Сетевые компоненты.
Существует множество сетевых устройств, которые возможно использовать для создания, сегментирования и усовершенствования сети. Основными из них являются сетевые адаптеры, повторители, усилители, мосты, маршрутизаторы, коммутаторы и шлюзы.
Сетевые адаптеры (карты), или NIC (Network Interface Card), являются теми устройствами, которые физически соединяют компьютер с сетью. Сетевые адаптеры — 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, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, 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.
Сигнал при перемещении по сети ослабевает. Чтобы противодействовать этому ослаблению, можно использовать повторители и/или усилители, которые усиливают сигналы, проходящие через них по сети.
Повторители (repeater) используются в сетях с цифровым сигналом для борьбы с ослаблением сигнала. Повторители обеспечивают надежную передачу данных на большие расстояния, нежели обычно позволяет тип носителя. Когда повторитель получает ослабленный входящий сигнал, он очищает сигнал, увеличивает его мощность и посылает этот сигнал следующему сегменту.
Усилители (amplifier), хоть и имеют сходное назначение, используются для увеличения дальности передачи в сетях, использующих аналоговый сигнал.
Концентратор (hub) представляет собой сетевое устройство, служащее в качестве центральной точки соединения в сетевой конфигурации «звезда» и действует на физическом уровне сетевой модели OSI. Концентратор также может быть использован для соединения сетевых сегментов. Существуют три основных типа концентраторов: пассивные (passive), активные (active) и интеллектуальные (intelligent). Пассивные концентраторы, не требующие электроэнергии, действуют просто как физическая точка соединения, ничего не добавляя к проходящему сигналу. Активные концентраторы требуют энергии, которую они используют для восстановления и усиления сигнала, проходящего через них. Интеллектуальные концентраторы могут предоставлять такие сервисы, как переключение пакетов и перенаправление. Переключение пакетов позволяет не поддерживать постоянный физический канал между двумя устройствами. Перенаправление трафика осуществляется при перегрузках и отказах оборудования.
Мост (bridge) представляет собой устройство, используемое для соединения сетевых сегментов.
Мосты могут соединять сегменты, которые используют разные типы носителей (кабелей). Они могут соединять сети с разными схемами доступа к носителю. Примером таких устройств являются мосты-трансляторы. Другой специальный тип моста, прозрачный или интеллектуальный мост, периодически «изучает», куда направлять получаемые им пакеты. Он делает это посредством непрерывного построения специальных таблиц, добавляя в них по мере необходимости новые элементы.
Возможным недостатком мостов является то, что они передают данные дольше, чем повторители, так как проверяют адрес сетевой карты получателя для каждого пакета. Они также сложнее в управлении и дороже, нежели повторители.
Маршрутизатор (router) представляет собой сетевое коммуникационное устройство, которое может связывать два и более сетевых сегментов (или подсетей). Маршрутизатор реализует протоколы физического, канального и сетевого уровней. Маршрутизатор работает с несколькими каналами, направляя в какой-нибудь из них очередной блок данных.
Маршрутизаторы обмениваются информацией об изменениях структуры сетей, трафике и их состоянии. Благодаря этому выбирается оптимальный маршрут следования блока данных в разных сетях от абонентской системы-отправителя к системе-получателю.
Маршрутизатор для фильтрации трафика использует не адрес сетевой карты компьютера, а информацию о сетевом адресе, передаваемую в относящейся к сетевому уровню части пакета.
Существуют два типа маршрутизирующих устройств: статические и динамические. Статические маршрутизаторы используют таблицы маршрутизации, которые должен создать и вручную обновлять сетевой администратор. Динамические маршрутизаторы создают и обновляют свои собственные таблицы маршрутизации.
Коммутаторы. В отличие от концентраторов, которые полностью воплощают в себе идеологию общей разделяемой среды и превращают сеть в единый домен, коммутаторы — это более интеллектуальные устройства, способные анализировать адрес назначения кадра и передавать его не всем станциям сети, а только адресату.
Конструктивно коммутатор представляет собой многопортовое устройство, предназначенное для деления сети на множество сегментов. Коммутаторы позволяют создавать изолированные друг от друга локальные сети. Изоляция виртуальных сетей друг от друга происходит на канальном уровне. Это означает, что передача кадров между различными виртуальными сетями на основании адреса канального уровня невозможна.
Шлюз (gateway) является наиболее сложной ретрансляционной системой, обеспечивающей взаимодействие сетей с различными наборами протоколов всех семи уровней. В свою очередь, наборы протоколов могут опираться на различные типы физических средств соединения.
Шлюзы оперируют на верхних уровнях модели OSI (сеансовом, представительском и прикладном) и представляют наиболее развитый метод подсоединения сетевых сегментов и компьютерных сетей. Необходимость в сетевых шлюзах возникает при объединении двух систем, имеющих различную архитектуру. В качестве шлюза обычно выступает выделенный компьютер, на котором запущено программное обеспечение шлюза и производятся преобразования, позволяющие взаимодействовать несходным системам в сети.
Другой функцией шлюзов является преобразование протоколов. Шлюз может получить сообщение. Почтовые шлюзы производят сходные операции по преобразованию почтовых сообщений и других почтовых передач из формата приложения электронной почты в более универсальный почтовый протокол.
Шлюзы сложны в установке и настройке. Они также дороже других коммуникационных устройств. Вследствие лишнего этапа обработки, связанного с процессом преобразования, шлюзы работают медленнее, чем маршрутизаторы и подобные устройства.
Основные отличия коммутатора от маршрутизатора и концентратора
Организация локальной сети и подключения к интернету даже в условиях обычной квартиры, не говоря уже об офисе, оснащенном десятками или сотнями рабочих станций, требует использования дополнительного оборудования: маршрутизаторов, коммутаторов и концентраторов в различных комбинациях.
Несмотря на то, что все эти устройства используются для подключения одинаковых кабелей и даже выглядят в большинстве своем крайне похоже, функционал и, что самое главное, принцип работы у них абсолютно разный. И именно о том, в чем заключается отличие коммутатора от маршрутизатора или концентратора мы сегодня и расскажем.
Концентратор – самое простое устройство
Концентратор, он же – хаб (от английского hub – «центр») – самое технологически простое устройство из всего списка. Он представляет собой небольшую коробочку с серией портов RJ-45. Их максимальное число ограничено 12. Хаб используется для организации небольшой домашней или офисной сети, включающей несколько устройств, которым требуется исключительно проводное подключение – Wi-Fi-модуля концентраторы не имеют. Например, это может быть несколько рабочих компьютеров или ноутбуков и один принтер, доступ к которому может потребоваться с любой рабочей машины. При этом каждое подключенное к нему устройство имеет уникальный MAC-адрес, с помощью которого и осуществляется связь. Принцип работы у этого сетевого узла следующий: файл, передающийся, например, с компьютера на принтер, разбивается на мелкие кусочки – фреймы (по-русски – «кадры»), которые отправляются последовательно. Каждый фрейм состоит из 2 частей: непосредственно кусочка передаваемого файла и служебной информации, в частности, адреса устройства-получателя. После попадания на порт концентратора каждый фрейм просто многократно копируется и отправляется по всем остальным портам, то есть, даже тем машинам, которым он не адресован. Каждая машина по указанному во фрейме адресу сама определяет, стоит ли принимать его, или можно проигнорировать. При всей своей простоте хаб имеет ряд плюсов, к примеру:
- самую низкую цену в сравнении с маршрутизатором и коммутатором,
- поддержку работоспособности сети при выходе из строя одного из портов или подключенных к нему устройств.
Но есть у концентратора и весьма весомый недостаток: постоянное дублирование фреймов с каждого порта на все остальные существенно повышает нагрузку на сеть, снижая скорость передачи данных одновременно для всех машин, и обеспечивает достаточно низкий уровень безопасности. В связи с этим, в целом, концентраторы считаются устаревшими и на практике давно уступили место более прогрессивным коммутаторам.
Коммутатор – «умный» хаб
Внешне коммутатор (он также называется «свитчом» – от английского switch – «переключатель») выглядит как хаб с большим количеством портов. И даже используется он по тому же назначению – для «сбора» разрозненных машин в единую сеть с помощью проводного подключения.
Главное же отличие коммутатора от концентратора кроется в принципе работы. В его основе лежит все та же технология передачи сигнала фреймами, однако само устройство не просто слепо дублирует их, а анализирует и обрабатывает.
Свитч имеет собственную память, в которой содержится матрица (таблица) MAC-адресов. Изначально она пуста и коммутатор работает в режиме концентратора, но после начала передачи данных она начинает автоматически заполняться адресами на основании анализа решений о принятии и отказе получения фрейма подключенными машинами. Соответственно, через определенное время в матрице появляется информация обо всех находящихся в сети клиентах, и свитч может использовать ее в своей работе: вместо того, чтобы ретранслировать входящий фрейм на все порты, он отправляет его на конкретный порт, к которому подключена машина с указанным во фрейме адресом.
Подобная схема работы в разы снижает нагрузку на сеть и позволяет использовать ее практически на максимальной скорости, а точнее, на скорости установленных в свитче портов.
Роутер – многофункциональное устройство
Роутер – самое технологичное устройство в тройке, которое выполняет сразу несколько функций.
Вообще, если одновременно взглянуть на современный коммутатор / роутер (маршрутизатор), отличия будут заметны практически сразу – общее количество портов в последнем существенно меньше (оно может быть сокращено до 1), но при этом всегда имеется порт, отличающийся цветом и маркировкой (WAN, Wide Area Network – «глобальная сеть») и служащий для подключения к Интернету. Также у роутера всегда есть антенны, причем даже тогда, когда они не вынесены наружу «усами» (они расположены на основной плате внутри корпуса), необходимые для создания беспроводной сети.
В плане создания и функционирования локальной сети отличие роутера от коммутатора минимально – он также передает данные на основании таблицы маршрутизации, то есть, от одного отправителя к конкретному получателю. Более того, к локальной сети добавляется и глобальная, то есть, сигналы от одного из компьютеров могут отправляться не только к другой машине в той же сети, но и в интернет, например, для доступа к определенному сайту. Собственно, в самой возможности выхода в интернет и кроется первое существенное отличие.
Второе – принцип работы с таблицей адресов. Маршрутизатор помимо MAC-адресов использует еще и IP-адреса, причем их он не узнает от устройств, а назначает сам. Назначение может осуществляться вручную, когда пользователь жестко закрепляет один адрес за конкретным оборудованием, или динамически – с помощью DHCP-сервера. Сервер в данном случае – это специальная программа, которая отслеживает появление новых подключений и присутствие в сети ранее подключенных клиентов, а также автоматически «раздает» им адреса.
Третье отличие и, наверное, самая очевидная разница между коммутатором и маршрутизатором кроется в возможности работы последнего с беспроводными клиентами, например, смартфонами или ультрабуками, которые нельзя физически подключить к сети кабелем из-за отсутствия разъема. При этом, несмотря на очевидную разницу в подключении, проводные и беспроводные устройства находятся в одной сети и получают последовательные IP-адреса.