19. Аппаратное устройство сетевого оборудования.

Сетевое оборудование принято делить на активное, пассивное и компьютерное (сервера, рабочие станции, периферия).

Задача активного оборудования заключается в создании и поддержании логической структуры каналов передачи данных поверх физических носителей. Оно включает в себя обширную группу устройств, таких как коммутаторы, маршрутизаторы, конверторы среды передачи данных, точки доступа и т.п. Активное оборудование - это оборудование которому для функционирование необходим источник энергии и которое не связано с предоставлением сервисов для клиентских приложений.

Пассивное оборудование составляет физическую инфраструктуру сетей (коммутационные панели, розетки, стойки, монтажные шкафы, кабели, кабель-каналы, лотки и т.п.) От качества исполнения кабельной системы во многом зависит пропускная способность и качество каналов связи.

а) Концентраторы - центральный узел кабельной системы или сети физической топологии "звезда". В общем случае данные передаются из всех портов во все.

б) Повторители - устройство для восстановления и повторения сигналов. Действует на физическом уровне. К каждому порту повторителя подключен отдельный сегмент (Ethernet) сети. Для всех узлов всех сегментов создается впечатление, что они находятся в едином сегменте (домене коллизий - это часть сети ethernet, все узлы которой конкурируют за общую разделяемую среду передачи).

в) Мосты - соединяет отдельные подсети (сегменты) в единую сеть. Действует на MAC-подуровне 2-го - канального уровня. Фильтрует (не передает) в магистраль кадры, предназначенные для станции из того же сегмента, и испорченные кадры.

г) Коммутаторы - устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети.

Типы коммутаторов:

– с буферизацией пакетов (store-and-foreward-switch): Действуют как многопортовые мосты. Обеспечивают функции маршрутизатора и моста. Фильтруют "плохие" пакеты (длина < 64 или > 1518, неверная КС). Можно передать данные в более скоростной порт. Применяются в сетях масштаба предприятия. Недостаток - большое время задержки.

– без буферизации (cut-through-switch). Коммутируют пакеты только на основе заголовка. Время задержки - десятки мкс. Применяются в сетях масштаба рабочей группы. Пропускают плохие пакеты.

– модифицированная коммутация без буферизации (modified cut-through). Коммутатор читает первые 64 байта пакета, затем переправляет. Время задержки невелико.

А рхитектура коммутаторов:

Коммутаторы с разделяемой памятью. Трудность реализации этой архитектуры заключается в том, что при наличии N входных (и выходных) портов быстродействие памяти должно быть в N раз выше, чем скорость поступления данных в порт. Поэтому такие коммутаторы оборудуются высокоскоростной внутренней многоразрядной шиной, а поступающий поток бит из последовательного кода преобразуется в параллельный. Для обеспечения приемлемой частоты тактирования шину делают достаточно широкой.

Пакеты, предназначенные для разных портов, хранятся в специально отведенных раздельных областях памяти.

К оммутаторы с разделяемой средой передачи. Эта архитектура использовалась в ранних поколениях многопортовых коммутаторов, предназначенных для сетей Ethernet со скоростью передачи 10 Mbps. Пакеты поступали на шину последовательно. Если применялось мультиплексирование с разделением по времени (Time Division Multiplexing - TDM), то каждому временному слоту соответствовал определенный выходной порт.

О сновным ограничением для увеличения количества портов или повышения скорости коммутации пакетов служила частота, на которой могла оперировать шина. Чтобы не допустить отбрасывания входных пакетов, скорость передачи должна была быть не менее N x V, где N - количество портов, а V - скорость входящего потока.

Коммутаторы с полносвязной топологией. При этом подходе между любой из N² пар входных и выходных портов существует независимый путь. Поступающие во входные порты пакеты передаются по отдельным шинам ко всем выходным портам, и там в работу включаются адресные фильтры. Такие коммутаторы оборудуются выходными буферами, количество которых в классическом варианте равно N².

Полносвязный дизайн имеет ряд плюсов. Легко реализуются широковещательный и многоадресный режимы передачи. Поскольку адресные фильтры и буфера должны работать со скоростью поступления данных в порт, такая архитектура легко масштабируется.

Коммутаторы с пространственным разделением. Между парами входных и выходных портов могут существовать как единственный, так и множественные пути. Пример такой архитектуры - коммутационная матрица (crossbar). В ней на каждом такте синхронизирующего генератора контроллер анализирует адресную информацию поступивших на входные порты пакетов и устанавливает соединения между портами по выделенному каналу.

Маршрутизаторы. Служит для объединения сетей. Действует на 3-м сетевом уровне. Используется для объединения разнородных, независимо администрируемых сетей. Учитывает специфику протоколов, используя маршрутную информацию сетевого уровня. Выбирает наилучший маршрут передачи пакета. Маршрутизаторы обмениваются информацией о топологии и состоянии сети. Маршрутизаторы прозрачны для протоколов физического уровня. При использовании протоколов, не содержащих информации сетевого уровня, должны применяться методы установления моста. Поэтому большинство маршрутизаторов реализует функции моста и называются bridge/router (brouter) - мост/маршрутизатор.

A nycast («посылка кому-нибудь») - метод рассылки пакетов (реализованный, в частности, в протоколе IPv6), позволяющий устройству посылать данные ближайшему из группы получателей.

Широковещание - метод передачи данных в компьютерных сетях, при котором поток данных (каждый переданный пакет в случае пакетной передачи) предназначен для приёма всеми участниками сети.

Multicast (групповая передача) - специальная форма широковещания, при которой сетевой пакет одновременно направляется определённому подмножеству адресатов - не одному (unicast), и не всем (broadcast).

Unicast или однонаправленная передача данных подразумевает под собой передачу пакетов единственному адресату.