Аппаратные компоненты локальных компьютерных сетей

Любая компьютерная сеть представляет собой довольно слож­ный комплекс программных и аппаратных средств, осуществляю­щих связь компьютеров и других устройств между собой.

В основе аппаратной части локальной сети лежат стандарти­зованные компьютерные платформы различных классов — от персональных компьютеров до мэйнфреймов и суперЭВМ. Ис­пользование тех или иных компьютерных платформ, а также про­чих аппаратных средств обосновывается набором задач, на реше­ние которых ориентирована создаваемая сеть.

Кроме того, к аппаратной составляющей компьютерной сети относятся кабельные системы линий связи и коммуникационное оборудование, позволяющее объединять отдельные сегменты се­ти и организовывать информационные потоки.

Сетевые адаптеры

Сетевой адаптер (Network Interface Card — NIC) — это пери­ферийное устройство компьютера. Именно сетевой адаптер непо­средственно взаимодействует со средой передачи данных, кото­рая прямо или через коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами.

В зависимости от технологии построения сети, с которой работает адаптер, они делятся на Ethernet-адаптеры, Token Ring-адаптеры, FDDI-адаптеры и т. д.

Как правило, сетевые адаптеры выполняются в виде отдель­ной платы, вставляемой в слоты расширения системной ши­ны компьютера. Плата сетевого адаптера обычно имеет также один или несколько внешних разъемов для подключения к ней кабеля сети.

К основным функциям сетевых адаптеров относятся:

• гальваническая развязка компьютера и кабеля локальной сети;

• кодирование и декодирование данных;

• опознавание принимаемых кадров (передача на компьютер только тех пакетов, которые адресованы данной рабочей станции);

• буферизация передаваемой и принимаемой информации в буферной памяти адаптера;

• организация доступа к сети в соответствии с принятым методом доступа к среде передачи данных.

Для обеспечения взаимодействия компьютера с подключен­ным к нему сетевым адаптером необходим драйвер, который обеспечивает управление сетевым адаптером, а также позволяет производить его настройку и конфигурирование.

Главной задачей сетевых адаптеров является прием и передача данных. На практике эта функция разделена между самим адапте­ром и его драйвером. В некоторых моделях адаптеров большая часть работы с данными передается драйверу адаптера, в этом случае увеличивается загрузка центрального процессора компью­тера, на котором этот драйвер работает, но адаптер становится проще и дешевле. Обычно такие адаптеры устанавливаются на клиентские машины. На серверы устанавливают более сложные и дорогие адаптеры, снабженные собственными микропроцессо­рами, которые самостоятельно выполняют основную работу по приему и передаче данных.

Концентраторы

Концентратор или хаб (от англ, hub) — специальное много­портовое устройство, основная функция которого — повторение, кадра с одного из портов на другие.

К портам концентратора с помощью отдельных сегментов ка­беля подключаются узлы сети: компьютеры, сетевые принтеры и накопители, другие концентраторы или прочее коммутационное оборудование.

Конструктивное устройство, алгоритмы работы, функции, характеристики концентраторов зависят от области их примене­ния. Поэтому для каждого типа технологии построения сети производятся свои концентраторы: Ethernet, Token Ring, FDD1, lOOVG-AnyLAN, предназначенные для работы именно по этой технологии. Например, для концентраторов, работающих в сетях Ethernet, функция повторения кадра выполняется для всех портов, для концентраторов lOOVG-AnyLAN повторение кадра происходит только в порту, к которому подключен адресат этого кадра.

Помимо основной функции — повторения, ретрансляции кадров, концентраторы могут выполнять дополнительные функ­ции, например отключение неработающих портов или. усиление передаваемых сигналов.

Существующие различия при выполнении основной функции концентраторов не очень велики, но их намного превосходит раз­брос в возможностях реализации концентраторами дополнитель­ных функций.

В зависимости от области применения концентраторы произ­водятся:

• с фиксированным количеством портов;

• как модульные устройства на основе шасси;

• со стековой конструкцией.

Концентратор с фиксированным количеством портов, напри­мер концентратор на 5, 8, 16, 24 порта, представляет собой от­дельный корпус с расположенными на нем портами, элементами индикации и управления. Модульный концентратор имеет общее шасси с внутренней шиной, к которой подключаются модули, имеющее фиксирован­ное количество портов. Для модульного концентратора могут су­ществовать различные типы модулей, различающиеся количест­вом портов и типом поддерживаемой физической среды. Такие концентраторы обычно используются в крупных корпоративных сетях.

Стековый концентратор, как и концентратор с фиксирован­ным числом портов, выполнен в виде отдельного корпуса без воз­можности замены отдельных его модулей. Однако стековые кон­центраторы имеют специальные порты и кабели для объединения нескольких таких корпусов в единый повторитель. Скорость ра­боты внутренней шины концентратора значительно выше, чем скорость, с которой он может передавать данные, поэтому при объединении внутренних шин нескольких стековых концентрато­ров скорость их взаимодействия между собой оказывается выше, чем при соединении через порт. Необходимо помнить, что число сегментов сети всегда ограничено. С точки зрения «правила 4 ха-бов» объединение стековых концентраторов воспринимается как один концентратор.

Мосты

Мост (bridge) — специальное устройство, ретранслирующее получаемые из одного сегмента сети кадры в другой сегмент. Но в отличие от повторителя или концентратора, мост анализиру­ет адрес назначения кадра. Кадр повторяется в другой сегмент се­ти только в том случае, если в этом сегменте находится адресат, т. е. сеть разбивается на несколько подсетей, которые разделяют между собой и объемы передаваемой между станциями информа­ции,

При этом меняется только логическая структура сети, физическое расположение узлов и их связей остается прежним.

При построении сети как совокупности подсетей каждая под­сеть может быть адаптирована к специфическим потребностям рабочей группы или отдела. Например, в одной подсети может использоваться технология Ethernet, в другой — Token Ring, при этом рабочие станции одной подсети могут обмениваться данны­ми с рабочими станциями другой подсети.

Кроме того, использование логического деления на подсети повышает безопасность данных, ограничивая доступ к ним от­дельных пользователей.

В основе работы мостов могут лежать следующие принципы:

• прозрачный мост;

• маршрутизация по источнику.

При работе в сети с прозрачным мостом сетевые адаптеры не предпринимают каких-либо дополнительных действий для продвижения кадра через мост. Они «не видят» прозрачных мос­тов и работают так, словно это обычная сеть. Это осуществляется за счет того, что мост строит особую адресную таблицу, на осно­вании которой принимает решение, передавать ли полученный кадр в другой сегмент или нет.

Мост принимает все передаваемые по сети данные и записы­вает их в свой буфер, из которого данные поступают на обработ­ку. Обработка кадров при работе моста происходит последова­тельно по мере их поступления. У полученных кадров анализиру­ются адрес источника и адрес назначения. Если мосту известно, в каких сегментах находятся отправитель и адресат кадра, то он производит передачу кадра в нужный сегмент. При этом если от­правитель и адресат находятся в одном сегмента, то передача не происходит, а кадр просто удаляется из буфера.

Если мост не знает адресов, полученных вместе с кадром, то он ретранслирует кадр во все сегменты, за исключением того, с которого данный кадр пришел. При этом он записывает незна­комые адреса в адресную таблицу.

Таким образом, в ходе работы мост самообучается, узнавая расположение по сегментам подключенных узлов. После само­обучения мост передает кадры только в сегмент назначения, уменьшая тем самым общий объем передаваемых по сети данных.

Для соединения колец Token Ring и FDDI иногда применяют мосты с маршрутизацией по источнику.

Метод «маршрутизация по источнику» основан на том, что станция-отправитель помещает в пересылаемый в другое коль­цо-кадр адресную информацию о промежуточных мостах и коль­цах, которые должен пройти кадр перед тем, как попасть в коль­цо, к которому подключена станция-адресат.

Для определения маршрутов от одной станции до другой ис­пользуются специальные кадры-исследователи, генерируемые станциями отправителя и адресата, и передаваемые по сети в ши­роковещательном режиме. Полученные таким образом маршру­ты, практически всегда являющиеся оптимальными, сохраняются в таблицах маршрутизации рабочих станций.

Для использования мостов с маршрутизацией по источнику не­обходимо применение более дорогих сетевых адаптеров, которые принимают участие в определении маршрута станции назначения.