Повторители и концентраторы кратко
Обновлено: 08.07.2024
Возможность передачи информации на максимально протяженные расстояния - это одна из самых первостепенных задач, ставящихся перед сетевыми технологиями.
Здесь самое большое негативное влияние на этот процесс оказывает физическая среда, т.к. ее характер приводит сначала к снижению мощности, а затем вообще к исчезновению сигнала. Чтобы сигнал распознавался, большое значение имеет соотношение сигнал/шум, при этом абсолютное значение амплитуды не важно.
Для высокочастотных цифровых сигналов абсолютно не подходит усиление, используемое в аналоговых системах. Без сомнений и этот метод применим, но эффект будет не большим и чем больше будет расстояние, тем сильнее искажения будут нарушать целостность данных.
Такое положение дел существует уже давно, поэтому сигнал обычно не усиливают, а повторяют. В этом случае принимающее устройство не только принимает его, но и распознает его первоначальный вид. Затем на выходе оно создает точную его копию. Теоретически данные в такой системе могут передаваться бесконечно далеко, но это предположение построено без учета особенности разделения физической среды в Ethernet.
Изначально для создания сетей Ethernet применялся коаксиальный кабель, а сама архитектура была выстроена по принципу "шины". В таких условиях соединить требовалось всего несколько протяженных сегментов. С этой целью применялись repeater - повторители, которые обладали двумя портами. С течением времени им на смену пришли многопортовые устройства - concentrator (концентраторы). Физика работы у этих портов была та же, но при этом воссозданный сигнал направлялся на все активные порты, за исключением того порта, с которого сигнал был передан.
Когда появилась витая пара (протокол 10baseT), то многопортовые повторители для нее получили название - hub (хаб), а повторители для коаксила - репитеры. Названия были присвоены разные, чтобы не возникала терминологическая путаница. В настоящее время данные названия используются повсеместно.
Особенности работы концентраторов
Для начала укажем, что в модели OSI концентраторы работают на физическом уровне. Следовательно для них не имеет значения тот факт, что в сети могут использоваться протоколы более высоких уровней. Такой подход чрезвычайно прост и надежен. Модель предполагает равноправие портов хаба, сам сигнал не проходит логическую обработку и не буферизируется. Что касается коллизий, то они обработке так же не подвергаются, а просто фиксируются и их наличие отражается на индикаторе устройства.
Был разработан ряд простейших операций для автоматического выполнения концентраторами:
- Концентраторы автоматически находят ошибки полярности (если внутри витой пары были перепутаны проводники) и меняют ее.
- На светодиодных индикаторах отражается информация о состоянии порта или всего устройства. Набор индикаторов может быть различным, чаще всего используются следующий: Port Status - состояние порта, Power - наличие питания, Collisions - обнаружены ли коллизии, Activity - активность канала передачи.
- Включение или отключение порта в автоматическом режиме - network integrity (автосегментация). Если к порту не подключено активное оборудование, или если линия, к которой он подключен, неисправна, то такой порт считается свободным, неактивным. Работа порта возобновляется если было обнаружено устройство. Для этой цели применяются специальные link test pulses - служебные сигналы проверки целостности линии. Данные сигналы имеют вид импульса, длительностью 100 нс, импульс повторяется через каждые 16 мс.
Концентраторы и повторители могут применяться как отдельные устройства, из можно соединять друг с другом. Такой подход позволяет усложнить типологию и увеличить масштабы компьютерной сети. Вариантами типологии могут стать: дерево, шина или звезда. Однако кольцевая топология не может быть применена.
Из-за того, что сигнал не проходит логическую обработку, он передается по всей ширине полосы пропускания. Таким образом, если не брать во внимание не существенную задержку сигнала на хабе (менее 3 микросекунд), становится очевидным полное смысловое сходство повторителя с сегментом коаксиального кабеля.
Такой подход, несомненно, имеет положительные стороны: все узлы находятся в прямом доступе и прозрачны перед протоколами более высоких уровней. Но подход имеет и ряд недостатков. Все устройства сети, построенной по такому принципу, имеют доступ ко всему сетевому трафику. Связано это с тем, что информация, которая может быть адресована другому узлу, анализируется каждым из узлов, а только потом отбрасывается.
Хабы 100baseT и 10baseT отличаются друг от друга по скорости. На практике не редко встречаются конструкции смешанного типа. Для их работы с максимальным кпд необходимо соединение только с оборудованием 100baseT. Объясняется это просто: если скорости портов разные, то приходящие данные нужно обрабатывать и буферизировать. Что очень сильно усложнит и загрузит конструкцию (так было еще несколько лет назад).
Необходимо указать еще одну особенность. Достаточно часто повторители распределяют на два класса: I и II. Это обуславливает сам стандарт 802.3u. Разница будет следующей. Повторители I класса осуществляют декодировку входящих сигналов, их преобразование в логическую форму и передачу на активные порты. Тут применимы сразу несколько технологий: 100BaseFX, 100BaseT4, 100BaseTX. А вот повторители II класса занимаются восстановлением сигнала без его явного преобразования в логический вид. При таком подходе задержка передачи будет снижена, но применяться тут может только один вид протокола.
На практике концентратор I класса не применяется. Появившись, он так и не был ни разу применен на практике, как и некоторые подобные технологии.
Назначение и классификация концентраторов
Определимся с основной функцией хабов - это создание рабочей группы путем объединения сосредоточенных на одной территории рабочих мест. Однако применение концентраторов как ретрансляторов между удаленными сетями и несколькими рабочими группами так же возможно.
Хабы имеют ряд недостатков, которые значительно сокращают область их использования. Так в связи с отсутствием в хабах механизмов, обеспечивающих безопасность потока и стабильной гарантированной скорости передачи, их применяют только в тех частях сети, где нет жестких требований к этим параметрам. К примеру, концентраторы не применяются для связи нескольких фирм между собой или финансового отдела с другими участками организации.
Из-за этих недостатков концентраторы часто относят к устаревшему оборудованию. Этому так же способствует их заметное отставание по всем главным показателям от коммутаторов. Их цена так же не сильно разнится. Таким образом хабы не применимы для локальной сети организации, т.к. стоит совсем не много увеличить затраты и в итоге получить в несколько десятков большую скорость.
Однако ситуация будет несколько другой для сетей территориального или домашнего назначения. Здесь важен ряд преимуществ, которым обладают хабы: возможность передавать на большие расстояния по кабелю низкого качества и их надежность в сложных условиях эксплуатации. Таким образом, на этом поле они будут основными игроками еще долго, окончательно сместить их способно только повсеместное внедрение оптоволокна.
Хабы делят на классы, в зависимости от их сложности:
1. Хабы начального уровня. Они имеют 5 или 8 портов, почти все модели оснащены портом для подсоединения коаксиального кабеля (BNC), некоторые имеют AUI порт. Стоят они примерно 30-50 долларов и являются довольно дешевым и простым оборудованием для небольшой компьютерной сети.
2. Концентраторы среднего уровня. Они имеют 12, 16 или 24 порта, модели этого класса так же оснащены BNC или AUI портом. Область их применения – сети среднего и малого размера. Однако стоит заметить, что здесь их сильно потеснили коммутаторы из-за сильного снижения их стоимости.
3. Управляемые концентраторы. Данный вид хабов в настоящее время почти не применяется. Модели этого класса обладают консольным портом RS-232, предназначенным для управления или сбора статистики (применяется протокол SNMР/IР или IРХ).
4. Концентраторы 10/100. Обладают коммутатором между 10 и 100 мегабитными шинами. Модели этого ряда удобны и относительно не дорогие. Появился данный вид хаба из-за того, что обычные концентраторы могли связывать рабочие станции только на одной скорости, а на практике существовала необходимость объединения 10 и 100 мегабитных шин без потери скорости передачи. Однако этот вид так и не успел стать популярным из-за появления дешевых неуправляемых свитчей.
Основная функция повторителя (repeater), как это следует из его названия, – повторение сигналов, поступающих на его порт. Повторитель улучшает электрические характеристики сигналов и их синхронность, и за счет этого появляется возможность увеличивать общую длину кабеля между самыми удаленными в сети узлами.
Многопортовый повторитель часто называют концентратором (concentrator) или хабом (hub), что отражает тот факт, что данное устройство реализует не только функцию повторения сигналов, но и концентрирует в одном центральном устройстве функции объединения компьютеров в сеть.
Практически во всех современных сетевых стандартах концентратор является необходимым элементом сети, соединяющим отдельные компьютеры в сеть.
Концентратор представляет собой сетевое устройство, действующее на физическом уровне сетевой модели OSI.
Отрезки кабеля, соединяющие два компьютера или какие либо два других сетевых устройства, называются физическими сегментами, поэтому концентраторы и повторители, которые используются для добавления новых физических сегментов, являются средством физической структуризации сети.
Концентратор – устройство, у которого суммарная пропускная способность входных каналов выше пропускной способности выходного канала.
Так как потоки входных данных в концентраторе больше выходного потока, то главной его задачей является концентрация данных. При этом возможны ситуации, когда число блоков данных, поступающее на входы концентратора, превышает его возможности. Тогда концентратор ликвидирует часть этих блоков.
Ядром концентратора является процессор. Для объединения входной информации чаще всего используется множественный доступ с разделением времени. Функции, выполняемые концентратором, близки к задачам, возложенным на мультиплексор. Наращиваемые (модульные) концентраторы позволяют выбирать их компоненты, не думая о совместимости с уже используемыми. Современные концентраторы имеют порты для подключения к разнообразным локальным сетям.
Концентратор является активным оборудованием. Он служит центром (шиной) звездообразной конфигурации сети и обеспечивает подключение сетевых устройств. В концентраторе для каждого узла (ПК, принтеры, серверы доступа, телефоны и пр.) должен быть предусмотрен отдельный порт.
Наращиваемые концентраторы представляют собой отдельные модули, которые объединяются при помощи быстродействующей системы связи. Такие концентраторы предоставляют удобный способ поэтапного расширения возможностей и мощности ЛВС.
Концентратор осуществляет электрическую развязку отрезков кабеля до каждого узла, поэтому короткое замыкание на одном из отрезков не выведет из строя всю ЛВС.
Концентраторы образуют из отдельных физических отрезков кабеля общую среду передачи данных – логический сегмент.
Логический сегмент также называют доменом коллизий, поскольку при попытке одновременной передачи данных любых двух компьютеров этого сегмента, хотя бы и принадлежащих разным физическим сегментам, возникает блокировка передающей среды. Следует особо подчеркнуть, что, какую бы сложную структуру ни образовывали концентраторы, например путем иерархического соединения, все компьютеры, подключенные к ним, образуют единый логический сегмент, в котором любая пара взаимодействующих компьютеров полностью блокирует возможность обмена данными для других компьютеров.
Концентраторы поддерживают технологию Рlug and Рlay и не требуют какой-либо установки параметров. Необходимо просто спланировать свою сеть и вставить разъемы в порты концентратора и компьютеров.
Мосты. Назначение. Особенности использования.
Мост (bridge) – ретрансляционная система, соединяющая каналы передачи данных.
В соответствии с базовой эталонной моделью взаимодействия открытых систем мост описывается протоколами физического и канального уровней, над которыми располагаются канальные процессы. Мост опирается на пару связываемых им физических средств соединения, которые в этой модели представляют физические каналы. Мост преобразует физический (1A, 1B) и канальный (2A, 2B) уровни различных типов. Что касается канального процесса, то он объединяет разнотипные каналы передачи данных в один общий.
Мост, а также его быстродействующий аналог – коммутатор (switching hub), делят общую среду передачи данных на логические сегменты.
Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов (отрезков кабеля) с помощью одного или нескольких концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту моста/коммутатора. При поступлении кадра на какой-либо из портов мост/коммутатор повторяет этот кадр, но не на всех портах, как это делает концентратор, а только на том порту, к которому подключен сегмент, содержащий компьютер-адресат.
Мосты могут соединять сегменты, использующие разные типы носителей, например 10BaseT, 100BaseT, 1000BaseT (витая пара), 10Base2 (тонкий коаксиальный кабель) и 1000BaseFx (отповолокно). Они могут соединять сети с разными методами доступа к каналу, например сети Ethernet (метод доступа CSMA/CD) и Token Ring (метод доступа TPMA).
Мосты используются только для связи локальных сетей с глобальными, то есть как средства удаленного доступа, поскольку в этом случае необходимость в параллельной передаче между несколькими парами портов просто не возникает.
Нередки случаи, когда необходимо соединить локальные сети, в которых различаются лишь протоколы физического и канального уровней. Протоколы остальных уровней в этих сетях приняты одинаковыми. Такие сети могут быть соединены мостом. Часто мосты наделяются дополнительными функциями. Такие мосты обладают определенным интеллектом (интеллектом в сетях называют действия, выполняемые устройствами) и фильтруют сквозь себя блоки данных, адресованные абонентским системам, расположенным в той же сети. Для этого в памяти каждого моста имеются адреса систем, включенных в каждую из сетей. Блоки, проходящие через интеллектуальный мост, дважды проверяются, на входе и выходе. Это позволяет предотвращать появление ошибок внутри моста.
Мосты не имеют механизмов управления потоками блоков данных. Поэтому может оказаться, что входной поток блоков окажется большим, чем выходной. В этом случае мост не справится с обработкой входного потока, и его буферы могут переполняться. Чтобы этого не произошло, избыточные блоки выбрасываются. Специфические функции выполняет мост в радиосети. Здесь он обеспечивает взаимодействие двух радиоканалов, работающих на разных частотах. Его именуют ретранслятором.
Таким образом, мосты оперируют данными на высоком уровне и имеют совершенно определенное назначение. Во-первых, они предназначены для соединения сетевых сегментов, имеющих различные физические среды, например для соединения сегмента с оптоволоконным кабелем и сегмента с коаксиальным кабелем. Мосты также могут быть использованы для связи сегментов, имеющих различные протоколы низкого уровня (физического и канального).
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
Повторители и концентраторы
Повторитель ( repeater ) - устройство, которое функционирует на первом (физическом) уровне модели OSI . Его используют для физического соединения сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети. Повторитель принимает сигнал с одного сегмента кабеля и побитно транслирует его в другой сегмент, восстанавливая при этом амплитуду и форму сигнала. Повторители вносят задержку сигнала и поэтому в технологиях, критичных к задержкам, их применение ограничено. Так, технология Ethernet допускает использование в сети не более четырех повторителей, которые объединяют 5 сегментов сети, и эффективная длина сети увеличивается, например, в 10 Base -5 до 2500 м.
Концентратор ( concentrator ), или распределитель ( hub ) - это повторитель, который имеет несколько портов. Он позволяет объединять ряд сегментов сети, реализуя звездную топологию, которая упрощает диагностирование и присоединение РС к его портам. Концентраторы используют во всех типах сетей ( Ethernet , Token Ring , FDDI ). Они отличаются правилами трансляции сигналов между портами. Например, концентратор Ethernet повторяет сигнал на все порты кроме того, из которого он пришел, а концентратор Token Ring повторяет сигнал лишь на один порт, который по кольцу является следующим.
Правила использования повторителей и концентраторов для разных типов ЛВС регламентируются в спецификациях, определяющих реализацию физического уровня и среды передачи сети.
Мосты и коммутаторы
Мост ( bridge ) - это интеллектуальное устройство, которое объединяет сегменты ЛВС и выполняет фильтрацию кадров между сегментами с целью уменьшения в них нагрузки. Мост работает на канальном уровне модели OSI и является прозрачным для протоколов высших уровней. Функционирование мостов регламентирует стандарт IEEE 802. Id .
По применению мосты делят на локальные и глобальные. Их отличают по типам портов. Локальные мосты объединяют сегменты ЛВС и имеют только порты для подключения сегментов ЛВС разных типов с разными средами передачи, а глобальные мосты имеют порты для подключения сетей MAN или WAN , а в определенных случаях и порты для подключения сетей LAN .
По алгоритму функционирования различают мосты с маршрутизацией от источника ( source routing ) и прозрачные ( transparent ). Эти алгоритмы регламентированы в стандарте IEEE 802.1. Следует отметить, что проводятся работы по их объединению в единый стандарт Source Routing Transparent .
Алгоритм маршрутизации от источника разработан фирмой IBM и используется в сетях Token Ring . Такие мосты не имеют адресных баз данных, а их функции может выполнять
РС. Мост вычисляет маршрут, пользуясь информацией, записанной в полях кадра. Узел сети, который не знает пути к другому узлу, сначала посылает специальный кадр-искатель ( explorer frame ). Этот кадр имеет идентификатор, предназначенный для мостов. Получив такой кадр, мост записывает информацию о маршруте и свое имя в специальном поле маршрутной информации ( routing information field ). После этого мост передает этот кадр по всем направлениям за исключением того, с которого он принят. Узел-получатель может получить несколько кадров - один на каждый возможный маршрут. Тогда он выбирает один оптимальный маршрут и сообщает его узлу, приславшему кадр-искатель. На практике, как правило, оптимальный маршрут проходит первый кадр-искатель, полученный узлом, так как он прошел кратчайший путь. После определения маршрута узел-отправитель использует этот маршрут для посылки узлу-получателю информационных кадров.
Алгоритм прозрачного моста. Имеются его модификации, соответствующие:
прозрачному мосту для объединения сетей (сегментов) с одинаковыми протоколами канального и физического уровней модели OSI , т.е. Ethemet - Ethemet , Token Ring - Token Ring ;
транслирующему мосту ( translating bridges ) для объединения сетей (сегментов) разных типов, например Ethernet - Token Ring ;
инкапсулирующему мосту ( encapsulating bridges ) для объединения сетей одного типа, например Ethernet , через сеть другого типа, например FDDI .
Работа прозрачных мостов состоит из трех фаз: обучение ( learning ), продвижение ( forwarding ) и фильтрация ( filtering ) кадров.
Обучение. При первом включении моста он начинает автоматически формировать таблицу маршрутов. После получения кадра мост проверяет контрольную сумму и, если она неправильна, то кадр уничтожается, а если правильна, то адрес отправителя сравнивается с адресами отправителей, уже имеющимися в таблице адресов. Если адрес отправителя еще не занесен в таблицу, то он записывается в нее. Это позволяет мосту также определить принадлежность РС к сети, подключенной к его порту. Мост периодически пересматривает таблицу и изымает записи, время пребывания которых превышает заданное значение (несколько минут). Это происходит в том случае, если станция долго не передавала данных. Так мост постоянно контролирует состояние сетей.
Продвижение. Кроме адреса отправителя мост анализирует адрес получателя, чтобы с помощью таблицы маршрутов принять решение, на какой исходящий порт передавать кадр. Если исходящий порт определен, то мост, в отличие от повторителя, передающего кадр побитно, сначала получает доступ к сети (например, с использованием алгоритма CSMA / CD ) и только после этого передает кадр в этот порт, т.е. сеть.
Рассмотрим случай, когда адрес получателя отсутствует в маршрутной таблице или является широковещательным ( broadcasting ). В этой ситуации мост передает кадр на все порты, кроме порта, с которого он поступил. Поэтому в сложных сетях может происходить зацикливание кадров (возникновение петлевых маршрутов). Чтобы предотвратить зацикливание, мосты используют алгоритм STP ( Spanning Tree Algorithm ), который позволяет построить древовидную структуру сети (граф сети), объединяющую все станции. Связи, не вошедшие в дерево, являются резервными, и информация по ним не передается. Если связь или узел временно прекращает работу, то дерево перестраивается с использованием резервных связей.
Коммутатор ( switch ) - это многопортовый мост, имеющий механизм коммутации, позволяющий сегментировать сети, а также выделять РС определенную пропускную способность в сети. Кроме того, коммутаторы позволяют создавать логические сети, т.е. поддерживать работу виртуальных сетей, использование которых в последнее время возрастает. Коммутаторы, как и мосты, работают на канальном уровне модели OSI .
В последние годы наметилась тенденция вытеснения мостов коммутаторами. Это связано с тем, что мосты появились, когда сети делились на два или более сегмента, а обмен между ними был небольшой, на скоростях до I Мбит/с. В начале 90-х годов значительно выросли производительность компьютеров и нагрузка в сетях. Это потребовало использования быстродействующих специализированных устройств, которые поддерживают алгоритмы работы моста, но значительно быстрее обрабатывают информационные потоки. Поэтому и появились коммутаторы, т.е. мультипроцессорные многопортовые мосты, параллельно обрабатывающие кадры одновременно между всеми парами своих портов. Коммутаторы также используют алгоритмы прозрачного моста или маршрутизацию от источника, но кадры обрабатываются не последовательно, а параллельно, что значительно повышает эффективность работы. Производительность коммутаторов составляет несколько миллионов кадров в секунду, а мостов - до 5-10 тысяч. Значительно увеличить производительность удалось благодаря тому, что в коммутаторах используют высокоскоростной коммутационный узел - коммутационную матрицу.
Структурная схема коммутатора изображена на рис. 6.22.
Системный модуль поддерживает работу адресной таблицы. Коммутационная матрица
Рис. 6.22. Структурная схема коммутатора
обеспечивает передачу кадров между портами, которые имеют собственные процессоры и буфера памяти. После получения портом кадра процессор направляет его в буфер, чтобы прочитать адресную информацию и определить с помощью адресной таблицы, на какой порт посылать информацию. Формирование соединения портов осуществляет коммутационная матрица. Если в адресной таблице нет адреса получателя, то кадр передается на все порты, за исключением порта, с которого он поступил.
На сегодня производители изготовляют три типа коммутаторов: на базе коммутационной матрицы; с общей шиной; с распределенной многовходовой памятью.
Коммутаторы с коммутационной матрицей выполняют коммутацию портов быстрее, чем мосты. Принцип их работы заимствован из технологии коммутации каналов. Количество портов в таких коммутаторах ограничено, поскольку сложность реализации коммутатора пропорциональна числу портов. Основной недостаток этих коммутаторов - отсутствие буферизации данных в коммутационной матрице, поскольку без внутренней буферизации кадры, которые ожидают освобождения выходного порта, могут быть утрачены.
Коммутаторы с общей шиной. Используют высокоскоростную шину для связи процессоров и входных/выходных портов. Высокоскоростная шина выполняет вспомогательнуюроль, а процессоры портов - основную. Для уменьшения задержек, которые могут возникнуть в процессе передачи кадра по шине от порта к порту, а также для реализации режима псевдопараллельной передачи кадров, кадр должен передаваться небольшими блоками. Размер блока устанавливает производитель коммутаторов. Шина и коммутационная матрица используют не прямую буферную память, а общую, что является недостатком.
Коммутаторы с многовходовой распределенной памятью. В них входные блоки процессоров портов соединяются через переключатели входа с распределенной памятью. Такая же ситуация и с выходными портами. Блок управления портами управляет переключателями входа и выхода, что позволяет организовать по одной очереди на каждый выходной порт. Блок управления также контролирует длину очереди и по мере ее заполнения осуществляет поочередное подключение многовходовой памяти к выходным портам коммутатора.
На практике в функционально сложных коммутаторах используют все три метода коммутации вместе, что позволяет осуществлять их конфигурацию в зависимости от проблем, которые решаются в сети.
В ЛВС и глобальных сетях используют три типа коммутации:
безфрагментная коммутация ( fragment - free switching ) занимает промежуточное место между вышеупомянутыми типами. Буферизуются только первые 64 байта пакета. Если этими байтами пакет заканчивается, то коммутатор проверяет его на наличие ошибок, а если нет, то он передается на выходной порт без проверки.
Кроме основных функций - передачи пакета с порта на порт, коммутаторы, как и мосты, способны поддерживать дополнительно:
трансляцию протоколов канального уровня (например, Ethernet в FDDI , Token Ring в Fast Ethernet );
алгоритмы Spanning Tree;
разные классы обслуживания (приоритетная обработка, дополнительная фильтрация кадров и т.п.);
В современных сетях используются различные сетевые устройства. Каждое сетевое устройство выполняет специфические функции. Далее я рассматриваю основные виды устройств и их функции. В статье много иллюстраций (картинки кликабельны).
Сетевые устройства
Устройства, подключенные к какому-либо сегменту сети, называют сетевыми устройствами. Их принято подразделять на 2 группы:
- Устройства пользователя. В эту группу входят компьютеры, принтеры, сканеры и другие устройства, которые выполняют функции, необходимые непосредственно пользователю сети;
- Сетевые устройства. Эти устройства позволяют осуществлять связь с другими сетевыми устройствами или устройствами конечного пользователя. В сети они выполняют специфические функции.
Ниже более подробно описаны типы устройств и их функции.
Типы сетевых устройств
Сетевые карты
Устройства, которые связывают конечного пользователя с сетью, называются такжеоконечными узлами или станциями (host). Примером таких устройств является обычный персональный компьютер или рабочая станция (мощный компьютер, выполняющий определенные функции, требующие большой вычислительной мощности. Например, обработка видео, моделирование физических процессов и т.д.). Для работы в сети каждый хост оснащен платой сетевого интерфейса (Network Interface Card — NIC), также называемой сетевым адаптером. Как правило, такие устройства могут функционировать и без компьютерной сети.
Сетевой адаптер представляет собой печатную плату, которая вставляется в слот на материнской плате компьютера, или внешнее устройство. Каждый адаптер NIC имеет уникальный код, называемый MAC-адресом. Этот адрес используется для организации работы этих устройств в сети. Сетевые устройства обеспечивают транспортировку данных, которые необходимо передавать между устройствами конечного пользователя. Они удлиняют и объединяют кабельные соединения, преобразуют данные из одного формата в другой и управляют передачей данных. Примерами устройств, выполняющих перечисленные функции, являются повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы.
Сетевой адаптер (NIC)
Повторители
Повторители (repeater) представляют собой сетевые устройства, функционирующие на первом (физическом) уровне эталонной модели OSI. Для того чтобы понять работу повторителя, необходимо знать, что по мере того, как данные покидают устройство отправителя и выходят в сеть, они преобразуются в электрические или световые импульсы, которые после этого передаются по сетевой передающей среде. Такие импульсы называются сигналами (signals). Когда сигналы покидают передающую станцию, они являются четкими и легко распознаваемыми. Однако чем больше длина кабеля, тем более слабым и менее различимым становится сигнал по мере прохождения по сетевой передающей среде. Целью использования повторителя является регенерация и ресинхронизация сетевых сигналов на битовом уровне, что позволяет передавать их по среде на большее расстояние. Термин повторитель (repeater) первоначально означал отдельный порт ‘‘на входе’’ некоторого устройства и отдельный порт на его ‘‘выходе’’. В настоящее время используются также повторители с несколькими портами. В эталонной модели OSI повторители классифицируются как устройства первого уровня, поскольку они функционируют только на битовом уровне и не просматривают другую содержащуюся в пакете информацию.
Концентраторы
Концентраторы и повторители имеют похожие характеристики, поэтому концентраторы часто называют многопортовыми повторителями (multiport repeater). Разница между повторителем и концентратором состоит лишь в количестве кабелей, подсоединенных к устройству. В то время как повторитель имеет только два порта, концентратор обычно имеет от 4 до 20 и более портов.
Концентратор Cisco Fasthub 108T
Свойства концентраторов
Ниже приведены наиболее важные свойства устройств данного типа:
- концентраторы усиливают сигналы;
- концентраторы распространяют сигналы по сети;
- концентраторам не требуется фильтрация;
- концентраторам не требуется определение маршрутов и коммутации пакетов;
- концентраторы используются как точки объединения трафика в сети.
Функции концентраторов
Мосты
Мост (bridge) представляет собой устройство второго уровня, предназначенное для создания двух или более сегментов локальной сети LAN, каждый из которых является отдельным коллизионным доменом. Иными словами, мосты предназначены для более рационального использования полосы пропускания. Целью моста является фильтрация потоков данных в LAN-сети с тем, чтобы локализовать внутрисегментную передачу данных и вместе с тем сохранить возможность связи с другими
частями (сегментами) LAN-сети для перенаправления туда потоков данных. Каждое сетевое устройство имеет связанный с NIC-картой уникальный MAC-адрес. Мост
собирает информацию о том, на какой его стороне (порте) находится конкретный MAC-адрес, и принимает решение о пересылке данных на основании соответствующего списка MAC-адресов. Мосты осуществляют фильтрацию потоков данных на основе только MAC-адресов узлов. По этой причине они могут быстро пересылать данные любых протоколов сетевого уровня. На решение о пересылке не влияет тип используемого протокола сетевого уровня, вследствие этого мосты принимают решение только о том, пересылать или не пересылать фрейм, и это решение основывается лишь на MAC-адресе получателя. Ниже приведены наиболее важные свойства мостов.
Свойства мостов
Функции мостов
Отличительными функциями моста являются фильтрация фреймов на втором уровне и используемый при этом способ обработки трафика. Для фильтрации или выборочной доставки данных мост создает таблицу всех MAC-адресов, расположенных в данном сетевом сегменте и в других известных ему сетях, и преобразует их в соответствующие номера портов. Этот процесс подробно описан ниже.
| Этап 1. | Если устройство пересылает фрейм данных впервые, мост ищет в нем MAC-адрес устройства отправителя и записывает его в свою таблицу адресов. |
| Этап 2. | Когда данные проходят по сетевой среде и поступают на порт моста, он сравнивает содержащийся в них MAC-адрес пункта назначения с MAC-адресами, находящимися в его адресных таблицах. |
| Этап 3. | Если мост обнаруживает, что MAC-адрес получателя принадлежит тому же сетевому сегменту, в котором находится отправитель, то он не пересылает эти данные в другие сегменты сети. Этот процесс называется фильтрацией (filtering). За счет такой фильтрации мосты могут значительно уменьшить объем передаваемых между сегментами данных, поскольку при этом исключается ненужная пересылка трафика. |
| Этап 4. | Если мост определяет, что MAC-адрес получателя находится в сегменте, отличном от сегмента отправителя, он направляет данные только в соответствующий сегмент. |
| Этап 5. | Если MAC-адрес получателя мосту неизвестен, он рассылает данные во все порты, за исключением того, из которого эти данные были получены. Такой процесс называется лавинной рассылкой (flooding). Лавинная рассылка фреймов также используется в коммутаторах. |
| Этап 6. | Мост строит свою таблицу адресов (зачастую ее называют мостовой таблицей или таблицей коммутации), изучая MAC-адреса отправителей во фреймах. Если MAC-адрес отправителя блока данных, фрейма, отсутствует в таблице моста, то он вместе с номером интерфейса заносится в адресную таблицу. В коммутаторах, если рассматривать (в самом простейшем приближении) коммутатор как многопортовый мост, когда устройство обнаруживает, что MAC-адрес отправителя, который ему известен и вместе с номером порта занесен в адресную таблицу устройства, появляется на другом порту коммутатора, то он обновляет свою таблицу коммутации. Коммутатор предполагает, что сетевое устройство было физически перемещено из одного сегмента сети в другой. |
Коммутаторы
Коммутаторы используют те же концепции и этапы работы, которые характерны для мостов. В самом простом случае коммутатор можно назвать многопортовым мостом, но в некоторых случаях такое упрощение неправомерно.
Поскольку коммутация осуществляется на аппаратном уровне, это происходит значительно быстрее, чем аналогичная функция, выполняемая мостом с помощью программного обеспечения (Следует обратить внимание, что мост считается устройством с программной, коммутатор . с аппаратной коммутацией.). Каждый порт коммутатора можно рассматривать как отдельный микромост. При этом каждый порт коммутатора предоставляет каждой рабочей станции всю полосу пропускания передающей среды. Такой процесс называется микросегментацией.
Микросегментация (microsegmentation) позволяет создавать частные, или выделенные сегменты, в которых имеется только одна рабочая станция. Каждая такая станция получает мгновенный доступ ко всей полосе пропускания, и ей не приходится конкурировать с другими станциями за право доступа к передающей среде. В дуплексных коммутаторах не происходит коллизий, поскольку к каждому порту коммутатора подсоединено только одно устройство.
Однако, как и мост, коммутатор пересылает широковещательные пакеты всем сегментам сети. Поэтому в сети, использующей коммутаторы, все сегменты должны рассматриваться как один широковещательный домен.
Некоторые коммутаторы, главным образом самые современные устройства и коммутаторы уровня предприятия, способны выполнять операции на нескольких уровнях. Например, устройства серий Cisco 6500 и 8500 выполняют некоторые функции третьего уровня.
Коммутаторы Cisco серии Catalyst 6500
Маршрутизаторы
Маршрутизатор Cisco 1841
Функции маршрутизаторов
Задачей маршрутизатора является инспектирование входящих пакетов (а именно, данных третьего уровня), выбор для них наилучшего пути по сети и их коммутация на соответствующий выходной порт. В крупных сетях маршрутизаторы являются главными устройствами, регулирующими перемещение по сети потоков данных. В принципе маршрутизаторы позволяют обмениваться информацией любым типам компьютеров.
Брандмауэры
Термин брандмауэр (firewall) используется либо по отношению к программному обеспечению, работающему на маршрутизаторе или сервере, либо к отдельному аппаратному компоненту сети.
Брандмауэр защищает ресурсы частной сети от несанкционированного доступа пользователей из других сетей. Работая в тесной связи с программным обеспечением маршрутизатора, брандмауэр исследует каждый сетевой пакет, чтобы определить, следует ли направлять его получателю. Использование брандмауэра можно сравнить с работой сотрудника, который
отвечает за то, чтобы только разрешенные данные поступали в сеть и выходили из нее.
Аппаратный брандмауэр Cisco PIX серии 535
Голосовые устройства, DSL-устройства, кабельные модемы и оптические устройства
Возникший в последнее время спрос на интеграцию голосовых и обычных данных и быструю передачу данных от конечных пользователей в сетевую магистраль привел к появлению следующих новых сетевых устройств:
Беспроводные сетевые адаптеры
Каждому пользователю беспроводной сети требуется беспроводной сетевой адаптер NIC, называемый также адаптером клиента. Эти адаптеры доступны в виде плат PCMCIA или карт
стандарта шины PCI и обеспечивают беспроводные соединения как для компактных переносных компьютеров, так и для настольных рабочих станций. Переносные или компактные компьютеры PC с беспроводными адаптерами NIC могут свободно перемещаться в территориальной сети, поддерживая при этом непрерывную связь с сетью. Беспроводные адаптеры
для шин PCI (Peripheral Component Interconnect — 32-разрядная системная шина для подключения периферийных устройств) и ISA (Industry-Standard Architecture — структура, соответствующая промышленному стандарту) для настольных рабочих станций позволяют добавлять к локальной сети LAN конечные станции легко, быстро и без особых материальных
затрат. При этом не требуется прокладки дополнительных кабелей. Все адаптеры имеют антенну: карты PCMCIA обычно выпускаются со встроенной антенной, а PCI-карты комплектуются внешней антенной. Эти антенны обеспечивают зону приема, необходимую для передачи и приема данных.
Беспроводной сетевой адаптер
Точки беспроводного доступа
Точка доступа (Access Point — AP), называемая также базовой станцией, представляет собой беспроводной приемопередатчик локальной сети LAN, который выполняет функции концентратора, т.е. центральной точки отдельной беспроводной сети, или функции моста — точки соединения проводной и беспроводной сетей. Использование нескольких точек AP позволяет обеспечить выполнение функций роуминга (roaming), что предоставляет пользователям беспроводного доступа свободный доступ в пределах некоторой области, поддерживая при этом непрерывную связь с сетью.
Точка беспроводного доступа Cisco AP 541N
Беспроводные мосты
Беспроводной мост обеспечивает высокоскоростные беспроводные соединения большой дальности в пределах видимости5 (до 25 миль) между сетями Ethernet.
В беспроводных сетях Cisco любая точка доступа может быть использована в качестве повторителя (точки расширения).
Беспроводной мост Cisco WET200-G5 с интегрированным 5-ти портовым коммутатором
Выводы
Сегодня сложно найти устройства выполняющие только одну функцию. Все чаще производители интегрируют в одно устройство несколько функций, которые раньше выполнялись отдельными устройствами в сети. Поэтому деление на типы устройств становится условным. Нужно только ясно отличать функции этих составных устройств и область их применения. Ярким примером такой интеграции, являются маршрутизаторы со встроенными DCHP-серверами и т.д.
Читайте также: