Сетевой коммутатор или свитч, свич (от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передает данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Свич работает на канальном уровне модели OSI, и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.

Принцип работы коммутатора

Коммутатор хранит в памяти специальную таблицу (MAC-таблицу), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении switch эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом свитч анализирует пакеты данных, определяя MAC-адрес компьютера-отправителя, и заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит пакет, предназначенный для этого компьютера, этот пакет будет отправлен только на соответствующий порт. Если MAC-адрес компьютера-получателя еще не известен, то пакет будет продублирован на все интерфейсы. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется.

Возможности и разновидности коммутаторов

Свичи подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее простые). Более сложные свичи позволяют управлять коммутацией на канальном (втором) и сетевом (третьем) уровне модели OSI. Обычно их именуют соответственно, например Layer 2 Switch или просто, сокращенно L2. Управление свичем может осуществляться посредством протокола Web-интерфейса, SNMP, RMON и т.п. Многие управляемые свичи позволяют выполнять дополнительные функции: VLAN, QoS, агрегирование, зеркалирование. Сложные коммутаторы можно объединять в одно логическое устройство - стек, с целью увеличения числа портов (например, можно объединить 4 коммутатора с 24 портами и получить логический коммутатор с 96 портами).

Коммутатор (switch) – является многопортовой разновидностью моста.
Мосты – это устройства, призванные физически разделить сеть , построенную на
репитерах (повторителях) или хабах,
на несколько доменов коллизий. Коллизия – конфликт передачи, т.е. попытка одновременной передачи
данных несколькими устройствами, что невозможно в рамках одного домена (грубо говоря – внутри одного
канала, шины), так как все слышат всех и наложение сигналов от нескольких устройств искажают информацию,
поэтому передаваемый пакет данных теряется.

Основным отличием моста от повторителя является то, что мост передает между сегментами (своими портами)
лишь нужные пакеты.
Повторитель копирует (повторяет) полученный пакет во все свои порты, кроме того, откуда пакет был получен.
Мост (и коммутатор) поступает более умно. Он сначала выясняет, для кого предназначен полученный им пакет
и передает его лишь на тот порт, за которым и находится получатель.
Если же получатель пакета находится в том же сегменте (за тем же портом) что и отправитель, то пакет уничтожается
(отправитель его и так получил), тем самым остальные сегменты не засоряются паразитным трафиком.

Коммутатор является обучающимся устройством и держит в своей памяти таблицу соответствий MAC адресов хостов (компьютеров) и портов, за которыми эти хосты находятся:

MAC адрес является физическим адресом сетевой карты и не имеет никакого отношения к IP-адресу.
Коммутатор ничего не знает об IP адресах, он работает на более низком уровне.

В соответствии с таблицей MAC-соответствий, коммутатор передает трафик от источника к получателю, пересылая пакеты
от источника лишь в тот порт, к которому подключен получатель.
Таким образом, в четырехпортовом коммутаторе 2 пары хостов (компьютеров)
могут работать одновременно, не мешая и не слыша другую пару. Таблица MAC-соответствий коммутатора
строится оным на основе пассивного анализа трафика, кроме того, устройство имеет возможность запросить у сети (широковещательным
запросом во все свои порты) у какого устройства MAC адрес сетевой карты такой то. Таблица MAC-соответствий
может задаваться и вручную, но это позволяют лишь управляемые коммутаторы. Таким образом,
коммутаторы управляют трафиком на втором уровне модели OSI (канальный уровень).

Кстати говоря, понятия моста несколько шире, чем описано выше. Мост – это устройство, объединяющее
разнородные сегменты среды. Например устройство, транслирующее сигналы из
беспроводной среды (Wi-Fi) в проводную – так же является мостом, большинство ADSL модемов, поставляемых
на рынок – мосты.

Важным следствием из физики работы повторителей является то, что все устройства, подключенные к нему,
могут работать в режиме полу-дуплекса (только прием или только передача данных, но никак не одновременно).
В данный момент повторители практически изжили себя и не используются, так как стоимость коммутаторов
сильно упала (простейшие модели можно купить за 20 долларов и даже ниже).

Важными следствиеми из физики работы коммутатора являются:

• Устройства, подключенные к коммутатору могут работать в режиме полного дуплекса
  (одновременная прием и передача данных), тем самым общая скорость работы между коммутатором и подключенным
  устройством возрастает в два раза;
  
• Устройства, подключенные к разным портам, могут работать на разных скоростях (например 100 Мбит и 1 Гбит) и режимах дуплекса;
  
• На разных портах коммутатора могут быть разные среды передачи, например витая пара и оптика, хотя последнее, конечно, реализуется через отдельные мосты
  

Логика работы коммутаторов позволяет им передавать пакеты сразу, не аккумулируя их во внутреннем буфере
(в отличии от хабов и повторителей), тем самым задержка при передаче пакетов сквозь коммутатор
значительно меньше.
Передача в порт получателя осуществляется как только коммутатор полностью получает заголовок пакета (где и
содержится MAC адрес получателя) и сверяет его по таблице MAC соответствий (после чего в порт
получателя начинает пересылаться заголовок пакета, хотя весь он еще не был получен на порту отправителя). Тем не менее, пакеты могут
аккумулироваться во внутреннем буфере коммутатора, это может произойти по прочине отсутствия в таблице
MAC-соответствий адреса получателя, занятости порта, за которым находится получатель (в это время туда передается
другой пакет) или из-за согласования скоростей между отправителем и получателем.

В данный момент наиболее всего распространены коммутаторы с портами
RJ-45 для витой пары. Используются порты MDI-X типа,
позволяющие подключать компьютеры прямым кабелем, для соединения между
собой коммутаторов используется кросс-овер (перекрестный кабель) или специальный порт Uplink на коммутаторе,
являющийся, по сути, RJ-45 портом MDI типа.

Варианты заделки витой пары под 10 и 100 Мбит
одинаковы, для 100 Мбит нужен лишь кабель 5й категории или выше.

Внешне коммутаторы выглядят так же, как и хабы, но на некоторых моделях напротив
портов находятся индикаторы, указывающие на наличие полу- или полного дуплекса, а так же скорости передачи.
Так же отсутствует общий индикатор коллизий (которые если и возникают, то изолированно на том порте, к которому
подключен хаб).