1. Типовой состав оборудования /> локальной /> /> сети />
Фрагмент вычислительной /> сети /> (рис. 1.7) включает основные типы коммуникационногооборудования, применяемого сегодня для образования /> локальных /> /> сетей /> и соединения их через глобальные связи друг с другом.Для построения /> локальных /> связей между компьютерами используются различные виды кабельных систем, сетевыеадаптеры, концентраторы-повторители, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы. Дляподключения /> локальных /> /> сетей /> к глобальным связям используются специальные выходы (WAN-порты) мостов и маршрутизаторов, а также аппаратурапередачи данных по длинным линиям — модемы (при работе по аналоговым линиям)или же устройства подключения к цифровым каналам (TA — терминальные адаптеры /> сетей /> ISDN,устройства обслуживания цифровых выделенных каналов типа CSU/DSU и т.п.).
/>
Рис. 1.7. Фрагмент сети 2. Роль кабельной системы
Для построения локальных связей в вычислительных сетях в настоящее времяиспользуются различные виды кабелей — коаксиальный кабель, кабель на основеэкранированной и неэкранированной витой пары и оптоволоконный кабель. Наиболеепопулярным видом среды передачи данных на небольшие расстояния (до 100 м)становится неэкранированная витая пара, которая включена практически вовсе современные стандарты и технологии локальных сетей и обеспечиваетпропускную способность до 100 Мб/с (на кабелях категории 5). Оптоволоконныйкабель широко применяется как для построения локальных связей, так и дляобразования магистралей глобальных сетей. Оптоволоконный кабель можетобеспечить очень высокую пропускную способность канала (до нескольких Гб/с) ипередачу на значительные расстояния (до нескольких десятков километров безпромежуточного усиления сигнала).
В качестве среды передачи данных в вычислительных сетях используются такжеэлектромагнитные волны различных частот — КВ, УКВ, СВЧ. Однако, пока влокальных сетях радиосвязь используется только в тех случаях, когда оказываетсяневозможной прокладка кабеля, например, в зданиях, являющихся памятникамиархитектуры. Это объясняется прежде всего недостаточной надежностью сетевыхтехнологий, построенных на использовании электромагнитного излучения. Дляпостроения глобальных каналов этот вид среды передачи данных используется шире- на нем построены спутниковые каналы связи и наземные радиорелейные каналы,работающие в зонах прямой видимости в СВЧ-диапазонах.
Согласно зарубежным исследованиям (журнал LAN Technologies), 70% времени простоевобусловлено проблемами, возникшими вследствие низкого качества применяемыхкабельных систем. Поэтому так важно правильно построить фундамент сети — кабельную систему. В последнее время в качестве такой надежной основы все чащеиспользуется структурированная кабельная система.
Структурированная кабельная система (Structured Cabling System, SCS) — это наборкоммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей ишкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяетсоздавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительныхсетях.
Преимущества структурированной кабельной системы: Универсальность. Структурированная кабельная система при продуманной организации может стать единой средой для передачи компьютерных данных в локальной вычислительной сети, организации локальной телефонной сети, передачи видеоинформации и даже передачи сигналов от датчиков пожарной безопасности или охранных систем. Это позволяет автоматизировать многие процессы по контролю, мониторингу и управлению хозяйственными службами и системами жизнеобеспечения. Увеличение срока службы. Срок старения хорошо структурированной кабельной системы может составлять 8-10 лет. Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения. Стоимость кабельной системы в основном определяется не стоимостью кабеля, а стоимостью работ по его прокладке. Поэтому более выгодно провести однократную работу по прокладке кабеля, возможно с большим запасом по длине, чем несколько раз выполнять прокладку, наращивая длину кабеля. Это помогает быстро и дешево изменять структуру кабельной системы при перемещениях персонала или смене приложений. Возможность легкого расширения сети. Структурированная кабельная система является модульной, поэтому ее легко наращивать, позволяя легко и ценой малых затрат переходить на более совершенное оборудование, удовлетворяющее растущим требованиям к системам коммуникаций. Обеспечение более эффективного обслуживания. Структурированная кабельная система облегчает обслуживание и поиск неисправностей по сравнению с шинной кабельной системой. Надежность. Структурированная кабельная система имеет повышенную надежность поскольку обычно производство всех ее компонентов и техническое сопровождение осуществляется одной фирмой-производителем. 3. Сетевые адаптеры
Сетевой адаптер (Network Interface Card,NIC) — это периферийное устройство компьютера,непосредственно взаимодействующее со средой передачи данных, которая прямо иличерез другое коммуникационное оборудование связывает его с другимикомпьютерами. Это устройство решает задачи надежного обмена двоичными данными,представленными соответствующими электромагнитными сигналами, по внешним линиямсвязи. Как и любой контроллер компьютера, сетевой адаптер работает подуправлением драйвера операционной системы и распределение функций между сетевымадаптером и драйвером может изменяться от реализации к реализации.
В первых локальных сетях сетевой адаптер с сегментом коаксиального кабеляпредставлял собой весь спектр коммуникационного оборудования, с помощьюкоторого организовывалось взаимодействие компьютеров. Сетевой адаптеркомпьютера-отправи-теля непосредственно по кабелю взаимодействовал с сетевымадаптером компьютера-получателя. В большинстве современных стандартов длялокальных сетей предполагается, что между сетевыми адаптерами взаимодействующихкомпьютеров устанавливается специальное коммуникационное устройство(концентратор, мост, коммутатор или маршрутизатор), которое берет на себянекоторые функции по управлению потоком данных.
Сетевой адаптер обычно выполняет следующие функции: Оформление передаваемой информации в виде кадра определенного формата. Кадр включает несколько служебных полей, среди которых имеется адрес компьютера назначения и контрольная сумма кадра, по которой сетевой адаптер станции назначения делает вывод о корректности доставленной по сети информации. Получение доступа к среде передачи данных. В локальных сетях в основном применяются разделяемые между группой компьютеров каналы связи (общая шина, кольцо), доступ к которым предоставляется по специальному алгоритму (наиболее часто применяются метод случайного доступа или метод с передачей маркера доступа по кольцу). В последних стандартах и технологиях локальных сетей наметился переход от использования разделяемой среды передачи данных к использованию индивидуальных каналов связей компьютера с коммуникационными устройствами сети, как это всегда делалось в телефонных сетях, где телефонный аппарат связан с коммутатором АТС индивидуальной линией связи. Технологиями, использующими индивидуальные линии связи, являются 100VG-AnyLAN, ATM и коммутирующие модификации традиционных технологий — switching Ethernet, switching Token Ring и switching FDDI. При использовании индивидуальных линий связи в функции сетевого адаптера часто входит установление соединения с коммутатором сети. Кодирование последовательности бит кадра последовательностью электрических сигналов при передаче данных и декодирование при их приеме. Кодирование должно обеспечить передачу исходной информацию по линиям связи с определенной полосой пропускания и определенным уровнем помех таким образом, чтобы принимающая сторона смогла распознать с высокой степенью вероятности посланную информацию. Так как в локальных сетях используются широкополосные кабели, то сетевые адаптеры не используют модуляцию сигнала, необходимую для передачи дискретной информации по узкополосным линиям связи (например, телефонным каналам тональной частоты), а передают данные с помощью импульсных сигналов. Представление же двоичных 1 и 0 может быть различным. Преобразование информации из параллельной формы в последовательную и обратно. Эта операция связана с тем, что для упрощения проблемы синхронизации сигналов и удешевления линий связи в вычислительных сетях информация передается в последовательной форме, бит за битом, а не побайтно, как внутри компьютера. Синхронизация битов, байтов и кадров. Для устойчивого приема передаваемой информации необходимо поддержание постоянного синхронизма приемника и передатчика информации. Сетевой адаптер использует для решения этой задачи специальные методы кодирования, не использующие дополнительной шины с тактовыми синхросигналами. Эти методы обеспечивают периодическое изменение состояния передаваемого сигнала, которое используется тактовым генератором приемника для подстройки синхронизма. Кроме синхронизации на уровне битов, сетевой адаптер решает задачу синхронизации и на уровне байтов, и на уровне кадров.
Сетевые адаптеры различаются по типу и разрядности используемой в компьютеревнутренней шины данных — ISA, EISA,PCI, MCA.
Сетевые адаптеры различаются также по типу принятой в сети сетевойтехнологии — Ethernet, Token Ring, FDDI ит.п. Как правило, конкретная модель сетевого адаптера работает по определеннойсетевой технологии (например, Ethernet). В связи с тем,что для каждой технологии сейчас имеется возможность использования различныхсред передачи данных (тот же Ethernet поддерживаеткоаксиальный кабель, неэкранированную витую пару и оптоволоконный кабель),сетевой адаптер может поддерживать как одну, так и одновременно несколько сред.В случае, когда сетевой адаптер поддерживает только одну среду передачи данных,а необходимо использовать другую, применяются трансиверы и конверторы.
Трансивер (приемопередатчик, transmitter+receiver) — это частьсетевого адаптера, его оконечное устройство, выходящее на кабель. В первомстандарте Ethernet, работающем на толстом коаксиале,трансивер располагался непосредственно на кабеле и связывался с остальнойчастью адаптера, располагавшейся внутри компьютера, с помощью интерфейса AUI (attachment unit interface).В других вариантах Ethernet'а оказалось удобнымвыпускать сетевые адаптеры (да и другие коммуникационные устройства) с портом AUI, к которому можно присоединить трансивер для требуемойсреды.
Вместо подбора подходящего трансивера можно использовать конвертор,который может согласовать выход приемопередатчика, предназначенного для однойсреды, с другой средой передачи данных (например, выход на витую парупреобразуется в выход на коаксиальный кабель). 4. Физическая структуризация /> локальной /> /> сети />.
Повторители и концентраторы
Для построения простейшей односегментной сети достаточно иметь сетевыеадаптеры и кабель подходящего типа. Но даже в этом простом случае частоиспользуются дополнительные устройства — повторители сигналов, позволяющиепреодолеть ограничения на максимальную длину кабельного сегмента.
Основная функция повторителя (repeater), какэто следует из его названия — повторение сигналов, поступающих на один из егопортов, на всех остальных портах (Ethernet) или наследующем в логическом кольце порте (Token Ring, FDDI)синхронно с сигналами-оригиналами. Повторитель улучшает электрические характеристикисигналов и их синхронность, и за счет этого появляется возможность увеличиватьобщую длину кабеля между самыми удаленными в сети станциями.
Многопортовый повторитель часто называют концентратором (hub, concentrator), что отражает тотфакт, что данное устройство реализует не только функцию повторения сигналов, нои концентрирует в одном центральном устройстве функции объединения компьютеровв сеть. Практически во всех современных сетевых стандартах концентраторявляется необходимым элементом сети, соединяющим отдельные компьютеры в сеть.
Отрезки кабеля, соединяющие два компьютера или какие либо два других сетевыхустройства называются физическими сегментам. Таким образом,концентраторы и повторители, которые используются для добавления новых физическихсегментов, являются средством физической структуризации сети.
Концентраторы образуют из отдельных физических отрезков кабеля общую средупередачи данных — логический сегмент (рис. 1.8). 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 не образовывали концентраторы,например, путем иерархического соединения (рис. 1.9), все компьютеры,подключенные к ним, образуют единый логический сегмент, в котором любая паравзаимодействующих компьютеров полностью блокирует возможность обмена даннымидля других компьютеров.
/>
Рис. 1.8. Повторитель Ethernetсинхронно повторяет биты кадра на всех своихпортах
/>
Рис. 1.9. Логический сегмент,построенный с использованием концентраторов
Появление устройств, централизующих соединения между отдельными сетевымиустройствами, потенциально позволяет улучшить управляемость сети и ееэксплуатационные характеристики (модифицируемость, ремонтопригодность и т.п.).С этой целью разработчики концентраторов часто встраивают в свои устройства,кроме основной функции повторителя, ряд вспомогательных функций, весьмаполезных для улучшения качества сети.
Различные производители концентраторов реализуют в своих устройствахразличные наборы вспомогательных функций, но наиболее часто встречаютсяследующие: Объединение сегментов с различными физическими средами (например, коаксиал, витая пара и оптоволокно) в единый логический сегмент. Автосегментация портов — автоматическое отключение порта при его некорректном поведении (повреждение кабеля, интенсивная генерация пакетов ошибочной длины и т.п.). Поддержка между концентраторами резервных связей, которые используются при отказе основных. Защита передаваемых по сети данных от несанкционированного доступа (например, путем искажения поля данных в кадрах, повторяемых на портах, не содержащих компьютера с адресом назначения). Поддержка средств управления сетями — протокола SNMP, баз управляющей информации MIB. 5. Логическая структуризация сети. Мосты и коммутаторы
Несмотря на появление новых дополнительных возможностей основной функциейконцентраторов остается передача пакетов по общей разделяемой среде.Коллективное использование многими компьютерами общей кабельной системы врежиме разделения времени приводит к существенному снижению производительностисети при интенсивном трафике. Общая среда перестает справляться с потокомпередаваемых кадров и в сети возникает очередь компьютеров, ожидающих доступа.Это явление характерно для всех технологий, использующих разделяемые средыпередачи данных, независимо от используемых алгоритмов доступа (хотя наиболеестрадают от перегрузок трафика сети Ethernet с методомслучайного доступа к среде).
Поэтому сети, построенные на основе концентраторов, не могут расширяться втребуемых пределах — при определенном количестве компьютеров в сети или припоявлении новых приложений всегда происходит насыщение передающей среды, изадержки в ее работе становятся недопустимыми. Эта проблема может быть решенапутем логической структуризации сети с помощью мостов, коммутаторов имаршрутизаторов.
Мост (bridge), а также его быстродействующийфункциональный аналог — коммутатор (switching hub), делит общую среду передачиданных на логические сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения несколькихфизических сегментов (отрезков кабеля) с помощью одного или несколькихконцентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному портумоста/коммутатора (рис. 1.10). При поступлении кадра на какой-либо из портовмост/коммутатор повторяет этот кадр, но не на всех портах, как это делаетконцентратор, а только на том порту, к которому подключен сегмент, содержащийкомпьютер-адресат.
Разница между мостом и коммутатором состоит в том, что мост в каждый моментвремени может 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.(Для упрощения изложения далее в этом разделе будет использоваться термин«коммутатор» для обозначения этих обоих разновидностей устройств,поскольку все сказанное ниже в равной степени относится и к мостам, и ккоммутаторам.) Следует отметить, что в последнее время локальные мостыполностью вытеснены коммутаторами. Мосты используются только для связилокальных сетей с глобальными, то есть как средства удаленного доступа,поскольку в этом случае необходимость в параллельной передаче между несколькимипарами портов просто не возникает.
/>
Рис. 1.10. Разделение сети налогические сегменты
При работе коммутатора среда передачи данных каждого логического сегментаостается общей только для тех компьютеров, которые подключены к этому сегментунепосредственно. Коммутатор осуществляет связь сред передачи данных различныхлогических сегментов. Он передает кадры между логическими сегментами только принеобходимости, то есть только тогда, когда взаимодействующие компьютерынаходятся в разных сегментах.
Деление сети на логические сегменты улучшает производительность сети, если всети имеются группы компьютеров, преимущественно обменивающиеся информациеймежду собой. Если же таких групп нет, то введение в сеть коммутаторов можеттолько ухудшить общую производительность сети, так как принятие решения о том,нужно ли передавать пакет из одного сегмента в другой, требует дополнительноговремени.
Однако даже в сети средних размеров такие группы, как правило, имеются.Поэтому разделение ее на логические сегменты дает выигрыш в производительности- трафик локализуется в пределах групп, и нагрузка на их разделяемые кабельныесистемы существенно уменьшается.
Коммутаторы принимают решение о том, на какой порт нужно передать кадр,анализируя адрес назначения, помещенный в кадре, а также на основанииинформации о принадлежности того или иного компьютера определенному сегменту,подключенному к одному из портов коммутатора, то есть на основании информации оконфигурации сети. Для того, чтобы собрать и обработать информацию оконфигурации подключенных к нему сегментов, коммутатор должен пройти стадию«обучения», то есть самостоятельно проделать некоторуюпредварительную работу по изучению проходящего через него трафика. Определениепринадлежности компьютеров сегментам возможно за счет наличия в кадре не толькоадреса назначения, но и адреса источника, сгенерировавшего пакет. Используяинформацию об адресе источника, коммутатор устанавливает соответствие междуномерами портов и адресами компьютеров. В процессе изучения сетимост/коммутатор просто передает появляющиеся на входах его портов кадры на всеостальные порты, работая некоторое время повторителем. После того, какмост/коммутатор узнает о принадлежности адресов сегментам, он начинаетпередавать кадры между портами только в случае межсегментной передачи. Если,уже после завершения обучения, на входе коммутатора вдруг появится кадр снеизвестным адресом назначения, то этот кадр будет повторен на всех портах.
Мосты/коммутаторы, работающие описанным способом, обычно называются прозрачными(transparent), поскольку появление такихмостов/коммутаторов в сети совершенно не заметно для ее конечных узлов. Этопозволяет не изменять их программное обеспечение при переходе от простыхконфигураций, использующих только концентраторы, к более сложным,сегментированным.
Существует и другой класс мостов/коммутаторов, передающих кадры междусегментами на основе полной информации о межсегментном маршруте. Эту информациюзаписывает в кадр станция-источник кадра, поэтому говорят, что такие устройствареализуют алгоритм маршрутизации от источника (source routing). При использованиимостов/коммутаторов с маршрутизацией от источника конечные узлы должны быть вкурсе деления сети на сегменты и сетевые адаптеры, в этом случае должны в своемпрограммном обеспечении иметь компонент, занимающийся выбором маршрута кадров.
За простоту принципа работы прозрачного моста/коммутатора приходитсярасплачиваться ограничениями на топологию сети, построенной с использованиемустройств данного типа — такие сети не могут иметь замкнутых маршрутов — петель. Мост/коммутатор не может правильно работать в сети с петлями, при этомсеть засоряется зацикливающимися пакетами и ее производительность снижается.
Для автоматического распознавания петель в конфигурации сети разработан алгоритмпокрывающего дерева (Spanning Tree Algorithm,STA). Этот алгоритм позволяет мостам/коммутаторамадаптивно строить дерево связей, когда они изучают топологию связей сегментов спомощью специальных тестовых кадров. При обнаружении замкнутых контуровнекоторые связи объявляются резервными. Мост/коммутатор может использоватьрезервную связь только при отказе какой-либо основной. В результате сети, построенныена основе мостов/коммутаторов, поддерживающих алгоритм покрывающего дерева,обладают некоторым запасом надежности, но повысить производительность за счетиспользования нескольких параллельных связей в таких сетях нельзя. 6. Маршрутизаторы
Маршрутизатор (router) позволяеторганизовывать в сети избыточные связи, образующие петли. Он справляется с этойзадачей за счет того, что принимает решение о передаче пакетов на основанииболее полной информации о графе связей в сети, чем мост или коммутатор. Маршрутизаторимеет в своем распоряжении базу топологической информации, которая говорит ему,например, о том, между какими подсетями общей сети имеются связи и в какомсостоянии (работоспособном или нет) они находятся. Имея такую карту сети,маршрутизатор может выбрать один из нескольких возможных маршрутов доставкипакета адресату. В данном случае под маршрутом понимают последовательностьпрохождения пакетом маршрутизаторов. Например, на рисунке 1.11 для связистанций L2 сети LAN1 и L1 сети LAN6 имеется два маршрута:М1-М5-М7 и М1-М6-М7.
В отличии от моста/коммутатора, который не знает, как связаны сегменты другс другом за пределами его портов, маршрутизатор видит всю картину связейподсетей друг с другом, поэтому он может выбрать правильный маршрут и при наличиинескольких альтернативных маршрутов. Решение о выборе того или иного маршрутапринимается каждым маршрутизатором, через который проходит сообщение.
Для того, чтобы составить карту связей в сети, маршрутизаторы обмениваютсяспециальными служебными сообщениями, в которых содержится информация о техсвязях между подсетями, о которых они знают (эти подсети подключены к нимнепосредственно или же они узнали эту информацию от других маршрутизаторов).
/>
M1, M2,…, M7 — маршрутизаторы
LAN1, LAN2, LAN3, WAN4, WAN5, LAN6 — уникальные номера сетей в едином формате
L1, L2,… — локальные номера узлов (дублируются, разный формат)
Рис. 1.11. Структура интерсети,построенной на основе маршрутизаторов
Построение графа связей между подсетями и выбор оптимального по какому-либокритерию маршрута на этом графе представляют собой сложную задачу. При этоммогут использоваться разные критерии выбора маршрута — наименьшее количествопромежуточных узлов, время, стоимость или надежность передачи данных.
Маршрутизаторы позволяют объединять сети с различными принципами организациив единую сеть, которая в этом случае часто называется интерсеть (internet). Название интерсеть подчеркивает ту особенность,что образованное с помощью маршрутизаторов объединение компьютеров представляетсобой совокупность нескольких сетей, сохраняющих большую степень автономности,чем несколько логических сегментов одной сети. В каждой из сетей, образующихинтерсеть, сохраняются присущие им принципы адресации узлов и протоколы обменаинформацией. Поэтому маршрутизаторы могут объединять не только локальные сети сразличной технологией, но и локальные сети с глобальными.
Маршрутизаторы не только объединяют сети, но и надежно защищают их друг отдруга. Причем эта изоляция осуществляется гораздо проще и надежнее, чем спомощью мостов/коммутаторов. Например, при поступлении кадра с неправильнымадресом мост/коммутатор обязан повторить его на всех своих портах, что делаетсеть незащищенной от некорректно работающего узла. Маршрутизатор же в такомслучае просто отказывается передавать «неправильный» пакет дальше,изолируя дефектный узел от остальной сети.
Кроме того, маршрутизатор предоставляет администратору удобные средствафильтрации потока сообщений за счет того, что сам распознает многие поляслужебной информации в пакете и позволяет их именовать понятным администраторуобразом. Нужно заметить, что некоторые мосты/коммутаторы также способнывыполнять функции гибкой фильтрации, но задавать условия фильтрацииадминистратор сети должен сам в двоичном формате, что достаточно сложно.
Кроме фильтрации, маршрутизатор может обеспечивать приоритетный порядокобслуживания буферизованных пакетов, когда на основании некоторых признаковпакетам предоставляются преимущества при выборе из очереди.
В результате, маршрутизатор оказывается сложным интеллектуальнымустройством, построенным на базе одного, а иногда и нескольких мощныхпроцессоров. Такой специализированный мультипроцессор работает, как правило,под управлением специализированной операционной системы. 7. Модульные многофункциональные концентраторы
При построении сложной сети могут быть полезны все типы коммуникационныхустройств: и концентраторы, и мосты, и коммутаторы, и маршрутизаторы (сетевыеадаптеры исключены из этого списка потому, что они необходимы всегда). Чащевсего отдельное коммуникационное устройство выполняет только одну основнуюфункцию, представляя собой либо повторитель, либо мост, либо коммутатор, либомаршрутизатор. Но это не всегда удобно, так как в некоторых случаях болеерационально иметь в одном корпусе многофункциональное устройство, которое можетсочетать эти базовые функции и тем самым позволяет разработчику сетииспользовать его более гибко.
В идеале можно представить себе универсальное коммуникационное устройство,имеющее достаточное количество портов для подключения сетевых адаптеров,которые объединяются в группы с программируемыми функциями взаимоотношениймежду собой (по алгоритму повторителя, коммутатора или маршрутизатора). Однакоизвестно, что всякая универсализация всегда вредит качеству выполнения узкихспециальных функций и, возможно поэтому, на современном уровне развития техникитакое полностью универсальное устройство пока не появилось, хотя отдельноесовмещение функций в одном устройстве иногда выполняется.
Так маршрутизаторы часто могут работать и в качестве мостов, в зависимостиот того, как сконфигурировано администратором их программное обеспечение. А вотфункции повторителя требуют высокого быстродействия, которое может бытьдостигнуто только на сугубо аппаратном уровне. Поэтому функции повторителя необъединяются с функциями моста или маршрутизатора.
Для совмещения функций может быть использован другой подход. В специальныхустройствах — модульных концентраторах — отдельные компоненты,выполняющие одну из трех описанных основных функций, реализованы в видемодулей, устанавливаемых в общем корпусе. При этом межмодульные связиорганизуются не внешним образом, как это делается, когда модули представляютсобой отдельные устройства, а по внутренним шинам единого устройства.
Модульные многофункциональные устройства часто называют концентраторами,подчеркивая их централизующую роль в сети. При этом термин«концентратор» используется не как синоним термина повторитель, а вболее широком смысле. Нужно хорошо понимать в каждом конкретном случаефункциональное назначение отдельных модулей такого концентратора. В зависимостиот комплектации модульный многофункциональный концентратор может сочетатьфункции и повторителя (причем различных технологий), и моста, и коммутатора, имаршрутизатора, а может выполнять и только одну из них. 8. Функциональное соответствие видов коммуникационного оборудования уровняммодели OSI
Лучшим способом для понимания отличий между сетевыми адаптерами,повторителями, мостами/коммутаторами и маршрутизаторами является рассмотрениеих работы в терминах модели OSI. Соотношение междуфункциями этих устройств и уровнями модели OSI показанона рисунке 1.12.
Повторитель, который регенерирует сигналы, за счет чего позволяетувеличивать длину сети, работает на физическом уровне.
Сетевой адаптер работает на физическом и канальном уровнях. К физическомууровню относится та часть функций сетевого адаптера, которая связана с приемоми передачей сигналов по линии связи, а получение доступа к разделяемой средепередачи, распознавание МАС-адреса компьютера — это уже функция канальногоуровня.
Мосты выполняют большую часть своей работы на канальном уровне. Для них сетьпредставляется набором МАС-адресов устройств. Они извлекают эти адреса иззаголовков, добавленных к пакетам на канальном уровне, и используют их во времяобработки пакетов для принятия решения о том, на какой порт отправить тот илииной пакет. Мосты не имеют доступа к информации об адресах сетей, относящейся кболее высокому уровню. Поэтому они ограничены в принятии решений о возможныхпутях или маршрутах перемещения пакетов по сети.
/>
Рис. 1.12. Соответствие функцийкоммуникационного оборудования модели OSI
Маршрутизаторы работают на сетевом уровне модели OSI.Для маршрутизаторов сеть — это набор сетевых адресов устройств и множествосетевых путей. Маршрутизаторы анализируют все возможные пути между любыми двумяузлами сети и выбирают самый короткий из них. При выборе могут приниматься вовнимание и другие факторы, например, состояние промежуточных узлов и линийсвязи, пропускная способность линий или стоимость передачи данных.
Для того, чтобы маршрутизатор мог выполнять возложенные на него функции емудолжна быть доступна более развернутая информация о сети, нежели та, котораядоступна мосту. В заголовке пакета сетевого уровня кроме сетевого адресаимеются данные, например, о критерии, который должен быть использован привыборе маршрута, о времени жизни пакета в сети, о том, какому протоколу верхнегоуровня принадлежит пакет.
Благодаря использованию дополнительной информации, маршрутизатор можетосуществлять больше операций с пакетами, чем мост/коммутатор. Поэтомупрограммное обеспечение, необходимое для работы маршрутизатора, является более сложным.
На рисунке 1.12 показан еще один тип коммуникационных устройств — шлюз,который может работать на любом уровне модели OSI. Шлюз(gateway) — это устройство, выполняющее трансляциюпротоколов. Шлюз размещается между взаимодействующими сетями и служитпосредником, переводящим сообщения, поступающие из одной сети, в формат другойсети. Шлюз может быть реализован как чисто программными средствами,установленными на обычном компьютере, так и на базе специализированногокомпьютера. Трансляция одного стека протоколов в другой представляет собойсложную интеллектуальную задачу, требующую максимально полной информации осети, поэтому шлюз использует заголовки всех транслируемых протоколов.