Группа 43

Типы коммуникационного оборудования

Мост (bridge) - устройство, соединяющее локальные или удаленные сегменты сети. Мосты функционируют на канальном уровне (втором в модели OSI) и прозрачны для протоколов более высоких уровней, т.е. принимают решения о передаче кадра из одного сегмента в другой только на основании информации из заголовка канального уровня, в частности, физического адреса станции-получателя. В отличие от повторителей мост анализирует целостность кадров и испорченные фильтрует.

Мосты можно классифицировать по типу и принципу передачи пакетов.

Типы мостов:

• Sourse Routing (маршрутизация источника). Требуют, чтобы узел-отправитель пакета размещал в нем информацию о пути его маршрутизации, т.е. каждая станция должна иметь встроенные функции по маршрутизации пакетов.
• Transparent Bridges (прозрачные мосты). Обеспечивают прозрачную связь станций, расположенных в разных ЛВС, и все функции по маршрутизации выполняют сами мосты. Мост передает кадр в другой сегмент в том случае, если адрес получателя отсутствует в таблице, относящейся к сегменту отправителя.

По принципу передачи пакетов мосты разделяются на:

• Encapsulating Bridges, пакеты физического уровня одной ЛВС целиком переносятся в пакеты физического уровня другой ЛВС. Такие мосты позволяют связать, например, FDDI-магистралью две ЛВС Ethernet, однако FDDI будет использоваться только как среда передачи, и станции, подключенные к сетям Ethernet, не будут видеть станций, подключенных к FDDI;
• Translational Bridges, выполняют преобразование из одного протокола физического уровня в другой. Они удаляют заголовок и служебную информацию одного протокола и переносят данные в другой протокол, т.е. в данном случае FDDI можно использовать не только как среду передачи, но и для непосредственного подключения сетевого оборудования, полностью видимого станциями, подключенными к се-тям Ethernet.

Интеллектуальные мосты, кроме того, обладают рядом дополнительных возможностей, которые реализуются с помощью систем централизованного управления сетью (протокол SNMP) и позволяют:

• производить набор статистики и анализ трафика;
• устанавливать дополнительные фильтры на порты по номерам ЛВС или по физическим адресам сетевых устройств;
• оперативно получать сообщения о всех возникающих проблемах в сети;
• проводить диагностику модулей;
• просматривать в графическом виде изображение передних панелей модулей;
• просматривать системный журнал, в котором записана информация о всех проблемах с сетью и других важных событиях.

Алгоритм работы моста проверяет:
1) занесен ли в его внутреннюю таблицу адрес узла отправителя пакета. Если нет, то мост заносит его в свою таблицу адресов и связы-вает с ним номер порта, на который поступил пакет;
2) занесен ли в таблицу адрес узла назначения. Если нет, то мост передает принятый пакет во все сети, подключенные ко всем остальным его портам. Если адрес есть, мост проверяет, подключена ли ЛВС узла назначения к тому же самому порту, откуда пришел пакет. Если да, то пакет отфильтровывается, если нет, передается адресату.

Главные параметры моста:

• размер внутренней адресной таблицы (типовое значение 500 - 2000 адресов);
• скорость фильтрации;
• скорость маршрутизации.

Достоинства мостов:

• очень просты в установке;
• их присутствие прозрачно для пользователя;
• автоматически адаптируются к изменению конфигурации сети;
• могут соединять сети, работающие с разными протоколами сетевого уровня;
• образуют логически единую сеть, т.е. все соединенные сегменты имеют один и тот же сетевой адрес. По этой причине перемещение компьютера из одного сегмента сети в другой не требует изменения его сетевого адреса;
• обеспечивают высокую производительность при относительно низкой цене.

Недостатки мостов:

• не могут использовать альтернативные пути в сети, распределяя по ним нагрузку. Из возможных путей всегда выбирают один;
• могут способствовать значительным всплескам трафика в сети (пакет, чей адрес еще не содержится в таблице, передается во все сегменты);
• не могут предотвращать "штормы широковещательных сообщений", вызываемые некоторыми протоколами;
• не представляют средств для изоляции ошибочно функционирующих сегментов.

МАРШРУТИЗАТОР

Маршрутизатор (router) - многофункциональное устройство, предназначенное для ограничения широковещательного трафика посредством разбиения сети на сегменты, обеспечения защиты информации, управления и организации резервных путей между областями широковещания.

Маршрутизатор действует на сетевом уровне (третьем в модели OSI) и обладает следующими особенностями: 1. Учитывает специфику протоколов, используя маршрутную информацию сетевого уровня. 2. Может обмениваться с другими маршрутизаторами информацией для сбора данных о топологии и состоянии сети. На основе анализа информации выбирается наилучший путь для передачи пакета. 3. Определяет логические границы между группами сетевых сегментов.

Маршрутизаторы прозрачны для протоколов физического уровня и используются, как правило, для соединения разнородных сетей, каждая из которых может быть административно независимой. Маршрутизаторы отвечают за создание и поддержку для каждого протокола сетевого уровня маршрутных таблиц, которые могут быть статическими или динамическими. Кроме того, они идентифицируют протокол в заголовке каждого пакета, находят адрес получателя сетевого уровня и выбирают путь передачи данных, содержащийся в маршрутной таблице соответствующего протокола.

Достоинства маршрутизаторов:

• обеспечивают большую гибкость, чем мосты;
• выбирают наилучший путь передачи на основе адреса, скорости, стоимости, загрузки линии;
• используют альтернативные пути, равномерно распределяя нагрузку;
• создают защитный барьер между подсетями;
• защищают информацию с помощью фильтров пакетов;
• могут разбивать длинные сообщения на несколько коротких, позволяя соединять сети, в которых используются пакеты различной длины;
• облегчают поддержку больших интерсетей.

Недостатки маршрутизаторов:

• более сложны в установке и конфигурировании, чем мосты;
• при перемещении компьютера из одной подсети в другую требуется сменить его сетевой адрес.

КОММУТАТОР

Коммутатор - это устройство узкого назначения, который эффективно сегментирует сеть, уменьшает области столкновений и увеличивает пропускную способность каждой оконечной станции. Работает с протоколами второго уровня модели OSI. Прозрачность по отношению к протоколам позволяет устанавливать коммутаторы в многопротокольных сетях. Коммутация не ограничивает широковещательного трафика.

Различают два способа коммутации: без промежуточного накопления (коммутация на лету) и с промежуточным накоплением.

Коммутация без промежуточного накопления

Передача начинается, как только декодирован адрес назначения, содержащийся в заголовке кадра. Основной недостаток - появление испорченных кадров. Способ дает наибольший эффект, если трафик коммутируется между портами с одинаковой скоростью обмена.

Архитектура коммутации на лету реализуется двояко:
1. Cross-bar ("перекрестный"). Коммутатор читает адрес назначения и незамедлительно начинает продвижение пакета по маршруту к ожидающему выходному буферу. Возможно возникновение задержки, если другой кадр уже загружается в выходной буфер. 2. Cell-backplane ("снабженный шиной, передающей ячейки"). Кадр фрагментируется на несколько небольших ячеек фиксированной длины. Каждая ячейка помечается специальным заголовком, который содержит адрес назначения. Ячейки накапливаются в буфере порта назначения и вновь объединяются в исходный кадр, который передается в сегмент назначения. Коммутаторы этого типа являются более предпочтительными в сетях с особо напряженным трафиком.

Коммутация с промежуточным накоплением

Передача кадра осуществляется только после его полного приема и проверки. При выборе коммутатора данного типа важно учесть размер таблицы коммутатора.

Достоинство: обеспечивает более надежное обнаружение ошибок, чем устройства, коммутирующие на лету.

Недостаток: увеличивается задержка пропорционально размеру пакета.

Повторители, концентраторы

 Повторитель (repeater)-используемое при построении сетей устройство, которое имеет два или более порта, к которым присоединяются физические сегменты или более сложные элементы сети (например, другой повторитель с подключенными к нему физическими сегментами), основной функцией которого является пересылка сигналов, полученных на одном из портов, на другие порты. Иначе говоря, повторитель производит повторение сигналов, поступающих на один из портов, на всех остальных портах синхронно с сигналами-оригиналами. Возможность увеличения длины кабеля между сетевыми устройствами определяется тем, что повторитель улучшает электрические характеристики сигналов и их синхронность.

Многопортовый повторитель часто называют концентратором (hub). Основные функции концентратора-повторение сигналов и концентрирование в себе как в центральном устройстве функций объединения компьютеров в сеть.

Концентратор образует из подключенных к его портам отдельных физических сегментов и более сложных элементов сети (например, других концентраторов с подключенными к их портам физическими сегментами) общую среду передачи данных - логический сегмент.

В пределах одного логического сегмента любая пара взаимодействующих в конкретный момент времени компьютеров (один компьютер-передатчик данных, другой - приемник) полностью блокирует возможность обмена данными в этот же момент времени для других компьютеров. Таким образом, одновременная передача данных любыми двумя компьютерами логического сегмента невозможна.

Концентраторы могут иметь и ряд дополнительных вспомогательных функций. Вот только некоторые из них:

1. Объединение физических сегментов с различными физическими средами (например, коаксиал, витая пара и оптоволокно) в единый логический сегмент.

2. Поддержка средств управления сетями-протокола SNMP, баз управляющей информации MIB.

3. Автосегментация портов-автоматическое отключение порта при его некорректном поведении (интенсивная генерация пакетов ошибочной длины, повреждение кабеля и т. д.).

4. Поддержка между концентраторами резервных связей, которые используются при отказе основных.

5. Защита передаваемых по сети данных от несанкционированного доступа.

Следует отметить, что практически во всех современных сетевых стандартах концентратор является необходимым элементом сети, объединяющим отдельные компьютеры в сеть. Использование таких устройств позволяет улучшить управляемость сети и ее эксплуатационные характеристики.

Поскольку использование общей кабельной системы компьютерами, подключенными к сети, происходит в режиме разделения времени, при большом числе взаимодействующих компьютеров общая среда перестает справляться с большим потоком передаваемых кадров. В результате в сети образуется очередь из ожидающих доступа компьютеров. По этой причине сети, построенные исключительно с помощью концентраторов, не могут расширяться в требуемых пределах. Это наиболее актуально для сетей Ethernet.

Эта проблема может быть решена путем использования специальных сетевых устройств-мостов, коммутаторов и маршрутизаторов. Эти устройства позволяют производить логическую структуризацию сети.

Повторители и концентраторы.

Рис. 10.1. Схематическое изображение активных устройств

Назначение и классификация концентраторов

.

Рис. 10.2. Схема применения хабов

Мосты.

Рис. 10.3. Схема типичного варианта применения моста

Маршрутизаторы.

Рис. 10.4. Применение маршрутизатора в корпоративной сети