Аппаратное и программное обеспечение межсетевого взаимодействия

На следующем рисунке иллюстрируется, как средства объединения сетей соотносятся с моделью протоколов OSI. Выполняемые этими продуктами в сети задачи соответствуют тому стеку протоколов, с которым они совместимы. Чем выше устройство находится в стеке протокола, тем более дорогим и сложным оно является.

Уровень Оборудование

Приложений

Представительский Шлюзы

Сеансовый

Транспортный

Сетевой Маршрутизаторы

Канальный Мосты

Физический Повторители

Повторители. Повторители работают на физическом уровне. Они посылают пакеты из основной магистрали сети в расширенную сетевую магистраль. С протоколами высокого уровня они не взаимодействуют. Мосты. Мосты связывают две сети и передают между ними пакеты. Поддерживаются различные типы сетей.Маршрутизаторы. Маршрутизаторы аналогичны мостам, но подробнее анализируют адрес пакета и могут направлять его адресату по определенному маршруту. Также, маршрутизатор может объединять большее количество подсетей. Мосты-маршрутизаторы. Мосты-маршрутизаторы представляют собой комбинацию мостов и маршрутизаторов. Некоторые мосты-маршрутизаторы допускают несколько подключений, для некоторых из которых устройство работает как мост, а для других - как маршрутизатор. Мосты-маршрутизаторы имеют обычно схемы маршрутизации, которые улучшают их производительность, но делают несовместимыми с маршрутизаторами.Шлюзы. Шлюзы обычно работают на самом высоком уровне стека протоколов и обеспечивают взаимодействие систем и сетей, которые используют несовместимые протоколы.Повторитель (repeater). Когда электрический сигнал передается по кабелю, то при большой длине кабеля он затухает. Повторитель - это простое устройство, которое усиливает сигнал кабеля таким образом, что вы можете увеличить протяженность сети. Повторитель обычно никак не изменяет сигнал, а просто усиливает его для передачи по дополнительному сегменту кабеля. Повторитель, как правило, представляет собой "неинтеллектуальное" устройство со следующими характеристиками: повторитель регенерирует сетевые сигналы, позволяя передавать их дальше;

повторители используются обычно в линейных кабельных системах, таких как Ethernet;

повторители работают на физическом уровне - нижнем уровне стека протоколов; протоколы высокого уровня не используются;

повторители применяются обычно в одном здании;

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

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 сетевого сегмента. Повторители работают обычно с той же скоростью передачи, что и сети, которые они связывают. Скорость передачи повторителя лежит в пределах 15000 пакетов в сек. (для типичной сети Ethernet). При расширении локальной сети число рабочих станций обычно не должно превышать определенной величины (как правило, это 50 станций на сегмент). Если это число превышено, то лучше разбить локальную сеть на несколько сегментов с помощью моста.

Мост (bridge). Мост добавляет к сетевой связи некоторый уровень "интеллектуальности". Мост выполняет следующие функции:

разделяет сеть на сегменты

локализует трафик внутри сегмента

передает информацию между сегментами

Вы можете создать на сервере мост, установив две платы сетевого интерфейса. Каждый сегмент локальной сети может иметь различный тип сети (Ethernet, Token Ring, Arcnet и др.). Встроенные функции передачи через мост и функции маршрутизации распределяют сетевой трафик по различным сегментам локальной сети. Вы можете, создав мост, разбить большую сеть на две или более мелких сети. Это улучшает производительность, сокращая трафик, поскольку пакетам отдельных рабочих станций не нужно путешествовать по всей сети (см. рисунок). Мосты работают на канальном уровне. Вы можете связывать с помощью моста устройства, использующие различные протоколы, однако уровень связи данных ничего не знает о наилучшем маршруте к адресату. Здесь нет способа направлять пакеты в сегмент локальной сети, чтобы адресат этого сегмента получал их наиболее быстрым или эффективным способом. Это задача маршрутизатора. Однако мосты могут обеспечивать фильтрацию. Фильтрация предотвращает передачу пакетов в те локальные сегменты, для которых они не предназначены. Это позволяет уменьшить сетевой трафик и улучшить производительность.

Установить мосты может потребоваться по следующим причинам:

Чтобы расширить существующую сеть, когда достигнуто максимальное расстояние;

Для устранения "узких мест" в трафике, вызванных слишком большим числом рабочих станций, подключенных к одному сегменту локальной сети.

Для объединения сетей различных типов, например, Token Ring и Ethernet.

При установке двух сетевых плат им выдаются IP-адреса, относящиеся к различным подсетям. Подробнее о методике расчета IP-адресов будет рассказано в следующей теме.

Маршрутизатор (router). Маршрутизаторы имеют очень важное значение для объединенных и глобальных сетей, в которых используются удаленные коммуникации. Маршрутизаторы обеспечивают оптимальный трафик по сложным маршрутам в разветвленных объединенных сетях. Если используются выделенные или арендуемые линии с низкой пропускной способностью, то важно отфильтровывать ненужные пакеты и не передавать их по этой линии. Кроме того, большие глобальные сети могут иметь избыточные связи. При этом важно найти наилучший маршрут к адресату. Именно здесь могут помочь маршрутизаторы. Они могут анализировать информацию сетевого уровня и определять с ее помощью наилучший маршрут. Многие маршрутизаторы обеспечивают поддержку различных коммуникационных методов. Приведем некоторые причины, по которым следует использовать вместо мостов маршрутизаторы: Маршрутизаторы обеспечивают усовершенствованную фильтрацию пакетов. Маршрутизаторы необходимы при наличии в объединенной сети нескольких протоколов. Маршрутизаторы обеспечивают развитые средства маршрутизации, улучшающие производительность. "Интеллектуальный" маршрутизатор знает схему сети и может легко найти для пакета наилучший маршрут. Как работает маршрутизатор. Маршрутизатор анализирует информацию сетевого уровня в пакетах и маршрутизирует эти пакеты в соответствующий сетевой сегмент. Маршрутизатор обрабатывает только те пакеты, которые ему адресованы, что включает в себя пакеты, адресованные другим маршрутизаторам, с которыми он связан. Маршрутизаторы посылают адресату пакеты по наилучшему маршруту, который определяется по таблице маршрутизации (routing table). Таблица маршрутизации - специальная информационная структура, хранящая номер сети назначения, сетевой адрес следующего маршрутизатора, сетевой адрес выходного порта, расстояние до сети назначения. Когда маршрутизатор получает пакет, он просматривает эти таблицы и определяет, может ли послать пакет непосредственно адресату. Если это не так, то он определяет адрес маршрутизатора, который может передать пакет дальше. Некоторые протоколы, такие как NetBIOS, не являются маршрутизируемыми, так как не включают в свои пакеты информацию о сетевом адресе. Однако для передачи по объединенной сети пакеты NetBIOS могут инкапсулироваться в пакеты IPX и TCP/IP. Аналогично, для передачи в сегменты с протоколом TCP/IP пакеты IPX можно инкапсулировать в пакеты TCP/IP. Маршрутизатор позволяет сегментировать сеть на логические подсети. Эти логические подсети легче обслуживать. Каждый сегмент локальной сети имеет свой собственный номер, а каждая рабочая станция в этом сегменте - свой адрес. Эта информация хранится на сетевом уровне и доступна маршрутизаторам. Сегментация предотвращает перегрузку сети. Такая перегрузка возникает при неправильном соединении узлов, из-за чего сеть насыщается сообщениями, ищущими своего адресата. При сегментации этот эффект можно уменьшить за счет фильтрации и методов определения наилучшего маршрута. Объединенная сеть обычно строиться так, чтобы обеспечить защиту от выхода аппаратуры из строя. Наличие нескольких маршрутов позволяет использовать резервный маршрут, когда нарушается основной. Некоторые маршруты могут использовать высокоскоростные сети, такие как FDDI (Fiber Distributed Data Interface) или прямые цифровые линии (T1). Маршрутизаторы могут посылать данные по наилучшему из этих маршрутов (в смысле стоимости, скорости передачи или выбирая прямой маршрут). Наилучшим может быть также маршрут, обходящий загруженные локальные сегменты, что определяется на основе скорости передачи. Например, высокоприоритетные пакеты можно посылать по цифровой телекоммуникационной линии со споростью передачи 56 Кб/сек, а низкоприоритетные - по телекоммуникационной линии со скоростью 19.2 Кб/сек. Администратор сети может сам решить, какой маршрут является наилучшим, либо предоставить выбор маршрута маршрутизаторам.