Какие протоколы используются в коммутаторах локальной сети

Обновлено: 02.07.2024

По прочтении этой главы и после выполнения практических заданий вы сможете:

Ø рассказать о следующих протоколах и об их использовании в различных сетевых операционных системах:

Ø обсуждать и внедрять методы повышения производительности локальных сетей.

В начале XX века социолог Георг Герберт Мид (George Herbert Mead), изучая влияние языка на людей, пришел к выводу о том, что человеческий интеллект в первую очередь развился благодаря языку. Язык помогает нам находить смысл в окружающей реальности и истолковывать ее детали. В сетях аналогичную роль выполняют сетевые протоколы, которые позволяют разнообразным системам находить общую среду для взаимодействия.

В этой главе описываются протоколы, чаще всего используемые в локальных сетях, а также сетевые операционные системы, в которых они применяются. Вы узнаете о преимуществах и недостатках каждого протокола, благодаря чему вам станут понятны области их использования. Самый популярный протокол локальных сетей – TCP/IP – рассматривается в этой главе лишь кратко, поскольку подробнее он будет описан в главе 6. В заключении текущей главы вы познакомитесь с методами повышения производительности локальных сетей и выбора тех протоколов, которые необходимы в конкретной ситуации.

Общие свойства протоколов локальной сети

В основном протоколы локальных сетей имеют такие же свойства, как и Другие коммуникационные протоколы, однако некоторые из них были разработаны давно, при создании первых сетей, которые работали медленно, были ненадежными и более подверженными электромагнитным и радиопомехам. Поэтому для современных коммуникаций некоторые протоколы не вполне пригодны. К недостаткам таких протоколов относится слабая защита от ошибок или избыточный сетевой трафик. Кроме того, определенные протоколы были созданы для небольших локальных сетей и задолго до появления современных корпоративных сетей с развитыми средствами маршрутизации.

Протоколы локальных сетей должны иметь следующие основные характеристики:

• обеспечивать надежность сетевых каналов;

• обладать высоким быстродействием;

• обрабатывать исходные и целевые адреса узлов;

• соответствовать сетевым стандартам, в особенности – стандарту IEEE 802.

В основном все протоколы, рассматриваемые в этой главе, соответствуют перечисленным требованиям, однако, как вы узнаете позднее, у одних протоколов возможностей больше, чем у других.

В табл. 5.1 перечислены протоколы локальных сетей и операционные системы, с которыми эти протоколы могут работать. Далее в главе указаны протоколы и системы (в частности, операционные системы серверов и хост компьютеров) будут описаны подробнее.

4 Таблица 5.1. Протоколы локальных сетей и сетевые операционные системы

Протокол	Соответствующая операционная система
IPX/SPX	Novell NetWare
NetBEUI	Первые версии операционных систем Microsoft Windows
AppleTalk	Apple Macintosh
TCP/IP	UNIX, Novel NetWare, современные версии операционных систем Microsoft Windows, операционные системы мэйнфреймов IBM
SNA	Операционные системы мэйнфреймов и миникомпьютеров IBM
DLC	Клиентские системы, взаимодействующие с мэйнфреймами IBM, настроенными на работу с протоколом SNA

Достоинства и недостатки

Достоинством протокола IPX (несмотря на его солидный возраст) по сравнению с другими ранними протоколами является возможность его маршрутизации, т. е. то, что с его помощью можно передавать данные по многим подсетям внутри предприятия. Недостатком протокола является дополнительный трафик, возникающий из-за того, что активные рабочие станции используют часто генерируемые широковещательные пакеты для подтверждения своего присутствия в сети. При наличии множества серверов NetWare и нескольких сотен клиентов применяемые протоколом IPX широковещательные пакеты типа "я здесь" могут создавать значительный сетевой трафик (рис. 5.2).

Назначение протокола SPX

Протокол SPX, дополняющий IPX, обеспечивает передачу данных прикладных программ с большей надежностью, чем IPX. Протокол IPX работает несколько быстрее своего "компаньона", однако в нем используются службы без установления соединения, работающие на подуровне LLC Канального уровня. Это означает, что IPX гарантирует доставку фрейма в пункт назначения с меньшей вероятностью. В протоколе SPX применяются службы с установлением соединения, что повышает надежность передачи данных. Чаще всего при упоминаниях обоих протоколов (IPX и SPX) используют сокращение IPX/SPX.

Протокол SPX широко применяется для передачи по сети содержимого Я данных. Кроме того, на основе этого протокола работают утилита удаленной консоли и службы печати фирмы Novell. Удаленная консоль позволяет рабочей станции администратора видеть ту же информацию, которая отображается на консоли файл-сервера NetWare, благодаря чему пользователь может удаленно выполнять системные команды сервера, не находясь за его клавиатурой.

Область применения NetBEUI

Протокол NetBEUI разрабатывался в то время, когда компьютерные сети в первую очередь означали локальные сети для относительно небольшого количества компьютеров (от нескольких до двух сотен). В процессе проектирования не учитывались особенности корпоративных сетей с маршрутизацией пакетов. По этой причине протокол NetBEUI нельзя маршрутизировать и лучше всего его применять в небольших локальных сетях под управлением относительно старых операционных систем компаний Microsoft и IBM:

· Microsoft Windows 3.1 или 3.11;

· Microsoft Windows 95;

· Microsoft Windows 98;

· Microsoft LAN Manager;

· Microsoft LAN Manager for UNIX;

· Microsoft Windows NT 3.51 или 4.0

При переводе сети с Windows NT Server на Windows 2000 или Windows Server 2003 в первую очередь настройте серверы и рабочие станции, использующие NetBEUI, на работу с TCP/IP. Хотя системы Windows 2000 и поддерживают NetBEUI, компания Microsoft не рекомендует применять этот протокол более поздних операционных системах. Однако в том случае, если сеть небольшая (менее 50 клиентов) и не требуется доступ к Интернету, то протокол NetBEUI может оказаться более эффективным, чем TCP/IP.

Недостатки NetBEUI

Службы AppleTalk

В состав протокола AppleTalk входят три базовые службы:

· удаленный доступ к сетевым файлам с использованием программ средств AppleShare File Server (в сочетании с протоколом AppleTalk Filing Protocol);

· службы печати на основе программных средств AppleShare Print Server (которые используют протоколы Name Binding Protocol и Printer Access Protocol);

· файловые службы на базе программ AppleShare PC для DOS- и Windows систем.

Сетевая адресация AppleTalk

Адресация в сетях AppleTalk, использующих протокол ELAP и TLAP, осуществляется с помощью протокола AppleTalk Address Resolution Protocol, AARP, который позволяет распознавать физические или МАС-адреса сетевых адаптеров, благодаря чему эти адреса можно вставлять во фреймы AppleTalk. (Если компьютер Macintosh настроен на работу с AppleTalk и IP, протокол AARP используется для распознавания физических и IP-адресов.)

Достоинства TCP/IP

Среди многих достоинств стека TCP/IP можно упомянуть следующие:

· он применяется во многих сетях и в Интернете, что делает его международным языком сетевых коммуникаций;

· имеется множество сетевых устройств, предназначенных для работы с этим протоколом;

· многие современные компьютерные операционные системы используют TCP/IP в качестве основного протокола;

· для этого протокола существует много диагностических средств и анализаторов;

· многие специалисты по сетям знакомы с протоколом и умеют его использовать.

Проблема каналов связи

Наличие подключения к Интернету или веб-службам требует развертывания Протокола TCP/IP, при этом службы FTP могут использоваться для передачи файлов. Также протокол TCP/IP лучше всего применять для связи с со временными мэйнфреймами и компьютерами UNIX, поскольку для подключения к мэйнфрейму или к приложению, работающему на компьютере UNIX, может потребоваться эмуляция терминала по протоколу Telnet. Для подключения к мэйнфреймам IBM и мини-компьютерам (если они работа ют в среде SNA) можно также использовать протокол DLC. И, наконец, протокол DNA по-прежнему может понадобиться в сети, где имеются старые компьютеры DEC (например, DEC VAX).

Во многих случаях для разных сетевых приложений нужно использовать различные протоколы локальных сетей. Иногда в современных сетях в любых сочетаниях применяются протоколы TCP/IP, NetBEUI, IPX/SPX, SM и даже DNA. Как вы уже знаете, развернутые протоколы связаны с типом используемых операционных систем. Также на их выбор влияет наличие связи с глобальными сетями (например, для выхода в Интернет нужен протокол TCP/IP, который может также потребоваться для связи локальных сетей между собой через глобальную сеть). Если, скажем, TCP/IP используется серверами в одной локальной сети, а рабочие станции из другой сетидолжны обращаться к этим серверам, то обе локальные сети и связывающая их глобальная сеть должны обеспечивать передачу протокола TCP/IP.

Протоколы локальных сетей

По прочтении этой главы и после выполнения практических заданий вы сможете:

Ø рассказать о следующих протоколах и об их использовании в различных сетевых операционных системах:

Ø обсуждать и внедрять методы повышения производительности локальных сетей.

Протоколы локальных сетей и их применение в сетевых операционных системах

Сетевые протоколы напоминают местный язык или диалект: они обеспечивают в сетях беспрепятственный обмен информацией между подключенными устройствами. Эти протоколы имеют значение и для простых электрических сигналов, передаваемых по сетевому коммуникационному кабелю. Я протоколов сетевые коммуникации были бы просто невозможны. Для та чтобы два компьютера могли свободно общаться друг с другом, они должны использовать один и тот же протокол подобно тому, как два человека вынуждены общаться на одном языке.I

В локальной сети несколько протоколов могут работать индивидуально ив некоторых сочетаниях. Сетевые устройства (например, маршрутизаторы) часто настраиваются на автоматическое распознавание и конфигурирование различных протоколов (в зависимости от операционной системы, используемой в маршрутизаторе). Например, в одной локальной сети Ethernet одинпротокол может использоваться для подключения к мэйнфрейму, другой для работы с серверами Novell NetWare, а третий – для серверов Windows (например, под управлением системы Windows NT Server) (рис. 5.1).

Можно установить мост-маршрутизатор, который будет автоматически распознавать каждый протокол и конфигурироваться соответствующим образом, в результате чего для одних протоколов он будет выступать в роли маршрутизатора, а для других – в роли моста. Наличие нескольких протоколов в сети эффективно тем, что такая сеть сможет одновременно выполнять множество функций (например, обеспечивать доступ к Интернета также к мэйнфреймам и серверам). Недостатком такого подхода является что некоторые протоколы будут работать в режиме широковещания, то есть, будут периодически посылать пакеты для идентификации сетевых устройств, генерируя значительный избыточный трафик.

Некоторые сетевые протоколы получили широкое распространение благодаря тому, что они связаны с конкретными сетевыми операционными системами (например, с Windows-системами, мэйнфреймами IBM, сервера UNIX и Novell NetWare). Имеет смысл изучать протоколы применительно тем операционным системам, где они применяются. В этом случае становится понятным, для чего конкретный протокол нужен в сети определенного типа. Кроме того, в этом случае вам легче будет понять, как один протокол (например, NetBEUI) можно заменить другими протоколами (такими как TCP/IP). Однако перед тем как изучать протоколы и их взаимосвязь операционными системами, важно узнать об общих свойствах протокол локальных сетей.

В настоящее время многие организации начинают создавать свои собственные сети систем хранения данных для удовлетворения постоянно растущих требований к производительности хранения данных, таких как локальная сеть (LAN) и сеть хранения данных (SAN). Локальная сеть-это группа компьютеров и периферийных устройств, которые совместно используют общую линию связи или беспроводную связь с сервером в пределах определенной географической области. SAN-это выделенная высокоскоростная сеть или подсеть, которая соединяет и представляет общие пулы устройств хранения данных нескольким серверам. В этих двух сетях есть два важных компонента коммутатор в локальных сетях и коммутатор SAN. Что это такое и чем они отличаются друг от друга? В этой статье вы получите ответы на все ваши вопросы.

Что такое коммутатор в локальных сетях и как он работает?

Коммутация LAN-это форма коммутации пакетов, при которой пакеты данных передаются с одного компьютера на другой по локальной сети. Технология коммутации локальной сети является жизненно важной частью проектирования сети, которая помогает повысить общую эффективность локальной сети и решить существующие проблемы пропускной способности. Коммутация локальной сети включает в себя в основном 4 типа коммутаторов: коммутация уровня 2 на основе аппаратных средств, коммутация уровня 3, коммутация уровня 4 и многослойная коммутация (MLS). Все эти три уровня коммутации (2, 3 и 4) объединены в MLS.

Коммутатор в локальных сетях - это коммутатор Ethernet на основе IP, который гибко соединяет передатчик и приемник через сеть взаимосвязанных портов и линий связи, позволяя сетевым ресурсам совместно использоваться большим количеством конечных пользователей. коммутаторы в локальных сетях - это пакетные коммутаторы, которые поддерживают несколько одновременных передач, считывая адрес назначения каждого кадра и пересылая его непосредственно на порт, связанный с целевым устройством. коммутатор в локальных сетях обслуживает потребности группы пользователей и может совместно использовать общие ресурсы и часто взаимодействовать. Благодаря коммутатору локальных сетей большой объем трафика может быть ограничен относительно небольшими сегментами LAN, и общая перегрузка LAN может быть значительно уменьшена.

Что такое SAN коммутаторы и как он работает?

Прежде всего, SAN-это специализированная высокоскоростная сеть устройств хранения данных и коммутаторов, подключенных к компьютерным системам. Он физически разъединяет хранилище и хост, позволяя перемещать данные между различными устройствами хранения, обмениваться данными между несколькими серверами, а также быстро и эффективно создавать резервные копии и восстанавливать данные.

Что касается коммутатора SAN (также называемого коммутатором оптоволоконного канала), он является базовым компонентом SAN, который основан на протоколе Ethernet или протоколе оптоволоконного канала. Коммутатор SAN может позволить администраторам настроить избыточность пути в случае сбоя пути от хост-сервера к коммутатору или от массива хранения к коммутатору. Коммутатор SAN проверяет заголовок пакета данных, определяет источник и место назначения вычислительных устройств и отправляет пакет в предназначенную систему хранения.

Различия между коммутатором локальных сетей и коммутатором SAN

Коммутатор в локальных сетях и коммутатор SAN являются важными частями LAN и SAN. Но в чем разница между этими двумя видами коммутатора? В следующих частях анализируются различия между коммутатором локальных сетей и коммутатором SAN.

Производительность

В общем коммутатор в локальных сетях использует стандартный медный и оптический интерфейс и работает на базе ip-Ethernet. Коммутатор на основе аппаратных средств в локальных сетях уровня 2 имеет преимущества высокой скорости передачи данных и низкой задержки. Он хорошо работает в некоторых функциях, таких как VoIP, QoS, отчеты о пропускной способности. Коммутатор локальной сети уровня 3 предлагает аналогичную функциональность в качестве маршрутизатора. Что касается коммутатора локальных сетей уровня 4, то это усовершенствованная версия коммутатора локальных сетей уровня 3, которая предоставляет дополнительные приложения, такие как Telnet и FTP. Кроме того, коммутатор локальной сети может поддерживать несколько протоколов, содержащих TCP/IP, TCP/UDP, IPX и Appletalk. Одним словом, коммутатор в локальных сетях-это корпоративный/продвинутый коммутатор с преимуществами простого развертывания и недорогой ценой.

Коммутатор SAN основан на сети хранения данных iSCSI, а также на комбинации оптоволоконного канала и технологии iSCSI. Наиболее важной функцией является то, что коммутатор SAN обрабатывает более выдающиеся возможности хранения данных, чем коммутатор в локальных сетях. Коммутатор также может быть коммутатор Ethernet. В идеальном случае коммутатор SAN на базе Ethernet будет выделен для хранения трафика в сети Интернет по протоколу IP, чтобы обеспечить предсказуемость производительности. В то же время коммутатор SAN может быть объединен для создания больших структур SAN, которые соединяют тысячи серверов и портов хранения данных.

Применение

Коммутатор в локальных сетях доступен для сетей Token Ring и FDDI, которые уступили место Ethernet. Коммутатор в локальных сетях помогает повысить общую эффективность локальных сетей и решает существующие проблемы с пропускной способностью при правильном его использовании.

Коммутатор SAN предназначен для высокопроизводительной сети с низкой латентностью и передачей данных без потерь. Кроме того, он специально разработан для обработки больших транзакционных нагрузок по высокопроизводительным волоконно-канальным сетям

Как выбрать коммутатор в локальных сетях или SAN?

Когда вы решите выбрать свой коммутатор, вы должны хорошо понимать, каковы ваши требования и потребности. коммутатор в локальных сетях в основном используется для сетей Token Ring и FDDI, отличающихся низкой стоимостью и высокой производительностью. В то время как коммутатор SAN доступен для высокопроизводительной сети с низкой латентностью и передачей данных без потерь. Если вы ищете коммутатор, использующий протокол обмена файлами, такой как IPX, Appletalk, то IP-коммутатор в локальных сетях-это ваш лучший выбор. Если вы ищете коммутатор для поддержки хранения данных на основе оптоволоконных каналов, то вы можете развернуть коммутатор SAN.

FS коммутаторы серии S3900 - это усовершенствованные и высокопроизводительные коммутаторы Ethernet LAN. Они поддерживают многочисленные функции L2/L2+, включая LACP, STP/RSTP/MSTP, 802.1 Q VLAN, Port mirror, RSPAN, ERPS, DHCP snooping и так далее. Кроме того, FS коммутаторы серии S3900 могут работать в сети хранения данных через IP SAN (включая IP SAN и FC SAN). Оснащение надежным оборудованием и расширенными стекируемыми функциями делает их идеальными для кампусов, корпоративных сетей и центров обработки данных.

Заключение

Одним словом, оба коммутатор в локальных сетях и коммутатор SAN могут обеспечить коммуникационный путь для перемещения данных и хранения. Но коммутатор в локальных сетях основан на IP, в то время как коммутатор SAN основан на оптоволоконном канале. При оценке коммутатора локальных сетей или SAN необходимо учитывать требования к производительности, поддерживаемым протоколам и скорости интерфейса. Если вы все еще озадачены выбором подходящего коммутатора локальной сети или коммутатора SAN, обратитесь к FS. Мы предлагаем различные решения для вашего коммутатора с различными тарифами в любое удобное для вас время.

В сетевом контексте различают коммутацию физическую, логическую
статическую и динамическую. Физическая коммутация подразумевает возможность перемещения рабочей станции из одного сегмента сети в другой посредством перекоммутации кабеля на коммутационной панели. Логическая коммута-ция базируется на программных средствах. С помощью системы управления сетью администратор может объединять индивидуальных пользователей в рабочие группы (сегменты) в соответствии с их функциями, устанавливая логические, а не физические связи между соответствующими портами. Такая технология называется коммутацией портов (port switching), или конфигурационной коммутацией (configuration switching). В устройствах, обладающих этими функциями, программными средствами можно ассоциировать несколько портов с разными сегментами сети, в то время как рабочие станции пользователей подключены к постоянным сегментам. Динамическая коммутация - относительно новая архитектура локальных сетей - позволяет предоставить каждой паре обменивающихся информацией портов канал (виртуальный или реальный) с гарантированной пропускной способностью. Именно эта технология является темой данного обзора.

Чтобы лучше понять причины, приведшие к столь стремительному распространению коммутации в локальных сетях, полезно рассмотреть, как изменялась их архитектура под давлением требований все большей и большей пропускной способности при максимальном сохранении инвестиций. Коммутируемые сети не требуют радикальных изменений в архитектуре. И хотя они обещают поистине революционные возможности, коммутаторы являются естественным следствием предыдущих решений. В данном случае вполне справедлив тезис, что каждое новое устройство или архитектура базируется на лучших характеристиках своих предшественников. Поэтому глубокое понимание сегодняшних технологий - залог успешных разработок в будущем

Наиболее показательна для демонстрации архитектурных изменений технология Ethernet. Причина очевидна - это самая распространенная технология локальных сетей, и производители в первую очередь старались удовлетворить требования именно ее пользователей.

Напомним, что локальные сети были введены как времясберегающая и низкостоимостная технология для разделения (общего использования) данных (файлов), дискового пространства и дорогостоящих периферийных устройств. Снижении стоимости ПК и периферии привело к широкому распространению компьютеров в бизнесе, и количество сетевых пользователей резко возросло. Одновременно изменились архитектура приложений (клиент/сервер) и их требования к вычислительным ресурсам (графика, изображения, видеои аудиоприложения), а также архитектура вычислений (распределенные вычисления). Стал популярным downsizing (разукрупнение) - перенос информационных систем и приложений с мэйнфреймов на сетевые платформы. Все это привело к смещению акцентов в использовании сетей: они стали обязательным инструментом в бизнесе, обеспечив наиболее эффективную обработку информации. По оценкам специалистов, трафик в сетях удваивался каждый год. В то же время в технологии Ethernet, базирующейся на разделяемой среде передачи, в качестве метода доступа использовался CSMA/ CD (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий), который при увеличении количества рабочих станций приводил к насыщению, снижая декларированную полосу пропускания для рабочей станции с 10 до 3 Mbps.

Неспособность существующих архитектур справляться с экспоненциальным возрастанием трафика, а также сложность управления и расширения сетей, базирующихся на шинной топологии (10Base2 и 10Base5), требовали новых решений. Первым шагом была разработка стандарта 10BaseT с топологией типа звезда, в которой каждый узел подключался отдельным кабелем к центральному устройству - концентратору. Он действовал как репитер, регенерируя сигналы, поступающие в каждый порт, прежде чем рассылать их дальше. Звездообразная топология упростила управление и сопровождение сети, однако не сняла проблему перегрузки, так как концентратор по существу - это сколлапсированная шина, поэтому он не уменьшает область столкновений - домена коллизий.

Эта задача была решена с помощью так называемых мостов (bridge). Они позволяют всех пользователей сети разделить на группы, выделяя их в отдельные сегменты, и ограничить собственный трафик только этим сегментом. Таким образом снижается широковещательный трафик в сети и уменьшается домен коллизий. Однако мосты эффективны лишь до тех пор, пока количество рабочих станций в сегменте относительно невелико. Как только оно увеличивается, возникает перегрузка сети. Она становится особенно заметной в одноранговых сетях, где любая станция может быть и клиентом, и сервером.

Коммутация решает проблему разгрузки сети двумя способами: разделяет сеть на сегменты (в данном случае результат эквивалентен использованию мостов и маршрутизаторов) и повышает производительность за счет предоставления полной полосы пропускания сети двум взаимодействующим устройствам.

Архитектура коммутаторов

Архитектура коммутаторов определяется их базовым элементом. Им может быть коммутационная матрица (crossbar), объединительная панель (backplane), или высокоскоростная шина, и быстродействующий процессор или специализированная микросхема (Application Specific Integrated Circuit - ASIC). Порты имеют буферную память, которая используется одним либо разделяется несколькими или всеми портами.

Все порты коммутаторов на базе коммутационной матрицы физически соединены между собой, и поток данных между двумя портами проходит по отдельному фиксированному пути. В коммутаторах, где основным элементом является объе динительная панель, все порты подключаются к высокоскоростной шине, пропускная способность которой обычно более 1Gbps. При поступлении пакета на один из портов данные передаются на высокоскоростную шину коммутатора. Параллельно по шине управления синхронно передается MACадрес получателя. При прохождении данных по шине все подключенные к ней порты считывают адрес получателя. Данные принимает только тот порт, к которому подключено сетевое устройство с соответствующим MAC-адресом. Механизмом мультиплексирования обычно является один из вариантов временного уплотнения - (Statistical) Time Division Multiplexing. Принцип действия коммутатора на базе микропроцессора во многом напоминает работу маршрутизатора: весь коммутируемый трафик проходит через центральный про цессор, который рассылает пакеты в адресуемые порты.

В коммутаторах используются два метода (алгоритма) продвижения пакета к порту-получателю: коммутация без промежуточной буферизации, или на лету (cut-through), и с промежуточной буферизацией (store-and-forward). В первом случае коммутатор не ждет окончания передачи пакета и ретранслирует его к порту-получателю, как только считает адрес последнего. Этот метод характеризуется очень малым временем задержки. Буферизирующий коммутатор получает адресованный ему пакет полностью, проверяет его на наличие ошибок, считывает MAC-адрес и только после этого направляет пакет в порт-получатель в соответствии с имеющейся адресной таблицей. Главное преимущество коммутаторов этого типа - гарантия целостности ретранслируемого пакета, так как искаженные пакеты отфильтровываются.

Эффективность методов коммутации cut-through и storeand-forward зависит от сетевой технологии, в которой они применяются. Технология Ethernet ориентирована на возможность коллизий, результатом которых являются искаженные пакеты. Поскольку коммутация cut-through не выявляет ошибки, а направляет пакет порту-получателю сразу же после считывания MAC-адреса сетевого устройства, то по сети может передаваться искаженная информация. Это будет происходить тем чаще, чем выше трафик в сети. Эффект усугубляется тем, что обычно у коммутаторов этого типа небольшой объем буферной памяти, вследствие чего пакеты при большом трафике теряются. Таким образом, коммутаторы cut-through наиболее эффективны в сетях, где отсутствуют коллизии, например FDDI. Для сетей Ethernet коммутаторы store-and-forward - наиболее подходящая альтернатива: они не только контролируют правильность приема пакета, но и имеют больший объем буфера памяти. Коммутатор поддерживает один или множество физических адресов на один порт (к такому порту может быть подключено несколько сетевых устройств). Соответственно эти порты называют выделенными и разделяемыми (именно такими были первые коммутаторы Kalpana). По назначению коммутаторы классифицируются следующим образом:

магистральные коммутаторы (backbone switch). Они предназначены для глобальных корпоративных сетей и подключают ЛВС к магистральной сети. Характеризуются модульной конструкцией с возможностью оперативной замены модулей. Обязательно поддерживают широкий спектр сетевых технологий с инкапсуляциейпакетовна MAC-уровне и множественность физических адресов на каждый порт коммутатора. Как правило, такие коммутаторы выполняют ряд маршрутизирующих функций (IP-маршрутизацию, например). Непременным требованием является поддержка протокола связующего дерева (Spanning Tree Protocol), стандартных протоколов удаленного управления (SNMP, RMON) и основных специализированных пакетов управления. Имеют встроенные средства создания виртуальных сетей. Напомним, что виртуальной локальной сетью (Virtual Local Area Network - VLAN) называется логическая сеть, рабочие станции которой могут быть физически подключены к различным ЛВС. Основной метод коммутации - store-and-forward. Поскольку магистральные коммутаторы являются весьма обширной и сложной темой, они не рассматриваются в данной публикации;
коммутаторы для рабочих групп, или сегментные коммутаторы (workgroup switch). Предназначены для коммутации сегментов крупной ЛВС. Обычно эти устройства имеют архитектуру с фиксированным количеством портов, позволяющую добавлять один-два модуля с быстрыми (100 Mbps) портами. Обеспечивают множественность адресов на порт, инкапсуляцию пакетов на MAC-уровне. Поддерживают алгоритм связующего дерева и стандар и стандартные протоколы удаленного управления. Как правило, обладают возможностями создания виртуальных сетей и некоторыми функциями маршрутизации. Основной метод коммутации - store-and-forward, возможно, с поддержкой алгоритма cut-through;
коммутаторы для настольных систем (desktop switch). Используются для коммутации рабочих станций внутри сегмента. Чаще всего это устройства с полностью фиксированной архитектурой, имеющие одиндва быстрых порта для подключения к коммутатору высшего уровня или к серверу. Допускают только один уникальный физический адрес на порт, предназначенный для прямого подключения компьютера (выделенный порт). Выделенное соединение не нуждается в отслеживании коллизий, поэтому оно может функционировать в полнодуплексном режиме. Основной метод коммутации - cut-through, иногда с поддержкой store-and-forward.

Несмотря на то, что любая локальная сеть со средним или высоким трафиком может только выиграть от использования коммутаторов, их эффективность во многом зависит от конфигурации сети. Очевидно, что чем больше одновременных коммутаций может выполняться, тем выше производительность сети. Следовательно, наиболее эффективны коммутаторы в одноранговых или многоранговых многосегментных и многосерверных сетях. Чтобы достичь заметного повышения производительности в двухранговой сети (Novell NetWare, например) с одним сервером, необходимо соединить его с коммутатором высокоскоростным каналом связи либо несколькими низкоскоростными.

“Если трафик в низкоскоростной сети настолько возрос, что затрудняет работу, коммутируемая технология сможет, пожалуй, вдохнуть вторую жизнь в вашу сеть. В большинстве случаев увеличение пропускной способности, которое достигается благодаря установке коммутаторов, позволит конкурировать с высокопроизводительными сетевыми технологиями, однако лишь на некоторое время. Стремительный рост производительности настольных систем влечет за собой изменение характера приложений, которые становятся все более требовательными к объему и скорости обработки данных. Предвидя подобную ситуацию, многие производители стали выпускать коммутаторы с портами, поддерживающими как низко-, так и высокоскоростные сети. Так что технология коммутации в настоящее время занимает достаточно прочные позиции.

Мост(bridge)-устройство,объединяющее локальные или удаленные сегменты сети в единую логическую сеть. Используются, в основном, для объединения сетей кабельными системами разного типа, разделения трафика с целью оптимизации пропускной способности сети (выделение группы пользователей с интенсивным трафиком в отдельный сегмент) и преодоления ограничений по длине сети. Мосты действуют на втором, канальном, уровне модели взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection - 0SI), а точнее, на подуровне управления доступом к среде передачи (Media Access Control), и поэтому прозрачны для протоколов более высоких уровней. Различают мосты внутренние и внешние. Внутренний мост функционирует как составная часть сервера. Он может соединять сети с различной топологией и средой передачи. Физически реализуется с помощью соответствующих сетевых адаптеров, установленных в сервер. Маршрутизацию осуществляет сетевая операционная система.

Внешние мосты могут быть программными или аппаратными. Программный мост реализуется с помощью подключенного к сети компьютера (не сервера), сетевых адаптеров и соответствующего программного обеспечения. При этом программный мост может быть как выделенным (компьютер выполняет только функции моста), так и невыделенным (компьютер способен работать и как рабочая станция). Аппаратный мост представляет собой специально разработанное устройство.

Внешние мосты делятся на локальные и удаленные. Локальный мост работает в пределах ограничений на длину сетевого сегмента. Удаленный мост обеспечивает связь за пределами ограничений для своих канальных драйверов. Алгоритмы мостов определяются типом объединяемых ЛВС. В сетях Ethernet это алгоритм прозрачного соединения сегментов (transparent bridge), основанный на протоколе связующего (остовного) дерева (Spanning Tree Protocol), стандартизованного подкомитетом IEEE 802.1. Основным принципом работы мостов этого типа является фильтрация пакетов. Они регенерируются мостом только в том случае, когда в сегменте, откуда они получены, не содержится адрес назначения. В сетях Token Ring используется алгоритм маршрутизации от источника (source routing). Согласно этому алгоритму, стандартизованному подкомитетом IEEE 802.5, информация, описывающая последовательность мостов между источником и приемником, содержится внутри самого пакета и формируется станцией-источником в процессе предварительного тестирования. При объединении сетей Ethernet и Token Ring используется смешанный алгоритм, включающий оба принципа маршрутизации. Если протоколы канального уровня объединяемых сегментов различны, то применяются транслирующие мосты (translating bridge).

Локальная сеть (локальная вычислительная сеть или ЛВС) представляет собой среду взаимодействия нескольких компьютеров между собой. Цель взаимодействия — передача данных. Локальные сети, как правило, покрывают небольшие пространства (дом, офис, предприятие) — чем и оправдывают своё название. ЛВС может иметь как один, так и несколько уровней. Для построения многоуровневой локальной сети применяют специальное сетевое оборудование: маршрутизаторы, коммутаторы. Существует несколько способов объединения компьютеров и сетевого оборудования в единую компьютерную сеть: проводное (витая пара), оптическое (оптоволоконный кабель) и беспроводное (Wi-Fi, Bluetooth) соединения.

Топология локальной сети

Первое к чему нужно приступать при изучении основ функционирования компьютерных сетей, это топология (структура) локальной сети. Существует три основных вида топологии: шина, кольцо и звезда.

Линейная шина

Все компьютеры подключены к единому кабелю с заглушками по краям (терминаторами). Заглушки необходимы для предотвращения отражения сигнала. Принцип работы шины заключается в следующем: один из компьютеров посылает сигнал всем участникам локальной сети, а другие анализируют сигнал и если он предназначен им, то обрабатывают его. При таком взаимодействии, каждый из компьютеров проверяет наличие сигнала в шине перед отправкой данных, что исключает возникновения коллизий. Минус данной топологии — низкая производительность, к тому же, при повреждении шины нарушается нормальное функционирование локальной сети и часть компьютеров не в состоянии обрабатывать либо посылать сигналы.

Кольцо

В данной топологии каждый из компьютеров соединен только с двумя участниками сети. Принцип функционирования такой ЛВС заключается в том, что один из компьютеров принимает информацию от предыдущего и отправляет её следующему выступая в роли повторителя сигнала, либо обрабатывает данные если они предназначались ему. Локальная сеть, построенная по кольцевому принципу более производительна в сравнении с линейной шиной и может объединять до 1000 компьютеров, но, если где-то возникает обрыв сеть полностью перестает функционировать.

Звезда

Топология звезда, является оптимальной структурой для построения ЛВС. Принцип работы такой сети заключается во взаимодействии нескольких компьютеров между собой по средствам центрального коммутирующего устройства (коммутатор или свитч). Топология звезда позволяет создавать высоконагруженные масштабируемые сети, в которых центральное устройство может выступать, как отдельная единица в составе многоуровневой ЛВС. Единственный минус в том, что при выходе из строя центрального коммутирующего устройства рушится вся сеть или её часть. Плюсом является то, что, если один из компьютеров перестаёт функционировать это никак не сказывается на работоспособности всей локальной сети.

Что такое MAC-адрес, IP-адрес и Маска подсети?

Прежде чем познакомиться с основными принципами взаимодействия сетевых устройств, необходимо подробно разобрать, что такое IP-адрес, MAC-адрес и Маска подсети.

Маска подсети – специальная запись, которая позволяет по IP-адресу вычислять адрес подсети и IP-адрес компьютера в данной сети. Пример записи маски подсети: 255.255.255.0. О том, как происходит вычисление IP-адресов мы рассмотрим чуть позже.

Что такое ARP протокол или как происходит взаимодействие устройств ЛВС?

Сетевой коммутатор и маршрутизатор (роутер)

Для согласования работы сетевых устройств используется специальное сетевое оборудование — коммутаторы и маршрутизаторы. Исходя из рассмотренного выше, важно понять простую истину — коммутаторы работают с MAC-адресами, а маршрутизаторы (или роутеры) с IP-адресами.

Коммутатор содержит таблицу MAC-адресов устройств локальной сети непосредственно подключенных к его портам. Изначально таблица пуста и начинает заполняться при старте работы коммутатора, происходит сопоставление MAC-адресов устройств и портов, к которым они подключены. Это необходимо для того, чтобы коммутатор напрямую пересылал информационные пакеты тем участникам локальной сени, которым они предназначены, а не опрашивал все устройства ЛВС.

Маршрутизатор также имеет таблицу, в которую заносит IP-адреса устройств на основе анализа локальной сети. Роутер может самостоятельно раздавать IP-адреса устройствам ЛВС благодаря протоколу динамического конфигурирования узла сети (DHCP). Таблица маршрутизации позволяет роутеру вычислять наикратчайшие маршруты для отправки информационных пакетов между различными узлами ЛВС. Данные узлы (компьютеры) могут находиться в любом сегменте многоуровневой сети невзирая на архитектуру той или иной подсети. К примеру, маршрутизатор связывает локальную сеть с глобальной (интернет) через сеть провайдера.

Пример маршрутизации

Допустим, в таблице маршрутизации есть такая запись:

Сеть	Маска	Интерфейс
192.168.1.0	255.255.255.0	192.168.1.96

Роутер получает пакет, предназначенный для хоста с IP-адресом 192.168.1.96, после чего начинает обход таблицы маршрутизации и обнаруживает, что при наложении маски подсети 255.255.255.0 на IP-адрес 192.168.1.96 вычисляется сеть с IP-адресом 192.168.1.0. Пройдя строку до конца роутер находит IP-адрес интерфейса 192.168.1.96, на который и отправляет полученный пакет.

Как происходит вычисление IP-адреса сети и компьютера?

Для вычисления IP-адреса сети используется маска подсети. Начнем с того, что привычная для наших глаз запись IP-адреса представлена в десятеричном формате (192.168.1.96). На самом деле, сетевое устройство данный IP-адрес видит, как набор нолей и единиц, то есть в двоичной системе исчисления (11000000.10101000.00000001.01100000). Так же выглядит и маска подсети (255.255.255.0 -> 11111111.11111111.11111111.00000000).

IP-адрес назначения	192.168.1.96	11000000 10101000 00000001 01100000
Маска подсети	255.255.255.0	11111111 11111111 11111111 00000000
IP-адрес сети	192.168.1.0	11000000 10101000 00000001 00000000

Что получается? Какой бы у нас не был IP-адрес назначения (к примеру 192.168.1.96 или 192.168.1.54) при наложении на него маски подсети (255.255.255.0) будет получаться один и тот же результат (192.168.1.0). Происходит это из-за поразрядного (побитного) сравнения записей (1х1 = 1, 1х0 = 0, 0х1 = 0). При этом IP-адрес компьютера берётся из последней группы цифр IP-адреса назначения. Также стоит учитывать, что из общего диапазона адресов, в рамках одной подсети, доступно будет на два адреса меньше, потому что 192.168.1.0 – является IP-адресом самой сети, а 192.168.1.255 – служебным широковещательным адресом для передачи общих пакетов запросов.

Что такое NAT?

NAT (Network Address Translation) — механизм преобразование сетевых адресов, является частью TCP/IP-протокола.

Принцип NAT заключается в следующем: при отправке пакета из ЛВС маршрутизатор подменяет IP-адрес локальной машины на свой собственный, а при получении производит обратную замену и отправляет данные на тот компьютер, которому они и предназначались.

Читайте также: