7. Вибір типу мережевого обладнання
7.1 Апаратура локальних мереж
Вибір апаратури має важливе значення на етапі проектування мережі, так як вартість апаратури складає найбільш суттєву частину від вартості мережі в цілому.
До апаратури локальних мереж відносяться:
– мережеві адаптери;
– трансивери;
– репітери;
– концентратори;
– комутатори;
– мости;
– маршрутизатори;
– шлюзи;
– узгоджуючі термінатори.
Крім того, до апаратної частини локальної мережі можливо віднести кабелі для передачі інформації, а також електричні з’єднувачі для приєднання кабелів.
7.1.1 Мережеві адаптери (вони ж контролери, карти, плати, інтерфейси, NIC – Network Interface Card) – це основна апаратура локальної мережі, без якої мережа неможлива.
Призначення мережевого адаптеру (МА) – спряження комп’ютера (чи іншого абонента) з мережею, тобто забезпечення обміну інформацією між комп’ютером і каналом зв’язку у відповідності з прийнятими правилами обміну. Власне вони виконують функції нижніх рівнів.
Як правило, МА виконуються у вигляді друкованого вузла (комірки), який вставляється в слоти розширення системної магістралі (шини) комп’ютера (частіше за все ISA чи PCI). Цей вузол мережевого адаптеру за звичаєм має один чи декілька зовнішніх з’єднувачів для підключення до нього кабелю.
Функції МА діляться на:
- магістральні – виконують обмін адаптера з магістраллю (системною шиною) комп’ютера (тобто впізнавання своєї магістральної адреси, пересилання даних у комп’ютер та із нього, вироблення сигналу переривання комп’ютера тощо;
- мережеві – забезпечують спілкування адаптера з мережею.
Для нормальної роботи МА в складі комп’ютера необхідно установити його обновні параметри:
- базову адресу порту уведення/виведення (тобто початкову адресу зони адрес, по яким комп’ютер буде спілкуватись з МА);
- номер використовуємого переривання (тобто номер лінії запросу, по якій МА буде доповідати комп’ютеру про необхідність обміну з ним);
- базові адреси буферної і завантажуємої пам’яті (тобто початкові адреси зон адрес пам’яті, яка входить до складу МА, по яким комп’ютер буде спілкуватись з даною пам’яттю).
Ці параметри можуть вибиратися у вузлі МА за допомогою перемичок (джемперів) чи перемикачів, але можуть задаватися і програмно за допомогою спеціальної програми ініціалізації МА, яка поставляється разом з вузлом МА.
При виборі усіх параметрів ( адрес та номерів переривань) необхідно слідкувати, щоб вони відрізнялись від тих, що зайняті іншими пристроями комп’ютера (як системними, так і додатково підключеними).
Сучасні мережеві адаптери часто підтримують режим Plug-and-Play, тобто їм не потрібне настроювання параметрів зі сторони користувача. Настроювання в них виконується автоматично під час вмикання комп’ютера.
Основні мережеві функції МА:
- гальванічне розв’язування комп’ютера і кабеля мережі (через імпульсні трансформатори);
- перетворення логічних сигналів в мережеві і навпаки;
- кодування та декодування мережевих сигналів;
- впізнання пакетів, що приймаються (які адресовані даному абоненту);
- перетворення паралельного коду в послідовний при передаванні і зворотнє перетворення при прийманні;
- буферування інформації, яка передається та приймається, в буферній пам’яті МА;
- організація доступу до мережі у відповідності з прийнятим методом управління обміном;
- подрахування контрольної суми пакетів при передаванні і прийманні.
Деякі МА дозволяють реалізовувати функцію віддаленого навантаження, тобто підтримувати роботу в мережі бездискових комп’ютерів, які завантажують свою операційну систему прямо з мережі. Для цього в склад таких МА включається постійна память з відповідною програмою завантаження. Але не всі мережеві програмні засоби підтримують даний режим роботи.
Якщо МА може працювати з декількома типами кабеля, то ще одним налаштовуємим параметром може бути вибір типу кабеля. Технічно це може бути реалізовано за допомогою групи перемикачів на модулі МА, які перекомутують визначені ланцюги під вибраний кабель.
Всі останні апаратні засоби мережі мають допоміжний характер, і без них часто можно обійтись.
7.1.2 Трансивери (приємопередавачі) служать для передачі інформації між адаптером і кабелем мережі або між двома сегментами мережі. Трансивери підсилюють сигнали, перетворюють сигнали в іншу форму (наприклад, электричний сигнал в оптичний). Трансиверами також часто називають вбудовані в МА приємопередавачі.
7.1.3 Репітери або повторювачі відновлюють ослаблені сигнали (їх амплітуду і форму), приводячи їх форму до початкового виду. Мета такої ретрансляції сигналів складається в збільшенні довжини мережі (рис. 7.1).
Рисунок 7.1
Однак часто репітери виконують і деякі інші функції, наприклад, гальванічне розв’язування з’єднувальних сегментів.
І репітери, і трансивери не виконують ніякої інформаційної обробки сигналов, які через них проходять.
7.1.4 Концентратори (hub) – служать для об’єднання в одну мережу декількох сегментів.
Концентратори разом з МА і кабельною системою представляють той мінімум обладнання, за допомогою якого можна створювати локальні мережі. Така мережа буде представляти собою загальне розподілене середовище. При цьому мережа не може бути достатньо великою, так як у протилежному випадку знижується продуктивність мережі. Тому концентратори і МА дозволяють будувати невеликі базові фрагменти мереж, які потім повинні об’єднуватися один з одним за допомогою мостів, комутаторів і маршрутизаторів.
Основна функція концентратора – це повторення кадру на всіх портах (стандарт Ethernet) або тільки на деяких портах у відповідності до алгоритму, який визначається відповідним стандартом.
7.1.5 Комутатори або перемикачі, вони ж комутуючі концентратори (Switched Hubs), дозволяють розділити єдину мережу на декілька мереж для збільшення допустимого розміру мережі або для зниження навантаження (трафіка) в окремих частинах мережі. Вони передають із одного сегмента мережі в інший сегмент не всі пакети, а тільки ті, які дійсно адресовані комп’ютерам із іншого сегмента. При цьому сам пакет комутатором не приймається. Це приводить до зниження інтенсивності обміну в мережі в результаті розділення навантаження, так як кожний сегмент працює тільки зі своїми пакетами.
7.1.6 Мости, маршрутизатори і шлюзи служать для об’єднання в єдину мережу декількох різнорідних мереж з різними протоколами обміну нижнього рівня, в тому числі, з різними форматами пакетів, різними методами кодування, різною швидкістю передавання тощо. Тобто забезпечується «прозорість» мережі для протоколів високого рівня.
Ці пристрої значно складніші концентраторів, так як від них потребується достатньо складна обробка інформації. Реалізуються вони на базі комп’ютерів, які підключені до мережі за допомогою МА. По суті, це спеціалізовані абоненти (вузли) мережі.
7.1.6.1 Мости служать для об’єднання мереж з різними стандартами обміну (наприклад, Ethernet та Arcnet) або декількох сегментів (частин) однієї і тієї ж мережі (рис. 7.2, 7.3).
Рисунок 7.2
Рисунок 7.3
У другому випадку міст служить тільки для розділення навантажень сегментів, підвищуючи тим самим продуктивність мережі в цілому.
7.1.6.2 Маршрутизатори. Їх головна задача – вибір для кожного пакета оптимального маршрута. Вони використовуються, як правило, в складних розгалуджених мережах, які мають декілька маршрутів між абонентами.
Маршрутизатори не перетворюють протоколи нижніх рівнів, тому вони з’єднують тільки сегменти одноімених мереж.
7.1.6.3 Шлюзы – це пристрої для з’єднання зовсім різних мереж з протоколами, які дуже відрізняються.
7.1.7 Для забезпечення нормального проходження сигналу по „довгій” лінії без відбиттів і викривлень використовується узгодження електричних ліній зв’язку.
Лінія рахується „довгою” у двох випадках:
1) коли довжина лінії співрозмірна чи більша довжини хвилі найбільш високочастотної складової спектру сигналу;
2) коли tл >0,1ф,
де tл – затримка сигналу лінією;
ф – тривалість фронту імпульса.
Принцип узгодження простий: на кінцях кабелю необхідно установити узгоджуючі резистори (термінатори) з опором, який рівний хвильовому опору кабелю, що використовується.