Мережне комунікаційне обладнання

Повторювач (repeater)

Основною функцією повторювача є повторення сигналів, що надходять до його порту. Повторювач відновлює і підсилює електричні характеристики сигналів та їх синхронність, і за рахунок цього з'являється можливість збільшувати загальну довжину кабелю між віддаленими вузлами в мережі (рис. 12.6).

Рис. 12.6. Об’єднання фізичних сегментів за допомогою повторювача.

Концентратор (concentrator), хаб (hub)

Концентратором або хабом називають багатопортовий повторювач. Він виконує не лише функцію повторення сигналів, але і виконує функції об'єднання комп'ютерів мережі. Практично у всіх сучасних мережних стандартах концентратор є необхідним елементом мережі, що сполучає окремі комп'ютери у мережу.

Рис. 12.7. Мультиплексування потоків у концентраторі.

Функції, що виконує концентратор наближені до функцій мультиплексора (рис. 12.7). Ядром концентратора є процесор.

В концентраторі сумарна пропускна здатність вхідних каналів є вищою за пропускну здатність вихідного каналу. Оскільки потоки вхідних даних в концентраторі є більшими за вихідний потік, то головним його завданням є концентрація даних. У разі, коли число блоків даних, що поступають на входи концентратора, перевищують його можливості, тоді концентратор ліквідовує частину цих блоків.

Яку б складну структуру не утворювали концентратори, всі комп'ютери, що під’єднані до них утворюють єдиний логічний сегмент, в якому люба пара взаємодіючих комп'ютерів повністю блокує можливість обміну даними для інших комп'ютерів цього сегменту.

Виробники концентраторів реалізовують в своїх пристроях різні набори додаткових функцій, але найчастіше зустрічаються наступні:

· Об'єднання сегментів з різними фізичними середовищами (наприклад коаксіальний кабель, скручена пара, оптоволоконний кабель) до єдиного логічного сегменту.

· Автосегментація портів – автоматичне від’єднання порту при його некоректній поведінці (пошкодження кабелю, інтенсивна генерація пакетів помилкової довжини тощо).

· Підтримка між концентраторами резервних зв'язків, які будуть задіяні у разі відмови основних зв’язків.

· Захист даних, що передаються по мережі від несанкціонованого доступу.

· Сучасні концентратори мають порти для під’єднання до різних локальних мереж.

· Підтримка засобів управління мережами.

Концентратори та повторювачі є мережними пристроями, що діють на фізичному рівні мережної моделі OSI. Відрізки кабелю, що об’єднують два комп'ютери або два інших мережних пристрої, називаються фізичними сегментами, тому концентратори і повторювачі, які використовуються для долучення нових фізичних сегментів є засобами фізичної структуризації мережі.

Міст (bridge)

Перші пристрої, що дозволяли об'єднувати кілька мереж, були двохпортовими і отримали назву мостів. З розвитком даного типу обладнання, вони стали багатопортовими і отримали назву комутаторів. Певний час обидва поняття існували одночасно, а пізніше замість терміну «міст» стали застосовувати «комутатор».

Міст, а також його швидший аналог – комутатор, поділяє загальне середовище передачі даних на логічні сегменти. Логічний сегмент утворюється шляхом об'єднання кількох фізичних сегментів (відрізків кабелю) за допомогою одного чи кількох концентраторів (рис. 12.7).

Рис. 12.7. Об’єднання логічних сегментів мережі за допомогою моста.

Кожен логічний сегмент підключається до окремого порту моста. Після надходження кадру на певний порт, міст повторює цей кадр, але не на всіх портах, як це робить концентратор, а лише на тому порту, до якого під’єднано сегмент, що містить комп'ютер-одержувач.

Тим самим міст ізолює трафік одного сегменту від трафіку іншого, і підвищує загальну продуктивність мережі. Локалізація трафіку не лише економить пропускну здатність, але і зменшує можливість несанкціонованого доступу до даних, оскільки кадри не виходять за межі свого сегменту і їх складніше перехопити зловмисникові.

На рисунку 12.8 показано мережу, яку було отримано з мережі з центральним концентратором (рис. 12.5) шляхом його заміни мостом. Мережі відділів 1 і 2 складаються з окремих логічних сегментів, а мережа відділу 3 – з двох логічних сегментів. Кожен логічний сегмент побудовано на базі концентратора. Він має просту фізичну структуру, що утворено відрізками кабелю, які під'єднують комп'ютери до портів концентратора. Якщо користувач комп'ютера A надсилає дані до комп'ютера B, що знаходиться в одному з ним сегменті, то ці дані будуть повторені лише на мережних інтерфейсах їх загального сегменту.

Рис. 12.8. Єдине середовище, що розділяється, за допомогою моста перетворене
в чотири роздільні середовища.

Для локалізації трафіку мости використовують апаратні адреси комп'ютерів.

Яким чином міст дізнається про порт, на який треба передати кадр, адже апаратна адреса не містить жодної інформації про належність комп'ютера з даною адресою до того чи іншого сегменту?

Звичайно, така інформація може бути надана мосту адміністратором під час ручної конфігурації. Проте, такий спосіб є мало придатним для великих мереж. Міст вирішує цю задачу автоматично, за допомогою простого навчального алгоритму.

Будь-який пакет обробляється наступним чином:

1. Міст витягує зі службової інформації пакету MAC-адресу відправника і шукає його в таблиці адрес абонентів, які відносяться до даного порту. Якщо такої адреси в таблиці немає, то вона туди додається. Таким чином, автоматично формується таблиця адрес всіх абонентів кожного сегменту, що під’єднані до портів моста.

2. Міст витягує зі службової інформації пакету MAC-адресу одержувача і шукає його в таблицях адрес, що відносяться до всіх портів.

· Якщо пакет адресовано в сегмент, з якого він надійшов, то він не ретранслюється на інші порти.

· Якщо пакет є широкомовним або груповим, то він ретранслюється у всі порти окрім того, з якого надійшов пакет.

· Якщо пакет адресовано для одного абонента, то він ретранслюється лише в той порт, до якого приєднано сегмент з цим абонентом.

· Якщо адресу приймача не виявлено в жодній з таблиць адрес, то пакет надсилається до всіх портів, окрім того, з якого він надійшов (як широкомовний).

Таблиці адрес абонентів мають обмежений розмір, тому вони формуються так, щоб мати можливість автоматичного оновлення свого вмісту. Адреси абонентів, які довго не надсилають пакетів, за певний час (за стандартом IEEE 802.1D - 5 хвилин) витираються з таблиці. Це гарантує, що адреса абонента, якого від’єднано від мережі або перенесено до іншого сегменту, не займатиме зайвого місця в таблиці.

Одночасно міст може ретранслювати тільки один пакет. Всі функції моста виконуються послідовно одним центральним процесором. Саме тому, міст працює повільніше, ніж комутатор.

Мости не мають механізмів управління потоками блоків даних. Тому, може статися, що вхідний потік блоків виявляється більшим, ніж вихідний. У цьому випадку міст може не впоратися з обробкою вхідного потоку, і його буфери будуть переповнюватися. Щоб цього не відбулося, надмірні блоки викидаються.

Мости можуть підтримувати обмін між сегментами з різною швидкістю передачі, а також забезпечувати сполучення напівдуплексних і дуплексних сегментів.

Оскільки, точна топологія зв'язків між логічними сегментами мосту є невідомою, він може правильно працювати лише в тих мережах, в яких міжсегментні зв'язки не утворюють замкнутих контурів (петель).

Отже, мости мають абсолютно певне призначення. По-перше, вони призначені для з'єднання мережних сегментів, що мають різні фізичні середовища, наприклад для з'єднання сегменту з оптоволоконним кабелем і сегменту з коаксіальним кабелем. По-друге, мости можуть бути використані для зв'язку сегментів, що мають різні протоколи нижніх рівнів (фізичного і канального).

Комутатор (switch)

Комутатор за функціональністю є подібним до моста і відрізняється від моста в основному вищою продуктивністю. Часто термін «комутатор» використовується у вузькому сенсі, позначаючи конкретний тип пристрою (рис. 12.9).

Рис. 12.9. Комутатор.

Кожен порт комутатора оснащено спеціальним процесором, який обробляє кадри за алгоритмом моста незалежно від процесорів інших портів. Міст в кожен момент часу може здійснювати передачу кадрів тільки між однією парою портів, а комутатор одночасно підтримує потоки даних між всіма своїми портами. Іншими словами, міст передає кадри послідовно, а комутатор паралельно.

Мости з'явилися в ті часи, коли мережу ділили на невелику кількість сегментів, а міжсегментний трафік був невеликим. Мережу найчастіше ділили на два сегменти, тому і термін був вибраний відповідний - міст. Для обробки потоку даних з середньою інтенсивністю 1 Мбит/с мосту цілком вистачало продуктивності одного процесорного блоку.

При зміні ситуації в кінці 80-х - початку 90-х років - появі швидких протоколів, продуктивних персональних комп'ютерів, мультимедійної інформації, розділенні мережі на велику кількість сегментів - класичні мости перестали справлятися з роботою. Обслуговування потоків кадрів між кількома портами за допомогою одного процесорного блоку вимагало значного підвищення швидкодії процесора і було досить дорогим рішенням.

Ефективнішим виявилося рішення, яке і «породило» комутатори: для обслуговування потоку, що надходить на кожен порт, в пристрій ставився окремий спеціалізований процесор, який реалізовував алгоритм моста. По суті, комутатор - це мультипроцесорний міст, що здатний паралельно просувати кадри відразу між всіма парами своїх портів.

Коли стало економічно виправдано використовувати окремі спеціалізовані процесори на кожному порту комунікаційного пристрою, комутатори локальних мереж цілком витіснили мости.

За рахунок цього загальна продуктивність комутатора, зазвичай, є вищою за продуктивність традиційного моста, що має один процесорний блок.

В комунікаційній мережі комутатор є системою ретрансляції - системою, що призначена для передачі даних або перетворення протоколів. Комутація здійснюється тут без жодної обробки даних. Комутатор не має буферів і не може накопичувати дані. Тому, при використанні комутатора швидкості передачі сигналів в каналах мають збігатися. Канальні процеси, що реалізовуються комутатором, виконують спеціальні інтегральні схеми.

Спочатку, комутатори використовувалися лише в територіальних мережах. Потім вони з'явилися і в локальних мережах, наприклад, комутатори приватних установ. Пізніше з'явилися комутовані локальні мережі. Їх ядром стали комутатори локальних мереж.

Комутатор може об’єднувати сервери і бути основою для об'єднання кількох робочих груп. Він скеровує пакети даних між вузлами локальної мережі. Кожен комп’ютер сегменту отримує доступ до каналу передачі даних без конкуренції і бачить лише той трафік, який курсує в його сегменті.

Функції комутатора локальної мережі:

· Забезпечення наскрізної комутації.

· Наявність засобів маршрутизації.

· Підтримка простого протоколу управління мережею.

· Імітація моста або маршрутизатора.

· Організація віртуальних мереж.

· Швидкісна ретрансляція блоків даних.

Відповідно до базової еталонної моделі OSI мости та комутатори описуються протоколами фізичного і канального рівнів. Мости та комутатори перетворюють фізичний (1A, 1B) і канальний (2A, 2B) рівні різних типів (рис. 12.10).

Рис. 12.10. Робота комутаторів на фізичному та канальному рівнях.

Обмеження, що пов'язані із застосуванням мостів і комутаторів, - за топологією зв'язків та інших - привели до того, що в переліку комунікаційних пристроїв з'явився ще один пристрій – маршрутизатор.

Поиск по сайту: