Отметим различие между мостами (коммутаторами) и маршрутизаторами.

1. Мост (коммутатор) распознает только локальные адреса (аппаратные адреса, МАС-адреса) подуровня управления доступом к среде (адреса плат сетевого адаптера компьютеров в подключенных к нему сегментах), а маршрутизаторы распознают числовые адреса сетей (IP адреса).

2. Мост (коммутатор) распространяет пакеты с неизвестным ему адресом получателя по всем направлениям, а все пакеты с известным адресатом передает только через соответствующий порт, а маршрутизатор фильтрует адреса.

3. Маршрутизаторы более надежно и более эффективно, чем мосты, изолирую трафик отдельных частей сети друг от друга.

Шлюз (gateway) - это устройство, служащее для соединения совершенно разных сетей, например, локальных сетей с глобальными или локальных сетей с большими ЭВМ, использующими совершенно другие и, что принципиально, абсолютно несовместимые протоколы обмена. В этом приходится преобразовывать весь поток информации, включая код, форматы, методы управления и т.д. Это еще более сложные и, следовательно, гораздо более дорогие устройства, чем маршрутизаторы.

Шлюз выполняет свои функции на уровнях выше сетевого. Он не зависит от используемой передающей среды, но зависит от используемых протоколов обмена данными. Обычно шлюз выполняет преобразования между двумя протоколами. С помощью шлюзов можно подключить локальную вычислительную сеть к главному компьютеру, а также локальную сеть подключить к глобальной сети.

Если вернуться к модели открытых систем, то повторители (репитеры) и концентраторы (пассивные) связывают две сети (или два сегмента сети) на физическом (первом) уровне модели, мосты (коммутаторы) - на канальном (втором), маршрутизаторы - на сетевом (третьем) уровне, а шлюзы - на более высоких уровнях. На рис. 3.26 показано соответствие функций различных коммуникационных устройств уровням модели OSI, а на рис. 3.27 показан пример включения в сложной сети повторителей, мостов (коммутаторов), маршрутизаторов и шлюзов.

. Методы передача данных в компьютерных сетях

Основными используемыми методами передачи информации являются методы коммутации каналов, сообщений и пакетов.

Коммутация каналов

Это наиболее простой и естественный способ передачи данных между двумя абоненскими системами. Он базируется на реализации физического соединения между ними на время сеанса передачи информации путем образования составного канала из последовательно соединенных каналов.

По своей сути сети коммутации каналов подобны телефонным сетям коллективного пользования, на базе которых они, как правило, и реализуются. Всемирная сеть, которую использует телефон и которая может быть доступна компьютерам, называется общедоступной коммутируемой телефонной сетью (PSTN - Public Switched Telephone Network). Изначально она была создана для передачи речи, поэтому она обладает низкой скоростью, и для связи по коммутируемым аналоговым линиям необходимы модемы. Модем – это устройство, которое позволяет компьютерам обмениваться данными по телефонной линии. Модем на передающей стороне преобразует цифровые сигналы компьютера в аналоговые и посылает их по телефонной линии. Модем на принимающей стороне преобразует входящие аналоговые сигналы в цифровые и передает их компьютеру получателю.

При этом связь между отправителем и получателем устанавливается путем посылки отправителем соответствующего сообщения, которое передается по сети передачи данных от одного узла коммутации канала к другому и управляет коммутацией каналов связи как бы прокладывая путь от отправителя к получателю. После образования физического соединения из пункта назначения отправителю передается ответное сообщение, подтверждающее наличие требуемого соединения. Затем осуществляется передача информации, ради которой был создан канал передачи данных. На время сеанса обмена информацией составной канал полностью оказывается недоступным для других абонементов. После завершения передачи отправитель информации вырабатывает соответствующее управляющее сообщение, которое передается по составному каналу, управляя его разъединением.

В рамках сетей коммутации каналов могут организовываться так называемые выделенные каналы (выделенные аналоговые линии), которые коммутируются в определенные, заранее заданные, интервалы времени, на протяжении которых только и допускается передача информации. В отличие от коммутируемых линий, которые нужно организовать для каждого сеанса, выделенные аналоговые линии обеспечивают готовый к немедленному использованию коммуникационный канал.

Цифровая связь. Линии цифровой службы передачи данных (DDS). Она обеспечивает связь практически свободную от ошибок. В этом случае используется цифровая связь, она не нуждается в модемах. Вместо этого данные от моста или маршрутизатора DDS передается через устройство, которое называется устройством обслуживания канала - устройством обработки данных (CSU/DSU). Оно преобразует стандартные цифровые сигналы, генерируемые компьютером, в биполярные цифровые сигналы, применяемые для синхронной связи.

Коммутация сообщений

Передача информации осуществляется без образования физического соединения между пунктами отправления и получения информации. Между ними устанавливается виртуальное (логическое) соединение, а физический канал устанавливается локально между смежными узлами коммутации и только на время передачи между ними данных. При этом информация представляется и передается в виде блока данных, целиком содержащего все сообщение. Заголовок блока данных содержит адреса отправителя и получателя информации, а также другую управляющую информацию, необходимую для достоверной передачи сообщения между абонентами. Передача данных между абонентами осуществляется с промежуточным запоминанием их в узлах коммутации. Поступившее в узел коммутации сообщение, запоминается в буферном запоминающем устройстве и при наличии свободного канала связи в направлении адресата передается по этому каналу в следующий узел. Такие узлы, осуществляющие промежуточное хранение и управление передачей сообщений, называются узлами коммутации сообщений, а сети передачи данных, использующие данный способ коммутации, получили название сетей коммутации сообщений.

Таким образом, сообщение последовательно передается от одного узла коммутации к другому, занимая в каждый период времени только канал передачи данных между смежными узлами. Остальные каналы на пути следования сообщения могут использоваться для других целей.

Коммутация пакетов

Коммутацию пакетов можно рассматривать как дальнейшее развитие коммутации сообщений, при котором сообщение – пакет имеет строго ограниченную длину. Передача данных по сетям с коммутацией пакетов напоминает перевозку огромного количества товара грузовиками вместо транспортировки его на одном поезде. Если опрокинется какой-нибудь грузовик с товаром, навести порядок в этом случае будет проще, чем перегрузить сошедший с рельсов поезд.

Фиксированная длина пакетов (например, 128 байт) предполагает разбиение длинных сообщений на несколько пакетов. Каждый пакет снабжается адресом отправителя, адресом приемника и номером самого пакета в сообщении. Сформированные пакеты передаются в сети как независимые сообщения и, поступая в узел коммутации пакетов, накапливаются в буферах каналов связи. После этого они передаются в выходной буфер, где накапливаются пакеты различных сообщений, выдаваемые на быстрый канал связи для передачи в соседний узел связи и т.д. В пункте назначения из поступающих пакетов формируется сообщение.

Описанный выше режим передачи пакетов между двумя конечными узлами сети предполагает независимую маршрутизацию каждого пакета. Такой режим работы сети называется дейтограммным, и при его использовании коммутатор может изменять маршрут какого-либо пакета в зависимости от состояния сети, в частности, работоспособности каналов.

Однако отсутствие логического канала может привести к нарушению порядка поступления пакетов к адресату. Поэтому для передачи больших сообщений используется способ виртуальных каналов, при котором все пакеты следуют по каналам и тому же по заранее установленному маршруту.

В узлах коммутации пакетов реализуются три нижних уровня эталонной модели взаимодействия открытых систем, на которых, соответственно используется три типа протокольных блоков данных: последовательность бит, кадр и пакет. На рис. 3.28 показана последовательность преобразования протокольных блоков данных при передаче их по сети коммутации пакетов. На верхних уровнях систем протокольный блок данных рассматривается как некоторый информационный блок, который на сетевом уровне «упаковывается» в пакет. Сформированные на сетевом уровне пакеты передаются на канальный уровень, где к пакету добавляется служебная информация, необходимая для выполнения функций канального уровня. В результате чего формируется кадр. На физическом уровне кадр представляется последовательностью бит, которая в виде физических сигналов поступает в канал передачи данных. При приеме информации происходит обратный процесс: полученные биты группируются в слова, из которых формируется кадр. На канальном уровне содержимое управляющего поля кадра используется для выполнения процедур канального уровня, а содержимое поля данных в качестве пакета данных передается на сетевой уровень. Управляющее поле пакета формирует сетевой процесс в данном узле коммутации. В дальнейшем пакет преобразуется в кадр, содержащий обновленные адреса и соответствующие значения управляющих полей. Сформированный таким образом кадр данных передается на физический уровень и затем в следующий узел коммутации или абонентскую систему. Таким образом, большие массивы информации передаются несколькими пакетами. Однако, в отличие от коммутации сообщений, операция сборки- разборки осуществляется только в абоненских системах, что упрощает структуру промежуточных узлов сети.

Естественно, что за счет дублирования управляющей информации в каждом пакете общий объем передаваемого сообщения увеличивается, однако общее время передачи всего сообщения даже сокращается. Это обусловлено тем, что вводимое ограничение на длину пакета позволяет сократить объем запоминающих устройств узлов коммутации и тем самым время пребывания пакетов в узле коммутации, что сокращает общее время передачи сообщения в целом. Как видно из рис. 3.29 при коммутации пакетов по сравнению с коммутацией сообщений время передачи информации сокращается и за счет того, что осуществляется одновременная передача нескольких пакетов одного сообщения.