Репитер (repeater - повторитель)

Поддерживание аппаратного MAC-адреса

Это устройство, усиливающее сигнал. Предназначен для увеличения расстояния путем повторения электрического сигнала. В терминах модели OSI работает на физическом уровне. Первоначально, в сетях Ethernet на коаксиальном кабеле для соединения между собой несколько протяженных сегментов применялся двухпортовый репитер. Позже появились многопортовые устройства, называемые концентраторами, которые транслировали сигнал на все активные порты. С появлением протокола 10baseT многопортовые повторители для витой пары стали называться сетевыми концентраторами (хабами), а коаксиальные − повторителями (репитерами).

Концентратор (хаб)

Сетевой концентратор или Хаб (hub − центр деятельности) − это сетевое устройство, для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна.

Принцип работы:

Концентратор работает на физическом уровне модели OSI, повторяет приходящий на один порт сигнал на все активные порты. В случае поступления сигнала на два и более порта одновременно возникает коллизия, и передаваемые кадры данных теряются. Таким образом, все подключенные к концентратору устройства находятся в одном домене коллизий. Концентраторы всегда работают в режиме полудуплекса, все подключенные устройства Ethernet разделяют между собой предоставляемую полосу доступа.

Многие модели концентраторов имеют защиту от излишнего количества коллизий, возникающих по причине одного из подключенных устройств. В этом случае они могут изолировать порт от общей среды передачи. По этой причине, сетевые сегменты, основанные на витой паре гораздо стабильнее в работе сегментов на коаксиальном кабеле, поскольку в первом случае каждое устройство может быть изолировано концентратором от общей среды, а во втором случае несколько устройств подключаются при помощи одного сегмента кабеля, и, в случае большого количества коллизий, концентратор может изолировать лишь весь сегмент.

Характеристики:

1) количество портов (разъёмов) для подключения сетевых линий, обычно выпускаются концентраторы с 4, 5, 6, 8, 16 и 24 портами (наиболее популярны с 8 и 16). Концентраторы с бо́льшим количеством портов значительно дороже. Однако концентраторы можно соединять каскадно друг к другу, наращивая количество портов сегмента сети. В некоторых для этого предусмотрены специальные порты.

2) скорость передачи данных – измеряется в Мбит/с, выпускаются концентраторы со скоростью 10 и 100. В основном распространены концентраторы с возможностью изменения скорости, обозначаются как 10/100 Мбит/с. Скорость может переключаться как автоматически, так и с помощью перемычек или переключателей. Если хотя бы одно устройство присоединено к концентратору на скорости нижнего диапазона, он будет передавать данные на все порты с этой скоростью.

3) тип сетевого носителя. Обычно это витая пара или оптоволокно, но существуют концентраторы и для других носителей, а также смешанные.

В последнее время концентраторы используются достаточно редко, вместо них получили распространение коммутаторы (свитчи).

Коммутатор (свитч)

Сетевой коммутатор или свитч (switch – переключатель) – это устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет данные от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передает данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались. Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI, и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам.

Принцип работы:

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 кадры и, определив MAC-адреc отправителя, заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для получателя, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес получателя еще не известен, то кадр будет продублирован на все интерфейсы. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате данные локализуются.

Режимы коммутации:

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

1) с промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор читает всю информацию в кадре, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него кадр.

2) сквозной (cut-through). Коммутатор считывает в кадре только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нем нет метода обнаружения ошибок.

3) бесфрагментный (fragment-free). Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий.

Разновидности коммутаторов:

Коммутаторы подразделяются на управляемые (сложные) и неуправляемые (простые). Более сложные коммутаторы позволяют управлять коммутацией на канальном и сетевом уровне модели OSI. Обычно их именуют соответственно, например Layer 2 Switch или L2. Управление коммутатором может осуществляться посредством протокола Web-интерфейса, SNMP, RMON (протокол, разработанный Cisco) и т.п. Многие управляемые коммутаторы позволяют выполнять дополнительные функции: VLAN, QoS, зеркалирование и т.д.. Сложные коммутаторы можно объединять в одно логическое устройство – стек, с целью увеличения числа портов Например, можно объединить 4 коммутатора с 24 портами и получить логический коммутатор с 96 портами.

Мост

Мост (Bridge) – это устройство для объединения сегментов локальной сети. Сетевой мост работает на канальном уровне модели OSI, обеспечивая фильтрацию пакетов, при этом коэффициент загрузки сегментов уменьшается В общем случае коммутатор (свитч) и мост аналогичны по функциональности. Разница заключается во внутреннем устройстве – мосты обрабатывают IP-пакеты, используя центральный процессор, коммутатор использует аппаратную схему для коммутации пакетов.

Принцип работы:

Мост принимает кадр, буферизует его, анализирует адрес назначения кадра. Кадр передается в том случае, когда адресуемый узел действительно принадлежит другой сети.

Функциональные возможности:

1) ограничение домена коллизий

2) задержку фреймов, адресованных узлу в сегменте отправителя

3) ограничение перехода из домена в домен ошибочных фреймов:

1) карликов (фреймов меньшей длины, чем допускается по стандарту (64 байта))

2) фреймов с ошибками в CRC

3) фреймов с признаком «коллизия»

4) затянувшихся фреймов (размером больше, разрешённого стандартом)

Разновидности мостов:

1) локальный мост. Соединяет сетевые сегменты одинакового типа.

2) преобразующий мост. Соединяет сетевые сегменты с разными скоростями или разными протоколами.

3) удаленный мост. Соединяет сетевые сегменты на большом расстоянии, используя технологии глобальных сетей.

В настоящее время мосты практически не используются, т.к. для работы требуют производительный процессор.

Маршрутизатор

Маршрутизатор или роутер (router) – это устройство для соединения двух и более сетей. На основании информации о топологии сети и определённых правил маршрутизатор принимает решения о пересылке пакетов сетевого уровня модели OSI между различными сегментами сети.

Принцип работы:

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. Нередко маршрутизаторы могут осуществлять трансляцию адресов отправителя и получателя, фильтрацию транзитного потока данных на основе определённых правил с целью ограничения доступа, шифрование/дешифрование передаваемых данных и т. д.

Таблица маршрутизации:

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.

Пример:

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

Здесь:

192.168.64.0/16 – сеть назначения

110/49 – 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:

1) 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.

2) 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 – от количества промежуточных узлов, пропускной способности каналов, задержки передачи данных и т. п. Критерии вычисления оптимальных маршрутов чаще всего зависят от протокола маршрутизации, а также задаются конфигурацией маршрутизатора. Такой способ построения таблицы позволяет автоматически держать таблицу маршрутизации в актуальном состоянии и вычислять оптимальные маршруты на основе текущей топологии сети.

Применение.

Маршрутизаторы помогают уменьшить загрузку сети, благодаря её разделению на домены коллизий и широковещательные домены, а также благодаря фильтрации пакетов. В основном их применяют для объединения сетей разных типов, зачастую несовместимых по архитектуре и протоколам, например для объединения локальных сетей Ethernet и WAN-соединений, использующих протоколы xDSL, PPP, ATM, Frame relay и т. д. Нередко маршрутизатор используется для обеспечения доступа из локальной сети в глобальную сеть Интернет, осуществляя функции трансляции адресов и межсетевого экрана.

Дата добавления: 2014-01-06