Коммутаторы
Коммутатор (switch [свич], коммутирующий концентратор) — это многопортовое устройство, которое, так же как и мост, позволяет объединить несколько отдельных сегментов в одну сеть.
Работа коммутатора может быть основана на использовании:
-
коммутационной матрицы;
-
общей шины;
-
разделяемой памяти;
Коммутационная матрица обеспечивает передачу кадров между портами и работает по принципу коммутации каналов.
При получении кадра на какой-либо из портов несколько первых байтов кадра, содержащих адрес назначения, помещаются в буфер коммутатора для анализа. Получив адрес назначения, коммутатор, не дожидаясь получения оставшихся байтов кадра, решает, передавать ли кадр. Если в этом нет необходимости, то запись кадра в буфер прекращается и происходит очистка буфера. Если коммутатор решил передавать кадр, то он просматривает адресную таблицу, чтобы определить нужный порт-получатель, после этого обращается к коммутационной матрице для установки соединения с этим портом. После установки соединения начинается передача кадра.
Если нужный порт занят другим соединением, то полученный кадр записывается в буфер, где ожидает, пока можно будет установить требуемое соединение.
В случае коммутаторов с общей шиной порты связывает высокоскоростная шина, по которой и передаются кадры.
Передача происходит небольшими порциями, чтобы не забивать шину передачами только с одного порта, заставляя остальные порты находиться в очереди на передачу в течение неопределенного времени.
Использование для связи портов коммутатора разделяемой памяти основано на особой организации памяти коммутатора, где образовано несколько очередей данных для каждого из портов. При этом память поочередно соединяется с буферами портов для записи или чтения. Поступающие кадры записываются в буфер порта, откуда попадают в разделяемую память. Когда память соединиться с буфером порта назначения, тот считывает данные и пересылает их в сеть.
Маршрутизатор
Маршрутизатор — устройство, обеспечивающее взаимодействие между локальными сетями. Маршрутизаторы, как и мосты или коммутаторы, способны ретранслировать пакеты из одной подсети в другую. Однако работа маршрутизаторов основана на использовании не физических, а логических сетевых адресов (например, IP-адресов). При этом ретрансляции подлежат только те пакеты, которые адресованы в ту или иную подсеть, к которой данный маршрутизатор подключен. Кроме того, маршрутизаторы позволяют строить сети, имеющие петли, т. е. более одного пути возможного следования пакета от одного узла сети к другому. Несколько путей позволяют повышать пропускную способность сети, а также служат резервными каналами передачи данных на случай выхода из строя основных. При этом маршрутизатор отвечает за выбор маршрута.
Повторители и концентраторы дублируют поступающие на них пакеты — данную работу можно охарактеризовать как соответствующую первому физическому уровню модели OSI.
Мосты и коммутаторы ретранслируют из одного сегмента в другой только межсегментные и широковещательные пакеты — второй, канальный уровень модели OSI.
Маршрутизаторы позволяют обеспечить взаимодействие между двумя практически независимыми сетями, которые могут быть построены на основе различных базовых технологий, и использовать разные стеки протоколов. Таким образом, можно сказать, что маршрутизаторы функционируют на третьем, сетевом уровне модели OSI.
Основные функции, выполняемые маршрутизатором, можно разделить в соответствии с уровнями модели OS1 на:
-
сетевой:
-
создание и ведение таблицы маршрутизации;
-
определение маршрута по таблице маршрутизации;
-
анализ информации из заголовка сетевого уровня пакета, изменение этого заголовка при необходимости (время жизни пакета и т. п.);
-
фильтрация пакетов;
-
проверка контрольной суммы пакетов, отбрасывание пакетов, содержащих ошибки;
-
буферизация пакетов, управление очередями пакетов;
-
канальный:
-
инкапсуляция пакетов сетевого уровня в кадры канального уровня при передаче пакетов, обратный процесс при их приеме и обработке;
-
преобразование адреса следующего маршрутизатора или узла назначения из сетевого в физический;
-
физический:
-
обеспечение интерфейса со средой передачи данных;
-
прием и передача кадров.
Маршрутизаторы применяются для объединения нескольких локальных сетей в единую составную сеть либо же, наоборот, для разграничения большой сети на несколько независимых малых подсетей.
Маршрутизаторы применяются для объединения разнородных сетей как локальных, так и глобальных. Например, для соединения локальной сети с глобальной сетью, такой как Интернет, или для объединения сетей, работающих на различных скоростях передачи данных, например Ethernet и Fast Ethernet.
Так же маршрутизаторы позволяют сделать невидимыми сетевые адреса узлов локальной сети из внешней сети, подменяя их своим адресом. Такой прием используется как мера безопасности, усложняющая несанкционированное проникновение в «скрытую» с помощью маршрутизатора сеть, и как мера, позволяющая увеличить адресное пространство, поскольку адреса внутри локальных сетей, можно сказать, не существуют для внешней глобальной сети и могут совпадать. Такое сокрытие называется трансляцией сетевых адресов.
В зависимости от областей применения и функциональной сложности маршрутизаторы могут быть как программными, так и аппаратными. При этом маршрутизаторы делятся на несколько классов.
Первый класс — магистральные маршрутизаторы, применяемые для сетей операторов связи и провайдеров сетевых услуг. Для таких маршрутизаторов характерны очень высокий уровень производительности, а также наличие мощных средств обеспечения отказоустойчивости, причем как отдельного узла, так и всей сети в целом, использование сверхскоростных интерфейсов (10—40 Гбит/с).
Второй класс — маршрутизаторы корпоративных сетей, используемые как в этих сетях, так и для подключения к каналам операторов связи. Характеристики данного класса гораздо скромнее, однако функциональные возможности оказываются зачастую более широкими, так в маршрутизаторах данного класса час-то бывает реализована поддержка разнообразных телефонных стандартов связи.
Третий класс — маршрутизаторы локальных сетей, ориентированные на использование в небольших компаниях или в небольших домашних сетях пользователей. Такие маршрутизаторы достаточно просты в настройке и являются сравнительно недорогими. Кроме того, маршрутизаторы этого класса часто снабжаются дополнительными возможностями, такими как встроенные серверы печати или точки беспроводного доступа.