Hi-Tech → Сетевые устройства

Сетевыми устройствами называются аппаратные средства, используемые для объединения сетей. По мере увеличения размеров и сложности компьютерных сетей усложняются и сетевые устройства, которые их соединяют. Однако.. для чего все это нужно?..

Если одно устройство хочет отправить данные другому устройству, то оно может установить связь этим устройством, используя его адрес доступа к среде передачи данных (МАС-адрес). Перед отправкой в сеть, источник прикрепляет к отправляемым данным...
*****
МАС-адрес требуемого получателя. По мере движения данных по носителю сетевые адаптеры(NIC) каждого устройства в сети сравнивают свой МАС-адрес с физическим адресом, содержащимся в пакете полученных данных. Если эти адреса не совпадают, сетевой адаптер игнорирует пакет данных и пакет продолжает движение по сети к следующему узлу. Если же адреса совпадают, сетевой адаптер делает копию пакета данных и размещает ее на канальном уровне компьютера. После этого исходный пакет данных продолжает движение по сети, и каждый следующий сетевой адаптер проводит аналогичную процедуру сравнения..

Хотя подход, при котором данные отправляются каждому устройству в сети, оправдывает себя для сравнительно небольших сетей, легко догадаться, что с увеличением сети возрастает трафик. А это может стать серьезной проблемой.. Если же все устройства в сети объединяются одним кабелем, такой подход приводит к замедлению движения потока данных по сети..


Вообще говоря все сетевые устройства служат для решения одной или нескольких общих задач:

• Увеличивают число узлов, подключаемых к сети. Узлом называется конечная точка сетевого соединения или общая переходная точка двух или более линий в сети. Узлами могут быть процессоры, контроллеры или рабочие станции. Они отличаются способом маршрутизации и другими возможностями; они могут соединяться линиями связи и служат точками управления сети. Термин "узел" иногда используется в более широком смысле для обозначения любого объекта, имеющего доступ к сети, и часто применяется в качестве синонима термина "устройство".
• Увеличивают расстояние, на которое может простираться сеть.
• Локализуют трафик в сети.
• Могут объединять существующие сети.
• Изолируют сетевые проблемы, делая их диагностику более простой.

Теперь в частном порядке..

Повторители

Предназначен для увеличения расстояния сетевого соединения путём повторения электрического сигнала «один в один». Бывают однопортовые 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.

Физическая среда накладывает на этот процесс своё ограничение - рано или поздно мощность сигнала падает, и приём становится невозможным. При этом не имеет значения абсолютное значение амплитуды - для распознавания важно соотношение сигнал/шум.

Проблема не нова, и в таких ситуациях применяют не усиление, а повторение сигнала. При этом устройство на входе должно принимать сигнал, далее распознавать его первоначальный вид, и генерировать на выходе его точную копию.



Достоинства:
· это самый дешёвый способ расширить сеть.
· могут передавать пакеты из одного типа физического носителя в другой. Например, из витой пары в оптоволокно.

Недостатки:
· Отсутствие изоляции трафика. Повторители передают из сегмента в сегмент каждый бит данных, даже если данные состоят из искаженных пакетов или из пакетов, не предназначенных для этого сегмента. В результате проблемы одного сегмента могут повредить всем остальным сегментам.
· не имеют функции преобразования и фильтрации.
· будут передавать из сегмента в сегмент и лавину широковещательных пакетов, распространяя их по всей сети, что сильно снижает производительность сети.

Концентраторы

Хаб ("по совместительству" он же повторитель, разветвитель, концентратор, repeater, hub) - многопортовый повторитель сети с автосегментацией. Все порты концентратора равноправны. Получив сигнал от одной из подключенных к нему станций, концентратор транслирует его на все свои активные порты. При этом, если на каком-либо из портов обнаружена неисправность, то этот порт автоматически отключается (сегментируется), а после ее устранения снова делается активным. Обработка коллизий и текущий контроль за состоянием каналов связи обычно осуществляется самим концентратором. Концентраторы можно использовать как автономные устройства или соединять друг с другом, увеличивая тем самым размер сети и создавая более сложные топологии. Кроме того, возможно их соединение магистральным кабелем в шинную топологию. Автосегментация необходима для повышения надежности сети. Ведь Hub, заставляющий на практике применять звездообразную кабельную топологию, находится в рамках стандарта IEEE 802.3 и тем самым обязан обеспечивать соединение типа МОНОКАНАЛ.



Концентраторы работают на физическом уровне (Уровень 1 базовой эталонной модели OSI). Поэтому они не чувствительны к протоколам верхних уровней. Результатом этого является возможность совместного использования различных операционных систем (Novell NetWare, SCO UNIX, EtherTalk, LAN Manager и пр., совместимые с сетями Ethernet или IEEE 802.3). Есть, правда, определенное "давление" на хозяина сети при использовании программ управления сетью: управляющие программы, как правило, используют для связи с SNMP оборудованием протокол IP. Поэтому в части управления сетью приходится использовать только этот протоколы и соответственно операционные оболочки на станциях управления сетью. Но это не очень серьезное давление, ибо протокол IP является, наверное, самым популярным.

Все концентраторы обладают следующими характерными эксплуатационными признаками:

· оснащены светодиодными индикаторами, указывающими состояние портов (Port Status), наличие коллизий (Collisions), активность канала передачи (Activity), наличие неисправности (Fault) и наличие питания (Power), что обеспечивает быстрый контроль состояния всего концентратора и диагностику неисправностей;
· при включении электропитания выполняют процедуру самотестирования, а в процессе работы - функцию самодиагностики;
· имеют стандартный размер по ширине - 19'';
· обеспечивают автосегментацию портов для изоляции неисправных портов и улучшения сохранности сети (network integrity);
· обнаруживают ошибку полярности при использовании кабеля на витой паре и автоматически переключают полярность для устранения ошибки монтажа;
· поддерживают конфигурации с применением нескольких концентраторов, соединенных друг с другом либо посредством специальных кабелей и stack-портов, либо тонкой коаксиальной магистрали, включенной между портами BNC, либо посредством оптоволоконного или толстого коаксиального кабеля подключенного через соответствующие трансиверы к порту AUI, либо посредством UTP кабелей, подключенных между портами концентраторов;
· поддерживают речевую связь и передачу данных через один и тот же кабельный жгут;
· прозрачны для программных средств сетевой операционной системы;
· могут быть смонтированы и введены в действие в течении нескольких минут.

Мосты
..он же bridge, он же коммутатор(switch).

Мост как и повторитель может соединять сегменты или локальные сети рабочих групп. Однако в отличии от повторителя мост позволяет разбить сеть на несколько сегментов изолировав за счёт этого часть трафика или возникшую проблему.

Мосты фильтруют трафик только по МАС-адресу, поэтому они могут быстро пропускать трафик, представляющий любой протокол сетевого уровня. Так как мосты проверяют только МАС-адрес, протоколы не имеют для них значения. Как следствие, мосты отвечают только за то, чтобы пропускать или не пропускать пакеты дальше, основываясь при этом на содержащихся в них МАС-адресах. Можно выделить следующие наиболее важные особенности мостов.
• Они более интеллектуальны, чем концентраторы, т.е. могут анализировать приходящие пакеты и пропускать (или не пропускать) их дальше на основании адресной информации.
• Принимают и пропускают пакеты данных между двумя сетевыми сегментами.
• Управляют широковещательными пакетами в сети.
• Имеют и ведут внутренние таблицы адресов.

Принцип работы:
Мосты работают на канальном уровне модели OSI. Допускают использование в сети всех протоколов. Мост подуровня Управления доступом к среде выполняет следующие действия:
· «слушает» весь трафик;
· проверяет адреса источника и получателя каждого пакета;
· строит таблицу маршрутизации;
· передает пакеты.
Таблица маршрутизации хранит список адресов узлов сети.
В начале работы таблица маршрутизации моста пуста.

Создание таблицы маршрутизации:
Мосты строят таблицы маршрутизации на основе адресов компьютеров, которые передавали данные в сеть. Точнее, мосты используют адреса ПК – источников сообщений. Принимая пакет, мост ищет адрес источника в таблице маршрутизации. Если адрес источника не найден, он добавляет его в таблицу. Затем мост сравнивает адреса назначения с базой данных таблицы маршрутизации.
· Если адрес получателя есть в таблице маршрутизации и адресат находится в одном сегменте с источником, пакет отбрасывается. Эта фильтрация уменьшает сетевой трафик и изолирует сегменты сети.
· Если адрес получателя есть в таблице маршрутизации, а адресат и источник находятся в разных сегментах, мост передает пакет адресату через соответствующий порт.
· Если адреса получателя нет в таблице маршрутизации, мост передает пакет во все свои порты, исключая тот, через который пакет был принят.

Достоинства:
· Мосты обладают всеми возможностями повторителей.
· C помощью таблицы маршрутизации, управляя передачей пакетов в сегменты, мосты способны уменьшить сетевой трафик. Этот процесс называется сегментацией сетевого трафика.
· Мосты соединяют сегменты с разными методами доступа.

Недостатки:
· Мосты не могут одновременно поддерживать несколько маршрутов.
· Мосты пропускают все широковещательные сообщения, которые приводят к перегрузке сети.
· Мосты пропускают пакеты с неизвестным адресом получателя.

Дополнительно можно почитать --> Мини-HOWTO: Мосты Ethernet

Маршрутизаторы

Маршрутизатор или роутер (от англ. router) — сетевое устройство, пересылающее пакеты сетевого уровня (уровень 3 модели OSI) между различными сегментами сети, основываясь при этом на информации о топологии сети и определённых правилах.

Из этого определения вытекает, что маршрутизатор, прежде всего, необходим для определения дальнейшего пути данных, посланных в большую и сложную сеть. Пользователь такой сети отправляет свои данные в сеть и указывает адрес своего абонента. Данные проходят по сети и в точках с разветвлением маршрутов поступают на маршрутизаторы, которые как раз и устанавливаются в таких точках.



Классификация маршрутизаторов

По своему предназначению современные маршрутизаторы могут быть классифицированы следующим образом:

• Магистральные маршрутизаторы предназначены для построения центральной сети корпорации, которая может состоять из большого числа локальных сетей, разбросанных по разным зданиям и использующих разнообразные сетевые технологии, компьютеры и операционные системы.
• Маршрутизаторы региональных отделений корпорации соединяют их между собой и с центральной сетью.
• Маршрутизаторы удаленных офисов соединяют, как правило, единственную локальную сеть удаленного офиса с центральной сетью или сетью регионального отделения при помощи каналов и средств глобальной связи.
• Маршрутизаторы локальных сетей предназначены для разделения крупных локальных сетей на подсети.



Маршрутизаторы подразделяются на два основных типа:
· Статические маршрутизаторы – администратор вручную создаёт и конфигурирует таблицу маршрутизации.
· Динамические маршрутизаторы автоматически определяют маршруты и требуют минимальной настройки (Ручное конфигурирование первого маршрута). Они сложнее статических, так как анализируют информацию от других маршрутизаторов и для каждого пакета принимают отдельное решение о маршруте передачи данных через сеть.

Маршрутизаторы и мосты отличаются друг от друга в нескольких аспектах. Во-первых, мостовые соединения осуществляются на канальном уровне, в то время как маршрутизация выполняется на сетевом уровне эталонной модели OSI. Во-вторых, мосты используют
физические или МАС-адреса для принятия решения о передаче данных. Маршрутизаторы для принятия решения используют различные схемы адресации, существующие на уровне 3. Они используют адреса сетевого уровня, также называемые логическими, или IP-адресами (Internet Protocol). Поскольку IP-адреса реализованы в программном обеспечении и соотносятся с сетью, в которой находится устройство, иногда адреса уровня 3 называют еще протокольными или сетевыми адресами. Физические или МАС-адреса обычно устанавливаются производителем сетевого адаптера и зашиваются в адаптере на аппаратном уровне; IP-адреса обычно назначаются сетевым администратором.

-------
Основы организации сетей
wiki
nag.ru
hub.ru
citforum.ru
datasystems.ru