13.4. Сетевое оборудование

Средствами логической структуризации служат такие коммуникационные устройства, как мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.

13.4.1. Мост

Для связи между собой сетей, работающих по одному протоколу, служат мосты, целью которого является удерживание в пределах глобальной сети данные, предназначенные для внутреннего потребления. Мост делит разделяемую среду передачи данных на части (логические сегменты) и передаёт информацию из одного сегмента в другой только в случае наличия необходимости. Тем самым он изолирует трафики подсетей, увеличивая её пропускную способность.

13.4.2. Коммутатор

Коммутатор (switch) – устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора (hub), который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, свитч передаёт данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети. Свитч может объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.

Коммутатор хранит в памяти таблицу (MAC-таблицу), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом происходит анализ пакетов данных, определяется MAC-адрес компьютера-отправителя и этот адрес заносится в таблицу. Впоследствии, если на один из портов поступит пакет, предназначенный для этого компьютера, этот пакет будет отправлен только на соответствующий порт. Если MAC-адрес компьютера-получателя ещё не известен, то пакет будет продублирован на все порты. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, результатом чего является локализация трафика локальной сети.

13.4.3. Маршрутизатор

Ограничения, связанные с использованием мостов и коммутаторов привели к появлению маршрутизаторов. Маршрутизатор (router) – сетевое устройство, которое на основании информации о топологии сети и определённых правил принимающее решения о пересылке пакетов сетевого уровня между различными сегментами сети. Обычно работает на более высоком уровне, нежели коммутатор и сетевой мост.

Маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в пакете данных и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.

Таблица маршрутизации содержит информацию, на основе которой принимается решение маршрутизатором о дальнейшей пересылке пакетов. Таблица состоит из некоторого числа записей – маршрутов, в каждом из которых содержится адрес сети получателя, адрес следующего узла, которому следует передавать пакеты и некоторый вес записи – метрика. Метрики записей в таблице играют роль в вычислении кратчайших маршрутов к различным получателям.

Таблица может составляться двумя способами: статическая маршрутизация, когда записи в таблице вводятся и изменяются вручную, что требует вмешательства администратора каждый раз, когда меняется топология сети, но является, как считается, более стабильным; динамическая маршрутизация, когда записи в таблице обновляются автоматически при помощи одного или нескольких протоколов маршрутизации (RIP, OSPF, IGRP, EIGRP, IS-IS, BGP и др.). Кроме того маршрутизатор строит таблицу оптимальных путей к сетям назначения на основе различных критериев – количества промежуточных узлов, пропускной способности каналов, задержки передачи данных и т.д. Такой способ построения таблицы позволяет автоматически держать таблицу маршрутизации в актуальном состоянии и вычислять оптимальные маршруты на основе текущей топологии сети. К недостаткам динамической маршрутизации можно отнести дополнительную вычислительную нагрузку на процессор, а также возможность возникновения противоречий в сведениях о топологии сети и потере передаваемых данных при нестабильности сети, связанной с тем, что маршрутизаторы не успевают синхронизировать свои таблицы маршрутизации.

В основном роутеры применяют для объединения сетей разных типов, часто не совместимых по архитектуре и протоколам. Нередко их также используют для обеспечения доступа из локальной сети в Internet, осуществляя функции трансляции адресов и межсетевого экрана.

Функции маршрутизатора может выполнять как специализированное устройство (аппаратный), так и обычный компьютер (программный).