Повторителии концентраторы
Основнаяфункция повторителя (repeater), как это следует из его названия, – повторениесигналов, поступающих на его порт. Повторитель улучшает электрические характеристикисигналов и их синхронность, и за счет этого появляется возможность увеличиватьобщую длину кабеля между самыми удаленными в сети узлами.
Многопортовый повторитель часто называют концентратором(concentrator) или хабом (hub), чтоотражает тот факт, что данное устройство реализует не только функцию повторениясигналов, но и концентрирует в одном центральном устройстве функции объединениякомпьютеров в сеть. Практически во всех современных сетевых стандартахконцентратор является необходимым элементом сети, соединяющим отдельныекомпьютеры в сеть.
Концентраторили Hub представляет собой сетевое устройство, действующее нафизическом уровне сетевой модели OSI.
Отрезкикабеля, соединяющие два компьютера или какие либо два других сетевыхустройства, называются физическимисегментам, поэтому концентраторы и повторители, которые используются длядобавления новых физических сегментов, являются средством физическойструктуризации сети.
Концентратор– устройство, у которого суммарная пропускная способность входных каналов вышепропускной способности выходного канала. Так как потоки входных данных вконцентраторе больше выходного потока, то главной его задачей являетсяконцентрация данных. При этом возможны ситуации, когда число блоков данных,поступающее на входы концентратора, превышает его возможности. Тогдаконцентратор ликвидирует часть этих блоков.
Ядромконцентратора является процессор. Для объединения входной информации чаще всегоиспользуется множественный доступ с разделением времени. Функции, выполняемыеконцентратором, близки к задачам, возложенным на мультиплексор. Наращиваемые(модульные) концентраторы позволяют выбирать их компоненты, не думая осовместимости с уже используемыми. Современные концентраторы имеют порты дляподключения к разнообразным локальным сетям.
Концентраторявляется активным оборудованием. Концентратор служит центром (шиной)звездообразной конфигурации сети и обеспечивает подключение сетевых устройств.В концентраторе для каждого узла (ПК, принтеры, серверы доступа, телефоны ипр.) должен быть предусмотрен отдельный порт.
Наращиваемыеконцентраторы представляют собой отдельные модули, которые объединяются припомощи быстродействующей системы связи. Такие концентраторы предоставляютудобный способ поэтапного расширения возможностей и мощности ЛВС.
Концентраторосуществляет электрическую развязку отрезков кабеля до каждого узла, поэтомукороткое замыкание на одном из отрезков не выведет из строя всю ЛВС.
Рис. 9.1 Логический сегмент, построенный с использованиемконцентраторов
Концентраторыобразуют из отдельных физических отрезков кабеля общую среду передачи данных – логический сегмент. Логический сегменттакже называют доменом коллизий, поскольку при попытке одновременной передачиданных любых двух компьютеров этого сегмента, хотя бы и принадлежащих разнымфизическим сегментам, возникает блокировка передающей среды. Следует особоподчеркнуть, что, какую бы сложную структуру ни образовывали концентраторы,например путем иерархического соединения (рис. 9.2), все компьютеры,подключенные к ним, образуют единый логический сегмент, в котором любая паравзаимодействующих компьютеров полностью блокирует возможность обмена даннымидля других компьютеров.
Концентраторыподдерживают технологию plug and play и нетребуют какой-либо установки параметров. Необходимо просто спланировать своюсеть и вставить разъемы в порты хаба и компьютеров.
Привыборе места для установки концентратора примите во внимание следующие аспекты:
- местоположение;
- расстояния;
- питание.
Выборместа установки концентратора является наиболее важным этапом планированиянебольшой сети. Хаб разумно расположить вблизи геометрическогоцентра сети (на одинаковом расстоянии от всех компьютеров). Такое расположениепозволит минимизировать расход кабеля. Длина кабеля от концентратора до любогоиз подключаемых к сети компьютеров или периферийных устройств не должнапревышать 100 м.
Концентраторможно поставить на стол или закрепить его на стене с помощью входящих вкомплект хаба скоб. Установка хабана стене позволяет упростить подключение кабелей, если они уже проложены вофисе.
Припланировании сети есть возможность наращивания (каскадирования) хабов.
Концентраторыимеют много преимуществ. Во-первых, в сети используется топология звезда, прикоторой соединения с компьютерами образуют лучи, а хабявляется центром звезды. Такая топология упрощает установку и управление сети.Любые перемещения компьютеров или добавление в сеть новых узлов при такойтопологии весьма несложно выполнить. Кроме того, эта топология значительнонадежнее, поскольку при любом повреждении кабельной системы сеть сохраняетработоспособность (перестает работать лишь поврежденный луч). Светодиодныеиндикаторы хаба позволяют контролировать состояниесети и легко обнаруживать неполадки.
Различныепроизводители концентраторов реализуют в своих устройствах различные наборывспомогательных функций, но наиболее часто встречаются следующие:
- объединениесегментов с различными физическими средами (например, коаксиал,витая пара и оптоволокно) в единый логический сегмент;
- автосегментация портов – автоматическое отключение порта при егонекорректном поведении (повреждение кабеля, интенсивная генерация пакетовошибочной длины и т. п.);
- поддержка междуконцентраторами резервных связей, которые используются при отказе основных;
- защитапередаваемых по сети данных от несанкционированного доступа (например, путемискажения поля данных в кадрах, повторяемых на портах, не содержащих компьютерас адресом назначения);
- поддержка средствуправления сетями – протокола SNMP, баз управляющей информации MIB.
Мост (bridge) – ретрансляционная система, соединяющая каналыпередачи данных.
Рис. 9.2 Структура моста
Всоответствии с базовой эталонной моделью взаимодействия открытых систем мостописывается протоколами физического и канального уровней, над которымирасполагаются канальные процессы. Мост опирается на пару связываемых им физических средств соединения, которые в этой моделипредставляют физические каналы. Мост преобразует физический (1A, 1B) иканальный (2A, 2B) уровни различных типов (рис. 9.4). Что касается канальногопроцесса, то он объединяет разнотипные каналы передачи данных в один общий.
Мост (bridge), а также его быстродействующий аналог – коммутатор (switching hub),делят общую среду передачи данных на логические сегменты. Логический сегментобразуется путем объединения нескольких физических сегментов (отрезков кабеля)с помощью одного или нескольких концентраторов. Каждый логический сегментподключается к отдельному порту моста/коммутатора. При поступлении кадра накакой-либо из портов мост/коммутатор повторяет этот кадр, но не на всех портах,как это делает концентратор, а только на том порту, к которому подключенсегмент, содержащий компьютер-адресат.
Мостымогут соединять сегменты, использующие разные типы носителей, например 10BaseT (витая пара) и 10Base2 (тонкий коаксиальный кабель). Они могут соединятьсети с разными методами доступа к каналу, например сети Ethernet (метод доступа CSMA/CD) и Token Ring(метод доступа TPMA).
Разницамежду мостом и коммутатором состоит в том, что мост в каждый момент времениможет осуществлять передачу кадров только между одной парой портов, акоммутатор одновременно поддерживает потоки данных между всеми своими портами.Другими словами, мост передает кадры последовательно, а коммутатор параллельно.
Мостыиспользуются только для связи локальных сетей с глобальными, то есть каксредства удаленного доступа, поскольку в этом случае необходимость впараллельной передаче между несколькими парами портов просто не возникает.
Рис. 9.3 Соединение двух сетей при помощи двух каналов
Когдапоявились первые устройства, позволяющие разъединять сеть на несколько доменовколлизий (по сути фрагменты ЛВС, построенные на hub-ах), они были двухпортовыми и получили название мостов (bridge-ей). По мере развития данного типаоборудования, они стали многопортовыми и получилиназвание коммутаторов (switch-ей). Некоторое время оба понятия существовалиодновременно, а позднее вместо термина «мост» стали применять «коммутатор».Далее в этой теме будет использоваться термин «коммутатор» для обозначения этихобеих разновидностей устройств, поскольку все сказанное ниже в равной степениотносится и к мостам, и к коммутаторам. Следует отметить, что в последнее времялокальные мосты полностью вытеснены коммутаторами.
Нередкислучаи, когда необходимо соединить локальные сети, в которых различаются лишьпротоколы физического и канального уровней. Протоколы остальных уровней в этихсетях приняты одинаковыми. Такие сети могут быть соединены мостом. Часто мостынаделяются дополнительными функциями. Такие мосты обладают определенным интеллектом (интеллектом в сетяхназывают действия, выполняемые устройствами) ифильтруют сквозь себя блоки данных, адресованные абонентским системам, расположеннымв 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. Этопозволяет предотвращать появление ошибок внутри моста.
Мостыне имеют механизмов управления потоками блоков данных. Поэтому может оказаться,что входной поток блоков окажется большим, чем выходной. В этом случае мост несправится с обработкой входного потока, и его буферы могут переполняться. Чтобыэтого не произошло, избыточные блоки выбрасываются. Специфические функциивыполняет мост в радиосети. Здесь он обеспечивает взаимодействие двухрадиоканалов, работающих на разных частотах. Его именуют ретранслятором.
Мосты(bridges) оперируют данными на высоком уровне и имеютсовершенно определенное назначение. Во-первых, они предназначены для соединениясетевых сегментов, имеющих различные физические среды, например для соединениясегмента с оптоволоконным кабелем и сегмента с коаксиальным кабелем. Мостытакже могут быть использованы для связи сегментов, имеющих различные протоколынизкого уровня (физического и канального).
Коммутатор (switch) – устройство, осуществляющее выбор одного извозможных вариантов направления передачи данных.
Рис. 9.4 Внешний вид коммутатора Switch 2000
Вкоммуникационной сети коммутатор являетсяретрансляционной системой (система, предназначенная для передачи данных илипреобразования протоколов), обладающей свойством прозрачности (т.е. коммутацияосуществляется здесь без какой-либо обработки данных). Коммутатор не имеетбуферов и не может накапливать данные. Поэтому при использовании коммутатораскорости передачи сигналов в соединяемых каналах передачи данных должны бытьодинаковыми. Канальные процессы, реализуемые коммутатором, выполняютсяспециальными интегральными схемами. В отличие от других видов ретрансляционныхсистем, здесь, как правило, не используется программное обеспечение.
Рис. 9.5 Структура коммутатора
Вначалекоммутаторы использовались лишь в территориальных сетях. Затем они появились ив локальных сетях, например, частные учрежденческие коммутаторы. Позжепоявились коммутируемые локальные сети. Их ядром стали коммутаторы локальныхсетей.
Коммутатор(Switch) может соединять серверы в кластер и служить основойдля объединения нескольких рабочих групп. Он направляет пакеты данных междуузлами ЛВС. Каждый коммутируемый сегмент получает доступ к каналу передачиданных без конкуренции и видит только тот трафик, который направляется в егосегмент. Коммутатор должен предоставлять каждому порту возможность соединения смаксимальной скоростью без конкуренции со стороны других портов (в отличие отсовместно используемого концентратора). Обычно в коммутаторах имеются один илидва высокоскоростных порта, а также хорошие инструментальные средствауправления. Коммутатором можно заменить маршрутизатор,дополнить им наращиваемый маршрутизатор илииспользовать коммутатор в качестве основы для соединения несколькихконцентраторов. Коммутатор может служить отличным устройством для направлениятрафика между концентраторами ЛВС рабочей группы и загруженными файл-серверами.
Коммутатор локальной сети (local-area network switch) –устройство, обеспечивающее взаимодействие сегментов одной либо группы локальныхсетей.
Коммутаторлокальной сети, как и обычный коммутатор, обеспечивает взаимодействиеподключенных к нему локальных сетей (рис.9.8). Но в дополнение к этому оносуществляет преобразование интерфейсов, если соединяются различные типысегментов локальной сети. Чаще всего это сети Ethernet, кольцевые сети IBM, сети с оптоволоконным распределенныминтерфейсом данных.
Рис. 9.6 Схема подключения локальных сетей к коммутаторам
Вперечень функций, выполняемых коммутатором локальной сети, входят:
- обеспечениесквозной коммутации;
- наличие средств маршрутизации;
- поддержкапростого протокола управления сетью;
- имитация мосталибо маршрутизатора;
- организациявиртуальных сетей;
- скоростнаяретрансляция блоков данных.
Маршрутизатор
Маршрутизатор (router) –ретрансляционная система, соединяющая две коммуникационные сети либо их части.
Каждыймаршрутизатор реализует протоколыфизического (1А, 1B), канального (2А, 2B) и сетевого (3A, 3B) уровней, как показанона рис.9.9. Специальные сетевые процессы соединяют части коммутатора в единое целое.Физический, канальный и сетевой протоколы в разных сетях различны. Поэтомусоединение пар коммуникационных сетей осуществляется через маршрутизаторы,которые осуществляют необходимое преобразование указанных протоколов. Сетевыепроцессы выполняют взаимодействие соединяемых сетей.
Маршрутизатор работает с несколькими каналами, направляя в какой-нибудь из нихочередной блок данных.
Маршрутизаторы обмениваются информацией об изменениях структуры сетей, трафике и ихсостоянии. Благодаря этому, выбирается оптимальный маршрут следования блокаданных в разных сетях от абонентской системы-отправителя к системе-получателю. Маршрутизаторы обеспечивают также соединениеадминистративно независимых коммуникационных сетей.
Рис. 9.7 Структура маршрутизатора
Архитектура маршрутизатора также используется при создании узла коммутациипакетов.
Маршрутизаторы превосходят мосты своей способностью фильтровать и направлять пакетыданных на сети. Так как маршрутизаторы работают насетевом уровне, они могут соединять сети, использующие разную сетевуюархитектуру, методы доступа к каналам связи и протоколы.
Маршрутизаторы не обладают такой способностью к анализу сообщений как мосты, но затомогут принимать решение о выборе оптимального пути для данных между двумясетевыми сегментами.
Мостыпринимают решение по поводу адресации каждого из поступивших пакетов данных,переправлять его через мост или нет в зависимости от адреса назначения. Маршрутизаторы же выбирают из таблицы маршрутов наилучшийдля данного пакета.
В полезрения маршрутизаторов находятся только пакеты,адресованные к ним предыдущими маршрутизаторами, в товремя как мосты должны обрабатывать все пакеты сообщений в сегменте сети, ккоторому они подключены.
Типтопологии или протокола уровня доступа к сети не имеет значения для маршрутизаторов, так как они работают на уровень выше, чеммосты (сетевой уровень модели OSI). Маршрутизаторычасто используются для связи между сегментами с одинаковыми протоколамивысокого уровня. Наиболее распространенным транспортным протоколом, которыйиспользуют маршрутизаторы, является IPX фирмы Novell или TCP фирмы Microsoft.
Необходимозапомнить, что для работы маршрутизаторов требуетсяодин и тот же протокол во всех сегментах, с которыми он связан. При связываниисетей с различными протоколами лучше использовать мосты. Для управлениязагруженностью трафика сегмента сети также можно использовать мосты.
Шлюз (gateway) – ретрансляционная система, обеспечивающая взаимодействиеинформационных сетей.
Рис. 9.8 Структура шлюза
Шлюзявляется наиболее сложной ретрансляционной системой, обеспечивающейвзаимодействие сетей с различными наборами протоколов всех семи уровней. В своюочередь, наборы протоколов могут опираться на различные типы физических средствсоединения.
В техслучаях, когда соединяются информационные сети, то в них часть уровней можетиметь одни и те же протоколы. Тогда сети соединяются не при помощи шлюза, а наоснове более простых ретрансляционных систем, именуемых маршрутизаторамии мостами.
Шлюзыоперируют на верхних уровнях модели OSI (сеансовом, представительском иприкладном) и представляют наиболее развитый метод подсоединения сетевыхсегментов и компьютерных сетей. Необходимость в сетевых шлюзах возникает приобъединении двух систем, имеющих различную архитектуру. Например, шлюзприходится использовать для соединения сети с протоколом TCP/IP и большой ЭВМсо стандартом SNA. Эти две архитектуры не имеют ничего общего, и потомутребуется полностью переводить весь поток данных, проходящих между двумя системами.
Вкачестве шлюза обычно используется выделенный компьютер, на котором запущенопрограммное обеспечение шлюза и производятся преобразования, позволяющиевзаимодействовать нескольким системам в сети. Другой функцией шлюзов являетсяпреобразование протоколов. При получении сообщения IPX/SPX для клиента TCP/IP шлюзпреобразует сообщения в протокол TCP/IP.
Шлюзысложны в установке и настройке. Шлюзы работают медленнее, чем маршрутизаторы.
Главная 
