Устройства объединения сетей

Устройства объединения сетей ЭВМ обеспечивают связь между сегментами локальных сетей, отдельными ЛВС и подсетями любого уровня. Эти устройства в самом общем виде могут быть отнесены к определенным уровням эталонной модели взаимодействия открытых систем. Существуют следующие классы устройств для объединения сегментов ЛВС и сетей:

1. Повторители (repeater) объединяют сети на физическом уровне;

2. Мосты (bridges) и коммутаторы (switches) объединяют сети на канальном уровне и используют функциональные возможности физического уровня. Мосты выполняются на основе компьютера, оснащенного соответствующим ПО. Отличие коммутаторов от мостов в том, что они реализуют свои функции аппаратными средствами и поэтому обладают значительно более высоким быстродействием;

3. Марштуризаторы (routers) объединяют сети на сетевом уровне и используют функциональные возможности уровней 1 и 2;

4. Шлюзы или межсетевые интерфейсы (gateways) объединяют сети на прикладном уровне и используют функциональные возможности всех нижележащих уровней.

Рис. 1 Устройства объединения сетей

ПОВТОРИТЕЛЬ (REPEATER)

На физическом уровне пакет представляет собой цуг импульсов, распространяющихся по коаксиальному кабелю, скрученной паре или оптическому волокну. За счет дисперсии, частичным отражениям от точек подключения и поглощению в среде импульсы в пакете " расплываются" и искажаются (ухудшается отношение сигнал/шум), это является одной из причин ограничения длин кабельных сегментов.

К примеру, в сетях с тонким коаксиальным кабелем или 10Base2 длина шины (т. е. общая длина всех сегментов кабеля) не может превышать 185 м. Для преодоления этого ограничения на размеры сети и увеличения протяженности сети на тонком коаксиальном кабеле до 925 м были созданы повторители для передачи данных в сетях Ethernet.

Повторитель как правило представляет собой " неинтеллектуальное" устройство со следующими характеристиками:

1. Повторитель регенерирует сетевые сигналы, позволяя передавать их дальше;

2. повторители используются в линейных кабельных системах Ethernet;

3. Повторители работают на физическом уровне - нижнем уровне стека протоколов; протоколы высокого уровня не используются;

4. повторители применяются обычно в одном здании;

5. связанные повторителем сегменты становятся частью одной и той же сети и имеют один и тот же сетевой адрес;

6. каждый узел в сетевом сегменте имеет свой собственный адрес; узлы в расширенных сегмента не могут иметь те же адреса, что и узлы существующих сегментов, так как становятся частью одного сегмента.

Основная функция повторителя (repeater), как это следует из его названия, – повторение сигналов, поступающих на его порт. Повторитель представляет собой довольно простое устройство, работающее на физическом уровне (или на уровне 1 модели OSI) и выполняющее функцию усиления сигнала, проходящего в той среде, к которой он подключен. Сигнал входит на повторитель с одного из его портов, затем усиливается и заново синхронизируется, и, наконец, в усиленной форме ретранслируется через все остальные порты. В стандартных повторителях есть лишь два порта, но на более современных или многопортовых повторителях портов может быть больше.

В сети на тонком коаксиальном кабеле можно создавать до пяти сегментов с помощью четырех повторителей; в то же время лишь в трех из этих сегментов могут располагаться рабочие станции. Оставшиеся два сегмента используются исключительно для увеличения протяженности сети и не могут содержать рабочие станции. Это ограничение, связанное с повторителями в сетях Ethernet, получило название правила 5-4-3; своему существованию оно обязано задержкам прохождения сигнала при избыточной протяженности сети. По мере разростания сети время прохождения сигнала из одного конца в другой увеличивается; из-за этого рабочая станция X в одной части сети может испытывать трудности при определении того, когда рабочая станция Y, находящаяся в другой части сети, осуществляет передачу — в результате возрастает частота коллизий. При возникновении сбоев в работе сети на тонком коаксиальном кабеле с использованием повторителей имеет смысл переместить сервер или серверы, находящиеся в данной сети, ближе к середине ее сегментов. Делать это не обязательно, но благодаря этому любой рабочей станции для установления соединения с сервером нужно пройти не более двух повторителей; в результате небольшие сбои в сети, вероятно, исчезнут.

Так как повторители работают на физическом уровне, они могут устранять помехи и усиливать принимаемый сигнал, но исправление поврежденного сигнала является для них невыполнимой задачей. Кроме того, повторители не имеют возможности определять направление передачи данных: таким образом, такие устройства не способны обеспечить разделение сетей на множество коллизионных доменов. Впрочем, в непритязательности повторителей заключаются и определенные преимущества — так, повторитель можно установить в сети, практически (или совсем) не меняя ее конфигурацию. Нужны лишь источник питания и кабель — и, в соответствии со своим названием, повторитель будет повторять все, что получит.

Повторитель воспринимает входные импульсы, удаляет шумовые сигналы и передает вновь сформированные пакеты в следующий кабельный сегмент или сегменты. Никакого редактирования или анализа поступающих данных не производится. Задержка сигнала повторителем не должна превышать 7, 5 тактов (750 нсек для обычного Ethernet). Повторители могут иметь коаксиальные входы/выходы, AUI-разъемы для подключения трансиверов или других аналогичных устройств, или каналы для работы со скрученными парами.

Рис. 2 Схема сетевого повторителя

Все входы/выходы повторителя с точки зрения пакетов эквивалентны. Если повторитель многовходовый, то пакет пришедший по любому из входов будет ретранслирован на все остальные входы/выходы повторителя. Чем больше кабельных сегментов объединено повторителями, тем больше загрузка всех сегментов. При объединении нескольких сегментов с помощью повторителя загрузка каждого из них становится равной сумме всех загрузок до объединения. Это справедливо как для коаксиальных кабельных сегментов, так и для повторителей, работающих со скрученными парами (хабы - концентраторы). Некоторые повторители контролируют наличие связи между портом и узлом (link status), регистрируют коллизии и затянувшиеся передачи (jabber - узел осуществляет передачу дольше, чем это предусмотрено протоколом), выполняют согласование типа соединения (autonegotiation). В этом случае они обычно снабжены SNMP-поддержкой. Jabber-функция. Каждому узлу сети Ethernet отводится определенное время, в течение которого он должен передать кадр. В нормальных условиях, когда нет коллизий, кадр максимальной длины 1518 байт передается рабочей станцией в течение 1, 2 мс. Затем в течение времени межкадрового интервала линия остается свободной. При сильной загруженности сегмента (большое число станций пытаются передавать одновременно, и велико число коллизий) время, в течение которого линия может быть занята, сильно возрастает. Если такой загруженный сегмент подключен к одному из портов повторителя и инициирует длительный сигнал без замолкания (jabber signal – дословно, болтовня), то повторитель прекратит ретрансляцию данных и коллизий из этого сегмента в другие сегменты, таким образом полностью исключив перегруженный сегмент. Для этой цели концентратор поддерживает специальную jabber-функцию. Стандартом установлено не конкретное время срабатывания, а окно приема непрерывного сигнала от 20 до 150 мс, при котором концентратор должен исключать " плохой" сегмент. Jabber-функция – полезное свойство повторителя, на основе которой последний может исключать как перегруженный коллизионный сегмент, так и неисправный сегмент, или неисправную станцию, которые передают длительный сигнал, и, тем самым, предоставляет возможность работать пользователям, подключенным к другим портам.