Коммуникационное оборудование вычислительных сетей
Сетевые адаптеры Сетевой адаптер (сетевая карта) — это устройство двунаправленного обмена данными между ПК и средой передачи данных локальной сети. Кроме организации обмена данными между ПК и сетью, сетевой адаптер выполняет буферизацию (временное хранение данных) и функцию сопряжения компьютера с сетевым кабелем. Сетевыми адаптерами реализуются функции физического уровня, а функции канального уровня семиуровневой модели ISO реализуются сетевыми адаптерами и их драйверами. Адаптеры снабжены собственным процессором и памятью. Карты классифицируются по типу порта, через который они соединяются с компьютером: ISA, PCI, USB. Наиболее распространенные из них — это сетевые карты PCI. Карта, как правило, устанавливается в слот расширения PCI, расположенный на материнской плате ПК, и подключается к сетевому кабелю разъемами типа: RJ-45 или BNC. Сетевые карты можно разделить на два типа: адаптеры для клиентских компьютеров; адаптеры для серверов. В зависимости от применяемой технологии Ethernet, Fast Ethernet или Gigabit Ethernet, сетевые карты обеспечивают скорость передачи данных: 10, 100 или 1000 Мбит/с. Сетевые кабели В качестве кабелей соединяющих отдельные ПК и коммуникационное оборудование в локальных сетях применяются: витая пара, коаксиальный кабель, оптический кабель, свойства которых изложены в разделе «Линии связи и каналы передачи данных» Промежуточное коммуникационное оборудование В качестве промежуточного коммуникационного оборудования применяются: трансиверы (transceivers), повторители (repeaters), концентраторы (hubs), коммутаторы (switches), мосты (bridges), маршрутизаторы (routers) и шлюзы (gateways). Промежуточное коммуникационное оборудования используется для усиления и преобразования сигналов, для объединения ПК в физические сегменты, для разделения сетей на подсети (логические сегменты) с целью увеличения производительности сети, а также для объединения подсетей (сегментов) и сетей в единую сеть. Физическая структуризация сети объединяет ПК в общую среду передачи данных, т.е. образует физические сегменты сети, но при этом не изменяет направление потоков данных. Физические сегменты упрощают подключение к сети большого числа ПК. Логическая структуризация разделяет общую среду передачи данных на логические сегменты и тем самым устраняет столкновения (коллизии) данных в сети. Логические сегменты или подсети могут работать автономно и по мере необходимости компьютеры из разных сегментов могут обмениваться данными между собой. Протоколы управления в ЛВС остаются теми же, какие применяются и в неразделяемых сетях. Трансиверы и повторители обеспечивают усиление и преобразование сигналов в локальных сетях. Концентраторы и коммутаторы служат для объединения нескольких компьютеров в требуемую конфигурацию локальной сети. Концентраторы являются средством физической структуризации сети, так как разбивают сеть на сегменты. Коммутаторы предназначены для логической структуризации сети, так как разделяют общую среду передачи данных на логические сегменты и тем самым устраняют столкновения. Для соединения подсетей (логических сегментов) и различных сетей между собой в качестве межсетевого интерфейса применяются коммутаторы, мосты, маршрутизаторы и шлюзы.
Повторители – это аппаратные устройства, предназначенные для восстановления и усиления сигналов в сети с целью увеличения ее длины.
Трансиверы или приемопередатчики – это аппаратные устройства, служащие для двунаправленной передачи между адаптером и сетевым кабелем или двумя сегментами кабеля. Основной функцией трансивера является усиление сигналов. Трансиверы применяются и в качестве конверторов для преобразование электрических сигналов в другие виды сигналов (оптические или радиосигналы) с целью использования других сред передачи информации.
Концентраторы – это аппаратные устройства множественного доступа, которые объединяет в одной точке отдельные физические отрезки кабеля, образуют общую среду передачи данных или физические сегменты сети.
Коммутаторы — это программно – аппаратные устройства, которые делят общую среду передачи данных на логические сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов с помощью концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту коммутатора.
Мосты – это программно – аппаратные устройства, которые обеспечивают соединение нескольких локальных сетей между собой или несколько частей одной и той же сети, работающих с разными протоколами. Мосты предназначены для логической структуризации сети или для соединения в основном идентичных сетей, имеющих некоторые физические различия. Мост изолирует трафик одной части сети от трафика другой части, повышая общую производительность передачи данных.
Маршрутизаторы. Эти устройства обеспечивают выбор маршрута передачи данных между несколькими сетями, имеющими различную архитектуру или протоколы. Маршрутизаторы применяют только для связи однородных сетей и в разветвленных сетях, имеющих несколько параллельных маршрутов.. Маршрутизаторами и программными модулями сетевой операционной системы реализуются функции сетевого уровня.
Шлюзы – это программно – аппаратные устройства (например, компьютеры), служащие для объединения разнородных сетей с различными протоколами обмена. Шлюзы полностью преобразовывают весь поток данных, включая коды, форматы, методы управления и т.д. Мосты, маршрутизаторы и шлюзы в локальной вычислительной сети — это, как правило, выделенные компьютеры со специальным программным обеспечением.
8.3. Основное сетевое коммутационное оборудование Сетевые адаптеры
Сетевые адаптеры или NIC (Network Interface Card) – это сетевое оборудование, обеспечивающее функционирование сети на физическом и канальном уровнях.
Сетевой адаптер относится к периферийному устройству компьютера, непосредственно взаимодействующему со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами. Это устройство решает задачи надежного обмена двоичными данными по внешним линиям связи. Как и любой контроллер компьютера, сетевой адаптер работает под управлением драйвера операционной системы, и распределение функций между сетевым адаптером и драйвером может изменяться от реализации к реализации.
Сетевые адаптеры вместе с сетевым программным обеспечением способны распознавать и обрабатывать ошибки, которые могут возникнуть из-за электрических помех, коллизий или плохой работы оборудования.
Современные типы сетевых адаптеров поддерживают технологию Plug and Play (вставляй и работай). Если сетевую карту установить в компьютер, то при первой загрузке система определит тип адаптера и запросит для него драйверы.
Сетевые адаптеры различаются по типу и разрядности используемой в компьютере внутренней шины данных – ISA, EISA, PCI, MCA. Они различаются также по типу принятой в сети сетевой технологии – Ethernet, Token Ring, FDDI и т.п. Как правило, конкретная модель сетевого адаптера работает по определенной сетевой технологии (например, Ethernet). В связи с тем, что для каждой технологии сейчас имеется возможность использования различных сред передачи данных (тот же Ethernet поддерживает коаксиальный кабель, медную витую пару и оптоволоконный кабель), сетевой адаптер может поддерживать как одну, так и одновременно несколько сред. В случае, когда сетевой адаптер поддерживает только одну среду передачи данных, а необходимо использовать другую, применяются трансиверы и конверторы.
Различные типы сетевых адаптеров отличаются не только методами доступа к среде и протоколами, но еще и следующими параметрами: скоростью передачи, объемом буфера для пакета, типом шины, быстродействием шины, совместимостью с различными микропроцессорами, возможностью использования прямого доступа к памяти (DMA), адресацией портов ввода/вывода и запросов прерывания, конструкцией разъема.
Повторители и концентраторы.
Основная функция повторителя (repeater), как это следует из его названия, – повторение сигналов, поступающих на его порт. Повторитель улучшает электрические характеристики сигналов и их синхронность, и за счет этого появляется возможность увеличивать общую длину кабеля между самыми удаленными в сети узлами.
Многопортовый повторитель часто называют концентратором (concentrator) или хабом (hub), что отражает тот факт, что данное устройство реализует не только функцию повторения сигналов, но и концентрирует в одном центральном устройстве функции объединения компьютеров в сеть. Практически во всех современных сетевых стандартах концентратор является необходимым элементом сети, соединяющим отдельные компьютеры в сеть.
Концентратор представляет собой сетевое устройство, действующее на физическом уровне сетевой модели OSI.
Концентратор является активным оборудованием. Концентратор служит центром звездообразной конфигурации сети и обеспечивает подключение сетевых устройств. В концентраторе для каждого узла (ПК, принтеры, серверы доступа, IP-телефоны и пр.) должен быть предусмотрен отдельный порт.
Все порты хаба равноправны, никакой логической обработке сигнал не подвергается, не буферизируется, коллизии не обрабатываются (только фиксируются их наличие на индикации некоторых моделей устройств).
Концентраторы образуют из отдельных физических отрезков кабеля общую среду передачи данных – логический сегмент. Логический сегмент также называют доменом коллизий, поскольку при попытке одновременной передачи данных любых двух компьютеров этого сегмента, хотя бы и принадлежащих разным физическим сегментам, возникает блокировка передающей среды (рис. 8.1.).
Рис. 8.1. Логический сегмент, построенный с использованием концентраторов
Концентраторы поддерживают технологию plug and play и не требуют какой-либо установки параметров.
В современных технологиях компьютерных сетей хабы относят к устаревшему оборудованию.
Мост (bridge) – ретрансляционная система, соединяющая каналы передачи данных.
В соответствии с базовой эталонной моделью взаимодействия открытых систем мост описывается протоколами физического и канального уровней, над которыми располагаются канальные процессы. Мост опирается на пару связываемых им физических средств соединения, которые в этой модели представляют физические каналы. Мост преобразует физический (1A, 1B) и канальный (2A, 2B) уровни различных типов (рис. 8.2). Что касается канального процесса, то он объединяет разнотипные каналы передачи данных в один общий.
Мосты могут соединять сегменты, использующие разные типы носителей, например Gigabit Ethernet (витая пара) и 10Base2 (тонкий коаксиальный кабель). Они могут соединять сети с разными методами доступа к каналу, например сети Ethernet (метод доступа CSMA/CD) и Token Ring (метод доступа TPMA).