Свитч (коммутатор)

1. Введение

1.1 Назначение документа

Настоящий документ представляет собой подробное описание сетевого устройства — свитча (коммутатора). Целью данного документа является предоставление полной информации о функциональном назначении, архитектуре, принципах работы, типах, применении и основных характеристиках коммутаторов.

1.2 Определение

Свитч (коммутатор) — это сетевое устройство, работающее на канальном уровне модели OSI (уровень 2), предназначенное для соединения нескольких устройств в пределах одной локальной сети (LAN). Коммутатор передаёт данные только между заданными узлами, используя MAC-адреса.

Некоторые современные свитчи работают также на сетевом уровне (уровень 3) и поддерживают управление VLAN, маршрутизацию и QoS.

2. Основные функции свитча

Фильтрация и перенаправление трафика
Передача данных только нужному получателю на основе MAC-адресов.
Обучение таблицы MAC-адресов
Запоминание MAC-адресов устройств, подключённых к портам.
Поддержка VLAN (Virtual Local Area Network)
Логическое разделение сети на сегменты для повышения безопасности и управления трафиком.
Управление качеством обслуживания (QoS)
Приоритезация трафика для обеспечения лучшей производительности важных сервисов.
Поддержка протоколов резервирования (STP, RSTP, MSTP)
Предотвращение петель в сетях с избыточными связями.
Порты с разной скоростью
Поддержка Fast Ethernet (10/100 Мбит/с), Gigabit Ethernet (1 Гбит/с), 10 Gigabit Ethernet (10 Гбит/с).
Командная строка (CLI) и интерфейсы управления
Возможность конфигурации через CLI, Web-интерфейс, SNMP, SSH, Telnet.

3. Классификация свитчей

3.1 По уровню управления:

Неуправляемые (Unmanaged Switches)
Простые устройства без возможности настройки. Используются в домашних и малых офисных сетях.
Управляемые (Managed Switches)
Полный контроль над параметрами сети: VLAN, QoS, STP, ACL и др. Используются в корпоративных сетях.
Smart (Web-managed) Switches
Упрощённая версия управляемых свитчей. Настройка через веб-интерфейс.

3.2 По способу установки:

Настольные (Desktop)
Монтажные (Rackmount) – для установки в серверные стойки.
Промышленные (Industrial Switches) – для суровых условий эксплуатации.

3.3 По поддержке PoE:

PoE (Power over Ethernet) – питание по Ethernet-кабелю.
PoE+, PoE++ (UPoE) – увеличенная мощность питания.

3.4 По количеству портов:

5, 8, 16, 24, 48 портов и более.

4. Архитектура свитча

Типичный коммутатор состоит из следующих компонентов:

Компонент	Описание
Процессор (CPU)	Обрабатывает задачи коммутации и управления.
Оперативная память (RAM)	Хранение временных данных, буферизация пакетов.
Flash-память	Хранение прошивки и конфигураций.
Порты Ethernet	Интерфейсы для подключения клиентских устройств или других сетевых узлов.
Backplane / ASIC-чипы	Обеспечивают высокую пропускную способность между портами.
Интерфейс управления	CLI, Web-интерфейс, SNMP, SSH, Telnet.

5. Принцип работы свитча

Обнаружение MAC-адреса источника при получении кадра.
Запись в таблицу MAC-адресов: связывает MAC-адрес с номером порта.
Поиск MAC-адреса получателя в таблице.
Передача кадра либо конкретному порту (одноадресная передача), либо всем портам (широковещательная передача).
Обновление таблицы MAC-адресов по мере поступления новых кадров.

6. Таблица MAC-адресов

Таблица MAC-адресов содержит информацию о том, какие устройства подключены к каким портам. Пример:

MAC-адрес	Порт	Возраст (Age)
00:1A:2B:3C:4D:5E	3	10 секунд
00:0D:3C:5F:6A:7B	5	5 секунд
FF:FF:FF:FF:FF:FF	Все порты	—

7. Протоколы и технологии, поддерживаемые свитчами

STP (Spanning Tree Protocol) – предотвращает петли в сети.
RSTP (Rapid STP) – ускоренная версия STP.
MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol) – позволяет создавать несколько деревьев покрытий для VLAN.
LLDP (Link Layer Discovery Protocol) – обмен информацией между соседними устройствами.
VLAN Tagging (IEEE 802.1Q) – метки VLAN для сегментации сети.
Trunk Port – порт, передающий трафик нескольких VLAN.
Access Port – порт, принадлежащий одной VLAN.
Port Mirroring – зеркалирование портов для анализа трафика.
LACP (Link Aggregation Control Protocol) – объединение нескольких физических каналов в один логический.

8. Безопасность

Коммутаторы должны быть защищены от следующих угроз: - Неавторизованный доступ к интерфейсу управления. - ARP spoofing. - MAC flooding. - VLAN hopping.

Меры безопасности: - Аутентификация по портам (802.1X). - Ограничение количества MAC-адресов на порту. - Отключение неиспользуемых портов. - Шифрование управления (SSH вместо Telnet). - Использование ACL (Access Control List).

9. Примеры популярных брендов и моделей

Бренд	Примеры моделей	Назначение
Cisco	Catalyst 2960, Catalyst 9200	Корпоративные свитчи
D-Link	DGS-1210, DXS-1210	Управляемые и Smart свитчи
TP-Link	TL-SG1016DE, T1600G-28TSCK	Домашние и офисные
MikroTik	CRS328, CRS317	Для провайдеров и корпоративных сетей
HPE	Aruba 2530, Aruba 2930M	Enterprise решения

10. Сравнение свитча с маршрутизатором и хабом

Характеристика	Хаб	Свитч	Роутер
Уровень OSI	1 (физический)	2 (канальный)	3 (сетевой)
Фильтрация трафика	Нет	Да (по MAC)	Да (по IP)
Поддержка NAT	Нет	Нет	Да
Поддержка VLAN	Нет	Да	Иногда
Маршрутизация	Нет	Нет	Да
Безопасность	Низкая	Средняя	Высокая

11. Заключение

Свитч играет ключевую роль в построении локальных сетей. Он обеспечивает эффективную и безопасную передачу данных между устройствами внутри одной сети. Современные коммутаторы являются гибкими и мощными устройствами, поддерживающими продвинутые функции управления, безопасности и качества обслуживания.

12. Приложения

12.1 Глоссарий

MAC-адрес – уникальный идентификатор сетевого устройства.
VLAN – виртуальная локальная сеть.
STP – протокол предотвращения петель.
PoE – питание по Ethernet-кабелю.
Trunk – порт для передачи нескольких VLAN.