Коммутаторы и маршрутизаторы. Что нужно знать о маршрутизации и коммутации

Многие юзеры не знают, в чём состоит разница между маршрутизаторами и коммутаторами, ошибочно думая, что устройства имеют одинаковый принцип работы и служат для одних и тех же целей. Чтобы понять отличие, необходимо изучить, для чего используются гаджеты, где чаще всего их устанавливают, на чем основано их функционирование. Главный вывод, который можно сделать, - маршрутизатор и коммутатор - это устройства, применяемые для различных задач и целей. При этом они имеют разную стоимость. Стоит отметить, что оба гаджета используются для . Иногда их сравнивают с третьим видом гаджетов - концентратором, который на сегодняшний день является устаревшим и не соответствует современным технологическим требованиям. Информация, приведённая в статье, будет интересна людям, которым интересен принцип построения сети. В некоторых случаях нужно применять один тип устройств, в то время как в других целесообразно установить второй тип.

Switch и маршрутизатор выполняют различные функции внутри сети

Принцип работы коммутатора

Чтобы понять, в чем разница между коммутатором и маршрутизатором, необходимо изучить основы работы этих устройств. Стоит отметить, что коммутатор, который устанавливается для компьютерных сетей, называется сетевым. Такой прибор применяется для подключения разнообразных компьютеров в сеть в пределах нескольких либо одного сегмента. При этом стоит отметить, что используется канальный, то есть второй уровень модели OSI. Первый уровень применяют устаревшие концентраторы. При этом девайс передаёт информацию непосредственно получателю, что повышает безопасность и производительность устройства по сравнению с концентратором. Коммутатор сохраняет специальные таблицы коммутации. Это сведения о соответствии MAC-адресов узлов к портам гаджета. В процессе работы девайс устанавливает MAC-адрес хоста-отправителя и заносит информацию в таблицу.

Другими словами, любой фрагмент Ethernet, то есть фрагмент пакетной передачи данных, имеет MAC-адрес. Гаджет фиксирует данные о нем и осуществляет работу своеобразного регулировщика, то есть определяет компьютер, на который можно пересылать информацию. Соответственно, на другие компьютеры данные не могут быть переданы. Таким образом, сетевой девайс такого типа гарантирует прямое подключение между передающим и принимающим ноутбуком, компьютером.

Такой девайс не всегда удобно применять при работе с крупными сетями, поскольку память таблиц, с которыми он работает, является лимитированной. При этом такие устройства имеют невысокую цену и обладают прекрасной скоростью функционирования . Очень часто их применяют в крупных компаниях для построения сетей, поскольку такой вариант является недорогим.

Принцип функционирования роутера

Маршрутизатор - это знакомый многим роутер. Такие приборы обладают большим объёмом памяти и фактически представляют мини компьютер. Это позволяет роутеру работать с трафиком до 1 гигабайта. Преимуществом является то, что маршрутизатор совместим со всеми видами интерфейсных модулей. Стоит отметить, что устройство позволяет подключать неограниченное число маршрутов.

Не всегда юзеров удовлетворяет скорость работы, поскольку маршрутизатор проверяет полностью все данные, а не только MAC- и IP-адрес. Такие гаджеты обладают расширенным набором функций , например, могут определить различные программы, которые поступают в качестве входящей информации. Стоит отметить, что девайс функционирует на третьем, более продвинутом уровне OSI. Маршрутизатор позволяет связывать несовместимые по протоколу и архитектурам сети. Такие современные и удобные устройства, безусловно, стоят дороже. При этом девайсы прекрасно справляются с созданием крупных сетей.

Очень часто роутеры применяются для домашнего использования. Обычно гаджет получает IP-адрес от поставщика услуг интернет, а сам проводит IP-адресацию по локальной сети. Множество продвинутых приборов позволяет пользователю ощутить преимущество использования дополнительных функций. Среди них встроенная защита от опасных вредоносных программ, удобный веб-интерфейс, в который можно зайти с помощью любого компьютера либо ноутбука, и даже возможность подсоединения принтера.

Разница между двумя приборами может быть не очень ясна простому обывателю на первый взгляд. Стоит отметить, что они могут использоваться для одних и тех же функций. При этом гаджеты отличаются по своим принципам работы, стоимости, скорости работы и прочим параметрам. Маршрутизатор как бы «додумывает» маршруты передачи данных в то время, как коммутатор ретранслирует их.

Подключение интернета в квартиру или частный дом всегда вызывает много вопросов. Для начала мы выбираем интернет-провайдера, если есть из чего выбирать. После мы присматриваемся к тарифам, а уже потом пытаемся узнать, чем коммутатор отличается от маршрутизатора.

Оборудование

Оба устройства относятся к Они рассчитаны на функционирование компьютерных сетей. К ним относятся не только коммутатор и маршрутизатор, но и концентратор, патч-панель и др. Любое можно приписать к одной из групп: активное или пассивное. Нужно понять, в чем же разница между ними.

Активное

Эти устройства построены на электронных схемах, которые получают электрическое питание. Такое оборудование рассчитано на усиление и преобразование сигнала. Основная характеристика - использование особых алгоритмов для обработки. Что это значит?

Интернет-сеть работает с пакетной отправкой файлов. Каждый такой набор имеет свои технические параметры: сюда входят материалы о его источниках, целях, целостности данных и пр. Эти показатели дают возможность переносить пакеты по нужному адресу.

Активное устройство не просто находит сигнал, а и обрабатывает эти технические параметры. Оно направляет их по потокам в соответствии со встроенными алгоритмами. Такое умение и дает возможность аппарату называться таковым.

Пассивное

Эта группа не получает нужного питания от электрической сети. Работает с распределением и снижением уровней сигналов. К таким устройствам смело можно отнести кабели, вилку и розетку, балун, патч-панель. Некоторые сюда приписывают телекоммуникационные шкафы, кабельные лотки и пр.

Разновидность

Поскольку сеть активна преимущественно благодаря первой группе устройств, мы о ней и поговорим. Сюда можно отнести десять аппаратов разных типов. Например, сетевой адаптер, который находится в самом компьютере. Сетевое оборудование такого типа сейчас встречается во всех ПК и помогает подсоединиться к ЛВС.

Сюда же стоит отнести репитер. Устройство имеет два порта и работает с дубликацией сигналов. Таким образом помогает увеличить размеры сетевого сегмента. Концентратор - это также активное оборудование, которое иногда называют хабом. Оно функционирует с 4-32 каналами и служит для взаимодействия всех участников в сети.

Ну и наконец-то, мы подобрались к вопросу о том, чем коммутатор отличается от маршрутизатора. Хотя кроме них, есть еще ретранслятор, медиаконвертер, мост и сетевой трансивер.

Маршрутизатор

Итак, начнем с этого устройства. В народе его просто называют роутером. Служит оно для пересылки пакетов между разными сегментами сети. При этом руководствуется правилами и Устройство связывает сети с разной архитектурой. Чтобы корректно совершать процесс, оно изучает типологию, определяет правила, которые задал администратор.

Чтобы разобраться с вопросом о том, чем коммутатор отличается от маршрутизатора, важно понимать принципы работы одного и второго устройства. Так вот, маршрутизатор для начала изучает информацию о получателе: смотрит его адрес и название набора. Дальше переходит в таблицу маршрутизации и идентифицирует путь для передачи файлов. Если в таблицах нет нужной информации, пакеты данных сбрасываются.

Иногда, чтобы выбрать нужный путь, могут использовать и другие методы. Например, изучается адрес отправителя, протоколы верхних уровней и все данные, которые скрыты за названием набора.

Маршрутизаторы взаимодействуют с трансляцией адресов, фильтруют транзитные потоки по прописанным правилам, шифруют или расшифровывают передаваемые файлы.

Коммутатор

Сетевой коммутатор или свитч - это аппарат, который взаимодействует с подключением нескольких узлов сети ПК. Весь процесс не выходит за рамки нескольких или одной части сети.

Это оборудование также относится к группе активных. Оно функционирует на канальном уровне OSI. Поскольку изначально свитч был настроен на работу с мостовыми параметрами, его могут рассматривать как многопортовый мост. Чтобы объединить несколько линий на сетевом уровне, используют как раз маршрутизатор.

Коммутатор не властен над распространением трафика от одного гаджета к остальным. Он передает информацию только нужному человеку. Процесс имеет хорошую производительность и обеспечивает безопасность интернет-сети.

Работа коммутатора состоит в том, чтобы сохранять таблицу коммутации и, используя её, определять соответствия между MAC-адресами. Когда происходит подключение оборудования, таблица пустует и заполняется по мере самообучения аппарата.

Файлы, которые попадают на один из портов, тут же рассылаются по другим каналам. Аппарат начинает исследовать фреймы и после определения адресов отправителя временно вносит информацию в архив. Когда порт получает кадр, адрес которого уже записан, то он будет передан по тому пути, который указан в конфигурации.

Разница

Чем коммутатор отличается от маршрутизатора? На первый взгляд, однозначно стоит сказать, что в принципах работы кроются главные отличия этих устройств. Есть довольно интересная аналогия, которая легко объясняет разницу.

Предположим, у нас есть почтовый сервер корпорации. Сотрудник отправил файл, который должен попасть к получателю через внутреннюю или локальную систему доставки. В этом случае свитч является почтовым сервером, а маршрутизатор - локальным.

Что мы имеем? Коммутатор не анализирует содержание почты и её тип. Он хранит список всех работников фирмы, адреса их офисов. Поэтому его главная задача - передать почту конкретному адресату.

В этой всей истории маршрутизатор работает почтальоном по доставке информации людям, которые работают вне компании. Он проверяет содержимое и может самостоятельно менять правила доставки, если найдена какая-то дополнительная информация в письме.

Недостаток маршрутизатора по сравнению с коммутатором кроется в непростом и затратном администрировании. Специалисты, которые работают с этим оборудованием, должны владеть огромным количеством параметров. При этом конфигурация все время должна быть согласована с другой конфигурацией в сети.

Выводы

Большинство компаний стараются модернизировать свою сеть, поэтому меняют устаревшее оборудование на свитч между маршрутизаторами и сетями. Новые устройства помогают улучшить производительность, а их устаревшие «коллеги» продолжают работать над безопасностью.

Настройка маршрутизатора и коммутатора - дело непростое. Обычному пользователю сюда вообще лучше не лезть. При настройке домашней сети приезжают специалисты, которые устанавливают это оборудование и параллельно его настраивают. Процесс этот непростой. Он индивидуальный для каждого провайдера и конкретной сети.

Если случаются какие-то сбои, то нужно обращаться к интернет-провайдеру, поскольку если произошли проблемы с настройкой, то без него вам не справиться.

Основным назначением узлов коммутации является прием, анализ, а в сетях с маршрутизацией еще и выбор маршрута, и отправление данных по выбранному направлению. В общем случае узлы коммутации включают в себя и устройства межсетевого интерфейса. Узлы коммутации вычислительных сетей содержат устройства коммутации (коммутаторы). Если они выполняют коммутацию на основе иерархических сетевых адресов, их называют маршрутизаторами.

Устройства коммутации занимают важное место в системах передачи информации в вычислительных сетях. С помощью устройств коммутации значительно сокра­щается протяженность каналов связи в сетях с несколькими взаимодействующими абонентами: вместо того чтобы прокладывать несколько каналов связи от данного абонента ко всем остальным, можно проложить лишь по одному каналу от каждого абонента к общему коммутационному узлу. В связи с этим, если не предъявляются чрезвычайно жесткие требования к оперативности и достоверности передачи данных в вычислительных сетях, используются коммутируемые каналы связи.

Узлы коммутации осуществляют один из трех возможных видов коммутации при передаче данных:

Коммутацию каналов;

Коммутацию сообщений;

Коммутацию пакетов.

Сообщения и пакеты часто называют дейтаграммами. Дейтаграмма (datagram) - это самостоятельный пакет данных (сообщение), содержащий в своем заголовке достаточно информации, чтобы его можно было передать от источника к получателю независимо от всех предыдущих и последующих сообщений.

Коммутация каналов

Между пунктами отправления и назначения устанавливается непосредственное физическое соединение путем формирования составного канала из последовательно соединенных отдельных участков каналов связи. Такой сквозной физический составной канал организуется в начале сеанса связи, поддерживается в течение всего сеанса и разрывается после окончания передачи. Формирование сквозного канала обеспечивается путем последовательного включения ряда коммутационных устройств в нужное положение постоянно на все время сеанса связи. Время создания такого канала сравнительно большое, и это один из недостатков этого метода коммутации. Образованный канал недоступен для посторонних абонентов. Монополизация взаимодействующими абонентами подканалов, образующих физический канал, обусловливает снижение общей пропускной способности сети передачи данных. И это притом, что образованный физический канал часто бывает недогружен.

Основные достоинства метода:

Возможность работы и в диалоговом режиме, и в реальном масштабе времени;

Обеспечение полной прозрачности канала.

Применяется этот метод коммутации чаще всего при дуплексной передаче аудиоинформации (обычная телефонная связь - типичный пример коммутации каналов).

Коммутация сообщений

Данные передаются в виде дискретных порций разной длины (сообщений), причем между источником и адресатом сквозной физический канал не устанавливается и ресурсы коммуникационной системы предварительно не распределяются. Отправитель лишь указывает адрес получателя. Узлы коммутации анализируют адрес и текущую занятость каналов и передают сообщение по свободному в данный момент каналу на ближайший узел сети в сторону получателя. В узлах коммутации имеются коммутаторы, управляемые связным процессором, который также обеспечивает временное хранение данных в буферной памяти, контроль достоверности информации и исправление ошибок, преобразование форматов данных, формирование сигналов подтверждения получения сообщения. Ввиду наличия буферной памяти имеется возможность устанавливать согласованную скорость передачи сообщения между двумя узлами. Прозрачность передачи данных в этом режиме только кодовая (битовая); временная прозрачность не обеспечивается. Ввиду этого затруднена работа в диалоговом режиме и в режиме реального времени. Некоторые возможности реализации этих режимов остаются лишь благодаря высокой скорости передачи и возможности выполнять приоритетное обслуживание заявок. Применяется этот вид коммутации в электронной почте, телеконференциях, электронных новостях и т. п.

Коммутация пакетов

В современных системах для повышения оперативности, надежности передачи и уменьшения емкости запоминающих устройств узлов коммутации длинные сообщения разделяются на несколько более коротких стандартной длины, назы­ваемых пакетами (иногда очень короткие сообщения, наоборот, объединяются вместе в пакет). Стандартность размера пакетов обусловливает соответствующую стандартную разрядность оборудования узлов связи и максимальную эффективность его использования. Пакеты могут следовать к получателю даже разными путями и непосредственно перед выдачей абоненту объединяются (разделяются) для формирования законченных сообщений. Этот вид коммутации обеспечивает наибольшую пропускную способность сети и наименьшую задержку при передаче данных. Недостатком коммутации пакетов является трудность, а иногда и невозможность его использования для систем, работающих в интерактивном режиме и в реальном масштабе времени. Хотя в последние годы в этом направлении достигнут заметный прогресс - активно развиваются технологии Интернет-телефонии. Одно из направлений этой технологии - создание виртуального канала для передачи пакетов путем мультиплексирования во времени использования каждого узла коммутации. Временной ресурс порта узла разделяется между несколькими пользователями так, что каждому пользователю отводится постоянно множество минимальных отрезков времени, и создается впечатление непрерывного доступа.

Коммутации сообщений и пакетов относятся к логическим видам коммутации, так как при их использовании формируется лишь логический канал между абонентами. При логической коммутации взаимодействие абонентов выполняется через запоминающее устройство, куда поступают сообщения от всех абонентов, обслуживаемых данным узлом. Каждое сообщение (пакет) имеет адресную часть, определяющую отправителя и получателя; в соответствии с адресом выбирается дальнейший маршрут и передается сообщение из запоминающего устройства узла коммутации.

Способ передачи, использующий логическую коммутацию пакетов, часто требует наличия в центре коммутации специальных связных мини- или микрокомпьютеров, осуществляющих прием, хранение, анализ, разбиение, синтез, выбор маршрута и отправку сообщений адресату.

Коммутаторы используются в узлах коммутации и в качестве межсетевого и внутрисетевого интерфейса, выполняя функции моста - соединителя нескольких сегментов сети воедино.

В узлах коммутации могут использоваться также концентраторы и удаленные мультиплексоры. Их основное назначение состоит в объединении и уплотнении входных потоков данных, поступающих от абонентов по низкоскоростным каналам связи, в один или несколько более скоростных каналов связи, и наоборот.

Маршрутизация в сетях

Как уже говорилось, в сетях с маршрутизацией информации возникает задача маршрутизации данных. В системах с коммутацией каналов и при создании виртуального канала маршрутизация выполняется один раз при установлении начального соединения. При обычных режимах коммутации пакетов и сообщений маршрутизация выполняется непрерывно, по мере прохождения данных от одного узла коммутации к другому.

Существует два основных способа маршрутизации: с предварительным установ­лением соединения, при котором перед началом обмена данными между узлами сети должна быть установлена связь с определенными параметрами; и динамический, использующий протоколы дейтаграммного типа, по которым сообщение передается в сеть без предварительного установления соединения.

Маршрутизация заключается в правильном выборе выходного канала в узле коммутации на основании адреса, содержащегося в заголовке пакета (сообщения).

Варианты адресации компьютеров в сети

Наибольшее распространение получили три варианта адресации.

Аппаратные адреса предназначены для сетей небольшого размера, поэтому они имеют простую неиерархическую структуру. Адреса могут быть закодированы в двоичной или шестнадцатеричной системах счисления. Разрядность адреса может быть любой - это внутреннее дело конкретной сети или подсети. Присвоение аппаратных адресов происходит автоматически, либо встраивается в аппаратуру (модемы, адаптеры и т. д.), либо генерируется при каждом новом запуске оборудования.

Символьные адреса или имена предназначены для пользователей и поэтому должны нести смысловую нагрузку. В больших сетях такие адреса имеют иерархическую систему и состоят из отдельных доменов, идентифицируемых буквенными сокращенными наименованиями объектов, часто понятных пользователю (подобие доменных адресов в сети Интернет). Они могут иметь очень большую длину.

Числовые составные адреса фиксированного компактного формата. В качестве примера можно сослаться на IP-адреса в Интернете.

В современных сетях для адресации часто одновременно используются все три варианта адресов. Пользователь указывает символьный адрес, который сразу же в сети заменяется на числовой (по таблицам адресов, хранимых в сервере имен сети). При поступлении передаваемых данных в сеть назначения числовой адрес заменяется на аппаратный. Возможная технология адресации сообщений заключается в следующем. Компьютер-отправитель посылает всем компьютерам сети широковещательное сообщение с просьбой опознать свое числовое имя. Опознавшему адрес компьютеру высылается аппаратный адрес, а затем и само сообщение. Оптимальная маршрутизация обеспечивает:

Максимальную пропускную способность сети;

Минимальное время прохождения пакета от отправителя к получателю;

Надежность доставки и безопасность передаваемой информации;

Маршрутизация может быть централизованной и децентрализованной. Централизованная маршрутизация возможна только в сетях с централизованным управлением: выбор маршрута осуществляется в центре управления сетью, и коммутаторы в узлах лишь реализуют поступившее решение. При децентрализованной маршрутизации функции управления распределены между узлами коммутации, в которых, как правило, имеется связной процессор.

Методы маршрутизации

Простая маршрутизация при выборе дальнейшего пути для сообщения (пакета) учитывает лишь статическое априорное состояние сети, ее текущее состояние - загрузка и изменение топологии из-за отказов - не учитывается. Одно из направлений простой маршрутизации - лавинное отправление сообщения сразу по всем свободным каналам. О достоинствах такой маршрутизации говорить не приходится.

Фиксированная маршрутизация учитывает только изменение топологии сети. Для каждого узла назначения канал передачи выбирается по электронной таблице маршрутов (route table), определяющей кратчайшие пути и время доставки информации до пункта назначения. Эта маршрутизация используется в сетях с установившейся топологией.

Адаптивная маршрутизация учитывает и изменение загрузки, и изменение топологии сети. При выборе маршрута информация из таблицы маршрутов дополняется данными о работоспособности и занятости каналов связи, оперативной информацией о существующей очереди пакетов на каждом канале. В локальном варианте этой маршрутизации учитываются данные только о каналах, исходящих из текущего узла, а при распределенной адаптивной маршрутизации и дан­ные, получаемые от соседних узлов коммутации.

маршрутизаторы иногда называют зеркалами: они получают сообщения из одного участка сети, определяют получателя сообщения и передают это сообщение на другой участок сети. Они широко используются и в качестве межсетевого интерфейса, обеспечивая соединение сетей на более высоком уровне, нежели мосты, ибо доступна информация о структуре сети и связях ее элементов между собой.

маршрутизаторы обычно создаются на базе одного или нескольких процессоров имеют специализированную операционную систему.

Концентраторы также используются для коммутации каналов в компьютерных сетях. Описанные при рассмотрении СТОД функции концентраторов - это один достаточно простой частный случай. В сетях основные функции концентратора заключаются в повторении сигналов (повторитель) и концентрировании в себе, (концентратор) как в центральном устройстве, функций объединения компьютеров в единую сеть. Их часто называют хабами или многопортовыми повторителями. Концентратор образует из подключенных к его портам отдельных физических сегментов сети общую среду передачи данных - некий логический сегмент, обладающий всеми функциями физического.

концентраторы-хабы могут быть трех типов:

Пассивными, просто соединяющими сегменты сети одного типа, ничего нового не добавляя;

Активными, которые кроме соединения сегментов выполняют и усиление (регенерирование) сигналов (они, как и повторители, позволяют увеличить расстояние между соединяемыми устройствами);

Интеллектуальными, дополнительно к функциям активных хабов выполняющие маршрутизацию сигналов по сегментам (посылают данные только в те сегменты, для которых они предназначена) и обеспечивающие некоторые сервисные технологии, например защиту информации от несанкционированного доступа, самодиагностику и автоматическое отключение плохо работающих портов и т. д.

В телекоммуникационных системах различают несколько видов передачи информации - выделенный канал (рассмотренные нами ранее, поэтому на них останавливаться не будем), коммутация пакетов , коммутация сообщений , коммутация пакетов сообщений .

Коммутируемой транспортной сетью называется сеть, в которой между двумя (или более) конечными пунктами устанавливается связь по запросу. Существуют следующие методы коммутации : коммутация цепей (каналов); коммутация с промежуточным хранением, которая разделяется на коммутацию сообщений и коммутацию пакетов.

Давайте представим себе железнодорожную компанию «ЖелДорБанкрот», которая формирует отправляемые составы исходя из числа пассажиров, купивших билет на рейс. Вместо того, чтобы проанализировать пассажиропоток и загруженность железнодорожной сети, компания всякий раз отправляет избыточное число вагонов. Это и экономические потери и крайне не эффективное использование путей. Примерно по этой же схеме работает метод коммутации сообщений .

Технология коммутации сообщений относится к технологии типа "запомнить и послать". Кроме того, технология коммутации сообщений обычно предусматривает отношение "главный - подчиненный" . Все операции по хранению и пересылке сообщений фактически выполняются в центре коммутации сообщения (ЦКС), представляющей собой коммуникационную ЭВМ. Именно эта ЭВМ управляет входящими и выходящими потоками сообщений, учитывает уровни приоритетов поступающих сообщений. Естественно, высокоприоритетные задачи задерживаются в ЦКС значительно меньше тех, что имеют более низкий приоритет.

ПРИМЕЧАНИЕ

Коммутация сообщения преобладала над другими видами передачи сравнительно давно, порядка 40 лет назад. До сих пор она широко используется при передаче электронной почты, рассылках новостей, телеконференциях.

При коммутации сообщений каждое сообщение в процессе передачи от источника к приемнику, проходя соответствующие ЦКС, сохраняет свою целостность, являясь единичным объектом передачи. Это означает, что какова бы не была длина сообщения, передается оно целиком . Важно отметить, что транзитный узел не может начинать дальнейшую передачу части сообщения, если оно еще принимается. Это существенным образом снижает производительность ресурсов вычислительной сети, что экономически не целесообразно.

Прежде чем переходить к недостаткам метода вспомним «ЖелДорБанкрот», которая крайне не эффективно использовала свои возможности. Также как и вышеупомянутая компания метод коммутации сообщений обладает рядом узких мест, к которым можно отнести:

для успешной передачи сообщений, длина которых заранее не известна, требуется наличие в узлах передачи буферных запоминающих устройств большого размера;

существенные ограничения по организации работы в оперативном режиме (режиме реального времени);

коммуникационные возможности коммутатора сообщений и его пропускная способность могут ограничивать число сообщений, передаваемых в единицу времени;

использование соединения типа «главный-подчиненный» ненадежно, т.к. при выходе из строя коммутатора сеть перестает работать;

каналы передачи данных используются менее эффективно по сравнению с другими методами коммутации с промежуточным хранением .

Начав с недостатков, мы обязательно должны указать преимущества метода коммутации сообщений:

не требуется заблаговременно устанавливать канал связи между абонентами;

можно организовать системы обслуживания запросов с учетом их приоритетов;

существует возможность сглаживания пиковых нагрузок, т.к. низкоприоритетные задачи могут запоминаться в ЦКС и отправляться после спада основной нагрузки;

отсутствуют потери запросов на обслуживание.

Когда используется коммутация пакетов , данные (сообщения), которые необходимо передать разбиваются на короткие пакеты , имеющие фиксированную длину. Каждый пакет снабжается дополнительной информацией в соответствии с протоколом, используемым для его передачи (см. п. 5.6). Пакеты, принадлежащие одному и тому же пользовательскому сообщению, как правило, передаются по различным маршрутам в составе дейтаграмм . Управление передачей и обработкой пакетов в узлах связи осуществляется центрами коммутации пакетов (ЦКП). Пакеты в ЦКП долго не хранятся, а значит, доставляются получателю с минимально возможными задержками, где из них восстанавливается исходное сообщение.

В отличие от коммутации сообщений технология коммутации пакетов позволяет осуществлять :

менее затратное подключение к коммутаторам дополнительных линий связи;

маршрутизацию в обход поврежденных или занятых узлов связи, это увеличивает скорость работы и надежность передачи информации, а также повышает эффективность использования сетевых ресурсов.

Для увеличения производительности телекоммуникационных систем используется мультиплексирование с помощью разделения времени , когда один канал эксплуатируется несколькими пользователями одновременно. Мультиплексирование порта и канала называют виртуальным каналом . В настоящее время коммутация пакетов является основной для передачи данных.

При коммутации цепей (каналов) связь между абонентами устанавливается заблаговременно и на протяжении всего сеанса передачи, данные проходят по каналу с постоянной полосой пропускания в режиме реального времени. Канал связи формируется из отдельных участков с одинаковой пропускной способностью. Прохождение сигнала вызова обеспечивается с помощью последовательного включения нескольких коммутационных устройств, размещаемых в центрах коммутации каналов (ЦКК). Коммутационное устройство резервирует за собой физическое соединение между одним входящим и одним исходящим каналами. Часто бывает так, что при попытке установить канал связи, вызываемая сторона (или хотя бы одно из коммутационных устройств в цепочке прохождения сигнала вызова) занята. В этом случае сигнал вызова блокируется, а вызывающий абонент через некоторое время должен его повторить. Из-за этого время установления соединения может существенно возрастать .

После того как соединение установлено, ЦКК выполняет минимальный набор сервисных функций по поддержанию соединения и организации временных каналов. В качестве недостатков метода коммутации цепей можно указать следующие:

Преимущества метода коммутации цепей:

работа в режиме реального времени;

широкая область применения (главным образом передача акустических сигналов).

Теперь мы вплотную подошли к проблеме выбора оптимального маршрута доставки информации от отправителя к получателю. Этот процесс называется маршрутизацией , а выбор маршрута производится в соответствии с используемым алгоритмом маршрутизации .

ПРИМЕЧАНИЕ

Если говорить о сетях, то в подсети, использующей дейтаграммную службу выбор маршрута для каждого пакета должен производиться заново, т.к. оптимальный маршрут мог измениться. Если используются виртуальные каналы, маршрут выбирается только при создании нового виртуального канала .

Основную цель маршрутизации можно определить следующим образом - доставка пакета получателю за минимально возможное время, при сохранении требуемой пропускной способности и минимальных потерях информации. Здесь приходится учитывать и топологию сети и то, что маршрутизаторы (коммуникационные устройства, осуществляющие пересылку и маршрутизацию), а также линии связи могут выйти из строя.

В отечественной литературе, например, в выделяют три способа маршрутизации: централизованная маршрутизация (выбор маршрута для каждого пакета осуществляется в центре управления сетью, что чревато отказом всей сети при выходе из строя центрального узла); распределенная маршрутизация (функции управления маршрутизацией распределены между узлами сети, а значит, обеспечивается большая гибкость); смешанная маршрутизация сочетает принципы централизованной и распределенной маршрутизации.

Почему вопросами создания алгоритмов маршрутизации до сих пор занимается огромное количество ученых и инженеров, несмотря на то, что технология с успехом работает много лет? Ответ предельно просто и заключается в следующем - мы не знаем как будет изменяться нагрузка в сети в следующий момент времени. Хотя крайне важными параметрами остаются топология сети и ее изменение (в результате отказов узлов и линий связи, а также при подключении новых), а также различная пропускная способность участков сети. Но оба эти параметра можно определить и передать маршрутизаторам. А значит, во всех случаях алгоритмы маршрутизации выполняются в условиях неопределенности текущего и будущего состояний телекоммуникационной системы .

Рассмотрим несколько наиболее известных и широко применяемых алгоритмов маршрутизации. Сначала давайте проведем черту между существующими алгоритмами. Они разделяются на два больших класса: адаптивные и неадаптивные . Вместо того чтобы учитывать топологию сети и изменение ее состояния, а также измерять текущий трафик неадаптивные алгоритмы выбирают маршруты заранее. Полученный список маршрутов загружается в маршрутизаторы на этапе загрузке сети. Эта процедура называется статической маршрутизацией . Адаптивные алгоритмы напротив охотно пользуются всеми параметрами, которые можно измерить.

Вне зависимости от топологии сети и интенсивности трафика все алгоритмы маршрутизации базируются на принципе оптимальности и концепции кратчайшего пути . В соответствии с принципом оптимальности , если маршрутизатор B располагается на оптимальном маршруте от маршрутизатора A к маршрутизатору C , то оптимальный маршрут от маршрутизатора B к маршрутизатору C совпадает с частью первого маршрута .

ПРИМЕЧАНИЕ

Концепция кратчайшего пути, чаще всего поясняется на графах, где каждый узел сети - вершина графа, а дуга - линия связи. В этом случае для поиска кратчайшего пути на графах используется, например, алгоритм Дейкстры.

Наиболее простой статический алгоритм маршрутизации - заливка . Здесь можно провести аналогию с методом полного перебора из методов оптимизации и поиска экстремума функции. Суть заливки заключается в том, что каждый пришедший пакет посылается на все исходящие линии, кроме той, по которой он поступил. Это порождает бесконечное число дублированных пакетов. Для ограничения количества тиражируемых пакетов используются счетчики, которые помещаются в заголовок пакета и уменьшаются при прохождении каждого маршрутизатора. Если счетчик обнуляется, то такой пакет удаляется. Кроме данного метода применяются еще ряд вариаций на тему счетчиков и помещения в заголовки номера пройденного узла.

Однако на практике применяется выборочная заливка . Отличие его состоит в том, что пакеты посылаются не на все исходящие линии, а только на те, которые идут в приблизительно правильном направлении. Такой «громоздкий» алгоритм может подойти военным, где вероятность потери части сети из-за боевых действий велика, а также для тестирования других алгоритмов. Напомним, что также как и метод полного перебора, заливка рано или поздно найдет оптимальный маршрут.

На практике, современные системы телекоммуникаций применяю не статические, а динамические алгоритмы маршрутизации.

Вопросы организации локальных сетей крупных корпораций чаще всего решают системные администраторы. В таком случае сотрудники-пользователи компьютеров не задействованы в решении вопросов, связанных с покупкой техники, и мало кого интересует, в чем заключается отличие коммутатора от маршрутизатора и концентратора. Но как только возникает необходимость приобрести устройство для домашнего пользования или небольшой компании, возникает путаница в терминах.

Устройства для связи компьютерной техники

Чаще всего среднестатистический пользователь не понимает, что означает то или иное определение сетевого оборудования, и в чем отличия. Выделяют три основных типа устройств, которые используются для связи компьютеров:

• маршрутизаторы;
• коммутаторы;
• концентраторы.

При выборе оборудования возникает ряд вопросов: чем отличается коммутатор от маршрутизатора? Что такое концентратор? В каких случаях используется каждое из устройств и возможно ли соединить между собой несколько компьютеров без их применения?

Каждое из перечисленных сетевых устройств играет свою роль в процессе создания связи между компьютерами в сети. Внешне они практически ничем не отличаются: коробочки небольшого размера, оснащенные соединителями и портами.

Часто термины «коммутаторы», «концентраторы», «маршрутизаторы» используют как синонимы. Но это огромная ошибка, так как похожи они только внешне, а каждое из устройств имеет свои характеристики и выполняет определенные функции.

Для того чтобы понять, в чем разница между коммутатором и маршрутизатором, необходимо разобраться с самими понятиями, функциональными особенностями и характеристиками приборов.

Что такое маршрутизатор

Маршрутизатор – своеобразный сетевой компьютер. Он предназначен для связывания между собой нескольких сетей разных архитектур, а не отдельных компьютеров. Еще одно распространенное название устройства – роутер. Для него характерно наличие как минимум одного сетевого интерфейса, который рассылает пакеты данных между разными элементами сети. Информация передается на основании определенной типологии сети, а также правил, которые определены администратором.

Роутеры дают возможность обмениваться данными не только между компьютерами одной сети, но и между локальной сетью и интернетом. Сетевой трафик направляется по конкретному маршруту при помощи логической адресации, что определяется IP-адресом и пакетами.

Маршрутизаторы бывают двух типов:

Как правило, роутеры имеют встроенный брандмауэр, который обеспечивает безопасность сети. Для маршрутизатора характерна отличительная особенность, которая заключается в возможности настроить правила работы сетевых служб с помощью web-интерфейса или специализированного ПО. Данная характеристика в первую очередь позволяет объяснить, в чем отличие маршрутизатора от коммутатора.

Что такое коммутатор и концентратор

Концентраторы – это приборы, которые применяются для построения компьютерных сетей. На сегодняшний день концентраторы (хабы) практически не используются на практике, так как считаются морально устаревшими, примитивными устройствами. Передача информации осуществляется ко всем подключенным компьютерам. Хаб не в состоянии самостоятельно определить конечный источник для получения данных, что является основным недостатком прибора, замедляющим его работу.

На сегодняшний день функции концентраторов полностью выполняют сетевые коммутаторы, которые характеризуются повышенной эффективностью и более высокой скоростью обработки информации.

Коммутатор – это прибор, выполняющий функцию соединения между собой нескольких компьютеров в одной сети. В коммутаторе (свитче) используются мостовые технологии. Он передает информацию только одному получателю.

Это позволяет достичь высокого уровня производительности и получить повышенную безопасность за счет отсутствия необходимости обрабатывать ненужную информацию.

В памяти устройства хранится таблица коммутации, в которой находится информация о соответствии каждого МАС-адреса узлов определенным портам свитча.

Основные отличия коммутатора и роутера

Отличия между коммутатором и роутером заключаются в плоскости задач, которые они решают. Можно выделить основные особенности, определяющие, чем отличаются коммутатор от маршрутизатора:

1. Роутер самостоятельно определяет IP-адреса, анализирует данные пакета, а свитч работает только с МАС-адресами.
2. Технически роутер является более сложным устройством. Он имеет встроенную память, что позволяет назвать его мини-компьютером. Для свитчей характерен ограниченный функционал.
3. Свитчи работают на канальном уровне модели OSI, маршрутизаторы – на сетевом уровне.
4. Роутер подключается к интернету, свитч не подключается.
5. Для работы коммутаторов используются только LAN-порты, для роутеров – LAN и WAN.
6. Стоимость роутеров в несколько раз выше по сравнению с коммутаторами в силу сложности конструкции и расширенного функционала.

Рассмотрев особенности приборов и изучив их основные отличия, можно определить, что лучше приобрести в каждом отдельном случае: коммутатор или маршрутизатор. Если конечная цель заключается в элементарном соединении нескольких компьютеров между собой, лучше всего купить коммутатор. Если же компьютеры в сети нуждаются в подключении к интернету, идеальное решение – маршрутизатор.