2.4.2. Объединение компьютерных сетей

Физические свойства сигнала, каналов передачи данных и конструктивные особенности сетевых компонент накладывают жесткие ограничения на количество узлов и геометрические размеры КС. Тем не менее проблема расширения (объединения) компьютерных сетей имеет решение, обеспеченное специальны­ми сетевыми устройствами, называемыми повторителями, мос­тами, маршрутизаторами и шлюзами.

Повторитель (Repeater). По мере продвижения; по линиям связи сигналы затухают (становятся слабее, теряют свои харак­теристики). Для уменьшения влияния затухания используют повторители.                     

Повторитель не просто копирует или повторяет принимае­мые сигналы, как это можно было бы заключить из названия. Он восстанавливает характеристики сигнала: усиливает сигнал и уменьшает шум (помехи). Таким образом, повторитель — это устройство, обеспечивающее усиление и фильтрацию сиг-нала без изменения его информативности.

Повторитель оказывается достаточно универсальным сред­ством: с его помощью можно увеличить расстояние между дву­мя смежными узлами, увеличить размеры LAN путем объедине­ния сегментов сети, объединить локальные КС (создать мегасеть), организовать удаленный доступ к сети.

На рис.2.5 повторители реализуют двухпортовую схе­му, однако на практике наиболее распространены многопорто­вые повторители (на 4, на 8 и более входов).

Мост (Bridge). Одной из проблем больших сетей является на­пряженный сетевой трафик. Особенно остро эта проблема проявляется в КС (или их фрагментах) с шинной топологией. Про­блема может решаться следующим образом. КС делится на сег­менты. Внутри сегмента трафик определяется активностью вхо­дящих в сегмент абонентов (узлов). Передача сообщения из сег­мента в сегмент осуществляется только целенаправленно (если абонент одного сегмента передает сообщение абоненту другого сегмента).

Рис. 2.5. Варианты подключения повторителя:

Повторитель 1 — для увеличения расстояния между

смежными узлами, размера сети (увеличение числа узлов)

или объединения отдельных сетей с шинной топологией;

Повторитель 2 — для подключения к шине удаленного узла

Описанный метод в КС реализуется с помощью моста (рис.2.6).

Здесь мост несет другую, не традиционную для моста нагруз­ку. Он действует скорее как пограничник — ограничивает дви­жение по сети и не позволяет сообщениям попадать из одной сети в другую, если они (сообщения) не могут подтвердить свое право на переход. Поэтому сетевые мосты иногда называют уст­ройствами типа «Stоp-and-forward» («остановить-и-передать»). Мост – устройство, выполняющее функции повторителя для тех сигналов (сообщений), адреса которых удовлетворяют заранее наложенным ограничениям. Мост, как и повторитель, может быть реализован по двух- и многопортовой схеме. Каж­дый порт при этом имеет свое (не пересекающееся с другими) адресное прост-ранство.

Рис. 2.6. Объединение сетей с помощью моста

Следует подчеркнуть, что с помощью моста можно повышать жизнеспособность КС. Если, например, кольцо разбить на сегменты, восстановив целостность кольца мостами, то каждый из сегментов будет сохранять работоспособность при отказе любого другого.

Маршрутизатор. Это, по сути, тот же мост, но имеющий свой сетевой адрес. Используя возможность адресации маршрутиза­торов, узлы в сети могут посылать маршрутизатору сообщения, предназначенные для другой сети. Маршрутизатор, получив та­кое сообщение, передает его по назначению. Для маршрутиза­ции данных (поиска лучшего маршрута к любому адресату в се­ти) используются таблицы маршрутизации. Эти таблицы могут быть статическими и динамическими.

При использовании статической таблицы администратор сети должен вносить изменения в таблицу вручную. Динамическая таблица адаптируется к реальным условиям автоматически. Динамическая таблица сложнее в реализации, но удобнее в экс­плуатации. Ее преимущества проявляются тогда, когда часть сети оказывается перегруженной из-за напряженного трафика. В этом случае таблица маршрутизации автоматически (программ­ными средствами) корректируется и сообщения направляются в обход узкого места.

Шлюз (Gateway) — специальный программно-аппаратный комплекс, предназначенный для обеспечения совместимости между гетерогенными сетями. Шлюз преобразует форму пред­ставления и форматы данных при их передаче из одного сегмен­та сети в другой. Это уже не «пограничник», как мост. Функ­ции шлюза гораздо сложнее — при переходе через границу (продолжим аналогию) меняется язык, валюта и, возможно, правила поведения. Учитывая сложность функций, шлюз, как правило, реализуют на базе какого-либо узлового компьютера.

Ресурсы шлюза велики. Его аппаратно-программными сред­ствами могут быть реализованы и функции моста, и функции маршрутизатора. Видимо, поэтому указанные три понятия (мост, маршрутизатор, шлюз) в литературе «перемешаны».

Компьютерная сеть может включать в себя сети разной топологии с разными протоколами (рис.2.7).

Рис. 2.7. Пример использования шлюза для объединения сетей.

 Такая ситуация может возникнуть при создании корпоратив­ной сети, когда на ранних этапах в различных подразделениях корпорации были созданы сети различной топологии с исполь­зованием разного оборудования (среда передачи данных Ethernet, FDDI и Token Ring, компьютеры на базе процессоров Intel и Motorola и т.д.).

В такой ситуации  шлюзы объединяют несколько LAN и позволяют создать локальную компьютерную сеть произ­вольной конфигурации. При этом между отдельными локаль­ными компьютерными сетями могут быть созданы альтернатив­ные маршруты на случай выхода из строя отдельных компонентов сети. На базе приведенных выше топологий могут быть созданы LAN различной конфигурации.

Сетевой концентратор (HUB). Тривиальное решение по рас­ширению (объединению) сетей предоставляет HUB. На рис.2.8 представлен пример объединения нескольких локальных сетей с радиальной топологией в единую трехуровневую КС.

Рис. 2.8. Пример объединения локальных сетей

с топологией типа «звезда»

Здесь восходящая часть каждого HUB ответственна за коор­динацию передач сообщений от источников нижнего уровня (от непосредственно подключенных к HUB рабочих станций и расположенных ниже промежуточных HUB). Нисходящая часть обеспечивает распределение сигналов, поступающих из распо­ложенных выше HUB, среди рабочих станций и HUB следую­щего по иерархии уровня. Такая конфигурация LAN может ис­пользоваться, например, для создания КС учебных лабораторий университета.