Переключатели и рубильники: Рубильники и переключатели | Электрические аппараты | Обладнання

Рубильники и переключатели | Электрические аппараты | Обладнання

Страница 32 из 54

Часть третья

АППАРАТЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НИЗКОГО И ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Глава пятнадцатая РУБИЛЬНИКИ И ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ

15.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Рубильник предназначен для ручного включения и отключения электрических цепей с постоянным напряжением до 440 и переменным до 500 В.

Переключатель в отличие от рубильника имеет две системы неподвижных контактов и три коммутационных положения. В среднем положении ножей цепи разомкнуты. Специальное устройство фиксирует ножи в этом положении.

Пакетные выключатели и переключатели являются малогабаритными коммутационными аппаратами с ручным приводом, которые служат для одновременного управления большим числом цепей. Пакетные выключатели и переключатели используются для нечастых коммутаций в цепях с небольшой мощностью (токи до 400 А, постоянное напряжение 220 и переменное 380В). Пакетные переключатели и выключатели применяются как аппараты распредустройства и в цепях автоматики. Они используются также для пуска и реверса двигателей, а также для переключения схемы соединения обмоток двигателя со звезды на треугольник.

В трехфазном рубильнике с центральной рукояткой (рис. 15.1) подвижный контакт — нож / вращается в шарнирной стойке 2. При размыкании цепи между ножом и неподвижным контактом стойки 3 загорается дуга. Гашение дуги постоянного тока при токе до 75 А происходит за счет механического удлинения дуги двигающимся ножом. Чем больше скорость движения контакта, тем больше скорость растяжения дуги и меньше время ее горения. При отключении больших токов решающим фактором является электродинамическая сила. Эта сила, действующая на единицу длины дуги, примерно обратно пропорциональна длине ножа. Для безопасности ремонта расстояние между контактными стойками 3 делается не менее 0,05 м.

На процесс гашения дуги влияют также тепловые потоки воздуха, создаваемые дугой. Дуга гасится более интенсивно, если ее растяжение за счет конвективного движения воздуха совпадает с направлением действия электродинамических сил (рубильник устанавливается так, что кривизна дуги обращена вверх).

При отключении переменного тока дуга гасится за счет возникновения электрической прочности 200—220 В около каждого катода рубильника (§ 4.7). В однофазной цепи двухполюсный рубильник позволяет легко гасить дугу с номинальным током при напряжении до 380 В.

Рис. 15.1. Трехфазный рубильник с центральной рукояткой

Однополюсный рубильник с одним разрывом надежно работает в цепи с напряжением до 220 В. Рубильники и переключатели с центральной рукояткой (рис. 15.1) разрешается применять только для отключения обесточенной цепи. При отключении цепей под нагрузкой дуга не должна воздействовать на руку (рукоятка находится сбоку или применяется рычажный привод, см. рис. 15.2). Как правило, наиболее тяжело отключаемый ток (критическое значение) меньше его номинального значения.

Для рубильников и переключателей с боковой рукояткой или рычажным приводом отношение отключаемого тока к номинальному составляет 0,2 при постоянном напряжении 220 В и 0,3 при переменном напряжении 380 В. При постоянном напряжении 440 и переменном 500 В указанные аппараты используются только для отключения обесточенных цепей. Для увеличения отключающей способности рубильник снабжается дугогасительной решеткой.

Рис. 15.2. Рубильник с рычажным приводом и дугогасительной камерой

При этом отключающая способность рубильников увеличивается до 0,5 /Ном при постоянном напряжении 440 и переменном 500 В, и до /ном в цепях с постоянным напряжением 220 и переменным 380 В.

Рубильники и переключатели | Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов

Страница 18 из 59

Рубильники и переключатели — простейшие аппараты для замыкания и размыкания электрических цепей постоянного тока напряжением до 440 В и переменного тока напряжением до 500 В.

Рубильники по конструктивному исполнению разделяются на одно-, двух- и трехполюсные. Их изготовляют с центральной или боковой рукояткой, с боковым или центральным рычажным приводом.
Рубильники изготавливают на номинальные токи до 1000 А и имеют следующую маркировку: Р, РБ, РПБ, РПУ. Первая буква Р в маркировке типа означает рубильник; вторая: Б — боковая рукоятка, П — наличие привода; третья: Б — боковой привод, Ц — центральный привод; первая после буквенного обозначения цифра указывает число полюсов; вторая — условное значение номинального тока.

Предельный размыкаемый ток для рубильников без дугогасительных камер составляет 0,3 от номинального.
Рубильники выбирают по номинальному току и напряжению, по условиям окружающей среды.

Пакетные выключатели и переключатели, применяемые вместо рубильников, предназначены для переключения электрических цепей силой тока от 6 до 400 А при напряжении 250 и 380 В в одно- и многополюсном исполнении (до семи полюсов). Они состоят из нескольких пакетов с ножами, мгновенно замыкающими электрическую цепь при повороте рукоятки на 90°. Быстродействие при включении и выключении достигается благодаря особой конструкции выключателя и применению пружин.
Обозначение типа пакетного выключателя расшифровывается следующим образом: первая буква — пакетный, вторая буква — переключатель или выключатель (ПП, ПВ), цифра — число полюсов. Число после тире означает отключаемый или переключаемый ток (в амперах) при напряжении 220 В; буква Н в знаменателе дроби — число направлений, которое может коммутировать переключатель. Выключатели и переключатели выбирают по каталогу в соответствии с необходимой схемой переключения, по номинальному току и напряжению с учетом условий окружающей среды.

Барабанные переключатели, выпускаемые на номинальные токи до 50 А, могут переключать от трех до восемнадцати цепей и состоят из следующих основных частей: барабана, колодки с неподвижными контактами, фиксирующего механизма.
Тип барабанного переключателя серии БП1 (БП1-131, БП1-432 и т. д.) расшифровывается следующим образом: Б — барабанный, П — переключатель, цифра после букв означает серию, первая цифра после тире свидетельствует о наличии или отсутствии фронтальной панели (1—с панелью, 4 — без нее), вторая цифра указывает число контактных элементов, третья не расшифровывается.

Барабанные переключатели выбирают по аналогии с пакетными.
Контроллеры — переключатели кулачкового типа предназначены для управления тяговыми и крановыми электродвигателями мощностью до 100 кВт переменного тока при напряжении 380 В и электродвигателями мощностью до 40 кВт постоянного тока при напряжении 220 В.

Контроллеры выбирают по номинальной мощности двигателя или току ротора и номинальному напряжению.
Командоконтроллер. Представляет собой небольшой кулачковый контроллер с контактами, не имеющими системы дугогашения и рассчитанные лишь на небольшие токи управления. Так как командоконтроллеры являются более удобными, чем кнопочные посты, их применяют для управления двигателями, работающими в напряженном повторно-кратковременном режиме.

Командоаппараты в отличие от командоконтроллеров имеют привод барабана. Барабан в командоаппаратах КА-410, КА-420, КАР-40 вращается механизмом, которым они управляют, а в КАМ-40 — специальным двигателем (серводвигателем).
Универсальные переключатели используют для редких включений маломощных цепей напряжением до 500 В. Они могут иметь до 16 секций и до 8 положений рукоятки. Коммутация электрических цепей осуществляется контактными устройствами, расположенными в секциях аппарата. Универсальные переключатели типа УП-5000 имеют жесткую систему включения и отключения контактных пальцев, наиболее надежную в работе.

В условном обозначении типа аппарата (например, УП5802— С7) третья и четвертая цифры (2) означают число рабочих секций, буква после тире — диаграмму положений рукоятки, цифры после тире — номер диаграммы замыканий контактов.
Выбирают универсальный переключатель по диаграмме переключений, номинальному напряжению и току.

Рис. 12 1. Универсальный переключатель.

На рисунке 12.1 показана фронтальная пластина переключателя и обозначены три положения рукоятки: +45; О; —45. Под ней дано монтажное изображение, на котором видно расположение выводов и указана их нумерация (1…6). Тут же дана таблица переключения контактов, в которой буквы Л и П обозначают левый и правый выводы соответственно, а крест указывает на то, что контакт замкнут.
Руководствуясь этой условностью, легко, читая таблицу, установить следующее: в положении +45 соединены контакты между выводами 1 и 2, 5 и 6; в положении 0—1 и 2, а также 3 и 4, в положении—45 соединены 5 и 6.

Кнопочные выключатели. Кнопки выполняют либо с самовозвратом контактов, то есть возвращением в исходное положение под действием пружины, либо без него.
В последнем случае возвратной пружины нет и для каждого переключателя необходимо нажать на другую кнопку. Кнопка может иметь замыкающие, размыкающие или те и другие контакты. Кнопки серии КЕ выпускаются с цилиндрическим и грибовидным толкателем, с грибовидным фиксируемым толкателем, с сигнальной лампой. Кнопки с грибовидным фиксируемым толкателем предназначены для отключения цепей управления при возникновении аварийных ситуаций на объекте. Кнопки со встроенной в толкатель сигнальной лампой предназначены для дистанционного управления электромагнитными аппаратами со световой сигнализацией о включении или отключении управляемого кнопкой аппарата.

Все типы кнопок имеют унифицированный контактный элемент, осуществляющий коммутацию при напряжении до 500 В при токе до 6 А.
Кнопочные посты состоят из одной или нескольких кнопочных элементов, заключенных в общий кожух.

По способу установки кнопочные посты выполняются для монтажа на панели, на стене, на полу для воздействия ногой, подвесные, ладонные.
Кнопочные посты, например ПКЕ-222, ПКЕ-122 применяют для управления сравнительно редко включаемыми электроприводами.

Рубильники, пакетные и универсальные переключатели

Управление электродвигателями и генераторами сводится к включению и выключению их электрических цепей (главных и вспомогательных) и к регулированию сопротивления в отдельных участках цепей.

Защита генераторов и электродвигателей должна предохранять работающие машины от повреждений, возможных при перегрузке, коротких замыканий и других ненормальных явлений. Защита обычно осуществляется отключением работающей машины от сети или разъединением некоторых цепей управления. В соответствии с этим различаются следующие виды аппаратов управления и защиты:

• а) коммутационные, для ручного включения, отключения или переключения различных электрических цепей. К таким аппаратам относятся: рубильники, пакетные выключатели и переключатели, универсальные переключатели;
• б) защитная аппаратура — плавкие предохранители, автоматические выключатели, реле;
• в) аппараты управления электродвигателями — пускорегулирующие реостаты и сопротивления, контроллеры, контакторы, таймтакторы, реле, командо-аппараты, магнитные пускатели, станции управления; к этой группе аппаратов можно отнести также тормозные магниты;
• г) аппараты управления генераторами — регуляторы возбуждения и автоматические регуляторы напряжения.

Некоторые виды аппаратов могут одновременно выполнять различные функции. Так, например, автоматические выключатели, кроме защиты, выполняют также функции коммутационных аппаратов. Контакторы, кроме управления электродвигателями, часто в сочетании с различного рода реле выполняют роль аппарата защиты.

Рубильники и переключатели

Рубящие выключатели или рубильники представляют собой простейший коммутационный аппарат и бывают одно-, двух-и трех-полюсными. Управляют рубильником либо непосредственно — центральной рукояткой, либо дистанционно — рычажным приводом.

Рис. 1. Рубильник с рычажным приводом

Рис. 2. Переключатель с центральной рукояткой

На рис. 1 изображен рубильник с рычажным приводом. Рукоятка привода установлена на лицевой стороне распределительного щита, а ножи смонтированы за щитом.

Рубильники различают также по допустимому рабочему току и по способу присоединения проводов (переднее и заднее присоединение).

Например, выключатели нагрузки, рубильники, разъединители от компании VMtec выпускаются с разными рабочими токами (от 25 до 3150 А) и могут работать в сетях переменного и постоянного напряжения.

Согласно правилам Регистра для цепей постоянного тока на судах должны применяться рубильники с мгновенным выключением. Такие рубильники снабжены дополнительными ножами, связанными с основными специальными пружинами, которые обеспечивают быстрый разрыв цепи, чем уменьшается опасность возникновения длительной электрической дуги при выключении рубильника. Кроме того, подгоревший искрогасительный нож может быть легко заменен.

По конструкции почти не отличаются от рубильника одно,- двух- и трехполюсные переключатели, подобные представленному на рис. 2 переключателю с центральной рукояткой.

На судах рубильники с открытыми токоведущими частями устанавливают только на распределительных щитах. Во всех остальных случаях рубильники устанавливаются в закрытых металлических кожухах или коробках.

Пакетные выключатели и переключатели

За последнее время для включения, отключения или переключения цепей с нагрузкой, не превышающей 60 А, на судовых распределительных щитах получили широкое распространение пакетные выключатели и переключатели типа ПК.

Рис.3. Образцы пакетных выключателей и переключателей в открытом исполнении для установки на распределительных щитах

Пакетный выключатель или переключатель состоит из отдельных пластмассовых пакетов. Внутри пакетов на общей оси, связанной с рукояткой выключателя, закреплены подвижные контакты; неподвижные контакты находятся на корпусе пакета. Контакты включаются или выключаются при повороте рукоятки пакетного выключателя на 90° в ту или иную сторону.
Пакетные выключатели представляют собой более компактные аппараты, чем рубильники, в связи с чем уменьшаются габариты судовых распределительных устройств.

На рис. 3 показаны некоторые образцы пакетных выключателей и переключателей в открытом исполнении для установки на распределительных щитах. Для установки вне щитов выключатели и переключатели изготовляют в герметическом (водозащищенном) исполнении.
Пакетные выключатели выпускают одно-, двух- и трехполюсными, а переключатели при том же числе полюсов — на два и три направления, на напряжение до 250 В постоянного тока и 400 В переменного тока.

Универсальные переключатели

Для переключения сравнительно сложных цепей с небольшими токами широкое распространение получили универсальные переключатели типа УП. Чаще всего их используют для переключения на разные цепи щитовых измерительных приборов: амперметров, вольтметров и т. д.

Переключатели типа УП предназначены для цепей постоянного и переменного тока напряжением до 500 В. Их контакты рассчитаны на длительный ток 20 А. Такие переключатели собраны из отдельных однотипных контактных секций, разделенных изолирующими перегородками (рис. 4). Число секций может быть различным (до 16).

Рис. 4. Переключатели типа УП

Подвижные контакты 1 включаются и отключаются под действием кулачковых пластмассовых шайб 4, закрепленных на общем валике переключателя 3. Каждая секция имеет три шайбы: две для включения и одну для выключения.

Неподвижные контакты 2 укреплены на общей рейке. Цифрой 5 на рис. 4 обозначены гибкие соединения между подвижными контактами 1 и зажимами для присоединения проводов.
Провода подключаются к переключателю при помощи зажимов 6. Отдельные секции переключателя изолируются друг от друга изоляционными перегородками 7.

Рукоятка универсального переключателя имеет фиксированные положения через каждые 45 или 90°.

Изменение количества контактных секций и различная последовательность их замыкания и размыкания (достигаемая различными углами насадки шайб на валик переключателя) позволяют получить большое число возможных комбинаций переключений.

⇓ДОБАВИТЬ В ЗАКЛАДКИ⇓

⇒ВНИМАНИЕ⇐

• Материал на блоге⇒ Весь материал предоставляется исключительно в ознакомительных целях! При распространении материала используйте пожалуйста ссылку на наш блог!
• Ошибки⇒ Если вы обнаружили ошибки в статье, то сообщите нам через контакты или в комментариях к статье. Мы будем очень признательны!
• Файлообменники⇒ Если Вам не удалось скачать материал по причине нерабочих ссылок или отсутствующих файлов на файлообменниках, то сообщите нам через контакты или в комментариях к статье.
• Правообладателям⇒ Администрация блога отрицательно относится к нарушению авторских прав на www.electroengineer.ru. Поэтому, если Вы являетесь правообладателем исключительных прав на любой материал, предоставленный на ресурсе, то сообщите нам через контакты и мы моментально примем все действия для удаления Вашего материала.

⇓ОБСУДИТЬ СТАТЬЮ⇓

Продукция | ABB (АББ) | Выключатели нагрузки/рубильники

АББ — лидер в области технологий для электроэнергетики и автоматизации. Технологии, созданные Группой, позволяют промышленным предприятиям и энергетическим компаниям повышать свою производительность, снижая негативное воздействие на окружающую среду. АББ поставляет на Российский рынок всю низковольтную электротехнику — от предохранителей до комплектных распределительных устройств, от стандартных электродвигателей до регулируемых приводов.

Современное оборудование производится на заводах АББ в Германии, Швеции, Финляндии, Франции, Италии, Испании и других странах Европы по самым передовым технологиям.

Номенклатура поставляемой электротехнической продукции содержит десятки тысяч наименований и постоянно расширяется и обновляется. АББ — одна из крупнейших в мире технологических компаний, офисы и производство АББ находятся более чем в 100 странах мира.

Выключатели нагрузки/рубильники OT и OETL

Выключатели нагрузки/рубильники — ОТ и OETL могут использоваться в различных целях, начиная от центров дистанционного управления до распределительных щитов и рубильников на станочном оборудовании.

Благодаря высоким техническим характеристикам выключатели нагрузки совместимы с различными распределительными устройствами и могут быть смонтированы в любом месте электроустановки цепей переменного и постоянного тока. Предусмотрены три варианта установки ручки управления: спереди, между полюсами или сбоку рубильника.

Широкий выбор аксессуаров. Электрическая и механическая блокировка, комплект аксессуаров для преобразования стандартных выключателей нагрузки в реверсивные и байпассные рубильники, а также параллельно работающие рубильники с тремя-восемью полюсами, обеспечивают возможность использования стандартных выключателей в специальных целях. Кабельные зажимы для подключения алюминиевых или медных кабелей без наконечников; использование кабельных крышек обеспечивает степень защиты IP20.

Реверсивные рубильники

Специализированные выключатели нагрузки для бесперебойной подачи питания. Гарантированная бесперебойная подача питания, начиная от компьютеров и до заводских технологических линий, приобретает все большее значение в деле оптимизации себестоимости продукции, т. к. простои оборудования отрицательно влияют на производство.

Сложные системы распределения электропитания в аварийных ситуациях, как правило, управляются логическими схемами, которые управляют механическими средствами включения и отключения, подачей и отключением питания.

С другой стороны, необходимо переключать нагрузки с одной линии подачи питания на другую. Данное переключение происходит в условиях регламентированной подачи электроэнергии, при перегрузке источника питания или при необходимости проведения профилактических работ.

Данные задачи решаются с помощью реверсивных рубильников с дистанционным или ручным управлением и байпасных рубильников — переключателей без разрыва тока. В ассортимент данных рубильников входят выключатели с взаимной механической блокировкой, с электрическими показателями, которые позволяют производить переключение под нагрузкой с одного источника питания на другой.

Реверсивные рубильники предназначены для переключения нагрузки на резервную линию с разрывом питания (индикация положений на рубильнике I-0-II).

Реверсивную схему (ручной ввод резерва) можно собрать из 2-х стандартных рубильников и специальной реверсивной сблокировки или заказать готовый реверсивный рубильник с завода изготовителя. Готовое решение реверсивных рубильников – это заводская сборка 2-х рубильников, где ОТ16…125 сблокированы, располагаясь бок о бок, номиналы ОТ160…2500 сблокированы, располагаясь друг за другом.

Кулачковые переключатели российской сборки

Кроме контрольно-измерительных цепей, переключатели АББ способны выполнять функции коммутационного аппарата для цепей с двигательной нагрузкой, соответствующей категории применения АС-23. В случае нагрузок в цепях постоянного тока переключатели также имеют высокие электрические характеристики, которые достигаются путём последовательного соединения контактов.

Переключатели серии OM, ON и OL компании АББ представляют полный ассортимент кулачковых переключателей для цепей управления, контрольно-измерительных приборов и пуска электродвигателей. Стандартный кулачковый переключатель подходит для распространенных типов монтажа и условий применения при минимальной площади основания.

Выключатели нагрузки/рубильники в боксах

Выключатели нагрузки/рубильники в боксах разработаны в качестве основных выключателей для изоляции оборудования от сети. Ассортимент состоит из выключателей нагрузки/рубильников, рубильников с предохранителями и реверсивных рубильников в пластиковых, металлических боксах и боксах из нержавеющей стали. Рубильники в боксах предназначены для коммутации цепей под нагрузкой. Кроме того, выключатели с предохранителями обеспечивают защиту оборудования и кабелей от токов короткого замыкания и перегрузок.

Пластиковые. Пластиковые боксы пригодны для использования в условиях высокой влажности и противостоят различным химическим воздействиям. Кроме того, рубильники в боксах имеют сравнительно малый вес, просты в установке и эксплуатации.

Металлические. Металлические боксы оцинкованы и имеют полимерное покрытие, отличаются прочностью и подходят для большинства условий.

Из нержавеющей стали. Боксы изготовлены из нержавеющей стали AISI 304. Рубильники в боксах используются, в частности, в пищевой промышленности, при производстве напитков, а также в условиях высоких гигиенических требований. Боксы имеют привлекательный вид, не требуют окраски, гладкая поверхность легко чистится.

Предохранители OFAF и OFAA

Плавкие вставки OFAA и OFAF разработаны с учетом всех потребностей современных промышленных и силовых установок. Их отключающая способность соответствует самым высоким уровням тока короткого замыкания. Отключающая способность предохранителей АББ составляет 100 кА, при рабочем напряжении вплоть до 690 В и частоте 50 Гц.

В ассортимент OFAF входят вставки габаритов: 000, 00, 1, 2, 3, 4а до 500 В. Плавкие вставки OFAA и OFAF снабжены индикатором перегоревшего плавкого элемента.

Держатели предохранителей OFAX

Держатель предохранителей OFAX имеет модели 1- 2- 3-полюсного открытого типа или полностью защищенные IP 20 модели. Однополюсные модели с размерами 1, 2, и 3 могут подсоединяться друг к другу с помощью разнообразных вспомогательных деталей для защиты рабочих элементов, межфазных разделителей клеммных крышек и крышек плавких вставок. Полюса размера 3 устанавливаются блоком с использованием отдельной соединительной детали.

Габарит 4а существует как одно- полюсный вариант и как два разных трех — полюсных варианта с отдельными крышками для плавких вставок или с одной крышкой.

Рубильники с предохранителями OS32…OS800

Механизм рубильника с предохранителями может быть установлен в любом положении с различным расположением клемм, что упрощает монтаж и компоновку в шкафах разной конструкции.

Широкий выбор аксессуаров расширяет возможности эксплуатации рубильников с предохранителями и позволяет создавать комбинированные 6- и 8- полюсные, реверсивные, байпасные рубильники, в том числе с механической блокировкой при помощи комплектов преобразования системы.

Выключатели нагрузки с предохранителями XLP и XR

Плавкая вставка представляет собой превосходный элемент защиты от короткого замыкания по своим показателям максимально допустимого тока отсечки (пиковое значение пропускаемого тока) и энергетическим показателям. Это становится особенно важно при увеличении напряжения и предполагаемой силе тока при коротком замыкании. Оборудование EasyLine отвечает самым жестким требованиям к современным фидерам, в основе которых заложена концепция полной безопасности. Эти выключатели нагрузки прошли испытания по методике стандарта МЭК60947-3 в которой предусмотрены более жесткие требования к отключению, включению, техническим характеристикам и безопасности в работе.

Эксплуатационные расходы на систему с предохранителями невелики. Плавкие вставки, способные противостоять высоким уровням тока при коротком замыкании, имеют небольшую стоимость. После срабатывания предохранителя замене подлежит только одна плавкая вставка. Ввиду того, что плавкие вставки можно легко и быстро менять, при использовании системы предохранителей значительно сокращается время простоя оборудования и время, необходимое для проведения ремонтно-профилактических работ.

Электронные каталоги

Выключатели, переключатели и рубильники

Переключатель П и ПЦ, Рубильник Р

Переключатели ПЦ

Переключатели серии ПЦ открытого исполнения для нечастых неавтоматических коммутаций электрических цепей переменного тока частоты 50 Гц напряжением 380В.

Общий вид переключателя ПЦ-2

Переключатели и рубильники предназначены для комплектации силовых ящиков, шкафов, щитов и других распределительных устройств. Коммутационные контакты переключателей установлены на керамических изоляторах серии А- 632. 

Контакты

Характеристики переключателей ПЦ

Вид спереди

Вид сбоку

Рубильники Р, РО, переключатели П

Рубильники серии Р и переключатели серии П 2х-3х полюсные с центральной рукояткой переднего и заднего присоединения предназначенные для нечастых коммутаций электрических цепей постоянного и переменного тока частотой 50 Гц напряжением 380 В.
Рубильники и переключатели предназначены для комплектации силовых ящиков, шкафов, щитов и других распределительных устройств. Габаритные и установочные размеры указаны на рис. 12-16.

Рис.12 Рубильник Р-21 – Р-36 заднего присоединения

Таблица стоимости рубильников Р-21 – Р-36 заднего присоединения

Рис.13 Переключатель П-21 – П-36 Заднего присоединения

Таблица стоимости переключателя П-21 – П-36 Заднего присоединения 

Рис.14 Рубильники РО-24 – РО-36 заднего присоединения

Таблица стоимости рубильников РО-24 – РО-36 заднего присоединения

Рис.15 Рубильники РО-21 – РО-36 Переднего присоединения

Таблица стоимости рубильников РО-21 – РО-36 переднего присоединения

Рис.16. Рубильники Р-21 – Р-36 Переднего присоединения

Таблица стоимости рубильников Р-21 – Р-36 Переднего присоединения

Рубильники, выключатели и переключатели — Справочник химика 21

    По способу управления все аппараты делятся на управляемые непосредственно (путем воздействия на рукоятку) и дистанционно (кнопками). К первым относятся рубильники, выключатели, переключатели, ручные пускатели и автоматы, ко вторым — магнитные пускатели и контакторы. Выбор аппаратуры по роду тока, напряжению и мощности сводится к отысканию по каталогам аппаратов, соответствующих данным показателям подключаемого приемника. [c.145]

    При ручном способе приемники управляются с помощью рубильников, выключателей, переключателей, ручных пускателей и автоматов, при дистанционном — с помощью магнитных пускателей и контакторов. Выбор аппаратуры по роду тока, напряжению и мощности заключается в отыскании по каталогам аппаратов, соответствующих показателям подключаемого приемника. [c.186]

    По способу управления все аппараты делятся на управляемые непосредственно (путем воздействия па рукоятку) и дистанционно (кнопками). К первым относятся рубильники, выключатели, переключатели, ручные пускатели и автоматы, ко вторым — магнитные пускатели и контакторы. [c.218]

    Самым простым и распространенным способом пуска асинхронных электродвигателей является прямое включение обмотки статора в сеть. Обмотку подключают к сети с помощью рубильников и переключателей, пакетных выключателей, контакторов, магнитных пускателей и т. п. [c.234]

    К аппаратам ручного управления относят различные рубильники и переключатели рубящего типа, пакетные выключатели и переключатели, реостаты и контроллеры, управляемые от руки. К аппаратам автоматического управления относят аппараты/ включающиеся или отключающиеся при получении внешнего импульса (например, от кнопочной станции или датчика). Такими аппаратами являются контакторы, магнитные пускатели, автоматические выключатели (автоматы). К аппаратам автоматического управления относят также аппараты, воздействующие тем или иным способом на работу системы автоматического управления — кнопочные станции, командоаппараты, путевые выключатели, реле управления, датчики. [c.49]

    Рубильники, выключатели и переключатели [c.49]

    Пакетные выключатели и переключатели более компактны и совершенны, чем обычные рубильники и переключатели. [c.56]

    К аппаратам ручного управления относятся различные рубильники, выключатели и переключатели. [c.60]

    Вводные (ВУ) или вводно-распределительные (ВРУ) устройства устанавливаются в зданиях в местах ввода внешних питающих сетей и предназначены для присоединения к ним внутренних электрических сетей зданий и распределения электрической энергии. Схемы присоединения к внешним сетям и распределения электрической энергии в зданиях разнообразны. Однако несмотря на разнообразие, они состоят по существу из сравнительно ограниченного количества отличающихся друг от друга элементов. В схемах вводной части ими являются один или два рубильника или переключателя с предохранителями, один или два автоматических выключателя, два автоматических выключателя или два контактора с аппаратурой АВР, а также все перечисленное выше в сочетании с аппаратурой измерения или учета. [c.266]

    Для управления электродвигателями металлорежущих станков применяют различную пускорегулирующую и защитную аппаратуру, принцип действия и исполнение которой зависят от режима управления станков. Для ручного управления станками используют рубильники, переключатели, пакетные выключатели, командоконтроллеры, реостаты. При автоматическом управлении станками применяют релейно-контактную аппаратуру — различного вида реле (промежуточные, времени, защитные, контроля, давления, скорости и др.), контакторы, пускатели магнитные, конечные и путевые выключатели. Применяют также бесконтактную аппаратуру управления, полупроводниковые реле времени, тиристорные пускатели, бесконтактные путевые выключатели, логические элементы и другие. [c.9]

    При ручном управлении электродвигателями применяются рубильники, переключатели, пакетные выключатели и переключатели, универсальные переключатели, контроллеры, пусковые и регулирующие реостаты с ручным управлением. [c.54]

    Аппараты управления электроприводом. Для управления электроприводом металлорежущих станков применяют различные пусковые и регулирующие аппараты, принцип действия и исполнение которых зависят от вида управления станков. Так, например, для непосредственного ручного управления применяют простейшие аппараты-рубильники, переключатели, пакетные выключатели, пусковые и регулирующие реостаты с ручным управлением. [c.78]

    Недостатком рубильников являются их большие габариты. В настоящее время для экономии места и уменьшения опасности прикосновения к токоведущим частям применяют пакетные и автоматические (автоматы) выключатели. Пакетные выключатели и переключатели служат для включения и отключения цепей постоянного и переменного тока от 10 до 1000 А в сетях с напряжением до 660 В. Пакетные выключатели (рис. 5.1) [c.190]

    КШ, КМ2 — катушки магнитного пускателя М1, М2 — контакты магнитного пускателя ПК — вольтметровый переключатель в — вольтметр П — предохранитель В — выключатель, Р -рубильник, / — б —потребители [c.41]

    В серию входят вводные и распределительные шкафы, в том числе шкафы с АВР й специальные шкафы для подключения противопожарных установок. Во вводных шкафах имеются рубильники и переключатели до 630 А включительно, амперметры, вольтметры и счетчики, В распределительных шкафах имеются разнообразнейшие сочетания автоматических выключателей на разные номинальные токи и исполнения, обеспечивающие распределение энергии в жилых и общественных зданиях высотой до 25 этажей. В набор распределительных шкафов входят шкафы, в которых устанавливаются аппараты защиты общедомовых линий и автоматического управления лестничным и наружным освещением. Широкое распространение имеют также панельные щиты одностороннего обслуживания типа Щб-70 с большим набором различных схем на предохранителях и автоматических выключателях. [c.270]

    Для загрузки извести в печь включают рубильники силовой цепи (на схеме не показаны) и автоматический выключатель М цепи управления. Универсальный переключатель УП устанавливается в положение А ( Автоматическое управление ). Когда заполненный ковш скипового подъемника находится в нижнем положении, контакт ВКН-1 замкнут. При замкнутых контактах ВК командный электропневматический прибор 1КЭП включает контакты 1КЭП-1, которые и включают реле РБ блокировки. [c.31]

    Рассмотрим порядок действия элементов схемы прокатного стана. Включаем рубильник Р и автоматические выключатели 1А, 2А, ЗА, 5А, 7А, 9А, 10А, 12А силовой цепи и автоматический выключатель АУ цепи управления. Сигнальная лампа ЛН указывает на наличие напряжения в цепи управления. Далее установкой универсального переключателя 1УП в положение А включается цепь автоматического регулирования и контроля процесса термообработки изделий, а установкой универсального переключателя 2УП в положение А включаются цепи реле времени 2РВ и звукового сигнала /Г. Нормально открытыми контактами 2РВ-1 реле времени подготавливается цепь контактора КЛ, а н. о. контактами 2РВ-2 включается линейный контактор КН при этом замыкаются контакты КН-1. КН-4, КН-5 и размыкаются КН-2 и КН-3. Если в это время переключатель ЗУП будет установлен в одном из положений А или В, то включением контактора 1КЛ производится запуск электродвигателя /Д трехмашинного агрегата, электродвигателя 2Д вентилятора и элек- [c.157]

    В цепи распределительной доски должны быть следующие приспособления и приборы предохранитель 1] главный выключатель (рубильник) 2 коммутатор реостата с двойным рычагом, дающий возг1Южность пользоваться реостатом как добавочным сопротивлением и как делителем напряжения 3 выключатель ответвления 4 переключатель для вольтметра 5 (для измерения напряжения в сети или в аппарате) переключатель для амперметра 6, два шунта 7 для амперметра (шунтами снабжаются только точные амперметры) штепсель 8 для включения приборов, амперметр и вольтметр. Если переключателей 5 и 6 нет, то измерительные приборы выгоднее всего подключать так, чтобы они показывали напряжение н силу тока в рабочей, а не в общей цепи. [c.108]

    К —контактор 1Р, 2Р — рубильники ТТ — трансформаторы тока 1РК, 2РК — реакторы 1Т, 2Г — трансформаторы 1РТ, 2РТ —реле токовое 1РП, 2РЛ — реле промежуточное- 1РУ, 2РУ — реле указательное ВК — конечный выключатель 1КВ, 2КВ, 1КС. 2КС — кнопки управления ПВ — вольгметровый переключатель 1ЛБ, 2ЛБ. ЛО, ЛВ сигнальные лампы. [c.121]

    ВБК и 2ВБК. Универсальный переключатель программы УП ставится в положение коксовый газ при работе на коксовом газе или в положение доменный газ при работе на доменном газе. Затем на панели включается рубильник Р, в результате чего командный прибор РВП повернется и остановится в исходном положении после включения контактом РВП-1 реле РУН. При правильной установке лебедок, что контролируется их путевыми выключателями ВК и ВО, загорается лампа ЛГ, сигаализирую-щая о готовности к работе. [c.128]

Как работает коммутатор?

Сетевые концентраторы и коммутаторы

Сетевой концентратор — это центральная точка подключения устройств в локальной сети или LAN. Но есть ограничение на объем полосы пропускания, который пользователи могут совместно использовать в сети на основе концентратора. Чем больше устройств добавлено к сетевому концентратору, тем дольше данные достигают места назначения. Коммутатор позволяет избежать этих и других ограничений сетевых концентраторов.

Большая сеть может включать в себя несколько коммутаторов, которые соединяют вместе разные группы компьютерных систем.Эти коммутаторы обычно подключаются к маршрутизатору, который позволяет подключенным устройствам выходить в Интернет.

Что такое роутер и как он работает в сети?

В то время как коммутаторы позволяют различным устройствам в сети обмениваться данными, маршрутизаторы позволяют обмениваться данными между разными сетями.

Маршрутизатор — это сетевое устройство, которое маршрутизирует пакеты данных между компьютерными сетями. Маршрутизатор может подключать сетевые компьютеры к Интернету, поэтому несколько пользователей могут совместно использовать соединение.Маршрутизаторы помогают соединить сети внутри организации или соединить сети нескольких филиалов. А роутер работает диспетчером. Он направляет трафик данных, выбирая лучший маршрут для передачи информации по сети, чтобы она передавалась с максимальной эффективностью.

Как настроить сетевой коммутатор с маршрутизатором?

Вы можете обнаружить, что вам нужно увеличить количество портов, которые можно подключить к вашему маршрутизатору, чтобы вы могли настроить сетевой коммутатор для подключения к вашему маршрутизатору.Сетевой коммутатор подключается к маршрутизатору через один из портов маршрутизатора, увеличивая количество устройств в сети небольшого офиса, таких как настольные компьютеры, принтеры, ноутбуки и т. Д., Которые имеют проводное подключение к Интернету.

Начало работы с подходящим сетевым устройством Обратитесь к консультанту по продажам Cisco, который понимает ваши конкретные требования. Вы получите безопасную, надежную и доступную по цене сеть, поддерживаемую Cisco и настроенную в соответствии с вашими потребностями сегодня, что даст вам четкий путь в будущее.

Типы переключателей

| Переключатели | Учебник по электронике

Хотя может показаться странным освещать элементарную тему электрических переключателей на столь позднем этапе этой серии книг, я делаю это потому, что в следующих главах исследуется более старая область цифровых технологий, основанная на контактах механического переключателя, а не на твердотельных затворах. цепей, и для этого необходимо доскональное понимание типов переключателей.

Изучение функций схем на основе переключателей одновременно с изучением полупроводниковых логических вентилей упрощает понимание обеих тем и создает основу для расширенного опыта обучения булевой алгебре, математике, лежащей в основе цифровых логических схем.

Что такое электрический выключатель?

Электрический выключатель — это любое устройство, используемое для прерывания потока электронов в цепи. Переключатели по сути являются бинарными устройствами: они либо полностью включены («замкнуты»), либо полностью выключены («разомкнуты»). Существует много различных типов переключателей, и в этой главе мы рассмотрим некоторые из них.

Изучите различные типы переключателей

Самый простой тип переключателя — это переключатель, в котором два электрических проводника приводят в контакт друг с другом за счет движения исполнительного механизма.

Другие переключатели более сложные, они содержат электронные схемы, которые могут включаться или выключаться в зависимости от физического воздействия (например, света или магнитного поля).

В любом случае конечным выходом любого переключателя будет (как минимум) пара клемм для подключения проводов, которые будут либо соединены вместе внутренним контактным механизмом переключателя («замкнуты»), либо не соединены вместе («разомкнуты»). ).

Любой переключатель, предназначенный для управления человеком, обычно называется ручным переключателем , и они производятся в нескольких вариантах:

Тумблеры

Тумблерные переключатели приводятся в действие рычагом, находящимся под углом в одном из двух или более положений.Обычный выключатель света, используемый в бытовой электропроводке, является примером тумблера.

Большинство тумблеров останавливаются в любом положении рычага, в то время как другие имеют внутренний пружинный механизм, возвращающий рычаг в определенное нормальное положение , что позволяет выполнять так называемое «мгновенное» действие.

Кнопочные переключатели

Кнопочные переключатели — это двухпозиционные устройства, приводимые в действие нажатием и отпусканием кнопки. Большинство кнопочных переключателей имеют внутренний пружинный механизм, возвращающий кнопку в ее «отжатое» или «отжатое» положение для кратковременного срабатывания.

Некоторые кнопочные переключатели поочередно включаются или выключаются при каждом нажатии кнопки. Другие кнопочные переключатели будут оставаться в положении «включено» или «нажато» до тех пор, пока кнопка не будет вытянута обратно.

Этот последний тип кнопочных переключателей обычно имеет грибовидную кнопку для легкого нажатия и нажатия.

Селекторные переключатели

Селекторные переключатели приводятся в действие поворотной ручкой или каким-либо рычагом для выбора одного из двух или более положений.

Как и тумблер, селекторные переключатели могут либо находиться в любом из своих положений, либо содержать механизмы с пружинным возвратом для мгновенного срабатывания.

Джойстик-переключатели

Переключатель-джойстик приводится в действие рычагом, который может свободно перемещаться по более чем одной оси движения. Один или несколько из нескольких переключающих контактных механизмов приводятся в действие в зависимости от того, как нажимается рычаг, а иногда и от того, насколько сильно он нажат.

Круг и точка на символе переключателя обозначают направление движения рычага джойстика, необходимое для срабатывания контакта.Ручные переключатели-джойстики обычно используются для управления краном и роботом.

Некоторые переключатели специально разработаны для управления движением машины, а не рукой человека-оператора.

Эти переключатели, управляемые движением, обычно называются концевыми выключателями , , потому что они часто используются для ограничения движения машины путем отключения питания компонента, если он перемещается слишком далеко. Как и ручные выключатели, концевые выключатели бывают нескольких разновидностей:

Концевые выключатели

Эти концевые выключатели очень похожи на прочный тумблер или ручной селекторный переключатель, оснащенный рычагом, который приводится в действие частью машины.

Часто рычаги имеют небольшой роликовый подшипник, что предотвращает износ рычага при многократном контакте с деталью машины.

Бесконтактные переключатели

Бесконтактные переключатели распознают приближение металлической части машины либо с помощью магнитного, либо высокочастотного электромагнитного поля.

Простые бесконтактные переключатели используют постоянный магнит для приведения в действие герметичного механизма переключения всякий раз, когда часть машины приближается (обычно на 1 дюйм или меньше).

Более сложные бесконтактные переключатели работают как металлоискатель, запитывая катушку с проволокой током высокой частоты и электронным способом отслеживая величину этого тока.

Если металлическая часть (не обязательно магнитная) подойдет достаточно близко к катушке, ток увеличится и отключит цепь контроля.

Обозначение, показанное здесь для бесконтактного переключателя, относится к электронной разновидности, на что указывает ромбовидная рамка, окружающая переключатель.

Для неэлектронного бесконтактного переключателя будет использоваться тот же символ, что и для концевого переключателя, приводимого в действие рычагом.

Другой формой бесконтактного переключателя является оптический переключатель, состоящий из источника света и фотоэлемента. Положение машины определяется по прерыванию или отражению светового луча.

Оптические переключатели также полезны в приложениях безопасности, где лучи света могут использоваться для обнаружения входа персонала в опасную зону.

Различные типы переключателей процесса

Во многих промышленных процессах необходимо контролировать различные физические величины с помощью переключателей.

Такие переключатели могут использоваться для подачи сигналов тревоги, указывающих, что параметр процесса превысил нормальные параметры, или они могут использоваться для остановки процессов или оборудования, если эти переменные достигли опасного или разрушительного уровня.

Существует много различных типов переключателей процесса.

Переключатели скоростей

Эти переключатели определяют скорость вращения вала либо с помощью механизма центробежного груза, установленного на валу, либо с помощью какого-либо бесконтактного обнаружения движения вала, такого как оптическое или магнитное.

Реле давления

Давление газа или жидкости можно использовать для приведения в действие механизма переключения, если это давление приложено к поршню, диафрагме или сильфону, что преобразует давление в механическую силу.

Реле температуры

Недорогим механизмом измерения температуры является «биметаллическая полоса»: тонкая полоска двух металлов, соединенных спиной к спине, причем каждый металл имеет разную скорость теплового расширения.

Когда полоса нагревается или охлаждается, разная скорость теплового расширения двух металлов вызывает ее изгиб.Затем изгиб полосы можно использовать для приведения в действие механизма переключающего контакта.

В других реле температуры используется латунный баллон, наполненный жидкостью или газом, с крошечной трубкой, соединяющей баллон с датчиком давления. Когда баллон нагревается, газ или жидкость расширяются, вызывая повышение давления, которое приводит в действие механизм переключения.

Датчик уровня жидкости

Плавающий объект может использоваться для приведения в действие механизма переключения, когда уровень жидкости в резервуаре поднимается выше определенной точки.Если жидкость является электропроводной, сама жидкость может использоваться в качестве проводника между двумя металлическими зондами, вставленными в резервуар на требуемой глубине.

Метод проводимости обычно реализуется с помощью специальной конструкции реле, срабатывающего при небольшом токе, протекающем через проводящую жидкость. В большинстве случаев переключать полный ток нагрузки цепи через жидкость нецелесообразно и опасно.

Реле уровня

также может быть спроектировано для определения уровня твердых материалов, таких как древесная щепа, зерно, уголь или корм для животных, в силосе для хранения, бункере или бункере.

Обычная конструкция для этого применения — небольшое лопастное колесо, вставленное в бункер на желаемой высоте, которое медленно вращается небольшим электродвигателем.

Когда твердый материал заполняет бункер на эту высоту, материал препятствует вращению лопаточного колеса. Отклик крутящего момента маленького двигателя приводит к срабатыванию механизма переключения.

В другой конструкции используется металлический стержень в форме «камертона», вставляемый в бункер снаружи на желаемой высоте. Вилка вибрирует на своей резонансной частоте с помощью электронной схемы и узла катушки магнита / электромагнита.

Когда бункер заполняется на эту высоту, твердый материал гасит вибрацию вилки, изменение амплитуды и / или частоты вибрации, обнаруживаемое электронной схемой.

Реле расхода жидкости

Вставленное в трубу реле потока обнаруживает любой расход газа или жидкости, превышающий определенный порог, обычно с помощью небольшой лопасти или лопасти, которая толкается потоком.

Другие реле расхода сконструированы как реле перепада давления, измеряющие перепад давления на дросселе, встроенном в трубу.

Ядерный датчик уровня

Другим типом реле уровня, подходящим для обнаружения жидких или твердых материалов, является ядерный переключатель. Состоящие из радиоактивного исходного материала и детектора излучения, они установлены поперек диаметра емкости для хранения твердого или жидкого материала.

Любая высота материала, превышающая уровень расположения источника / детектора, будет ослаблять силу излучения, достигающего детектора.Это уменьшение излучения на детекторе может быть использовано для запуска релейного механизма, обеспечивающего переключающий контакт для измерения, точки срабатывания сигнализации или даже контроля уровня в сосуде.

Источник и детектор находятся вне сосуда, никакого проникновения, кроме самого радиационного потока.

Используемые радиоактивные источники довольно слабые и не представляют непосредственной угрозы здоровью эксплуатационного или обслуживающего персонала.

Все коммутаторы имеют несколько приложений

Как обычно, существует несколько способов реализовать коммутатор для мониторинга физического процесса или для управления оператором.

Обычно не существует единственного «идеального» переключателя для любого приложения, хотя некоторые из них, очевидно, обладают определенными преимуществами перед другими. Для обеспечения эффективной и надежной работы переключатели должны быть разумно адаптированы к задаче.

ОБЗОР:

• Переключатель — электрическое устройство, обычно электромеханическое, используемое для контроля непрерывности между двумя точками.
• Ручные переключатели приводятся в действие от прикосновения человека.
• Концевые выключатели срабатывают при движении машины.
• Переключатели процесса срабатывают при изменении какого-либо физического процесса (температуры, уровня, расхода и т. Д.).

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Учебное пособие по коммутации сети

| Lantronix

Коммутация сети

Коммутаторы

могут быть ценным активом для создания сетей. В целом они могут увеличить емкость и скорость вашей сети. Однако переключение не следует рассматривать как панацею от сетевых проблем. Перед включением сетевой коммутации вы должны сначала задать себе два важных вопроса: во-первых, как вы можете определить, выиграет ли ваша сеть от коммутации? Во-вторых, как добавить коммутаторы в вашу сеть, чтобы получить максимальную выгоду?

Это руководство написано, чтобы ответить на эти вопросы.Попутно мы расскажем, как работают коммутаторы и как они могут принести пользу вашей сетевой стратегии. Мы также обсудим различные типы сетей, чтобы вы могли профилировать свою сеть и оценить потенциальную выгоду от коммутации сети для вашей среды.

Что такое коммутатор?

Коммутаторы занимают в сети то же место, что и концентраторы. В отличие от концентраторов, коммутаторы проверяют каждый пакет и обрабатывают его соответствующим образом, а не просто повторяют сигнал на все порты. Коммутаторы сопоставляют адреса Ethernet узлов, находящихся в каждом сегменте сети, а затем пропускают через коммутатор только необходимый трафик.Когда пакет получен коммутатором, коммутатор проверяет аппаратные адреса пункта назначения и источника и сравнивает их с таблицей сетевых сегментов и адресов. Если сегменты совпадают, пакет отбрасывается или «фильтруется»; если сегменты разные, то пакет «пересылается» в соответствующий сегмент. Кроме того, коммутаторы предотвращают распространение плохих или неправильно выровненных пакетов, не пересылая их.

Фильтрация пакетов и восстановление пересылаемых пакетов позволяет технологии коммутации разбивать сеть на отдельные домены конфликтов.Регенерация пакетов позволяет использовать большее количество узлов в общей структуре сети и значительно снижает общую частоту конфликтов. В коммутируемых сетях каждый сегмент является независимой областью коллизий. Это также обеспечивает параллелизм, то есть до половины компьютеров, подключенных к коммутатору, могут отправлять данные одновременно. В общих сетях все узлы находятся в одном общем домене коллизий.

Простота установки, большинство коммутаторов самообучаются.Они определяют адреса Ethernet, используемые в каждом сегменте, составляя таблицу по мере прохождения пакетов через коммутатор. Этот элемент «включай и работай» делает коммутаторы привлекательной альтернативой концентраторам.

Коммутаторы

могут подключать разные типы сетей (например, Ethernet и Fast Ethernet) или сети одного типа. Сегодня многие коммутаторы предлагают высокоскоростные каналы, такие как Fast Ethernet, которые можно использовать для соединения коммутаторов вместе или для увеличения пропускной способности важных серверов, получающих большой трафик.Сеть, состоящая из нескольких коммутаторов, связанных между собой этими быстрыми восходящими линиями, называется сетью «свернутой магистрали».

Выделение портов коммутаторов отдельным узлам — еще один способ ускорить доступ для критически важных компьютеров. Серверы и опытные пользователи могут использовать весь сегмент для одного узла, поэтому в некоторых сетях узлы с высоким трафиком подключаются к выделенному порту коммутатора.

Полнодуплексный режим — еще один метод увеличения пропускной способности выделенных рабочих станций или серверов. Чтобы использовать полнодуплексный режим, обе сетевые карты, используемые на сервере или рабочей станции, и коммутатор должны поддерживать полнодуплексный режим.Полнодуплексный режим удваивает потенциальную пропускную способность этого канала.

Перегрузка сети

По мере того, как к общей сети добавляется больше пользователей или добавляются приложения, требующие большего количества данных, производительность снижается. Это связано с тем, что все пользователи в общей сети являются конкурентами шины Ethernet. Умеренно загруженная сеть Ethernet со скоростью 10 Мбит / с способна поддерживать использование 35 процентов и пропускную способность около 2,5 Мбит / с с учетом накладных расходов пакетов, межпакетных промежутков и коллизий.Умеренно загруженный Fast Ethernet или Gigabit Ethernet совместно использует 25 или 250 Мбит / с реальных данных в тех же условиях. При использовании совместно используемых сетей Ethernet и Fast Ethernet вероятность коллизий возрастает по мере того, как к общему домену коллизий добавляется больше узлов и / или больше трафика.

Ethernet сам по себе является совместно используемым носителем, поэтому существуют правила для отправки пакетов, чтобы избежать конфликтов и защитить целостность данных. Узлы в сети Ethernet отправляют пакеты, когда определяют, что сеть не используется. Возможно, что два узла в разных местах могут попытаться отправить данные одновременно.Когда оба ПК передают пакет в сеть одновременно, возникает коллизия. Оба пакета передаются повторно, что усугубляет проблемы с трафиком. Минимизация коллизий — ключевой элемент в проектировании и эксплуатации сетей. Увеличение количества конфликтов часто является результатом слишком большого количества пользователей или слишком большого трафика в сети, что приводит к серьезным конфликтам за пропускную способность сети. Это может снизить производительность сети с точки зрения пользователя. Сегментирование, при котором сеть делится на разные части, логически соединенные вместе с помощью коммутаторов или маршрутизаторов, снижает перегрузку в переполненной сети за счет устранения общего домена коллизий.

Уровни коллизий измеряют процент пакетов, которые являются коллизиями. Некоторые коллизии неизбежны, менее 10 процентов из них характерны для исправных сетей.

Коэффициент использования — еще одна широко доступная статистика о состоянии сети.Эта статистика доступна в мониторе консоли Novell и мониторе производительности WindowsNT, а также в любом дополнительном программном обеспечении для анализа LAN. Использование в средней сети более 35 процентов указывает на потенциальные проблемы. Это 35-процентное использование почти оптимально, но в некоторых сетях оптимальные значения использования выше или ниже из-за таких факторов, как размер пакета и отклонение пиковой нагрузки.

Коммутатор считается работающим на «проводной скорости», если у него достаточно вычислительной мощности для обработки полной скорости Ethernet при минимальных размерах пакетов.Большинство коммутаторов на рынке значительно опережают возможности сетевого трафика, поддерживая полную «скорость передачи данных» Ethernet, 14 480 пакетов в секунду (пакетов в секунду) и Fast Ethernet, 148 800 пакетов в секунду.

Маршрутизаторы

Маршрутизаторы

работают аналогично коммутаторам и мостам в том, что они фильтруют сетевой трафик. Вместо того, чтобы делать это по адресам пакетов, они фильтруют по определенному протоколу. Маршрутизаторы родились из-за необходимости логического, а не физического разделения сетей. IP-маршрутизатор может разделить сеть на различные подсети, чтобы между сегментами мог проходить только трафик, предназначенный для определенных IP-адресов.Маршрутизаторы пересчитывают контрольную сумму и перезаписывают MAC-заголовок каждого пакета. Цена, уплачиваемая за этот тип интеллектуальной пересылки и фильтрации, обычно рассчитывается с точки зрения задержки или задержки, которую испытывает пакет внутри маршрутизатора. Такая фильтрация занимает больше времени, чем фильтрация коммутатора или моста, который просматривает только адрес Ethernet. В более сложных сетях эффективность сети может быть повышена. Дополнительным преимуществом маршрутизаторов является их автоматическая фильтрация широковещательных рассылок, но в целом их сложно настроить.

Общие преимущества коммутации сети

Коммутаторы

заменяют концентраторы в сетевых конструкциях, и они более дорогие.Так почему же рынок коммутаторов для настольных ПК ежегодно увеличивается вдвое с огромным количеством проданных устройств? Цена на коммутаторы стремительно падает, в то время как концентраторы — это зрелая технология с небольшим снижением цен. Это означает, что разница между стоимостью коммутатора и стоимостью концентратора намного меньше, чем раньше, и разрыв сокращается.

Поскольку коммутаторы являются самообучающимися, их так же легко установить, как и концентратор. Просто подключите их и вперед. И они работают на том же аппаратном уровне, что и концентратор, поэтому проблем с протоколом нет.

Есть две причины для включения коммутаторов в проекты сетей. Во-первых, коммутатор разбивает одну сеть на множество небольших сетей, поэтому ограничения по расстоянию и ретранслятору сбрасываются. Во-вторых, такая же сегментация изолирует трафик и уменьшает коллизии, уменьшая перегрузку сети. Очень легко определить потребность в увеличении расстояния и ретранслятора, а также понять это преимущество коммутации сети. Но второе преимущество, уменьшение перегрузки сети, трудно идентифицировать и еще труднее понять, в какой степени коммутаторы повышают производительность.Поскольку все коммутаторы добавляют небольшие задержки к обработке пакетов, необоснованное развертывание коммутаторов может фактически снизить производительность сети. Итак, следующий раздел касается факторов, влияющих на влияние перехода на перегруженные сети.

Коммутация сети

Преимущества переключения варьируются от сети к сети. Добавление коммутатора в первый раз имеет другие последствия, чем увеличение количества уже установленных коммутируемых портов. Понимание шаблонов трафика очень важно для коммутации сети — цель состоит в том, чтобы исключить (или отфильтровать) как можно больше трафика.Коммутатор, установленный в месте, куда он пересылает почти весь получаемый трафик, поможет гораздо меньше, чем тот, который фильтрует большую часть трафика.

На сети, которые не перегружены, может негативно повлиять добавление коммутаторов. Задержки обработки пакетов, ограничения буфера переключения и повторные передачи, которые могут иногда приводить к снижению производительности по сравнению с альтернативой на основе концентратора. Если ваша сеть не перегружена, не заменяйте концентраторы коммутаторами. Как узнать, являются ли проблемы с производительностью результатом перегрузки сети? Измерьте коэффициенты использования и частоту столкновений.

Время отклика сети (видимая для пользователя часть производительности сети) страдает по мере увеличения нагрузки на сеть, а при больших нагрузках небольшое увеличение пользовательского трафика часто приводит к значительному снижению производительности.Это похоже на динамику автомобильной автострады в том смысле, что увеличение нагрузки приводит к увеличению пропускной способности до определенного предела, а затем дальнейшее увеличение спроса приводит к быстрому ухудшению истинной пропускной способности. В Ethernet количество коллизий увеличивается по мере загрузки сети, что вызывает повторные передачи и увеличение нагрузки, что приводит к еще большему количеству коллизий. В результате перегрузка сети значительно замедляет трафик.

С помощью сетевых утилит, имеющихся в большинстве серверных операционных систем, сетевые менеджеры могут определять коэффициент использования и коллизии.Следует учитывать как пиковую, так и среднюю статистику.

Замена центрального концентратора коммутатором

Типичным примером такой возможности переключения является полностью разделяемая сеть, в которой многие пользователи соединены в каскадной архитектуре концентратора. Двумя основными последствиями переключения будут более быстрое сетевое подключение к серверу (-ам) и изоляция нерелевантного трафика от каждого сегмента. По мере устранения узкого места в сети производительность растет до тех пор, пока не обнаружится новое узкое место в системе, такое как максимальная производительность сервера.

Добавление коммутаторов в магистральную коммутируемую сеть

Перегрузку в коммутируемой сети обычно можно уменьшить, добавив больше коммутируемых портов и увеличив скорость этих портов. Сегменты, испытывающие перегрузку, идентифицируются по их загрузке и частоте конфликтов, и решением является либо дальнейшая сегментация, либо более быстрые соединения. Порты коммутатора Fast Ethernet и Ethernet добавляются дальше в древовидной структуре сети для повышения производительности.

Конструирование для максимальной выгоды

Изменения в дизайне сети имеют тенденцию быть скорее эволюционными, чем революционными — администратор сети редко может спроектировать сеть полностью с нуля.Обычно изменения вносятся медленно, чтобы максимально сохранить полезные капитальные вложения при замене устаревших или устаревших технологий новым оборудованием.

Fast Ethernet очень легко добавить в большинство сетей. Коммутатор или мост позволяет Fast Ethernet подключаться к существующей инфраструктуре Ethernet для повышения скорости критически важных каналов. Более быстрая технология используется для подключения коммутаторов друг к другу, а также к коммутируемым или совместно используемым серверам, чтобы избежать узких мест.

Многие сети клиент / сервер страдают от того, что слишком много клиентов пытаются получить доступ к одному и тому же серверу, что создает узкое место в месте подключения сервера к локальной сети. Fast Ethernet в сочетании с коммутируемым Ethernet создает идеальное экономичное решение для предотвращения медленных сетей клиент-сервер, позволяя разместить сервер на быстром порту.

Распределенная обработка также выигрывает от Fast Ethernet и коммутации. Сегментация сети с помощью коммутаторов значительно повышает производительность распределенных сетей трафика, и коммутаторы обычно подключаются через магистраль Fast Ethernet.

Проблемы с передовой технологией коммутации

Есть некоторые технологические проблемы с коммутацией, которые не затрагивают 95% всех сетей.Основные поставщики коммутаторов и отраслевые издания продвигают новые конкурентоспособные технологии, поэтому здесь обсуждаются некоторые из этих концепций.

Управляемый или неуправляемый

Management обеспечивает преимущества во многих сетях. Для управления большими сетями с критически важными приложениями используется множество сложных инструментов, использующих протокол SNMP для мониторинга состояния устройств в сети. Сети, использующие SNMP или RMON (расширение SNMP, которое предоставляет гораздо больше данных при меньшей пропускной способности сети), будут управлять либо каждым устройством, либо только более критическими областями.VLAN — еще одно преимущество управления коммутатором. VLAN позволяет сети группировать узлы в логические LAN, которые ведут себя как одна сеть, независимо от физических подключений. Основное преимущество — управление широковещательным и многоадресным трафиком. Неуправляемый коммутатор будет передавать широковещательные и многоадресные пакеты на все порты. Если в сети есть логические группы, отличные от физических, то коммутатор на основе VLAN может быть лучшим выбором для оптимизации трафика.

Еще одним преимуществом управления в коммутаторах является алгоритм связующего дерева.Spanning Tree позволяет администратору сети создавать резервные каналы с подключенными коммутаторами в виде петель. Это нарушит самообучающийся аспект коммутаторов, поскольку трафик от одного узла будет исходить из разных портов. Spanning Tree — это протокол, который позволяет коммутаторам координировать работу друг с другом, чтобы трафик передавался только по одному из резервных каналов (если не происходит сбоя, резервный канал активируется автоматически). Сетевые менеджеры с коммутаторами, развернутыми в критических приложениях, могут захотеть иметь резервные ссылки.В этом случае необходимо управление. Но для остальных сетей вполне подойдет неуправляемый коммутатор, и он намного дешевле.

Промежуточное хранение и сквозное хранение

Коммутаторы

LAN выпускаются в двух основных архитектурах: сквозной и с промежуточным накоплением. Сквозные коммутаторы проверяют адрес назначения только перед его пересылкой в ​​сегмент назначения. Коммутатор с промежуточным хранением, с другой стороны, принимает и анализирует весь пакет перед его пересылкой по назначению.Для проверки всего пакета требуется больше времени, но это позволяет коммутатору обнаруживать определенные ошибки и коллизии пакетов и не допускать их распространения по сети с ошибочными пакетами.

Сегодня скорость переключателей с промежуточным хранением сравнялась с быстродействием переключателей прямого действия до такой степени, что разница между ними минимальна. Кроме того, доступно большое количество гибридных коммутаторов, в которых сочетаются как сквозная архитектура, так и архитектура с промежуточным хранением.

Блокирующие и неблокирующие переключатели

Возьмите характеристики коммутатора и сложите все порты при теоретической максимальной скорости, и тогда вы получите теоретическую общую пропускную способность коммутатора.Если коммутирующая шина или коммутационные компоненты не могут обрабатывать теоретическое количество всех портов, коммутатор считается «блокирующим коммутатором». Споры ведутся о том, должны ли все коммутаторы быть неблокирующими, но дополнительные затраты на это разумны только для коммутаторов, предназначенных для работы в самых крупных сетевых магистралях. Почти для всех приложений блокирующий переключатель с приемлемым и разумным уровнем пропускной способности будет работать нормально.

Рассмотрим восьмипортовый коммутатор 10/100.Поскольку каждый порт теоретически может обрабатывать 200 Мбит / с (полный дуплекс), теоретическая потребность в 1600 Мбит / с или 1,6 Гбит / с. Но в реальном мире загрузка каждого порта не превышает 50%, поэтому коммутирующей шины 800 Мбит / с вполне достаточно. Рассмотрение общей пропускной способности по сравнению с общей потребностью портов в реальных нагрузках обеспечивает подтверждение того, что коммутатор может справиться с нагрузками вашей сети.

Ограничения буфера коммутатора

Поскольку пакеты обрабатываются в коммутаторе, они хранятся в буферах.Если целевой сегмент перегружен, коммутатор удерживает пакет, ожидая, пока пропускная способность станет доступной в переполненном сегменте. Проблема с заполнением буферов. Поэтому некоторый анализ размеров буферов и стратегий обработки переполнений представляет интерес для технически подкованного проектировщика сетей.

В реальных сетях переполненные сегменты вызывают множество проблем, поэтому их влияние на переключение не имеет значения для большинства пользователей, поскольку сети должны быть спроектированы таким образом, чтобы исключить переполненные, перегруженные сегменты.Есть две стратегии обработки полных буферов. Один из них — «управление потоком с противодавлением», которое отправляет пакеты обратно в восходящем направлении к исходным узлам пакетов, которые находят полный буфер. Это можно сравнить со стратегией простого отбрасывания пакета и использования функций целостности в сетях для автоматической повторной передачи. Одно решение распространяет проблему в одном сегменте на другие сегменты, распространяя проблему. Другое решение вызывает повторные передачи, и, как следствие, увеличение нагрузки не является оптимальным.Ни одна из стратегий не решает проблему, поэтому поставщики коммутаторов используют большие буферы и советуют администраторам сети разрабатывать топологии коммутируемой сети, чтобы устранить источник проблемы — перегруженные сегменты.

Коммутация уровня 3

Гибридное устройство — последнее усовершенствование технологии межсетевого взаимодействия. Сочетая в себе обработку пакетов маршрутизаторов и скорость коммутации, эти многоуровневые коммутаторы работают как на уровне 2, так и на уровне 3 сетевой модели OSI. Коммутаторы этого класса предназначены для работы в ядре крупных корпоративных сетей.Многоуровневые коммутаторы, которые иногда называются коммутаторами маршрутизации или IP-коммутаторами, ищут общие потоки трафика и переключают эти потоки на аппаратном уровне для определения скорости. Для трафика вне обычных потоков многоуровневый коммутатор использует функции маршрутизации. Это сохраняет функции маршрутизации с более высокими накладными расходами только там, где это необходимо, и стремится к лучшей стратегии обработки для каждого сетевого пакета.

Многие поставщики работают над многослойными коммутаторами высокого класса, и эта технология определенно находится в стадии разработки.По мере развития сетевых технологий многоуровневые коммутаторы, вероятно, заменят маршрутизаторы в большинстве крупных сетей.

1. Базовая работа коммутатора — коммутаторы Ethernet [Книга]

Коммутаторы Ethernet связывают устройства Ethernet вместе путем ретрансляции кадров Ethernet между устройствами, подключенными к коммутаторам. Перемещая кадры Ethernet между портами коммутатора , коммутатор связывает трафик, переносимый отдельными сетевыми соединениями, в более крупную сеть Ethernet.

Коммутаторы

Ethernet выполняют свою функцию связывания, соединяя кадры Ethernet между сегментами Ethernet . Для этого они копируют кадры Ethernet с одного порта коммутатора на другой на основе адреса Media Access Control (MAC) в кадрах Ethernet. Мостовое соединение Ethernet было первоначально определено в стандарте 802.1D IEEE для локальных и городских сетей: мосты управления доступом к среде (MAC). ^[]

Стандартизация мостовых операций в коммутаторах позволяет покупать коммутаторы у разных поставщиков, которые будут работать вместе при объединении в сеть.Это результат большой работы инженеров по стандартизации, направленных на определение набора стандартов, которые поставщики могли бы согласовать и внедрить в свои конструкции коммутаторов.

Первые мосты Ethernet были двухпортовыми устройствами, которые могли связывать вместе два сегмента коаксиального кабеля исходной системы Ethernet. В то время Ethernet поддерживал подключение только к коаксиальным кабелям. Позже, когда была разработана витая пара Ethernet и стали широко доступны коммутаторы с множеством портов, они часто использовались в качестве центральной точки подключения или концентратора кабельных систем Ethernet, что привело к названию «коммутирующий концентратор».«Сегодня на рынке эти устройства называют просто переключателями.

С тех пор, как мосты Ethernet были впервые разработаны в начале 1980-х годов, многое изменилось. С годами компьютеры стали повсеместными, и многие люди используют несколько устройств на своей работе, включая ноутбуки, смартфоны и планшеты. Каждый телефон VoIP и каждый принтер — это компьютер, и даже системы управления зданием и средства контроля доступа (дверные замки) объединены в сеть. В современных зданиях есть несколько точек беспроводного доступа (AP) для обеспечения 802.11 сервисов Wi-Fi для смартфонов и планшетов, и каждая из точек доступа также подключена к кабельной системе Ethernet. В результате современные сети Ethernet могут состоять из сотен коммутационных соединений в здании и тысяч коммутационных соединений в сети университетского городка.

Вы должны знать, что существует еще одно сетевое устройство, используемое для соединения сетей, называемое маршрутизатором . Существуют большие различия в способах работы мостов и маршрутизаторов, и у них обоих есть преимущества и недостатки, как описано в разделе «Маршрутизаторы или мосты?».Вкратце, мосты перемещают кадры между сегментами Ethernet на основе адресов Ethernet с минимальной настройкой моста или без нее. Маршрутизаторы перемещают пакетов между сетями на основе адресов протокола высокого уровня, и каждая связываемая сеть должна быть настроена в маршрутизаторе. Однако и мосты, и маршрутизаторы используются для построения более крупных сетей, и оба устройства на рынке называются коммутаторами.

Подсказка

Мы будем использовать слова «мост» и «коммутатор» как синонимы для описания мостов Ethernet.Однако обратите внимание, что «коммутатор» — это общий термин для сетевых устройств, которые могут функционировать как мосты, или маршрутизаторы, или даже и то, и другое, в зависимости от их наборов функций и конфигурации. Дело в том, что с точки зрения сетевых экспертов, мост и маршрутизация — это разные виды коммутации пакетов с разными возможностями. Для наших целей мы будем следовать практике поставщиков Ethernet, которые используют слово «коммутатор» или, более конкретно, «коммутатор Ethernet» для описания устройств, соединяющих кадры Ethernet.

В то время как стандарт 802.1D предоставляет спецификации для моста между фреймами локальной сети между портами коммутатора, а также для некоторых других аспектов базовой работы моста, стандарт также осторожен, чтобы не указывать такие вопросы, как производительность моста или коммутатора или то, как коммутаторы должен быть построен. Вместо этого поставщики конкурируют друг с другом, предлагая коммутаторы по разным ценам и с разными уровнями производительности и возможностей.

Результатом стал большой и конкурентный рынок коммутаторов Ethernet, увеличивающий количество вариантов, которые у вас есть как у клиента.Широкий выбор моделей и возможностей коммутаторов может сбивать с толку. В главе 4 мы обсуждаем переключатели специального назначения и их использование.

Существуют сети для передачи данных между компьютерами. Для выполнения этой задачи сетевое программное обеспечение организует перемещаемые данные в кадры Ethernet. Кадры передаются по сетям Ethernet, а поле данных кадра используется для передачи данных между компьютерами. Кадры — это не что иное, как произвольные последовательности информации, формат которой определен в стандарте.

Формат кадра Ethernet включает в себя адрес назначения , адрес в начале, содержащий адрес устройства, на которое отправляется кадр. ^[] Затем идет адрес источника, содержащий адрес устройства, отправляющего фрейм. За адресами следуют различные другие поля, включая поле данных, которое переносит данные, передаваемые между компьютерами, как показано на рисунке 1-1.

Рисунок 1-1. Формат кадра Ethernet

Кадры определены на уровне 2 или уровне канала передачи данных семиуровневой сетевой модели Взаимодействие открытых систем (OSI) .Семислойная модель была разработана для организации видов информации, передаваемой между компьютерами. Он используется для определения того, как эта информация будет отправляться, и для структурирования разработки стандартов передачи информации. Поскольку коммутаторы Ethernet работают с фреймами локальной сети на уровне канала передачи данных, вы иногда можете услышать их, называемые устройствами канального уровня, а также устройствами уровня 2 или коммутаторами уровня 2. ^[]

Коммутаторы Ethernet спроектированы таким образом, что их операции невидимы для устройств в сети, что объясняет, почему такой подход к соединению сетей также называется прозрачным мостом .«Прозрачный» означает, что когда вы подключаете коммутатор к системе Ethernet, никакие изменения в кадрах Ethernet, соединенных мостом, не вносятся. Коммутатор автоматически начнет работать, не требуя какой-либо настройки коммутатора или каких-либо изменений со стороны компьютеров, подключенных к сети Ethernet, что делает работу коммутатора прозрачной для них.

Далее мы рассмотрим основные функции, используемые в мосте, чтобы сделать возможным пересылку кадров Ethernet с одного порта на другой.

Коммутатор Ethernet управляет передачей кадров между портами коммутатора, подключенными к кабелям Ethernet, с использованием правил пересылки трафика , описанных в стандарте моста IEEE 802.1D. Перенаправление трафика основано на изучении адресов. Коммутаторы принимают решения о пересылке трафика на основе 48-битных адресов управления доступом к среде (MAC), используемых в стандартах LAN, включая Ethernet.

Для этого коммутатор изучает, какие устройства, называемые в стандарте станциями , находятся в каких сегментах сети, просматривая адреса источников во всех получаемых им кадрах.Когда устройство Ethernet отправляет фрейм, оно помещает в него два адреса. Эти два адреса — это адрес назначения устройства, которому он отправляет фрейм, и адрес источника , который является адресом устройства, отправляющего фрейм.

Путь «обучения» коммутатора довольно прост. Как и все интерфейсы Ethernet, каждому порту на коммутаторе назначен уникальный заводской MAC-адрес . Однако, в отличие от обычного устройства Ethernet, которое принимает только адресованные ему кадры, интерфейс Ethernet, расположенный в каждом порту коммутатора, работает в беспорядочном режиме .В этом режиме интерфейс запрограммирован на получение всех кадров, которые он видит на этом порту, а не только кадров, которые отправляются на MAC-адрес интерфейса Ethernet на этом порту коммутатора.

При получении каждого кадра на каждом порту программное обеспечение коммутации смотрит на адрес источника кадра и добавляет этот адрес источника в таблицу адресов, которую поддерживает коммутатор. Таким образом коммутатор автоматически определяет, какие станции доступны на каких портах.

На Рис. 1-2 показан коммутатор, соединяющий шесть устройств Ethernet.Для удобства мы используем короткие номера для адресов станций вместо фактических 6-байтовых MAC-адресов. Когда станции отправляют трафик, коммутатор принимает каждый отправленный кадр и строит таблицу, более формально называемую базой данных пересылки , которая показывает, какие станции и на каких портах доступны. После того, как каждая станция передала хотя бы один кадр, коммутатор получит базу данных пересылки, такую ​​как показано в Таблице 1-1.

Рисунок 1-2. Изучение адреса в коммутаторе

Таблица 1-1.База данных переадресации, обслуживаемая коммутатором

Эта база данных используется коммутатором для принятия решения о пересылке пакетов в процессе, называемом адаптивная фильтрация .Без базы данных адресов коммутатор должен был бы отправлять трафик, полученный на любом заданном порту, через все другие порты, чтобы гарантировать, что он достиг своего пункта назначения. В базе данных адресов трафик фильтруется в соответствии с его адресатом. Коммутатор является «адаптивным» за счет автоматического изучения новых адресов. Эта способность к обучению позволяет вам добавлять новые станции в вашу сеть без необходимости вручную настраивать коммутатор, чтобы знать о новых станциях, или станциям, чтобы знать о коммутаторе. ^[]

Когда коммутатор получает кадр, предназначенный для адреса станции, который он еще не видел, коммутатор отправляет этот кадр на все порты, кроме порта, на который он прибыл. ^[] Этот процесс называется лавинной рассылкой и более подробно поясняется позже в разделе «лавинная рассылка кадров».

После того, как коммутатор создал базу данных адресов, он получает всю информацию, необходимую для выборочной фильтрации и пересылки трафика. Пока коммутатор изучает адреса, он также проверяет каждый кадр, чтобы принять решение о пересылке пакета на основе адреса назначения в кадре.Давайте посмотрим, как решение о переадресации работает в коммутаторе с восемью портами, как показано на рисунке 1-2.

Предположим, что кадр отправляется со станции 15 на станцию ​​20. Поскольку кадр отправляется станцией 15, коммутатор считывает кадр через порт 6 и использует свою базу данных адресов, чтобы определить, какой из его портов связан с адресом назначения. в этом кадре. Здесь адрес назначения соответствует станции 20, а база данных адресов показывает, что для достижения станции 20 кадр должен быть отправлен через порт 2.

Каждый порт коммутатора может сохранять кадры в памяти перед их передачей по кабелю Ethernet, подключенному к порту. Например, если порт уже занят передачей, когда фрейм прибывает для передачи, то фрейм может удерживаться на короткое время, необходимое порту для завершения передачи предыдущего фрейма. Для передачи кадра коммутатор помещает кадр в очередь коммутации пакетов для передачи на порт 2.

Во время этого процесса коммутатор, передающий кадр Ethernet с одного порта на другой, не вносит изменений в данные, адреса или другие поля. базового кадра Ethernet.В нашем примере кадр передается в неизменном виде на порт 2 точно так же, как он был получен на порту 6. Таким образом, работа коммутатора прозрачна для всех станций в сети.

Обратите внимание, что коммутатор не будет пересылать кадр, предназначенный для станции, которая находится в базе данных переадресации, на порт, если этот порт не подключен к целевому назначению. Другими словами, трафик, предназначенный для устройства на данном порту, будет отправляться только на этот порт; другие порты не увидят трафик, предназначенный для этого устройства.Эта логика коммутации сохраняет трафик изолированным только от тех кабелей или сегментов Ethernet, которые необходимы для получения кадра от отправителя и передачи этого кадра на устройство назначения.

Это предотвращает поток ненужного трафика в другие сегменты сетевой системы, что является основным преимуществом коммутатора. Это контрастирует с ранней системой Ethernet, где трафик с любой станции был замечен всеми другими станциями, независимо от того, хотели они данных или нет. Фильтрация трафика коммутатора снижает нагрузку на трафик, переносимую набором кабелей Ethernet, подключенных к коммутатору, тем самым более эффективно используя пропускную способность сети.

Коммутаторы автоматически удаляют записи в базе данных пересылки по истечении определенного периода времени — обычно пяти минут — если они не видят никаких кадров со станции. Следовательно, если станция не отправляет трафик в течение определенного периода времени, коммутатор удаляет запись о переадресации для этой станции. Это предохраняет базу данных пересылки от заполнения устаревшими записями, которые могут не соответствовать действительности.

Конечно, когда время ввода адреса истекло, коммутатор не будет иметь никакой информации в базе данных для этой станции в следующий раз, когда коммутатор получит предназначенный для него кадр.Это также происходит, когда станция вновь подключается к коммутатору или когда станция была выключена и снова включается более чем через пять минут. Так как же коммутатор обрабатывает пересылку пакетов для неизвестной станции?

Решение простое: коммутатор пересылает кадр, предназначенный для неизвестной станции, через все порты коммутатора, кроме того, на котором он был получен, таким образом, лавинно лавинно передает кадр всем остальным станциям. Флудинг фрейма гарантирует, что фрейм с неизвестным адресом назначения достигнет всех сетевых подключений и будет услышан правильным устройством назначения, предполагая, что он активен и находится в сети.Когда неизвестное устройство отвечает обратным трафиком, коммутатор автоматически узнает, на каком порту находится устройство, и больше не будет лавинно перенаправлять трафик на это устройство.

Широковещательный и многоадресный трафик

Помимо передачи кадров, направленных на один адрес, локальные сети могут отправлять кадры, направленные на групповой адрес, называемый многоадресным адресом , который может быть получен группой станций. Они также могут отправлять кадры, направленные на все станции, используя широковещательный адрес .Групповые адреса всегда начинаются с определенной битовой комбинации, определенной в стандарте Ethernet, что позволяет коммутатору определять, какие кадры предназначены для определенного устройства, а не для группы устройств.

Кадр, отправленный на адрес назначения многоадресной рассылки, может быть получен всеми станциями, настроенными для прослушивания этого адреса многоадресной рассылки. Программное обеспечение Ethernet, также называемое программным обеспечением «драйвер интерфейса», программирует интерфейс для приема кадров, отправленных на групповой адрес, так что интерфейс теперь является членом этой группы.Адрес интерфейса Ethernet, назначенный на заводе, называется одноадресным адресом , и любой данный интерфейс Ethernet может принимать одноадресные и многоадресные кадры. Другими словами, интерфейс может быть запрограммирован на прием кадров, отправленных на один или несколько групповых адресов многоадресной рассылки, а также кадров, отправленных на одноадресный MAC-адрес, принадлежащий этому интерфейсу.

Широковещательная и многоадресная пересылка

Широковещательный адрес — это специальная многоадресная группа: группа всех станций в сети.Пакет, отправленный на широковещательный адрес (адрес всех единиц), получает каждая станция в локальной сети. Поскольку широковещательные пакеты должны приниматься всеми станциями в сети, коммутатор достигнет этой цели путем лавинной рассылки широковещательных пакетов на все порты, кроме порта, на который он был получен, поскольку нет необходимости отправлять пакет обратно на исходное устройство. Таким образом, широковещательный пакет, отправленный любой станцией, достигнет всех других станций в локальной сети.

Многоадресный трафик может быть более трудным, чем широковещательные кадры.Более сложные (и обычно более дорогие) коммутаторы включают поддержку протоколов обнаружения групп многоадресной рассылки, которые позволяют каждой станции сообщать коммутатору об адресах групп многоадресной рассылки, которые она хочет услышать, поэтому коммутатор будет отправлять многоадресные пакеты только на порты. подключены к станциям, которые заявили о своей заинтересованности в приеме многоадресного трафика. Однако более дешевые коммутаторы, не имеющие возможности обнаруживать, какие порты подключены к станциям, прослушивающим данный адрес многоадресной рассылки, должны прибегать к лавинной рассылке многоадресных пакетов на все порты, кроме порта, на котором был получен многоадресный трафик, точно так же, как широковещательные пакеты.

Использование широковещательной и многоадресной передачи

Станции отправляют широковещательные и многоадресные пакеты по ряду причин. Сетевые протоколы высокого уровня, такие как TCP / IP, используют широковещательные или многоадресные кадры как часть процесса обнаружения адресов. Широковещательные и многоадресные рассылки также используются для динамического назначения адресов, которое происходит, когда станция впервые включается и ей необходимо найти сетевой адрес высокого уровня. Многоадресная рассылка также используется некоторыми мультимедийными приложениями, которые отправляют аудио- и видеоданные в кадрах многоадресной рассылки для приема группами станций, а также многопользовательскими играми как способ отправки данных группе игроков.

Следовательно, типичная сеть будет иметь некоторый уровень широковещательного и многоадресного трафика. Пока количество таких кадров остается на разумном уровне, проблем не будет. Однако, когда многие станции объединены коммутаторами в одну большую сеть, широковещательная и многоадресная лавинная рассылка коммутаторов может привести к значительному объему трафика. Большой объем широковещательного или многоадресного трафика может вызвать перегрузку сети, поскольку каждое устройство в сети должно принимать и обрабатывать широковещательные рассылки и определенные типы многоадресных рассылок; при достаточно высоких скоростях передачи пакетов могут возникнуть проблемы с производительностью станций.

Потоковые приложения (видео), отправляющие многоадресную рассылку с высокой скоростью, могут генерировать интенсивный трафик. Системы резервного копирования и дублирования дисков, основанные на многоадресной рассылке, также могут генерировать большой трафик. Если этот трафик в конечном итоге будет перенаправлен на все порты, сеть может перегружаться. Один из способов избежать этой перегрузки — ограничить общее количество станций, подключенных к одной сети, чтобы скорость широковещательной и многоадресной передачи не становилась настолько высокой, чтобы создавать проблемы.

Другой способ ограничить скорость многоадресных и широковещательных пакетов — разделить сеть на несколько виртуальных локальных сетей (VLAN) .Еще один способ — использовать маршрутизатор, также называемый коммутатором уровня 3. Поскольку маршрутизатор не пересылает автоматически широковещательные и многоадресные рассылки, это создает отдельные сетевые системы. ^[] Эти методы управления распространением многоадресных и широковещательных рассылок обсуждаются в Главе 2 и Главе 3 соответственно.

До сих пор мы видели, как один коммутатор может пересылать трафик на основе динамически создаваемой базы данных переадресации. Основная трудность этой простой модели работы коммутатора заключается в том, что множественные соединения между коммутаторами могут создавать петли, приводящие к перегрузке и перегрузке сети.

Конструкция и работа Ethernet требует, чтобы между любыми двумя станциями мог существовать только один путь передачи пакетов. Ethernet растет за счет расширения ветвей в сети , топология называется древовидной структурой, которая состоит из нескольких коммутаторов, ответвляющихся от центрального коммутатора. Опасность заключается в том, что в достаточно сложной сети коммутаторы с несколькими соединениями между коммутаторами могут создавать в сети кольцевые пути.

В сети с коммутаторами, соединенными вместе, чтобы сформировать петлю пересылки пакетов, пакеты будут бесконечно циркулировать по петле, создавая очень высокий уровень трафика и вызывая перегрузку.

Зацикленные пакеты будут циркулировать с максимальной скоростью сетевых каналов, пока скорость трафика не станет настолько высокой, что сеть будет насыщена. Широковещательные и многоадресные кадры, а также одноадресные кадры неизвестным адресатам обычно лавинно рассылаются на все порты базового коммутатора, и весь этот трафик будет циркулировать в таком цикле. После образования петли этот режим отказа может произойти очень быстро, в результате чего сеть будет полностью занята отправкой широковещательных, многоадресных и неизвестных кадров, и станциям будет очень трудно отправлять фактический трафик.

К сожалению, таких петель, как пунктирный путь, показанный стрелками на рис. 1-3, слишком легко реализовать, несмотря на все ваши попытки их избежать. По мере того, как сети разрастаются и включают в себя все больше коммутаторов и коммутационных шкафов, становится трудно точно знать, как все соединено вместе, и не дать людям по ошибке создать петлю.

Рисунок 1-3. Петля пересылки между коммутаторами

Хотя петля на чертеже должна быть очевидной, в достаточно сложной сетевой системе любому, кто работает в сети, может быть сложно узнать, подключены ли коммутаторы таким образом, чтобы создать петлевые пути.Стандарт моста IEEE 802.1D предоставляет протокол связующего дерева, чтобы избежать этой проблемы, автоматически подавляя петли пересылки.

Назначение протокола связующего дерева (STP) — позволить коммутаторам автоматически создавать набор путей без петель, даже в сложной сети с несколькими путями, соединяющими несколько коммутаторов. Он предоставляет возможность динамически создавать древовидную топологию в сети, блокируя пересылку любых пакетов на определенных портах, и гарантирует, что набор коммутаторов Ethernet может автоматически настраиваться для создания путей без петель.Стандарт IEEE 802.1D описывает работу связующего дерева, и каждый коммутатор, заявляющий о соответствии стандарту 802.1D, должен включать возможность связующего дерева. ^[]

Работа алгоритма связующего дерева основана на сообщениях конфигурации, отправляемых каждым коммутатором в пакетах, называемых блоками данных протокола моста или BPDU. Каждый пакет BPDU отправляется на многоадресный адрес назначения, назначенный для операции связующего дерева. Все коммутаторы IEEE 802.1D присоединяются к группе многоадресной рассылки BPDU и прослушивают кадры, отправленные на этот адрес, так что каждый коммутатор может отправлять и получать сообщения конфигурации связующего дерева. ^[]

Процесс создания связующего дерева начинается с использования информации в сообщениях конфигурации BPDU для автоматического выбора корневого моста . Выбор основан на идентификаторе моста (BID), который, в свою очередь, основан на комбинации настраиваемого значения приоритета моста (32768 по умолчанию) и уникального MAC-адреса Ethernet, назначенного каждому мосту для использования процессом связующего дерева. называется системный MAC. Мосты отправляют друг другу пакеты BPDU, и мост с наименьшим BID автоматически выбирается в качестве корневого моста.

Если для приоритета моста было оставлено значение по умолчанию 32 768, тогда мост с наименьшим числовым значением Ethernet-адреса будет выбран в качестве корневого моста. ^[] В примере, показанном на рисунке 1-4, коммутатор 1 имеет самый низкий BID, и конечным результатом процесса выбора связующего дерева является то, что коммутатор 1 стал корневым мостом. Выбор корневого моста создает основу для остальных операций, выполняемых протоколом связующего дерева.

Выбор пути с наименьшей стоимостью

После выбора корневого моста каждый некорневой мост использует эту информацию, чтобы определить, какой из его портов имеет наименее затратный путь к корневому мосту, а затем назначает этот порт корневым. порт (RP).Все остальные мосты определяют, какой из их портов, подключенных к другим каналам, имеет наименее затратный путь к корневому мосту. Мосту с наименее затратным путем назначается роль назначенного моста (DB), а порты в DB назначаются как назначенные порты (DP).

Рисунок 1-4. Операция связующего дерева

Стоимость пути основана на скорости, с которой работают порты, при этом более высокие скорости приводят к более низким затратам. Когда пакеты BPDU проходят через систему, они накапливают информацию о количестве портов, через которые они проходят, и о скорости каждого порта.Пути с более медленными портами будут иметь более высокие затраты. Общая стоимость данного пути через несколько коммутаторов — это сумма затрат всех портов на этом пути.

Подсказка

Если существует несколько путей к корню с одинаковой стоимостью, то будет использоваться путь, подключенный к мосту с наименьшим идентификатором моста.

В конце этого процесса мосты выбрали набор корневых портов и назначенных портов, что позволяет мостам удалять все кольцевые пути и поддерживать дерево пересылки пакетов, которое охватывает весь набор устройств, подключенных к сети. , отсюда и название «протокол связующего дерева».”

После того, как процесс связующего дерева определил состояние порта, комбинация корневых портов и назначенных портов предоставляет алгоритму связующего дерева информацию, необходимую для определения наилучших путей и блокировки всех остальных путей. Пересылка пакетов на любом порту, который не является корневым портом или назначенным портом, отключена , блокируя пересылку пакетов на этот порт.

Пока заблокированные порты не пересылают пакеты, они продолжают получать BPDU. Заблокированный порт показан на рис. 1-4 буквой «B», указывающей, что порт 10 на коммутаторе 3 находится в режиме блокировки и что канал не пересылает пакеты. Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) отправляет пакеты BPDU каждые две секунды для отслеживания состояния сети, и заблокированный порт может стать разблокированным при обнаружении изменения пути.

Состояния портов связующего дерева

Когда активное устройство подключено к порту коммутатора, порт проходит через ряд состояний при обработке любых BPDU, которые он может получить, и процесс связующего дерева определяет, в каком состоянии должен находиться порт. в любой момент времени. Два состояния называются прослушивание и обучение , во время которых процесс связующего дерева прослушивает BPDU, а также изучает адреса источника из любых полученных кадров.

На рисунке 1-5 показаны состояния порта связующего дерева, которые включают следующее:

Неполноценный

Порт в этом состоянии был намеренно отключен администратором или автоматически отключен из-за разрыва соединения. Это также может быть порт, который вышел из строя и больше не работает. В отключенное состояние можно войти или выйти из любого другого состояния.

Блокировка

Порт, который включен, но не является корневым портом или назначенным портом, может вызвать петлю коммутации, если он был активен.Чтобы этого избежать, порт переводится в состояние блокировки. Данные станции не отправляются и не принимаются через блокирующий порт. После инициализации порта (соединение устанавливается, включается питание) порт обычно переходит в состояние блокировки. После обнаружения через BPDU или тайм-ауты того, что порту может потребоваться стать активным, порт перейдет в состояние прослушивания на пути к состоянию пересылки. Блокирующий порт также может перейти в состояние пересылки, если другие ссылки не работают. Данные BPDU все еще принимаются, пока порт находится в состоянии блокировки.

Прослушивание

В этом состоянии порт отбрасывает трафик, но продолжает обрабатывать пакеты BPDU, полученные через порт, и воздействует на любую новую информацию, которая может привести к возврату порта в заблокированное состояние. На основе информации, полученной в блоках BPDU, порт может перейти в состояние обучения. Состояние прослушивания позволяет алгоритму связующего дерева решить, будут ли атрибуты этого порта, такие как стоимость порта, заставлять порт стать частью связующего дерева или вернуться в состояние блокировки.

Учусь

В этом состоянии порт еще не пересылает кадры, но изучает адреса источника из всех полученных кадров и добавляет их в базу данных фильтрации. Коммутатор заполнит таблицу MAC-адресов пакетами, полученными через порт (до истечения таймера), прежде чем перейти в состояние пересылки.

Пересылка

Это рабочее состояние, в котором порт отправляет и принимает данные станции. Входящие BPDU также отслеживаются, чтобы мост мог определить, нужно ли ему перевести порт в состояние блокировки, чтобы предотвратить образование петли.

Рисунок 1-5. Состояния портов связующего дерева

В исходном протоколе связующего дерева состояния прослушивания и обучения длились 30 секунд, в течение которых пакеты не пересылались. В новом протоколе Rapid Spanning Tree Protocol можно назначить тип порта «edge» для порта, что означает, что порт, как известно, подключен к конечной станции (пользовательский компьютер, VoIP-телефон, принтер и т. Д.) И не к другому переключателю. Это позволяет конечному автомату RSTP обходить процессы обучения и прослушивания на этом порту и немедленно переходить в состояние пересылки.Разрешение станции немедленно начать отправку и получение пакетов помогает избежать таких проблем, как тайм-ауты приложений на пользовательских компьютерах при их перезагрузке. ^[] Хотя это не требуется для работы RSTP, полезно вручную настроить граничные порты RSTP с их типом порта, чтобы избежать проблем на компьютерах пользователей. Установка типа порта на граничный также означает, что RSTP не нужно отправлять пакет BPDU при изменении состояния соединения (соединение вверх или вниз) на этом порту, что помогает уменьшить объем трафика связующего дерева в сети.

Подсказка

Изобретатель протокола остовного дерева, Радия Перлман, написала стихотворение, описывающее, как это работает. ^[] При чтении стихотворения полезно знать, что с точки зрения математики сеть может быть представлена ​​как тип графа, называемого сеткой, и что цель протокола связующего дерева — превратить любую заданную сетевую сетку в дерево. структура без петель, охватывающая весь набор сегментов сети.

Думаю, я никогда не увижу
График красивее дерева.
Дерево, ключевое свойство которого
— это соединение без петель.
Дерево, которое должно обязательно охватывать
Чтобы пакеты могли достигать любой LAN.
Сначала нужно выбрать рут.
По ID он избран.
Трассируются пути с наименьшей стоимостью от корня.
В дереве размещены эти пути.
Сетка создается такими людьми, как я,
Затем мосты находят остовное дерево.

—
Радиа Перлман
Алгорим

Это краткое описание предназначено только для предоставления основных концепций, лежащих в основе работы системы.Как и следовало ожидать, есть больше деталей и сложностей, которые не описаны. Полная информация о том, как работает конечный автомат связующего дерева, описана в стандартах IEEE 802.1, с которыми можно ознакомиться для более полного понимания протокола и того, как он функционирует. Подробные сведения об улучшениях связующего дерева для конкретных поставщиков можно найти в документации поставщика. См. Приложение A для ссылок на дополнительную информацию.

Исходный протокол связующего дерева, стандартизованный в IEEE 802.1D определил единый процесс связующего дерева, работающий на коммутаторе, управляющий всеми портами и виртуальными локальными сетями с помощью одного конечного автомата связующего дерева. Ничто в стандарте не запрещает поставщику разрабатывать собственные усовершенствования в развертывании связующего дерева. Некоторые поставщики создали свои собственные реализации, в одном случае предоставляя отдельный процесс связующего дерева для каждой VLAN. Этот подход был использован Cisco Systems для версии, которую они называют связующим деревом для каждой VLAN (PVST).

Стандартный протокол связующего дерева IEEE развивался на протяжении многих лет.Обновленная версия, получившая название Rapid Spanning Tree Protocol, была определена в 2004 году. Как следует из названия, Rapid Spanning Tree увеличила скорость работы протокола. RSTP был разработан для обеспечения обратной совместимости с исходной версией связующего дерева. Стандарт 802.1Q включает как RSTP, так и новую версию связующего дерева под названием Multiple Spanning Tree (MST), которое также разработано для обеспечения обратной совместимости с предыдущими версиями. ^[] MST обсуждается далее в Виртуальных локальных сетях.

При построении сети с несколькими коммутаторами вам необходимо обратить особое внимание на то, как поставщик ваших коммутаторов развернул связующее дерево, а также на версию связующего дерева, которую используют ваши коммутаторы. Наиболее часто используемые версии, классический STP и более новый RSTP, совместимы и не требуют настройки, что приводит к операции «подключи и работай».

Прежде чем вводить новый коммутатор в работу в сети, внимательно прочтите документацию поставщика и убедитесь, что вы понимаете, как все работает.Некоторые поставщики могут не включать связующее дерево по умолчанию для всех портов. Другие поставщики могут реализовывать специальные функции или версии связующего дерева для конкретных поставщиков. Как правило, продавец будет работать, чтобы убедиться, что их реализация связующего дерева «просто работает» со всеми другими коммутаторами, но есть достаточно вариаций, охватывающая особенность дерева и конфигурацию, которые могут возникнуть проблемы. Чтение документации и тестирование новых коммутаторов перед их развертыванием в сети может помочь избежать любых проблем.

Одиночное полнодуплексное соединение Ethernet предназначено для перемещения кадров Ethernet между интерфейсами Ethernet на каждом конце соединения. Он работает с известной скоростью передачи данных и известной максимальной частотой кадров. ^[] Все соединения Ethernet с заданной скоростью будут иметь одинаковые характеристики скорости передачи данных и частоты кадров. Однако добавление коммутаторов в сеть создает более сложную систему. Теперь ограничения производительности вашей сети становятся комбинацией производительности соединений Ethernet и производительности коммутаторов, а также любых перегрузок, которые могут возникнуть в системе, в зависимости от топологии.Вы должны убедиться, что приобретаемые вами коммутаторы обладают достаточной производительностью для выполнения своей работы.

Производительность внутренней коммутирующей электроники может не поддерживать полную частоту кадров, поступающую со всех портов. Другими словами, если все порты одновременно представляют коммутатору высокие нагрузки трафика, которые также являются непрерывными, а не только короткими пакетами, коммутатор может не справиться с объединенной скоростью трафика и может начать отбрасывать кадры. Это известно как , блокировка , состояние в системе коммутации, в котором недостаточно доступных ресурсов для обеспечения потока данных через коммутатор.Неблокирующий коммутатор — это коммутатор, который обеспечивает достаточную внутреннюю коммутационную способность для обработки полной нагрузки, даже когда все порты одновременно активны в течение длительных периодов времени. Однако даже неблокирующий коммутатор будет отбрасывать кадры, когда порт становится перегруженным, в зависимости от шаблонов трафика.

Производительность пересылки пакетов

Типичное оборудование коммутатора имеет выделенные вспомогательные схемы, которые предназначены для повышения скорости, с которой коммутатор может пересылать кадры и выполнять такие важные функции, как поиск адресов кадров в базе данных фильтрации адресов.Поскольку вспомогательные схемы и высокоскоростная буферная память являются более дорогими компонентами, общая производительность коммутатора представляет собой компромисс между стоимостью этих высокопроизводительных компонентов и ценой, которую готовы платить большинство клиентов. Таким образом, вы обнаружите, что не все переключатели работают одинаково.

Некоторые менее дорогие устройства могут иметь более низкую производительность пересылки пакетов, меньшие таблицы фильтрации адресов и меньшие размеры буферной памяти. Коммутаторы большего размера с большим количеством портов обычно имеют компоненты с более высокой производительностью и более высокую цену.Коммутаторы, способные обрабатывать максимальную частоту кадров на всех своих портах, также называемые неблокирующими коммутаторами, способны работать на скорости провода . В наши дни широко распространены полностью неблокирующие коммутаторы, которые могут обрабатывать максимальную скорость передачи данных одновременно на всех портах, но всегда полезно проверить спецификации на коммутатор, который вы рассматриваете.

Требуемая производительность и стоимость приобретаемых коммутаторов могут варьироваться в зависимости от их расположения в сети.Коммутаторы, которые вы используете в ядре сети, должны иметь достаточно ресурсов для обработки высоких нагрузок трафика. Это потому, что ядро ​​сети — это то место, где сходится трафик от всех станций в сети. Базовые коммутаторы должны иметь ресурсы для обработки нескольких разговоров, высокой нагрузки трафика и длительного трафика. С другой стороны, коммутаторы, используемые на границах сети, могут иметь более низкую производительность, поскольку они требуются только для обработки нагрузки трафика непосредственно подключенных станций.

Все коммутаторы содержат некоторую высокоскоростную буферную память, в которой фрейм сохраняется, хотя и ненадолго, перед переадресацией на другой порт или порты коммутатора. Этот механизм известен как коммутация с промежуточным хранением. Все коммутаторы, совместимые с IEEE 802.1D, работают в режиме промежуточного хранения, в котором пакет полностью принимается портом и помещается в буферную память высокоскоростного порта (сохраняется) перед пересылкой. Больший объем буферной памяти позволяет мосту обрабатывать более длинные потоки последовательных кадров, повышая производительность коммутатора при наличии всплесков трафика в локальной сети.Обычная конструкция коммутатора включает пул высокоскоростной буферной памяти, которую можно динамически распределять по отдельным портам коммутатора по мере необходимости.

Учитывая, что коммутатор — это компьютер специального назначения, центральный ЦП и ОЗУ коммутатора важны для таких функций, как операции связующего дерева, предоставление управляющей информации , управление потоками многоадресных пакетов, а также управление портом коммутатора и конфигурацией функций.

Как обычно в компьютерной индустрии, чем выше производительность ЦП и ОЗУ, тем лучше, но вы также заплатите больше.Продавцы часто не упрощают клиентам поиск спецификаций ЦП и ОЗУ коммутатора. Как правило, более дорогие коммутаторы предоставляют эту информацию, но вы не сможете заказать более быстрый процессор или больше оперативной памяти для данного коммутатора. Вместо этого это информация, полезная для сравнения моделей от поставщика или среди поставщиков, чтобы увидеть, какие коммутаторы имеют лучшие характеристики.

Производительность коммутатора включает ряд показателей, включая максимальную полосу пропускания или коммутационную способность электроники пакетного коммутатора внутри коммутатора.Вы также должны увидеть максимальное количество MAC-адресов, которое может содержать база данных адресов, а также максимальную скорость в пакетах в секунду, которую коммутатор может пересылать на объединенный набор портов.

Здесь показан набор спецификаций коммутатора, скопированный из типовой таблицы данных поставщика. Спецификации поставщика выделены жирным шрифтом. Для простоты в нашем примере мы показываем спецификации небольшого недорогого коммутатора с пятью портами. Это предназначено, чтобы показать вам некоторые типичные значения переключателей, а также помочь вам понять, что означают значения и что происходит, когда маркетинг и спецификации встречаются на одной странице.

Экспедирование

С промежуточным хранением

Относится к стандартному мосту 802.1D, при котором пакет полностью принимается через порт и в буфер порта («хранилище») перед пересылкой.

128 КБ буферизации пакетов на кристалле

Общий объем буферизации пакетов, доступный для всех портов. Буферизация распределяется между портами по запросу. Это типичный уровень буферизации для небольшого, легкого, пятипортового коммутатора, предназначенного для поддержки клиентских подключений в домашнем офисе.

Подсказка

Некоторые коммутаторы, предназначенные для использования в центрах обработки данных и других специализированных сетях, поддерживают режим работы, называемый сквозной коммутацией , в котором процесс пересылки пакетов начинается до того, как весь пакет будет считан в буферную память. Цель состоит в том, чтобы сократить время, необходимое для пересылки пакета через коммутатор. Этот метод также пересылает пакеты с ошибками, поскольку он начинает пересылку пакета до того, как будет получено поле проверки ошибок.

Производительность

Пропускная способность: 10 Гбит / с (без блокировки)

Поскольку этот коммутатор может обрабатывать полную нагрузку трафика на всех портах, работающих с максимальной скоростью трафика на каждом порту, это неблокирующий коммутатор. Пять портов могут работать со скоростью до 1 Гбит / с каждый. В полнодуплексном режиме максимальная скорость через коммутатор со всеми активными портами составляет 5 Гбит / с в исходящем направлении (также называемом «исходящим») и 5 ​​Гбит / с во входящем направлении (также называемом «входящим». »).Производители любят указывать в своих спецификациях совокупную пропускную способность 10 Гбит / с, хотя входящие данные 5 Гбит / с на пяти портах отправляются как 5 Гбит / с исходящих данных. Если бы вы считали максимальную совокупную передачу данных через коммутатор равной 5 Гбит / с, вы были бы технически правы, но не преуспели бы в маркетинге. ^[]

Стоимость пересылки

Порт 10 Мбит / с: 14800 пакетов / сек

Порт 100 Мбит / с: 148 800 пакетов / с

Порт 1000 Мбит / с: 1 480 000 пакетов / с

Эти спецификации показывают, что порты могут обрабатывать полную скорость коммутации пакетов, состоящую из кадров Ethernet минимального размера (64 байта), что соответствует максимальной скорости передачи пакетов при минимальном размере кадра.Фреймы большего размера будут иметь более низкую скорость передачи пакетов в секунду, поэтому это максимальная производительность коммутатора Ethernet. Это показывает, что коммутатор может поддерживать максимальную скорость передачи пакетов на всех портах на всех поддерживаемых скоростях.

Задержка (с использованием пакетов размером 1500 байт)

10 Мбит / с: 30 микросекунд (макс.)

100 Мбит / с: 6 микросекунд (макс.)

1000 Мбит / с: 4 микросекунды (макс.)

Это время, необходимое для перемещения кадра Ethernet с принимающего порта на передающий порт, при условии, что передающий порт доступен и не занят передачей какого-либо другого кадра.Это мера внутренней задержки переключения, создаваемой электроникой переключателя. Это измерение также отображается как 30 мкс с использованием греческого символа «мю» для обозначения «микро». Микросекунда составляет одну миллионную секунды, а задержка в 30 миллионных секунды на портах 10 Мбит / с является разумным значением для недорогого коммутатора. При сравнении переключателей меньшее значение лучше. Более дорогие коммутаторы обычно обеспечивают меньшую задержку.

База данных MAC-адресов: 4,000

Этот коммутатор может поддерживать до 4000 уникальных адресов станций в своей базе данных адресов.Этого более чем достаточно для пятипортового коммутатора, предназначенного для домашнего и небольшого офисов.

Средняя наработка на отказ

(Среднее время безотказной работы):> 1 миллион часов (~ 114 лет). Среднее время безотказной работы велико, потому что этот коммутатор мал, не имеет вентилятора, который может изнашиваться, и имеет небольшое количество компонентов; не так много элементов, которые могут потерпеть неудачу. Это не означает, что коммутатор не может выйти из строя, но в этой электронике мало отказов, что приводит к большой средней наработке на отказ для данной конструкции переключателя.

Соответствие стандартам

IEEE 802.3i 10BASE-T Ethernet

IEEE 802.3u 100BASE-TX Fast Ethernet

IEEE 802.3ab 1000BASE-T Гигабитный Ethernet

Поддерживает теги приоритета IEEE 802.1p и DSCP

Jumbo-фрейм: до 9720 байт

Под заголовком «Соответствие стандартам» поставщик предоставил подробный список стандартов, соответствие которым этот коммутатор может претендовать.Первые три пункта означают, что порты коммутатора поддерживают стандарты Ethernet для витой пары для скоростей 10/100/1000 Мбит / с. Эти скорости выбираются автоматически при взаимодействии с клиентским соединением с использованием протокола автосогласования Ethernet. Затем поставщик заявляет, что этот коммутатор будет учитывать теги приоритета Class of Service в кадре Ethernet, сначала отбрасывая трафик с тегами с более низким приоритетом в случае перегрузки порта. Последний пункт в этом подробном списке отмечает, что коммутатор может обрабатывать нестандартные размеры кадров Ethernet, часто называемые «jumbo-кадрами», которые иногда настраиваются на интерфейсах Ethernet для определенной группы клиентов и их серверов в попытке для повышения производительности. ^[]

Этот набор спецификаций поставщика показывает, какие скорости портов поддерживает коммутатор, и дает представление о том, насколько хорошо коммутатор будет работать в вашей системе. При покупке более крупных и высокопроизводительных коммутаторов, предназначенных для использования в ядре сети, вам следует учитывать другие характеристики коммутатора. К ним относятся поддержка дополнительных функций, таких как протоколы управления многоадресной рассылкой, доступ к командной строке, позволяющий настраивать коммутатор, и простой протокол сетевого управления, позволяющий контролировать работу и производительность коммутатора.

При использовании коммутаторов необходимо учитывать требования к сетевому трафику. Например, если ваша сеть включает высокопроизводительных клиентов, которые предъявляют требования к одному серверу или набору серверов, то любой используемый вами коммутатор должен иметь достаточную производительность внутренней коммутации, достаточно высокие скорости портов и скорости восходящего канала, а также достаточное количество буферов портов для обработки задача. В общем, более дорогие коммутаторы с высокопроизводительными коммутационными матрицами также имеют хорошие уровни буферизации, но вам необходимо внимательно прочитать спецификации и сравнить различных поставщиков, чтобы убедиться, что вы получаете лучший коммутатор для работы.

Сетевые коммутаторы

101: различные типы сетевых коммутаторов и те, которые следует использовать

Когда дело доходит до технологий в нашей повседневной жизни, многие решения о покупке принимаются еще до покупки. Какой потоковый сервис предоставит лучшие шоу по самой низкой цене и приведет к меньшему количеству обсуждений на тему «что мы смотрим сегодня вечером»? Неужели этот Instant Pot действительно облегчит приготовление ужина? Стоит ли тратиться на новый Nintendo Switch? То же самое и с сетевыми коммутаторами.Важно понимать основы сетевых коммутаторов.

Хотя мы не можем посоветовать вам, какой потоковый сервис использовать (хотя первый сезон He-Man and the Masters of the Universe теперь доступен на Netflix… силой GreySkull кто-нибудь?) Или какой кухонный гаджет лучше, мы можем поговорить о переключателях. Мы думаем, что новый коммутатор Nintendo довольно хорош, но в CXtec наш настоящий опыт заключается в сетевых коммутаторах и других сетевых технологиях. .

Основы сетевых коммутаторов

Вы знаете, как важно сетевое оборудование для бесперебойной работы вашей организации.Он поддерживает связь ваших пользователей друг с другом и с Интернетом, позволяя легко передавать данные на указанные устройства.

Однако, если вам нужно было принять решение о покупке сетевого коммутатора, все различные модели, представленные на рынке, могут оказаться огромными, особенно если вы хотите выбрать тип коммутатора, который лучше всего подходит для вашей организации.

К счастью, наша страсть к сетевому оборудованию также выражается в знаниях. Приготовьтесь избавиться от своего героического альтер-эго и спасти сетевую систему своей организации с помощью нашего анализа типов сетевых коммутаторов и их преимуществ.

Коммутаторы Ethernet

Начнем с широкого — в конце концов, каждый супергерой должен понимать общую картину своей миссии. Коммутаторы Ethernet, также известные как коммутаторы LAN (локальные сети), являются неотъемлемой частью любой компьютерной сети. Их можно условно разделить на две основные категории: модульные и фиксированные коммутаторы.

Модульные переключатели

Если вам нужны возможности расширения, то модульное решение — это то, что вам нужно. Модульные коммутаторы позволяют добавлять в коммутаторы модули расширения по мере необходимости.Эти типы переключателей обеспечивают лучшую гибкость, но имеют свою цену, поскольку они более сложны, чем их собратья с фиксированными переключателями. Хотя у вас может быть более ограниченная гибкость, если вы ищете более низкую начальную стоимость, лучше начать с фиксированных коммутаторов.

Фиксированные переключатели

Как следует из названия, эти коммутаторы обычно не расширяются и имеют фиксированное количество портов. Эту категорию можно разделить на неуправляемые, слабо управляемые и полностью управляемые.Когда дело доходит до сетевых коммутаторов, важны детали.

Подумайте о боевом панцире черепашек-ниндзя — если бы Донателло не обратил внимание на то, что черепахам нужно для улучшения их езды, они все равно застряли бы в своем грустном фургоне-черепахе. Точно так же вы не хотите, чтобы в конечном итоге был выбран неправильный переключатель и откладывал переход вашей сети на новый уровень.

Неуправляемые коммутаторы

Эти коммутаторы чаще всего используются в домашних сетях и на малых предприятиях.Так что, если у вас большая организация, это не вариант для вас. Эти переключатели нельзя изменять или управлять ими.

Они подключаются и мгновенно начинают выполнять свою работу — поэтому они могут быть лучшими для домашних пользователей, у которых нет необходимости или времени для всех наворотов.

Частично управляемый (интеллектуальные коммутаторы)

Это категория переключателей, которые изменяются наиболее быстро. Как и все в мире технологий, он недолго остается статичным.Они занимают золотую середину, поскольку предлагают базовые функции управления с возможностью создания некоторых уровней безопасности, но их интерфейс управления более упрощен, чем то, что предлагают управляемые коммутаторы.

Они действительно предлагают возможность настройки таких параметров, как качество обслуживания (QoS) и VLAN. Это может быть полезно, если в вашей организации есть телефоны VoIP или если вы хотите сегментировать свою сеть на рабочие группы. Бонус! Эти коммутаторы также дешевле своих управляемых аналогов.

Управляемые коммутаторы

Если вам нужен коммутатор, в котором есть все — высочайший уровень безопасности, точный контроль и полное управление вашей сетью, — этот коммутатор для вас. Думайте об этом как о Quinjet Мстителей, который может путешествовать куда угодно (включая космос), хранит полезные инструменты для команды и даже включает в себя медицинский отсек на борту.

Управляемые коммутаторы

являются наиболее дорогостоящим вариантом из всех, но если у вашей организации большая сеть, это может быть лучшим вариантом для вас.Масштабируемость этих коммутаторов также делает их идеальными, если вы знаете, что сеть вашей организации будет расти.

Дополнительные рекомендации для сетевых коммутаторов

Теперь, когда у вас есть базовая разбивка по различным типам переключателей, можно рассмотреть еще несколько полезных вещей:

Количество портов

Коммутаторы

могут иметь конфигурации от 5 до 52 портов. При выборе необходимого количества портов следует учитывать количество пользователей, поддерживаемых вашей сетью.Чем больше ваша организация, тем больше портов вам понадобится.

Скорость

Коммутаторы

с фиксированной конфигурацией поставляются со скоростями Fast Ethernet (10/100 Мбит / с), Gigabit Ethernet (10/100/1000 Мбит / с), Ten Gigabit (10/100/1000/10000 Мбит / с) и 40/100 Гбит / с.

Если все это кажется запутанным, самое важное, что нужно учитывать при определении скорости, — это потребности пользователей в сети. Будут ли они передавать большие объемы данных? Тогда, скорее всего, подойдет Gigabit Ethernet или более быстрый.

PoE и без PoE

Power over Ethernet (PoE) позволяет питать такие устройства, как IP-телефон или беспроводную точку доступа, по тому же кабелю, что и трафик данных. Если у вас большая сеть, PoE может предоставить вам большую гибкость, позволяя размещать конечные точки в любом месте офиса. Это особенно удобно в помещениях, где трудно включить розетку.

Стекируемый и автономный

Ваша сеть быстро растет? Тогда вы можете захотеть использовать стекируемый коммутатор.Автономные коммутаторы необходимо настраивать индивидуально, и устранение неполадок также должно выполняться на индивидуальной основе.

Стекируемые коммутаторы позволяют настраивать несколько коммутаторов, как если бы они были одним объектом. Одно большое преимущество в том, что их можно настраивать. В случае отказа порта или кабеля стек коммутаторов автоматически изменит маршрут в обход сбоя.

Получаем. Мир сетевых коммутаторов может быть сложным. Теперь, когда у вас есть немного больше знаний, мы надеемся, что вы сможете сэкономить время, обеспечив безопасность своих данных и эффективную работу сети.

Рассмотрите CXtec Робин для вашего Бэтмена.

Хотите знать, что делать со старыми коммутаторами и сетевым оборудованием после завершения обновления? Узнайте, как разумно продать свое сетевое оборудование и максимально увеличить рентабельность инвестиций, с помощью нашего Руководства по разумной продаже сетевого оборудования!

Что такое сетевой коммутатор? Определение с сайта WhatIs.com

К

Сетевой коммутатор соединяет устройства (например, компьютеры, принтеры, точки беспроводного доступа) в сети друг с другом и позволяет им «общаться» посредством обмена пакетами данных.Коммутаторы могут быть аппаратными устройствами, которые управляют физическими сетями, а также программными виртуальными устройствами.

Коммутаторы

составляют подавляющее большинство сетевых устройств в современных сетях передачи данных. Они обеспечивают проводные соединения с настольными компьютерами, точками беспроводного доступа, промышленным оборудованием и некоторыми устройствами Интернета вещей (IoT), такими как системы ввода карт. Они подключают компьютеры, на которых размещены виртуальные машины (ВМ) в центрах обработки данных, а также физические серверы и большую часть инфраструктуры хранения.Они несут огромные объемы трафика в сетях поставщиков телекоммуникационных услуг.

Сетевой коммутатор работает на сетевом уровне 2 модели OSI. В локальной сети (LAN), использующей Ethernet, сетевой коммутатор определяет, куда отправлять каждый кадр входящего сообщения, просматривая физический адрес устройства (или MAC-адрес). Коммутаторы поддерживают таблицы, соответствующие каждому MAC-адресу и порту, на который этот MAC-адрес получен.

Как работает сетевой коммутатор

Сетевой коммутатор можно развернуть следующими способами:

• Edge или коммутаторы доступа: эти коммутаторы управляют входящим или исходящим трафиком из сети.Такие устройства, как компьютеры и точки доступа, подключаются к граничным коммутаторам.
• Коммутаторы агрегации или распределения: эти переключатели размещаются на дополнительном среднем уровне. К ним подключаются пограничные коммутаторы, и они могут отправлять трафик от коммутатора к коммутатору или отправлять его на базовые коммутаторы.
• Базовые коммутаторы: эти сетевые коммутаторы образуют магистраль сети. Базовые коммутаторы соединяют агрегационные или граничные коммутаторы, граничные сети пользователей или устройств с сетями центров обработки данных и корпоративные локальные сети с маршрутизаторами.

Если кадр пересылается на MAC-адрес, неизвестный инфраструктуре коммутатора, он рассылается по всем портам в домене коммутации. Широковещательные и многоадресные кадры также лавинно передаются. Это известно как BUM-лавинная рассылка — широковещательная, неизвестная одноадресная и многоадресная рассылка. Эта возможность делает коммутатор устройством уровня 2 или канального уровня в модели взаимодействия открытых систем (OSI).

Как работает сетевой коммутатор

Последнее обновление: июнь 2020 г.

Следующие шаги

Получите обзор серии коммутаторов Brocade VDX 8770 для центров обработки данных, оборудованных для сред с высокой степенью виртуализации.

В этом обзоре продукта рассматривается семейство коммутаторов Cisco Nexus 9500, предназначенное для предприятий и центров обработки данных с высокой степенью виртуализации. Затем получите дополнительную информацию о моделях, функциях и ценах на коммутаторы Cisco Nexus серии 7700.

Узнайте о коммутаторах Dell серии E для центров обработки данных.

Узнайте больше о функциях коммутатора класса центра обработки данных HP FlexFabric 12500. Затем ознакомьтесь с обзором серии HP FlexFabric 12900, линейки коммутационных матриц класса центров обработки данных для сред с высокой степенью виртуализации.

Ознакомьтесь с характеристиками коммутатора класса центров обработки данных Juniper EX9200.

После того, как вы ознакомитесь с каждым из вышеперечисленных продуктов, взгляните на наше сравнение лучших коммутаторов класса центров обработки данных.

Продолжить чтение о сетевом коммутаторе

Узнайте больше о сетевой инфраструктуре

Домашний медицинский портал — Коммутаторы

Есть много коммерческих сайтов, на которых продаются коммутаторы.Немного
примеры перечислены ниже. Домашний медицинский портал не поддерживает ни одно из этих
коммерческие компании, перечислив их здесь.

Для родителей и пациентов

Adaptive Switch Labs
Коммерческий сайт, предлагающий коммутаторы, кабели, адаптеры и другое оборудование и технологические решения; полезно для обучения
о приобретении различных типов специальных выключателей.

AbleNet — Коммутаторы
Коммерческий сайт, предлагающий переключатели, включая специальные переключатели, таймеры, наклонные, мягкие, множественные и другие переключатели и аксессуары.

Inclusive TLC (Technology Learning Communication)
Коммерческий сайт, предлагающий технологии и программное обеспечение для образовательного использования, включая переключатели, программное обеспечение, средства связи, компьютер.
аксессуары и прочее; предлагает много информации и вариантов переключателей.

RJ Cooper & Associates
Коммерческий сайт: iPad, компьютерные аксессуары и гаджеты для людей с ограниченными возможностями, включая переключатели. Включает обзоры,
советы и личный опыт работы с оборудованием.

Включение устройств
Коммерческий сайт, который оценивает и предлагает вспомогательные технологии для индивидуальных нужд, включая переключатели, компьютерные вспомогательные средства,
мобильные устройства, игрушки и многое другое.

Zygo Industries, Inc.
Коммерческий сайт, предлагающий системы связи, коммутаторы и другие технологические продукты.

Infogrip
Коммерческий сайт, предлагающий устройства связи, компьютерные устройства, коммутаторы и многое другое.

Switch It, Inc.
Коммерческий сайт, предлагающий джойстики для инвалидных колясок, компьютерные элементы управления и подобное оборудование.

Therafin Corporation
Коммерческий сайт, предлагающий инвалидные коляски, аксессуары, средства повседневного ухода и многое другое; предоставляет информацию об установке выключателя
и имеет загружаемый каталог продукции.

.