ЛЕКЦІЯ №4 Мережеве апаратне забезпечення

План лекції:

1 Поняття мережевого апаратного забезпечення

2 Плати мережевих адаптерів

3 Повторювачі

4 Концентратори

5 Мости та комутатори

6 Маршрутизатори

7 Порівняння комутації та маршрутизації

 

1 Устаткування, безпосередньо приєднане до мережі, є мережевим пристроєм. Всі мережеві пристрої можна віднести до таких груп:

пристрої кінцевого користувача (кінцеві вузли, станції) — це при-строї, що зв’язують користувачів з мережею, фізично під’єднуючись до неї за допомогою мережевого адаптеру або плати мережевого інтерфейсу (Network Interface Card, NIC). До цієї групи входять комп’ютери, принтери, сканери та інші пристрої, які виконують функції, безпосередньо призначені для користувача мережі;

мережеві пристрої — це пристрої, що приєднані до пристроїв кінцевих користувачів і дозволяють їм здійснювати зв’язок. Вони забезпечують транспортування даних між пристроями кінцевих користувачів, продовжують і об’єднують кабельні з’єднання, перетворюють дані з одного формату в іншій та керують передаванням даних. Прикладами таких пристроїв є повторювачі, концентратори, мости, комутатори і маршрутизатори.

 Можна виділити активне і пасивне мережеве обладнання.

Під активним мається на увазі обладнання, за яким слідує деяка «інтелектуальна» особливість. Тобто маршрутизатор, комутатор (світч) і т.д. є активним мережевим устаткуванням. Навпаки — повторювач (репітер) і концентратор (хаб) не є активним, так як просто повторюють електричний сигнал для збільшення відстані з’єднання або топологічного розгалуження і нічого «інтелектуального» собою не представляють.

 

2 Мережевий адаптер Ethernet, використовується для під’єднання персонального комп’ютера до мережі. Він взаємодіє з мережею через кабель (або радіохвилі в безпровідних технологіях зв’язку), а з комп’ютером – через гніздо розширення. При виборі мережевого адаптера слід врахувати такі чинники:

  • тип мережі. Різні типи мереж вимагають різних мережевих адаптерів (наприклад, адаптери Gigabit-Ethernet розроблені для використання в локальних мережах Ethernet);
  • тип середовища передавання даних – тип порту або мережевого роз’єму, використовуваного для під’єднання до різних середовищ передавання даних (наприклад: скручена пара, ВОК або безпровідна мережа);
  • тип системної шини (є різні типи системної шини, наприклад, PCI).

 

3 ЛКМ об’єднують між собою багато пристроїв різних типів. Як згадувалося вище, існує багато різних середовищ передавання даних, кожне з яких має свої переваги і недоліки. Наприклад, одним з недоліків кабелю категорії 5 UTP (який на сьогоднішній день є найчастіше використовуваним) є обмеженням на його довжину. Так, максимальна довжина кабелю UTP для одного сегмента мережі складає 100 м. Якщо потрібна більша відстань, то слід використовувати повторювачі. У більшості сучасних мереж Ethernet замість повторювачів використовуються комутатори, іноді ще можна зустріти і концентратори (багатопортові повторювачі).

Призначення повторювачів полягає в регенерації і ресинхронізації мережевих сигналів на бітовому рівні для того, щоб вони могли пройти більшу відстань по середовищу, в якому виконується передавання.

Повторювачі зазвичай використовуються в тих випадках, коли в мережі є дуже багато вузлів або довжини наявного кабелю недостатньо для досягнення віддалених робочих станцій.

 

4 Концентратори (hub) — є багатопортовими повторювачами. Використання концентратора перетворює мережеву топологію з шинної в зіркоподібну. Концентратори належать до одного з таких типів:

— активний концентратор повинен бути під’єднаний до джерела зовнішнього живлення, оскільки йому потрібна енергія для посилення вхідного сигналу перед передаванням його на зовнішні порти;

— інтелектуальний концентратор (smart hubs) — функціонує як звичайний концентратор, проте, має вбудований мікропроцесор і має можливості діагностики. Він дорожчий за звичайний концентратор, проте, корисний в аварійних ситуаціях;

— пасивний концентратор виступає виключно як точка фізичного з’єднання пристроїв. Такий концентратор не перевіряє трафік, що проходить через нього, і не виконує ніяких дій з потоками даних; він не підсилює і не очищає сигнал, а лише надає доступ до загальної шини.

 

5 Велику ЛКМ часто потрібно поділяти на менші, легкокеровані сегменти. При цьому пристроями використовуваними для з’єднання мережевих сегментів, можуть бути мости, комутатори, маршрутизатори і шлюзи. Мости і комутатори функціонують на канальному рівні моделі OSI. Функція моста полягає у визначенні того, чи потрібно відправляти сигнали, що надійшли на один з його портів в інший сегмент мережі. Мости можуть також бути використані для з’єднання мереж, що використовують різні протоколи або різні середовища передавання.

Під час роботи міст використовує метод прозорого перенаправлення. Цей метод описаний у специфікації ІЕЕЕ 802.1d, яка визначає п’ять процесів оброблення фрейму, при проходженні через комутатор.

  1. Перенаправлення фреймів (forwarding).
  2. Лавинне передавання фреймів (flooding).
  3. Фільтрування фреймів (filtering).
  4. Комутація з вивченням топології або з самонавчанням (learning).
  5. Застарівання таблиці МАС-адрес (aging).

Кроки методу прозорого мостового перенаправлення

 

Коли міст отримує фрейм, він порівнює MAC-адресу відправника з адресною таблицею, що є в нього, для визначення того, чи слід відфільтрувати цей фрейм (відкинути), надіслати його лавинним способом або у визначений сегмент мережі.

Прийняття цього рішення відбувається таким чином:

  • якщо пристрій-одержувач знаходиться в тому ж сегменті, з якого цей фрейм був отриманий, то міст запобігає його передаванню в інші сегменти. Цей процес називається фільтруванням (filtering);
  • якщо пристрій-одержувач знаходиться в іншому сегменті і його адреса присутня в адресній таблиці, то міст пересилає фрейм у відповідний сегмент;
  • якщо пристрій-одержувач відсутній в таблиці адрес (тобто «невідомий» мосту) або фрейм є широкомовний чи багатоадресний — то міст розсилає фрейм у всі сегменти за винятком того, звідки був отриманий фрейм. Таку поведінку називають лавинним розсиланням.

Стратегічно правильно встановлений міст може значно збільшити продуктивність мережі.

 

6 Комутатор іноді називають багатопортовим мостом. Тоді як типовий міст має тільки два порти, комутатор має декілька десятків – сотень портів в залежності від моделі. Як і мости, комутатори отримують певну інформацію з пакетів даних від різних комп’ютерів мережі. Надалі ця інформація використовується для побудови таблиць комутації даних, які потім використовуються для визначення напряму потоків даних, що відправляються одним з комп’ютерів мережі іншому.

Хоча в роботі мостів і комутаторів є багато спільного, комутатор складніший, ніж міст. Міст визначає, чи прямує фрейм в інший мережевий сегмент на основі МАС-адреси одержувача. Комутатор має декілька портів, до яких приєднані сегменти мережі. Комутатор вибирає порт, до якого приєднаний пристрій-одержувач або робоча станція.

Комутація є технологією, що знижує вірогідність виникнення в мережах Ethernet LAN заторів за рахунок зменшення об’ємів переданих по мережі даних і збільшення смуги пропускання. Комутатори часто використовуються для заміни концентраторів, оскільки не вимагають зміни існуючої кабельної інфраструктури, що дозволяє підвищити продуктивність мережі з мінімальною кількістю змін в тій мережі, що вже існує. В наш час у сфері передавання даних все комутуюче устаткування виконує дві основні операції:

  • комутацію фреймів даних. Під цим терміном розуміється процес передавання фрейму, отриманого з одного мережевого середовища в інше (вихідне) середовище;
  • підтримку комутації. Для виконання цієї функції комутатори будують і підтримують таблиці комутації і стежать за можливим утворенням маршрутних петель.

Мікросегментація мережі за допомогою комутаторів

Комутатори працюють з більшими швидкостями, ніж мости, а також можуть підтримувати додаткові і достатньо важливі функції, такі, як віртуальні локальні мережі VLAN (Virtual LAN).

 6 Маршрутизатори призначені для забезпечення зв’язку між великою кількістю мереж. Такий зв’язок дає можливість комп’ютерам з різних мереж обмінюватися між собою інформацією. Зв’язані мережі можуть належати одній компанії або ж бути географічно розосереджені і належати кому завгодно. Зазвичай мережі, розділені великими відстанями, зв’язуються за допомогою розподільних мереж. Розподільні мережі засновані на великій кількості різних технологій, включаючи маршрутизатори, засоби передавання і різних типів ліній. Маршрутизатори створювалися лише для об’єднання розподільних мереж в єдину глобальну мережу.

Маршрутизатор є інтелектуальним пристроєм, який працює переважно на перших трьох рівнях еталонної моделі OSI. Проте подібно до будь-якого іншого вузла мережі, маршрутизатор здатний до взаємодії на будь-якому з семи рівнів моделі OSI. Необхідність використання перших трьох рівнів існує практично завжди. Для зв’язку з локальною мережею маршрутизатор використовує перші два рівні еталонної моделі (конструкції канального рівня). Найбільш важливою функцією є здатність маршрутизаторів ідентифікувати мережеві маршрути на основі адрес третього рівня. Цей механізм дозволяє маршрутизаторам взаємодіяти з численними мережами, використовуючи адресацію мережевого рівня незалежно від місця розта-шування і технології роботи мереж.

Для того, щоб зрозуміти принципи маршрутизації і розібратися в роботі маршрутизаторів, необхідно розуміти два аспекти їх роботи: фізичний і логічний. З фізичної точки зору маршрутизатор складається з величезної кількості компонентів, кожен з яких виконує строго задану функцію. З логічної точки зору маршрутизатор виконує певні дії, включаючи виявлення інших маршрутизаторів, здобуття інформації про потенційно досяжні мережі і вузли, визначення і відстежування потенційних маршрутів і передавання дейтаграм одержувачам. Це дозволяє формувати і використовувати міжнародні мережі, включаючи розподільні.

 

7  Порівняння комутації та маршрутизації

Маршрутизацію часто плутають з комутацією другого рівня. Принципова відмінність між ними полягає в тому, що комутація реалізована на другому рівні моделі OSІ, а маршрутизація – на третьому, а отже вони використовують різну інформацію для організації передавання даних.

Маршрутизація призначена для передавання даних між широкомовними доменами і потребує ієрархічної схеми адресації, що і реалізовано в протоколах третього рівня (наприклад, в IP). Комутатор нічого не знає про IР-адреси і працює лише з МАС-адресами вузлів. Коли вузол відправляє інформацію нелокальному одержувачу, він адресує фрейм своєму стандартному шлюзу, використовуючи його МАС-адресу.

Комутатор об’єднує сегменти, що належать одній логічній мережі або підмережі (subnetwork). Маршрутизатор, крім цього, підтримує ще і таблицю маршрутизації, яка дає можливість вибирати маршрут для доставлення даних за межі широкомовного домена. Кожна ARP-таблиця містить пари IP- і МАС-адреси. Таблиця маршрутизації містить інформацію про маршрути. МАС-адреси не організовані за певним принципом, але цей недолік не викликає проблем з управлінням мереж, оскільки окремі мережеві сегменти не містять великої кількості вузлів. Якби IP-адреса відповідала тим же правилам, мережа Internet просто не змогла б функціонувати, тому що не існувало б способу визначення маршруту для досягнення конкретних адресатів. Ієрархічна організація IP-адрес дозволяє розглядати групи адрес як єдине ціле доти, поки не потрібно буде визначити адресу індивідуального вузла.

Ще одна відмінність полягає в тому, що комутовані мережі другого рівня не блокують широкомовні розсилання третього рівня. Внаслідок цього вони можуть бути схильні до широкомовних штормів. Маршрутизатори зазвичай блокують широкомовні пакети, обмежуючи таким чином зону дії широкомовних штормів локальним широкомовним доменом і надають вищий, ніж комутатори, рівень захисту та контроль смуги пропускання.

Порти введення-виведення маршрутизатора – це єдиний фізичний компонент, який може побачити адміністратор. Порти надають унікальну можливість створення, мабуть, нескінченної кількості комбінацій локальних і розподільних мереж, реалізованих на основі різних технологій передавання даних. Кожен з портів в локальній або розподіленій мережі повинен мати власний порт введення-виведення на маршрутизаторі. Ці порти виконують функції, подібні до функцій мережевих інтерфейсних плат (NIC) в комп’ютері, під’єднаному до мережі; вони пов’язані з механізмами фреймування і забезпечують підтримку відповідних інтерфейсів. Багато фізичних інтерфейсів зовні здаються однаковими. Проте на більш високому рівні вони абсолютно різні. Тому перед використанням тих чи інших інтерфейсів корисно вивчити відповідні технології передавання.


Контрольні питання:

  1. Поняття мережевого апаратного забезпечення
  2. Поняття пасивного та активного апаратного забезпечення
  3. Поняття і принцип роботи плати мережевого адаптеру
  4. Поняття і принцип роботи повторювача
  5. Поняття і принцип роботи концентратора
  6. Поняття і принцип роботи мосту та комутатора
  7. Поняття і принцип роботи маршрутизатора
  8. Порівняння комутації та маршрутизації

 


Література:

1  Буров Є. Комп’ютерні мережі. Підручник.  Львів: БаК, 2018. — 256 с.,

https://posibnyky.vntu.edu.ua/kom_m/index.html