Структуризация (объединение) сетей

В сетях с небольшим (10-30) количеством компьютеров чаще всего используется одна из типовых топологий. Эти топологии обладают свойством однородности, то есть все компьютеры в такой сети имеют одинаковые права в отношении доступа к другим компьютерам (за исключением центрального компьютера при соединении звезда). Такая однородность структуры делает простой процедуру наращивания числа компьютеров, облегчает обслуживание и эксплуатацию сети. Однако при построении больших сетей однородная структура связей превращается из преимущества в недостаток. В таких сетях использование типовых структур порождает различные ограничения, важнейшими из которых являются:

· ограничения на длину связи между узлами;

· ограничения на количество узлов в сети;

· ограничения на интенсивность трафика, порождаемого узлами сети.

(Пример: технология Ethernet на тонком коаксиальном кабеле позволяет использовать кабель длиной не более 185 метров, к которому можно подключить не более 30 компьютеров.).

Для снятия этих ограничений используются специальные методы структуризации сети и специальное структурообразующее оборудование – повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы. Такое оборудование называется коммуникационным. Его использование приводит к расчленению сети и созданию распределенной сети, в которой компонентами служат не отдельные компьютеры, а отдельные локальные сети, иногда называемые сегментами.

Для снятия ограничений на длину сети и количества ее узлов используется физическая структуризация сети с помощью повторителей и концентраторов. Повторитель (репитер) используется для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети. Повторитель позволяет преодолеть ограничения на длину линий связи за счет улучшения качества передаваемого сигнала – восстановление его мощности и амплитуды, улучшения фронтов и т.д.

Повторитель, который имеет несколько портов (разъемов подключения) и соединяет несколько физических сегментов сети, часто называют концентратором или хабом (hub). Концентраторы могут использоваться в различных топологиях сети, при этом они повторяют сигналы, пришедшие с одного из своих портов, на других портах. Разница состоит в том, на каких именно портах повторяются входные сигналы. Так, концентратор Ethernet (шинная топология) повторяет входные сигналы на всех своих портах, кроме того, с которого сигналы поступают (см.рис). Концентратор Token Ring повторяет входные сигналы, поступающие с некоторого порта, только на одном порту – на том, к которому подключен следующий в кольце компьютер (см.рис.).

В сетях среднего и большого размера возникает проблема перераспределения передаваемого трафика между различными физическими сегментами сети. Очень часто наиболее интенсивный обмен данными наблюдается между компьютерами, принадлежащими к одной подсети, и только небольшая часть обращений происходит к компьютерам, находящихся вне локальных групп. При этом, например, в сети с общей шиной компьютеры одного отдела вынуждены ждать, когда окончит обмен пара компьютеров другого отдела, притом, что необходимость в связи между компьютерами двух разных отделов возникает гораздо реже и требует совсем небольшой пропускной способности (см.рис). Решение проблемы состоит в отказе от единой разделяемой среды. Например, в рассмотренном примере желательно было бы сделать так, чтобы кадры, которые передают компьютеры отдела 1, выходили бы за пределы этой части сети в том и только в том случае, если эти кадры направлены какому-либо компьютеру из других отделов. С другой стороны, в сеть каждого из отделов должны попадать те и только те кадры, которые адресованы узлам этой сети.

Для повышения производительности и безопасности сети используется логическая структуризация сети, состоящая в разбиении сети на сегменты таким образом, что основная часть трафика компьютеров каждого сегмента не выходит за пределы этого сегмента. Средствами логической структуризации служат мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.

В рассматриваемом случае проблема может быть решена с помощью замены центрального концентратора мостом (см.рис). Мост (bridge) делит разделяемую среду передачи сети на части, передавая информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если такая передача действительно необходима, т.е. если адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети. Тем самым мост изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность передачи данных в сети. Локализация трафика не только экономит пропускную способность, но и уменьшает возможность несанкционированного доступа к данным.

Коммутатор (switch) по принципу обработки кадров ничем не отличается от моста. Но каждый его порт оснащен собственным микропроцессором, который обрабатывает кадры независимо от процессоров других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста, имеющего один процессорный блок. Можно сказать, что коммутаторы – это мосты, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме.

Маршрутизаторы (router) в отличие от коммутаторов используют другой способ адресации компьютеров и благодаря этому работают более эффективно. В сетях с замкнутыми контурами они могут сами выбирать наиболее рациональный маршрут из нескольких возможных. Другим важным преимуществом маршрутизаторов является то, что они могут связывать в единую сеть подсети, построенные с использованием разных сетевых технологий.

Отдельные части сети могут соединяться шлюзом (gateway). Обычно причиной, по которой сети используют шлюз, является необходимость объединить сети с различными типами системного и прикладного программного обеспечения, а не желание локализовать трафик.

Глобальные сети