Сетевой оборудование для построение локальных вычислительные сети

14.3. Сетевое оборудование лвс

Рассмотрим подробнее оборудование, используемое в локальных сетях.

Сетевые адаптеры (СА). Указанные в п. 14.1 основные функции адаптеров и их технические характеристики определяются поддержи­ваемым уровнем протокола ЛВС в соответствии с архитектурой семиуровневой эталонной модели ВОС.

По выполняемым функциям СА разделяются на две группы [27]:

1. Реализующие функции физического и канального уровней.

Такие адаптеры, выполняемые в виде интерфейсных плат, отли­чаются технической простотой и невысокой стоимостью. Они приме­няются в сетях с простой топологией, где почти отсутствует необхо­димость выполнения таких функций, как маршрутизация пакетов, формирование из поступающих пакетов сообщений, согласование протоколов различных сетей и др.

2. Реализующие функции первых четырех уровней модели ВОС — физического, канального, сетевого и транспортного. Эти адаптеры, кроме функций СА первой группы, могут выполнять функции марш­рутизации, ретрансляции данных, формирования пакетов из переда­ваемого сообщения (при передаче), сборки пакетов в сообщение (при

приеме), согласования ПДД различных сетей, сокращая таким обра­зом затраты вычислительных ресурсов ЭВМ на организацию сетево­го обмена. Технически они могут быть выполнены на базе микропро­цессоров. Естественно, что такие адаптеры применяются в ЛВС, где имеется необходимость в реализации перечисленных функций.

Адаптеры ориентированы на определенную архитектуру локаль­ной сети и ее технические характеристики, поэтому по топологии ЛВС адаптеры разделяются на следующие группы: поддерживающие шин­ную топологию, кольцевую, звездообразную, древовидную, комби­нированную (звездно-кольцевую, звездно-шинную).

Дифференциация адаптеров по выполняемым функциям и ориен­тация их на определенную архитектуру ЛВС привели к большому многообразию типов адаптеров и разбросу их характеристик.

Концентраторы (хабы). Эти устройства удобны для формирова­ния сети произвольной топологии. Выпускается ряд типов концентра­торов — пассивных и активных с автономным питанием, выполняю­щих роль повторителя. Они отличаются по количеству, типу и длине подключаемых кабелей и могут автоматически управлять подсоеди­ненными сегментами (включать и выключать их в случае обнаруже­ния сбоев и обрывов).

Приемопередатчики (трансиверы) и повторители (репитеры). С помощью этих устройств можно объединить несколько сегментов сети с шинной топологией, увеличивая таким образом общую протяжен­ность сети.

Приемопередатчик — это устройство, предназначенное для при­ема пакетов от контроллера рабочих станций сети и передачи их в шину. Он также разрешает коллизии в шине. Конструктивно приемо­передатчик и контроллер могут объединяться на одной плате или на­ходиться в различных узлах.

Повторитель — устройство с автономным питанием, обеспечива­ющее передачу данных между сегментами определенной длины.

Мосты и шлюзы. Мосты используются для соединения в основном идентичных сетей, имеющих некоторые физические различия на фи­зическом и канальном уровнях. Например, с помощью моста могут соединяться на 3-м (сетевом) уровне две сети с различными более низ­кими уровнями, но одинаковыми более высокими уровнями. Промыш­ленностью выпускается довольно широкая номенклатура мостов. Среди них — «самообучающиеся» мосты, которые позволяют регу­лировать доступ к каждой из объединяемых сетей и трафик обмена между ними, а также используются для расширения сети, достигшей своего топологического предела. Некоторые из «самообучающихся мостов» применяются для объединения с помощью арендуемой линии связи локальной сети и удаленной сети в единую сеть, элементы ко­торой могут быть рассредоточены на территории в сотни и тысячи километров. Есть более сложные мосты, которые одновременно выполняют функции многоканального маршрутизатора. К ним относится мост HP 272 A ROUTER ER (он же — многоканальный маршрутиза­тор), который объединяет две локальные сети и две удаленные сети.

Шлюзы применяются для соединения различных сетей. Они вы­полняют протокольное преобразование для всех семи уровней модели ВОС, в частности маршрутизацию пакетов, преобразование сообще­ния из одного формата в другой или из одной системы кодирования в другую. Следует иметь в виду, что, по мере того как взаимная связь устанавливается на все более высоких уровнях модели ВОС, задача поддержания этой связи усложняется, и для ее реализации требуется более мощный процессор.

Маршрутизаторы (роутеры). Эти устройства устанавливают со­единение на 4-м (транспортном) уровне, при этом верхние уровни сети (5-й, 6-й и 7-й) должны быть одинаковыми. Они обеспечивают доста­точно сложный уровень сервиса, так как могут выполнять «интеллек­туальные» функции: выбор наилучшего маршрута для передачи сооб­щения, адресованного другой сети; управление балансированной на­грузкой в сети путем равномерного распределения потоков данных; защиту данных; буферизацию передаваемых данных; различные про­токольные преобразования. Такие возможности маршрутизаторов осо­бенно важны при построении базовых сетей крупных организаций.

Использование маршрутизаторов при объединении ряда неболь­ших локальных сетей в единую сеть дает следующие преимущества (по сравнению с большой ЛВС, имеющей такое же количество або­нентских систем):

• обеспечивается большая безопасность информации, циркулирую­щей в сети. В большой ЛВС, работающей в широковещательном режиме, информация распространяется по всей кабельной систе­ме, поэтому лица, заинтересованные в расстройстве схемы адре­сации и приеме не адресованных им передач, имеют для этого все возможности. В сети, образованной из нескольких небольших ЛВС, защищенность информации выше: с помощью маршрутизаторов осуществляется межсетевая коммутация, а обычные сетевые по­токи данных остаются локальными, т.е. работа в широковещатель­ном режиме возможна только в пределах небольшой ЛВС;

• повышается надежность работы сети: выход из строя одной ЛВС не отражается на работе других взаимосвязанных сетей, так как маршрутизаторы, осуществляющие множественное взаимодей­ствие, изолируют отказавшие сети;

• увеличивается производительность в пределах каждой индивиду­альной сети, входящей в состав единой сети. В каждой небольшой ЛВС имеются свои средства управления сетью, повышающие сте­пень ее самостоятельности. Кроме того, уменьшаются нагрузки, связанные с потоком данных, генерируемых рабочими станциями (в полном объеме по кабельной системе индивидуальной сети рас-пространяются только те данные, которые поступают от «своих» рабочих станций);

• увеличивается диапазон действия сети: выполняя функции усили­телей сигнала, маршрутизаторы устраняют ограничение по допу­стимой протяженности длины кабеля.

Коммутаторы. Появление коммутаторов в сетях диктовалось теми же потребностями, что и в случае мостов и маршрутизаторов, но, кроме того, необходимостью улучшения некоторых характеристик сетевого оборудования. Например, коммутаторы обладают большей пропускной способностью, что важно для интерактивного трафика между взаимодействующими рабочими станциями. В сети Ethernet коммутаторы обрабатывают полученный пакет в реальном масшта­бе времени, обеспечивая низкую латентность и высокую скорость коммутации.

В отличие от первых образцов современные коммутаторы обла­дают гибкой архитектурой и широкими функциональными возмож­ностями. Они обеспечивают оперативную коммутацию пакетов с проверкой корректности данных, упрощают создание логических се­тей с полным набором встроенных средств сетевого управления, в составе концентраторов с высокоскоростными переключаемыми ма­гистралями позволяют достичь приемлемого варианта в организации сетевых соединений (например, формирования на магистрали выде­ленного сегмента, включающего двух конечных пользователей).

По своему назначению и функциональным возможностям совре­менные мосты, маршрутизаторы и коммутаторы довольно близки друг к другу. Однако каждый из типов этих устройств разрабатывался не с целью вытеснения других устройств, он имеет свои области при­менения. Мосты обеспечивают сегментацию сети на физическом уров­не, поэтому их «интеллектуальные» возможности ограничены. Мар­шрутизаторы, интегрируя физические и логические сегменты сети в единое целое, решают при этом ряд «интеллектуальных» функций, но отличаются невысокой латентностью, что негативно отражается на оперативности управления трафиком. Коммутаторы идеально при­способлены для поддержки высокопроизводительной коллективной работы. В очень крупных сетях, насчитывающих тысячи узлов, мос­ты и маршрутизаторы обеспечивают более эффективное управление трафиком, чем коммутаторы. В сетях с небольшим числом пользова­телей целесообразно применять высокоскоростную коммутацию с малым временем задержки.

При формировании больших сетей масштаба предприятия наибо­лее удачным является комбинированный вариант использования мос­тов, маршрутизаторов и коммутаторов, умелое их сочетание, позво­ляющее создать действительно гибкую сетевую архитектуру.

Модемы и факс-модемы. Модем, обеспечивая согласование циф­ровых сигналов компьютера с аналоговыми сигналами телефонной линии, при передаче данных осуществляет модулирование аналого­вых сигналов цифровой информацией, а при приеме — демодулирование. Главное отличие между ними — способ модуляции. Различают модемы с частотной, амплитудной и фазовой модуляцией.

При создании модемов придерживаются определенных стандартов передачи сигналов. Существуют стандарты по ряду признаков.

По скорости передачи данных разработаны модемы стандартов: V. 22 bis — для скорости 2400 бит/с, V.32 bis — для скорости 9600 бит/с и V.32 bis — для 14400 бит/с. В более скоростных модемах обычно реализованы и предшествующие стандарты передачи сигналов и, кроме того, предусмотрены запасные режимы с меньшими скоростями. На­пример, для стандарта V.32 bis это скорости 12 000, 9 600, 7 200 и 4 800 бит/с. В настоящее время используются модемы со скоростью переда­чи 56 Мбит/с.

Второй стандарт связан с используемыми протоколами коррекции ошибок. Многие годы стандартом считались протоколы группы MNP (Microcom Networking Protocol) — MNP1-MNP10. Это аппаратные протоколы фирмы Microcom, обеспечивающие автоматическую кор­рекцию ошибок и компрессию (сжатие) передаваемых данных. В на­стоящее время используется стандарт МККТТ V.42. В целях совмес­тимости модем стандарта V.42 включает в себя и функции MNP.

Третий стандарт определяет реализуемый метод сжатия данных. Здесь также стандарт MNP5, предусматривающий сжатие информа­ции всего лишь вдвое, уступает место стандарту Международного комитета по телеграфии и телефонии (МККТТ) V.42 bis, обеспечива­ющему сжатие информации в четыре раза. Стандарт V.42 bis в каче­стве резервного метода сжатия данных включает стандарт MNP5, а в качестве метода коррекции ошибок — стандарт V.42.

В состав типичного модема входят: специализированный микро­процессор для управления работой модема, оперативная память для хранения содержимого регистров модема и буферизации передавае­мой (получаемой) информации, электрически перепрограммируемая постоянная память для хранения коммуникационных программ, ди­намик для звукового контроля связи, вспомогательные элементы (трансформатор, резисторы, разъемы и пр.).

В конструктивном исполнении модемы могут быть внутренними (встроенными) и внешними. Внутренний модем выполняется в виде отдельной платы, вставляемой в слот на материнской плате компью­тера. Внешний модем представлен в виде отдельного устройства с блоком питания, подключаемого к последовательному асинхронно­му порту компьютера. К телефонной линии связи модем подключает­ся либо непосредственно, либо при помощи микрофона и динамика к обычной телефонной трубке (акустические модемы). Модемы, под­ключаемые к разным концам одной и той же линии связи, должны быть одинакового стандарта.

Факс-модемы обеспечивают скоростную передачу данных толь­ко в одном направлении и используют свои собственные стандарты. Они лучше справляются с передачей информации, чем с приемом. В настоящее время выпускаются и комбинированные модемы (модем данных/факс-модем).

Анализаторы ЛВС. Это мощный диагностический инструмент, предназначенный для контроля качества функционирования сети. Контроль позволяет наблюдать за работой сети в режиме реального времени и регистрировать события, которые могут означать возник­новение проблемы. Контроль сопровождается графическим или циф­ровым отображением информации. Анализаторы могут накапливать и хранить информацию о состоянии сети с целью последующего его воспроизведения и анализа.

Сетевые тестеры. Это приборы, входящие в состав контрольно-измерительной аппаратуры, которая облегчает установку и техни­ческое обслуживание локальных сетей. Тестеры линий передачи явля­ются хорошим средством проверки нового кабеля и отыскания неисп­равностей в системе установленных кабелей. Они способны не только обнаруживать неисправность, но и сообщать сведения о ее характере и месте расположения.

Источник