Учебно-методическое пособие представляет собой первую часть конспекта лекций по дисциплине «Компьютерные сети и системы» (стр. 5 из 28)
Сетевое оборудование делится на активное и пассивное. Для активного оборудования (сетевые карты компьютеров, концентраторы, повторители и др.) необходимы источники питания, пассивное оборудование (кабели, соединительные разъемы, коммутационные панели и др.) подачи энергии не требует. Кроме того, в сетях используются также вспомогательное оборудование (устройства бесперебойного питания, кондиционеры) и аксессуары (монтажные стойки, шкафы, кабелепроводы и др.).
Повторители и концентраторы/хабы
Простейшее из коммуникационных устройств – повторитель (repeater) – используется для физического соединения различных сегментов кабеля одной локальной сети с целью увеличения общей длины сети (рис.3). Репитер передает сигналы, приходящие из одного сегмента сети, в другие ее сегменты. Повторитель позволяет снять ограничения на длину линий связи за счет улучшения качества передаваемого сигнала (мощности, амплитуды, фронтов).
Повторитель, который имеет более двух портов и соединяет несколько физических сегментов, часто называют концентратором или хабом (hub – центр деятельности). Это название отражает тот факт, что в нем сосредоточены все связи между сегментами сети. Концентраторы характерны практически для всех базовых технологий локальных вычислительных сетей – Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 100VG-AnyLAN.
Рис.3. Соединение сегментов локальной сети Ethernet 10Base-2 с помощью повторителей.
В работе концентраторов любых технологий много общего – они повторяют сигналы, пришедшие с одного из своих портов, на других своих портах. Разница состоит в том, на каких именно портах повторяются сигналы. Так, концентратор Ethernet повторяет входной сигнал на всех своих портах, кроме того порта, с которого эти сигнал поступил. А концентратор Token Ring повторяет входной сигнал, поступивший с некоторого порта, только на том порту, к которому подключен следующий в кольце компьютер.
Для связи нескольких сетей друг с другом используются более сложные коммуникационные устройства, называемые мостами, маршрутизаторами и шлюзами. Обычно эти устройства представляет собой компьютер, на котором установлено несколько сетевых адаптеров - по одному на каждую соединяемую сеть.
Мосты (bridges) используются для связи подсетей с одинаковыми коммуникационными системами. Так, например, с помощью моста можно соединить сеть Ethernet с сетью Ethernet, или сеть Token Ring с сетью Token Ring. Основное назначение мостов состоит в передаче кадров из одной сети в другую или блокирование такой передачи. Главным достоинством мостов является повышение производительности LAN за счет деления большой сети на несколько маленьких подсетей.
Мост изолирует трафик одной подсети от трафика других подсетей, в результате повышая общую производительность передачи данных в сети. Мост выполняет деление сети на изолированные подсети достаточно упрощенно: он запоминает, через какой порт на него поступил кадр данных от каждого компьютера сети, и в дальнейшем выдает кадр, предназначенный для этого компьютера, через этот порт. Адрес компьютера в сети с мостом не содержит никакой информации о принадлежности компьютера к некоторой подсети.
Локализация трафика не только экономит пропускную способность, но и уменьшает возможность несанкционированного доступа к данным, т.к. многие кадры не выходят за пределы своей подсети и их сложнее перехватить злоумышленнику.
На рис.4 приведен пример логической структуризации сети с помощью моста. Сети 1-го и 2-го отделов представляют собой отдельные логические сегменты/подсети, а сеть 3-го отдела состоит из двух логических сегментов/подсетей. Каждый логический сегмент построен на базе концентратора, к портам которого посредством отрезков кабеля подключаются все компьютеры отдела.
Рис. 4. Логическая структуризация сети с помощью моста.
Коммутатор (switch) по принципу обработки кадров практически ничем не отличается от моста. Основная особенность коммутатора состоит в том, что каждый его порт оснащен специализированным процессором, независимым от процессоров других портов. За счет этого общая производительность коммутатора намного выше производительности обычного моста, имеющего один процессорный блок.
Можно сказать, что коммутаторы – это мосты нового поколения, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме.
Маршрутизаторы (routers) могут преобразовывать коммуникационные пакеты из одного формата в другой (позволяя связывать между собой сети разного типа), но использующие одинаковый стек протоколов (TCP/IP или IPX/SPX и др.). Например, с помощью маршрутизатора можно связать сеть Ethernet с сетью Token Ring при условии, что эти сети используют одинаковый стек протоколов, например, IPX/SPX (рис.5). Маршрутизаторы образуют логические сегменты посредством явной адресации подсетей.
 |
Рис.5. Объединение двух сетей с помощью маршрутизатора
Кроме локализации трафика маршрутизаторы выполняют еще много полезных функций. Так, маршрутизаторы могут работать в сети с замкнутыми контурами и при этом выбирать наиболее рациональный маршрут из нескольких возможных.
Сеть, представленная на рис.6, отличается тем, что между подсетями отделов 1 и 2 проложена дополнительная связь, которая может использоваться как для повышения производительности сети, так и для повышения ее надежности. В сети с мостами (рис.4) использование резервных связей не допускается.
Рис.6. Логическая структуризация сети с помощью маршрутизатора.
Шлюзы (gateways) позволяют соединять между собой произвольные сети, работающие на разных компьютерным платформах и использующие различные стеки сетевых протоколов. Например, с помощью шлюза можно соединить сеть, использующую сетевой протокол TCP/IP, с сетью, использующей сетевой протокол IPX/SPX.
Обычно основной причиной, по которой в сети используется такое дорогое устройство, как шлюз, является необходимость объединить сети с разными типами системного и прикладного программного обеспечения, а не желание локализовать трафик. Тем не менее, в качестве побочного эффекта шлюз обеспечивает и локализацию трафика.
Для конечного пользователя сеть – это не компьютеры, кабели, концентраторы и даже не информационные потоки. Для него сеть – это, прежде всего, тот набора служб/услуг, с помощью которых он получает возможность просмотреть список имеющихся в сети компьютеров, прочитать удаленный файл, распечатать документ на разделяемом принтере, послать почтовое сообщение и т.д. Такие сетевые службы называются прикладными.
Кроме собственно обмена полезными данными, сетевые службы должны дополнительно решать и специфические задачи: обеспечивать непротиворечивость нескольких копий данных, размещенных на нескольких машинах (служба репликации); организовывать параллельное выполнение задачи на нескольких машинах (служба вызова удаленных процедур); выполнять административные функции (служба администрирования сети) и др. Сетевые службы, решающие служебные задачи, называются системными.
Реализация системных и прикладных служб осуществляется программными средствами. Основные службы (файловая и печати) обычно встроены в сетевую операционную систему, а вспомогательные (баз данных, факса, голоса) службы реализуются системными сетевыми приложениями или утилитами, работающими в тесном контакте с сетевой ОС.
Топологии физических и логических связей в сетях
Сети различаются по многим признакам:
· по скорости передачи;
· по типу используемого кабеля;
· по физическому расположению кабеля;
· по формату пакетов (кадров).
Для классификации сетей широко используют два термина: архитектура и топология. Архитектура сети описывает конкретный стандарт сети, например, Ethernet, Token Ring, которые могут иметь подтипы, например Ethernet 10Base-2. Топология сети определяет физическое расположение кабеля сети или логическую связь информационных потоков в сети.
Топология сети – это способ организации физических/логических связей в сети, представленная в виде графа.
Таким образом, различают физическую топологию, определяющую правила физических соединений узлов (прокладку реальных кабелей), и логическую топологию, определяющую направление потоков данных между узлами сети. Конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров между собой и может отличаться от конфигурации логических связей между узлами сети. Логическая и физическая топологии сети относительно независимы друг от друга.
 а) топология звезды |  б) кольцевая топология |
 в) шинная топология |  г) ячеистая топология |
Рис.7. Типы физических топологий сети.