Оборудование для телекоммуникационных сетей (стр. 1 из 7)

1 Специальная часть

1.1 Обзор литературы

1.1.1 Оборудование для телекоммуникационных сетей

Для того, чтобы понять для чего предназначен коммутатор, какие задачи и функции должен выполнять необходимо ознакомиться с основами технологии организации кабельных систем сети и архитектурой локальных вычислительных сетей.

В основе построения любой сети стоит эталонная модель OSI (OpenSystemInterconnection, Взаимодействие открытых систем). Эта модель разделяет работающее оборудование и процессы, происходящие при объединении компьютерных сетей согласно логике их работы. Каждый из уровней выполняет свою специфическую, функцию тем самым, облегчая проектирование всей системы в целом. При сетевом обмене сообщаются соответствующие уровни двух компьютеров. Делается это не напрямую, а путем запроса на обслуживание у ниже лежащего. Уровни могут иметь одинаковую реализацию, а могут и разную. Самое главное то, что они идентично работают, демонстрируя полное взаимопонимание. Самому нижнему уровню не некого “свалить” работу, поэтому физическая реализация должна совпадать (по крайней мере, на уровне одного сегмента сети).

На каждом из уровней единицы информации называются по-разному. На физическом уровне мельчайшая единица - бит. На канальном уровне информация объединена во фреймы, на сетевом уровне мы говорим о дейтаграммах. На транспортном уровне единицей измерения является сегмент. Прикладные уровни обмениваются сообщениями. Прямая параллель с файловой системой на диске - локальные изменения намагниченности (биты) объединены в сектора, имеющие заголовки, сектора объединяются в блоки, а те, в свою очередь, в файлы, тоже имеющие заголовки, содержащие служебную информацию.

Важно понимать, что эталонная модель не является чем-то реальным, таким, что обеспечивает связь. Сама по себе она не заставляет коммуникации функционировать и служит лишь для классификации. Она классифицирует то, что непосредственно вместе работает, а именно – протоколы. Протоколы считаются набором спецификаций, определяющих реализацию одного или нескольких уровней OSI. Спецификация протоколов разрабатываются стандартизирующими организациями, так и производителями оборудования. Многие разработанные производителями протоколы оказываются настолько успешными, что применяются не только разработчиками, но и другими фирмами становясь стандартом де-факто.

Физический уровень определяет механические и электрические параметры среды передачи, сетевых плат, соединителей, способы помещения информации в среду, передачи и извлечения ее оттуда. Спецификации физического уровня определяют тип разъема и назначение ножек, уровень сигнала, скорость передачи и т.д.

Канальный уровень формирует из битов, получаемых от физического уровня, последовательности пакетов или фреймов. Здесь также осуществляется управление доступом к разделяемой всеми сетевыми устройствами передающей среде, обнаруживается и корректируется часть ошибок. Как и большинство других уровней, канальный добавляет заголовок передаваемой информации. В заголовке обычно содержится физический адрес приемника, адрес источника и другая информация.

Сетевой уровень заведует движением информации по сетям, состоящим из нескольких или многих сегментов. Для успешного решения этой задачи в протокол данного уровня вносится информация о логическом адресе источника и адреса пакета. При прохождении пакетов через узлы, соединяющие различные сети, эта информация анализируется, и пакет пересылается к следующему узлу, принадлежащему уже другому сегменту. Информация о том, куда пересылать пакет, может содержаться в таблицах устройства, выполняющего роль маршрутизатора, или вычисляться в реальном времени. Таким образом, пакеты путешествуют по сети, переходя от узла к узлу. В функции сетевого уровня входит также идентификация и удаление “заблудившихся” пакетов, то есть таких которые прошли через некоторое число узлов, но так и не попали к адресату.

Транспортный уровень находится в самом центре эталонной модели. Он отвечает за гарантированную доставку данных, компенсируя ошибки которые могут возникать при работе нижележащих уровней. “Гарантированная” доставка не означает, что данные попадут к адресату в любом случае: оборванный кабель, отстыкованный разъем, вышедшая из строя сетевая карта - все это “гарантирует именно недоставку”. Однако, надежные реализации протоколов транспортного уровня обеспечивают подтверждение успеха или не успеха доставки, информируя вышележащие уровни, которые предают сообщения по требовавшему обслуживания программному приложению. Гарантированная доставка осуществляется при помощи различных механизмов, среди которых - установление и разрыв соединения, механизм подтверждения и контроль скорости потока.

Сеансовый уровень отвечает за вызовы удаленных процедур. Это специальный поддерживаемый соответствующими протоколами интерфейс, при котором вызов программной процедуры производится на одном компьютере, а выполнение - на другом, после чего результат возвращается к вызвавшей программе так, словно процедура была выполнена локально. Сеансовый уровень также контролирует установление, течение и завершение сеанса связи между взаимодействующими программами, что и отражается в его названии.

Представительский уровень занимается преобразованиями формата, упаковкой, распаковкой, шифрованием и дешифрованием здесь осуществляется преобразование исключительно формата, а не логической структуры данных. То есть, представляет данные в том виде и формате, какой необходим для последнего из вышележащих уровней.

Последний прикладной уровень. Он отвечает за интерфейс с пользователем и взаимодействие прикладных программ, выполняемых на взаимодействующих компьютерах. Предоставляемые услуги - электронная почта, идентификация пользователей, передача файлов и т.п.

Рисунок 1 – Семиуровневая модель OSIдля протоколов связи локальных сетей

Исходя из выше сказанного и анализа основных тенденций развития сетевых технологий, считается наиболее перспективным использование архитектуры Ethernet. Эта технология на обозримое будущее останется самой распространенной и наиболее подходящей для реализации по соотношению цена/производительность.

Повторители

В начале 80-х годов сети Ethernet организовывались на базе шинной топологии с использованием сегментов на основе коаксиального кабеля длиной до 500 метров. Увеличение размеров сетей поставило задачу преодоления 500-метрового барьера. Для решения этой задачи использовались повторители (repeater) (рисунок 2):

Рисунок 2 – Принцип деления среды повторителем

Повторитель просто копирует (пересылает) все пакеты Ethernet из одного сегмента во все другие, подключенные к нему. Основной задачей повторителя является восстановление электрических сигналов для передачи их в другие сегменты. За счет усиления и восстановления формы электрических сигналов повторителем становится возможным расширение сетей, построенных на основе коаксиального кабеля и увеличение общего числа пользователей сети.

Мосты и маршрутизаторы

При использовании повторителей максимальная протяженность сети составляет 2500 метров. Для преодоления этого ограничения требуются другие устройства, называемые мостами (bridge) (рисунок 3). Мосты имеют много отличий от повторителей. Повторители передают все пакеты, а мосты только те, которые нужно. Если пакет не нужно передавать в другой сегмент, он фильтруется. Для мостов существуют многочисленные алгоритмы (правила) передачи и фильтрации пакетов минимальным требованием является фильтрация пакетов по адресу получателя.

Другим важным отличием мостов от повторителей является то, что сегменты, подключенные к повторителю образуют одну разделяемую среду, а сегменты, подключенные к каждому порту моста образуют свою среду с полосой 10 Mbps. При использовании моста пользователи одного сегмента разделяют полосу, а пользователи разных сегментов используют независимые Среды. Следовательно, мост обеспечивает преимущества как с точки зрения расширения сети, так и обеспечения большей полосы для каждого пользователя.

Рисунок 3 – Принцип деления среды мостом

Поначалу в сетях Ethernet использовалась шинная топология на основе коаксиального кабеля, а для расширения сетей применялись 2-х портовые повторители или мосты. Однако, в конце 80-х годов началось широкое распространение сетей на основе кабеля со скрученными парами проводников (витая пара). Новая технология 10Base-T стала очень популярной и привела к трансформации топологии сетей от шинной магистрали к организации соединений типа "звезда". Требования к повторителям и мостам для таких сетей существенно изменились по сравнению с простыми двухпортовыми устройствами для сетей с шинной топологией - современные мосты и повторители представляют собой сложные многопортовые устройства. Мосты позволяют сегментировать сети на меньшие части, в которых общую среду разделяет небольшое число пользователей.

Рисунок 4 – Совместное применение мостов и повтоителей

Маршрутизаторы, подобно мостам, также позволяют сегментировать сети Ethernet. маршрутизаторы фильтруют и пересылают сетевой трафик на основе алгоритмов и правил, существенно отличающихся от тех, что используются мостами. Такой способ сегментирования сетей более дорог многопортовые мосты и маршрутизаторы обычно стоят около $1,000 за порт.

Коммутаторы

Сетевой коммутатор или свитч (жарг. от англ. switch – переключатель) – устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. Когда появились первые устройства, позволяющие разъединять сеть на несколько доменов коллизий (по сути фрагменты ЛВС, построенные на hub-ах), они были двух портовыми и получили название мостов (bridge-ей). По мере развития данного типа оборудования, они стали многопортовыми и получили название коммутаторов (switch-ей). Некоторое время оба понятия существовали одновременно, а позднее вместо термина “мост” стали применять “коммутатор”. Коммутатор производит коммутацию входящих в его порты информационных потоков, направляя их в соответствующие выходные порты (рисунок 5).