Основные устройства коммутации.

В общем виде основные элементы сети передачи данных, предназначенные для коммутации узлов сети, можно подразделить на следующие группы:

1. Коммутаторы

2. Концентраторы

3. Мультиплексоры

4. Мосты

5. Маршрутизаторы

6. Шлюзы

7. Абонентские устройства

Все перечисленные виды устройств выделены достаточно условно с точки зрения рассмотрения их функциональных возможностей и особенностей. Дело в том, что современные физические устройства, которые реализуют эти функции, они, как правило, интегрируют в себе все или многие из перечисленных функций одновременно. Когда мы будем говорить о конкретном устройстве, мы будем подразумевать определенное функциональное предназначение.

Коммутатор – это элемент сети передачи данных, реализующий функции коммутации канала и (или) пакетов и (или) сообщений. Коммутатор иногда называется «свитч» (жарг. от англ. Switch – переключатель). Он производит соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передает данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

В общем случае коммутаторы подразделяются на:

-- коммутаторы каналов;

-- коммутаторы пакетов;

-- коммутаторы сообщений.

В общем виде, вид некоторого 24-портового коммутатора представлен на рисунке:

24 Порта говорит о том, что к коммутатору можно подключить 24 различных компьютера или абонента, узла сети.

Коммутатор каналов соответственно реализует процесс, который по запросу осуществляет соединения двух или более ООД, и обеспечивает монопольное использование канала передачи данных до тех пор, пока соединение не будет разъединено.

Коммутатор сообщений реализует процесс пересылки данных, включающий прием сообщения, хранение, маршрутизацию и дальнейшую передачу вышеуказанного сообщения не нарушая его целостности.

Коммутатор пакетов аналогичен коммутатору сообщений, когда сообщение представлено в виде адресуемых пакетов. Канал передачи занимается только во время передачи пакета, и по ее завершению освобождается для передачи других пакетов.

Коммутаторы принимают интеллектуальные решения о том, куда направить сетевой трафик (поток информации, передаваемой по сети), исходя из адреса назначения пакета. В результате таких решений коммутаторы могут значительно снизить ненужный трафик.

Одна из важнейших функций коммутаторов – это способность к сегментации сети. Коммутаторы делят сеть на сегменты – логически или физически обособленные части сети, давая им возможность связаться друг с другом, что сокращает число коллизий, и увеличивает доступную пропускную способность в расчете на один узел. Под коллизией понимается попытка двух или более абонентов сети одновременно передать пакет информации (сообщение) в канал связи или более кратко – столкновение пакетов в сети. При передаче по общему каналу связи, некоторые устройства могут одновременно запросить использование этого канала связи и при временном разделении каналов, канал может быть выделен только для одного из этих устройств, поэтому такая ситуация называется столкновением запросов. Коммутаторы решают проблему, уменьшают количество таких коллизий и тем самым повышают производительность сети.

Если посмотреть на структуру сети после сегментации, то как правило она может иметь следующий вид:

Это коммутатор, к которому подключены в данном случае несколько сегментов, и каждый из этих сегментов имеет определенный канал (в данном случае, канал с пропускной способностью 1 Гбит/с). Администратор или проектировщик сети решает, какие устройства подключить к этому высокоскоростному каналу. В данном случае мы видим, что слева к этому каналу подключен сервер баз данных, ко второму каналу подключен сервер мультимедиа, а в остальные каналы подключены две рабочие группы. Видно, что они рабочие группы подключены с помощью другого устройства – концентратора. Каждый компьютер внутри рабочей группы может передавать информацию со скоростью 100 Мбит/с. В целом, такая производительность сети выше, если мы использовали коммутатор.

Концентратор, сетевой концентратор или «хаб» (жарг. от англ. hub – центр деятельности) – это элемент сети передачи данных, реализующий функцию концентрации данных, поступивших от источников, число которых повышает число одновременно имеющихся в передающей среде каналов с целью передачи по данной физической среде, то есть, это устройство, которое расширяет радиус действия сети путем ретрансляции сигналов. Их также иногда называют многопортовыми повторителями (жарг. – репитер от англ. repeater). Сигнал, передающийся в любой среде, имеет свойство затухания. Источник информации, пересылая информацию, передает сигнал, который со временем затухает. В определенный момент времени наступает такой уровень сигнала, который не удается распознать передающей стороне. Вот это расстояние, которое позволяет определить и выделить точку, где можно принять затухающий сигнал, и принять его правильно, без ошибок, можно назвать радиусом действия сегмента сети. Как правило, в такую точку ставится репитер (повторитель), который воспринимает этот сигнал, усиливает его и передает дальше. Одну из таких функций выполняет концентратор. Внешний вид концентратора представлен на рисунке.

Как правило, в настоящее время простые концентраторы почти не используются – им на смену пришли сетевые коммутаторы (свитчи), выделяющие каждое подключенное сетевое устройство (например, компьютер) в отдельный сегмент.

Перейдем к следующему устройству – мультиплексору. Мультиплексор – это элемент сети передачи данных, реализующий функцию мультиплексирования двух или более каналов с целью совместного использования ими одной передающей среды. Основной функцией мультиплексоров является повышение эффективности использования пропускной способности передающей среды. На рисунке показан внешний вид мультиплексора:

Мультиплексор может объединять различные сети и каналы по различным уровням передачи информации в сети. Например, мультиплексор может объединять телефонную сеть с компьютерной сетью.

В общем случае мультиплексоры подразделяют по методам разделения каналов:

-- Мультиплексоры с частотным разделением каналов. Один канал связи уплотняется таким образом, что каждому пользователю, имеющему доступ к разделяемому каналу, выделяется определенная часть суммарного спектра частот.

-- Мультиплексоры с временным разделением каналов. Канал поочередно предоставляется каждому пользователю на определенный интервал времени, длительность которого жестко связана со скоростью передачи от абонента, числом абонентов, имеющих доступ к данному каналу и полосой пропускания разделенного канала.

Следующее устройство, которое мы рассмотрим, это мост. Мост, сетевой мост, бридж (жарг. от англ. bridge) – сетевое оборудование для объединения сегментов локальной сети.

Если к мосту подключено множество компьютеров с использованием портов, то мост считается многопортовым. Мост реализует функции взаимодействия в виде организации соединения между различными сетями передачи данных, либо сегментами одной сети, имеющими различные протоколы. Мост напрямую передает пакеты канального уровня соседней сети.

Мосты бывают двух типов:

-- без интерпретации пакетов (инкапсулирующий мост) – простая их упаковка в новый пакет по стандартам смежной сети. Раскрытие внешней и внутренней протокольной упаковки является функцией адресата. Такой тип мостов используется для соединения двух однотипных сетей через некую иную сеть, которая в таком случае является только промежуточной средой. Таким образом, один из мостов создаёт протокольную упаковку для промежуточной сети, а другой ее снимает. Представим, что вы соединены со своим абонентом некоторой промежуточной сетью, и эта сеть имеет некоторые другие протоколы и стандарты в отличие от вашей. Тогда имеется 2 моста: один соединяет мост вас с этой сетью, другой соединяет эту сеть с подсетью, с которой вы хотите связаться. В данном случае эти мосты создают определенный пакет, этот пакет передается по внутренней сети, не совмещенной с вашими стандартами, и другой мост принимает, распаковывает и отдает вам соответствующуюинформацию, с которой вы можете работать.

-- с интерпретацией пакетов (транслирующий мост) – извлечение содержимого одного пакета одного протокола и преобразование в пакет другого протокола. Преобразования, производимыемостом, производятся на уровне звена данных.

Следующее устройство – маршрутизатор. Маршрутизатор или роутер (от англ. Router) – это элемент сети передачи данных, реализующий функции взаимодействия в видевыбора маршрута передачи данных между несколькими сетями передачи данных либо сегментами одной сети, имеющими различную архитектуру или протоколы. Данное устройство производит преобразования на сетевом уровне. На рисунке представлен вид маршрутизатора:

Шлюз – это элемент сети передачи данных, представляющий собой совокупность аппаратных и программных средств, которое передает данные между несовместимыми сетями или предложениями. На рисунке представлен вид шлюза:

Наконец, абонентские устройства (АУ). Основной функцией АУ является организация взаимодействия между сетью передачи данных (конкретным ее узлом) и пользователем. Используемое при том оборудование состоит из двух основных элементов оконечное оборудование данных (ООД) и аппаратура передачи данных (АПД). Прежде всего, к таким устройствам относятся компьютер, кассовый аппарат, банкомат, факс-модем и т. д.

Назначение узла сети состоит в том, чтобы с помощью технических средств принять информацию, поступающую по входным каналам (линиям), обработать всю или какую-то ее часть, выбрать путь дальнейшей передачи информации как внутри самого узла, так и среди исходящих из узла каналов (линий). То есть, распределить информацию и осуществить ее передачу по выбранному пути.

Для выполнения указанных функций узел должен содержать следующее оборудование:

1. Устройство физического ввода/вывода (кросс).

2. Управляющее устройство (централизованное для узла, либо распределенное по элементам, входящим в состав узла).

3. Элементы сети, выполняющие возложенные на узел сети функции.