Коммутаторы и маршрутизаторы вычислительных сетей

29. Объединение сетей Ethernet: коммутаторы и маршрутизаторы

Допустим, две сети Ethernet объединены не коммутатором, а парой маршрутизаторов. Маршрутизаторы между собой соединены выделенной двухточечной линией, например, длиной в тысячи километров. Кадр принимается маршрутизатором, из его поля данных извлекается пакет. Маршрутизатор анализирует содержащийся в пакете адрес (например, IР-адрес). Этот адрес нужно отыскать в таблице маршрутизации. В соответствии с ним принимается решение об отправке пакета (возможно, упакованного в кадр нового вида — это зависит от протокола, используемого линией) на удаленный маршрутизатор. На противоположном конце пакет вставляется в поле данных кадра Ethernet и помещается в ЛВС 2.

В чем заключается основная разница между случаем коммутации (установки моста) и маршрутизации? Коммутатор (мост) пересылает весь пакет, обосновывая свое решение значением МАС-адреса. При применении маршрутизатора пакет извлекается из кадра, и для принятия решения используется адрес, содержащийся именно в пакете. Коммутаторы не обязаны вникать в подробности устройства протокола сетевого уровня. А маршрутизаторы обязаны.

Наиболее распространенными являются два стиля объединения сетей: ориентированное на соединение сцепление подсетей виртуальных каналов и дейтаграммный интерсетевой стиль.

30.Сетевая технология – Ethernet.

Самая популярная сетевая технология – Ethernet – представляет архитектуру сетей с разделяемой средой и широковещательной передачей. Это означает, что все узлы сегмента сети получают пакет одновременно. В классическом варианте архитектуры с шинной топологией используется метод множественного доступа с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий – CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect). Суть этого метода заключается в том, что любой абонент может пытаться получить доступ к среде (начать передачу пакета) в любой момент времени, но будет делать это осмотрительно. Если в процессе передачи передающий узел обнаруживает коллизию (столкновение с работой другого передатчика), то он прекратит передачу и будет выжидать случайный интервал времени до возобновления попытки передачи. Такой метод доступа относится к классу недетерминированных с децентрализованным управлением (все узлы равноправны). Недостатком этого метода является возрастание числа коллизий при увеличении числа активных узлов в сегменте, в результате чего реальная пропускная способность с повышением числа активных узлов начинает резко падать. При большом количестве узлов (ориентировочно – более 30) для повышения пропускной способности применяют сегментирование сети. При этом отдельные сегменты сети соединяют между собой мостами, в задачу которых входит фильтрация кадров (фреймов) по физическим (MAC) адресам назначения. Если адрес назначения кадра относится к узлу данного сегмента, мост не выпускает его в другой сегмент, а если получателя кадра нет в данном сегменте, то для этого кадра мост будет прозрачным. Фильтрацией пакетов на более высоком уровне занимаются и маршрутизаторы.

В реализации Ethernet на витой паре применяется звездообразная физическая топология, в центре которой располагается устройство-хаб (Hub). При использовании простейших хабов-повторителей логически все узлы оказываются объеди­ненными в шину и ситуация с коллизиями выглядит так же, как и на коаксиале. Развитием технологии Ethernet стало применение коммутации пакетов (Switched Ethernet), реализуемое при звездообразной физической топологии. Здесь управление доступом к среде практически переносится с узлов в центральное коммутирующее устройство – Switched Hub, обеспечивающее установление временных (на время передачи одного пакета) виртуальных выделенных каналов между парами портов – источниками и получателями пакетов. От узлов-передатчиков коммутирующий хаб почти всегда готов принять пакет либо в свой буфер, либо практически без задержки передать его в порт назначения (коммутация «на лету» – On-the-fly Switching). Коммутирующие хабы существенно дороже, но возможно сочетание обычных хабов-повторителей с коммутирующими, что позволяет увязать требования производительности с ценой в каждом конкретном случае построения сети.

В качестве среды передачи в Ethernet возможно и применение оптоволокна, реализующего двухточечное соединение.

Технология Ethernet позволяет использовать скорости передачи данных 10 и 100 Мбит/с, высокая скорость доступна только для витой пары и оптоволокна. Появилась версия и со скоростью 1 Гбит/с (Gigabit Ethernet), но пока что широкого распространения не получила из-за технических сложностей реализации кабельной системы и отсутствия жесткого стандарта.

Популярные разновидности Ethernet обозначаются как 10Base2, 10BaseT и др. Здесь первый элемент обозначает скорость, Мбит/с. Второй элемент: Base – прямая (немодулированная) передача, Broad – использование широкополосного кабеля с частотным уплотнением каналов. Третий элемент: длина кабеля в сотнях метров (хотя в 1Base5 длина до 250 м) или среда передачи (F – оптоволокно, Т – 2 витые пары, Т4 – 4 витые пары). Эти разновидности будут рассмотрены ниже, за исключением «древнего» варианта lBase5 и 10Broad36 на 75-омном коаксиале, встреча с которыми маловероятна.

Наиболее распространенным стандартом для скорости 100 Мбит/с является 100BaseTX, называемый Fast Ethernet. Средой передачи являются две неэкранированные (UTP) или экранированные витые (STP) пары категории 5. Правила соединений и использование контактов разъемов RJ-45 те же, что и для 10BaseT, так что переход от 10 на 100 Мбит/с при наличии кабельной системы категории 5 требует только замены активного оборудования.

Для стандарта 100BaseT4 используются четыре пары UTP или STP категории 5, совместимости со 100BaseTX нет. В стандарте 100BaseFX используется оптоволоконный кабель.

Источник

Отличие коммутатора от маршрутизатора

Для связи электронных устройств пользуются разными методами. На фирмах, предприятиях, в организациях, корпорациях этими вопросами профессионально занимаются системные администраторы.

Но что делать обычным пользователям, когда нужно выбрать один из аппаратов, чтобы создать связующую информационную сеть? Обычным людям незнакомы даже термины, которые используют при подборе оборудования, названия разной техники, неизвестны функциональность, предназначение. Естественно, разница между ними есть и колоссальная, поэтому стоит разобраться, что такое:

Сетевые устройства мало отличаются внешним исполнением, представлены компактными коробочками с портами и соединителями. Но наделены разносторонними характеристиками, их используют для достижения разных целей. Каждое оборудование вносит свою лепту в построение компьютерных сетей.

Что такое коммутатор (свитч)?

Концентраторы уже давно признаны настолько примитивными и морально устаревшими, неспособными самостоятельно выявить конечного адресата, что их давно заменили высокорезультативными коммутаторами, которые справляются с анализом данных в высокоскоростном режиме. Это главные отличительные свойства, которые присущи приборам, именуемым еще свитчами.

Смысл применения оборудования с мостовыми технологиями: коммутатор «роднит» между собой внутри одной локальной сети разные узлы в заданном количестве (принтеры, компьютеры и др.) и организует обмен данными исключительно между ними, большее ему не под силу.

• повышенная производительность;
• высокая безопасность;
• ненужно перерабатывать лишнюю информацию.

• управляемые: сложно устроенные, со вспомогательным функционалом, управление коммутацией – канальный уровень модели OSI;
• неуправляемые: просто устроенные.

Принцип работы коммутатора

Таблицы коммутации содержат сведения, которые помогают уточнить, каким портам свитча соответствует каждый MAC-адрес узлов. Все это сосредоточено в его памяти. Когда свитч включают, в таблице ничего нет. Он обучаемый и продолжает работать в этом режиме, анализируя информационный поток и заполняя таблицу MAC-адресами компьютеров, с которых отправлены пакеты данных.

Сначала, данные, которые поступили на один порт, доступны всем портам. Позже, свитч разбирается и понимает, какому узлу определен поступивший на один из его портов пакет данных, и отправляет его нужному адресату. В процессе обучения коммутатор создает полноценную таблицу коммутации с учетом всех портов, чтобы локализовать трафик.

Что такое маршрутизатор (роутер)?

Связывает между собой несколько разных сетей и позволяет проводить обмен информацией. Роутер маршрутизирует трафик. Передача данных происходит не только между компьютерами в пределах одной домашней или рабочей сети, в отличие от коммутатора маршрутизаторы рассылают пакеты данных между рабочей сетью и провайдера, например.

Благодаря роутеру движение сетевого трафика происходит по четко заданному маршруту за счет IP-адресов.

• информационные потоки налажены среди всех узлов в одном сегменте сети;
• передача данных между несколькими сегментами сетей: интернетом и локальной сетью.

Говоря о маршрутизаторе, подразумевают несколько разновидностей, пользователи выбирают наиболее оптимальное решение для себя:

Принцип работы маршрутизатора

У всех роутеров, независимо от отличительных свойств, индивидуальных особенностей, принцип работы идентичен. Получают информацию из локальной сети или интернета, анализируют ее и отправляют конкретному получателю. С технологией Wi-Fi роутер раздает интернет в одно время многим узлам: ноутбуки, компьютеры, смартфоны, телевизоры, планшеты, игровые приставки и т.д., хотя подача интернета происходит только по одному кабелю LAN.

Данные адресату маршрутизаторы направляют, используя таблицу маршрутизации. Выбирают самый надежный и качественный путь. В электронной базе данных хранится сетевой маршрут к любому устройству в сети, а также другим аппаратам, поэтому есть связь и между маршрутизаторами. Каждый известный им адрес маршрутизаторы регулярно тестируют, чтобы понимать, работает еще устройство или уже отключено, и как быстро оно принимает пакет данных.

Отличие коммутатора от маршрутизатора простыми словами

Они решают задачи в разной плоскости. Коммутатор и маршрутизатор имеют много общего, но и достаточно разные:

• свитч гораздо проще с технической точки зрения с ограниченной функциональностью;
• маршрутизаторы сложней устроены, могут анализировать объем информации, определяют IP-адреса;
• отличие любого коммутатора – работа исключительно с MAC-адресами;
• маршрутизаторам свойственен сетевой уровень модели OSI;
• маршрутизаторы от свитчей отличаются подключением к интернету;
• для работы коммутатора и маршрутизатора нужен порт LAN, но последнее устройство еще использует и WAN-порт;
• присматривая коммутатор или маршрутизатор, обращают внимание не только на функциональные возможности, но и стоимость, поскольку коммутаторы гораздо проще и дешевле.

Гораздо легче увидеть разницу и понять, что нужно купить в каждом конкретном случае, после рассмотрения свойств, особенностей, возможностей коммутатора и маршрутизатора, поскольку их функционал отличается. Чтобы настроить элементарное соединение между несколькими компьютерами, достаточно и свитча. С роутером получится подключить каждый узел к сети интернет.

Источник