Switch lub przełącznik sieciowy. Te urządzenie znane jest pod tymi dwoma nazwami. Zazwyczaj każdy wie jak podłączyć, żeby sieć działała poprawnie. Zasilamy przełącznik sieciowy, wpinamy przewód Internetowy, komputer, drukarkę (oczywiście wszystko podpinamy kablem sieciowym RJ45) i działa. Jak? O tym już nikt nie myśli, chyba że go to zainteresuje. Urządzenie samo w sobie nie jest skompilowane, zasada działania też. W procesie zrozumienia działania przełącznika sieciowego trzeba zadać pytanie…
Czym jest switch?
Switch jest urządzeniem sieciowym, które łączy segmenty sieci komputerowej. Przez takie połączenie segmentów budowana jest sieć lokalna. Przykładem segmentu sieci mogą być urządzenia sieciowe podpięte np.: w domu jednorodzinnym. Dostawca usług internetowych z zewnątrz przyciąga jeden kabel sieciowy lub światłowód, który wpinamy do routera. Wszystkie urządzenia podłączone do tego routera, czyli telefony, laptopy, komputery PC, drukarki itp. tworzą segment sieci komputerowej. Z tego przykładu można wywnioskować, że urządzenie takie jak router odseparowuje część sieci komputerowej od reszty. Do puli tych urządzeń sieciowych odseparowujących zalicza się switch oraz most.
Wśród wszystkich przełączników możemy wyróżnić switche zarządzalne i niezarządzalne. W przełącznikach sieciowych niezarządzalnych nie możemy skonfigurować żadnych dodatkowych ustawień, a w zarządzalnych wręcz przeciwnie. Te drugie dają nam możliwość zmiany wielu dodatkowych parametrów urządzenia. Ale o tym w dalszej części artykułu.
Budowa switcha – tradycyjnego przełącznika sieciowego
Przełączniki sieciowe, a szczególnie te dla przemysłu, wyposażone są w szereg gniazd o standardzie RJ-45. Zazwyczaj ich ilość zaczyna się od 4 gniazd, a większe mają ich 24 lub więcej. Wszystko zamknięte jest w obudowie wykonanej z plastiku lub metalu.
W branży automatyki spotykane switche są bardzo kompaktowe. Aby te zajmowały jak najmniej miejsca w szafie sterowniczej są bardzo niewielkie . Firma MOXA w swojej ofercie posiada przełączniki prawie tak małe jak pudełko TikTak-ów 😀 Są to modele z najnowszej serii EDS-2000-EL.
Każdy przełącznik sieciowy musi być zasilany przez zewnętrzne źródło. Jako, że jest to urządzenie dla przemysłu to zasilimy je napięciem 12, 24 lub 48V. Switche firmy MOXA dodatkowo są przystosowane do łatwego montażu na szynie DIN.
Jak działa switch?
Wszystkie przełączniki sieciowe działają w oparciu o przełączanie ramek między segmentami sieci. Wybierany jest również port, na który dana ramka jest przekazywana. Jako, że urządzenia segmentu sieci pracują w drugiej warstwie modelu OSI (łącza danych) to proces przełączania odbywa się za pomocą adresów MAC. Proces ten nie potrzebuje znajomości adresów IP, ponieważ on należy do warstwy trzeciej).
Przełącznik sieciowy warstwy trzeciej posługuje się adresami MAC jak i adresami IP urządzeń. To tak jakby urządzenie sieciowe warstwy drugiej dodatkowo wymieniało dane na warstwie trzeciej.
Switche warstwy trzeciej istnieją dlatego, że działając wyłącznie na adresach MAC szybko trafilibyśmy na dwa główne ograniczenia:
#1 wielkość sieci
Switch działający w warstwie drugiej nie mógłby być podłączony do dużej sieci. Zbyt rozległa sieć spowodowałaby wzajemne zakłócanie się urządzeń w sieci. Dlaczego tak się dzieje? Ponieważ jedno urządzenie może wysyłać jednocześnie dane do wszystkich innych urządzeń. Jest to tzw. ruch rozgłoszeniowy. Rozwiązaniem tego jest podział takiej dużej sieci na kilka mniejszych podsieci, z czego każda z nich ma własny adres IP. Pozwala to na ograniczenie ruchu rozgłoszeniowego tylko do tej podsieci, w której znajduje się nadawca. Weliminowany zostaje wpływ urządzeń z jednej podsieci na inne urządzenia na resztę podsieci.
#2 widoczność urządzeń
Korzystanie wyłącznie z adresów MAC powoduje to, że adresy MAC są widoczne tylko i wyłącznie w obrębie danej podsieci. Ramka przechodząc przez urządzenie warstwy trzeciej dostaje nowy adres MAC nadawcy (adres przełącznika sieciowego warstwy trzeciej) i nowy adres odbiorcy. Nowy adres odbiorcy to jest adres docelowy lub adres MAC kolejnego routera, do którego trafi taka ramka.
Jeśli podsumujemy te dwa ograniczenia to widać przewagę switcha działającego w warstwie trzeciej a switchem działającym w warstwie drugiej. W danej podsieci urządzenia znajdą tylko i wyłącznie adresy MAC innych urządzeń z tej samej podsieci. Do innych urządzeń będących w innych podsieciach nie można wysłać ramki. Dlaczego? Bo ich adres MAC nie jest widoczny dla innej podsieci. Jeśli użyjemy do komunikacji adresów IP jest już możliwa komunikacja między dwoma podsieciami. O ile wszystkie są poprawnie skonfigurowane. Jeśli opis dalej nie jest zbyt zrozumiały to schemat widoczności adresów MAC i IP na pewno rozwieje wszelakie wątpliwości.
A co się stanie gdy przełącznik sieciowy otrzyma ramkę o adresie MAC, którego w danej podsieci nie ma? W tym przypadku ramka zostanie wysłana na wszystkie porty z wyjątkiem źródłowego.
Switch niezarządzalny
Taki switch podpięty i działający (plug & play) należy do rodzaju przełączników sieciowych niezarządzanych. Nie ustawimy tu żadnych dodatkowych parametrów.
Budowa switcha
Przykładem przełączników sieciowych niezarządzalnych są przełączniki firmy MOXA. Modele EDS-2005-ELP, EDS-2005-EL, EDS-2008-ELP i EDS-2008-EL to małe, niezawodne, niezarządzalne switche, które właśnie po wyjęciu z pudełka są gotowe do użycia. Podłączamy zasilanie oraz urządzenia w danej podsieci i gotowe!
Posiadają one 5 lub 8 miedzianych portów 10/100BaseT(x) (złącza RJ45), które idealnie nadają się do budowy nieskomplikowanych połączeń Ethernet w instalacjach przemysłowych. Switche posiadają również możliwość wyposażenia je w 1 port światłowodowy. Dostępne są również przełączniki DIP na obudowie. Dzięki nim możemy włączyć obsługę kolejkowania ruchu (QoS) oraz ochronę przed burza broadcastową (BSP).
Warto podkreślić, że firma MOXA na przełączniki sieciowe posiada aż 5 letnią gwarancję!
Switch zarządzalny
Switche zarządzalne mają tą samą zasadę działania co niezarządzalne. Jednak tu możemy je skonfigurować, czyli dostosować do indywidualnych potrzeb lub potrzeb infrastruktury sieci. Tylko po co mamy ustawiać dodatkowe rzeczy na przełączniku sieciowym? Na przykład w celu minimalizacji wystąpienia awarii w naszej instalacji poprzez utworzenie połączenia redundantnego między urządzeniami. Zabronić dostępu do naszej sieci poprzez filtrację adresów IP.
Niektóre przełączniki sieciowe potrafią bezpośrednio kablem Ethernetowym poprzez technologię PoE (Power over Ethernet) zasilać podłączone do nich urządzenia, np. kamery. Dzięki switchom zarządzalnym możemy regulować moc dostarczaną na urządzenia, a nawet sterować ich pracą.
Przykładem zarządzalnego switcha będzie SDS-3008 firmy MOXA. Do jego najważniejszych funkcji zdecydowanie można zaliczyć wsparcie protokołów przemysłowych: EtherNET/IP, PROFINET, Modbus/TCP. Protokoły te są konfigurowalne w konsoli webowej za pomocą kilku kliknięć!
To co wybrać?
Jeśli chodzi o główne zadania switchów zarzadzalnych i niezarządzalnych to są takie same: przekazanie ramki od nadawcy do odbiorcy poprzez analizę adresu MAC. Dzięki temu rozwiązaniu powstają lokalne sieci, które używane są na co dzień w domach jak i wielkich firmach/korporacjach. Dla nas automatyków switche pozwalają połączyć nie tylko komputery ale także urządzenia przemysłowe w jedna sieć, które potem możemy sterować z jednego miejsca. Lecz już w tym momencie przełączniki takie jak te od firmy MOXA wyróżniają bardzo niewielkimi rozmiarami co jest bardzo dużym plusem dla wszystkich.
Kiedy więc wybrać przełącznik zarzadzalny? Kiedy wiemy, że na pewno będziemy korzystać z jego wszystkich funkcji. Lub jest to konieczne w naszej instalacji. W innym przypadku nie ma sensu przepłacać za coś czego po prostu nie będziemy używać 😀
