Тема 3 Апаратне обладнання мереж

Мережні з’єднання використовують ряд пристроїв, таких як повторювачі, мости, маршрутизатори та шлюзи для з’єднання різнорідних мереж. Іноді цими пристроями користуються локальні мережі, наприклад, для збільшення території, яку вони охоплюють.

Головна задача повторювача (repeater) – повторювати прийнятий сигнал. Повторювач посилює прийнятий сигнал перед тим, як послати його далі. Правильно розташовані по довжині мережі повторювачі дозволяють розроблювачам збільшувати довжину мережі, яку вони обслуговують, та відстані між з’єднаними комп’ютерами. Мережі великої довжини використовують велику кількість повторювачів. Мережі технології Ethernet також часто використовують повторювачі для подовження кабеля-шини локальної мережі та усунення пов’язаних з затуханням проблем. Повторювачі ставлять і там, де потрібно з’єднати дві ділянки тієї ж мережі.

Міст (brige) – це пристрій, що з’єднує дві мережі, які побудовані по одній і тій же технології (наприклад, Ethernet або ARCNET). У обов’язки моста входить аналізувати усі пакети даних, що проходять повз нього по обох мережах.

Коли міст помічає пакет в одній мережі, який призначений для комп’ютера у другій мережі, то він передає його туди. Але він не торкає пакети всередині мережі, які призначені комп’ютерам тієї ж мережі. Тобто, якщо по одній мережі проходить пакет для її ж комп’ютера, міст нічого не робить. Крім з’єднання двох мереж, міст може займатися питаннями безпеки даних, збільшенням продуктивності та надійності мереж. Чим більше комп’ютерів у мережі, тим частіше виникають зіткнення пакетів. Зіткнення виникають частіше, тому що більша кількість комп’ютерів намагається одночасно почати передачу. Чим більше комп’ютерів, тим більший трафік у мережі. Починаючи з деякого моменту, трафік зростає настільки, що продуктивність мережі починає знижуватись – виникають мережні “пробки”. Іноді вирішити проблему можна, якщо поділити перевантажену локальну мережу на дві та більше окремих частин та з’єднати їх між собою через міст. Пошкодження кабелю у мережах з топологією “шина” або “кільце” призводить до зупинки мережі. Дроблення однієї великої мережі на частини меншого розміру за допомогою моста – це ніщо інше, як спосіб зберегти працездатність більшості з них при руйнуванні кабелю в одній з них. У мережі з топологією “шина” або “кільце” дані проходять через кожен комп’ютер мережі. Будь-який користувач мережі може перехопити та отримати доступ до будь-яких пакетів даних у мережі. Міст не може попередити моніторинг мережної активності, але адміністратор мережі може використовувати міст для окремої частини мережі, по якій передається важлива інформація, від іншої її частини, що знижує імовірність незаконного отримання інформації.

Концентратор (Hub) – багато портовий повторювач мережі. Усі порти концентратора рівноправні. Одержавши сигнал від однієї з підключених до нього станцій, концентратор транслює його на всі свої активні порти. При цьому, якщо на якому-небудь із портів виявлено несправність, то цей порт автоматично відключається (сегментується), а після її усунення знову є активним. Обробка колізій та поточний контроль за станом каналів зв'язку, звичайно, здійснюється самим концентратором. Концентратори можна використовувати як автономні пристрої або з'єднувати один з одним, тим самим збільшувати розмір мережі та створювати більш складні топології. Крім того, можливо їхнє з'єднання магістральним кабелем у шинну топологію.

Призначення концентраторів – об'єднання окремих робочих місць у робочу групу в складі локальної мережі.

Комутатор (switch) – пристрій з багатьма входами (джерелами) і виходами (приймачами) для вибору і з’єднання будь-якого джерела сигналів із будь-яким приймачем сигналів. Багатопортовий міст, може встановлювати декілька з’єднань одночасно між різними парами портів. У комутаторах використовуються два методи пересування пакета до порту-одержувача:

1. без проміжної буферізації чи на льоту – більш швидкодіючі, ефективні для мереж, де відсутні колізії, приміром, FDDI;

2. з проміжною буферізацією – надійніші, їх можна використовувати в мережах із колізіями, наприклад, Ethernet.

За призначенням комутатори поділяють на:

• магістральні, що призначені для глобальних корпоративних мереж і підключають локальні мережі до магістральної мережі. Підтримують протоколи: Spanning Tree Protocol, віддаленого управління – SNMP, RMON. Основний метод комутації – з проміжною буферізацією;

• комутатори для робочих груп чи сегментні – для комутації сегментів великої локальної мережі. Протоколи ті ж самі. Основний метод комутації – з проміжною буферізацією, але можливий і без проміжної буферізації;

• комутатори для настільних систем – для комутації робочих станцій всередині сегмента. Мають 1-2 порти для підключення до комутатора більш високого рівня або сервера. Основний метод комутації – з проміжною буферізацією, але можлива і без проміжної буферізації.

Найбільш ефективні комутатори – в одно- чи багаторангових багатосегментних і багатосерверних мережах. Їх установлення дозволяє збільшити пропускну здатність мережі.

Маршрутизатор (router) – основне його призначення – це вибір оптимального напрямку передачі інформації. Маршрутизатор може об’єднувати мережі з однаковою технологією, але частіше він використовується там, де технології мереж відмінні, наприклад між Ethernet та Token Ring. Маршрутизатор на відміну від моста має свою особисту мережну адресу. Маршрутизатор у мережах часто використовується як проміжний пункт призначення для пакетів даних. Маршрутизатор може виготовлятися як окреме приладдя і визначати не лише напрямок передачі, а й оптимальний шлях за рядом критеріїв: вартість, безпека тощо. Він дозволяє в окремих випадках стискати дані під час пересилки, сегментувати пакети і передавати їх на декілька каналів зв’язку. Для визначення напрямків передачі повідомлень можуть використовуватися такі методи маршрутизації:

1 Заповнення пакетами. Використовується кожний вільний маршрут, за яким передається копія пакета. Один із них досягне отримувача. Ефект розмноження пакетів завантажує мережу, тому використовуються спеціальні методи скорочення кількості копій. Наприклад, вузол, що передав пакет, інші копії не пересилає. Це – виродження пакета.

2 Випадкова маршрутизація – кожний вузол довільно обирає канал передачі за випадковим алгоритмом.

3 Маршрутизація за допомогою каталогів – у мережах із комутацією пакетів для визначення маршрутів передачі створюються спеціальні каталоги маршрутів. У них містяться посилання на логічні адреси вузлів мережі, причому ці адреси прив’язуються до конкретних виходів на канал зв’язку.

Шлюзи (gateway) – програмно-апаратні комплекси, які зв’язують неоднорідні системи, що використовують різні операційні середовища і протоколи високих рівнів. За допомогою шлюзу з’єднуються системи, неузгоджені за швидкостями обміну інформацією та за використовуваними формами передачі даних. Зазвичай шлюзом виступає маршрутизатор, але це може бути і комп’ютер, на якому встановлено декілька мережних адаптерів, фізично з’єднаних з обома частинами мережі, розділяючи їхній трафік. За допомогою шлюзів можуть з’єднуватися глобальні мережі, або в локальних мережах – сегменти на базі міні-, мікро- і великих ЕОМ. Коли обмін інформацією здійснюється між комп’ютерами, що розміщуються в одній частині діапазону ІР-адрес, шлюзу не потребується – два комп’ютери просто обмінюються один з одним пакетами. Але коли комп’ютерові необхідний зв’язок за межами діапазону локальних ІР-адрес, він має знати, як знайти інший комп’ютер. Для передачі пакетів даних з однієї частини мережі в іншу було розроблено спеціалізований пристрій – маршрутизатор, що діє як шлюз між частинами мережі. У нього повинно бути, принаймні, дві ІР-адреси, причому кожна – для своєї частини діапазону арес і приєднана фізично до свого сегмента мережі. Маршрутизатор захоплює пакети даних з однієї частини мережі та переправляє їх до іншої, пересилаючи пакети в бік потрібного комп’ютера.

Мережний шлюз – загальна назва трьох типів мережних приладів. Маршрутизатор також може називатися шлюзом. Шлюз у такому розумінні є тим же самим приладом. Існують також шлюзи прикладного забезпечення. Шлюзи прикладного забезпечення займаються перетворенням даних для певних мережних програм.