Конспект лекции 11. Сетевые устройства.
Любое устройство, которое способно получать доступ к сети называют сетевым.
Выделяют две группы устройств:
- Пользовательские — это те устройства, с которыми пользователь непосредственно взаимодействует. Попробуйте самостоятельно привести пример таких устройств.
- Сетевые — это те, которые отвечают за инфраструктуру сети. Эти устройства будут рассматриваться в данном конспекте.
Для того, чтобы было удобнее ориентироваться в устройствах, их можно рассматривать, группируя по уровням модели OSI, т.к. такие устройства решают задачи этих уровней.
Устройства физического уровня
Сетевая карта
Сетевая карта — это устройство, позволяющее получать сетевые сигналы и отправлять их.
Можно сказать, что это интерфейс взаимодействия с сетью. Так как большинство устройств являются модульными (состоят из нескольких модулей, например компьютер или телефон), то сетевые карты подключаются к слотам на материнской плате. Для работы в сети каждый хост должен быть оснащён платой сетевого интерфейса (Network Interface Card — NIC), также называемой сетевым адаптером. Как правило, такие устройства могут функционировать и без компьютерной сети. Каждый адаптер NIC имеет уникальный код, называемый MAC-адресом.
сетевая карта ПК.
WIFI-адаптер
WIFI-адаптер — это устройство (по функциям похоже на сетевую карту), необходимое хосту для получения доступа к беспроводной сети.
Повторитель
Повторитель — это устройство, которое способно усиливать и заново формировать форму входящего аналогового сигнала сети на расстояние другого сегмента (т.е. повторять). Это особенно полезно для длинных линий связи, т.к. при передаче сигнал имеет свойство затухать. Когда сигналы покидают передающую станцию, они являются чёткими и легко распознаваемыми. Однако чем больше длина кабеля, тем более слабым и менее различимым становится сигнал по мере прохождения по сетевой передающей среде. Целью использования повторителя является регенерация и ресинхронизация сетевых сигналов на битовом уровне, что позволяет передавать их по среде на большее расстояние.
повторитель.
Концентратор
Концентратор (Hub) – это центральное устройства кабельной системы или сети физической топологии «звезда», которые при получении пакета на один из своих портов пересылает его на все остальные. В результате получается сеть с логической структурой общей шины. Различают концентраторы активные и пассивные. Активные концентраторы усиливают полученные сигналы и передают их. Пассивные концентраторы пропускают через себя сигнал, не усиливая и не восстанавливая его.
Он просто принимает электронные сигналы одного порта и воспроизводит (или ретранслирует) то же сообщение для всех остальных портов. Концентраторы и повторители имеют похожие характеристики, поэтому концентраторы часто называют многопортовыми повторителями (multiport repeater).
концентратор. 
соединение концентратора с устройствами.
Терминатор
Терминаторы — это резисторы номиналом 50 Ом, которые производят затухание сигнала на концах сегмента сети. Чаще всего используется для топологий типа «шина».
терминатор. 
соединение терминатора с шиной.
Устройства канального уровня
Сетевой мост
Сетевой мост (bridge) — это устройство, используемое для объединения сегментов сети. Чаще всего он соединяется с «главным» устройством сегмента сети (т.е. тот, который коммутирует в себе все устройства сегмента сети).
При получении из сети кадра (пакета) мост проверяет в его заголовке MAC-адрес и, если он принадлежит данной подсети, передаёт (транслирует) кадр дальше в тот сегмент, которому предназначался данный кадр. Если кадр не принадлежит данной подсети, мост ничего не делает.
Мосты «изучают» характер расположения сегментов сети путём построения адресных таблиц вида «Интерфейс:MAC-адрес», в которых содержатся адреса всех сетевых устройств и сегментов, необходимых для получения доступа к данному устройству. Если порт пункта назначения в данный момент занят, то мост может временно сохранить фрейм до освобождения порта.
мост, соединяющий сегменты сети.
Коммутатор
Коммутатор — это устройство, предназначенное для объединения нескольких сетевых устройств. Он имеет несколько портов (от 1 до более 100), каждый из них сопоставляется с конкретным устройством. В отличие от концентратора, коммутатор в состоянии передать сообщение конкретному узлу. Когда узел отправляет сообщение другому узлу через коммутатор, тот принимает и декодирует кадры и считывает физический (MAC) адрес сообщения. Для того, чтобы передать кадры, коммутаторы используют таблицу MAC-адресации, вкоторой номер порта сопоставляется с MAC-адресом.
Для каждого нового соединения между узлами создается новый канал. Такие отдельные каналы позволяют устанавливать несколько соединений одновременно без возникновения коллизий.
Коммутаторы используются так же для микросегментации (это архитектура, при которой на каждый коммутатор приходится один сервер, который непосредственно управляет всеми остальными подключёнными к коммутатору устройствами).
Следует также учесть, что существуют коммутаторы, которые способны решать часть задач третьего уровня модели OSI. Такие коммутаторы ещё называют коммутаторами 2+ уровня.
мост, соединяющий сегменты сети.
Точка доступа WIFI
Точка доступа WIFI — это устройство, которое даёт доступ к беспроводной локальной сети другим хостам. Важно заметить, что это только точка доступа! Она не управляет сетью (В отличие от WIFI-роутера)
Устройства сетевого уровня
Маршрутизатор
Маршрутизатор — это устройство, которое решает задачу маршрутизации. Если коммутаторы направляют сообщения конкретному устройству сразу на порт, то маршрутизатор соединяет несколько подсетей. Работу маршрутизатора можно отдалённо представить как работу почтальона.
В домашних условиях используют именно маршрутизатор. Коммутаторы же чаще всего ставят на предприятиях, там где нужно подключить сразу большое количество сетевых устройств и компьютеров. Также коммутатор не работает с интернетом – именно поэтому его нет смысла устанавливать дома. Аналогично на предприятиях устанавливают и роутеры, которые помогают распределять трафик между несколькими сетями.
В крупных сетях маршрутизаторы являются главными устройствами, регулирующими перемещение по сети потоков данных. В принципе маршрутизаторы позволяют обмениваться информацией любым типам компьютеров.
маршрутизатор. 
соединение маршрутизатора в сети.
WIFI-роутер
WIFI-роутер — это роутер, который имеет точку доступа WIFI. Помимо возможности проводного доступа, он так же предоставляет доступ к беспроводной среде технологии WIFI.
отличие wifi-роутера от wifi точки доступа (точка доступа имеет только один разъём, который необходим для подключения к сети).
Устройства 4-5 уровня
Межсетевой экран
Межсетевые экраны (firewall, брандмауэры) — это сетевые устройства, реализующие контроль за поступающей в локальную сеть и выходящей из нее информацией и обеспечивающие защиту локальной сети посредством фильтрации информации. Большинство межсетевых экранов построено на классических моделях разграничения доступа, согласно которым субъекту (пользователю, программе, процессу или сетевому пакету) разрешается или запрещается доступ к какому-либо объекту (файлу или узлу сети) при предъявлении некоторого уникального, присущего только этому субъекту, элемента. В большинстве случаев этим элементом является пароль. В других случаях таким уникальным элементом является микропроцессорные карточки, биометрические характеристики пользователя и т. п. Для сетевого пакета таким элементом являются адреса или флаги, находящиеся в заголовке пакета, а также некоторые другие параметры.
Таким образом, межсетевой экран — это программный и/или аппаратный барьер между двумя сетями, позволяющий устанавливать только авторизованные межсетевые соединения. Обычно межсетевые экраны защищают соединяемую с Internet корпоративную сеть от проникновения извне и исключает возможность доступа к конфиденциальной информации.
аппаратный межсетевой экран.
Шлюзы (Gateway) — программно-аппаратные комплексы, соединяющие разнородные сети или сетевые устройства. Шлюзы позволяет решать проблемы различия протоколов или систем адресации. Они действует на сеансовом, представительском и прикладном уровнях модели OSI.
Сетевой шлюз конвертирует протоколы одного типа физической среды в протоколы другой физической среды (сети). Например, при соединении локального компьютера с сетью Интернет обычно используется сетевой шлюз.
Маршрутизатор (он же — роутер) является одним из примеров аппаратных сетевых шлюзов.Сетевые шлюзы могут быть аппаратным решением, программным обеспечением или тем и другим вместе, но обычно это программное обеспечение, установленное на роутер или компьютер.
сетевой шлюз.
Сетевое оборудование: понятие, характеристика, назначение.
Сетевое оборудование — устройства, необходимые для работы компьютерной сети, например: маршрутизатор, коммутатор, концентратор, патч-панель и др. Обычно выделяют активное и пассивное сетевое оборудование.
Маршрутиза́тор или роутер, рутер— сетевое устройство, на основании информации о топологии сети и определённых правил, принимающее решения о пересылке пакетов сетевого уровня (уровень 3 модели OSI) между различными сегментами сети.
Работает на более высоком уровне, нежели коммутатор и сетевой мост.
Сетевая плата, также известная как сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер, NIC (англ. network interface controller) — периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети.
По конструктивной реализации сетевые платы делятся на:
внутренние — отдельные платы, вставляющиеся в PCI, ISA или PCI-E слот;
внешние, подключающиеся через USB или PCMCIA интерфейс, преимущественно использующиеся в ноутбуках;
встроенные в материнскую плату.
На 10-мегабитных сетевых платах для подключения к локальной сети используются 3 типа разъёмов:
8P8C для витой пары;
BNC-коннектор для тонкого коаксиального кабеля;
15-контактный разъём трансивера для толстого коаксиального кабеля.
Эти разъёмы могут присутствовать в разных комбинациях, иногда даже все три сразу, но в любой данный момент работает только один из них.
На 100-мегабитных платах устанавливают только разъём для витой пары (8P8C, ошибочно называемый RJ-45).
Рядом с разъёмом для витой пары устанавливают один или несколько информационных светодиодов, сообщающих о наличии подключения и передаче информации.
Одной из первых массовых сетевых карт стала серия NE1000/NE2000 фирмы Novell, а также немало в конце 1980-х было советских клонов сетевых карт с разъемом BNC, которые выпускались с различными советскими компьютерами и отдельно.
Повторитель (жарг. — репи́тер; англ. repeater) — сетевое оборудование.
Предназначен для увеличения расстояния сетевого соединения путём повторения электрического сигнала «один в один». Бывают однопортовые повторители и многопортовые. В терминах модели OSI работает на физическом уровне. Одной из первых задач, которая стоит перед любой технологией транспортировки данных, является возможность их передачи на максимально большое расстояние.
Сетевой концентратор или Хаб (жарг. от англ. hub — центр деятельности) — сетевое устройство, предназначенное для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент сети. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна. Термин концентратор (хаб) применим также к другим технологиям передачи данных: USB, FireWire и пр.
В настоящее время хабы почти не выпускаются — им на смену пришли сетевые коммутаторы (свитчи), выделяющие каждое подключённое устройство в отдельный сегмент. Сетевые коммутаторы ошибочно называют «интеллектуальными концентраторами».
Мост, сетевой мост, бридж (жарг., калька с англ. bridge) — сетевое оборудование для объединения сегментов локальной сети. Сетевой мост работает на канальном уровне (L2) модели OSI, обеспечивая ограничение домена коллизий (в случае сети Ethernet). Мосты направляют фреймы данных в соответствии с MAC-адресами фреймов. Формальное описание сетевого моста приведено в стандарте IEEE 802.1D
Сетевой коммутатор или свитч (жарг. от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик (на MAC-адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF) всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.
Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI, и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.
Сетевой шлюз — аппаратный маршрутизатор (англ. gateway) или программное обеспечение для сопряжения компьютерных сетей, использующих разные протоколы (например, локальной и глобальной).
Активное сетевое оборудование
Под этим названием подразумевается оборудование, за которым следует некоторая «интеллектуальная» особенность. То есть Маршрутизатор, коммутатор (свитч) и т.д. являются активным сетевым оборудованием. Напротив — повторитель (репитер) и концентратор (хаб) не являются АСО, так как просто повторяют электрический сигнал для увеличения расстояния соединения или топологического разветвления и ничего «интеллектуального» собой не представляют. Но управляемые свитчи относятся к активному сетевому оборудованию, так как могут быть наделены некоей «интеллектуальной особенностью».
Под пассивным сетевым оборудованием подразумевается оборудование, не наделенное «интеллектуальными» особенностями. Например, кабель (коаксиальный и витая пара (UTP/STP)), вилка/розетка (RG58, RJ45, RJ11, GG45), повторитель (репитер), патч-панель, концентратор (хаб), балун (balun) для коаксиальных кабелей (RG-58) и т.д.
Телекоммуникационное оборудование: разбираемся в терминологии и основных отличиях
Сетевое или телекоммуникационное оборудование – класс технических устройств по обеспечению работоспособности различных типов компьютерной сети. Почти в каждую компьютерной сети есть три основных устройства – роутер, коммутатор и межсетевой экран. Каждый вид сетевого оборудования играет свою роль на определенном уровне.
Перечисленные устройства отличаются друг от друга по функционалу, но некоторые отдельно взятые опции могут быть интегрированы в одно оборудование. Путаницу вызывают и разные названия одних и тех же устройств, из-за чего некоторые пользователи испытывают трудности с определением отличий. Например, нередко путают коммутатор с концентратором или маршрутизатор с роутером. Рассмотрим подобнее эти технические устройства и их назначения.
Типы сетевого оборудования
Все оборудование для сетей делят на две группы – активное и пассивное. Устройства из первой группы работают от электричества, но самое главное – принимают активное участие в процессах обработки и передачи данных между другим элементами сети. Фактически такие устройства берут на себя задачу передачи, сортировки и группировки информации. Задача пассивных телекоммуникационных устройств понятна из одного названия: они не принимают активного участия в обработке и передачи данных, но создают условия для работоспособности сети. В эту группу относят розетки, коннекторы, патч-корды, муфты, кроссы и тому подобное.
Коммутатор или свитч
Коммутатор или свитч — устройство, создающее связь между всеми узлами сети с целью организации общей системы и обеспечения доступа пользователя сети ко всем ресурсам.
Чтобы понять роль коммутатора, достаточно представить путепроводы, которые сходятся в одном центральном месте. В компьютерной сети именно свитч является таким центром.
С его помощью не составит труда соединить несколько узлов (компьютеры, мобильные телефоны, любое сетевое оборудование) с тем условием, что данное соединение не выйдет за пределы сегментов сети.
Хаб или концентратор
Хаб (от анг. Hub) или же сетевой концентратор. Если перевести Hub с английского на русский язык, то получим «узел», «разветвление» или «развилка». Нужен с той целью, чтобы объединить компьютеры и физические серверы отдельно взятой компании в единую локальную сеть. Количество допустимых к подключению устройств зависит от числа разъемов/портов на корпусе сетевого концентратора.
Важно понимать разницу между хабом и коммутатором. Любой концентратор – простое и в некотором роде примитивное оборудование. Поступающий пакет данных хаб отправляет каждому подключенному устройству. Конечный ПК или сервер самостоятельно определяет, является ли он адресатом или нет. Если устройство не выступает таковым, то пакет попросту уничтожается. Подобная методика передачи данных отнюдь не практичная.
Разница между концентратором и коммутатором достаточно ощутимая: последний передает пакет данных конкретному адресату, когда хаб этого не делает.
Роутер или маршрутизатор
Многие задаются вопросом, в чем разница между роутером и маршрутизатором? На самом деле, это одно и то же устройство. Он нужен для установления связи между глобальной и локальной сетью. Это полноценный сетевой компьютер, оснащенный минимум одним сетевым интерфейсом. Маршрутизатором называют данное устройство не просто так.
Кроме того, что в переводе с английского router означает «маршрутизатор» так еще это оборудование занимается распределением трафика. Роутер пересылает пакеты с данными разным сегментам сети, а также принимает решение об отправке данных на основании заданных администратором параметров и информации о топологии сети. Настраивается роутер посредством специального ПО или веб-интерфейса.
Любой маршрутизатор оснащен WAN-портом, обеспечивающим подключение к внешнему источнику связи для выхода в Интернет. Модели роутера премиального класса могут иметь встроенный межсетевой экран, который администратор может настроить по своему усмотрению.
Межсетевой экран или Firewall
Любая сеть нуждается в надежной защите. Если защиты не будет, то высока вероятность столкнуться с различного рода неприятностями – взломом и потерей данных. С целью обеспечения защиты был создан межсетевой экран (МСЭ), осуществляющий мониторинг входящего и исходящего трафика. Администратором устанавливается определенный набор правил, в соответствии с которыми и действует Firewall. Решение может быть таким – пропустить или заблокировать определенный трафик.
Межсетевой экран устанавливают в качестве первой оборонной линии компьютерной сети. Причем с этой задачей он справляется уже более 25 лет. В его задачу входит установка барьера между внутренними сетями с доверием и сетями без доверия – интернет.
Сегодня известно несколько разновидностей межсетевого экрана. Одни представлены в качестве специального ПО и сервисов, они схожи на работу прокси-сервера, соединяющего две сети. Другие являются программно-аппаратным комплексом. Аппаратный межсетевой экран – специальное техническое оборудование, у которого процессор, материнская плата и другие составляющие спроектированы под задачи обработки трафика. Для обеспечения более серьезного уровня сетевой безопасности применяются решения по защите от DDoS-атак.
Отличия сетевых устройств
Теперь можно подытожить все вышесказанное.
Коммутатор (свитч) – создает условия для построения локальных сетей. Взаимодействует с таблицей коммутации и MAC-адресами. Обычно настраивается через консоль. Работа коммутатора происходит на канальном уровне, а общение происходит с помощью кадров. Не может являться DHCP-сервером, раздающим IP-адреса. Как правило, устанавливается на предприятиях, где есть необходимость одновременно подключить несколько сетевых устройств и ПК. Бессмыслен в домашних условиях, поскольку он не предназначен для взаимодействия с глобальной сетью.
Сетевой концентратор (хаб) – устаревшее устройство, которое при отправке сообщения направляет его на все подключенное сетевое оборудование. Функционирует примитивно и не отличается какой-либо сложностью настроек.
Роутер (маршрутизатор) – имеет уже большой перечень настроек. Применяется с целью выстраивания локальной сети и для работы шлюза. Возможно его взаимодействие с несколькими сетями и грамотное распределение трафика. Используется повсеместно: дома, офис, при размещении серверов в дата-центре. Часто применяется для распределения трафика между несколькими сетями.
Межсетевой экран (Firewall) отделяет локальную сеть от глобальной. Кроме того, он может быть использован для решения такой задачи, как сегментирование данных повышенной важности от данных не особо важных. Это в какой-то мере обеспечивает защищенность от внутреннего вторжения.
Понимание основных отличий играет принципиально важное значение в вопросе выбора подходящего оборудования для компьютерной сети.
Что относится к сетевым устройствам
В современных сетях используются различные сетевые устройства. Каждое сетевое устройство выполняет специфические функции. Далее я рассматриваю основные виды устройств и их функции. В статье много иллюстраций (картинки кликабельны).
Сетевые устройства
Устройства, подключенные к какому-либо сегменту сети, называют сетевыми устройствами. Их принято подразделять на 2 группы:
- Устройства пользователя. В эту группу входят компьютеры, принтеры, сканеры и другие устройства, которые выполняют функции, необходимые непосредственно пользователю сети;
- Сетевые устройства. Эти устройства позволяют осуществлять связь с другими сетевыми устройствами или устройствами конечного пользователя. В сети они выполняют специфические функции.
Ниже более подробно описаны типы устройств и их функции.
Типы сетевых устройств
Сетевые карты
Устройства, которые связывают конечного пользователя с сетью, называются такжеоконечными узлами или станциями (host). Примером таких устройств является обычный персональный компьютер или рабочая станция (мощный компьютер, выполняющий определенные функции, требующие большой вычислительной мощности. Например, обработка видео, моделирование физических процессов и т.д.). Для работы в сети каждый хост оснащен платой сетевого интерфейса (Network Interface Card — NIC), также называемой сетевым адаптером. Как правило, такие устройства могут функционировать и без компьютерной сети.
Сетевой адаптер представляет собой печатную плату, которая вставляется в слот на материнской плате компьютера, или внешнее устройство. Каждый адаптер NIC имеет уникальный код, называемый MAC-адресом. Этот адрес используется для организации работы этих устройств в сети. Сетевые устройства обеспечивают транспортировку данных, которые необходимо передавать между устройствами конечного пользователя. Они удлиняют и объединяют кабельные соединения, преобразуют данные из одного формата в другой и управляют передачей данных. Примерами устройств, выполняющих перечисленные функции, являются повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы.
Сетевой адаптер (NIC)
Повторители
Повторители (repeater) представляют собой сетевые устройства, функционирующие на первом (физическом) уровне эталонной модели OSI. Для того чтобы понять работу повторителя, необходимо знать, что по мере того, как данные покидают устройство отправителя и выходят в сеть, они преобразуются в электрические или световые импульсы, которые после этого передаются по сетевой передающей среде. Такие импульсы называются сигналами (signals). Когда сигналы покидают передающую станцию, они являются четкими и легко распознаваемыми. Однако чем больше длина кабеля, тем более слабым и менее различимым становится сигнал по мере прохождения по сетевой передающей среде. Целью использования повторителя является регенерация и ресинхронизация сетевых сигналов на битовом уровне, что позволяет передавать их по среде на большее расстояние. Термин повторитель (repeater) первоначально означал отдельный порт ‘‘на входе’’ некоторого устройства и отдельный порт на его ‘‘выходе’’. В настоящее время используются также повторители с несколькими портами. В эталонной модели OSI повторители классифицируются как устройства первого уровня, поскольку они функционируют только на битовом уровне и не просматривают другую содержащуюся в пакете информацию.
Концентраторы
Концентратор — это один из видов сетевых устройств, которые можно устанавливать на уровне доступа сети Ethernet. На концентраторах есть несколько портов для подключения узлов к сети. Концентраторы — это простые устройства, не оборудованные необходимыми электронными компонентами для передачи сообщений между узлами в сети. Концентратор не в состоянии определить, какому узлу предназначено конкретное сообщение. Он просто принимает электронные сигналы одного порта и воспроизводит (или ретранслирует) то же сообщение для всех остальных портов.
Для отправки и получения сообщений все порты концентратора Ethernet подключаются к одному и тому же каналу. Концентратор называется устройством с общей полосой пропускания, поскольку все узлы в нем работают на одной полосе одного канала.
Концентраторы и повторители имеют похожие характеристики, поэтому концентраторы часто называют многопортовыми повторителями (multiport repeater). Разница между повторителем и концентратором состоит лишь в количестве кабелей, подсоединенных к устройству. В то время как повторитель имеет только два порта, концентратор обычно имеет от 4 до 20 и более портов.
Концентратор Cisco Fasthub 108T
Свойства концентраторов
Ниже приведены наиболее важные свойства устройств данного типа:
- концентраторы усиливают сигналы;
- концентраторы распространяют сигналы по сети;
- концентраторам не требуется фильтрация;
- концентраторам не требуется определение маршрутов и коммутации пакетов;
- концентраторы используются как точки объединения трафика в сети.
Функции концентраторов
Концентраторы считаются устройствами первого уровня, поскольку они всего лишь регенерируют сигнал и повторяют его на всех своих портах (на выходных сетевых соединениях). Сетевой адаптер узла принимает только сообщения, адресованные на правильный MAC-адрес. Узлы игнорируют сообщения, которые адресованы не им. Только узел, которому адресовано данное сообщение, обрабатывает его и отвечает отправителю.
Для отправки и получения сообщений все порты концентратора Ethernet подключаются к одному и тому же каналу. Концентратор называется устройством с общей полосой пропускания, поскольку все узлы в нем работают на одной полосе одного канала.
Через концентратор Ethernet можно одновременно отправлять только одно сообщение. Возможно, два или более узла, подключенные к одному концентратору, попытаются одновременно отправить сообщение. При этом происходит столкновение электронных сигналов, из которых состоит сообщение.
Столкнувшиеся сообщения искажаются. Узлы не смогут их прочесть. Поскольку концентратор не декодирует сообщение, он не обнаруживает, что оно искажено, и повторяет его всем портам. Область сети, в которой узел может получить искаженное при столкновении сообщение, называется доменом коллизий.
Внутри этого домена узел, получивший искаженное сообщение, обнаруживает, что произошла коллизия. Каждый отправляющий узел какое-то время ждет и затем пытается снова отправить или переправить сообщение. По мере того, как количество подключенных к концентратору узлов растет, растет и вероятность столкновения. Чем больше столкновений, тем больше будет повторов. При этом сеть перегружается, и скорость передачи сетевого трафика падает. Поэтому размер домена коллизий необходимо ограничить.
Мосты
Мост (bridge) представляет собой устройство второго уровня, предназначенное для создания двух или более сегментов локальной сети LAN, каждый из которых является отдельным коллизионным доменом. Иными словами, мосты предназначены для более рационального использования полосы пропускания. Целью моста является фильтрация потоков данных в LAN-сети с тем, чтобы локализовать внутрисегментную передачу данных и вместе с тем сохранить возможность связи с другими
частями (сегментами) LAN-сети для перенаправления туда потоков данных. Каждое сетевое устройство имеет связанный с NIC-картой уникальный MAC-адрес. Мост
собирает информацию о том, на какой его стороне (порте) находится конкретный MAC-адрес, и принимает решение о пересылке данных на основании соответствующего списка MAC-адресов. Мосты осуществляют фильтрацию потоков данных на основе только MAC-адресов узлов. По этой причине они могут быстро пересылать данные любых протоколов сетевого уровня. На решение о пересылке не влияет тип используемого протокола сетевого уровня, вследствие этого мосты принимают решение только о том, пересылать или не пересылать фрейм, и это решение основывается лишь на MAC-адресе получателя. Ниже приведены наиболее важные свойства мостов.
Свойства мостов
- Мосты являются более «интеллектуальными» устройствами, чем концентраторы. «Более интеллектуальные» в данном случае означает, что они могут анализировать входящие фреймы и пересылать их (или отбросить) на основе адресной информации.
- Мосты собирают и передают пакеты между двумя или более сегментами LAN-сети.
- Мосты увеличивают количество доменов коллизий (и уменьшают их размер за счет сегментации локальной сети), что позволяет нескольким устройствам передавать данные одновременно, не вызывая коллизий.
- Мосты поддерживают таблицы MAC-адресов.
Функции мостов
Отличительными функциями моста являются фильтрация фреймов на втором уровне и используемый при этом способ обработки трафика. Для фильтрации или выборочной доставки данных мост создает таблицу всех MAC-адресов, расположенных в данном сетевом сегменте и в других известных ему сетях, и преобразует их в соответствующие номера портов. Этот процесс подробно описан ниже.
| Этап 1. | Если устройство пересылает фрейм данных впервые, мост ищет в нем MAC-адрес устройства отправителя и записывает его в свою таблицу адресов. |
| Этап 2. | Когда данные проходят по сетевой среде и поступают на порт моста, он сравнивает содержащийся в них MAC-адрес пункта назначения с MAC-адресами, находящимися в его адресных таблицах. |
| Этап 3. | Если мост обнаруживает, что MAC-адрес получателя принадлежит тому же сетевому сегменту, в котором находится отправитель, то он не пересылает эти данные в другие сегменты сети. Этот процесс называется фильтрацией (filtering). За счет такой фильтрации мосты могут значительно уменьшить объем передаваемых между сегментами данных, поскольку при этом исключается ненужная пересылка трафика. |
| Этап 4. | Если мост определяет, что MAC-адрес получателя находится в сегменте, отличном от сегмента отправителя, он направляет данные только в соответствующий сегмент. |
| Этап 5. | Если MAC-адрес получателя мосту неизвестен, он рассылает данные во все порты, за исключением того, из которого эти данные были получены. Такой процесс называется лавинной рассылкой (flooding). Лавинная рассылка фреймов также используется в коммутаторах. |
| Этап 6. | Мост строит свою таблицу адресов (зачастую ее называют мостовой таблицей или таблицей коммутации), изучая MAC-адреса отправителей во фреймах. Если MAC-адрес отправителя блока данных, фрейма, отсутствует в таблице моста, то он вместе с номером интерфейса заносится в адресную таблицу. В коммутаторах, если рассматривать (в самом простейшем приближении) коммутатор как многопортовый мост, когда устройство обнаруживает, что MAC-адрес отправителя, который ему известен и вместе с номером порта занесен в адресную таблицу устройства, появляется на другом порту коммутатора, то он обновляет свою таблицу коммутации. Коммутатор предполагает, что сетевое устройство было физически перемещено из одного сегмента сети в другой. |
Коммутаторы
Коммутаторы используют те же концепции и этапы работы, которые характерны для мостов. В самом простом случае коммутатор можно назвать многопортовым мостом, но в некоторых случаях такое упрощение неправомерно.
Коммутатор Ethernet используется на уровне доступа. Как и концентратор, коммутатор соединяет несколько узлов с сетью. В отличие от концентратора, коммутатор в состоянии передать сообщение конкретному узлу. Когда узел отправляет сообщение другому узлу через коммутатор, тот принимает и декодирует кадры и считывает физический (MAC) адрес сообщения.
В таблице коммутатора, которая называется таблицей MAC-адресов, находится список активных портов и MAC-адресов подключенных к ним узлов. Когда узлы обмениваются сообщениями, коммутатор проверяет, есть ли в таблице MAC-адрес. Если да, коммутатор устанавливает между портом источника и назначения временное соединение, которое называется канал. Этот новый канал представляет собой назначенный канал, по которому два узла обмениваются данными. Другие узлы, подключенные к коммутатору, работают на разных полосах пропускания канала и не принимают сообщения, адресованные не им. Для каждого нового соединения между узлами создается новый канал. Такие отдельные каналы позволяют устанавливать несколько соединений одновременно без возникновения коллизий.
Поскольку коммутация осуществляется на аппаратном уровне, это происходит значительно быстрее, чем аналогичная функция, выполняемая мостом с помощью программного обеспечения (Следует обратить внимание, что мост считается устройством с программной, коммутатор . с аппаратной коммутацией.). Каждый порт коммутатора можно рассматривать как отдельный микромост. При этом каждый порт коммутатора предоставляет каждой рабочей станции всю полосу пропускания передающей среды. Такой процесс называется микросегментацией.
Микросегментация (microsegmentation) позволяет создавать частные, или выделенные сегменты, в которых имеется только одна рабочая станция. Каждая такая станция получает мгновенный доступ ко всей полосе пропускания, и ей не приходится конкурировать с другими станциями за право доступа к передающей среде. В дуплексных коммутаторах не происходит коллизий, поскольку к каждому порту коммутатора подсоединено только одно устройство.
Однако, как и мост, коммутатор пересылает широковещательные пакеты всем сегментам сети. Поэтому в сети, использующей коммутаторы, все сегменты должны рассматриваться как один широковещательный домен.
Некоторые коммутаторы, главным образом самые современные устройства и коммутаторы уровня предприятия, способны выполнять операции на нескольких уровнях. Например, устройства серий Cisco 6500 и 8500 выполняют некоторые функции третьего уровня.
Коммутаторы Cisco серии Catalyst 6500
Иногда к порту коммутатора подключают другое сетевое устройство, например, концентратор. Это увеличивает количество узлов, которые можно подключить к сети. Если к порту коммутатора подключен концентратор, MAC-адреса всех узлов, подключенных к концентратору, связываются с одним портом. Бывает, что один узел подключенного концентратора отправляет сообщения другому узлу того же устройства. В этом случае коммутатор принимает кадр и проверяет местонахождение узла назначения по таблице. Если узлы источника и назначения подключены к одному порту, коммутатор отклоняет сообщение.
Если концентратор подключен к порту коммутатора, возможны коллизии. Концентратор передает поврежденные при столкновении сообщения всем портам. Коммутатор принимает поврежденное сообщение, но, в отличие от концентратора, не переправляет его. В итоге у каждого порта коммутатора создается отдельный домен коллизий. Это хорошо. Чем меньше узлов в домене коллизий, тем менее вероятно возникновение коллизии.
Маршрутизаторы
Маршрутизаторы (router) представляют собой устройства объединенных сетей, которые пересылают пакеты между сетями на основе адресов третьего уровня. Маршрутизаторы способны выбирать наилучший путь в сети для передаваемых данных. Функционируя на третьем уровне, маршрутизатор может принимать решения на основе сетевых адресов вместо использования индивидуальных MAC-адресов второго уровня. Маршрутизаторы также способны соединять между собой сети с различными технологиями второго уровня, такими, как Ethernet, Token Ring и Fiber Distributed Data Interface (FDDI — распределенный интерфейс передачи данных по волоконно»оптическим каналам). Обычно маршрутизаторы также соединяют между собой сети, использующие технологию асинхронной передачи данных ATM (Asynchronous Transfer Mode — ATM) и последовательные соединения. Вследствие своей способности пересылать пакеты на основе информации третьего уровня, маршрутизаторы стали основной магистралью глобальной сети Internet и используют протокол IP.
Маршрутизатор Cisco 1841
Функции маршрутизаторов
Задачей маршрутизатора является инспектирование входящих пакетов (а именно, данных третьего уровня), выбор для них наилучшего пути по сети и их коммутация на соответствующий выходной порт. В крупных сетях маршрутизаторы являются главными устройствами, регулирующими перемещение по сети потоков данных. В принципе маршрутизаторы позволяют обмениваться информацией любым типам компьютеров.
Как маршрутизатор определяет нужно ли пересылать данные в другую сеть? В пакете содержатся IP-адреса источника и назначения и данные пересылаемого сообщения. Маршрутизатор считывает сетевую часть IP-адреса назначения и с ее помощью определяет, по какой из подключенных сетей лучше всего переслать сообщение адресату.
Если сетевая часть IP-адресов источника и назначения не совпадает, для пересылки сообщения необходимо использовать маршрутизатор. Если узел, находящийся в сети 1.1.1.0, должен отправить сообщение узлу в сети 5.5.5.0, оно переправляется маршрутизатору. Он получает сообщение, распаковывает и считывает IP-адрес назначения. Затем он определяет, куда переправить сообщение. Затем маршрутизатор снова инкапсулирует пакет в кадр и переправляет его по назначению.
Брандмауэры
Термин брандмауэр (firewall) используется либо по отношению к программному обеспечению, работающему на маршрутизаторе или сервере, либо к отдельному аппаратному компоненту сети.
Брандмауэр защищает ресурсы частной сети от несанкционированного доступа пользователей из других сетей. Работая в тесной связи с программным обеспечением маршрутизатора, брандмауэр исследует каждый сетевой пакет, чтобы определить, следует ли направлять его получателю. Использование брандмауэра можно сравнить с работой сотрудника, который
отвечает за то, чтобы только разрешенные данные поступали в сеть и выходили из нее.
Аппаратный брандмауэр Cisco PIX серии 535
Голосовые устройства, DSL-устройства, кабельные модемы и оптические устройства
Возникший в последнее время спрос на интеграцию голосовых и обычных данных и быструю передачу данных от конечных пользователей в сетевую магистраль привел к появлению следующих новых сетевых устройств:
- голосовых шлюзов, используемых для обработки интегрированного голосового трафика и обычных данных;
- мультиплексоров DSLAM, используемых в главных офисах провайдеров служб для концентрации соединений DSL»модемов от сотен индивидуальных домашних пользователей;
- терминальных систем кабельных модемов (Cable Modem Termination System — CMTS), используемых на стороне оператора кабельной связи или в головном офисе для концентрации соединений от многих подписчиков кабельных служб;
- оптических платформ для передачи и получения данных по оптоволоконному кабелю, обеспечивающих высокоскоростные соединения.
Беспроводные сетевые адаптеры
Каждому пользователю беспроводной сети требуется беспроводной сетевой адаптер NIC, называемый также адаптером клиента. Эти адаптеры доступны в виде плат PCMCIA или карт
стандарта шины PCI и обеспечивают беспроводные соединения как для компактных переносных компьютеров, так и для настольных рабочих станций. Переносные или компактные компьютеры PC с беспроводными адаптерами NIC могут свободно перемещаться в территориальной сети, поддерживая при этом непрерывную связь с сетью. Беспроводные адаптеры
для шин PCI (Peripheral Component Interconnect — 32-разрядная системная шина для подключения периферийных устройств) и ISA (Industry-Standard Architecture — структура, соответствующая промышленному стандарту) для настольных рабочих станций позволяют добавлять к локальной сети LAN конечные станции легко, быстро и без особых материальных
затрат. При этом не требуется прокладки дополнительных кабелей. Все адаптеры имеют антенну: карты PCMCIA обычно выпускаются со встроенной антенной, а PCI-карты комплектуются внешней антенной. Эти антенны обеспечивают зону приема, необходимую для передачи и приема данных.
Беспроводной сетевой адаптер
Точки беспроводного доступа
Точка доступа (Access Point — AP), называемая также базовой станцией, представляет собой беспроводной приемопередатчик локальной сети LAN, который выполняет функции концентратора, т.е. центральной точки отдельной беспроводной сети, или функции моста — точки соединения проводной и беспроводной сетей. Использование нескольких точек AP позволяет обеспечить выполнение функций роуминга (roaming), что предоставляет пользователям беспроводного доступа свободный доступ в пределах некоторой области, поддерживая при этом непрерывную связь с сетью.
Точка беспроводного доступа Cisco AP 541N
Беспроводные мосты
Беспроводной мост обеспечивает высокоскоростные беспроводные соединения большой дальности в пределах видимости5 (до 25 миль) между сетями Ethernet.
В беспроводных сетях Cisco любая точка доступа может быть использована в качестве повторителя (точки расширения).
Беспроводной мост Cisco WET200-G5 с интегрированным 5-ти портовым коммутатором
Выводы
Сегодня сложно найти устройства выполняющие только одну функцию. Все чаще производители интегрируют в одно устройство несколько функций, которые раньше выполнялись отдельными устройствами в сети. Поэтому деление на типы устройств становится условным. Нужно только ясно отличать функции этих составных устройств и область их применения. Ярким примером такой интеграции, являются маршрутизаторы со встроенными DCHP-серверами и т.д.