Сетевые коммутаторы (Switch (Свитч))

Сетевые коммутаторы – активные сетевые устройства, заменившие хабы, предназначенные для соединения нескольких узлов сети в пределах одного или нескольких сегментов.

В отличии от хабов, которые распространяют трафик с одного порта на все остальные, коммутатор передает пакеты лишь на один выходной порт, к которому подключен получатель пакета.

Лишь в начале работы коммутатора он может вести широковещательный трафик (MAC-адрес получателя в пакете = FF:FF:FF:FF:FF).

Производительность и безопасность сетей, построенных на свитчах, гораздо выше, чем в сетях на хабах.

Коммутатор работает на более высоком канальном уровне сетевой модели OSI, задачей которого является формирование конкретного канала передачи данных между отправителем и получателем, при этом необходимо знать лишь их MAC-адреса.

Коммутаторы работают на основе таблицы коммутации, в ней сосредоточены сведения о MAC-адресах рабочих станций, подключенных к свитчу и соответствующих номерах портов сетевого коммутатора. Таблицы коммутации заполняются не сразу, необходимо конечное время, чтобы коммутатор «обучился».

Если рабочая станция первый раз передает на коммутатор пакет, то изначально пустая таблица коммутации заполняется первой записью, состоящей из MAC-адреса отправителя пакета и номера порта, на который пришел пакет. Т.к. коммутатор пока не знает, на какой из выходных портов выдать пакет с заданным MAC-адресом получателя, поэтому коммутатор широковещательно раздает его по всем портам.

Все рабочие станции, кроме приемника, пакет игнорирует. После этого, принявшая пакет рабочая станция, отправляет в сеть ответную квитанцию, которая также приходит на коммутатор, при этом заполняется вторая запись таблицы коммутации с конкретным MAC-адресом и номером порта, к которому подключена рассматриваемая рабочая станция.

Так продолжается до тех пор, пока таблица коммутации не будет заполнена полностью (пока число записей не сравняется с числом рабочих станций, подключенных к коммутатору).

 

Рис. 8

 

Режимы коммутации

Существует три способа коммутации, они характеризуются разным временем ожидания, скоростью обучения и надежностью.

1) С промежуточным хранением. Коммутатор считывает всю информацию из кадра, проверяет ее на ошибки, после чего, выбирает выходной порт и отправляет в него кадр.

2) Сквозная коммутация. Коммутатор из пакета считывает лишь заголовок, в котором хранятся MAC-адреса отправителя и получателя и на основании таблицы коммутации выбирает выходной порт.

3) Безфрагментная коммутация. Предназначена для передачи пакетов обнаружения коллизий. Все остальное – как в сквозной коммутации.

…………………………………

 

Решения о выборе пути следования пакетов маршрутизатор принимает на основании информации о сетевой топологии, длинах всех кабельных сегментов, правил передачи, основанных на сетевых протоколов маршрутизации.

Маршрутизаторы можно отнести к третьему сетевому уровню модели OSI, т.е. маршрутизатор более интеллектуальное устройство, чем коммутатор.

 

Принцип работы маршрутизатора заключается в следующем:

используя адрес получателя, хранимый в пакете, маршрутизатор определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует данные передать, однако, определяется не весь дальнейший путь, а лишь путь до следующего маршрутизатора в сети (в случае, если получатель не находится в том же самом сегменте, что и отправитель).

В пакетах, передаваемых по сети, хранится информация не только о сетевом логическом адресе получателя (IP-адресе), но и MAC-адресах следующего на пути маршрутизатора.

 

Рис. 9

 

Физический адрес – MAC-адрес компьютера или сетевого устройства

Логический адрес – IP-адрес

В ходе передачи пакета по сети с несколькими промежуточными маршрутизаторами сетевой физический MAC-адрес постоянно меняется (равен MAC-адресу следующего маршрутизатора), а сетевой логический адрес получателя (IP-адрес) остается всегда неизменным.

 

Таблица маршрутизации содержит информацию, на основе которой принимается решение о дальнейшем пути следования пакетов.

Записи таблицы называют маршрутами. Каждая запись содержит следующие сведения:

1) логический адрес сети получателя;

2) адрес следующего маршрутизатора;

3) метрика маршрута;

4) время жизни маршрута.

 

Пример записи таблицы маршрутизации

 

192.188.66.0 [110/49] via 192.168.1.2, 00:35:25, FastEth 0/01

 

192.188.66.0 – адрес сети назначения

110 – административное расстояние в метрах

49 – значение метрики маршрута

192.168.1.2 – IP-адрес следующего маршрутизатора, которому будет передан пакет

00:35:25 – время, в течении которого маршрут известен

FastEth 0/01 – номер выходного порта, который связан со следующим маршрутизатором в сети.

 

Метрика маршрута определяет, на сколько маршрут эффективен.

 

Маршрутизаторы позволяют уменьшить нагрузку на сеть, разделяя ее на взаимодействующие сетевые сегменты (домены коллизий), осуществляют фильтрацию трафика, проходящего через них, используются для объединения сетей разных типов, зачастую несовместимых по своей архитектуре и применяемым протоколам.

Наиболее часто маршрутизаторы применяют для выхода локальной сети в глабальную сеть Интернет, использование маршрутизаторы в качастве фаерволов (Firewall).

Маршрутизаторы позволяют взаимодействовать локальной сетям LAN с сетевой технологией Ethernet и глобальных, и широкомасштабных сетей (GAN, WAN), с технологиями XDSL, ADSL, WDSL, PPoTP, «точка-точка» с применением протокола тунеллирования PPoE и др.

В качестве маршрутизатора может выступать как специальное аппаратное устройство (роутер), так и компьютер минимум с двумя сетевыми картами и специальным ПО, превращающем этот ПК в многофункциональный маршрутизатор.

Наиболее часто данное ПО написано под UNIX системы.

Любой маршрутизатор состоит из нескольких обязательных частей:

1) сетевые порты;

2) управляющий процессор или микроконтроллер, работающий в соответствии с протоколами маршрутизации, строит и использует таблицу маршрутизации для передачи данных;

3) магистраль данных, связывающая порты с контроллером и буфером.

 

Протоколы маршрутизации

RIP, OSPF, BGP, IGRP и др.

 

Сетевые мосты

Сетевой мост – активное сетевое устройство, обеспечивающее объединение сегментов компьютерной сети с разными топологиями и архитектурами.

Сетевые мосты относятся ко второму канальному уровню модели OSI.

Основным отличием коммутатора от сетевого моста являются разные способы обработки и передачи трафика внутри устройства.

Сетевой мост использует центральный процессор для перенаправления трафика, а коммутаторы – коммутационную матрицу.

Центральный процессор сетевого моста дешифрирует пакеты и проверяет их на наличие ошибок. Если пакеты корректны, сетевой мост выдает их на конкретный порт.

Применение сетевых мостов ограничено ввиду их более медленной работы по сравнению с коммутаторами.

 

Сетевые шлюзы

 

Сетевой шлюз – активное сетевое устройство (чаще всего аппаратный маршрутизатор), обеспечивающий преобразование протоколов передачи одного сегмента сети в протоколы передачи другого сегмента.

Это устройство относится к сетевому уровню модели OSI.

Сетевым шлюзом может служить маршрутизатор, обеспечивающий выход компьютеров локального сетевого сегмента в глобальную сеть Интернет.

В крупных сетях серверы, использующиеся в качестве сетевых шлюзов чаще всего включают в себя функции межсетевого экрана и прокси-сервера, раздающего Интернет.