3.3.Способыи средства объединения локальных компьютерных сетей. Распределенные сети.

В зависимости от масштаба производственного подразделения, в пределах которого действует сеть, различают сети цехов, отделов и корпоративные сети.

Сети участков, цехов, отделов используются небольшой группой сотрудников в основном с целью разделения возможностей дорогостоящих периферийных устройств, приложений и данных, имеют один-два сервера и не более тридцати пользователей. Сети отделов обычно создаются на основе какой-либо одной технологии - Ethernet, Token Ring и др.

Корпоративными сетями называют сети масштаба предприятия. Корпоративные сети объединяют большое количество компьютеров на всей территории отдельного предприятия, они могут быть сложно связаны и покрывать город или регион. Число пользователей и компьютеров может измеряться тысячами, а число серверов – сотнями. Для соединения удаленных локальных сетей в корпоративной сети применяются разнообразные телекоммуникационные средства. Для таких сетей характерна высокая степень гетерогенности – типы компьютеров, коммуникационного оборудования, операционные системы и приложений – различны.

Очень часто созданная на определенном этапе развития системы локальная вычислительная сеть с течением времени перестает удовлетворять потребностям всех пользователей и возникает необходимость объединения локальных вычислительных сетей. Практически все рабочие сети разделяются на несколько сегментов, поскольку каждая из реализаций сети накладывает определенные ограничения. Кроме того, разделение сети на сегменты может способствовать повышению производительности. В большой сети возникает неоднородность информационных потоков: сеть состоит из множества подсетей рабочих групп, участков, отдельных цехов и других административных образований. Сети с типовой топологией, в которой все физические сегменты рассматриваются в качестве одной разделяемой среды, оказываются неадекватной структуре информационных потоков в большой сети. Конечно, после сегментации рабочие станции лишатся возможности доступа к сетевым ресурсам, находящимся за пределами локального сегмента этих станций, именно здесь в работу включаются повторители (репитеры), трансиверы, концентраторы, мосты (коммутаторы), маршрутизаторы, и шлюзы.

Трансиверы (приемопередатчики) служат для двунаправленной передачи между адаптером и сетевым кабелем или между двумя сегментами (отрезками) сетевого кабеля. Основной функцией трансивера является усиление сигналов или преобразование их в другую форму для улучшения характеристик сети, например, повышения помехоустойчивости и/или увеличения расстояния между абонентами. Например, при подключении к одному оптоволоконному кабелю коаксиального кабеля. В этом случае трансивер выполняет функцию конвертора среды, преобразуя электрические сигналы сети в какие-нибудь другие (оптические, радиосигналы и т.д.).

Повторители (репитеры) выполняют более простую задачу, чем трансиверы. Они не преобразуют ни уровни сигналов в сети, ни их физическую природу. Их назначение состоит только в том, чтобы восстановить форму сигнала, искажаемую прохождением в длинной линии. Они служат простыми двунаправленными ретрансляторами сигналов сети. Основная цель их применения - увеличение длины сети. Они расширяют возможности сети, разделяя ее на сегменты, тем самым уменьшается количество компьютеров на один сегмент. Трансиверы и повторители не производят абсолютно никакой информационной обработки проходящих через них пакетов. С точки зрения передачи информации они представляют собой абсолютно пассивные устройства. Поэтому они в принципе не могут хоть как-то изменить основные информационные характеристики сети. Соединяя с их помощью отдельные части сети, мы получаем всего лишь такую же сеть, но только большего объема и с лучшим качеством передачи сигналов.

Функции концентраторов. Концентратор используется для подключения к нему нескольких абонентов сети. Концентраторы можно условно разделить на активные и на пассивные.

Пассивные (репитерные) концентраторы выполняют функцию собранных в одном месте в единый конструктив нескольких повторителей (репитеров) или трансиверов (см. рис. 3.22). Никакой обработки информации они не производят, а только восстанавливают и усиливают сигналы, могут также преобразовывать электрические сигналы в оптические и наоборот. Нужно ли для этого использовать концентратор, не лучше ли обойтись более дешевыми трансиверами и репитерами? Однако концентраторы имеют свои преимущества.

1. Собирая все важные точки в одном месте, мы существенно облегчаем обслуживание сети и контроль за ее работоспособностью, а также облегчаем поиск неисправностей.

2. Концентратор может быть расположен в специальном помещении, куда не имеют доступа лишние люди, что повышает секретность передаваемой информации.

К пассивному концентратору могут подключаться только части (сегменты) или отдельные абоненты одной и той же сети. Например, сегменты сети, выполненные на тонком кабеле, на толстом кабеле, на оптоволоконном кабеле.

Активные концентраторы выполняют более сложные функции. В частности, они могут преобразовывать информацию и протоколы обмена, правда, это преобразование обычно очень простое.

В качестве примера рассмотрим функции концентраторов в сетях с топологией типа "кольцо", где они часто применяются. Такие концентраторы позволяют более гибко организовывать связь между абонентами, комбинируя кольцевую и звездообразную конфигурации (рис.3.23). При этом они могут быть как пассивными, так и активными.

Пассивный концентратор просто включает в общее кольцо абонентов, подключенных к нему. Его функция - это только перекоммутация линий связи при изменении количества абонентов.

В отличие от него активный концентратор может выступать как равноценный абонент кольцевой сети. При этом все абоненты, подключенные к нему, работают, по сути, в отдельной сети с конфигурацией типа "звезда", но имеют доступ и к главному "кольцу".

Функции мостов, коммутаторов, маршрутизаторов и шлюзов.

Мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, и шлюзы служат для объединения в единую сеть нескольких разнородных сетей, использующих разные протоколы обмена нижнего уровня модели OSI. В результате их применения сложная и неоднородная сеть, содержащая в себе самые разнообразные сегменты, с точки зрения конечного пользователя выглядит самой обычной, пусть и сильно развитой сетью. Мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, и шлюзы обеспечивают так называемую "прозрачность" сети для протоколов высокого уровня. Естественно, все они должны быть существенно сложнее, чем репитеры, трансиверы и концентраторы, так как им надо производить более или менее сложную обработку информации. Поэтому чаще всего они реализуются на базе специального персонального компьютера со специальным программным обеспечением.

Мосты(bridge) - наиболее простые устройства из этой группы. Их основное назначение - организация обмена между сетями с разными стандартами обмена, например Ethernet, Token-Ring и т.д., а также между несколькими сегментами одной сети (рис.3.23). Особенностью их работы является то, что система передачи данных реализуется средствами физического и канального уровней. При этом адресация в сети осуществляется на основе МАС - адресов компьютеров, жестко связанных с сетевым адаптером. Мост делит разделяемую среду передачи сети на части (сегменты), передавая информацию из одного сегмента в другой только в том случае, когда такая передача действительно необходима, то есть если адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети. Тем самым мост изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность передачи данных с сети. Объединение с помощью моста сетей с одинаковыми протоколами (например, двух Ethernet) отличается от объединения с помощью репитера или репитерного концентратора. В этом случае каждая из сетей работает со своими собственными пакетами, и только при необходимости через мост приходят пакеты из другой сети, адресованные абонентам данной сети. В результате нагрузка на каждую из сетей оказывается существенно меньше, чем при использовании репитера. Мост может соединять сети разных топологий, но работающие под управлением однотипных сетевых операционных систем.

Передача пакетов осуществляется следующим образом (рис.3.25). Если адреса не указаны в таблице машрутизации, то мост передает пакеты во все сегменты, если же адресат указан в таблице маршрутизации, мост передает пакет в этот сегмент. Можно сказать, что мосты обладают некоторым «интеллектом», поскольку изучают, куда следует направлять данные. Когда пакеты передаются через мост, данные об адресах компьютеров сохраняются в оперативной памяти моста, который использует эти данные для построения таблицы маршрутизации. Принимая пакет, мост ищет адрес источника в таблице маршрутизации. Если адрес источника не найден, он добавляет его в таблицу. Затем мост сравнивает адреса назначения с базой данных таблицы маршрутизации. В дальнейшем, если мост знает о местонахождении узла - адресата, то он передает пакет ему, если же адресат неизвестен, то мост транслирует пакет во все сегменты и т.д.

Коммутатор (switch) по принципу обработки кадров ничем не отличается от моста. Основное его отличие от моста состоит в том, что он является своего рода коммуникационным мультипроцессором, так как каждый его порт оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов. Одним словом коммутаторы - это мосты нового поколения, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме в отличие от классических мостов, обрабатывающих кадры в последовательном режиме. Постепенно коммутаторы вытесняют из локальных сетей классические однопроцессорные мосты.

Аппаратурно мост (коммутатор) может работать как автономное устройство (внешний мост), так и на сервере (внутренний мост), если сетевая операционная система допускает установку на сервере нескольких сетевых плат. От моста требуется довольно высокое быстродействие, иначе он может стать узким местом в сложной сети. Поэтому компьютер, выполняющий функцию моста, обычно выбирается быстродействующим и он освобождается от всех других задач.

Маршрутизаторы (router). Маршрутизация - это процесс, при помощи которого данные, передаваемые с компьютера в сеть, направляются к компьютеру-адресату в случае, когда последний находится в разных с исходным компьютером сетях. Маршрутизаторы применяются только в сильно разветвленных сетях, имеющих несколько параллельных маршрутов. Их функция состоит в том, чтобы выбрать оптимальный путь (маршрут) для каждого пакета. Это делается для избежания чрезмерной нагрузки отдельных сегментов, а также для обхода поврежденных участков. С помощью двух числовых адресов – адреса сети и адреса узла маршрутизатор однозначно выбирает определенную станцию сети. Он также может выбрать наилучший путь для передачи сообщения абоненту сети, фильтрует информацию, проходящую через него, направляя в одну из сетей только ту информацию, которая ей адресована.

Маршрутизаторы могут переадресовывать и маршрутизировать пакеты через множество сетей, обмениваясь информацией между различными сетями. Маршрутизатор переправляет или ретранслирует пакеты, основываясь на коммуникационных путях, описанных в его таблице маршрутизации. Таблица помогает маршрутизатору определить адреса назначения для поступающих данных. Она включает следующую информацию:

• все известные сетевые адреса;

• способы связи с другими сетями;

• возможные пути между маршрутизаторами;

• стоимость передачи данных по этим путям;

• маршрутизатор выбирает наилучший маршрут для данных, сравнивая стоимость и доступность различных вариантов.

Существуют два типа таблиц маршрутизации: статические и динамические. Системные администраторы должны создавать и обновлять статические таблицы маршрутизации вручную, поскольку таблицы не могут измениться без определенного вмешательства. Динамические таблицы маршрутизации создаются и поддерживаются автоматически при помощи протокола маршрутизации.