Коммутатор (network switch) — сетевое устройство канального уровня (L2) модели OSI. Он изучает MAC-адреса подключённых устройств и передаёт Ethernet-кадры только на нужный порт, а не на все (как устаревший hub). Это устраняет коллизии и в разы повышает производительность сети. В серверных стойках дата-центра ToR-коммутаторы (Top of Rack) подключают серверы к магистральной сети.
Как работает коммутатор
При получении Ethernet-кадра коммутатор извлекает MAC-адрес источника и запоминает его в CAM-таблице (Content Addressable Memory) — пара MAC:порт. При следующем кадре с MAC назначения из таблицы — отправляет только на записанный порт. Если адрес назначения неизвестен — flooding (рассылка на все порты кроме входящего). Широковещательные кадры (broadcast) рассылаются на все порты домена broadcast.
VLAN (Virtual LAN) делят физический коммутатор на логические сегменты: трафик VLAN 10 (сервера) и VLAN 20 (управление) не смешиваются, даже если оба подключены к одному коммутатору. Trunk-порты (IEEE 802.1Q) передают трафик нескольких VLAN между коммутаторами с тегированием.
L2 vs L3 коммутаторы
L2-коммутатор работает только с MAC-адресами. L3-коммутатор (Layer 3 switch) дополнительно маршрутизирует IP-трафик между VLAN на аппаратном уровне (ASIC), обеспечивая скорость коммутации при функционале маршрутизатора. Cisco Catalyst 9000, Arista 7050, Juniper QFX — примеры L3-коммутаторов для дата-центров. Для inter-VLAN routing в серверной инфраструктуре нужен именно L3-коммутатор — это быстрее и надёжнее, чем направлять трафик через отдельный маршрутизатор.
Коммутаторы в дата-центрах
Типичная иерархия: Access (ToR) → Aggregation → Core. ToR-коммутатор: 48×10GbE + 4×100GbE uplink, стоит $2000–8000. Aggregation: 32×100GbE, $20 000–50 000. Core: 128×100GbE или 32×400GbE. Для VPS-хостинга: каждый физический хост подключён к ToR-коммутатору по 10–25GbE, uplink к агрегационному уровню — 40–100GbE.
История
До коммутаторов сети строились на hub (концентраторах): все устройства в одном домене коллизий, при 10 устройствах каждое получало ~1/10 полосы. Первые Ethernet-коммутаторы появились в 1989–1990 годах: Kalpana EtherSwitch (1989) — первый коммерческий L2-коммутатор. 100Mbit Fast Ethernet коммутаторы (1995), Gigabit Ethernet (1998), 10GbE (2002), 25GbE/100GbE (2015). В 2024 году Ethernet-коммутаторы поддерживают 400GbE и 800GbE интерфейсы для AI/ML-кластеров.
STP и петли в коммутируемых сетях
STP (Spanning Tree Protocol, IEEE 802.1D) предотвращает широковещательные шторма в коммутируемых сетях с избыточными связями. Без STP петля: broadcast-кадр циркулирует бесконечно, загружая всю сеть на 100%. RSTP (Rapid STP, 802.1W) — сходится за 1–2 секунды вместо 30–50 у STP. MSTP (Multiple STP, 802.1S) — отдельные деревья для разных VLAN. Для дата-центров современная рекомендация — MLAG (Multi-Chassis Link Aggregation) вместо STP: два физических коммутатора выглядят как один логический, активное-активное резервирование без блокировки портов. Cisco vPC, Arista MLAG, Juniper MC-LAG — реализации этого подхода.
Коммутаторы для VPS: требования
Для VPS-хостинга ToR-коммутатор должен: поддерживать VLAN 802.1Q (изоляция VM на уровне сети), LACP (агрегация каналов к хосту), jumbo frames (MTU 9000 для overlay-сетей VXLAN), достаточный forwarding rate без oversubscription. VXLAN (Virtual Extensible LAN) — технология инкапсуляции L2 в UDP для multi-tenant виртуальных сетей поверх физической L3-инфраструктуры: каждый клиент получает изолированный L2-домен без VLAN-ограничения в 4094 сети. Cisco Nexus 9000, Arista 7050TX и Juniper QFX5100 — типичные ToR-коммутаторы у облачных провайдеров.
Для небольших серверных комнат без дорогих управляемых коммутаторов достаточно неуправляемых Gigabit Ethernet коммутаторов (TP-Link TL-SG108, Netgear GS108) — при условии что нет VLAN-требований. Для серьёзных серверных инфраструктур управляемый коммутатор (managed switch) с поддержкой VLAN и STP — минимум.