Что такое коммутатор, хаб и свитч?

В мире сетевого оборудования существует множество устройств, обеспечивающих связь между различными устройствами. Среди них особое место занимают хабы, свитчи (коммутаторы) и маршрутизаторы. Хотя все они выполняют функцию передачи данных, работают они по-разному и предназначены для решения различных задач. В этой статье мы подробно рассмотрим, что такое хаб, свитч и чем они отличаются друг от друга.

Хаб (сетевой концентратор)

Хаб — это простейшее сетевое устройство, работающее на физическом уровне (Layer 1) модели OSI. Его основная функция заключается в ретрансляции полученного сигнала на все остальные подключенные порты. Представьте себе хаб как многопортовый повторитель. Когда на один из портов поступает сигнал, хаб усиливает его и отправляет копию на все остальные порты без разбора, кому именно предназначаются данные.

Принцип работы хаба:

Получает данные через один из портов.
Усиливает полученный сигнал.
Передает усиленный сигнал на все остальные порты.

Особенности хабов:

Простота: Хабы — это очень простые устройства, не требующие сложной настройки.
Низкая стоимость: Как правило, хабы являются самыми дешевыми сетевыми устройствами.
Общая полоса пропускания: Все устройства, подключенные к хабу, делят одну и ту же полосу пропускания. Если несколько устройств пытаются передавать данные одновременно, возникают коллизии (столкновения пакетов), что снижает общую производительность сети.
Один домен коллизий: Вся сеть, подключенная к хабу, находится в одном домене коллизий. Это означает, что коллизии, возникающие на одном порту, влияют на все остальные порты.
Полудуплексный режим: Хабы обычно работают в полудуплексном режиме, что означает, что передача и прием данных не могут происходить одновременно.

Устаревание: В современных сетях хабы практически не используются из-за своей неэффективности и ограничений. Их место заняли более интеллектуальные устройства — свитчи.

Свитч (сетевой коммутатор)

Свитч, или сетевой коммутатор, является более продвинутым сетевым устройством, работающим на канальном уровне (Layer 2) модели OSI. В отличие от хаба, свитч анализирует MAC-адреса (Media Access Control address) устройств, подключенных к его портам, и на основе этой информации устанавливает прямое соединение между отправителем и получателем данных.

Принцип работы свитча:

При подключении устройства к порту свитч запоминает его MAC-адрес и соответствующий порт в своей таблице коммутации (MAC-адресной таблице).
Когда на один из портов поступает кадр данных, свитч анализирует MAC-адрес получателя, указанный в заголовке кадра.
Если MAC-адрес получателя есть в таблице коммутации, свитч пересылает кадр только на тот порт, к которому подключено устройство с этим MAC-адресом.
Если MAC-адрес получателя отсутствует в таблице, свитч может поступить по-разному (в зависимости от типа кадра и настроек), например, отправить кадр на все порты (за исключением порта отправителя) в процессе обучения.

Особенности свитчей:

Интеллектуальная пересылка: Свитчи направляют данные только получателю, что значительно повышает эффективность сети и снижает вероятность коллизий.
Высокая производительность: Благодаря прямой передаче данных свитчи обеспечивают более высокую пропускную способность по сравнению с хабами.
Несколько доменов коллизий: Каждый порт свитча образует отдельный домен коллизий. Это означает, что коллизии, возникающие на одном порту, не влияют на другие порты.
Полнодуплексный режим: Многие современные свитчи поддерживают полнодуплексный режим, позволяя устройствам одновременно отправлять и получать данные.
Управляемые и неуправляемые: Существуют неуправляемые свитчи (plug-and-play), не требующие настройки, и управляемые свитчи, предоставляющие широкие возможности для конфигурации (VLAN, QoS, SNMP и др.).

Применение свитчей: Свитчи являются основным строительным блоком современных локальных сетей (LAN) в офисах, домах и других организациях.

Маршрутизатор (роутер)

Хотя в заголовке статьи речь идет о хабах и свитчах, важно упомянуть и маршрутизатор, чтобы полностью разграничить сетевые устройства. Маршрутизатор — это устройство, работающее на сетевом уровне (Layer 3) модели OSI. Его основная функция заключается в маршрутизации пакетов данных между различными сетями. В отличие от хабов и свитчей, которые работают в пределах одной локальной сети, маршрутизаторы соединяют несколько сетей (например, локальную сеть с Интернетом).

Основные отличия:

Заключение

Хаб, свитч и маршрутизатор — это три различных типа сетевых устройств, каждое из которых выполняет свою определенную роль в обеспечении связи в компьютерных сетях. Хаб является самым простым устройством, осуществляющим широковещательную передачу данных. Свитч — более интеллектуальное устройство, обеспечивающее прямую передачу данных на основе MAC-адресов в пределах одной локальной сети. Маршрутизатор — это сложное устройство, предназначенное для соединения различных сетей и маршрутизации трафика между ними на основе IP-адресов. Понимание различий между этими устройствами является ключевым для проектирования и построения эффективных и надежных компьютерных сетей.