Urządzenia w sieci
KROSOWNICA ( Patch Panel )
Składa się z rzędów punktów zakończeniowych dla stacji roboczych. Administrator sieci może w łatwy sposób łączyć, przesuwać, testować i rozłączać elementy sieci (np. stacje robocze) - poprzez zmianę połączeń w krosownicy.
KONCENTRATOR ( Concentrator Device)
Koncentrator jest urządzeniem służącym za centralny punkt przyłączenia terminali, komputerów lub urządzeń komunikujących. Może to być centralny punkt, w którym zbiegają się kable. Koncentrator łączy określoną liczbę linii wejściowych z pewną liczbą linii wyjściowych albo udostępnia jedno centralne połączenie komunikacyjne większej liczbie urządzeń. Koncentratory mogą być łączone ze sobą w struktury hierarchiczne. Oto urządzenia, które są koncentratorami:
procesory czołowe ( front-end ) - jest to komputer realizujący funkcje koncentratora, zazwyczaj z większą szybkością i obsługujący większą liczbę dołączonych urządzeń;
huby ( hubs ) - koncentratory w sieciach lokalnych (opisane dalej);
jednostki wspólnego dostępu do portu i selektory ( port sharing units) - umożliwiają większej liczbie odległych terminali korzystanie ze wspólnego połączenia modemowego z komputerem lub systemem host. Jednostka taka działa pomiędzy terminalami a modemem;
multipleksery - urządzenia, które przesyłają po jednej linii dane napływające z wielu innych urządzeń. Istnieje wiele typów multiplekserów, np.: multipleksery z podziałem czasu (przydziela kolejnym urządzeniom odcinki czasu w strumieniu danych), multipleksery z podziałem częstotliwości (wydzielają dla każdego urządzenia osobny kanał częstotliwości);
HUBY
Istnieje wiele urządzeń, które mogą być określane mianem "hub". W najprostszej postaci hub jest urządzeniem, w którym zbiegają się przewody od stacji roboczych. Istnieją huby pasywne oraz aktywne:
hub pasywny - posiada kilka portów do podłączenia komputerów, terminali i innych urządzeń. Cechą huba pasywnego jest to, że nie wzmacnia sygnałów - jest tylko skrzynką łączącą - i nie wymaga zasilania. Hubem pasywnym może być po prostu panel łączeniowy, czyli krosownica;
hub aktywny - zazwyczaj posiada więcej portów od huba pasywnego. Regeneruje sygnały przechodzące od jednego urządzenia do drugiego. Może być używany jako regenerator sygnału ( repeater );
REGENERATOR ( repeater )
Repeater jest prostym urządzeniem pomocniczym, regenerującym sygnał przesyłany kablem, co pozwala na zwiększenie długości połączenia, a co za tym idzie - zwiększenie rozpiętości sieci. Repeater nie zmienia w żaden sposób struktury sygnału, poza jego wzmocnieniem. Repeater jest nieinteligentnym ( dumb ) urządzeniem, które charakteryzuje się następującymi cechami:
używany jest głównie w liniowych systemach kablowych;
działa na najniższym poziomie stosu protokołów - na poziomie fizycznym;
dwa segmenty sieci, połączone za pomocą repeater'a , muszą używać tej samej metody dostępu do medium;
segmenty sieci połączone za pomocą repeater'a stają się częścią tej samej sieci i mają te same adresy sieciowe (węzły w segmentach rozszerzających sieć muszą mieć różne adresy od węzłów w segmentach istniejących);
przekazują pakiety z prędkością transmisji w sieci;
W repeater'ach należy raczej widzieć urządzenia, które służą do przyłączenia do sieci stacji dalej położonych, niż urządzenia pozwalające na zwiększenie liczby stacji w sieci.
PRZEŁĄCZNICA ( matrix switch )
Jest to urządzenie posiadające pewną liczbę portów wejścia oraz portów wyjścia. Służy ona do połączenia wybranego wejścia w określonym wyjściem. Przykładową przełącznicę może być przełącznica 4 X 4 łącząca linie modemowe z komputerami. Możliwe są oczywiście rozwiązania o większej liczbie portów: 8 X 8, 16 X 16 itd. Przełącznice są obecnie realizowane na poziomie mikroprocesora i umożliwiają utworzenie połączenia w bardzo krótkim czasie. Przełącznica może służyć do łączenia ze sobą segmentów w sieci (np. hub przełączający). Układy te charakteryzują się ponadto bardzo dużą przepustowością.
MOST (bridge)
Most funkcjonuje jako samodzielne urządzenie (może zostać stworzony w serwerze przez zainstalowanie dodatkowych kart sieciowych a system operacyjny musi udostępniać funkcję do jego obsługi), ale jednocześnie jest elementem składowym sieci. W modelu OSI most funkcjonuje w warstwie łącza danych. Za pomocą mostu można połączyć dwa dowolne urządzenia spełniające specyfikacje podwarstwy MAC zawarte w normie IEEE 802. Urządzenia zgodne z tym standardem dysponują modularnym poziomem MAC, mogącym obsługiwać sieci różnych typów. Wyższy poziom (LLC) spełnia rolę "łącznicy" przenosząc ramki pomiędzy poszczególnymi modułami sieciowymi poziomu MAC. Most tworzy tor komunikacji pomiędzy między dwoma lub większą liczbą segmentów sieci lub podsieci. Segment sieci ma ten sam adres sieciowy i korzysta z tej samej technologii sieciowej.Most umożliwia stacji działającej w jednej podsieci na przesłanie komunikatu w trybie rozgłaszania do innej podsieci.
Z drugiej strony most może zostać użyty do rozdzielenia ruchliwej sieci na dwa segmenty, co spowoduje zwiększenie natężenia ruchu w każdym z segmentów. Główne powody instalowania mostów to:
zwiększenie zasięgu lub liczby węzłów w całej sieci;
zredukowanie nadmiarowego natężenia ruchu;
łączenie różnych sieci (np. Ethernet z Token Ring);
Każdemu z przyłączonych do mostu segmentów sieci LAN jest przypisywany unikalny numer sieci. Most powiela pakiety między przyłączone do niego segmenty. Mosty mogą odfiltrowywać ramki - odczytują adres zapisany w ramce sieci Ethernet lub Token Ring i na jego podstawie wprowadzają pakiet do sieci lub nie. Mosty nie mają jednak dostępu do informacji protokołów warstwy sieciowej, nie są więc w stanie dokonywać wyboru najlepszej trasy dla pakietów. W miarę rozrastania sieci powstaje problem związany z powstawaniem pętli i nieefektywnych dróg transmisji. Mosty nie rozwiązują też problemów związanych z powstawaniem zatorów. Zator powstaje w sytuacji, gdy wiele stacji próbuje rozsyłać dane w trybie rozgłaszania. W sieciach wielosegmentowych wykorzystujących mosty, zadania związane z kontrolą przepływu spoczywają na systemach końcowych. Może się zdarzyć, że mosty, próbując rozładować zatory i przesyłając nadmiarowe pakiety, przyczynią się do pogorszenia sytuacji.
Zasadniczo wyróżnia się dwa typy mostów: lokalne i zdalne.
Do mostu lokalnego można podłączyć sieci LAN. Używa się go do łączenia między sobą segmentów sieci LAN rozmieszczonych w jednym budynku lub na niewielkim obszarze. Mosty zdalne wyposażone są w porty umożliwiające podłączenie analogowych (przy użyciu modemu) lub cyfrowych linii telekomunikacyjnych (linie dzierżawione) i pozwalają na połączenie odległych sieci.
Mosty realizują następujące funkcje:
powielanie ramek - most powieli pakiet do innego segmentu LAN tylko wtedy, gdy adres tego pakietu będzie odpowiadał adresowi segmentu;
wykrywanie pętli - rozbudowane sieci LAN z połączonymi segmentami mogą zawierać pętle, w których pakiety będą krążyły bez końca, mosty z wykrywaniem pętli likwidują takie pakiety;
techniki uczenia się - mosty tworzą tablice adresów opisujące trasy: przez śledzenie przepływających pakietów lub przez specjalne pakiety ( explorer packets ), które krążąc po sieci rozpoznają jej topologię. W pierwszej metodzie wykorzystuje się mosty przeźroczyste (inteligentne, uczące się), drugą określa się jako routing źródłowy (patrz dalej);
Starsze typy mostów wymagały ręcznego wprowadzania tablic adresów. Współczesne mosty potrafią same poznawać adresy innych stacji pracujących w sieci, dzięki wyżej wspomnianym metodom.
ROUTER
Często korzystniejsze niż zastosowanie mostów okazuje się zastosowanie routerów, które zapewniają lepszą obsługę ruchu w sieciach o złożonej strukturze. Routery, dzięki wzajemnej wymianie informacji o stanie sieci, potrafią taki kierować ruchem w sieci, by ominąć uszkodzone lub przeciążone łącza. Informacje o stanie sieci dostępne są dla protokołów warstwy sieciowej. Mosty natomiast nie mają dostępu do tych informacji.
Routery funkcjonują w warstwie sieciowej. Mogą łączyć ze sobą sieci lokalne lub rozległe. Jeśli między dwoma punktami końcowymi w sieci istnieje więcej niż jedna ścieżka, to routery sterują ruchem pakietów oraz umożliwiają ich filtrację. Routery należą do podstawowego wyposażenia dużych sieci złożonych oraz sieci rozległych, wykorzystujących łącza telekomunikacyjne. Routery sterują przepływem pakietów do miejsc ich przeznaczenia, wybierając dla nich najefektywniejszą lub najbardziej ekonomiczną drogę wtedy, gdy możliwy jest wybór jednej spośród kilku tras.
Działanie routera.
Router sprawdza informację adresową, zawartą w pakiecie i przesyła pakiet do miejsca przeznaczenia - wzdłuż ustalonej wcześniej trasy. Router ma tablicę zawierającą informacje o sąsiednich routerach i sieciach LAN. Na jej podstawie określa czy odebrany pakiet może być wysłany bezpośrednio do miejsca przeznaczenia. W przypadku braku takiej możliwości, poszukiwany jest inny router, który może przekazać pakiet pod wskazany adres.
Pakiet musi być w pełni odebrany przez router, następnie po odczytaniu adresu, przekazany dalej. Różnice w rozwiązaniach poszczególnych routerów wpływają na ich przepustowość. Niektóre systemy sieciowe (np. Novell) pozwalają na prowadzenie routingu w serwerze.
Routery mogą obsługiwać jeden lub wiele protokołów. Jeśli router nie obsługuje danego protokołu to można go przesłać przez sieć przy wykorzystaniu techniki kapsułkowania. Umożliwiają również podział sieci na mniejsze, oddzielnie adresowane segmenty. Informacja o adresie sieci i adresie stacji w sieci umieszczana jest w pakiecie.
Przetwarzanie pakietów.
Routery obsługują pakiety o tych samych adresach sieciowych. Gdy router odbiera pakiet rozpoczyna procedurę jego rozpakowywania. Proces przetwarzania pakietu w routerze przebiega następująco:
W oparciu o sumy kontrolne sprawdza się czy pakiet nie zawiera błędów.
Odrzuca się informacje umieszczane przez protokoły warstwy fizycznej i warstwy łącza.
Przetwarza się informacje dodane przez protokoły warstwy sieciowej (takie jak: adres przeznaczenia, lista węzłów pośrednich określająca najbardziej korzystną trasę). W zależności od sytuacji router podejmuje jedno z działań:
Pakiet może być adresowany do samego routera - router dokonuje obróbki pozostałych informacji zawartych w pakiecie.
Jeśli miejscem przeznaczenia pakietu jest ta sama sieć - router przesyła go dalej.
Jeśli dostępna jest lista filtracji, router konfrontuje adres pakietu z listą i ewentualnie odrzuca pakiet.
Jeśli w pakiecie zawarta jest informacja routingu źródłowego, wskazująca kolejny router na ścieżce wiodącej do miejsca przeznaczenia, pakiet jest wysyłany do tego routera.
Router aktualizuje swoją tablicę ścieżek istniejących w sieci, wzdłuż których przesyłane są pakiety.
Jeśli router nie zna ścieżki lub też nie może odszukać adresu przeznaczenia pakietu w swojej tablicy routingu, odrzuca pakiet i przesyła stosowny komunikat do jego nadawcy.
Niektóre pakiety zawierają informację o liczbie wykonanych przez pakiet obiegów sieci. Jeśli liczba ta przekracza pewną ustaloną wartość, router odrzuca pakiet, zakładając, że pakiet krąży w zamkniętej pętli, po czym przesyła stosowny komunikat do jego nadawcy.
Wybór najlepszej ścieżki.
Pomiędzy routerami tworzy się szereg ścieżek, tak aby w razie uszkodzenia jakiegoś łącza, zapewnić połączenia alternatywne. Routery mogą wysyłać informacje wybierając najlepszą z dostępnych ścieżek, zależnie od tego która z nich jest najszybsza, najtańsza, najkrótsza, itd.
Cechy routerów.
Łączenie ze sobą więcej niż 10 sieci za pomocą mostów może wprowadzić nadmierny ruch między sieciami. Do łączenia ze sobą sieci różnych typów lub łączenia z siecią WAN należy użyć routerów. Jeśli w sieci wykorzystuje się kilka protokołów należy użyć routera wieloprotokołowego. Routery mogą równoważyć obciążenie poszczególnych łączy i umożliwiają kontrolę przebiegu ścieżek wiodących przez zawiłą siatkę połączeń między routerami. Routery dokonują również rekonfiguracji ścieżek, jeśli któreś z połączeń zawiedzie. Niektóre routery dokonują kompresji pakietów w celu zwiększenia przepustowości pakietów. Aby uniknąć problemów należy starać się instalować wszędzie takie same routery (stosujące te same metody routingu i obsługujące te same protokoły). Konfiguracja routera polega na określeniu parametrów dotyczących protokołów (np. rozmiar), rezerwowych ścieżek, wydajności i bezpieczeństwa. Najdroższe urządzenia tego typu to huby, integrujące w sobie wszystkie porty sieciowe, mosty i routery, zapewniające współpracę z sieciami LAN (routery lokalne) i WAN (routery odległe).
Kryterium porównawczym dla routerów może być ich szybkość pracy (liczba pakietów na sekundę [pps]). Kablem Ethernet jest przekazywanych ok. 14880 64-bajtowych pakietów w ciągu sekundy. Routery zazwyczaj przesyłają od 8000 do 15000 pps. Dla porównania dla mostów wielkość ta wynosi ok. 10000 pps. Dla sieci lokalnych odpowiedni jest router o przepustowości 5000 pps.
BRAMKA ( gateway )
Bramka jest komputerem lub innym urządzeniem, działającym jako translator (konwerter) pomiędzy dwoma systemami posługującymi się odmiennymi protokołami, formatami struktur danych lub architekturą. Różnica pomiędzy bramą a mostem polega na tym, że most "przepuszcza" informacje pomiędzy dwoma systemami, nie dokonując konwersji. Brama zmienia natomiast strukturę pakietu na taką, która funkcjonuje w systemie przeznaczenia. Bramy działają w dowolnej warstwie wyższej od warstwy sieciowej modelu OSI. Przepustowość bram nie jest nadzwyczajna.
Bramy w sieciach lokalnych umożliwiają zorganizowanie ścieżek transmisji danych pomiędzy dwiema odrębnymi sieciami za pośrednictwem trzeciej - pośredniczącej. Taka sieć pośrednicząca używa zazwyczaj odmiennego protokołu, toteż dane muszą zostać przekonwertowane dla potrzeb transportu. Może się tym zająć router. Istnieją bramy pomiędzy sieciami stosującymi różne protokoły: Apple Talk - TCP/IP, IPX - TCP/IP itp. Bramy mogą też łączyć komputery typu mainframe z siecią LAN.
Jednym z pierwszych protokołów routingu w sieci Internet był protokół Gateway to Gateway Protocol .
TRANSCEIVER
Urządzenie nadawczo-odbiorcze łączące port AUI (Attachment Unit Interface) urządzenia sieciowego z wykorzystywanym do transmisji typem okablowania. Poza wysyłaniem i odbieraniem danych realizuje on funkcje wykrywania kolizji (przy jednoczesnym pojawieniu się pakietów danych), nie dopuszcza do przesyłania zbyt długich (>20 ms) pakietów danych (Jabber function) oraz wykrywa przerwy w linii światłowodowej.