Главная страница / 36. Принципы построения сетей. Сетевое о...: 36.2. Сетевые устройства

36.2. Сетевые устройства

Навигация по разделу:

Можно выделить четыре основных составляющих сети:

персональные компьютеры (personal computers, PC) – служат конечными точками сети, посылают и получают данные;
сетевые компоненты (interconnections) – сетевые карты (network interface cards, NIC), сетевой кабель или устройства беспроводной связи, коннекторы и розетки для подсоединения сетевых проводов;
коммутаторы (switches) – устройства, обеспечивающие подключение конечных систем и перенаправление данных внутри локальной сети;
маршрутизаторы (routers) – устройства, связывающие сети и выбирающие наилучший путь передачи данных между сетями.

Для связи между собой нескольких локальных сетей, работающих по разным протоколам, служат специальные средства, называемые шлюзами.

Шлюзы могут быть как аппаратными, так и программными: или специальный компьютер, или специальная компьютерная программа.

Все сетевое оборудование можно разделить на пассивное и активное.

36.2.1. Пассивное сетевое оборудование

↑ Наверх

Пассивным сетевым оборудованием называют сетевое оборудование, не имеющее внутренней программной начинки. К нему относятся различные кабели, разъемы, розетки и т. д.

Наиболее простым и распространенным способом создания локальной сети является использование витой пары (рис. 36.5). Английская аббревиатура: UTP (unshielded twisted pair) – неэкранированная витая пара.

Состоит из четырех витых пар проводов, каждый обозначен своим цветом.

Рис. 36.5. Витая пара

Провода вставляются в коннектор RJ-45 (рис. 36.6) с соблюдением определенного порядка цветов и специальным образом обжимаются с помощью специального обжимного инструмента (рис. 36.7).

Рис. 36.6. RJ-45

Рис. 36.7. Обжимной инструмент

Преимуществами такого соединения являются:

обеспечение скорости передачи данных до 1Гб/с;
достаточно низкие затраты на подключение одного узла сети;
небольшой размер коннектора и устройств подключения.

Максимальная длина кабеля может изменяться, но, как правило, не превосходит 100 м. Сплошной участок кабеля представляет собой сегмент сети. Он может иметь только определенную длину, после чего предаваемый сигнал затухает. Если требуется соединить узлы сети, находящиеся на большем расстоянии, то необходимо использовать концентратор (hub, хаб), который обеспечивает связь сегментов, позволяет увеличить расстояние, повторяет или усиливает сигнал. В настоящее время стандартом стало использование коммутаторов (switch) вместо хабов. Коммутаторы работают на больших скоростях, обеспечивают быстрое внутреннее переключение, позволяют избежать коллизии.

36.2.2. Активное сетевое оборудование

↑ Наверх

Коммутатор (switch)

Рассмотрение активного оборудования начнем с коммутатора (свича), так как в настоящее время он – самое доступное из активных сетевых устройств.

Сетевой коммутатор, или свич (жарг. от англ. switch – переключатель), – устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передает данные непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Коммутатор может только объединять узлы одной локальной сети по их MAC-адресам.

MAC-адрес (от англ. Media Access Control – управление доступом к носителю) – это уникальный идентификатор, сопоставляемый с различными типами оборудования для компьютерных сетей.

Пример MAC-адреса приведен на рис. 36.8.

Рис. 36.8. Пример MAC-адреса.

Коммутатор хранит в памяти таблицу, в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует поступающие сигналы и, определив MAC-адреc хоста-отправителя, заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит сигнал (кадр, frame), предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот сигнал будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя еще не известен, то сигнал будет продублирован на все интерфейсы. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов и в результате трафик локализуется.

Три способа коммутации

Каждый из них – это комбинация таких параметров, как время ожидания и надежность передачи.

С промежуточным хранением (store and forward). Коммутатор читает всю информацию во фрейме, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него фрейм.
Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает во фрейме только адрес назначения и потом выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нем нет метода обнаружения ошибок.
Бесфрагментный (fragment-free), или гибридный. Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (фреймы размером 64 байта обрабатываются по технологии store-and-forward, остальные – по технологии cut-through).

Коммутаторы подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее простые). Управление коммутатором может осуществляться посредством протокола веб-интерфейса. Многие управляемые коммутаторы могут выполнять дополнительные функции. Сложные коммутаторы можно объединять в одно логическое устройство – стек.

Маршрутизатор (router)

Маршрутизатор, или роутер (router), – сетевое устройство, принимающее решения о пересылке пакетов между различными сегментами сети на основании информации о топологии сети и определенных правил.

Работает на более высоком уровне, нежели коммутатор и сетевой мост. Обычно маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в пакетах данных, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.

Существуют и другие способы определения маршрута пересылки пакетов, когда, например, используется адрес отправителя, используемые протоколы верхних уровней и другая информация, содержащаяся в заголовках пакетов сетевого уровня. Нередко маршрутизаторы могут осуществлять трансляцию адресов отправителя и получателя, фильтрацию транзитного потока данных на основе определенных правил с целью ограничения доступа, шифрование/дешифрование передаваемых данных и т.д.

Таблица маршрутизации содержит информацию, на основе которой маршрутизатор принимает решение о дальнейшей пересылке пакетов. Таблица состоит из некоторого числа записей – маршрутов, в каждой из которых содержится адрес сети получателя, адрес следующего узла, которому следует передавать пакеты и некоторый вес записи – метрика. Метрики записей в таблице играют роль в вычислении кратчайших маршрутов к различным получателям. В зависимости от модели маршрутизатора и используемых протоколов маршрутизации, в таблице может содержаться некоторая дополнительная служебная информация. Например:

192.168.64.0/16 [110/49] via 192.168.1.2, 00:34:34, FastEthernet0/0.1,

где 192.168.64.0/16 – сеть назначения;
110/ – административное расстояние;
/49 – метрика маршрута;
192.168.1.2 – адрес следующего маршрутизатора, которому следует передавать пакеты для сети 192.168.64.0/16;
00:34:34 – время, в течение которого был известен этот маршрут;
FastEthernet0/0.1 – интерфейс маршрутизатора, через который можно достичь «соседа» 192.168.1.2.

Таблица маршрутизации может составляться двумя способами:

статическая маршрутизация – записи в таблице вводятся и изменяются вручную. Такой способ требует вмешательства администратора каждый раз, когда происходят изменения в топологии сети. С другой стороны, он является наиболее стабильным и требующим минимума аппаратных ресурсов маршрутизатора для обслуживания таблицы;

динамическая маршрутизация – записи в таблице обновляются автоматически при помощи одного или нескольких протоколов маршрутизации.

Кроме того, маршрутизатор строит таблицу оптимальных путей к сетям назначения на основе различных критериев – количества промежуточных узлов, пропускной способности каналов, задержки передачи данных и т. п. Такой способ построения таблицы позволяет автоматически держать таблицу маршрутизации в актуальном состоянии и вычислять оптимальные маршруты на основе текущей топологии сети. Однако динамическая маршрутизация оказывает дополнительную нагрузку на устройства, а из-за высокой нестабильности сети могут возникать ситуации, когда маршрутизаторы не успевают синхронизировать свои таблицы, что приводит к противоречивым сведениям о топологии сети в различных ее частях и потере передаваемых данных.

← 36.1. Основы построения сетей

36.3. Сетевые протоколы →