Модделлирование сети

Четвёртое поколение

Выпускаемые сегодня сетевые  адаптеры можно отнести к четвертому поколению. В эти адаптеры обязательно  входит ASIC, выполняющая функции MAC-уровня (англ. MAC-PHY), скорость развита до 1 Гбит/сек, а также есть большое количество высокоуровневых функций. В набор  таких функций может входить  поддержка агента удаленного мониторинга RMON, схема приоритезации кадров, функции дистанционного управления компьютером и т. п. В серверных  вариантах адаптеров почти обязательно  наличие мощного процессора, разгружающего  центральный процессор. Примером сетевого адаптера четвертого поколения может  служить адаптер компании 3Com Fast EtherLink XL 10/10

2.5 Комутаторы

 Коммута́ция — процесс соединения абонентов коммуникационной сети через транзитные узлы.

Коммуникационные сети должны обеспечивать связь своих абонентов  между собой. Абонентами могут выступать  ЭВМ, сегменты локальных сетей, факс-аппараты или телефонные собеседники. Как  правило, в сетях общего доступа  невозможно предоставить каждой паре абонентов собственную физическую линию связи, которой они могли  бы монопольно «владеть» и использовать в любое время. Поэтому в сети всегда применяется какой-либо способ коммутации абонентов, который обеспечивает разделение имеющихся физических каналов  между несколькими сеансами связи  и между абонентами сети.

Каждый абонент соединен с коммутаторами индивидуальной линией связи, закрепленной за этим абонентом. Линии связи протянутые между  коммутаторами разделяются несколькими  абонентами, то есть используются совместно.

Коммутация по праву считается  одной из самых популярных современных  технологий. Коммутаторы по всему  фронту теснят мосты и маршрутизаторы, оставляя за последними только организацию связи через глобальную сеть. Популярность коммутаторов обусловлена прежде всего тем, что они позволяют за счет сегментации повысить производительность сети. Помимо разделения сети на мелкие сегменты, коммутаторы дают возможность создавать логические сети и легко перегруппировывать устройства в них. Иными словами, коммутаторы позволяют создавать виртуальные сети.

В 1994 году компания IDC дала свое определение коммутатора локальных  сетей: “ коммутатор – это устройство, конструктивно выполненное в  виде сетевого концентратора и действующее  как высокоскоростной многопортовый  мост; встроенный механизм коммутации позволяет осуществить сегментирование  локальной сети, а также выделить полосу пропускания конечным станциям в сети”.

Впервые коммутаторы появились  в конце 80-х годов. Первые коммутаторы  использовались для перераспределения  пропускной способности и, соответственно, повышения производительности сети. Можно сказать, что коммутаторы  первоначально применялись исключительно  для сегментации сети. В наше время  произошла переориентация, и теперь в большинстве случаев коммутаторы  используются для прямого подключения  к конечным станциям.

Широкое применение коммутаторов значительно повысило эффективность  использования сети за счет равномерного распределения полосы пропускания  между пользователями и приложениями. Несмотря на то что первоначальная стоимость была довольно высока, тем  не менее они были значительно  дешевле и проще в настройке  и использовании, чем маршрутизаторы. Широкое распространение коммутаторов на уровне рабочих групп можно  объяснить тем, что коммутаторы  позволяют повысить отдачу от уже  существующей сети. При этом для  повышения производительности всей сети не нужно менять существующую кабельную систему и оборудование конечных пользователей.

Общий термин “коммутация  ”применяется для четырех различных  технологий: Конфигурационной коммутации; Коммутации кадров; Коммутации ячеек; Преобразования между кадрами и  ячейками.

В основе конфигурационной коммутации лежит нахождение соответствия между конкретным портом коммутатора  и определенным сегментом сети. Это  соответствие может программно настраиваться  при подключении или перемещении  пользователей в сети.

При коммутации кадров используются кадры сетей Ethernet, Token Ring и т.д. Кадр при поступлении в сеть обрабатывается первым коммутатором на его пути. Под  термином обработка понимается вся  совокупность действий, производимых коммутатором для определения своего выходного порта, на который необходимо направить данный кадр. После обработки он передается далее по сети следующему коммутатору или непосредственно получателю.

В технологии АТМ также  применяется коммутация, но в ней  единицы коммутации носят название ячеек. Преобразование между кадрами  и ячейками позволяет станциям в  сети Ethernet, Token Ring и т.д. непосредственно  взаимодействовать с устройствами АТМ. Эта технология применяется  при эмуляции локальной сети.

Коммутаторы делятся на четыре категории: Простые автономные коммутаторы  сетей рабочих групп позволяют  некоторым сетевым устройствам  или сегментам обмениваться информацией  с максимальной для данной кабельной  системы скоростью. Они могут  выполнять роль мостов для связи  с другими сетевыми сегментами, но не транслируют протоколы и не обеспечивают повышенную пропускную способность  с отдельными выделенными устройствами, такими как серверы. Коммутаторы  рабочих групп второй категории  обеспечивают высокоскоростную связь  одного или нескольких портов с сервером или базовой станцией. Третью категорию  составляют коммутаторы сети отдела предприятия, которые часто используются для взаимодействия сетей рабочих  групп. Они представляют более широкие  возможности администрирования  и повышения производительности сети. Такие устройства поддерживают древовидную архитектуру связей, которая используется для передачи информации по резервным каналам  и фильтрации пакетов. Физически  такие коммутаторы поддерживают резервные источники питания  и позволяют оперативно менять модули. Последняя категория – это  коммутаторы сети масштаба предприятия, выполняющие диспетчеризацию трафика, определяя наиболее эффективный  маршрут. Они могут поддерживать большое количество логических соединений сети. Многие производители корпоративных  коммутаторов предлагают в составе  своих изделий модули АТМ. Эти  коммутаторы осуществляют трансляцию протоколов Ethernet в протоколы АТМ.qwerty.

Для временного хранения пакетов  и последующей их отправки по нужному  адресу коммутатор может использовать буферизацию. Буферизация может  быть также использована в том  случае, когда порт пункта назначения занят. Буфером называется область  памяти, в которой коммутатор хранит передаваемые данные.

Буфер памяти может использовать два метода хранения и отправки пакетов: буферизация по портам и буферизация  с общей памятью. При буферизации  по портам пакеты хранятся в очередях (queue), которые связаны с отдельными входными портами. Пакет передается на выходной порт только тогда, когда  все пакеты, находившиеся впереди  него в очереди, были успешно переданы. При этом возможна ситуация, когда  один пакет задерживает всю очередь из-за занятости порта его пункта назначения. Эта задержка может происходить даже в том случае, когда остальные пакеты могут быть переданы на открытые порты их пунктов назначения.

При буферизации в общей  памяти все пакеты хранятся в общем  буфере памяти, который используется всеми портами коммутатора. Количество памяти, отводимой порту, определяется требуемым ему количеством. Такой  метод называется динамическим распределением буферной памяти. После этого пакеты, находившиеся в буфере, динамически  распределяются по выходным портам. Это  позволяет получить пакет на одном  порте и отправить его с  другого порта, не устанавливая его  в очередь.

Коммутатор поддерживает карту портов, в которые требуется  отправить пакеты. Очистка этой карты  происходит только после того, как  пакет успешно отправлен.

Поскольку память буфера является общей, размер пакета ограничивается всем размером буфера, а не долей, предназначенной  для конкретного порта. Это означает, что крупные пакеты могут быть переданы с меньшими потерями, что  особенно важно при асимметричной  коммутации, то есть когда порт с  шириной полосы пропускания 100 Мб/с  должен отправлять пакеты на порт 10 Мб/с.

Возможности и  разновидности коммутаторов

Коммутаторы подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее простые).

Более сложные коммутаторы  позволяют управлять коммутацией  на сетевом (третьем) уровне модели OSI. Обычно их именуют соответственно, например «Layer 3 Switch» или просто, сокращенно «L3 Switch». Управление коммутатором может  осуществляться посредством Web-интерфейса, протокола SNMP, RMON и т. п.

Многие управляемые коммутаторы  позволяют настраивать дополнительные функции: VLAN, QoS, агрегирование, зеркалирование.

Сложные коммутаторы можно  объединять в одно логическое устройство — стек – с целью увеличения числа портов. Например, можно объединить 4 коммутатора с 24 портами и получить логический коммутатор с 90 (4*24-6=90) портами  либо с 96 портами (если для стекирования используются специальные порты).

2.6 Трансиверы

Сетево́й транси́вер —  устройство для передачи и приёма сигнала между двумя физически  разными средами системы связи. Это приёмник-передатчик, физическое устройство, которое соединяет интерфейс  хоста с локальной сетью, такой  как Ethernet. Трансиверы Ethernet содержат электронные  устройства, передающие сигнал в кабель и детектирующие коллизии.

Трансивер позволяет станции  передавать и получать из общей сетевой  среды передачи. Дополнительно, трансиверы Ethernet определяют коллизии в среде  и обеспечивают электрическую изоляцию между станциями. 10BASE2 и 10BASE5 трансиверы подключаются напрямую к среде передачи (кабель) общая шина. Хотя первый обычно использует внутренний трансивер, встроенный в схему контроллера и Т-коннектор  для подключения к кабелю, а  второй (10Base5) использует отдельный  внешний трансивер и AUI-кабель или  трансиверный кабель для подключения  к контроллеру. 10BASE-F, 10BASE-T, FOIRL также  обычно используют внутренние трансиверы. Надо сказать, что существуют также  внешние трансиверы для 10Base2, 10BaseF, 10baseT и FOIRL, которые могут отдельно подключаться к порту AUI или напрямую, или через AUI-кабель.

2.7 Концентраторы

Hub или концентратор - многопортовый  повторитель сети с автосегментацией. Все порты концентратора равноправны.  Получив сигнал от одной из  подключенных к нему станций,  концентратор транслирует его  на все свои активные порты.  При этом, если на каком-либо  из портов обнаружена неисправность,  то этот порт автоматически  отключается (сегментируется), а  после ее устранения снова  делается активным. Обработка коллизий  и текущий контроль за состоянием  каналов связи обычно осуществляется  самим концентратором. Концентраторы  можно использовать как автономные  устройства или соединять друг  с другом, увеличивая тем самым  размер сети и создавая более  сложные топологии. Кроме того, возможно их соединение магистральным  кабелем в шинную топологию.  Автосегментация необходима для  повышения надежности сети. Ведь Hub, заставляющий на практике применять  звездообразную кабельную топологию,  находится в рамках стандарта  IEEE 802.3 и тем самым обязан обеспечивать  соединение типа МОНОКАНАЛ. 

Назначение концентраторов - объединение отдельных рабочих  мест в рабочую группу в составе  локальной сети. Для рабочей группы характерны следующие признаки: определенная территориальная сосредоточенность; коллектив пользователей рабочей  группы решает сходные задачи, использует однотипное программное обеспечение  и общие информационные базы; в  пределах рабочей группы существуют общие требования по обеспечению безопасности и надежности, происходит одинаковое воздействие внешних источников возмущений (климатических, электромагнитных и т.п.); совместно используются высокопроизводительные периферийные устройства; обычно содержат свои локальные сервера, нередко территориально расположенные на территории рабочей группы.

OSI. Концентраторы работают  на физическом уровне (Уровень  1 базовой эталонной модели OSI). Поэтому  они не чувствительны к протоколам  верхних уровней. Результатом  этого является возможность совместного  использования различных операционных  систем (Novell NetWare, SCO UNIX, EtherTalk, LAN Manager и  пр., совместимые с сетями Ethernet или  IEEE 802.3). Есть, правда, определенное "давление" на хозяина сети при использовании  программ управления сетью: управляющие  программы, как правило, используют  для связи с SNMP оборудованием  протокол IP. Поэтому в части управления  сетью приходится использовать  только этот протоколы и соответственно  операционные оболочки на станциях  управления сетью. Но это не  очень серьезное давление, ибо  протокол IP является, наверное, самым  популярным.

Все концентраторы обладают следующими характерными эксплуатационными  признаками:

• оснащены светодиодными индикаторами, указывающими состояние портов (Port Status), наличие коллизий (Collisions), активность канала передачи (Activity), наличие неисправности (Fault) и наличие питания (Power), что обеспечивает быстрый контроль состояния всего концентратора и диагностику неисправностей;
• при включении электропитания выполняют процедуру самотестирования, а в процессе работы - функцию самодиагностики;
• имеют стандартный размер по ширине - 19'';
• обеспечивают автосегментацию портов для изоляции неисправных портов и улучшения сохранности сети (network integrity);
• обнаруживают ошибку полярности при использовании кабеля на витой паре и автоматически переключают полярность для устранения ошибки монтажа;
• поддерживают конфигурации с применением нескольких концентраторов, соединенных друг с другом либо посредством специальных кабелей и stack-портов, либо тонкой коаксиальной магистрали, включенной между портами BNC, либо посредством оптоволоконного или толстого коаксиального кабеля подключенного через соответствующие трансиверы к порту AUI, либо посредством UTP кабелей, подключенных между портами концентраторов;
• поддерживают речевую связь и передачу данных через один и тот же кабельный жгут;
• прозрачны для программных средств сетевой операционной системы;
• могут быть смонтированы и введены в действие в течении нескольких минут.

Концентраторы начального уровня - 8-ми, 5-ти, реже 12...16-ти портовые концентраторы. Часто имеют дополнительный BNC, реже AUI порт. Не обеспечивает возможности  управления ни через консольный порт (в виду его отсутствия), ни по сети (по причине отсутствия SNMP модуля). Являются простым и дешевым решением для  организации рабочей группы небольшого размера.