сетевой мост что это такое
Network bridge (Сетевой мост)
Network bridge (Сетевой мост) – это сетевое устройство, предназначенное для объединения сегментов сети передачи данных в единую сеть. Он работает на канальном (втором) уровне модели OSI (модели взаимодействия открытых систем). В отличие от концентратора, который работает на физическом уровне, сетевой мост не просто транслирует полученные с одного порта устройства на другие, а анализирует заголовок и отправляет на какой-либо один порт, либо не передает ни куда. Однако в отличие от маршрутизатора Network bridge не имеет таблицы маршрутизации и является само настраиваемым устройством и работает по заранее заложенным в нем принципам. Network bridge используется в нескольких сетевых технологиях, однако наибольшее распространение нашел в Ethernet.
Функции сетевого моста очень схожи с функциями другого сетевого устройства – switch (сетевой коммутатор). Фактически они выполняют одну и ту же задачу – объединение разрозненных сегментов и устройств сети в единую структуру. Главное отличие заключается в принципе работы, т.е. в том, как устройство узнает MAC-адреса устройств. После включения в сеть Network bridge анализирует поле «адрес источника» поступающих пакетов. Эту информацию он заносит в специальную таблицу. Отправляет он пакеты в соответствии с полем «адрес получателя» после анализа той же таблицы. Если там нет соответствия порта и MAC-адреса, то он направляет этот пакет во все исходящие порты. Если поле «адрес получателя» содержит MAC-адрес устройства, которое принадлежит той же сети, откуда поступил пакет, то он блокируется. Таким образом, мост блокирует пакеты, предназначенные для одного сегмента сети.
Благодаря тому, что сетевой мост фильтрует пакеты в соответствии с адресом получателя, в сети Ethernet тем самым предотвращается распространение коллизий, т.е. отдельные сети, подключаемые к портам образуют изолированные сегменты. Это позволяет увеличить скорость передачи данных и емкость в каждой отдельной сети.
Не смотря на преимущества использования мостов, они также обладают и некоторыми недостатками. В частности для анализа MAC-адресов требуется некоторое время, что требует буферизацию пакета и его задержку. Для уменьшения времени анализа требуются высокопроизводительные процессоры, а число портов не превышает 48. Кроме того, Network bridge не могут быть объединены в матрицы, как это можно было сделать с концентраторами, без увеличения задержки. Решение производительности сетевых мостов стало возможным с появлением в конце 80-х г.г. сетевых коммутаторов. Они не анализируют весь пакет целиком, а только его заголовок. Это значительно уменьшает время обработки пакетов и может вестись в поточном режиме. В настоящее время Network bridge практически не используются из-за их низкой производительности.
При использовании материалов ссылка на сайт обязательна
Сетевой мост
Мост, сетевой мост, бридж (англ. bridge ) — сетевое устройство 2 уровня модели OSI, предназначенное для объединения сегментов (подсети) компьютерной сети разных топологий и архитектур.
Содержание
Различия между коммутаторами и мостами
В общем случае коммутатор (свитч) и мост аналогичны по функциональности; разница заключается во внутреннем устройстве: мосты обрабатывают трафик, используя центральный процессор, коммутатор же использует коммутационную матрицу (аппаратную схему для коммутации пакетов). В настоящее время мосты практически не используются (так как для работы требуют производительный процессор), за исключением ситуаций, когда связываются сегменты сети с разной организацией первого уровня, например, между xDSL соединениями, оптикой, Ethernet’ом. В случае SOHO-оборудования, режим прозрачной коммутации часто называют «мостовым режимом» (bridging).
Функциональные возможности
Мосты «изучают» характер расположения сегментов сети путем построения адресных таблиц вида «Интерфейс:MAC-адрес», в которых содержатся адреса всех сетевых устройств и сегментов, необходимых для получения доступа к данному устройству.
Мосты увеличивают латентность сети на 10-30 %. Это увеличение латентности связано с тем, что мосту при передаче данных требуется дополнительное время на принятие решения.
Мост рассматривается как устройство с функциями хранения и дальнейшей отправки, поскольку он должен проанализировать поле адреса пункта назначения фрейма и вычислить контрольную сумму CRC в поле контрольной последовательности фрейма перед отправкой фрейма на все порты.
Если порт пункта назначения в данный момент занят, то мост может временно сохранить фрейм до освобождения порта.
Для выполнения этих операций требуется некоторое время, что замедляет процесс передачи и увеличивает латентность.
Дополнительная функциональность
Программная реализация
Использование сетевого моста для расширения локальной сети
Сетевой мост соединяет две другие отдельные компьютерные сети, чтобы обеспечить связь между ними и позволить им работать как единая сеть. Мосты используются с локальными сетями (ЛВС), чтобы расширить их охват, чтобы охватить более крупные физические области, чем может достичь ЛВС.
Как работают сетевые мосты
Мостовые устройства проверяют входящий сетевой трафик и определяют, следует ли пересылать или отбрасывать его в соответствии с назначенным пунктом назначения. Например, мост Ethernet проверяет каждый входящий кадр Ethernet, включая MAC-адреса источника и назначения, иногда размер кадра, при принятии индивидуальных решений о пересылке. Мостовые устройства работают на уровне линии передачи данных модели OSI
Типы сетевых мостов
Мостовые устройства существуют для Wi-Fi до Wi-Fi, Wi-Fi до Ethernet и Bluetooth для Wi-Fi-соединений. Каждый из них предназначен для определенных типов сетей.
Беспроводное мостовое соединение
Мосты особенно популярны в компьютерных сетях Wi-Fi. В беспроводном соединении Wi-Fi требуется, чтобы точки доступа связывались друг с другом в специальном режиме, который поддерживает трафик, который течет между ними. Две точки доступа, поддерживающие режим беспроводного моста, работают как пара. Каждый из них продолжает поддерживать свою собственную локальную сеть подключенных клиентов, а также обменивается информацией с другой, чтобы обрабатывать мост.
Режим моста можно активировать в точке доступа через административную настройку или иногда физический переключатель на устройстве. Не все точки доступа поддерживают режим беспроводного моста; обратитесь к документации производителя, чтобы определить, поддерживает ли данная модель эту функцию.
Мосты против ретрансляторов
Мосты и сетевые ретрансляторы имеют сходный внешний вид; иногда один блок выполняет обе функции. Однако, в отличие от мостов, ретрансляторы не выполняют никакой фильтрации трафика и не объединяются в две сети. Вместо этого повторители передают весь трафик, который они получают. Ретрансляторы служат главным образом для регенерации сигналов трафика, так что одна сеть может достигать более длительных физических расстояний.
Мосты и коммутаторы и маршрутизаторы
Мосты не обладают интеллектом сетевых маршрутизаторов: Bridges не понимают концепцию удаленных сетей и не могут динамически перенаправлять сообщения в разные местоположения, но вместо этого поддерживают только один внешний интерфейс.
Строим сеть своими руками, часть пятая: соединяем разнородные сети или замолвим слово о мостах
Стиль изложения дальнейшего материала подразумевает, что с предыдущими материалами серии читатель уже ознакомлен. То есть термины, которые были разъяснены в предыдущих статьях, тут упоминаются без комментариев.
Эта статья является продолжением серии по построению домашних сетей с использованием различного оборудования. В этот раз будут рассмотрены едва не забытые мосты. То есть опять возвращаемся к организации доступа в Интернет посредством одного из windows-компьютеров локальной сети.
На этот раз создадим сеть с доступом в Интернет из проводных и беспроводных клиентов без использования точки доступа и аппаратных маршрутизатора и точки доступа.
В предыдущей статье была рассмотрена изображенная на рис.1 схема сети. То есть, имеем «среднестатистическую» квартиру, три стационарных компьютера, два ноутбука и пару наладонников.
Стационарные компьютеры связаны проводной сетью через коммутатор (switch). Беспроводные устройства подключены (в режиме Infrastructure) к точке доступа (Access Point), которая, в свою очередь, проводом подключена к коммутатору.
В качестве маршрутизатора (типа NAT), обеспечивающего доступ в Интернет и аппаратный файрвол (hardware firewall), выступает аппаратное устройство, так же подключенное к коммутатору. На маршрутизаторе активирован DHCP-сервер, который ведает IP-адресацией всей нашей локальной сети.
В результате получили общую локальную сеть (одноранговую), где все компьютеры могут видеть друг друга, и все могут иметь доступ в Интернет.
Как уже было сказано ранее, подобные маршрутизаторы могут быть сверхинтегрированными устройствами, включающими в себя различные дополнительные устройства. Например, на рисунке 1 представлен маршрутизатор, обладающий всего двумя интерфейсами — WAN (смотрящим в Интернет) и LAN (смотрящим в локальную сеть). Очень часто в маршрутизаторы интегрируют четырехпортовый коммутатор, таким образом, если в квартире не более четырех проводных устройств, то вышеприведенный рисунок упрощается:
Вместо двух разнородных устройств ставится одно — маршрутизатор со встроенным коммутатором (home router with switch). К нему подключены все проводные клиенты (к LAN портам), на нем же активирован DHCP и он же обеспечивает доступ в Интернет.
Точка доступа, к которой подключены беспроводные клиенты, подключена к одному из LAN портов маршрутизатора. Кстати, если четырех LAN портов маршрутизатора недостаточно, никто не мешает подключить к одному из них коммутатор (по аналогии с точкой доступа).
Таким образом, мы по-прежнему имеем одноранговую сеть с доступом в Интернет. Но в нашей сети на одно устройство меньше.
И самый «продвинутый вариант» — точка доступа также интегрирована на коммутаторе:
В данном случае на маршрутизаторе (wireless home router) интегрировано все — коммутатор, маршрутизатор и точка доступа. Таким образом, вместо трех устройств получаем одно, с той же функциональностью.
Собственно, в предыдущей статье, как раз рассматривалось одно из подобных устройств.
А что делать, если, допустим, в такой вот «среднестатистической сети» у нас есть коммутатор (три стационарных компьютера, пара ноутбуков и наладонников), но нет маршрутизатора и точки доступа? И их совсем не хочется покупать (рис.4)?
Другими словами, было три стационарных компьютера, объединенных кабелем через коммутатор. Доступ в Интернет осуществлялся через один из них. Как это сделать, было рассказано в первой статье цикла.
Появилось несколько беспроводных устройств (ноутбуки, наладонники). Допустим, беспроводные устройства между собой связать легко (об этом рассказывалось во второй статье цикла). Достаточно сконфигурировать их в общую AdHoc сеть, в результате получим следующее:
То есть две разные сети (рис.4) — проводная, которая имеет доступ в Интернет и беспроводная (без оного). Сети друг друга не видят. Как связать все компьютеры вместе?
Наилучшим вариантом, конечно, будет покупка точки доступа, подключение ее к коммутатору и перенастройка беспроводных клиентов на работу с точкой доступа (режим Infrastructure). Или даже покупка маршрутизатора с точкой доступа, тогда доступ в Интернет будет осуществляться через него (см. рис.3).
Но есть и другие варианты. Например, поставить во все проводные компьютеры по беспроводной карте:
В этом случае (см. рис.5) коммутатор, как и все проводные соединения, в принципе не нужен. Хотя, конечно, скорость передачи данных (в случае использования только беспроводной сети) будет тут намного ниже, чем при передаче между компьютерами, подключенными проводами через коммутатор.
В общем, подобная схема (что с коммутатором, что без него) имеет право на существование, и будет работать. Если оставить коммутатор (и, соответственно, проводные сетевые адаптеры), то мы получим две разнородных сети с разными адресами (друг друга они по-прежнему видеть не будут). В беспроводной сети все клиенты могут общаться друг с другом. В проводной сети — только те, кто подключен к коммутатору проводом. В интернет можно будет выходить из обеих сетей.
Так как подобная сеть, на мой взгляд, скорее исключение, чем правило, рассматривать ее настройку не будем. Хотя, информации, данной во всех пяти статьях серии, более чем достаточно для настройки такой сети.
Мы же рассмотрим второй способ связи проводных и беспроводных клиентов (из рисунка 4), с использованием встроенного в Windows XP механизма типа мост.
Для этого нам лишь потребуется вставить в компьютер, являющийся маршрутизатором и имеющий два сетевых адаптера (один, смотрящий в локальную сеть, второй — в Интернет) третий сетевой адаптер, на этот раз беспроводной. После этого настроить следующую схему:
На роутере, в который мы вставили беспроводную карту, настраиваем доступ в AdHoc беспроводную сеть с остальными беспроводными клиентами (см. вторую статью), остальных беспроводных клиентов, настраиваем аналогичным образом.
На данном этапе никаких общих доступов на WAN интерфейсе роутера не активировано. То есть только он имеет доступ в Интернет, остальные компьютеры могут видеть лишь друг друга в рамках своих сетей (то есть проводные — всех проводных, беспроводные — всех беспроводных). Связи между проводной и беспроводной сетями пока нет.
Пора активировать мост (bridge). Этот механизм позволит установить «мостик» между нашими проводной и беспроводной сетями, таким образом, компьютеры из этих сетей смогут увидеть друг друга.
Подробнее о мостах можно прочитать во встроенной системе помощи WindowsXP:
Говоря простым языком, мост — это механизм, прозрачно (для работающих клиентов) связывающий разнородные сегменты сети. В нашем случае под разнородными сегментами понимается проводная сеть и беспроводная сеть.
Все локальные (смотрящие в локальную сеть) интерфейсы на всех компьютерах переведены в режим «автоматического получения IP адреса и DNS». Этот режим установлен по-умолчанию на всех интерфейсах в Windows.
Беспроводные клиенты связаны в AdHoc сеть (без точки доступа) — см. рис.6
В отсутствие в сети DHCP сервера (а у нас его как раз и нет пока), Windows сама назначает адреса компьютерам. Все адреса имеют вид 169.254.xx.xx
По умолчанию, все компьютеры в пределах одного сегмента (в нашем случае — в пределах проводной или беспроводной сети) могут видеть друг друга, обращаясь друг к другу по этим адресам.
Желтый восклицательный знак в треугольнике рядом с интерфейсами — это нормальное явление для WindowsXP с установленным вторым сервис паком. Он лишь означает, что DHCP сервер в сети отсутствует и операционная система сама назначила адреса сетевым адаптерам.
Активация моста производится примерно так.
Только мост, по определению, работает минимум между двумя интерфейсами.
Поэтому выбираем оба локальных интерфейса, жмем правую кнопку мыши и в появившемся меню выбираем пункт «Подключение типа мост».
Windows начинает процедуру создания моста.
После окончания этого процесса, в сетевых подключениях появляется еще одно соединение — Network Bridge (сетевой мост). А в информации по сетевым адаптерам, на которых установлен режим моста, появляется статус «Связано».
Мост представлен в виде отдельного устройства, большинство его параметров повторяют параметры сетевых адаптеров.
Правда, в разделе «свойства» присутствует дополнительный раздел со списком адаптеров, которые в данный момент относятся к мосту (адаптеров может быть два и более).
Собственно, на этом этапе все сети, в которые смотрят эти (назначенные мосту) адаптеры, видят друг друга напрямую, без маршрутизации. То есть, как будто клиенты в этих сетях сидят в одной большой однородной сети (другими словами как бы подключенные к одному коммутатору).
Мосту назначается собственный IP адрес, он одинаков для всех адаптеров, отданных мостовому соединению.
Разумеется, в свойствах самих адаптеров никаких IP адресов уже нет. Адаптера, как такового, на логическом уровне уже не существует — есть лишь мост (имеющий IP адрес), в который включено два (или более) адаптера.
Переходим к последнему этапу — активации доступа в Интернет. Об этом уже было рассказано в первой статье цикла, поэтому пространных рассуждений на эту тему не будет.
В сетевых подключениях выбираем «Установить домашнюю сеть».
…предлагающий предварительно изучить некоторые разделы справки. Рекомендую воспользоваться этим советом.
Далее выбираем пункт «компьютер имеет прямое подключение к Интернет» (ведь к одному из интерфейсов нашего компьютера-маршрутизатора подключен кабель провайдера услуг интернет).
Далее в появившемся меню выбираем, какой же именно из адаптеров подключен к Интернет.
Так как на компьютере обнаружено больше одного локального сетевого интерфейса, мастер предлагает выбрать, на какой из них предоставлять Интернет доступ для других компьютеров в тех сетях. Выбираем оба локальных сетевых интерфейса (подключения).
Далее придумываем разные названия, тренируем свою фантазию 🙂
…продолжаем тренировать фантазию (не забывая о том, что имя рабочей группы действительно должно совпадать у всех компьютеров локальной сети… точнее желательно, чтобы оно совпадало).
В следующем меню выбираем, оставить возможность общего доступа к файлам и принтерам внутри сети или нет. Если это домашняя сеть, то, вероятно, лучше этот доступ не отключать.
Проверяем, все ли верно настроили, и жмем «Далее».
Теперь Windows минут пять гоняет по экрану бесконечные компьютеры (зеленый, в центре) с оторванным сетевым кабелем. Для меня осталось загадкой, что же она там целые пять минут делает.
В последнем меню операционка предлагает сохранить где-нибудь на внешнем носителе настройки сети. Можно этого не делать, а просто завершить работу мастера.
После нажатия на кнопку «Готово» мастер завершит свою работу.
Как ни странно, система потребовала перезагрузку (иногда не требует).
После перезагрузки, на сетевом адаптере, смотрящем в Интернет, появился значок руки, означающий, что этим доступом могут пользоваться и другие компьютеры в локальной сети (в нашем случае — в обеих, проводной и беспроводной, сетях).
На всех остальных компьютерах в локальной сети IP адрес примет вид 192.168.0.xx (адрес компьютера маршрутизатора будет фиксированным — 192.168.0.1), и все будут иметь доступ в Интернет.
А в сетевых подключениях появится иконка Шлюза Интернет.
Таким образом, у нас получилась сеть, общий вид которой представлен на рис.7.
DHCP server, который там появился, активируется после активации общего доступа на Интернет-интерфейсе маршрутизатора. Именно он будет управлять выдачей IP адресов и другой информации для всех компьютеров локальной сети (точнее сетей, хотя формально, так как используется мост, у нас одна большая сеть).
Не стоит забывать о том, что этот компьютер-маршрутизатор должен быть постоянно включен (спящий режим с отключением кулеров — это уже отключенный компьютер). При его выключении мы потеряем не только доступ в интернет, но и возможность видеть компьютеры в соседней (проводной или беспроводной) сети.
На этом пятая статья, рассказывающая об этих загадочных мостах, подошла к концу. В следующей статье будет рассказано о настройке нескольких интернет подключений в рамках одной домашней сети.
Сетевой мост что это такое
Мосты
Мост (bridge) – это сетевое устройство, соединяющее между собой сегменты локальной сети.
Мосты позволяют решать следующие задачи:
Рис. 1 Мост сетевой
Мосты весьма распространены в сетях Ethernet II/IEEE 802.3, хотя устройства, выполняющие только функции мостов, быстро были заменены устройствами, обладающими функциями и мостов, и маршрутизаторов. Поскольку Работа мостов незаметна для пользователей, то широко используется термин прозрачный мост.
Мосты функционируют в так называемом беспорядочном режиме (promiscuous mode), что подразумевает просмотр физического целевого адреса каждого фрейма перед его пересылкой. Этим мосты отличаются от повторителей, которые не имеют возможности анализа адресов фреймов.
Мосты работают на подуровне MAC Канального уровня OSI, поскольку они считывают исходный и целевой физические адреса фрейма. Мост перехватывает весь сетевой трафик и анализирует целевой адрес каждого фрейма определяя, следует ли пересылать данный фрейм в следующую сеть. В процессе своей работы мост просматривает МАС-адреса передаваемых через него фреймов и строит таблицу известных целевых адресов.
Если мост знает, что фрейм предназначен для узла, который находится в том же сегменте что и отправитель фрейма, он отбрасывает сегмент, поскольку тот не нуждается в дальнейшей пересылке. Если мост знает, что целевой адрес располагается в другом сегменте, он транслирует фрейм только в нужный сегмент. Если мосту не известен целевой сегмент, он передает фрейм во все сегменты, за исключением исходного сегмента, и этот процесс называется лавинной маршрутизацией (адресацией) (flooding).
Главным достоинством мостов является то, что они сосредотачивают трафик в конкретных сетевых сегментах. Мост может выполнять фильтрацию и пересылку с довольно высокой скоростью, поскольку он просматривает информацию только на Канальном уровне и игнорирует информацию на более высоких уровнях.
Мосты “прозрачны” для любого протокола или комбинации протоколов, по-скольку от них не зависят. Мосты просматривают только МАС-адреса. Один мост может транслировать в одной и той же сети различные протоколы, такие как TCP/IP, IPX, NetBEUI, AppleTalk и Х.25, безотносительно к тому, какие структуры фреймов передаются через него.
Мосты не конвертируют фреймы из формата одного протокола в формат другого, исключение составляют только транслирующие мосты.
Транслирующие мосты преобразуют фреймы, относящиеся к одному методу доступа и передающей среде, во фреймы другого стандарта (например, из стандарта Ethernet в стандарт Token Ring) и наоборот. Такие мосты переформатируют адреса, например, отбрасывая адресную информацию стандарта Token Ring, которая не используется стандартом Ethernet. Далее перечислены базовые элементы, которые транслирующие мосты преобразуют во фреймах Token Ring и Ethernet:
Мосты выполняют три важных функции – анализ, фильтрация и пересылка.
После включения мост анализирует топологию сети и адреса устройств во всех подключенных сетях. Для этого мост просматривает исходный и целевой адреса во всех передаваемых ему фреймах и на основе этой информации строит свою табли-цу, содержащую адреса всех узлов сети. Большинство мостов может хранить в таких таблицах значительное количество адресов. Затем таблица адресов используется для принятия решений о пересылки трафика.
Администратор сети может также ввести инструкции для моста, запрещающие лавинообразно передавать фреймы от определенных исходных адресов или же позволяющие отбрасывать некоторые фреймы без ретрансляции. Такая возможность фильтрации позволяет применять мосты для повышения безопасности (например, путем ограничения доступа к серверу, хранящему важную информацию).
Некоторые мосты могут связывать только два сетевых сегмента. Такие мосты используются для каскадирования (каскадного соединения) сегментов.
Существуют также многопортовые мосты, которые могут соединять несколько сетевых сегментов.
Мосты могут заметно повысить производительность сети, поскольку они сег-ментируют сетевой трафик, изолируя его внутри сегмента от активности других сегментов. Этим мосты принципиально отличаются от повторителей и концентраторов, которые передают все фреймы во все подключенные сегменты.
Другим достоинством мостов является то, что они могут использоваться как брандмауэры (сетевые экраны), запрещая посторонним доступ к сети. Брандмауэрами (firewall) называются программные или аппаратные средства, запрещающие доступ к данным из-за пределов сети, а также препятствующие пересылке информации из сети во внешние узлы.
Существуют два типа мостов: локальные и удаленные.
Локальный мост (local bridge) используется для непосредственного соединения двух близко расположенных локальных сетей (например, двух сетей Ethernet). Он также применяется для сегментации сетевого трафика с целью ликвидации узких мест.
Локальный мост может связать два подразделения одной компании, позволяя всем пользователям обращаться к некоторым файлам и электронной почте. Пусть в одном (головном) подразделении сетевой трафик большой, что обусловлено большим количеством отчетов, генерируемых сервером базы данных в клиент-серверной прикладной программе.
После того как мост проанализирует трафик, связанный с обращениями к этому серверу, он начнет фильтровать фреймы и не будет ретранслировать их в сеть другого подразделения, где внутренний трафик невелик.
Беспроводные мосты представляют собой точки доступа, которые являются Подклассом локальных мостов и взаимодействуют с компьютерами, снабженными беспроводными сетевыми адаптерами.
Беспроводной мост (например, мост 802.11b) может выбирать скорость обмена с каждым беспроводным адаптером и поэтому в зависимости от условий передачи он может одному адаптеру передавать данные со скоростью 11 Мбит/с, а другому – со скоростью 2 Мбит/с.
Беспроводной мост, совместимый со стандартом 802.На и работающий на скорости 54 Мбит/с, может обслуживать до 64 клиентов, а 802.11b-совместимый мост может работать на скорости до 11 Мбит/с и обслужить до 256 клиентов. Беспроводные мосты могут соединяться каскадно с другими внутренними или наружными мостами.
Маршрутизаторы
Маршрутизатор (router) выполняет некоторые функции моста, такие анализ топологии, фильтрация и пересылка пакетов.
Однако, в отличие от мостов, мар-шрутизаторы могут направлять пакеты в конкретные сети, анализировать сетевой трафик и быстро адаптироваться к изменениям сети.
Маршрутизаторы соединяют локальные сети на Сетевом уровне эталонной модели OSI, что позволяет им анализировать в пакетах больше информации, чем это возможно для мостов.
Главные задачи, которые могут решать маршрутизаторы:
В отличие от мостов, маршрутизаторы могут связывать сети, имеющие различные каналы данных. Например, сеть Ethernet на базе протокола TCP/IP можно подключить к коммутирующей сети с ретрансляцией кадров, в которой также используется протокол IP. Некоторые маршрутизаторы поддерживают только один протокол, например, TCP/IP или IPX. Многопротокольные маршрутизаторы могут выполнять преобразование протоколов разнородных сетей, т. е. осуществлять конвертацию протокола TCP/IP сети Ethernet в протокол AppleTalk сети с маркерным доступом, и наоборот.
При наличии соответствующего аппаратного и программного обеспечения маршрутизаторы могут соединять различные сети, в том числе:
Также в отличие от мостов, “прозрачных” для других сетевых узлов (например, рабочих станций или серверов), маршрутизаторы получают от узлов регулярные сообщения, подтверждающие адреса узлов и их присутствие в сети.
Маршрутизаторы пересылают пакеты по маршрутам, где трафик самый маленький и для которых минимальна стоимость использования сетевых ресурсов. Маршрут с наименьшей стоимостью определяется следующими факторами: расстоянием или длиной пути, нагрузкой в следующем пункте ретрансляции, имеющейся пропускной способностью и надежностью маршрута.
Программные средства маршрутизатора представляют один или несколько перечисленных факторов в виде единого параметра, называемого метрикой (metric). Метрики применяются для определения наилучшего маршрута в сети.
Для вычисления метрики могут использоваться дующие величины в любых комбинациях:
Маршрутизаторы могут изолировать часть сети с высоким трафиком и распространять его на остальные участки сети. Эта способность маршрутизаров позволяет предотвратить потерю производительности сети и возникновение широковещательного шторма.
По мере усложнения структуры сети растет необходимость передачи пакетов по самому короткому и наиболее эффективному маршруту. Чтобы обеспечить полный контроль над растущим сетевым трафиком и избежать падение производительности сети, вместо мостов часто используют маршрутизаторы.
Кроме того, маршрутизаторы намного эффективнее мостов в случае объединения больших сетей. Однако при модернизации следует учитывать скорость обработки пакетов в маршрутизаторе в сравнении со скоростью обработки фреймов мостом. В принципе мост работает быстрее маршрутизатора, поскольку он не анализирует и не обрабатывает данные о маршрутизации. Чтобы компенсировать эти издержки, некоторые маршрутизаторы оснащаются специализированными процессорами, позволяющими сделать соразмерными эти скорости.
Статическая и динамическая маршрутизация
Маршрутизация бывает статическая и динамическая. Для статической маршрутизации необходимы таблицы маршрутизации, которые создает сетевой администратор; в них указываются фиксированные (статические) маршруты между любыми двумя маршрутизаторами. Эту информацию администратор вводит в таблицы вручную. Администратор сети также отвечает за ручное обновление таблиц в случае отказа каких-либо сетевых устройств. Маршрутизатор, работающий со статическими таблицами, может определить факт неработоспособности какого-либо сетевого канала, однако он не может автоматически изменить пути передачи пакетов без вмешательства со стороны администратора.
Динамическая маршрутизация выполняется независимо от сетевого администратора.
Протоколы динамической маршрутизации позволяют маршрутизаторам автоматически выполнять следующие операции:
Мосты-маршрутизаторы
Мост-маршрутизатор (brouter) – это сетевое устройство, в некоторых случаях исполняющее функции моста, а в других случаях – функции маршрутизатора.
Рис. 3 Мост-маршрутизатор
Например, такое устройство может работать как мост для определенных протоколов, таких как NetBEUI (поскольку тот является немаршрутизируемым), и как маршрутизатор для других протоколов, например, для TCP/IP.
Мост-маршрутизатор может выполнять следующие функции:
Мосты-маршрутизаторы используются в сетях, работающих с несколькими протоколами, например, с NetBEUI, IPX/SPX и TCP/IP, поэтому они также называются многопротокольными маршрутизаторами.
Функции (маршрутизация или пересылка), выполняемые ими по отношению к некоторому протоколу, зависят от двух причин:
Если мост-маршрутизатор настроен не на маршрутизацию, а на пересылку протокола, он передает каждый фрейм, используя адресную информацию подуровня MAC Канального уровня так, как это делает мост.
Это существенная возможность для сети, в число протоколов которой входит NetBEUI (поскольку этот протокол нельзя маршрутизировать). Для маршрутизируемых протоколов, таких как TCP/IP, мост-маршрутизатор пересылает пакеты в соответствии с адресной информацией и данными о маршрутизации, содержащимися на сетевом уровне.
Коммутаторы
Коммутаторы (switch) обеспечивают функции моста, а также позволяют по-высить пропускную способность существующих сетей.
Коммутаторы используемые в локальных сетях, напоминают мосты в том смысле, что они работают на подуровне MAC Канального уровня и анализируют адреса устройств во всех входящих фреймах.
Как и мосты, коммутаторы хранят таблицу адресов и используют эту информацию для принятия решения о том, как фильтровать и пересылать трафик локальной сети. В отличие от мостов, для увеличения скорости передачи данных и полосы пропускания сетевой среды в коммутаторах применяются методы коммутации.
В коммутаторах локальных сетей обычно используется один из двух методов:
Новейшие модели коммутаторов (иногда называемые маршрутизирующими коммутаторами), использующие коммутацию с промежуточным хранением, могут совмещать функции маршрутизаторов и коммутаторов и, следовательно, работают на Сетевом уровне, чтобы определять кратчайший путь к целевому узлу. Одним из достоинств таких коммутаторов является то, что они предоставляют большие возможности для сегментации сетевого трафика, позволяя избегать широковещательного трафика, возникающего в сетях Ethernet.
Коммутация с промежуточным хранением распространена больше, чем коммутация без буферизации пакетов, и в некоторых коммутаторах, работающих по этому принципу, для повышения производительности используется встроенный центральный процессор. В принципе коммутаторы с собственным процессором работают значительно быстрее, чем “простые” коммутаторы. Однако в некоторых случаях и такие коммутаторы могут быть перегружены входящим трафиком, причем использование процессора может достигать 100% и коммутатор фактически будет работать медленнее, чем коммутатор без внутреннего процессора.
Поэтому, если используется коммутатор с собственным процессором, важно определить мощность этого процессора и его соответствие ожидаемой сетевой нагрузке.
Коммутаторы локальных сетей поддерживают следующие стандарты:
Одной из наиболее распространенных задач, решаемой при помощи механизмов коммутации, является уменьшение вероятности конфликтов и повышение пропускной способности локальных сетей Ethernet. Коммутаторы сетей Ethernet, используя свои таблицы MAC-адресов, определяют порты, которые должны получить конкретные данные.
Поскольку каждый порт подключен к сегменту, содержащему только один узел, то этот узел и сегмент получают в свое распоряжение всю полосу пропускания (10 или 100 Мбит/с, 1 или 10 Гбит/с), т. к. другие узлы отсутствуют; при этом вероятность конфликтов уменьшается.
Другой распространенной областью применения коммутаторов являются сети с маркерным кольцом. Коммутатор Token Ring может выполнять только функции моста на канальном уровне или работать как мост с маршрутизацией от источника на Сетевом уровне.
Переключаясь непосредственно к тому сегменту, который должен получать данные, коммутаторы могут значительно увеличить пропускную способность сети без модернизации, существующей передающей среды. Рассмотрим для примера не имеющий возможности коммутации концентратор Ethernet, к которому подключены восемь сегментов 10 Мбит/с. Скорость работы этого концентратора никогда не превысит 10 Мбит/с, поскольку каждый момент времени он может передавать данные только в один сегмент. Если концентратор заменить коммутатором Ethernet, общая пропускная способность сети увеличится в восемь раз, т. е. до 80 Мбит/с, поскольку коммутатор может посылать пакеты в каждый сегмент практически одновременно. В настоящее время коммутаторы не намного дороже концентраторов, поэтому с их помощью проще всего повысить скорость работы сети с высоким трафиком.
Выпускаются управляемые коммутаторы, которые, как и управляемые концентраторы, имеют “интеллектуальные” способности. Для многих сетей имеет смысл потратить дополнительные средства на приобретение управляемых коммутаторов, поддерживающих протокол SNMP, что позволит повысить степень управления и мониторинга сети. Некоторые коммутаторы также могут поддерживать технологию виртуальных локальных сетей (Virtual LAN, VLAN).
Эта технология, описанная стандартами IEEE 802.1q, представляет собой программный метод деления сети на подсети, не зависящие от ее физической топологии и содержащие логические группы. Члены рабочей группы VLAN могут располагаться в физически удаленных сетевых сегменте однако их можно объединить в один логический сегмент с помощью программного обеспечения и коммутаторов VLAN, маршрутизаторов и других сетевых устройств. Лучше всего для реализации сетей VLAN использовать маршрутизирующие коммутаторы, поскольку они позволяют уменьшить издержки на управление сетью, что объясняется их умением маршрутизировать пакеты между подсетями. Коммутаторы Уровня 2 в сети VLAN требуют, чтобы порты коммутаторов были связаны с МАС-адресами, что усложняет управление сетью VLAN.
Шлюзы
Термин шлюз (gateway) используется во многих контекстах, но чаще всего он обозначает программный или аппаратный интерфейс, обеспечивающий взаимодействие между двумя различными типами сетевых систем или программ.
Например, с помощью шлюза можно выполнять следующие операции:
Шлюзы имеют множество назначений, поэтому могут работать на любом Уровне OSI.
Сетевые шлюзы работают на всех известных операционных системах. Основная задача сетевого шлюза — конвертировать протокол между сетями.
Роутер сам по себе принимает, проводит и отправляет пакеты только среди сетей, использующих одинаковые протоколы.
Сетевой шлюз может с одной стороны принять пакет, сформатированный под один протокол (например Apple Talk) и конвертировать в пакет другого протокола (например TCP/IP) перед отправкой в другой сегмент сети. Сетевые шлюзы могут быть аппаратным решением, программным обеспечением или тем и другим вместе, но обычно это программное обеспечение, установленное на роутер или компьютер. Сетевой шлюз должен понимать все протоколы, используемые роутером. Обычно сетевые шлюзы работают медленнее, чем сетевые мосты, коммутаторы и обычные маршрутизаторы.
Сетевой шлюз — это точка сети, которая служит выходом в другую сеть. В сети Интернет узлом или конечной точкой может быть или сетевой шлюз, или хост. Интернет-пользователи и компьютеры, которые доставляют веб-страницы пользователям — это хосты, а узлы между различными сетями — это сетевые шлюзы. Например, сервер, контролирующий трафик между локальной сетью компании и сетью Интернет — это сетевой шлюз.
В крупных сетях сервер, работающий как сетевой шлюз, обычно интегрирован с прокси-сервером и межсетевым экраном. Сетевой шлюз часто объединен с роутером, который управляет распределением и конвертацией пакетов в сети.
Сетевой шлюз может быть специальным аппаратным роутером или программным обеспечением, установленным на обычный сервер или персональный компьютер. Большинство компьютерных операционных систем использует термины, описанные выше.
Компьютеры под Windows обычно используют встроенный мастер подключения к сети, который по указанным параметрам сам устанавливает соединение с локальной или глобальной сетью. Такие системы могут также использовать DHCP-протокол.