Характеристика сетевого оборудования ЛКС

2.4 Мосты и коммутаторы

Сетевой мост используется для дешевого и легкого подключения сегментов ЛВС. Сегмент локальной сети — это часть сетевого носителя, связывающая между собой группу компьютеров. Чаще всего сеть состоит из нескольких сегментов ЛВС. До появления операционных систем Windows XP;, Windows Server 2003, Standard Edition и Windows Server 2003, Enterprise Edition для создания сети, содержащей несколько сегментов ЛВС, использовалось два способа: IP-маршрутизация и мостовое оборудование. Для IP-маршрутизации необхода покупка аппаратных маршрутизаторов или настройка компьютеров и назначение IP-адресов для каждого компьютера на каждом сегменте сети, а также настройка каждого сегмента сети как отдельной подсети. Мостовое оборудование не требует такой сложной настройки, но в этом случае понадобится дополнительное оборудование для мостов. При использовании различных типов сетевых носителей необходимо будет создать отдельную подсеть для каждого типа носителя.

Однако в Windows XP;, Windows Server 2003, Standard Edition и Windows Server 2003, Enterprise Edition имеется удобная возможность подключать сегменты ЛВС путем выбора команды меню подключения типа «мост». Не требуется никакой настройки, не нужно приобретать дополнительное оборудование, такое как мосты или маршрутизаторы. Сетевой мост автоматизирует конфигурацию, которая необходима для маршрутизации трафика между несколькими сегментами сети, состоящей из одного или нескольких типов носителей.

Для того, чтобы добавить частное подключение ICS как часть сетевого моста, необходимо временно отключить ICS. Не рекомендуется добавлять в сетевой мост открытое подключение ICS. Это привело бы к образованию незащищенного канала связи между сетью и Интернетом и сделало бы сеть уязвимой для проникновения извне, сделало бы невозможным включение ICF или ICS.

В сетевой мост могут входить только адаптеры Ethernet, адаптеры IEEE-1394 и Ethernet-совместимые адаптеры, такие как беспроводные адаптеры и адаптеры для домашней сети на базе телефонной линии (Home Phoneline Network adapters, HPNA). Сетевые мосты, содержащие беспроводные подключения или подключения IEEE-1394, поддерживают передачу трафика только с использованием протокола Internet Protocol версии 4 (IPv4).

Для построения топологии пересылки пакетов, исключающей зацикливание, сетевой мост использует алгоритм связующего дерева (spanning tree algorithm, STA), разработанный институтом IEEE. Если в сети с мостовыми подключениями имеется несколько путей, то могут образоваться циклические маршруты и следование простым правилам пересылки данных через мост приведет к бесконечной передаче одного и того же пакета из одного сегмента сети в другой. Алгоритм связующего дерева позволяет по мере необходимости автоматически отключать передачу через мост в отдельных портах, чтобы предотвратить зацикливание в топологии маршрутов пересылки пакетов. Для настройки сетевого моста для STA не требуется специальной конфигурации.

Сетевой коммутатор — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик (на MAC-адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF) всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались. См. рисунок Б.2 (Приложение Б).

Коммутатор работает на канальном (2) уровне модели OSI и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.

Коммутатор хранит в памяти таблицу коммутации (хранящуюся в ассоциативной памяти), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры (фреймы) и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя не ассоциирован с каким-либо портом коммутатора, то кадр будет отправлен на все порты. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется. Стоит отметить малую латентность (задержку) и высокую скорость пересылки на каждом порту интерфейса.

Существует три способа коммутации. Каждый из них — это комбинация таких параметров, как время ожидания и надёжность передачи.

1.                  С промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор читает всю информацию в кадре, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него кадр.

2.                  Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает в кадре только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода обнаружения ошибок.

3.                  Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный. Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (кадр размером 64 байта обрабатываются по технологии store-and-forward, остальные по технологии cut-through).

Задержка, связанная с «принятием коммутатором решения», добавляется к времени, которое требуется кадру для входа на порт коммутатора и выхода с него, и вместе с ним определяет общую задержку коммутатора.

Свойство симметрии при коммутации позволяет дать характеристику коммутатора с точки зрения ширины полосы пропускания для каждого его порта. Симметричный коммутатор обеспечивает коммутируемые соединения между портами с одинаковой шириной полосы пропускания, например, когда все порты имеют ширину пропускания 10 Мб/с или 100 Мб/с.

Асимметричный коммутатор обеспечивает коммутируемые соединения между портами с различной шириной полосы пропускания, например, в случаях комбинации портов с шириной полосы пропускания 10 Мб/с и 100 Мб/с или 100 Мб/с и 1000 Мб/с.

Асимметричная коммутация используется в случае наличия больших сетевых потоков типа клиент-сервер, когда многочисленные пользователи обмениваются информацией с сервером одновременно, что требует большей ширины пропускания для того порта коммутатора, к которому подсоединен сервер, с целью предотвращения переполнения на этом порте. Для того чтобы направить поток данных с порта 100 Мб/с на порт 10 Мб/с без опасности переполнения на последнем, асимметричный коммутатор должен иметь буфер памяти.

Асимметричный коммутатор также необходим для обеспечения большей ширины полосы пропускания каналов между коммутаторами, осуществляемых через вертикальные кросс-соединения, или каналов между сегментами магистрали.

Заключение

Как вывод всей работы можно сказать, что локальная сеть – это не просто механическая сумма персональных компьютеров, она значительно расширяет возможности пользователей. Компьютерные сети на качественно новом уровне позволяют обеспечить основные характеристики:

                   максимальную функциональность, т.е. пригодность для самых разных видов операций,

                   интегрированность, заключающуюся в сосредоточении всей информации в едином центре,

                   оперативность информации и управления, определяемые возможностью круглосуточной работы в реальном масштабе времени,

                   функциональную гибкость, т.е. возможность быстрого изменения параметров системы,

                   развитую инфраструктуру, т.е. оперативный сбор, обработку и представление в единый центр всей информации со всех подразделений,

                   минимизированные риски посредством комплексного обеспечения безопасности информации, которая подвергается воздействию случайных и преднамеренных угроз.

Последний пункт очень важен, поскольку в сете могут содержаться данные, которые могут быть использованы в ходе конкурентной борьбы, но, в целом, если безопасность находится на должном уровне, локальные сети становятся просто необходимыми в современных условиях экономики и управления.

Глоссарий

Список использованных источников