аппаратные средства. Лекция №8. Аппаратные компоненты ЛВС. Аппаратные компоненты локальных компьютерных сетей
 Скачать 76.5 Kb.
|
|
Аппаратные компоненты локальных компьютерных сетей Любая компьютерная сеть представляет собой довольно сложный комплекс программных и аппаратных средств, осуществляющих связь компьютеров и других устройств между собой. В основе аппаратной части локальной сети лежат стандартизованные компьютерные платформы различных классов — от персональных компьютеров до мэйнфреймов и суперЭВМ. Использование тех или иных компьютерных платформ, а также прочих аппаратных средств обосновывается набором задач, на решение которых ориентирована создаваемая сеть. Кроме того, к аппаратной составляющей компьютерной сети относятся кабельные системы линий связи и коммуникационное оборудование, позволяющее объединять отдельные сегменты сети и организовывать информационные потоки. Сетевые адаптеры Сетевой адаптер (Network Interface Card — NIC) — это периферийное устройство компьютера. Именно сетевой адаптер непосредственно взаимодействует со средой передачи данных, которая прямо или через коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами. В зависимости от технологии построения сети, с которой работает адаптер, они делятся на Ethernet-адаптеры, Token Ring-адаптеры, FDDI-адаптеры и т. д. Как правило, сетевые адаптеры выполняются в виде отдельной платы, вставляемой в слоты расширения системной шины компьютера. Плата сетевого адаптера обычно имеет также один или несколько внешних разъемов для подключения к ней кабеля сети. К основным функциям сетевых адаптеров относятся: гальваническая развязка компьютера и кабеля локальной сети; кодирование и декодирование данных; опознавание принимаемых кадров (передача на компьютер только тех пакетов, которые адресованы данной рабочей станции); буферизация передаваемой и принимаемой информации в буферной памяти адаптера; организация доступа к сети в соответствии с принятым методом доступа к среде передачи данных. Для обеспечения взаимодействия компьютера с подключенным к нему сетевым адаптером необходим драйвер, который обеспечивает управление сетевым адаптером, а также позволяет производить его настройку и конфигурирование. Главной задачей сетевых адаптеров является прием и передача данных. На практике эта функция разделена между самим адаптером и его драйвером. В некоторых моделях адаптеров большая часть работы с данными передается драйверу адаптера, в этом случае увеличивается загрузка центрального процессора компьютера, на котором этот драйвер работает, но адаптер становится проще и дешевле. Обычно такие адаптеры устанавливаются на клиентские машины. На серверы устанавливают более сложные и дорогие адаптеры, снабженные собственными микропроцессорами, которые самостоятельно выполняют основную работу по приему и передаче данных. Концентраторы Концентратор или хаб (от англ, hub) — специальное многопортовое устройство, основная функция которого — повторение, кадра с одного из портов на другие. К портам концентратора с помощью отдельных сегментов кабеля подключаются узлы сети: компьютеры, сетевые принтеры и накопители, другие концентраторы или прочее коммутационное оборудование. Конструктивное устройство, алгоритмы работы, функции, характеристики концентраторов зависят от области их применения. Поэтому для каждого типа технологии построения сети производятся свои концентраторы: Ethernet, Token Ring, FDD1, lOOVG-AnyLAN, предназначенные для работы именно по этой технологии. Например, для концентраторов, работающих в сетях Ethernet, функция повторения кадра выполняется для всех портов, для концентраторов lOOVG-AnyLAN повторение кадра происходит только в порту, к которому подключен адресат этого кадра. Помимо основной функции — повторения, ретрансляции кадров, концентраторы могут выполнять дополнительные функции, например отключение неработающих портов или. усиление передаваемых сигналов. Существующие различия при выполнении основной функции концентраторов не очень велики, но их намного превосходит разброс в возможностях реализации концентраторами дополнительных функций. В зависимости от области применения концентраторы производятся: с фиксированным количеством портов; как модульные устройства на основе шасси; со стековой конструкцией. Концентратор с фиксированным количеством портов, например концентратор на 5, 8, 16, 24 порта, представляет собой отдельный корпус с расположенными на нем портами, элементами индикации и управления. Модульный концентратор имеет общее шасси с внутренней шиной, к которой подключаются модули, имеющее фиксированное количество портов. Для модульного концентратора могут существовать различные типы модулей, различающиеся количеством портов и типом поддерживаемой физической среды. Такие концентраторы обычно используются в крупных корпоративных сетях. Стековый концентратор, как и концентратор с фиксированным числом портов, выполнен в виде отдельного корпуса без возможности замены отдельных его модулей. Однако стековые концентраторы имеют специальные порты и кабели для объединения нескольких таких корпусов в единый повторитель. Скорость работы внутренней шины концентратора значительно выше, чем скорость, с которой он может передавать данные, поэтому при объединении внутренних шин нескольких стековых концентраторов скорость их взаимодействия между собой оказывается выше, чем при соединении через порт. Необходимо помнить, что число сегментов сети всегда ограничено. С точки зрения «правила 4 ха-бов» объединение стековых концентраторов воспринимается как один концентратор. Мосты Мост (bridge) — специальное устройство, ретранслирующее получаемые из одного сегмента сети кадры в другой сегмент. Но в отличие от повторителя или концентратора, мост анализирует адрес назначения кадра. Кадр повторяется в другой сегмент сети только в том случае, если в этом сегменте находится адресат, т. е. сеть разбивается на несколько подсетей, которые разделяют между собой и объемы передаваемой между станциями информации, При этом меняется только логическая структура сети, физическое расположение узлов и их связей остается прежним. При построении сети как совокупности подсетей каждая подсеть может быть адаптирована к специфическим потребностям рабочей группы или отдела. Например, в одной подсети может использоваться технология Ethernet, в другой — Token Ring, при этом рабочие станции одной подсети могут обмениваться данными с рабочими станциями другой подсети. Кроме того, использование логического деления на подсети повышает безопасность данных, ограничивая доступ к ним отдельных пользователей. В основе работы мостов могут лежать следующие принципы: прозрачный мост; маршрутизация по источнику. При работе в сети с прозрачным мостом сетевые адаптеры не предпринимают каких-либо дополнительных действий для продвижения кадра через мост. Они «не видят» прозрачных мостов и работают так, словно это обычная сеть. Это осуществляется за счет того, что мост строит особую адресную таблицу, на основании которой принимает решение, передавать ли полученный кадр в другой сегмент или нет. Мост принимает все передаваемые по сети данные и записывает их в свой буфер, из которого данные поступают на обработку. Обработка кадров при работе моста происходит последовательно по мере их поступления. У полученных кадров анализируются адрес источника и адрес назначения. Если мосту известно, в каких сегментах находятся отправитель и адресат кадра, то он производит передачу кадра в нужный сегмент. При этом если отправитель и адресат находятся в одном сегмента, то передача не происходит, а кадр просто удаляется из буфера. Если мост не знает адресов, полученных вместе с кадром, то он ретранслирует кадр во все сегменты, за исключением того, с которого данный кадр пришел. При этом он записывает незнакомые адреса в адресную таблицу. Таким образом, в ходе работы мост самообучается, узнавая расположение по сегментам подключенных узлов. После самообучения мост передает кадры только в сегмент назначения, уменьшая тем самым общий объем передаваемых по сети данных. Для соединения колец Token Ring и FDDI иногда применяют мосты с маршрутизацией по источнику. Метод «маршрутизация по источнику» основан на том, что станция-отправитель помещает в пересылаемый в другое кольцо-кадр адресную информацию о промежуточных мостах и кольцах, которые должен пройти кадр перед тем, как попасть в кольцо, к которому подключена станция-адресат. Для определения маршрутов от одной станции до другой используются специальные кадры-исследователи, генерируемые станциями отправителя и адресата, и передаваемые по сети в широковещательном режиме. Полученные таким образом маршруты, практически всегда являющиеся оптимальными, сохраняются в таблицах маршрутизации рабочих станций. Для использования мостов с маршрутизацией по источнику необходимо применение более дорогих сетевых адаптеров, которые принимают участие в определении маршрута станции назначения. 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: 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; 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; 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. Сетевой шлюз Сетевым шлюзом (networking gateway или просто gateway) называют аппаратное или программное обеспечение либо их комбинацию, обеспечивающую передачу данных между несовместимыми прикладными программами или между сетями, использующими различные протоколы. Сетевые шлюзы обеспечивают передачу информации из одной сети в другую. Если эти сети оказываются гетерогенными, то информацию недостаточно просто передать, ее необходимо преобразовать к виду, используемому в сети, куда эта информация направляется. Обычно сетевым шлюзом называют устройство, объединяющее, прежде всего, именно разнородные сети или системы, для обеспечения взаимодействия которых требуется преобразование передаваемой информации. Например, сетевыми шлюзами третьего или сетевого уровня называют маршрутизаторы, объединяющие две или больше сетей и способные согласовать их работу, т. е. обеспечить «шлюзование» передаваемой между сетями информации — преобразование поступающих из одной сети пакетов в пакеты, совместимые с другой сетью и способные в ней обращаться. Сетевыми шлюзами прикладного уровня модели OSI называют прокси-серверы (proxy-server, от англ, рroху — уполномоченный, заместитель, доверенное лицо, передача полномочий). Прокси-сервер — отдельный узел сети с установленным на нем программным обеспечением, который специализируется на обработке запросов пользовательских приложений, направленных серверам, расположенным в сети, а также сохраняет полученные на эти запросы ответы, что позволяет при повторном запросе выдать пользователю ответ немедленно, не дожидаясь прихода результата с сервера внешней сети. Все потоки информации от приложений до запрашиваемых ими серверов проходят через прокси-сервер. Прокси-сервер является своего рода «заместителем» или «доверенным лицом», т. е. осуществляет запрос к нужному вам серверу от своего имени, тем не менее возвращая полученные результаты вам. Другими словами, прокси-сервер выступает в роли посредника между пользователями локальной сети и запрашиваемыми ими сетевыми сервисами, находящимися во внешней сети. Он запрашивает и собирает из внешней сети информацию, нужную пользователям, а пользователи получают эту информацию с данного прокси-сервера. При этом прокси-сервер выполняет функции сетевого шлюза, преобразуя запросы и сообщения в зависимости от требований совместимости различных приложений и сетевых сервисов. |