Оборудование сегментов lan
В физических нагруженных сегментах, объединяющих оконечные устройства сети с использованием разделяемой среды, в качестве коммуникационного оборудования применяются повторители и концентраторы (называемые также хабами).
Повторитель– двух портовое устройство, предназначенное для объединения физических сегментов коаксиального кабеля в единую разделяемую среду с целью увеличения ее физической длины. Оконечные устройства подключаются методом прокалывания с помощью штырей («вампиров»).
Концентратор (хаб) представляет собой многопортовый повторитель. Принцип его работы заключается в побитовом повторении кадра на всех либо некоторых портах в зависимости от конкретного алгоритма, определенного соответствующим стандартом используемой сетевой технологии. Это равносильно распространению сигнала в общем кабеле. Концентраторы отличаются типом сетевой технологии, для которой они предназначены, наличием дополнительных функций (поддержка резервных связей, защита от несанкционированного доступа), конструктивным исполнением (много сегментные, стековые).
Сегмент LAN с коммутируемой топологией образуется в результате логической структуризации физического сегмента с общей разделяемой средой. С этой целью используется коммуникационное оборудование, обеспечивающее передачу кадра с одного своего порта на другой на основе анализа адреса назначения, помещенного в кадр. К указанному оборудованию относятся устройства следующего типа.
Мост (Bridge). Работает на канальном уровне. Является средством передачи кадров на основе физического адреса между двумя сегментами, использующими, как правило, одинаковые протоколы физического и канального уровней. Таким образом, мосты обеспечивают расширение сети, которое не требует программных модификаций на рабочих станциях, работающих в локальных сегментах. Все станции, работающие в сегментах, используют при взаимодействии уникальные адреса и не обязаны явно различать станции собственного сегмента и станции других сегментов. Об этом заботятся мосты. Мост должен знать, какие адреса канального уровня (МАС-адреса) принадлежат каждому сегменту, чтобы определять какие кадры пропускать, а какие возвращать в свой сегмент. Для этого у него имеется схема работы с адресами. Если же несколько сегментов связаны несколькими мостами, то каждый мост должен иметь также и таблицу маршрутов прохождения через мосты. Для обеспечения работы в условиях, когда кадры пребывают быстрее, чем они могут быть переданы, мост должен иметь достаточный объем буфера.
Коммутатор (Switch). Работают на канальном уровне модели OSI/ISO и также использует адреса канального уровня. С помощью коммутаторов выполняется логическая структуризация и обеспечивается подключение хостов.
Тип коммутатора определяется сетевой технологии и уровнем иерархической принадлежности узлового пункта (доступа, распределения, ядра).
Каждый порт коммутатора оснащен специализированным процессором, который отрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов. За счет этого общая производительность коммутатора намного выше, чем у моста, имеющего один процессорный блок.
Кадры с широковещательными МАС-адресами и неизвестными адресами назначения передаются коммутатором на все порты. Таким образом, наличие коммутаторов в сети не препятствует распространению широковещательных кадров во все сегменты. В тех случаях, когда широковещательный режим работы в сегменте не предусмотрен, и адрес назначения кадра искажен в результате программных либо аппаратных сбоев, кадр с неизвестным адресом воспринимается коммутатором как широковещательный и передается во все сегменты. Если такие кадры генерируются интенсивно, возникает ситуация, которая получила название «широковещательный шторм». В результате сеть может быть перегружена.
Еще одним недостатком коммутаторов является возможность поддержки только древовидной структуры связей в сегменте.
Защитить сеть от широковещательного шторма и поддерживать петлеобразную структуру связей в отличие от коммутатора может маршрутизатор.
Маршрутизатор (router) в отличие от коммутатора поддерживает протоколы не только физического и канального уровней, но и сетевого. Протоколы сетевого уровня обеспечивают сбор информации о топологии соединений между логическими сетями и построение таблиц маршрутизации с маршрутами ко всем известным маршрутизатору логическим сетям. (Методы определения маршрутов, оптимальных по заданным критериям рассматриваются в следующем разделе). На основе таблиц маршрутизации маршрутизатор выполняет передачу пакетов из одной сети в другую и может принимать решения по выбору наиболее рационального маршрута передачи информации в сложных топологиях связи (топологиях с петлями).
Имеет несколько физических интерфейсов, в том числе, различных сетевых технологий, а также может обеспечивать экономичный доступ к территориальным сетям, поскольку более эффективно изолирует локальный трафик.Если маршрутизатор способен поддерживать несколько протоколов сетевого уровня, он называетсямультипротокольным маршрутизатором.
В круг функциональных задач маршрутизатора входит также буферизация, фильтрация и фрагментация пакетов. Поэтому он является типичным вычислительным устройством с одним или даже несколькими процессорами и со сложным программным обеспечением реального времени. Поскольку каждый пакет обрабатывается маршрутизатором отдельно, его производительность значительно проигрывает производительности коммутатора. Может оказаться узким местом, тормозящим прохождение трафика, если устанавливается на уровне ядра.
Роль маршрутизатора может выполнять серверный компьютер в том случае, если сетевой уровень его операционной системы поддерживает передачу пакетов. Универсальные ОС семейства Unix или Windows включают программный модуль, обеспечивающий настройку режима «маршрутизатор».
Брандмауэр (firewall) – устройство (или программный продукт) по уровню функционирования аналогично маршрутизатору, но с более развитой системой фильтрации и малым (как правило 2) числом портов. Используется для защиты локальных сетей от несанкционированного внешнего вмешательства (пакетов нежелательного трафика или умышленного взлома). Обычно устанавливается между маршрутизатором и внешним интерфейсом глобальной сети. Может быть встроен в маршрутизатор или другое оборудование подключения к глобальной сети.
Шлюз(Gateway) – граничное устройство, которое используется для объединения логических сетей, построенных на существенно разных программных и аппаратных платформах. Например, шлюз может позволить пользователям, работающим в сегментах с разными типами системного программного обеспечения (UnixиWindows), взаимодействовать друг с другом.
Оборудование сегментов MAN, WAN
Территориальные сегменты масштаба MAN, WAN обычно используют для транспорта телекоммуникационные сегменты, принципы построения которых базируются на разделении сред передачи. Основным оборудованием здесь являются мультиплексоры.
Мультиплексоры. Обеспечивают совместное использование физической линии, подключенной к единственному выходу мультиплексора, несколькими информационными потоками, поступающими на его входы. При этом среда передачи выходной линии разделяется на число каналов, равное количеству входов. Разделение может осуществляться по частоте либо по времени занятия. Различают мультиплексоры сегментов доступа и транспортных сегментов.
Мультиплексоры сегментов доступа устанавливаются как правило в РОР и обеспечивают подключение абонентских пунктов с использованием модемов по коммутируемым или выделенным линиям к так называемому мультиплексору доступа. Примером может служить мультиплексор доступа к цифровому абонентскому окончанию – DISLAM-мультиплексор (Digital Subscriber Line Access Multiplexer, DISLAM). Он имеет столько модемов на входе, сколько пользователей удаленного доступа обслуживает поставщик услуг. Если в сегменте доступа используется технология ADSL, это должны быть соответственно модемы ADSL. После преобразования модулированных сигналов в дискретную форму направляет данные на маршрутизатор, находящийся в помещении РОР.
Мультиплексоры транспортных сетей характеризуются портами ввода-вывода (трибутарными портами) и линейными портами (агрегатными). В зависимости от положения в транспортной сети различают терминальные мультиплексоры и мультиплексоры ввода-вывода. Терминальный мультиплексор имеет один агрегатный порт и большое количество трибутарных портов. Применяется в магистралях с топологией «цепь» и располагается в ее оконечных точках. Мультиплексор ввода-вывода занимает промежуточное положение на магистрали (цепь или кольцо). Имеет два агрегатных порта, через которые транзитом проходят агрегатные потоки магистрали, и несколько трибутарных портов, через которые осуществляется приток либо отток данных трибутарных каналов из агрегатного потока магистрали.
Оборудование, с помощью которого реализуется коммутируемая топология территориальных сегментов, отличается наличием интерфейсов для подключения внешних коммуникаций. Сюда относятся следующие устройства.
Удаленный мост (Remote bridge). Это мост, предназначенный для передачи данных одного локального сегмента через глобальную сеть в другой локальный сегмент. Он строит таблицу МАС-адресов на основании проходящего через него трафика и на основании ее пронимает решение – передавать кадры в удаленный сегмент или нет. Если обычные мосты сегодня почти не находят применения, то удаленные применяется довольно часто. Их не нужно конфигурировать и это свойство оказывается очень полезным в удаленных офисах, где нет квалифицированного обслуживающего персонала.
Коммутаторы. Функция коммутации в территориальных сегментах может быть выполнена различными способами: коммутация каналов, пакетов, ячеек, целых сообщений (в следующем модуле эти вопросы будут изучаться подробно). Для реализации любого из способов коммутации необходим специальный коммутатор. Несмотря на четко установившуюся тенденцию перехода к единому типу сетей с пакетной коммутацией, коммутация каналов все еще имеет место в существующих сетях, в связи с широким распространением в предшествующие периоды коммутируемых телефонных сетей. Телефонные станции - это то место, где сегодня еще работают коммутаторы каналов.
Пакетные коммутаторы территориальных сетей работают на основе технологий виртуальных каналов и поддерживают два либо три уровня протоколов. Топология территориальных сетей может содержать петли и в этом случае необходим протокол сетевого уровня для автоматического установления виртуального канала. В топологиях с древовидными связями коммутаторам достаточно поддерживать всего два уровня протоколов (физический и канальный).
Региональные маршрутизаторы. Объединяют территориальные сегменты – логические сети между собой и с магистральным сегментом. Поддерживают интерфейсы локальных и глобальных сетей. Важной функцией территориальных маршрутизаторов является из способность связывать сегмент, построенные на разных сетевых технологиях.
Магистральные маршрутизаторы. Предназначены для построения магистральных сегментов сетей операторов и провайдеров, а также крупных корпораций. Они оперируют агрегированными информационными потоками, переносящими данные большого количества пользовательских соединений.
Транспортные шлюзы. Предназначены для объединения отдельных сегментов с принципиально разными принципами формирования трафика, например, обычной телефонии иІР-телефонии, что особенно актуально при конвергенции сетей с коммутацией каналов и коммутацией пакетов.
В Интернет шлюзы используются для объединения так называемых автономных систем (совокупностей логических сетей под единым административным управлением, обычно одного сервис-провайдера, который определяет, какие протоколы маршрутизации должны использоваться в автономной системе). Транспортные шлюзы в данном случае называются внешними шлюзами.
Программный коммутатор (Softswitch). Новый тип коммутаторов, реализующих архитектуру гибкой программной коммутации. Позволяет преодолеть проблемы взаимодействия между собой транспортных шлюзов с разными системами сигнализации. Основной такой системой при конвергенции сетей и услуг связи является система общеканальной сигнализации № 7 (ОКС7). Взаимосвязь сетей ОКС7 и ІР, которая нужна при прохождении вызовов как через телефонную сеть, так и через сеть ІР, чрезвычайно важна. Важным аспектом применения Softswitch является реализация меж операторского взаимодействия в сетях следующего поколения (NGN). Эти вопросы изучаются в третьем модуле.