Комутатор

Мережевий комутатор (часто вживають жаргонні варіанти світч або свіч від англійського слова «switch» — перемикач) являє собою пристрій для з'єднання декількох вузлів в межах одного або декількох сегментів комп'ютерної мережі. Комутатор, завдяки передачі даних чітко визначеному одержувачу, позбавляє інші сегменти мережі від необхідності обробляти не призначені їм дані. Таким чином, підвищується безпека і продуктивність мережі.

Робота комутатора відбувається на другому (канальному) рівні OSI моделі, тобто зв'язок встановлюється зазвичай тільки між вузлами однієї мережі, використовуючи MAC-адреси. В основу функціонування комутаторів були покладені мостові технології, тому їх можна класифікувати як Багатопортові Мости..

Комутатор формує і зберігає в так званій асоціативної пам'яті таблицю комутації, де записана інформація про відповідність кожному порту комутатора MAC-адреси певного вузла. Спочатку в момент подачі електроживлення на комутатор починається режим навчання, при цьому таблиця комутації порожня. Надходять на який-небудь порт дані передаються на всі інші порти комутатора. Далі комутатор проводить аналіз кадрів (фреймів), визначає MAC-адресу хоста-відправника і заносить його в таблицю. При подальшій роботі, коли на один з портів надходить кадр для хоста, MAC-адреса якого вже занесений в таблицю, цей кадр передається тільки через порт, який вказаний в таблиці. У разі коли MAC-адреса хоста-Одержувача не прив'язаний до будь-якого порту (немає запису в таблиці), кадр відправляється на всі порти комутатора. В процесі роботи для всіх своїх портів комутатор побудує повну таблицю комутації, в результаті чого трафік локалізується, що забезпечує високу швидкість передачі по кожному порту.

Розрізняють три види комутації. Для кожного з них характерні свої параметри - час очікування і надійність передачі.

- Наскрізна комутація (cut-through). Комутатор зчитує в кадрі тільки адресу призначення і після виконує комутацію. Цей режим зменшує затримки при передачі, але в ньому немає методу виявлення помилок.
 - Комутація з проміжним зберіганням (Store and Forward). Комутатор виконує читання всієї інформації в кадрі, перевіряє його на наявність помилок, робить вибір порту комутації і тільки після цього посилає в нього кадр.
- Безфрагментна (або Гібридна) комутація (fragment-free) є модифікацією наскрізного режиму. Передача здійснюється після фільтрації фрагментів колізій (кадр, що має розмір 64 байта, комутатор обробляє за технологією store-and-forward, всі інші кадри - за технологією cut-through).

Час затримки, що виникає в процесі "прийняття комутатором рішення", додається до часу, який кадр витрачає для входу на і виходу з порту комутатора – ця сума і визначає загальний час затримки комутатора.

За властивостями симетричності комутації Комутатори поділяють на симетричні і асиметричні. Перші підтримують з'єднання між портами з однаковою шириною смуги пропускання, другі використовують для комбінування портів з різною швидкістю (наприклад, 100 Мбіт/с і 1000 Мбіт/с або 10 Мбіт/с і 100 Мбіт/с). Асиметрична комутація застосовується при наявності значних мережевих потоків типу клієнт-сервер. У таких випадках зазвичай потрібна велика смуга пропускання для порту, який використовує сервер, щоб уникнути на ньому переповнення. .Асиметричний комутатор як правило має буфер пам'яті і часто використовується також для забезпечення більшої ширини смуги пропускання каналів між комутаторами, що реалізують вертикальне крос-з'єднання.

Для тимчасового зберігання пакетів перед подальшою відправкою комутатор зазвичай використовує буферизацію. Вона також застосовується у випадку, коли адреса призначення тимчасово зайнята. Буфер-це область пам'яті, де комутатор тимчасово зберігає передані дані. Для зберігання даних в буфері пам'яті використовується один з двох методів. Перший з буферизацією по портах, другий - з буферизацією в загальній пам'яті. При буферизації по портах пакети зберігаються в чергах, пов'язаних з певними вхідними портами. Пакет буде переданий на вихідний порт тільки тоді, коли всі пакети, що знаходяться перед ним в черзі, будуть успішно передані. При цьому можлива ситуація, коли один пакет затримає всю чергу через зайнятість пункту свого призначення. Ця затримка може відбуватися навіть у тому випадку, коли інші пакети можуть бути передані на відкриті порти їх пунктів призначення.

При буферизації в загальній пам'яті всі пакети зберігаються в загальному буфері пам'яті, який використовується всіма портами комутатора. Кількість пам'яті для одного порту визначається необхідним для його коректної роботи кількістю. Цей метод отримав назву динамічний розподіл буферної пам'яті. Він дозволяє отримати пакет на одному Порті і відправити його з іншого порту, не встановлюючи його в чергу.

Комутатор підтримує карту портів, в які потрібно відправити пакети. Очищення цієї карти відбувається відразу після успішної відправки пакета.

Оскільки пам'ять буфера є загальною, розмір пакета обмежується всім розміром буфера, а не часткою, призначеною для конкретного порту. Це означає, що великі пакети можуть бути передані з меншими втратами, що особливо важливо при асиметричній комутації, тобто коли порт з шириною смуги пропускання 100 Мб/с повинен відправляти пакети на порт 10 Мб/с.

За сервісним функціоналом Комутатори поділяють на некеровані і керовані. Деякі складні комутатори можуть керувати комутацією трафіку на третьому (мережевому) рівні моделі OSI. Їх називають відповідно Комутатори третього рівня (Layer 3 Switch або скорочено L3). Управління комутатором реалізується з використанням різних протоколів (Web-інтерфейсу, SNMP, RMON від Cisco, т.п.). Більшість керованих комутаторів здатні виконувати додаткові функції, такі як агрегування, QoS, дзеркалювання, VLAN. З використанням складних комутаторів можна реалізувати стекування-об'єднання в одне логічне пристрій декількох однотипних комутаторів. Так досягають значного збільшення портів і як наслідок більшої пропускної здатності.