Сетевые устройства локальных сетей в топологии

При построении любой информационно вычислительной сети нельзя обойтись без специальных сетевых устройств, разнообразных по своему предназначению и функциональным возможностям. Рассмотрим некоторые из них.

Одной из главных задач, которая стоит перед любой технологией транспортировки данных, является возможность их передачи на максимально большое расстояние. Физическая среда накладывает на этот процесс свои ограничения — рано или поздно мощность сигнала падает, и приём становится невозможным. Но ещё большее значение имеет то, что искажается «форма сигнала» — закономерность, в соответствии с которой мгновенное значение уровня сигнала изменяется во времени. Это происходит в результате того, что физическая среда, например металлические провода, по которым передаётся сигнал, имеют собственную ёмкость и индуктивность. Электрические и магнитные поля одного проводника наводят ЭДС в других проводниках (длинная линия).

В случае передачи данных решение было найдено в ограничении сегмента сети передачи данных и применением повторителей. При этом повторитель на входе должен принимать сигнал, далее распознавать его первоначальный вид, и генерировать на выходе его точную копию. Такая схема в теории может передавать данные на сколь угодно большие расстояния (если не учитывать особенности разделения физической среды в Ethernet).

Сегмент сети - логически или физически обособленная часть сети (подсеть).

Повторитель - предназначен для увеличения расстояния сетевого соединения путём повторения электрического сигнала «один в один». Бывают одно и много портовые повторители.

Первоначально в Ethernet использовался коаксиальный кабель с топологией «шина», и нужно было соединять между собой всего несколько сегментов. Для этого обычно использовались повторители (англ. repeater), имевшие два порта. Несколько позже появились многопортовые устройства, называемые концентраторами (англ. concentrator). Их физический смысл точно такой же, но восстановленный сигнал транслируется на все активные порты, кроме того, с которого пришёл сигнал.

С появлением протокола 10baseT (витой пары) для избегания терминологической путаницы многопортовые повторители для витой пары стали называться сетевыми концентраторами (хабами), а коаксиальные — повторителями (репитерами), по крайней мере, в русскоязычной литературе. Эти названия хорошо прижились и используются в настоящее время очень широко.

Термин концентратор (хаб) применим также к другим технологиям передачи данных: USB, FireWire и пр.

Мост, сетевой мост, бридж (жарг., калька с англ. bridge) — сетевое устройство, предназначенное для объединения сегментов (подсети) компьютерной сети разных топологий и архитектур.

Мосты «изучают» характер расположения сегментов сети путем построения адресных таблиц, в которых содержатся адреса всех сетевых устройств и сегментов, необходимых для получения доступа к данному устройству. Мост рассматривается как устройство с функциями хранения и дальнейшей отправки, поскольку он должен проанализировать поле адреса пункта назначения пакета данных и вычислить контрольную сумму CRC в поле контрольной последовательности пакета данных перед отправкой его на все порты. Если порт пункта назначения в данный момент занят, то мост может временно сохранить фрейм до освобождения порта. Для выполнения этих операций требуется некоторое время, что замедляет процесс передачи и увеличивает латентность.

В настоящее время мосты практически не используются, за исключением ситуаций, когда связываются сегменты сети с разной организацией физического уровня, например, между xDSL соединениями, оптикой, Ethernet.

Сетевой коммутатор или свитч (жарг. от англ. switch - переключатель) - устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента сети. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Коммутаторы иногда рассматриваются как многопортовые мосты, поскольку были разработаны с использованием мостовых технологий. В случае SOHO-оборудования, режим прозрачной коммутации часто называют «мостовым режимом» (bridging).

Традиционно разделяют две категории коммутаторов: неуправляемые и управляемые. Однако компания D - Link предлагает еще одну, промежуточную категорию – настраиваемые коммутаторы (smartswitches). Эти коммутаторы предназначены для использования на уровне доступа сетей малых и средних предприятий (Small-to-MediumBusiness, SMB).

Рисунок 14. Коммутатор DES-1210-28.

 

Сетевой шлюз (англ. gateway) — аппаратный маршрутизатор или программное обеспечение для сопряжения компьютерных сетей, использующих разные протоколы (например, локальной и глобальной).

Сетевой шлюз конвертирует протоколы одного типа физической среды в протоколы другой физической среды (сети). Например, при соединении локального компьютера с сетью Интернет используется сетевой шлюз.

Сетевой шлюз — это точка сети, которая служит выходом в другую сеть. В сети Интернет узлом или конечной точкой может быть или сетевой шлюз, или хост. Интернет-пользователи и компьютеры, которые доставляют веб-страницы пользователям - это хосты, а узлы между различными сетями - это сетевые шлюзы.

Сетевой шлюз часто объединен с маршрутизатором, который управляет распределением и конвертацией пакетов в сети.

Рисунок 15. Беспроводной маршрутизатор 802.11g DIR-320

Маршрутизатор или роутер (от англ. router) - сетевое устройство, на основании информации о топологии сети и определённых правил принимающее решения о пересылке пакетов сетевого уровня между различными сегментами сети.

Роутеры (маршрутизаторы) являются одним из примеров аппаратных сетевых шлюзов. Основная задача сетевого шлюза — конвертировать протокол между сетями. Роутер сам по себе принимает, проводит и отправляет пакеты только среди сетей, использующих одинаковые протоколы.

Современные тенденции развития и построения информационно вычислительных сетей таковы, что применение беспроводных технологий стало повсеместным явлением. Беспроводные устройства создают сегменты (подсети) компьютерных сетей и имеют в своём составе различное по назначению оборудование. Особенно это характерно для сетевого оборудования класса SOHO.

Сетевые устройства этого класса часто совмещают в себе функции сетевого шлюза, маршрутизатора, беспроводной точки доступа, коммутатора, принт-сервера и др. В частности, беспроводной 802.11g интернет маршрутизатор DIR-320 позволяет создать проводную/беспроводную сеть в доме и (или) малом офисе.

В качестве примера применения вышеупомянутого сетевого оборудования, рассмотрим схему построения информационной вычислительной сети класса SOHO.

SOHO (от англ. Small Office / Home Office — малый/домашний офис) — название сегмента рынка электроники, предназначенного для домашнего использования. Как правило, характеризует устройства, не предназначенные для производственных нагрузок и довольно хорошо переживающие длительные периоды бездействия.

Пример построения простой информационно вычислительной сети

Простые информационно вычислительные сети класса SOHO, как правило, имеют топологию типа «звезда». Центральным устройством такой сети является интернет-шлюз, совмещающий в себе функции нескольких устройств.

Рисунок 16. Схема информационно вычислительной сети SOHO

 

В приведённой схеме (рис.16) центральным устройством является интернет-маршрутизатор DIR-320. Основное предназначение этого устройства – распределение услуги «доступ в Интернет» между пользователями информационно вычислительной сети класса SOHO.

Подключив DIR -320 к выделенной линии или широкополосному модему, пользователи могут совместно использовать высокоскоростное соединение с Интернет, подключившись к встроенному в устройство коммутатору или посредством беспроводной технологии 802.11g. Функция «Guest Zone» предоставляет второй «канал» беспроводного соединения и второй домен маршрутизации, что отделяет гостевую зону от главной сети для наилучшей защиты и управления.

Интернет маршрутизатор D-Link DIR-320 содержит порт USB для подключения USB-принтера, что позволяет пользователям совместно использовать принтер. Кроме того, встроенный 4-х портовый Ethernet-коммутатор позволяет подключать компьютеры, оснащенные Ethernet-адаптерами, игровые консоли и другие устройства к сети

DIR-320 оснащен встроенным межсетевым экраном, что защищает пользовательскую сеть от вредоносных атак. Это минимизирует угрозы от действий хакеров и предотвращает нежелательные вторжения в сеть. Дополнительные функции безопасности такие, как например, фильтр МАС-адресов, предотвращают неавторизованный доступ к сети. Функция «родительского контроля» позволяет запретить пользователям просмотр нежелательного контента. Также беспроводной маршрутизатор 802.11g поддерживает стандарты шифрования WEP и WPS. Благодаря поддерживаемому функционалу маршрутизации и безопасности, беспроводной маршрутизатор D-Link DIR-320 позволяет создать беспроводную сеть для дома или офиса.

Кроме выше перечисленных возможностей, к USB порту DIR-320 возможно подключить EVDO/3G/WiMax модуль, тем самым получить резервный канал подключения к Интернет.

Сетевой дисковый массив DNS-323 с 2 отсеками для жестких дисков SATA предоставляет пользователям возможность совместного использования документов, файлов, и цифровых медиафайлов в домашней или офисной сети. Благодаря встроенному FTP-серверу возможен удаленный доступ к файлам через Интернет. DNS-323 обеспечивает защиту данных, предоставляя доступ к файлам по локальной сети или через Интернет только определенным пользователям или группам пользователей с правом чтения или чтения/записи каталогов.

В DNS-323 доступны 4 различных режима работы с жесткими дисками (Standart, JBOD, RAID 0, RAID 1), позволяющих пользователям выбрать необходимую конфигурацию. В режиме Standart для использования доступны два отдельных жестких диска. Режим JBOD объединяет оба диска в один. Режим RAID 0 обеспечивает высокую производительность за счет разделения записи и чтения между двумя жесткими дисками. При использовании режима RAID 1 содержимое одного жесткого диска дублируется на другой, что обеспечивает максимальную надежность. Если один из жестких дисков выходит из строя, второй продолжает функционировать в полном объеме.

Функциональные возможности приведённой на рис.16 схемы информационно вычислительной сети можно расширить, включив в её состав устройства IPTV, IP -телефонии, видео наблюдения и т.п. Принципиально структура данной сети, от включения в её состав дополнительных сервисов, не изменится.