From Wikipedia, the free encyclopedia
Într-o rețea de computere, un switch, pronunțat /swɪtʃ/ sau /suuici/, din engleză pentru „comutator”, folosit și swici (pl. swiciuri), cu declinările swiciul, swiciului, swiciurile, swiciurilor [1][2] adaptat conform regulilor limbii române, abreviat SW, este un dispozitiv care realizează interconectarea diferitelor segmente de rețea pe baza adreselor MAC, trimițând datele de la un dispozitiv la altul pe baza adreselor MAC sursă și destinație.
Un switch folosește impulsuri electrice intermitente, în sistem binar, pentru comunicare. Informația în sistemele informatice se transmite în sistemul binar 1/0 pornit/oprit. Pentru o mai bună înțelegere cum se trimite informația prin cablurile conectate la un switch sau la un hub, se poate face o paralelă cu transmiterea mesajelor folosind codul Morse. În codul Morse avem . punct (semnal electric scurt) și – linie (semnal electric mai lung) separate de o pauză în transmitere, cu care în diverse combinații, se poate transmite o literă, de exemplu S este format din 3 puncte. Aparatele Morse trimit mesajele prin cablu (prin semnal electric intermitent) dar și utilizând lanterne (prin lumină intermitentă) sau prin unde radio (prin lumină invizibilă pentru ochiul uman intermitentă). Operatorul apăsând un comutator pentru a opri sau porni curentul electric sau activând și dezactivând emițătorul de unde electromagnetice. De exemplu textul SOS în Morse este . . . _ _ _ . . . iar în binar este 01010011 01001111 01010011. În esență principiul de transmitere a informației este același.
Dispozitivele hardware denumite switch-uri realizează conexiuni de date transmise cu o rată de 10, 100, 1000 sau chiar 100000 MB pe secundă , în mod semi-duplex sau duplex integral dar și pentru datele primite per port sau slot de conectare a unui cablu pe cupru sau adaptor pentru fibră optică. În mod uzual, dar eronat, pentru aceste rate de transfer se folosește și expresia de "viteză de transfer" sau "viteză de rețea" , însă termenul "viteză" e impropriu folosit deoarece la un echipament de rețelistică se măsoară câte date, sau uneori se măsoară câte pachete, trec printr-un punct, de exemplu la intrarea pe un port. Așadar, rata de transfer nu se calculează în funcție de lungimea firului de transmitere, însă date se pot pierde din cauza lungimii firului, dar și a altor factori precum mufarea defectuoasă. La calculul unei rate nu se utilizează distanța.
Un swici poate fi descris ca un echipament ce permite accesul prin fir la o rețea de calculatoare.
Un swici este un dispozitiv esențial de extindere a rețelei, care necesită (obligatoriu) alimentare electrică și retransmite informația primită către destinația specificată în pachetul de date, folosind impulsuri electrice.
Capacitatea totală de comutare a unui switch sau "switching capacity" (engleză) reprezintă cantitatea maximă de date pe care swiciul o poate procesa într-un interval de timp dat. Aceasta se măsoară în gigabiți pe secundă (Gbps) și indică cât de eficient poate transfera date între porturile sale, formula de calcul fiind:
Capacitatea de comutare a unui swici = număr porturi x rata portului x 2 (pentru full-duplex)
Ca exemplu, pentru un swici de 5 porturi RJ45 din care 4 sunt la 100 Mbps si unul la 1 Gbps, toate full-duplex, se calculează astfel: 4 porturi x 100 Mbps x 2 (suportă full-duplex) + 1 port x 1000 Mbps x 2 (suportă full duplex) = 2,8 Gbps.
Porturile Ethernet standard acceptă în principal conectori RJ-45, care sunt utilizați pentru cabluri cu perechi răsucite (twisted pair cables). Acestea sunt cele mai comune și sunt folosite pentru majoritatea conexiunilor de rețea cu fir. Cu toate acestea, există și alte tipuri de conectori care pot fi folosiți în contextul Ethernet, cum ar fi:[3]
Comunicarea simplex este un mod de transmisie unidirecțional. În acest caz, un dispozitiv poate trimite date, dar nu poate primi date. Ca exemplu, tastatura care poate introduce date, dar nu poate primi înapoi.
Half Duplex (semi-duplex) permite comunicarea bidirecțională, dar doar un dispozitiv poate transmite la un moment dat, nu e comunicare simultană. Un exemplu este walkie-talkie-ul, unde mesajul este transmis unidirecțional, dar în ambele direcții, însă așteptând de fiecare dată ca cealaltă persoană să termine de vorbit și să permită apoi celuilalt să răspundă.
Full Duplex (duplex integral) permite transmisia bidirecțională simultană. Adică, dispozitivele pot trimite și primi date în același timp. Exemplu, rețeaua telefonică, unde comunicarea se întâmplă simultan în ambele direcții.
Adresa MAC (Media Access Control) este un identificator unic de 48 de biți atribuit din fabrică interfeței Ethernet a fiecărui dispozitiv. Aceasta este utilizată pentru a identifica în mod unic un dispozitiv la nivelul 2 al modelului OSI.
Tabela MAC (tabelul MAC) este o componentă esențială a unui swici și nu este altceva decât o listă internă păstrată de swici pentru a urmări adresele MAC ale dispozitivelor care fac trafic prin el și interfețele, porturile, sloturile de pe swici prin care poate comunica cu ele.
Swiciul învață și memorează adresele MAC, astfel, când un frame Ethernet este primit de un swici, acesta înregistrează adresa MAC sursă și portul asociat în tabela sa. Dacă adresa de destinație nu este în tabel, swiciul trimite frame-ul către toate porturile, cu excepția portului pe care a fost primit. Când nodul, dispozitivul de destinație răspunde, adresa MAC a acestuia este înregistrată în tabela de adrese. Astfel, tabela MAC permite swiciului să trimită datele (cadrele Ethernet) către portul exact necesar pentru a ajunge la destinație, în loc să le transmită pe toate porturile.
Așadar, tabela MAC conține înregistrări care asociază adresele MAC cu porturile swiciului și, dacă este cazul, cu VLAN-urile.
Tipuri de intrări în tabela MAC:
Utilizarea extinderilor și adaptoarelor special proiectate fac posibilă realizarea unui număr mare de conexiuni utilizând diverse medii de rețea precum pe cablu de cupru sau fibră optică, incluzând tehnologii utilizate curent, precum Ethernet, Fibre Channel, ATM, IEEE 802.11.
Dacă într-o rețea sunt prezente doar switch-uri și nu există huburi, atunci domeniile de coliziune sunt fie reduse la o singură legătura, fie (în cazul în care ambele capete suportă duplex integral) eliminate simultan. Principiul unui dispozitiv de transmisie hardware cu multe porturi poate fi extins pe mai multe straturi, rezultând switch-ul multi-strat (multilayer).
Un Hub este cel mai simplu dispozitiv multi-port. Totuși, tehnologia folosită este considerată depășita din moment ce un hub retrimite orice pachet de date primit la toate porturile sale cu excepția celui de la care l-a primit. Atunci când se folosesc calculatoare multiple viteza scade rapid și încep să apară coliziuni care încetinesc și mai mult conexiunea. Prin folosirea switch-ului acest neajuns a fost rezolvat.
Există 4 metode de retransmitere a datelor:
Notă: Metoda cut through apelează la stochează și transmite dacă portul destinație este ocupat în momentul sosirii pachetului. Metodele nu sunt controlate de utilizator, constituind sarcinile exclusive ale switch-ului.
Switch-urile de rețea pot fi clasificate în mai multe moduri, în funcție de diferite criterii. Iată câteva dintre cele mai comune categorii:
În esență un swici poate fi poziționat în oricare dintre punctele din rețea însă unele au caracteristici specifice.
Când se face referire la rata portului, se specifică rata maximă de transmitere (trimitere) a datelor pentru un singur port. Se presupune că această rată este identică și pentru primirea (recepționarea) datelor, pe același port, în condițiile în care portul funcționează în modul full-duplex. Aceasta înseamnă că, dacă un port are o rată de 1 Gbps, atunci poate trimite și primi date la această rată în același timp, fără a reduce performanța. În acest exemplu, portul poate gestiona o rată totală de trafic de 2 Gbps, împărțită egal între transmitere și primire. Este important să se verifice dacă echipamentul de rețea suportă modul full-duplex pentru a beneficia de această capacitate.
Frecvența este o proprietate a unui cablu și măsoară rata la care un semnal va circula în fiecare secundă. 1 MHz este egal cu 1 milion de cicluri pe secundă. Cat5 poate gestiona până la 100 de milioane de semnale pe secundă (sau 100 MHz). Categoria de cablu cu cea mai mare lățime de bandă este în prezent Cat8 cu 2 miliarde (2 GHz) semnale pe secundă, de 20 de ori mai multe decât Cat5. Rata de date și frecvența sunt termeni asociați, dar nu sunt aceiași. Frecvențele mai înalte transportă mai mulți 1 și 0, permițând transmiterea mai multor biți de date pe secundă. De exemplu, cablurile Cat5 au o relație unu-la-unu între lățimea de bandă și rata de date: astfel la frecvența de 100 MHz poate transmite 100 Mb pe secundă.[4]
| Categorie cablu Ethernet | Rată maximă de trimitere a datelor informatice | Frecvență utilizată pe fir pentru transmitere | Distanță maximă de transmitere la rata maximă | Utilizare și comentarii adiționale |
|---|---|---|---|---|
| Category 1 | 1 Mbps | 0.4 MHz | Telefonie și modemuri | |
| Category 2 | 4 Mbps | 4 MHz | Telefonie | |
| Category 3 | 10 Mbps | 16 MHz | 100 m (328 ft.) | 10BaseT Ethernet |
| Category 4 | 16 Mbps | 20 MHz | 100 m (328 ft.) | Token Ring |
| Category 5 | 100 Mbps | 100 MHz | 100 m (328 ft.) | 100BaseT Ethernet |
| Category 5e | 1 Gbps | 100 MHz | 100 m (328 ft.) | 100BaseT Ethernet, case rezidențiale |
| Category 6 | 1 Gbps | 250 MHz | 100 m (328 ft.)
10Gb at 37 m (121 ft.) |
Gigabit Ethernet, birouri |
| Category 6a | 10 Gbps | 500 MHz | 100 m (328 ft.) | Gigabit Ethernet in data centers and commercial buildings |
| Category 7 | 10 Gbps | 600 MHz | 100 m (328 ft.) | 10 Gbps Core Infrastructure |
| Category 7a | 10 Gbps | 1000 MHz | 100 m (328 ft.)
40Gb at 50 m (164 ft.) |
10 Gbps Core Infrastructure |
| Category 8 | 25 Gbps (Cat8.1)
40 Gbps (Cat8.2) |
2000 MHz | 30 m (98 ft.) | 25 Gbps/40 Gbps Core Infrastructure |
Ecranarea cablurilor este un strat de material care este înfășurat în jurul firelor din interiorul unui cablu pentru a reduce interferențele și pentru a îmbunătăți calitatea semnalului. Ecranarea ajută la prevenirea interferențelor electromagnetice externe (EMI) și a interferențelor de frecvență radio (RFI) care afectează transmisia de date prin cablu.
Cablurile Ethernet ecranate pot utiliza două tipuri de ecranare:
| Denumire ISO/IEC 11801 | Abrevierea industriei | Ecranarea firelor, conductorilor | Ecranarea cablului |
|---|---|---|---|
| U/UTP | UTP sau TPP | Niciunul | Niciunul |
| F/UTP | FTP sau STP | Folie | Niciunul |
| S/UTP | STP | Împletitură | Niciunul |
| SF/UTP | SFTP sau STP | Împletitură & Folie | Niciunul |
| U/FTP | STP | Niciunul | Folie |
| F/FTP | FFTP | Folie | Folie |
| S/FTP | SFTP | Împletitură | Folie |
| SF/FTP | SFTP sau SSTP | Împletitură & Folie | Folie |
| S/STP | SSTP | Împletitură | Împletitură |
Prima categorie nu posedă interfață de configurare. Ele se regăsesc uzual în mediile SOHO (LAN și Small office/Home office). Aceste tipuri de dispozitive sunt cunoscute ca switch-uri fără management sau fără gestionare.
Opțiunile de configurație pentru switch-urile din a doua categorie variază în funcție de producător și de model. Modelele mai vechi utilizează o consolă serială. Dispozitivele mai recente folosesc o interfață grafică (GUI) web în care se pot configura diverse setări și monitoriza traficul și starea dispozitivului dar se poate utiliza și linii de comandă (CLI), pentru acest lucru. Ca exemplu, utilizatorul se poate conecta prin Telnet și executa diverse comenzi Command-Line Interface și modifica configurația dar și vizualiza diverse informații.
Aceste tipuri de swiciuri, fie că se pot gestiona prin CLI sau interfață grafică, sunt cunoscute ca switch-uri cu management sau cu gestionare.
Swiciurile pot fi gestionate și unificat, centralizat dintr-o platformă de gestionare instalată în rețeaua locală (on-premises), software instalat pe un server, sau dintr-o platformă cloud, de la distanță. Swiciurile sunt adoptate în aceste platforme și pot fi administrate și monitorizate mai multe în același timp sau fiecare separat într-un mod unificat. Mai nou, multe echipamente pot fi gestionate și cu ajutorul unei aplicații de smartphone, care de obicei accesează datele și echipamentele din platforma cloud.
În plus, există și swiciuri stackable (stacabile, stivuibile), care pot fi grupate, stivuite, într-un "stack" pentru a funcționa ca o unitate unică gestionabile dintr-o interfață locală de management unică pentru toate switch-urile din "stack". Dacă o parte a stack-ului eșuează, rețeaua continuă să funcționeze. Acestea sunt utilizate în rețelele de dimensiuni medii și mari. Un switch stackable este un dispozitiv de rețea care poate funcționa independent, dar poate fi configurat să opereze împreună cu unul sau mai multe alte switch-uri de rețea. Această grupare de switch-uri prezintă caracteristicile unui singur switch, dar are capacitatea totală de porturi a tuturor switch-urilor combinate.[5]
Ca exemplu, IP-COM G5528X-EI e un switch cu montare în rack de 19 țoli, cu interfață grafică web de gestionare și configurare prin linie comandă, cu caracteristici L3, stivuibil, care are 24 porturi RJ45 dar și 4 sloturi SFP+, care două dintre aceste sloturi SFP+ sunt "stack link" prin care se face exclusiv legătura cu alte switch-uri din "stack". Iar sistemul permite un grup stivuibil de până la 6 swiciuri.[6]
Posibile caracteristici configurabile, însă aplicabile pentru orice swici cu gestionare:
Utilizând un comutator fizic se poate seta un mod de lucru (mod de operare) dintre două sau mai multe moduri preconfigurate, programate din fabrică. Toate acestea ajută inginerii, tehnicienii și implicit companiile la reducerea costurilor, timpilor de implementare și erorilor de configurare.
Ca exemplu, un switch IP-COM F1118P-16-150W are un comutator pe panoul frontal care permite selectarea a unui mod de lucru dintre cele 4:
Deseori, aceste tipuri de swiciuri sunt incluse la categoria swiciurilor fără management, însă pot fi și o categorie separată față de cele deloc configurabile și cele cu interfață grafică de gestionare (GUI) sau prin linie comandă (CLI). Aceste swiciuri nu au interfață de configurare iar modurile de lucru nu pot fi personalizate.
Swiciurile PoE (Power over Ethernet) sunt dispozitive de rețea care transmit atât datele, cât și energia electrică prin același cablu Ethernet către dispozitivele compatibile, cum ar fi camerele IP, telefoanele VoIP și punctele de acces wireless. Există mai multe standarde stabilite de Institute of Electrical and Electronics Engineers (în limba română „Institutul Inginerilor Electrotehniști și Electroniști”), anume:
Există două componente esențiale într-un sistem Power over Ethernet (PoE): PD (Powered Device) și PSE (Power Sourcing Equipment). Iată o scurtă explicație a diferenței dintre ele:
Există mai multe tehnici de transmitere a curentului pe cablul de rețea Ethernet. Trei dintre acestea au fost standardizate de către Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) în standardul IEEE 802.3 încă din 2003. Cele trei standarde sunt cunoscute ca Alternative A, Alternative B și 4PPoE.
Producători precum Cisco, Netgear, Ubiquiti, Tenda, Dell, IP-COM și TP-Link oferă o varietate de switch-uri PoE, fiecare cu caracteristici și capabilități specifice. De exemplu, Cisco oferă swiciuri PoE cu funcții avansate de securitate și management al rețelei, în timp ce Ubiquiti se concentrează pe soluții accesibile și ușor de configurat. Când se alege un switch PoE, este important să se ia în considerare bugetul total de energie PoE al switch-ului, numărul de porturi PoE necesare, standardele PoE suportate, și caracteristicile suplimentare de securitate și management al rețelei. Iată alte câteva aspecte importante:
Toate swiciurile funcționează la nivelul 2 (L2, Layer 2, layer-2) al OSI.
Swiciurile configurabile se regăsesc în rețele de dimensiuni medii și mari și prezintă un preț și o calitate mai ridicate. Sarcina de configurare necesită de obicei înțelegerea nivelului 2 al OSI însă și nivelul 3. Swiciurile care pot ruta static sau dinamic și care au și alte caracteristici software de nivel 3 sunt cunoscute ca switch-uri L3, uneori L2+. Însă, termenul de L2+ este incorect conform modelului OSI de organizare a informației.
Un switch de nivel L3 are mai multe funcții avansate care îmbunătățesc gestionarea traficului și securitatea într-o rețea. Iată câteva, nu toate, dintre funcțiile cheie ale unui switch L3:
Aceste funcții fac din swiciurile L3 o tehnologie puternică și scalabilă pentru construirea rețelelor de backbone Ethernet de mare viteză. Ele sunt esențiale pentru rețelele complexe care necesită o gestionare avansată a traficului și o segmentare eficientă a rețelei.
MTBF este acronimul pentru Mean Time Between Failures (Timpul Mediu Între Defecțiuni), un indicator cheie de performanță (KPI) utilizat pentru a estima fiabilitatea unui sistem mecanic sau electronic în timpul funcționării normale. MTBF reprezintă timpul mediu estimat între două defecțiuni consecutive ale unui sistem sau componentă care poate fi reparat. Este important de menționat că MTBF nu este o garanție că un sistem va funcționa fără defecțiuni pentru durata calculată, ci mai degrabă o estimare statistică a fiabilității pe termen lung. Un MTBF mai mare indică, în general, o fiabilitate mai mare a sistemului.
Swiciurile industriale de multe ori sunt utilizate în medii exterioare și pot fi clasificate în funcție de mediul și aplicațiile specifice în care sunt utilizate:
Fiecare dintre aceste medii impune cerințe specifice de durabilitate, fiabilitate și performanță, iar swiciurile industriale sunt proiectate pentru a îndeplini aceste cerințe și a asigura o conectivitate neîntreruptă și sigură. Pentru swiciurile industriale utilizate în medii periculoase, dar și pentru swiciurile cu utilizare domestică, există anumite certificări și standarde care trebuie respectate pentru a asigura siguranța și fiabilitatea. Iată câteva dintre cele mai importante:
Swiciurile virtuale (vSwitch, vSwici) sunt esențiale pentru gestionarea traficului de rețea în medii virtualizate, centre de date, oferind flexibilitate, scalabilitate și eficiență în operarea rețelelor de date. Câteva exemple de swiciuri virtuale care sunt utilizate în rețelele de calculatoare:
Diversele platforme cloud oferă servicii de swiciuri virtuale, precum cele din paragrafele de mai jos.
Amazon Web Services (AWS) oferă o serie de servicii de rețea care includ funcționalități de swiciuri virtuale, permițând utilizatorilor să creeze și să gestioneze rețele virtuale complexe. Printre acestea se numără:
O listă de servicii ce includ swiciuri virtuale specifice care sunt oferite de Google Cloud Platform (GCP):
În platforma cloud Microsoft Azure, swiciurile virtuale sunt o parte esențială a infrastructurii de rețea virtualizată. Unul dintre cele mai cunoscute swiciuri virtuale este Azure Virtual Network, care permite crearea de rețele izolate în cloud, cu control complet asupra configurării IP, a tabelului de rutare, a politicii de rețea și a gateway-urilor. De asemenea, Azure oferă Azure Cloud Switch (ACS), care este un sistem de operare modular bazat pe Linux pentru dispozitivele de rețea, cum ar fi swiciurile. ACS permite o mai bună depanare, remediere și testare a erorilor de software. Pentru gestionarea și crearea swiciurilor virtuale în Azure, se utilizează linii comenzi PowerShell sau Interfața Azure Portal pentru a configura și administra swiciurile virtuale.
Hyper-V Virtual Switch este un switch virtual care face parte din tehnologia Hyper-V a Microsoft. Deși este strâns legat de Microsoft Azure, Hyper-V Virtual Switch este mai ales o componentă a Hyper-V, care este o tehnologie de virtualizare disponibilă în Windows Server și Windows 10 Pro, Enterprise și Education. Hyper-V Virtual Switch permite crearea și gestionarea rețelelor virtuale pentru mașinile virtuale (VM-uri) care rulează pe Hyper-V. Acesta oferă funcționalități avansate de rețea, cum ar fi izolarea traficului, filtrele de extensie, și setările de securitate. Deși Hyper-V este utilizat și în cadrul serviciilor Azure, cum ar fi Azure Stack HCI, swiciul virtual Hyper-V este în principal o caracteristică a Hyper-V pe sistemele locale. În Azure, rețelele virtuale sunt gestionate prin Azure Virtual Network, care oferă funcționalități similare de izolare și conectivitate pentru resursele din cloud. Acesta permite utilizatorilor să creeze rețele private în cloudul Azure, cu control complet asupra configurării IP, a tabelului de rutare, a politicii de rețea și a gateway-urilor.
Un swici poate avea o varietate de porturi, conectori și sloturi, fiecare având funcții și scopuri specifice.
Fiecare tip de port și slot are un rol esențial în funcționarea și scalabilitatea unui swici în rețea, permițând configurarea rețelelor în funcție de nevoile specifice ale utilizatorilor.
La un swici se permite conectarea prin mediu ghidat, anume prin cablu pe cupru conectat printr-o mufă RJ45, datele fiind transmise prin impulsuri electrice, sau folosindu-se un adaptor precum transciever (modul fibră optică) pentru conectarea unei fibre optice ce permite trimiterea datelor prin impulsuri optice.
O listă cu principalele tipuri de cabluri pe cupru tip Ethernet care pot fi utilizate pentru a conecta dispozitive la un switch prin conector RJ-45:
Dacă se folosește o fibră optică transformarea semnalului din impuls electric în impuls optic se face în transciever (modul fibră optică). Tipurile de fibră optică și transceiverele utilizate pentru conectarea la un switch sunt variate și depind de cerințele specifice ale rețelei. Iată o descriere generală:
Pentru a alege tipul potrivit de cablu Ethernet, fibră optică și transceiver pentru rețea, este important să fie luați în considerare factori precum distanța de transmisie, viteza rețelei și bugetul PoE disponibil, dacă e cazul.[19]
Articol principal: Punct de acces Wi-Fi
Diferența principală între un Access Point (AP) și un switch constă în modul în care aceste dispozitive gestionează conexiunile de rețea și transmiterea datelor:
În esență, un AP este necesar pentru conectivitatea wireless, în timp ce un switch se ocupă de conexiunile cablate într-o rețea.[20]
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
