Активное сетевое оборудование

Связь между конечными узлами, подключенными к различным кабельным и этическим сегментам, обеспечивается промежуточными системами — активными коммуникационными устройствами. Эти устройства имеют не менее двух портов (интерфейсов). По уровням модели OSI, которыми они пользуются, эти устройства классифицируются следующим образом:

• Повторитель (repeater) — устройство физического уровня, позволяющее преодолевать топологические ограничения кабельных сегментов. Информация из одного кабельного сегмента в другой передается побитно, анализ информации не производится.

• Мост (bridge) — средство объединения сегментов сетей, обеспечивающее передачу кадров из одного сегмента в другой (другие). Кадр, пришедший из одного сегмента, может быть передан (forwarding) в другой или отфильтрован (filtering). Мост MAC-подуровня (MAC Bridge) позволяет объединять сегменты сети в пределах одной технологии. Мост LLC-подуровня (LLC Bridge), он же транслирующий мост (translating bridge), позволяет объединять сегменты сетей и с разными технологиями (например, Ethernet—Fast Ethernet, Ethernet—Token Ring, Ethernet-FDDI).

• Коммутатор (switch) второго уровня выполняет функции, аналогичные функциям мостов, но используется для сегментации — разбиения сетей на мелкие сегменты с целью повышения пропускной способности. Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI, и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Коммутатор хранит в памяти таблицу, в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора.

• Маршрутизатор (router) работает на 3-м уровне и используется для передачи пакетов между сетями. Маршрутизаторы ориентируются на конкретный протокольный стек (TCP/IP, IPX/SPX, AppleTalk); мультипротокольные маршрутизаторы могут обслуживать несколько протоколов. В отличие от повторителей и мостов/коммутаторов, присутствие маршрутизатора известно узлам сетей, подключенных к его интерфейсам. Каждый порт маршрутизатора имеет свой сетевой адрес, на этот адрес узлы посылают пакеты, предназначенные узлам других сетей. Маршрутизатор должен для каждого поступающего пакета решить — отфильтровать его или передать на какой-то другой порт. Как и мосты, маршрутизаторы решают эту задачу с помощью специальной таблицы — таблицы маршрутизации, в которой содержится информация об IP-адресах и масках (под)сетей, подключенных к каждому его порту, а также список соседних маршрутизаторов. По этой таблице маршрутизатор определяет, на какой порт нужно передавать пакет, чтобы он достиг нужной подсети (не обязательно сразу). Если сеть содержит петли, в таблицах маршрутизации может быть несколько записей на одну подсеть, описывающих разные возможные маршруты. Заполнение этих таблиц может осуществляться как динамически (например, с помощью протокола RIP или OSPF), так и статически (вручную). Каждый порт маршрутизатора рассматривается, как отдельный узел сети. Другие узлы должны знать его адрес и направлять пакеты для передачи в другие подсети на этот адрес, а не просто выдавать их в канал (как при прозрачных мостах). Настройка самих маршрутизаторов всегда выполняется явно. При этом возможны выбор оптимальных маршрутов и балансировка нагрузки маршрутизаторов. Хороший маршрутизатор – дорогостоящее устройство ос сложной настройкой. Поэтому маршрутизаторы по возможности заменяют коммутаторами с поддержкой локальной сети.

• Коммутатор третьего уровня (L3 switch) решает задачи, близкие задачам маршрутизаторов, и ряд других (построение виртуальных локальных сетей) с более высокой производительностью. В настоящее время коммутаторы стали «забираться» и на 4-й уровень.

• Сетевой концентратор или Хаб — сетевое устройство, предназначенное для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент сети. В настоящее время почти не выпускаются — им на смену пришли сетевые коммутаторы (свитчи), выделяющие каждое подключенное устройство в отдельный сегмент. Концентратор работает на физическом уровне сетевой модели OSI, повторяет приходящий на один порт сигнал на все активные порты. Концентраторы всегда работают в режиме полудуплекса, все подключенные устройства Ethernet разделяют между собой предоставляемую полосу доступа.

Периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети называется сетевой платой (или сетевой адаптер). Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) вместе со своим драйвером реализует второй, канальный уровень модели открытых систем в конечном узле сети — компьютере. Сетевой адаптер совместно с драйвером выполняют две операции: передачу и прием кадра. В зависимости от того, какой протокол реализует адаптер, адаптеры делятся на Ethernet-адаптеры, Token Ring-адаптеры, FDDI-адаптеры и т. д. В сетевых адаптерах реализована конвейерная схема обработки кадров, то есть процессы приема кадра из оперативной памяти компьютера и передачи его в сеть совмещаются во времени. Таким образом, после приема нескольких первых байтов кадра начинается их передача. Это существенно (на 25-55 %) повышает производительность цепочки оперативная память — адаптер — физический канал — адаптер — оперативная память.