch(config)#interface fastEthernet 0/1 — переход к настройке интерфейса fa0/1.
Switch(config-if)#no switchport — переводим порт в «роутерный» режим. Без этой команды вы не сможете повесить на него IP-адрес.
Switch(config-if)#ip address 192.168.1.1 255.255.255.0 — присваиваем IP-адрес.
Switch(config-if)#interface fastEthernet 0/2 — переход к настройке интерфейса fa0/2.
Switch(config-if)#no switchport
Switch(config-if)#ip address 192.168.2.1 255.255.255.0 — присваиваем IP-адрес.
Switch(config)#ip routing — включаем маршрутизацию на интерфейсе.

Настройка закончена. Настало время перейти к команде ping. Я не стал показывать работу команды ARP. Думаю каждый из вас знает, как она работает, а начал фиксировать моменты, когда начал работать ICMP. Привожу подробные картинки.

Я думаю процесс понятен. Он ничем не отличается от того, что происходило, когда там стоял маршрутизатор. Теперь отвечу на вопрос: Отличие L3 коммутатора от маршрутизатора, и что лучше. Я, в свое время, очень долго искал ответ на этот вопрос. И нашел его здесь. Если кратко, то самая большая разница в них заключается в цене. За счет того, что в L3 коммутаторе применяются интегральные схемы специального назначения, то он быстрее и в связи с этим дороже. Дублировать его статью я не буду, поэтому читайте. Там, действительно, очень хорошо об этом написано! От себя только добавлю ссылку на готовую лабораторку.

Забыл я упомянуть еще одно устройство. И это dial-up модем. То самое устройство, при помощи которого, многие стали выходить в Интернет. Единственное, что ему было нужно, это телефонная сеть. Компьютер, подключенный к модему, устанавливал связь с провайдером, который выделял ему канал и давал доступ. Такой процесс назывался дозвон. В связи с тем, что с того времени технологии шагнули далеко вперед, то такое соединение уже мало где встретишь. Хотя они еще встречаются в местах с низким населением или в отдельных странах. Давайте посмотрим, как выглядели эти устройства.

Модем от компании Zyxel

Модем от компании U.S. Robotics

Позже появились и сетевые адаптеры со встроенным модемом. То есть телефонная линия соединялась напрямую с компьютером. Ниже привожу один из таких образцов.

Долго я возился с вопросом, чтобы собрать простую лабораторку и показать, как это раньше работало. Вышло что то непонятное, но интересное.

Итак, что есть что. У нас есть 2 компьютера с модемными интерфейсами. И подключенные к облаку(это своеобразная эмуляция глобальной сети. Устройство с множеством интерфейсов) при помощи телефонного кабеля. И слева располагается маршрутизатор, соединенный 2-мя телефонными кабелями с облаком. Покажу, как менять интерфейсы на компьютере.

1) Отключаем питание.
2) Вытаскиваем разъем при помощи мышки и тянем в колонку с модулями.
3) Выбираем модемный модуль и вставляем его на пустое место.

И включаем питание обратно.

Такую же операцию проделываем с маршрутизатором.

1) Выключаем питание.
2) Выбираем модуль и вставляем в один из свободных слотов.
3) Включаем питание обратно.

Теперь перейдем к настройке маршрутизатора. Суть в том, что через CLI повесить адреса на новые модули не получится, ибо в CPT это оказалось не предусмотрено. Но можно это сделать через вкладку «Config».

Дальше создадим 2 DHCP пула (то есть на каждый компьютер свою подсеть) и заранее исключим IP-адреса, которые уже используются на маршрутизаторе.

Router#configure terminal — переходим в режим глобальной конфигурации.
Router(config)#ip dhcp excluded-address 192.168.1.1 — исключаем из выдачи адрес, который висит на интерфейсе Modem 0/3/0.
Router(config)#ip dhcp excluded-address 192.168.2.1 — исключаем из выдачи адрес, который висит на интерфейсе Modem 0/3/1.
Router(config)#ip dhcp pool FOR-PC1 — создаем пул для PC1
Router(dhcp-config)#network 192.168.1.0 255.255.255.0 — анонсируем сеть.
Router(dhcp-config)#default-router 192.168.1.1 — указываем основной шлюз.
Router(config)#ip dhcp pool FOR-PC2 — создаем пул для PC2
Router(dhcp-config)#network 192.168.2.0 255.255.255.0 — анонсируем сеть.
Router(dhcp-config)#default-router 192.168.2.1 — указываем основной шлюз.

Для того, чтобы компьютеры смогли подсоединиться, они должны пройти аутентификацию. Для этого создадим логин и пароль (он будет одинаковым для двух компьютеров).

Router(config)#username admin password nimda — создаем пользователя с логином: admin и паролем:nimda.

Сохраняем конфигурацию и переходим к настройке нашего облака. Для начала посмотрим, какой интерфейс куда смотрит.

Теперь им нужно присвоить номера. Для простоты воспользуюсь 3-х значными номерами.

Modem4 = 111
Modem5 = 222
Modem1 = 333
Modem0 = 444

Немного не по порядку, но это не главное. На данном этапе базовая настройка закончена и настало время проверить работу. Открываю PC1 и перехожу на вкладку Desktop.

Я думаю, как вы догадались, нужна вкладка Dial-up. Открываем ее.

Открывается окно, где надо ввести логин, пароль и номер. Вводим, как на картинке. И нажимаем кнопку Dial.

Видим, что соединение установилось. О чем свидетельствует Status: Connected и зеленые огни на схеме. Раз соединение установлено, запросим IP адрес у DHCP сервера. Переходим на вкладку Desktop и выбираем IP Configuration.

Выбираем DHCP, и компьютер получает адрес из нужной подсети. Отлично!
Теперь проделаем аналогичные процедуры со вторым компьютером.

Обратите внимание, что логин и пароль тот же, а номер другой.

Установилось соединение.

Получаем адрес 192.168.2.2. Адрес получен из второго пула, как и было задумано.
Воспользуемся командой ping и достучимся до PC2 с компьютера PC1.

Пинг проходит, правда с задержкой. Но это уже погрешности.
Задачей было показать, как работает dial-up, с чем мы справились. Скачивайте и пробуйте!

Это наверное последнее устройство, которое мы рассмотрим. Конечно, это не предел, и их огромное количество. Есть еще всевозможные брендмауеры (программные и аппаратные), голосовые шлюзы для IP телефонии, беспроводные устройства. Но это уже специфичное оборудование, и рассматривать в этом цикле не вижу смысла, так как это уже будут не основы, а целая энциклопедия по сетевым устройствам.

Осталось упомянуть про используемые в наше время кабели. Самый часто встречаемый кабель — это медная витая пара (англ. twisted pair). Передает она сигналы при помощи электрических сигналов. Как видно из названия, она использует попарно скрученные проводники, которые изолированы между собой. Свивание позволяет уменьшить влияние электромагнитных полей от внешних источников. На сегодняшнее время самыми популярными категориями являются 5e и выше. Вот начиная с данной категорией пары проводов скручиваются с разной интенсивностью, что позволяет уменьшить помехи, которые они создают и мешают друг другу. Витая пара бывает экранированная и неэкранированная. Если маркировка кабеля начинается с буквы U, то это означает, что кабель неэкранированный. Буква S означает, что в качестве экрана используется проволочная оплетка, а если F, то в качестве экрана используется фольга.

Например, если вы встретите маркировку U/UTP (Unshielded Twisted Pair) — то это обычная витая пара без экрана. А, например, F/UTP (Shielded Twisted Pair) означает, что кабель экранирован фольгой, но сами скрученные провода без экрана. То есть первая буква указывает на общий экран кабеля, а после знака «/» указывается экранирование самих проводов. Вот маркировка F/FTP означает, что каждая пара экранирована фольгой и дополнительно все пары помещены в еще один экран из фольги.

Приведу хорошую картинку по видам экранирования:

Скажу еще пару слов о категориях кабеля. Чем она выше, тем выше скорость передачи и полоса пропускания. Приведу краткое сопоставление категории кабеля к скорости и полосе пропускания. Этих таблиц в Интернете огромное количество, но чтобы вы не искали, я ее продублирую.

Категория 1 (полоса пропускания 100 Гц.) — до 56 Кбит/с.
Категория 2 (полоса пропускания 1 МГц.) — до 4 Мбит/с.
Категория 3 (полоса пропускания 16 МГц.) — до 10 Мбит/с.
Категория 4 (полоса пропускания 20 МГц.)- до 16 Мбит/с.
Категория 5 (полоса пропускания 100 МГц.) — до 100 Мбит/с.
Категория 5e (полоса пропускания 125 МГц.) — до 100 Мбит/с при использовании 2 пар и до 1 Гбит/с при использовании 4 пар.
Категория 6 (полоса пропускания 250 МГц.) — до 1 Гбит/с при использовании 4 пар и
до 10 Гбит/с при длине кабеля не более 55 м.
Категория 6e (полоса пропускания 500 МГц.) — до 1 Гбит/с при использовании 4 пар и
до 10 Гбит/с при длине кабеля не более 100 м.
Категория 7 (полоса пропускания 600 МГц) — до 10 Гбит/с при использовании 4 пар.
Категория 7a (полоса пропускания 700-1200 Мгц) — до 10 Гбит/с при использовании 4 пар, до 40 Гбит/с при длине кабеля не более 50м и до 100 Гбит/с при длине кабеля не более 15м.

Несмотря на их количество, в повседневном использовании фигурируют 5e и 6. Этого вполне достаточно, чтобы подключить пользователей к современной инфраструктуре. А в связи с последними новостями, был утвержден новый стандарт 802.3bz. Он позволит увеличить максимальный лимит скорости до 2.5 и 5 Гбит/с, используя прежние кабели 5e и 6. Так что у них еще есть будущее.

На конце витой пары крепится коннектор 8P8C (что означает 8 позиций на 8 контактов), который многие называют RJ-45.

Соединяется он с кабелем при помощи специального инструмента, который называется кримпер.

Я считаю, что этот инструмент должен быть у каждого админа.

Далее идут волоконно-оптические кабели (англ. optic fiber cable). Сейчас они являются основой современного Интернета, так как могут передавать данные на дальние расстояния и практически не подвержены затуханиям. Если говорить об их конструкции, то все они имеют схожее строение.

1) В центре расположена сердцевина (ее еще называют ядром). Она является главной светопередающей частью. Изготавливается она из кварцевого стекла.
2) Далее идет оболочка (альтернативное название демпфер). Его главная задача — это не дать излучению покинуть пределы ядра. То есть это своеобразная граница. Тоже, как и сердцевина, состоит из кварцевого стекла, однако, показатель преломления у оболочки ниже. Это нужно для того, чтобы он смог полностью отразить свет.
3) И последняя часть — это защитная оболочка.

Это основные составляющие волоконно-оптического кабеля. Как писалось раньше, состоит он практически из стекла, а значит очень хрупок. Если, например, витая пара может работать, даже, если повреждена внешняя изоляция, кабель согнут в 10 местах и по нему постоянно ездит стул, то для оптоволокна это очень критично. Изгиб можно проводить только под определенным углом, который зависит от длины кабеля. В этом его недостаток. Но есть и огромные преимущества. Если длина витой парой без усилительных участков не может превышать 100 метров. То, например, для многомодового волоконно-оптического кабеля, это 500 м, а для одномодового около 10 км.

Раз уж дошли до одномодовых и многомодовых кабелей, давайте разберем их более подробно. Я не буду сильно вдаваться в физику кабелей, а покажу базово. И в конце в сравнении покажу, где какой использовать.
Начнем с многомодового кабеля.

При помощи такого кабеля можно передавать несколько световых сигналов, которые будут отличаться между собой длинами волн и фазами. Чтобы корректно передавать несколько сигналов, нужно брать и сердцевину большего размера. А это говорит о том, что чем больше диаметр сердечника, тем большее рассеивание это вызовет. Что в свою очередь приведет к затуханию сигнала и потребуется увеличить число повторителей. Такие кабели уместно применять, когда надо соединить 2 точки, расстояние между которыми не больше 500 м. В качестве источника сигнала, в многомодовых кабелях применяют светодиод, который при помощи света создает битовую последовательность.

Теперь поговорим об одномодовом кабеле.

Думаю понятно, из названия, что данный кабель передает только один световой несущий сигнал. Сердцевина у него значительно меньше, чем у многомодового кабеля. А раз сердцевина меньше, то и, соответственно, затухание у такого сигнала будет меньше. Не потребуется использовать большое количество повторителей, что позволит сэкономить. А учитывая, что передает он на 10 км, то экономия будет существенная. Если для многомодового кабеля источником света служил светодиод, то для одномодовых кабелей используют лазер, так как он проецирует более мощный луч света.

Пришло время сравнения. Итак, что лучше? Здесь нет однозначного ответа. По техническим параметрам лучше одномодовый, но он значительно дороже обходиться в цене и обслуживании. Сами кабели практически равны в цене, однако используемое оборудование для одномодовых кабелей гораздо дороже. Если у вас 2 здания, которые находятся в 200 метрах друг от друга, то зачем покупать более дорогое оборудование и прокладывать одномодовый кабель, когда с этой задачей вполне справится многомодовое соединение и обойдется гораздо дешевле. Другая ситуация, когда между двумя точками большое расстояние, то целесообразнее, конечно, прокладывать одномодовый кабель. Несмотря на дороговизну активного оборудования, дополнительного оборудования не понадобится, а если и понадобится, то не в таком количестве. Так что выбор зависит от ситуации и финансов.
Вот так выглядит современный оптоволоконный кабель с коннектором.

Если для соединения витой парой было достаточно кримпера, то с оптоволокном все тяжелее. Для его соединения требуется сварочный аппарат.

Еще один кабель, который стоит упомянуть это serial или последовательный. Кабель, предназначенный для соединения 2-х сетевых устройств. Сама технология двухточечного соединения очень древняя, но тем не менее до сих пор встречается и многие устройства работают с ней. Главное требование к устройству, это поддержка канального уровня (то есть 2 уровень по модели OSI), так как устройства должны решить, кто из них главный. Главное устройство нужно для того, чтобы оно продиктовало скорость канала. Для этого ввели 2 понятия DCE (Data Communication Equipment) и DTE(Data Terminal Equipment). Обычно DCE устройством является провайдер, а DTE маршрутизатор в локальной сети. Коннекторов к этому виду кабеля было также огромное количество. Приведу самый последний вид, который использует Cisco.

Ну и напоследок расскажу про консольный (англ. rollover) кабель. Если предыдущие кабели предназначались для передачи данных между устройствами, то этот кабель используется для настройки сетевых устройств. Таких как коммутаторы, маршрутизаторы и другие устройства, которые имеют консольный интерфейс. Вот один из них:

Разъем с 8P8C (RJ-45) соединяется с устройством, а разъем COM (широкий) с компьютером. Но учитывая, что COM порты вымирают и на современных компьютерах их редко встретишь, на рынке стали появляться более современные. Например образец ниже, где COM разъем заменен на USB.

Вот и подошла к концу 4-ая часть. Очень долго я ее писал. Началась сессия и катастрофически не хватало времени. В лучшем случае писал по несколько предложений в день. А бывали дни, когда садился писать, но в голове не мог связать двух предложений и закрывал крышку ноутбука. Спасибо всем, кто дождался и отдельное спасибо тем ребятам, которые интересовались выходом статьи, что сильно мотивировало и подталкивало. Читайте на здоровье!