Чтение онлайн

Теперь перейдем к концентраторам. Концентратор имеет несколько входных линий, объединяемых с помощью электричества. Фреймы, приходящие на какой-либо вход, передаются на все остальные линии. Если одновременно по разным линиям придут два фрейма, они столкнутся, как в коаксиальном кабеле. Все линии, идущие в концентратор, должны работать с одинаковой скоростью. Концентраторы отличаются от повторителей тем, что, как правило, не усиливают входной сигнал и предназначены для нескольких входных линий. Впрочем, разница между ними незначительна. И те и другие являются устройствами физического уровня; они не анализируют адреса канального уровня и никак не используют их.

Далее мы поднимемся на канальный уровень. Здесь расположены мосты и коммутаторы. Только что мы довольно подробно обсудили мосты, поэтому знаем, что они соединяют две или несколько LAN. Как и в концентраторах, в современных мостах имеются несколько портов, рассчитанных обычно на 4–48 входящих линий определенного типа. В отличие от концентратора, каждый порт изолирован, чтобы быть своей собственной областью коллизий; если у порта есть полнодуплексная двухточечная линия, в алгоритме CSMA/CD нет необходимости. Когда приходит фрейм, мост извлекает из заголовка адрес назначения и анализирует его, сопоставляя с таблицей и определяя, куда нужно его передать. Для Ethernet этот адрес — 48-битный адрес назначения (см. илл. 4.14). Мост только выводит фрейм на нужный порт; он может передавать несколько фреймов одновременно.

Мосты предлагают гораздо более высокую производительность, чем концентраторы, а благодаря изолированным портам входные линии могут работать на разных скоростях и даже с различными типами сетей. Распространенный пример — мост с портами, которые соединяются с 10-, 100 и 1000-Мбит/с Ethernet. Чтобы мост мог принять фрейм на одном порте и передать его на другой, необходима буферизация. Если фреймы приходят быстрее, чем передаются дальше, мост может исчерпать буферное пространство и начать отказываться от фреймов. Например, если Gigabit Ethernet заливает биты в 10-Мбит/с Ethernet на большой скорости, мост должен буферизовать их, надеясь, что памяти хватит. Эта проблема существует, даже если все порты работают на одной и той же скорости, потому что фреймы могут передаваться в порт назначения из нескольких портов.

Первоначально мосты предназначались для того, чтобы соединять разные виды LAN, например Ethernet и Token Ring. Однако из-за отличий между LAN это не сработало. Для фреймов различных форматов необходимо копирование и переформатирование. Это занимает время CPU, требует нового вычисления контрольной суммы и ведет к появлению необнаруженных ошибок из-за поврежденных битов в памяти моста. Еще одна серьезная проблема, не имеющая хорошего решения, — разная максимальная длина фреймов. По сути, слишком длинные для дальнейшей передачи фреймы должны быть отклонены. С идеей прозрачности можно распрощаться.

Еще две сферы, в которых LAN могут различаться, — это безопасность и QoS. У некоторых LAN (например, у 802.11) есть шифрование канального уровня и функции QoS (такие, как приоритеты), у других (например, у Ethernet) этого нет. Следовательно, при обмене между такими LAN трудно обеспечить бе­зопасность или QoS, ожидаемые отправителем. По этой причине современные мосты обычно работают с сетями одного типа, а для соединения разных сетей используются маршрутизаторы, которые мы обсудим позже.

Коммутаторы — это другое название современных мостов. Различия больше связаны с маркетингом, чем с техническими особенностями, но есть несколько важных моментов. Мосты были разработаны, когда использовался классический Ethernet, поэтому они могут соединять относительно небольшое число LAN, а значит, имеют не так много портов. Сегодня чаще употребляется термин «коммутатор». Кроме того, все современные системы используют двухточечные линии, например витую пару. Отдельные компьютеры подключаются непосредственно к коммутатору, поэтому у него, как правило, много портов. Наконец, понятие «коммутатор» также используется в качестве общего термина. Функционал моста понятен. А вот слово «коммутатор» может относиться и к коммутатору Ethernet, и к совершенно другому устройству, принимающему решения о переадресации, например телефонному коммутатору.

Итак, мы кратко обсудили повторители и концентраторы, весьма схожие между собой, а также коммутаторы и мосты, между которыми еще меньше различий. Теперь перейдем к маршрутизаторам. Они существенно отличаются от рассмотренных выше устройств. Когда пакет приходит в маршрутизатор, заголовок и трейлер фрейма удаляются, а сам пакет, расположенный в поле данных (выделены серым на илл. 4.37), передается программному обеспечению маршрутизатора. Далее анализируется заголовок пакета и в соответствии с ним выбирается его дальнейший путь. Если это IP-пакет, то в его заголовке содержится 32-битный (IPv4) или 128-битный (IPv6), но не 48-битный IEEE 802 адрес. ПО маршрутизатора не видит адреса фреймов и даже не знает, как они пришли, по LAN или по двухточечной линии. Более подробно мы изучим маршрутизаторы и принципы маршрутизации в главе 5.

На следующем уровне расположены транспортные шлюзы. Они служат для соединения компьютеров, которые применяют различные транспортные протоколы, ориентированные на установление соединения. Например, одно устройство использует TCP/IP, а другое — SCTP. Транспортный шлюз может копировать пакеты между соединениями, одновременно переводя их в нужный формат.

Наконец, шлюзы приложений различают форматы и содержимое данных и могут менять формат сообщений. Например, шлюз e-mail может переводить электронные письма в формат SMS-сообщений для мобильных телефонов. Как и «коммутатор», «шлюз» — своего рода общий термин. Он относится к процессу передачи, который выполняется на верхнем уровне.

4.7.5. Виртуальные локальные сети

На заре развития технологий локальных сетей толстые желтые кабели прокладывались во множестве офисов. Можно было подключить к сети каждый компьютер, рядом с которым проходил такой провод. Никто не задумывался над тем, к какой именно LAN подключался конкретный компьютер. Сотрудники соседних офисов пользовались одной сетью, даже если они работали в разных отделах. «География» брала верх над корпоративной структурой.

В 1990-х с появлением витой пары и концентраторов все изменилось, и офисные здания были переоборудованы (что обошлось недешево). На смену желтым проводам, напоминающим садовые шланги, пришла витая пара, идущая от каждого кабинета к монтажному шкафу в конце коридора или к центральному машинному залу (илл. 4.38). Если сотрудник, ответственный за переоборудование, был дальновидным человеком, то прокладывалась витая пара категории 5. Если же он был крохобором, то использовались уже существующие телефонные кабели категории 3. Через пару лет, с приходом сетей Fast Ethernet, их все равно заменили.

Сегодня кабели поменялись, а концентраторы стали коммутаторами, но общая схема осталась прежней. Она позволяет настраивать LAN не физически, а логически. Если компании требуется k LAN, она может приобрести k коммутаторов. Аккуратно собрав сеть (то есть вставив нужные коннекторы в нужные разъемы), можно распределить пользователей таким образом, чтобы это имело некий реальный организационный смысл и не зависело от расположения станций в здании.

А разве важно, к какой сети подключен конкретный пользователь? Все равно почти во всех организациях LAN объединены между собой. На самом деле это часто имеет значение. Сетевые администраторы по целому ряду причин любят группировать пользователей LAN в соответствии со структурой организации, а не по принципу физического расположения компьютеров. Одной из таких причин является безопасность. Одна LAN может объединять веб-серверы и другие компьютеры для публичного доступа. Другая может содержать записи отдела кадров, которые не должны выходить за пределы компании. В этой ситуации наилучшим выходом является объединение компьютеров всех сотрудников отдела в одну LAN и запрет на передачу каких-либо данных за ее пределы. Обычно руководство не одобряет заявлений о том, что такое решение невозможно реализовать.

Второй причиной является нагрузка на сеть. Некоторые сети могут быть более загруженными, чем другие, в этом случае лучше их разделить. Например, если эксперименты отдела исследований приведут к перегрузке сети, то руководители вряд ли с энтузиазмом воспримут необходимость отказаться от части пропускной способности, которую планировалось использовать для видео­конференций. С другой стороны, это заставит их задуматься о необходимости внедрения более быстрой сети.

Илл. 4.38. Здание, где имеется централизованная проводка с концентраторами и коммутаторами

Еще одна причина — широковещание. Мосты применяют его, когда местонахождение адресата неизвестно, а протоколы верхних уровней также поддерживают эту технологию. Например, если пользователь хочет отправить пакет на IP-адрес x, как ему узнать, какой MAC-адрес указать во фрейме? Мы изучим этот вопрос более подробно в главе 5, а сейчас в двух словах опишем решение проблемы. Данная станция должна широковещательным методом разослать запрос: «Кто знает, какой MAC-адрес работает с IP-адресом x?» Затем она дожидается ответа. Поскольку компьютеров в LAN становится все больше, растет и число таких сообщений. Каждая широковещательная передача потребляет больше ресурсов, чем обычный фрейм, потому что она предназначена для всех компьютеров в сети. Если сдерживать размер LAN, чтобы она не разрасталась без необходимости, то нагрузка от широковещательного трафика уменьшается.