Коммутаторы

Коммутатор (switch [свич], коммутирующий концентратор) — это многопортовое устройство, которое, так же как и мост, позво­ляет объединить несколько отдельных сегментов в одну сеть.

Работа коммутатора может быть основана на использовании:

• коммутационной матрицы;

• общей шины;

• разделяемой памяти;

Коммутационная матрица обеспечивает передачу кадров меж­ду портами и работает по принципу коммутации каналов.

При получении кадра на какой-либо из портов несколько первых байтов кадра, содержащих адрес назначения, помещаются в буфер коммутатора для анализа. Получив адрес назначения, коммутатор, не дожидаясь получения оставшихся байтов кадра, решает, передавать ли кадр. Если в этом нет необходимости, то запись кадра в буфер прекращается и происходит очистка буфера. Если коммутатор решил передавать кадр, то он просматривает ад­ресную таблицу, чтобы определить нужный порт-получатель, по­сле этого обращается к коммутационной матрице для установки соединения с этим портом. После установки соединения начина­ется передача кадра.

Если нужный порт занят другим соединением, то полученный кадр записывается в буфер, где ожидает, пока можно будет уста­новить требуемое соединение.

В случае коммутаторов с общей шиной порты связывает вы­сокоскоростная шина, по которой и передаются кадры.

Передача происходит небольшими порциями, чтобы не заби­вать шину передачами только с одного порта, заставляя осталь­ные порты находиться в очереди на передачу в течение неопреде­ленного времени.

Использование для связи портов коммутатора разделяемой памяти основано на особой организации памяти коммутатора, где образовано несколько очередей данных для каждого из портов. При этом память поочередно соединяется с буферами портов для записи или чтения. Поступающие кадры записываются в буфер порта, откуда попадают в разделяемую память. Когда память соединиться с буфером порта назначения, тот считывает данные и пересылает их в сеть.

Маршрутизатор

Маршрутизатор — устройство, обеспечивающее взаимодейст­вие между локальными сетями. Маршрутизаторы, как и мосты или коммутаторы, способны ретранслировать пакеты из одной подсети в другую. Однако работа маршрутизаторов основана на использовании не физических, а логических сетевых адресов (на­пример, IP-адресов). При этом ретрансляции подлежат только те пакеты, которые адресованы в ту или иную подсеть, к которой данный маршрутизатор подключен. Кроме того, маршрутизаторы позволяют строить сети, имеющие петли, т. е. более одного пути возможного следования пакета от одного узла сети к другому. Не­сколько путей позволяют повышать пропускную способность се­ти, а также служат резервными каналами передачи данных на слу­чай выхода из строя основных. При этом маршрутизатор отвечает за выбор маршрута.

Повторители и концентраторы дублируют поступающие на них пакеты — данную работу можно охарактеризовать как соот­ветствующую первому физическому уровню модели OSI.

Мосты и коммутаторы ретранслируют из одного сегмента в другой только межсегментные и широковещательные пакеты — второй, канальный уровень модели OSI.

Маршрутизаторы позволяют обеспечить взаимодействие меж­ду двумя практически независимыми сетями, которые могут быть построены на основе различных базовых технологий, и использо­вать разные стеки протоколов. Таким образом, можно сказать, что маршрутизаторы функционируют на третьем, сетевом уровне модели OSI.

Основные функции, выполняемые маршрутизатором, можно разделить в соответствии с уровнями модели OS1 на:

1. сетевой:

• создание и ведение таблицы маршрутизации;

• определение маршрута по таблице маршрутизации;

• анализ информации из заголовка сетевого уровня пакета, изменение этого заголовка при необходимости (время жизни пакета и т. п.);

• фильтрация пакетов;

• проверка контрольной суммы пакетов, отбрасывание пакетов, содержащих ошибки;

• буферизация пакетов, управление очередями пакетов;

2. канальный:

• инкапсуляция пакетов сетевого уровня в кадры канального уровня при передаче пакетов, обратный процесс при их приеме и обработке;

• преобразование адреса следующего маршрутизатора или узла назначения из сетевого в физический;

3. физический:

• обеспечение интерфейса со средой передачи данных;

• прием и передача кадров.

Маршрутизаторы применяются для объединения нескольких локальных сетей в единую составную сеть либо же, наоборот, для разграничения большой сети на несколько независимых малых подсетей.

Маршрутизаторы применяются для объединения разнород­ных сетей как локальных, так и глобальных. Например, для со­единения локальной сети с глобальной сетью, такой как Интер­нет, или для объединения сетей, работающих на различных ско­ростях передачи данных, например Ethernet и Fast Ethernet.

Так же маршрутизаторы позво­ляют сделать невидимыми сетевые адреса узлов локальной сети из внешней сети, подменяя их своим адресом. Такой прием использу­ется как мера безопасности, усложняющая несанкционированное проникновение в «скрытую» с помощью маршрутизатора сеть, и как мера, позволяющая увеличить адресное пространство, по­скольку адреса внутри локальных сетей, можно сказать, не сущест­вуют для внешней глобальной сети и могут совпадать. Такое со­крытие называется трансляцией сетевых адресов.

В зависимости от областей применения и функциональной сложности маршрутизаторы могут быть как программными, так и аппаратными. При этом маршрутизаторы делятся на несколько классов.

Первый класс — магистральные маршрутизаторы, применяе­мые для сетей операторов связи и провайдеров сетевых услуг. Для таких маршрутизаторов характерны очень высокий уровень производительности, а также наличие мощных средств обеспе­чения отказоустойчивости, причем как отдельного узла, так и всей сети в целом, использование сверхскоростных интерфей­сов (10—40 Гбит/с).

Второй класс — маршрутизаторы корпоративных сетей, ис­пользуемые как в этих сетях, так и для подключения к каналам операторов связи. Характеристики данного класса гораздо скром­нее, однако функциональные возможности оказываются зачас­тую более широкими, так в маршрутизаторах данного класса час-то бывает реализована поддержка разнообразных телефонных стандартов связи.

Третий класс — маршрутизаторы локальных сетей, ориенти­рованные на использование в небольших компаниях или в не­больших домашних сетях пользователей. Такие маршрутизаторы достаточно просты в настройке и являются сравнительно недоро­гими. Кроме того, маршрутизаторы этого класса часто снабжают­ся дополнительными возможностями, такими как встроенные серверы печати или точки беспроводного доступа.