Учебно-методические материалы для студентов кафедры АСОИУ

Сетевое оборудование

В компьютерных сетях используется три основных типа устройств, выполняющих функции ретрансляции и работающих на разных уровнях модели OSI: концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы.

Сетевая модель OSI определяет многоуровневое взаимодействие между узлами сети, где каждый уровень представляет набор специфичных функций. Нижние уровни: физический, канальный и сетевой, — регламентируют процесс передачи данных как таковой. Сетевые интерфейсы оконечных узлов представляют эти функции, но этого недостаточно, чтобы обеспечить связь между произвольными узлами в локальной сети и, тем более, в Интернет. Причина проста — невозможно установить непосредственные физические связи между всеми узлами. Для снятия этого и прочих ограничений используется дополнительное сетевое оборудование. Основными его типами являются:

Соответствие перечисленных устройств уровням сетевой модели проиллюстрировано на рис. 1.

Концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы и их соответствие уровням сетевой модели

Рис. 1. Сетевое оборудование разных уровней OSI.

Концентратор (хаб, от англ. hub)— это сетевое устройство, работающее на первом (физическом) уровне. Основные задачи концентратора связаны с ретрансляцией трафика в однородной среде. Эти сетевые устройства использовались для реализации физической топологии «звезда» с сохранением логической общей шины в сетях Ethernet. Концентратор — пассивное устройство. Все сигналы, поступающие на один из портов, он повторяет (ретранслирует) на остальные порты. Никаких других действий по обработке кадров не производится. Ввиду этого, сеть Ethernet, построенная на концентраторах наследует все недостатки общей шины, кроме одного: выход из строя некоторого узла не приводит к остановке работы всей сети (как в случае коаксиального кабеля). Дополнительно, концентраторы могли выполнять функции медиа-конвертеров и наряду с портами для витой пары, имели дополнительные порты для подключения сегментов на коаксиальном или оптическом кабеле (в пределах одного домена коллизий).

Здесь концентраторы упомянуты только как пример устройств, работающих на первом уровне. На сегодняшний день этот тип сетевого оборудования практически не используются, уступив место более совершенным устройствам — коммутаторам.

Коммутатор (от англ. switch) — это сетевое оборудование, реализующее функции второго (канального) уровня. Как и концентратор, коммутатор соединяет несколько узлов в сеть, но в отличие от первого, он способен передавать кадры данных с порта отправителя на порт получателя без ретрансляции на остальные порты. Для этого коммутатор считывает из заголовков кадров данных поля MAC-адресов отправителя и получателя и сверяет полученную информацию с записями вида «Физический адрес:Порт» из внутренней таблицы. Для соответствующей пары устанавливается временный логический канал, по которому и направляется трафик. Этот алгоритм не используется для широковещательных сообщений на все узлы и в процессе обучения (пока коммутационная таблица пуста).

Современные коммутаторы — это высокопроизводительные интеллектуальные устройства, способные не только эффективно передавать трафик между портами, но и выполнять ряд дополнительных функций, среди которых:

Применение коммутаторов в локальных сетях практически полностью снимает ограничения, налагаемые сетевой архитектурой (подразумевается Ethernet, как наиболее распространенная) и это основная причина того, что они полностью вытеснили концентраторы.

Маршрутизатор (роутер, от англ. router) — это сетевое устройство, работающее на третьем уровне и выполнящее функции перенаправления трафика между сетями. Маршрутизатор имеет два или более сетевых интерфейса, подключенных к разным сетям. Передача пакетов между интерфейсами (и как следствие, между сетями) выполняется на основании правил, оформленных в виде таблицы маршрутизации (Табл. 1).

Табл. 1. Пример простой таблицы маршрутизации

aag@stilo:~> netstat -r
Таблица маршутизации ядра протокола IP
Destination Gateway Genmask Flags MSS Window irtt Iface
default 192.168.100.1 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth1
link-local * 255.255.0.0 U 0 0 0 eth1
192.168.100.0 * 255.255.255.0 U 0 0 0 eth1

Современные маршрутизаторы условно можно разделить на три типа по областям применения (рис. 2):

  1. Магистральные маршрутизаторы (англ. backbone routers) используются, в первую очередь, поставщиками телекоммуникационных услуг (операторами связи) для формирования ядра опорной сети. Этот же тип может использоваться для создания закрытой корпоративной сети (например, банковской), связывающей сети региональных отделений и филиалов.
  2. Маршрутизаторы регионального уровня (англ. Area Border Router, ABR) используются местными Интернет-провайдерами для подключения к магистральным каналам операторов связи (ядру) и представления доступа со стороны корпоративных и частных пользователей (формирование периметра). В больших корпоративных сетях применяются для связи региональных офисов между собой и с центральной сетью.
  3. Маршрутизаторы для дома и малого офиса (т.н. сегмент SOHO) — самая многочисленная группа устройств, используемых для подключения небольших сетей к каналу связи Интернет-провайдера. Распространение Интернет и увеличение количества компьютеров у частных пользователей привело к тому, что маршрутизаторы этого типа уже можно причислять к бытовой технике.
Backbone router - ABR - small office

Рис. 2. Общая схема применения маршрутизаторов различных типов.

Маршрутизаторы, применяемые в разных областях, представляют различные дополнительные возможности. Перечислим некоторые из них:

Вместо заключения

Количество узлов, расстояния между ними, физическая и логическая топологии, используемая среда передачи, протоколы нижних уровней — это неполный список требований, которые должны быть учтены при проектировании сети и, как следствие, при выборе сетевого оборудования.

CC-BY-CA Анатольев А.Г., 25.01.2014