2015-10-22
3360
Эталонная модель OSI делит проблему перемещения информации между компьютерами через среду сети на семь менее крупных, и следовательно, более легко разрешимых проблем. Каждая из этих семи проблем выбрана потому, что она относительно автономна, и следовательно, ее легче решить без чрезмерной опоры на внешнюю информацию. Каждая из семи областей проблемы решалась с помощью одного из уровней модели. Большинство устройств сети реализует все семь уровней. Однако в режиме потока информации некоторые реализации сети пропускают один или более уровней.
Два самых низших уровня OSI реализуются аппаратным и программным обеспечением; остальные пять высших уровней, как правило, реализуются программным обеспечением. Справочная модель OSI описывает, каким образом информация проделывает путь через среду сети (например, провода) от одной прикладной программы (например, программы обработки крупноформатных таблиц) до другой прикладной программы, находящейся в другом компьютере. Т.к. информация, которая должна быть отослана, проходит вниз через уровни системы, по мере этого продвижения она становится все меньше похожей на человеческий язык и все больше похожей на ту информацию, которую понимают компьютеры, а именно "единицы" и "нули".
Уровни модели OSI (в направлении снизу вверх) и их общие функции можно рассмотреть следующим образом:
Рассмотрим, как в модели SI происходит обмен данными между пользователями, находящимися на разных континентах.
1.На прикладном уровне с помощью специальных приложений пользователь создает документ (сообщение, рисунок и т. п.).
Прикладной уровень - это самый близкий к пользователю уровень OSI. Он отличается от других уровней тем, что не обеспечивает услуг ни одному из других уровней OSI; однако он обеспечивает ими прикладные процессы, лежащие за пределами масштаба модели OSI. Примерами таких прикладных процессов могут служить программы обработки крупномасштабных таблиц, программы обработки слов, программы банковских терминалов и т.д. Прикладной уровень идентифицирует и устанавливает наличие предполагаемых партнеров для связи, синхронизирует совместно работающие прикладные программы, а также устанавливает соглашение по процедурам устранения ошибок и управления целостностью информации. Прикладной уровень также определяет, имеется ли в наличии достаточно ресурсов для предполагаемой связи.
2.На уровне представления операционная система его компьютера фиксирует, где находятся созданные данные (в оперативной памяти, в файле на жестком диске и т. п.), и обеспечивает взаимодействие со следующим уровнем.
Представительный уровень отвечает за то, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой для прикладного уровня другой системы. При необходимости представительный уровень осуществляет трансляцию между множеством форматов представления информации путем использования общего формата представления информации. Представительный уровень занят не только форматом и представлением фактических данных пользователя, но также структурами данных, которые используют программы. Поэтому кроме трансформации формата фактических данных (если она необходима), представительный уровень согласует синтаксис передачи данных для прикладного уровня.
3.На сеансовом уровне компьютер пользователя взаимодействует с локальной или глобальной сетью. Протоколы этого уровня проверяют права пользователя на «выход в эфир» и передают документ к протоколам транспортного уровня.
Как указывает его название, сеансовый уровень устанавливает, управляет и завершает сеансы взаимодействия между прикладными задачами. Сеансы состоят из диалога между двумя или более объектами представления (как вы помните, сеансовый уровень обеспечивает своими услугами представительный уровень). Сеансовый уровень синхронизирует диалог между объектами представительного уровня и управляет обменом информации между ними. В дополнение к основной регуляции диалогов (сеансов) сеансовый уровень предоставляет средства для отправки информации, класса услуг и уведомления в исключительных ситуациях о проблемах сеансового, представительного и прикладного уровней. Сеансовыйуровень - это комплексный уровень, который обеспечивает возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным "подсетям", которые могут находиться в разных географических пунктах. В данном случае "подсеть" - это по сути независимый сетевой кабель (иногда называемый сегментом). Т.к. две конечные системы, желающие организовать связь, может разделять значительное географическое расстояние и множество подсетей, сетевой уровень является доменом маршрутизации. Протоколы маршрутизации выбирают оптимальные маршруты через последовательность соединенных между собой подсетей. Традиционные протоколы сетевого уровня передают информацию вдоль этих маршрутов.
4..На транспортном уровне документ преобразуется в ту форму, в которой положено передавать данные в используемой сети. Например, он может нарезаться на небольшие пакеты стандартного размера.
Транспортный уровень Граница между сеансовым и транспортным уровнями может быть представлена как граница между протоколами прикладного уровня и протоколами низших уровней. В то время как прикладной, представительный и сеансовый уровни заняты прикладными вопросами, четыре низших уровня решают проблемы транспортировки данных. Транспортный уровень пытается обеспечить услуги по транспортировке данных, которые избавляют высшие слои от необходимости вникать в ее детали. В частности, заботой транспортного уровня является решение таких вопросов, как выполнение надежной транспортировки данных через объединенную сеть. Предоставляя надежные услуги, транспортный уровень обеспечивает механизмы для установки, поддержания и упорядоченного завершения действия виртуальных каналов, систем обнаружения и устранения неисправностей транспортировки и управления информационным потоком (с целью предотвращения переполнения системы данными из другой системы).
5. Сетевой уровень определяет маршрут движения данных в сети. Так, например если на транспортном уровне данные были «нарезаны» на пакеты, то на сетевом уровне каждый пакет должен получить адрес, по которому он должен быть доставлен независимо от прочих пакетов.
Сетевой уровень - это комплексный уровень, который обеспечивает возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным "подсетям", которые могут находиться в разных географических пунктах. В данном случае "подсеть" - это по сути независимый сетевой кабель (иногда называемый сегментом). Т.к. две конечные системы, желающие организовать связь, может разделять значительное географическое расстояние и множество подсетей, сетевой уровень является доменом маршрутизации. Протоколы маршрутизации выбирают оптимальные маршруты через последовательность соединенных между собой подсетей. Традиционные протоколы сетевого уровня передают информацию вдоль этих маршрутов.
6. Канальный уровень. Уровень соединения необходим для того, чтобы промодулировать сигналы, циркулирующие на физическом уровне, в соответствии с данными, полученным с сетевого уровня. Например в компьютере эти функции выполняет сетевая карта или модем.
Канальный уровень (формально называемый информационно-канальным уровнем) обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления о неисправностях, упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации.
7. Физический уровень. Реальная передача данных происходит на физическом уровне. Здесь нет ни документов, ни пакетов, ни даже байтов — только биты, то есть, элементарные единицы представления данных. Восстановление документа из них произойдет постепенно, при переходе с нижнего на верхний уровень на компьютер клиента.
Средства физического уровня лежат за пределами компьютера. В локальных сетях это оборудование самой сети. При удаленной связи с использованием телефонных модемов это линии телефонной связи, коммутационное оборудование телефонных станций и т. п.
Физический уровень определяет электротехнические, механические, процедурные и функциональные характеристики активации, поддержания и дезактивации физического канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют такие характеристики, как уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, физические соединители и другие аналогичные характеристики.
На компьютере получателя информации происходит обратный процесс преобразования данных от битовых сигналов до документа.
Разные уровни протоколов сервера и клиента не взаимодействуют друг с другом напрямую, но они взаимодействуют через физический уровень. Постепенно переходя с верхнего уровня на нижний, данные непрерывно преобразуются, «обрастают» дополнительными данными, которые анализируются протоколами соответствующих уровней на сопредельной стороне. Это создает эффект виртуального взаимодействия уровней между собой.
Для иллюстрации сказанного рассмотрим простой пример взаимодействия двух корреспондентов с помощью обычной почты. Если они регулярно отправляют друг другу письма и, соответственно, получают их, то они могут полагать, что между ними существует соединение на пользовательском (прикладном уровне). Однако это не совсем так. Такое соединение можно назвать виртуальным. Оно было бы физическим, если бы каждый из корреспондентов лично относил другому письмо и вручал в собственные руки. В реальной жизни он бросает его в почтовый ящик и ждет ответа.
Сбором писем из общественных почтовых ящиков и доставкой корреспонденции в личные почтовые ящики занимаются местные почтовые службы. Это другой уровень модели связи, лежащий ниже. Для того чтобы наше письмо достигло адресата в другом городе, должна существовать связь между нашей местной почтовой службой и его местной почтовой службой. Однако никакой физической связью эти службы не обладают — поступившую почтовую корреспонденцию они только сортируют и передают на уровень федеральной почтовой службы.
Федеральная почтовая служба в своей работе опирается на службы очередного уровня, например на почтово-багажную службу железнодорожного ведомства. И только рассмотрев работу этой службы, мы найдем, наконец, признаки физического соединения, например железнодорожный путь, связывающий два города.
Важно обратить внимание на то, что в нашем примере образовалось несколько виртуальных соединений между аналогичными службами, находящимися в пунктах отправки и приема. Не вступая в прямой контакт, эти службы взаимодействуют между собой. На каком-то уровне письма укладываются в мешки, мешки пломбируют, к ним прикладывают сопроводительные документы, которые где-то в другом городе изучаются и проверяются на аналогичном уровне.
Ниже в таблице приводится аналогия между уровнями модели OSI и операциями служб пересылки обычной почты.
| Уровень модели OSI | Аналогия |
| Прикладной уровень | Письмо написано на бумаге. Определено его содержание |
| Уровень представления | Письмо запечатано в конверт. Конверт заполнен. Наклеена марка. Клиентом соблюдены необходимые требования протокола доставки |
| Сеансовый уровень | Письмо опущено в почтовый ящик. Выбрана служба доставки. |
| Транспортный уровень | Письмо доставлено на почтамт. Оно отделено от писем, с доставкой которых местная почтовая служба справилась бы самостоятельно |
| Сетевой уровень | После сортировки письмо уложено в мешок. Появилась новая единица доставки - мешок |
| Уровень соединения | Мешки писем уложены в вагон. Появилась новая единица доставки - вагон |
| Физический уровень | Вагон прицеплен к локомотиву. Появилась новая единица доставки - состав. За доставку взялось другое ведомство, действующее по другим протоколам |
Чтобы различные компьютеры сети могли установить связь друг с другом, они должны “разговаривать” на одном языке, то есть использовать один и тот же протокол. Протокол - это “язык”, используемый для обмена данными при работе в сети. Существует множество протоколов, каждый из них выполняет различные задачи. На разных уровнях модели OSI используются различные протоколы.
Ethernet – это протокол Уровня соединения, используемый большинством современных локальных сетей. Протокол Ethernet обеспечивает унифицированный интерфейс к сетевой среде передачи, который позволяет операционной системе использовать для приема и передачи данных несколько протоколов Сетевого уровня одновременно. Token Ring – это альтернатива «классическому» протоколу Ethernet на Уровне соединения.
Для возможности передачи информации по сетевым каналам связи необходимо установить протокол обмена сообщениями (пакетами). Существует несколько таких протоколов. Наиболее широко используются следующие: NetBEUI, IPX/SPX, TCP/IP. Протоколы NETBEUI и IPX/SPX - используется в локальных сетях. Протоколы TCP/IP являются базовыми протоколами глобальной сети Интернет.
Протокол TCP/IP
Со времени своего создания в 1970-х, стек протоколов TCP/IP был развит в промышленный стандарт для протоколов передачи данных на Сетевом и Транспортном уровнях модели OSI. В дополнение, стек включает множество протоколов, работающих на самых разных уровнях OSI, от Канального уровня внизу, до Прикладного уровня наверху.
Создатели операционных систем стремятся упростить стек сетевых протоколов, чтобы сделать более понятным среднему пользователю. Например, на рабочей станции Windows установка протоколов TCP/IP выполняется с помощью выбора одного единственного условного протокола, хотя на самом деле при этом осуществляется поддержка всего семейства протоколов, из которых TCP (протокол управления передачей) и IP (Интернет-протокол) – всего лишь два представителя.
Понимание принципов работы каждого из протоколов семейства TCP/IP, а также механизмов их взаимодействия между собой для обеспечения соответствующих коммуникационных сервисов, представляется крайне важным для процессов обслуживания и устранения неисправностей TCP/IP- сетей.
Можно указать несколько причин тому, что TCP/IP стал набором протоколов, используемым большинством сетей, не последняя из которых – то, что эти протоколы применяются в Интернете. Протоколы TCP/IP были разработаны для поддержки зарождавшейся сети Интернет (в то время носившей название ARPANET), еще до появления персональных компьютеров, когда почти ничего не было слышно о возможности взаимодействия между компьютерными продуктами разных производителей. Интернет был тогда и остаётся сейчас сетью, состоящей из компьютеров различных типов, и, соответственно, требовался именно тот набор протоколов, который был бы общим для всех них. Главным элементом, отличающим TCP/IP от остальных стеков протоколов, обеспечивающих серверы Сетевого и Транспортного уровней, является собственная уникальная система адресаций. Каждому устройству сети TCP/IP присваивается IP-адрес (иногда больше, чем один), однозначно идентифицирующий это устройство для других систем..
IP-адресация
IP-адреса, используемые для идентификации компьютеров в сети TCP/IP, представляет собой единственную характеристику стека протоколов TCP/IP, которая определяет наиболее строго. IP-адрес является абсолютным идентификатором как компьютера, так и той сети, к которой он относиться. Каждый пакет, передаваемый по сети TCP/IP, в своем заголовке содержит IP-адрес системы отправителя и получателя.
Сетевое оборудование
Основными компонентами сети являются рабочие станции, серверы, передающие среды (кабели) и сетевое оборудование.
Рабочими станциями называются компьютеры сети, на которых пользователями сети реализуются прикладные задачи.
Серверы сети - это аппаратно-программные системы, выполняющие функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа. Сервером может быть это любой подключенный к сети компьютер, на котором находятся ресурсы, используемые другими устройствами сети. В качестве аппаратной части сервера используется достаточно мощные компьютеры.
Выделяют следующие виды сетевого оборудования:
Сетевые кабели (коаксиальные, состоящие из двух изолированных между собой концентрических проводников, из которых внешний имеет вид трубки; кабели на витых парах, образованные двумя переплетёнными друг с другом проводами; оптоволоконные и др.).
Сетевые карты (Сетевые интерфейсные адаптеры) – это контроллеры, подключаемые к материнской плате компьютера, предназначенные для передачи сигналов в сеть и приема сигналов из сети. К разъёмам адаптеров подключается сетевой кабель.
Вид сетевой карты.
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.
 |
15.4. Маршрутизаторы
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.
Брандмауэры
Межсетевые экраны (firewall, брандмауэры) - это программный и/или аппаратный барьер между двумя сетями, позволяющий устанавливать только авторизованные межсетевые соединения, реализующий контроль за поступающей в локальную сеть и выходящей из нее информацией, и обеспечивающие защиту локальной сети посредством фильтрации информации. Большинство межсетевых экранов построено на классических моделях разграничения доступа, согласно которым субъекту (пользователю, программе, процессу или сетевому пакету) разрешается или запрещается доступ к какому-либо объекту (файлу или узлу сети) при предъявлении некоторого уникального, присущего только этому субъекту, элемента. В большинстве случаев этим элементом является пароль. Для сетевого пакета таким элементом являются адреса или флаги, находящиеся в заголовке пакета, а также некоторые другие параметры.
Повторитель
Представляет собой полностью электрическое устройство, которое увеличивает максимальную протяженность кабеля ЛВС путем усиления сигнала, проходящего через такое устройство. Концентраторы, используемые в сетях, основанных на топологии «звезда», иногда называют многопортовыми повторителями, поскольку сами по себе имеют способность к усилению сигнала. Автономные повторители могут применяться в сетях, созданных с использованием коаксиального кабеля, для увеличения протяженности этих сетей. Употребление повторителя с целью расширения сегмента сети не разделяет последний физически на две ЛВС и не образует сетевого комплекса. При передаче сигнала по кабелю он постепенно слабеет, пока не станет не различим. Чем длиннее кабель, тем слабее сигнал. Это ослабевание сигнала называется «затухание» и в той или иной степени является для всех типов кабеля. Эффект затухания зависит от типа кабеля. Медный кабель, например, значительно больше подвержен затуханию, чем оптоволоконный. Это одна из причин, по которой сегмент оптоволоконного кабеля может быть намного длиннее, чем сегмент медного.
Стандарты, согласно которым создаются компьютерные сети, задают минимальную и максимальную длину кабеля, соединяющего компьютеры. Если необходимо проложить кабель на более длинную дистанцию, то для этого применяется приспособление, называемое повторителем (repeater),которое усиливает сигнал.
Благодаря усилению сигнал преодолевает большее расстояние без затухания до той границы, где он становится не читаемым системой – получателем. Из-за своих чисто электрических функций повторитель функционирует только на Физическом уровне. Повторитель не может прочитать содержимое передаваемых по сети пакетов, даже если он знает, что это пакеты. Устройство просто усиливает входящие электрические сигналы и передает их дальше. Повторители также не могут выполнять какую – либо фильтрацию пересылаемых по сети данных. Как следствие, два сегмента, соединенных повторителем, формирует единую область коллизий. (Областью коллизий или доменом коллизий называется часть сети, в которой рабочие станции и промежуточные узлы используют общую среду передачи).
В современной сети очень редко можно увидеть отдельно стоящий повторитель. В большинстве случаев его функции встроены в другое устройство, такое как концентратор или коммутатор. В сети, проложенной коаксиальным кабелем, такой как тонкий или толстый Ethernet, отдельно стоящие повторители могут увеличить длину сегмента до 185 метров и выше (для тонкого Ethernet) или 500 метров (для толстого Ethernet). Этот тип повторителя представляет собой отдельное устройство, состоящее из корпуса с двумя разъёмами для коаксиального кабеля и штепселя для источника питания. Установка такого повторителя заключается в присоединении к нему двух сегментов кабеля.
Существуют другие факторы, ограничивающие дистанцию прохождения сигнала. В сетях Ethernet, например, пакет, отправленный одним из компьютеров, должен достигнуть других компьютеров в локальной сети, прежде чем будет отправлен его последний бит. Таким образом, нельзя неограниченно удлинять сеть за счет увеличения количества повторителей. Путь в сети 10 Мбит/с Ethernet может иметь до пяти сегментов, соединенных четырьмя повторителями. Сети Fast Ethernet в этом смысле более ограничены, в них допускается применять не более двух повторителей.
Коммутатор
Коммутаторы - это революционные устройства, которые во многих случаях абсолютно устраняют необходимость наличия среды передачи данных. Коммутатор является многопортовым повторителем, как и концентратор, однако, вместо работы на чисто электрическом уровне он считывает адрес назначения каждого входящего пакета и передаёт его только через тот порт, с которым соединён компьютер – адресат. Коммутаторы могут функционировать на разных уровнях, объединяя сети с другими сетями или сетевыми комплексами.
Традиционная конфигурация интерсети включает несколько ЛВС, соединенных маршрутизаторами, для формирования сети, большей по размерам, чем это позволяет отдельная ЛВС. Это необходимо из-за того, что каждая ЛВС строится на основе сетевой среды передачи, которая используется совместно множеством компьютеров. Необходимо ограничить количество систем, которые могут разделять среду передачи, прежде чем сеть будет "забита" трафиком. Маршрутизаторы изолируют трафик в отдельных ЛВС, передавая только пакеты, адресованные системам в других ЛВС.
Маршрутизаторы применялись десятилетиями, но новый тип устройств, называемый коммутатор ЛВС (LAN switch), произвел революцию в проектировании сетей и сделал возможным создание ЛВС почти неограниченного размера. Коммутатор (или коммутирующий концентратор) по существу представляет собой многопортовое устройство-мост, у которого каждый порт связан с отдельным фрагментом сети. Внешне похожий на концентратор, коммутатор принимает входящий трафик через свои порты, но в отличие от концентратора, который передает исходящий трафик через все множество портов, коммутатор направляет трафик только через один порт, необходимый для достижения места назначения.
Например, если имеется небольшая сеть рабочей группы, внутри которой каждый компьютер подключен к порту одного коммутирующего концентратора, то каждая система имеет соединение, равнозначное выделенному, с любой другой системой. В этом случае не существует совместно используемой сетевой среды передачи, и, соответственно, нет коллизий или перегруженности трафика. В качестве дополнительного бонуса, обеспечивается повышенная безопасность, поскольку отсутствие разделяемой среды передачи не позволяет неавторизованным рабочим станциям просматривать и захватывать трафик, не предназначенный им.
Коммутаторы функционируют на уровне эталонной модели OSI – Канальном уровне, соответственно, они используются для создания одной большой сети вместо нескольких небольших сетей, соединенных маршрутизаторами. Сказанное также означает, что коммутаторы могут поддерживать любой протокол Сетевого уровня. Подобно прозрачным мостам, коммутаторы могут изучать топологию сети и выполнять функции, идентичные пересылке и фильтрации пакетов. Некоторые коммутаторы также поддерживают полнодуплексные соединения и автоматическую регулировку скорости.
В традиционной схеме большого сетевого комплекса несколько ЛВС присоединяются к магистральной сети посредством маршрутизаторов. Магистральная сеть представляет собой ЛВС с разделяемой средой передачи, точно такую же, как и все остальные ЛВС. Тем не менее, она должна переносить весь трафик интерсети, вырабатываемый горизонтальными сетями.
Поэтому магистральная сеть, что естественно, использует более быстрый протокол. В сетях с коммутацией рабочие станции присоединяются к отдельным коммутаторам рабочих групп, которые, в свою очередь, соединяются с одним высокопроизводительным коммутатором.
Таким образом, для любой системы в сети становится возможным установить выделенное соединение с любой другой системой. Эта схема может быть расширена дальше, так, чтобы так же включить промежуточный уровень коммутаторов подразделений. Серверы, к которым должны иметь доступ все пользователи, для лучшей производительности следует присоединять прямо к коммутатору подразделения или коммутатору верхнего уровня.
Замена концентраторов коммутаторами – это превосходный способ увеличить производительность сети без изменения протоколов или модификации отдельных рабочих станций. Даже «классическая» сеть Ethernet демонстрирует поразительное улучшение, когда каждая рабочая станция получает полную пропускную способность в 10 Мбит/сек. Несмотря на то, что большинство предлагаемых на рынке коммутаторов ЛВС разработаны для сетей Ethernet (или Fast Ethernet), также доступны коммутаторы для Token Ring и FDDI.
Сеть, целиком основанная на коммутации, обеспечивает прекрасную производительность, с другой стороны, коммутаторы намного дороже стандартных ретранслирующих концентраторов, и большинство сетей комбинирует эти две технологии для достижения золотой середины. Можно, например, присоединить стандартные концентраторы к портам коммутатора и разделять пропускную способность коммутируемого соединения между группами машин, чем распределять ее между несколькими дюжинами машин.
