Концентраторы

Концентраторы (Hub) – это центральные устройства кабельной системы или сети физической топологии "звезда", которые при получении пакета на один из своих портов пересылает его на все остальные. Хаб с набором разнотипных портов позволяет объединять сегменты сетей с различными кабельными системами. К порту хаба можно подключать как отдельный узел сети, так и другой хаб или сегмент кабеля.

Концентратор (hub) – это устройство, которое выполняет функции связующего звена для кабеля в сети с топологией «звезда». Каждый компьютер отдельным кабелем подключен к центральному концентратору. Концентратор отвечает за распространение трафика, пришедшего на любой из портов, через все остальные порты. В зависимости от сетевой среды в устройстве концентратора могут быть применены электрические схемы, оптические компоненты или другие технологии для распределения входящего сигнала между всеми выходными портами. Концентратор для оптоволокна, например, использует зеркала для того, чтобы расщепить световые импульсы.

Внешне концентратор представляет собой коробку, либо стоящую отдельно, либо смонтированную в стойке, с пронумерованными портами, к которым подключается кабель.

Для соединения локальных сетей друг с другом используются следующие устройства:

Мосты

Мосты (Bridge) - устройства сети, которые соединяют два отдельных сегмента, ограниченных своей физической длиной. Мосты также усиливают и конвертируют сигналы для кабеля другого типа. Это позволяет расширить максимальный размер сети.

Мосты передают данные между сетями в пакетном виде, не производя в них никаких изменений. Ниже на рисунке показаны три локальные сети, соединённые двумя мостами. Кроме этого, мосты могут фильтровать пакеты, охраняя всю сеть от локальных потоков данных и пропуская наружу только те данные, которые предназначены для других сегментов сети.

Выполняет функцию усиления сигнала, как и повторитель, но вместе с тем имеет способность избирательно отфильтровывать пакеты по их адресам. Пакеты, приходящие на вход моста, пропускаются на выход только в том случае, если они адресованы компьютеру, находящемуся по другую сторону моста. Поскольку мосты не препятствуют прохождению широковещательных сообщений, они также не делят ЛВС на сегменты и не создают интерсети.

Мост (bridge) – это устройство, также используемое для объединения сегментов кабеля ЛВС, но в отличие от концентраторов мосты функционируют на Канальном уровне модели OSI и осуществляют отбор передаваемых через них пакетов. Повторители и концентраторы же разработаны для передачи всего получаемого ими трафика во все присоединенные сегменты кабеля.

Мост имеет два или более портов, подключенных к различным сегментам кабеля, и работает в беспорядочном режиме (promiscuous mode), принимая все пакеты, передаваемые по присоединенным сегментам. Для каждого полученного мостом пакета устройство считывает адрес получателя из заголовка протокола Канального уровня, и, если пакет предназначен для системы, расположенной в другом сегменте, передает пакет в этот сегмент. Если пакет послан системе в локальном сегменте, мост отбрасывает его, поскольку данные уже достигли своего места назначения.

Описанный процесс называется фильтрацией пакетов (packet filtering).

Так же, как концентратор или повторитель, мост не вносит изменений в пакет, каким бы ни было содержание кадра Канального уровня. В результате можно не учитывать протоколы, работающие на Сетевом и вышележащих уровнях, при использовании или установке моста.

Работая таким образом, мост уменьшает количество избыточного трафика в сети, так как не пропускает ненужные пакеты. Широковещательные сообщения, пропускаемые во все присоединенные сегменты, делают возможным применение протоколов, которые опираются на широковещание, подобных NetBEUI, без ручной настройки системы. Однако в отличие от повторителей мост не пересылает данные в присоединенные сегменты до тех пор, пока пакет не будет получен целиком. Поэтому две системы в разделенных мостом сегментах могут передавать данные одновременно, не опасаясь возникновения коллизии. Таким образом, сегменты, соединенные мостом, остаются в единой области широковещания, но в разных областях коллизий.

Например, если производительность сети резко упала из-за большого трафика, сеть можно разделить на два сегмента, установив посередине мост. Это позволит удерживать локальный трафик внутри сегментов и пропускать широковещательный и прочий трафик, предназначенный для других сегментов. Мосты так же, как концентраторы, выполняют ретранслирующие функции, давая тем самым возможность увеличить длину кабеля.

Существуют три основных типа мостов.

· Локальные. Локальный мост обеспечивает фильтрацию пакетов и ретранслирующие услуги для сетевых сегментов одинакового типа. Такой тип устройств также называется мостом МАС – уровня. Это простейший тип моста. Так как он не нуждается в наличии перекодировки пакетов и буферизации. Устройство просто передает пакеты через соответствующие посты или отбрасывает их.

· Преобразующие. Преобразующий мост обеспечивает те же функции, что и локальный мост, за исключением того, что он может соединять сегменты с разными скоростями работы или различными протоколами. Например, можно использовать преобразующий мост, чтобы присоединить Ethernet к Token Ring, 10 Base T к 100 Base T или 100 Base TХ к 100 Base T4. Для мостов данного типа входящие пакеты поднимаются по стеку протоколов до подуровня МАС, где они лишаются своих заголовков протокола Канального уровня и передаются подуровню LLC. Затем данные инкапсулируются соответствующим протоколом для каждого порта, через который мост будет передавать выходящие пакеты. Указанное преобразование усложняет сам мост (и увеличивает его стоимость) и вносит задержку в передачу данных через весь сетевой комплекс, но остается эффективным решением для объединения отдельных сетей в единую область широковещания.

· Удаленные. Удаленный мост соединяет сетевые сегменты, расположенные на значительном расстоянии друг от друга, используя соединение глобальной сети, такое как модем или арендованная (выделенная) линия. Соединения глобальной сети обычно медленнее и дороже, чем соединения ЛВС. Мост сохраняет пропускную способность, минимизируя передаваемый через соединение трафик, и в то же время предоставляя обоим сегментам полный доступ к сети. Из-за разницы в скорости работы локальной и глобальной линий связи удаленный мост обычно имеет внутренний буфер для хранения полученных из ЛВС данных до тех пор, пока они не будут отправлены удаленному узлу сети.

Шлюзы

Шлюзы (Gateway) - программно-аппаратные комплексы, соединяющие разнородные сети или сетевые устройства. Шлюзы позволяет решать проблемы различия протоколов или систем адресации. Шлюз, в отличие от моста, применяется в случаях, когда соединяемые сети имеют различные сетевые протоколы. Поступившее в шлюз сообщение от одной сети преобразуется в другое сообщение, соответствующее требованиям следующей сети.

Маршрутизаторы (Router) - стандартные устройства сети, работающие на сетевом уровне и позволяющее переадресовывать и маршрутизировать пакеты из одной сети в другую. Он позволяет, например, расщеплять большие сообщения на более мелкие порции, обеспечивая тем самым взаимодействие локальных сетей с разным размером пакета. Маршрутизатор может пересылать пакеты на конкретный адрес (мосты могут только отфильтровывают ненужные пакеты), выбирать лучший путь для прохождения пакета.

По определению - это устройство, соединяющее различные ЛВС и формирующее интерсеть. Также как и мост, маршрутизатор пропускает только информацию, предназначенную для сегмента, с которым он соединен. Однако, в отличие от повторителей и мостов, маршрутизаторы препятствуют прохождению широковещательных сообщений. Они могут объединять и сети различных типов (например, Ethernet и Token Ring), в то время как мосты и повторители могут интегрировать только однотипные сети или сетевые сегменты.

Большинство людей представляет себе маршрутизаторы как дорогие, специализированные устройства для крупных корпоративных сетей. Во многих случаях это, конечно, совершенно верно, но маршрутизатор может также действовать и в значительно меньших масштабах. Если, например, домашний компьютер используется для связи по телефонной линии с системой, расположенной в офисе и доступа к ресурсам корпоративной сети, то офисная система функционирует как маршрутизатор.

Маршрутизаторы зависят от протокола. Они должны поддерживать протокол Сетевого уровня, используемый каждым пакетом. Безусловно, наиболее широко применяемым сегодня протоколом Сетевого уровня является Internet Protocol (IP, межсетевой протокол), который лежит в основе Интернета и большинства частных сетей.

Основная функция маршрутизатора – обработать каждый пакет, полученный от одной из сетей, к которым он подключен, и передать пакет дальше в пункт его назначения через другую сеть. Перед маршрутизатором стоит задача выбрать сеть, которая обеспечит лучший маршрут к месту его назначения для каждого пакета. Каждый маршрутизатор на пути пакета отмечается как транзит (hop), и конечная его цель состоит в том, чтобы доставить пакет с наименьшим количеством транзитов.