5 Сетевое оборудование и программные средства

5.1 Уровни сетевой архитектуры

5.1.1 Аппаратура ЛВС

Аппаратура локальных сетей обеспечивает реальную связь между абонентами. Выбор аппаратуры имеет важнейшее значение на этапе проектирования сети, так как стоимость аппаратуры составляет наиболее существенную часть от стоимости сети в целом, а замена аппаратуры связана не только с дополнительными расходами, но зачастую и с трудоемкими работами. К аппаратуре локальных сетей относятся:

- кабели для передачи информации;

- разъемы для присоединения кабелей;

- согласующие терминаторы;

- сетевые адаптеры;

- репитеры;

- трансиверы;

- концентраторы;

- мосты;

- маршрутизаторы;

- шлюзы.

Сетевые адаптеры - это основная часть аппаратуры локальной сети, без которой сеть невозможна. Адаптеры снабжены собственным процессором и памятью. Сетевые карты можно разделить на два типа:

- адаптеры для клиентских компьютеров;

- адаптеры для серверов.

Назначение сетевого адаптера - сопряжение компьютера с сетью, то есть обеспечение обмена информацией между компьютером и каналом связи в соответствии с принятыми правилами обмена. Они выполняют функции нижних уровней модели OSI. Сетевые адаптеры выполняются в виде платы, вставляемой в слоты расширения системной шины компьютера (PCI или PCI-E). Плата сетевого адаптера обычно имеет также один или несколько внешних разъемов для подключения к ней кабеля сети (рис. 5.1.1.1.).

Все функции сетевого адаптера делятся на магистральные и сетевые. К магистральным относятся те функции, которые осуществляют обмен адаптера с системной шиной компьютера. Сетевые функции обеспечивают общение адаптера с сетью.

Рис. 5.1.1.1. Платы сетевых адаптеров PCI и PCI-E

Для нормальной работы платы адаптера в составе компьютера необходимо правильно установить ее основные параметры:

- базовый адрес порта ввода/вывода;

- базовые адреса буферной и загрузочной памяти.

Эти параметры могут устанавливаться на плате адаптера с помощью перемычек (джамперов) или переключателей, но могут задаваться и программно с помощью специальной программы инициализации адаптера, поставляемой вместе с платой. При выборе всех параметров (адресов и номеров прерываний) необходимо, чтобы они отличались от тех, которые заняты другими устройствами компьютера (как системными, так и дополнительно подключенными). Современные сетевые адаптеры часто поддерживают режим Plug-and-Play, то есть не нуждаются в настройке параметров со стороны пользователя, настройка в них осуществляется автоматически при включении питания компьютера.

Основные функции сетевых адаптеров:

- гальваническая развязка компьютера и кабеля локальной сети;

- преобразование логических сигналов в сетевые и обратно;

- кодирование и декодирование сетевых сигналов;

- опознание принимаемых пакетов;

- преобразование параллельного кода в последовательный при передаче и обратное преобразование при приеме;

- буферирование передаваемой и принимаемой информации в буферной памяти адаптера;

- организация доступа к сети в соответствии с принятым методом управления обменом;

- подсчет контрольной суммы пакетов при передаче и приеме.

Трансиверы, или приемопередатчики, служат для передачи информации между адаптером и кабелем сети или между двумя сегментами (частями) сети. Трансиверы усиливают сигналы, преобразуют их уровни или преобразуют сигналы в другую форму (например, из электрической в световую и обратно). Трансиверами также часто называют встроенные в адаптер приемопередатчики.

Рис. 5.1.1.2. Соединение репитером двух сегментов сети

Репитеры, или повторители (repeater), выполняют более простую функцию, чем трансиверы. Они не преобразуют ни уровни сигналов, ни их вид, а только восстанавливают ослабленные сигналы, приводя их форму к исходному виду. Цель такой ретрансляции сигналов состоит в увеличении длины сети (рис. 5.1.1.2.). Однако часто репитеры выполняют и некоторые другие функции, например гальваническую развязку соединяемых сегментов. Репитеры и трансиверы не производят никакой информационной обработки проходящих через них сигналов.

Концентраторы (hub) служат для объединения в единую сеть нескольких сегментов сети. Концентраторы можно разделить на пассивные и активные.

Пассивные, или репитерные, концентраторы представляют собой собранные в едином конструктиве несколько репитеров. Они выполняют те же функции, что и репитеры (рис. 4.1.2.3.). Преимущество подобных концентраторов по сравнению с отдельными репитерами только в том, что все точки подключения собраны в одном месте, что упрощает реконфигурацию сети, контроль за ней и поиск неисправностей. К тому же все репитеры в данном случае питаются от единого качественного источника питания.

Рис. 5.1.1.3. Структура репитерного концентратора

Активные концентраторы преобразовывают информацию и протоколы обмена (коммутирующие или переключающие концентраторы (switching hub), коммутаторы.) Они передают из одного сегмента сети в другой сегмент не все пакеты, а только те, которые действительно адресованы компьютерам из другого сегмента. Сам пакет коммутатором не принимается. Это приводит к снижению интенсивности обмена в сети вследствие разделения нагрузки, так как каждый сегмент работает только со своими пакетами.

Мосты (bridge), маршрутизаторы (router) и шлюзы (gateway) служат для объединения в единую сеть нескольких разнородных сетей с разными протоколами обмена нижнего уровня, в частности, с разными форматами пакетов, разными методами кодирования, разной скоростью передачи и т.д. В результате их применения сложная и неоднородная сеть, содержащая в себе самые разные сегменты, с точки зрения пользователя выглядит обычной сетью - то есть обеспечивается «прозрачность» сети для протоколов высокого уровня. Реализуются они на базе компьютеров, подключенных к сети с помощью сетевых адаптеров. Это специализированные абоненты (узлы) сети.

Мосты - наиболее простые устройства, служащие для объединения сетей с разными стандартами обмена, или нескольких сегментов одной и той же сети (рис. 5.1.1.4.). В последнем случае мост служит только для разделения нагрузок сегментов, повышая тем самым производительность сети в целом. Мосты принимают поступающие пакеты целиком и в случае необходимости производят их простейшую обработку.

Маршрутизаторы выполняют более сложную функцию, чем мосты. Их главная задача - выбор для каждого пакета оптимального маршрута для избегания чрезмерной нагрузки отдельных участков сети и обхода поврежденных участков. Они применяются в сложных разветвленных сетях, имеющих несколько маршрутов между отдельными абонентами. Маршрутизаторы не преобразуют протоколы нижних уровней, поэтому они соединяют только сегменты одноименных сетей. Существуют также гибридные маршрутизаторы (brouter), представляющие собой гибрид моста и маршрутизатора. Они выделяют пакеты, которым нужна маршрутизация, и обрабатывают их как маршрутизаторы, а для остальных пакетов служат обычными мостами.

Рис. 5.1.1.4. Включение моста

Шлюзы - это устройства для соединения совершенно различных сетей с сильно отличающимися протоколами, например для соединения локальных сетей с большими компьютерами или с глобальными сетями. Это самые дорогие и редко применяемые сетевые устройства.

Если обратиться к модели OSI, то можно считать, что репитеры и репитерные концентраторы связывают сети или сегменты на первом уровне, мосты - на втором уровне, маршрутизаторы - на третьем уровне, а шлюзы - на более высоких уровнях (на 4, 5, 6 и 7). Соответственно, репитеры выполняют функции (не все, а только некоторые) первого уровня, мосты реализуют функции второго уровня (на первом уровне и частично на втором у них работают сетевые адаптеры), маршрутизаторы - третьего уровня, а шлюзы должны выполнять функции всех уровней.

Далее >>>