3.3.1 Как работает коммутатор

Коммутатор - это сетевое устройство, обеспечивающее передачу информации от порта источника информации к порту назначения с минимальными задержками и низкими накладными расходами. Ядром коммутатора является коммутационная матрица, обеспечивающая передачу данных между любыми двумя точками, или быстродействующая шина, через которую любой порт может передать информацию любому другому порту. Кроме того, в коммутаторе должны быть адаптеры портов, позволяющие преобразовывать протокол, который использует присоединенное к порту устройство, в форму, приемлемую для ядра коммутатора.

Можно сказать, что в ядре коммутатора образуется нечто вроде сверхбыстрой виртуальной сети. Источник данных передает пакеты локальной сети в адаптер порта, к которому он подключен, а адаптер преобразует адрес назначения пакета в адрес порта коммутатора. Затем адаптер передает пакет в ядро коммутатора, добавив к нему вычисленный адрес порта. Получив многоадресное сообщение, коммутатор направляет его всем участникам виртуальной сети источника сообщения. При этом предполагается, что сеть работает настолько быстро, что суммарный объем трафика не может превысить ее пропускной способности. Коммутатор Ethernet поддерживает внутреннюю таблицу, связывающую порты с адресами подключенных к ним устройств (таблица 5). Эту таблицу администратор сети может создать самостоятельно или задать ее автоматическое создание средствами коммутатора.

Используя таблицу адресов и содержащийся в пакете адрес получателя, коммутатор организует виртуальное соединение порта отправителя с портом получателя и передает пакет через это соединение.

Таблица 5 – Связь портов с адресами подключенных к ним устройств

MAC-адрес	Номер порта
A	1
B	2
C	3
D	4

Н а рисунке 36 узел А посылает пакет узлу D. Найдя адрес получателя в своей внутренней таблице, коммутатор передает пакет в порт 4.

Рисунок 36 - Как работает коммутатор

Виртуальное соединение между портами коммутатора сохраняется в течение передачи одного пакета, то есть для каждого пакета виртуальное соединение организуется заново на основе содержащегося в этом пакете адреса получателя. Поскольку пакет передается только в тот порт, к которому подключен адресат, остальные пользователи (в нашем примере - B и C) не получат этот пакет. Таким образом, коммутаторы обеспечивают средства безопасности, недоступные для стандартных повторителей.

В коммутаторах Ethernet передача данных между любыми парами портов происходит независимо и, следовательно, для каждого виртуального соединения выделяется вся полоса канала.

Маршрутизаторы

Согласно определению крупнейшего производителя маршрутизаторов компании Cisco, маршрутизатор - "это устройство третьего уровня, использующее одну и более метрик для определения оптимального пути передачи сетевого трафика на основе информации сетевого уровня". По существу маршрутизатор представляет собой "компьютер" с необходимым программным обеспечением и устройствами ввода/вывода.

Маршрутизатор позволяет организовывать в сети избыточные связи, образующие петли. Он справляется с этой задачей за счет того, что принимает решение о передаче пакетов на основании более полной информации о графе связей в сети, чем мост или коммутатор.

Маршрутизатор имеет в своем распоряжении базу топологической информации, которая говорит ему, например, о том, между какими подсетями общей сети имеются связи и в каком состоянии (работоспособном или нет) они находятся. Имея такую карту сети, маршрутизатор может выбрать один из нескольких возможных маршрутов доставки пакета адресату. В данном случае под маршрутом понимают последовательность прохождения пакетом маршрутизаторов

В отличие от моста и коммутатора, которые не знают, как связаны сегменты друг с другом за пределами их портов, маршрутизатор видит всю картину связей подсетей друг с другом, поэтому он может выбрать правильный маршрут и при наличии нескольких альтернативных маршрутов. Решение о выборе того или иного маршрута принимается каждым маршрутизатором, через который проходит сообщение.

Для того, чтобы составить карту связей в сети, маршрутизаторы обмениваются специальными служебными сообщениями, в которых содержится информация о тех связях между подсетями (эти подсети подключены к ним непосредственно или же они узнали эту информацию от других маршрутизаторов).

Построение графа связей между подсетями и выбор оптимального по какому-либо критерию маршрута на этом графе представляют собой сложную задачу. При этом могут использоваться разные критерии выбора маршрута - наименьшее количество промежуточных узлов, время, стоимость или надежность передачи данных.

Маршрутизаторы позволяют объединять сети с различными принципами организации в единую сеть, которая в этом случае часто называется интерсеть (internet). Название интерсеть подчеркивает ту особенность, что образованное с помощью маршрутизаторов объединение компьютеров представляет собой совокупность нескольких сетей, сохраняющих большую степень автономности, чем несколько логических сегментов одной сети.

В каждой из сетей, образующих интерсеть, сохраняются присущие им принципы адресации узлов и протоколы обмена информацией. Поэтому маршрутизаторы могут объединять не только локальные сети с различной технологией, но и локальные сети с глобальными.

Маршрутизаторы не только объединяют сети, но и надежно защищают их друг от друга. Причем эта изоляция осуществляется гораздо проще и надежнее, чем с помощью мостов и коммутаторов. Например, при поступлении кадра с неправильным адресом мост или коммутатор обязан повторить его на всех своих портах, что делает сеть незащищенной от некорректно работающего узла. Маршрутизатор же в таком случае просто отказывается передавать "неправильный" пакет дальше, изолируя дефектный узел от остальной сети.

Кроме того, маршрутизатор предоставляет администратору удобные средства фильтрации потока сообщений за счет того, что сам распознает многие поля служебной информации в пакете и позволяет их именовать понятным администратору образом.

Кроме фильтрации, маршрутизатор может обеспечивать приоритетный порядок обслуживания буферизованных пакетов, когда на основании некоторых признаков пакетам предоставляются преимущества при выборе из очереди.

Маршрутизаторы часто путают с мостами. Такое положение дел объясняется тем, что многие устройства сочетают в себе функции и мостов, и

маршрутизаторов.

"Чистый" мост анализирует заголовки кадра канального уровня и не просматривает (а тем более не модифицирует) пакеты сетевого уровня внутри пакетов. Мост не знает и не должен знать, какие пакеты - IP, IPX содержит в поле кадр, передаваемый из одной локальной сети в другую.

Маршрутизатор, наоборот, знает очень хорошо, с какими пакетами он работает, анализирует заголовки этих пакетов и принимает решение в соответствии с содержащейся там адресной информацией.

С другой стороны, когда маршрутизатор передает пакет на канальный уровень, он не знает и не должен знать о том, в какой кадр данный пакет будет помещен - Ethernet, Token Ring или какой-либо иной.

Маршрутизация - процесс определения в сети пути, по которому вызов либо блок данных может достигнуть адресата. Основная же задача маршрутизации - переключение трафика. Переключение - это процесс приема сообщения, выбора подходящего маршрута дальнейшего следования и отправка его по этому маршруту. Данная операция обслуживается четырьмя различными процессами: входным драйвером, процессом выбора маршрута, очередью и выходным драйвером.

Маршрутизация выполняется на основе данных, содержащихся в таблице маршрутов. Строка в таблице маршрутов состоит из следующих полей:

• адрес сети назначения;

• адрес следующего маршрутизатора (то есть узла, который знает, куда дальше отправить дейтаграмму, адресованную в сеть назначения);

• вспомогательные поля.

Маршрутизация решает две задачи:

• выбор оптимального, по некоторому критерию, пути продвижения информации от источника к пункту назначения через объединенную сеть;

• транспортировка информационных блоков (пакетов) по выбранному маршруту, или коммутация.

Топология сетей

Топология сети характеризует взаимосвязи и пространственное расположение друг относительно друга компонентов сети - сетевых компьютеров (хостов), рабочих станций, кабелей и других активных и пассивных устройств. Топология влияет на:

• состав и характеристики оборудования сети;

• возможности расширения сети;

• способ управления сетью.

Все сети строятся на основе трех базовых топологий:

• шина (bus);

• звезда (star);

• кольцо (ring).

Метод доступа к среде передачи данных определяет, каким образом разделяемый ресурс - сетевой кабель - предоставляется узлам сети для осуществления актов передачи данных. Основные методы доступа к среде передачи данных:

• состязательный метод (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий - CSMA/CD);

• с передачей маркера;

• по приоритету запроса.