Логическая топология сети Ethernet - это шина с множественным доступом, в которой все устройства используют общий доступ к одной и той же среде передачи данных. Эта логическая топология определяет, как узлы в сети просматривают и обрабатывают кадры, отправляемые и получаемые в этой сети. Тем не менее, в настоящее время практически во всех сетях Ethernet используется физическая топология типа «звезда» или «расширенная звезда». Это означает, что в большинстве сетей Ethernet оконечные устройства, как правило, подключаются к коммутатору LAN уровня 2 по принципу «точка-точка».
Коммутатор LAN уровня 2 осуществляет коммутацию и фильтрацию только на основе МАС-адреса канального уровня модели OSI. Коммутатор полностью прозрачен для сетевых протоколов и пользовательских приложений. Коммутатор уровня 2 создаёт таблицу МАС-адресов, которую в дальнейшем использует для принятия решений о пересылке пакетов. В процессе передачи данных между независимыми IP-подсетями коммутаторы уровня 2 полагаются на маршрутизаторы.
Коммутаторы используют MAC-адреса для передачи данных по сети через свою коммутирующую матрицу на соответствующий порт в направлении узла назначения. Коммутирующая матрица представляет собой интегрированные каналы и дополняющие средства машинного программирования, что позволяет контролировать пути прохождения данных через коммутатор. Чтобы коммутатор смог понять, какой порт необходимо использовать для передачи кадра одноадресной рассылки, сначала ему необходимо узнать, какие узлы имеются на каждом из его портов.
Коммутатор определяет способ обработки входящих кадров, используя для этого собственную таблицу МАС-адресов. Он создаёт собственную таблицу MAC-адресов, добавляя в нее MAC-адреса узлов, которые подключены к каждому из его портов. После внесения MAC-адреса для того или иного узла, подключённого к определённому порту, коммутатор сможет отправлять предназначенный для этого узла трафик через порт, который сопоставлен с узлом для последующих передач.
Если коммутатор получает кадр данных, для которого в таблице нет MAC-адреса назначения, он пересылает этот кадр на все порты, за исключением того, на котором этот кадр был принят. Если от узла назначения поступает ответ, коммутатор вносит MAC-адрес узла в таблицу адресов, используя для этого данные из поля адреса источника кадра. В сетях с несколькими подключёнными коммутаторами в таблицы MAC-адресов вносятся несколько MAC-адресов портов, соединяющих коммутаторы, которые отражают элементы за пределами узла. Как правило, порты коммутатора, используемые для подключения двух коммутаторов, имеют несколько MAC-адресов, внесённых в соответствующую таблицу.
В прошлом коммутаторы использовали один из следующих способов пересылки для коммутации данных между сетевыми портами:
Коммутация с буферизацией
Коммутация без буферизации
При коммутации с буферизацией, когда коммутатор получает кадр, он хранит данные в буфере до тех пор, пока не будет получен весь кадр. Во время сохранения коммутатор анализирует кадр, чтобы получить информацию о его адресате. При этом коммутатор также выполняет проверку на наличие ошибок, используя концевую часть кадра Ethernet циклического контроля избыточности (CRC).
При использовании коммутации без буферизации коммутатор обрабатывает данные по мере их поступления даже в том случае, если передача ещё не завершена. Коммутатор добавляет в буфер именно такое количество кадра, которое требуется для чтения MAC-адреса назначения, чтобы он смог определить, на какой порт пересылать данные. MAC-адрес назначения указан в 6 байтах кадра после преамбулы. Коммутатор ищет MAC-адрес назначения в своей таблице коммутации, определяет порт исходящего интерфейса и направляет кадр на свой узел назначения через выделенный порт коммутатора. Коммутатор не проверяет кадр на наличие каких-либо ошибок. Поскольку коммутатору не нужно ждать добавления в буфер всего кадра целиком, и при этом он не выполняет проверку ошибок, коммутация без буферизации происходит быстрее, чем коммутация с буферизацией. Тем не менее, так как коммутатор не проверяет ошибки, он пересылает повреждённые кадры по всей сети. При пересылке повреждённые кадры уменьшают пропускную способность. В конечном итоге сетевая плата назначения отклоняет повреждённые кадры.
Модульные коммутаторы предлагают большую гибкость конфигурации. Как правило, они поставляются с шасси различного размера, что позволяет устанавливать несколько модульных линейных плат. Порты фактически располагаются на линейных платах. Линейная плата вставляется в шасси коммутатора подобно платам расширения, устанавливаемым в ПК. Чем больше шасси, тем больше модулей оно поддерживает. Как показано на рисунке, на выбор предлагается множество различных размеров шасси. Если вы приобрели модульный коммутатор с 24-портовой линейной платой, вы можете легко установить еще одну такую же плату, в результате чего общее количество портов будет увеличено до 48.
Эта глава представляет технологии, работающие в устройствах, которые неточно именуют мостами (bridge) и коммутаторами (switch) . Темы, которые здесь подытожены, включают в себя обобщённые принципы работы канальных устройств, локальные и удалённые мосты, коммутацию ATM и локальных сетей. Последующие главы Части 4, "Мосты и Коммутаторы", этой книги посвящены специфике этих технологий более детально.
Что такое Мосты и Коммутаторы?
Мосты и коммутаторы это устройства коммуникации данных, которые работают принципиально на Уровне 2 эталонной модели OSI. Как таковые, они в целом относятся к устройствам канального уровня.
Мосты стали коммерчески доступны в начале 1980-х. На момент их введения мосты соединяли и позволяли пересылку пакетов между гомогенными сетями. В более недавние времена наведение мостов между различными сетями было также определено и стандартизировано.
Некоторые типы мостов стали важны в качестве интерсетевых устройств. Прозрачные мосты (transparent bridge) встречаются в первую очередь в среде Ethernet, тогда как мосты с премаршрутизацией (source-route bridge) появляются в первую очередь в среде Маркерного Кольца (Token Ring). Транслирующие мосты (Translational Bridge) обеспечивают трансляцию между форматами и принципы транзита различных типов среды (обычно Token Ring и Ethernet). Наконец, прозрачные мосты с премаршрутизацией (source-route transparent bridge) комбинируют алгоритмы прозрачного и премаршрутизированного мостов, чтобы сделать возможными коммуникации в смешанных средах Ethernet/Token Ring.
На сегодняшний день технология коммутации появилась как эволюционный
преемник интерсетевых решений, основанных на мостах. Применение коммутаторов
сейчас доминирует в приложениях, где в ранних разработках сети применялись
мосты. Превосходная пропускная производительность, большая плотность портов,
меньшая стоимость в пересчёте на один порт и большая гибкость внесли свой
вклад в появление коммутаторов, как заменяющей технологии для мостов и
дополнения к технологии маршрутизации.
Коммутаторы и мосты работают на канальном уровне, который управляет потоком
данных, обрабатывает ошибки передачи, обеспечивает физическую (в противовес
логической) адресацию и распоряжается доступом к физической среде. Мосты
обеспечивают эти функции посредством использования различных канальных
протоколов, которые диктуют специфическое управление потоком, обработку
ошибок, адресацию и алгоритмы доступа к среде. Примеры популярных канальных
протоколов включают в себя Ethernet, Token Ring и FDDI. Мосты и коммутаторы не являются сложными устройствами. Они анализируют
входные кадры, принимают решения о пересылке, основанные на информации,
которая содержится в этих кадрах, и пересылают эти кадры по назначению. В
некоторых случаях, таких как мосты с премаршрутизацией, весь путь к месту
назначения содержится в каждом кадре. В других случаях, таких как прозрачные
мосты, кадры пересылаются по назначению поэтапно. Прозрачность по отношению к протоколам является первоочерёдным преимуществом
как мостов, так и коммутаторов. Поскольку оба типа устройств оперируют на
канальном уровне, от них не требуется проверять информацию высшего уровня.
Это означает, что они могут быстро пересылать поток данных, представляющий
любой сетевой протокол. Для моста не является необычным перемещать данные
AppleTalk, DECnet, TCP/IP, XNS и других протоколов между двумя или более
сетями. Мосты способны фильтровать кадры на основе полей Уровня 2. Мост, например,
может быть запрограммирован отбрасывать (не пересылать) все кадры, исходящие
из отдельно взятой сети. Поскольку информация канального уровня часто
включает в себя ссылку на протокол высшего уровня, мосты обычно фильтруют по
этому параметру. Более того, фильтры могут помочь в разборе нежелательных
пакетов широковещания (broadcast) и группового (multicast) вещания. Путём деления больших сетей на самодостаточные блоки, мосты и коммутаторы
обеспечивают отдельные преимущества. Поскольку пересылается только некоторый
процент потока данных, мост или коммутатор снижает поток, получаемый
устройствами во всех подключённых сегментах. Мост или коммутатор будет
работать брандмауэром (firewall) для некоторых потенциально разрушительных
сетевых ошибок, и оба они обеспечивают коммуникации между большим числом
устройств, нежели может быть поддержано одной локальной сетью, подключённой
к мосту. Мосты и коммутаторы расширяют эффективную длину локальной сети,
позволяя присоединение удалённых станций, которые прежде не позволяла
присоединить дистанция. Хотя мосты и коммутаторы разделяют большинство характерных черт, некоторые
особенности отличают эти технологии. Коммутаторы работают значительно
быстрее, поскольку коммутируют аппаратно, тогда как мосты коммутируют
программно, а также могут соединять локальные сети с неравной полосой
пропускания. Например, с помощью коммутатора могут быть соединены локальные
сети 10- и 100-мегабитного Ethernet. Коммутаторы также поддерживают большие
плотности портов, чем мосты. Некоторые коммутаторы поддерживают усечённую
(cut-through) коммутацию, что снижает запаздывание и задержки в сети, тогда
как мосты поддерживают только пересылочную (store-and-forward) коммутацию.
Наконец, коммутаторы снижают коллизии в сетевых сегментах, поскольку
обеспечивают выделенную полосу пропускания каждому сегменту сети.
Мосты могут быть сгруппированы по категориям на основе разнообразных
характеристик продукта. Используя одну популярную схему классификации, мосты
бывают либо локальными
, либо удалёнными
. Локальные
мосты обеспечивают прямое соединение между множественными сегментами
локальной сети на одной и той же площадке. Удалённые
мосты соединяют
множественые сегменты локальной сети на различных площадках, обычно через
телекоммуникационные линии. Обзор Устройств Канального Уровня
Типы мостов
Выбор маршрутизатора, который следует использовать, определяется интерфейсами Ethernet, которые соответствуют технологии коммутаторов в центре LAN. Важно отметить, что маршрутизаторы предлагают множество служб и функций для LAN.
У каждой LAN есть маршрутизатор, используемый в качестве шлюза для соединения LAN с другими сетями. В LAN есть один или более концентраторов или коммутаторов, чтобы соединять конечные устройства с LAN.
Маршрутизаторы являются основными устройствами, используемыми, чтобы соединять сети. Каждый порт на маршрутизаторе соединяется с различной сетью и направляет пакеты между сетями. Маршрутизаторы могут разбивать широковещательные домены и домены коллизий.
Маршрутизаторы также используются, чтобы соединять сети, которые используют различные технологии. У них могут быть и LAN, и WAN интерфейсы.
Интерфейсы LAN маршрутизаторов позволяют им соединяться с носителями LAN. Обычно это кабельные соединения UTP, но могут быть добавлены модули для того, чтобы использовать волоконную оптику . В зависимости от серии или модели маршрутизаторов, они могут иметь несколько типов интерфейсов для кабельных соединений WAN и LAN.
Устройства Интрасети
Чтобы создать LAN, мы должны выбрать соответствующие устройства, чтобы соединить конечные узлы с сетью. Два наиболее распространенных используемых устройства - концентраторы и коммутаторы.
Концентратор
Концентратор получает сигнал, регенерирует его и отправляет на все порты. Использование концентраторов создает логическую шину. Это означает, что LAN использует носитель в режиме мультидоступа. Порты используют подход совместного использования полосы пропускания, что часто приводит к уменьшению производительности в LAN из-за коллизий и восстановления. Хотя можно соединить несколько концентраторов, все равно останется единственный домен коллизий.
Концентраторы менее дороги, чем коммутаторы. Концентратор обычно выбирается в качестве посреднического устройства для очень небольшой LAN, которая имеет низкие требования к пропускной способности, или при ограниченных финансах.
Коммутатор
Коммутатор принимает кадр и регенерирует каждый бит кадра на соответствующий порт назначения. Это устройство используется, чтобы сегментировать сеть на несколько доменов коллизий. В отличие от концентратора, коммутатор уменьшает количество коллизий в LAN. Каждый порт на коммутаторе создает отдельный домен коллизий. Это создает логическую топологию точка-точка для устройства на каждом порту. Кроме того, коммутатор предоставляет выделенную полосу пропускания на каждом порту, что может увеличить производительность LAN. LAN-коммутатор может также использоваться, чтобы соединять сегменты сети с различными скоростями.
Вообще, для подключения устройств к LAN выбираются коммутаторы. Хотя коммутатор более дорог, чем концентратор, его улучшенная производительность и надежность делают его экономически выгодным.
Есть целый спектр доступных коммутаторов со множеством функций, которые позволяют соединить множество компьютеров в типичную установку LAN предприятия.
Для создания локальной или домашней сети нужны особые устройства. Из этой статьи Вы узнаете немного о них. Я постараюсь объяснить как можно проще, чтобы понял каждый.
Предназначение .
Хаб (Hub), свитч (switch) и роутер (router) предназначены для создания сети между компьютерами. Разумеется после создания эта сеть будет ещё и функционировать.
Отличие .
Что такое хаб (hub)
Хаб - это повторитель. Всё что к нему подключено - будет повторяться. На хаб даётся один и поэтому всё связано.
Например Вы подключили 5 компьютеров через Хаб. Чтобы передать данные от пятого компьютера к первому, эти данные будут проходить через все компьютеры в сети. Это похоже на параллельный телефон - доступ к Вашим данным может получить любой компьютер и Вы так же. За счёт этого так же увеличивается нагрузка и распределение. Соответственно чем больше компьютеров подключено, тем медленнее будет соединение и больше нагрузка на сеть. Именно поэтому в наше время всё меньше выпускают хабов и всё меньше ими пользуются. Скоро совсем исчезнут.
Что такое свитч (switch)?
Свитч пришёл на смену хабу и исправляет недостатки предшественника. Каждый подключенный к свитчу имеет свой отдельный IP адрес. Этим самым снижается нагрузка на сеть и каждый компьютер получит лишь то, что ему нужно и другие об этом не узнают. Но у свитча есть недостаток, связанный с достоинством. Дело в том, что если Вы хотите разделить сеть на более чем 2 компьютера, то Вам будет нужно больше IP адресов. Обычно это зависит от провайдера, а он обычно даёт только один IP адрес.
Что такое роутер (router)?
Роутер - его часто ещё называют маршрутизатором. Почему? Да потому что он является связующим звеном между двумя различными сетями и передает данные, основываясь на определенном маршруте, указанном в его таблице маршрутизации. Если выражаться очень просто, то роутер является посредником между Вашей сетью и выходом в интернет. Роутер исправляет все ошибки предшественников и именно поэтому в наше время он наиболее популярен. Особенно если учесть тот факт, что зачастую роутеры снабжаются Wi Fi антеннами для передачи интернета на беспроводные устройства, а так же имеют возможность подключать USB модемы.
Роутер можно использовать как отдельно: ПК -> роутер -> интернет, так и совместно с другими устройствами: ПК -> свитч/хаб -> роутер -> интернет.
Ещё одним достоинством роутера является его простая установка. Зачастую от Вас требуются лишь минимальные знания, чтобы подключить, настроить сеть и выйти в интернет.
Итак. Подведу небольшие итоги.
Все эти устройства нужны для создания сети. Хаб и свитч не особо отличаются друг от друга. Роутер - самое нужное и удобное решение для создания сети.
