Urządzenia sieci LAN Wiadomości wstępne Opracował: Arkadiusz Cwirko WSIiE TWP w Olsztynie Data aktualizacji : 09-12-2002 Pierwsza edycja : 09-12-2002 Spis treści Urządzenia warstwy I... 2 Repeater... 2 Transceiver... 2 Hub... 3 Urządzenia warstwy II... 5 Bridge...5 Switch...6 Literatura... 7
Urządzenia sieci LAN: Wiadomości wstępne 2 Urządzenia warstwy I Repeater Regenerator (repeater) znany także jako wzmacniak, jest prostym urządzeniem pracującym w najniższej warstwie modelu ISO. Stosuje się go w celu wzmocnienia sygnału użytecznego (niwelując zakłócenia i szumy) i regeneracji ramek. Urządzenie pozwala na przedłużenie sieci i osiągnięcie dwukrotnie większej odległości niż specyfikacja zastosowanego okablowania. Konstrukcja wzmacniaka nie pozwala na filtrację pakietów oraz łączenie sieci o różnej architekturze i protokołach Z tego to powodu regenerator nie tworzy 2 logicznych segmentów a jedynie zezwala na przedłużenie już istniejącej magistrali. Transceiver Transceiver (konwerter) konwertuje jeden typ sygnału łącznika na inny. Pozwala połączyć port AUI dostępny w wielu kartach sieciowych oraz HUB-ach z innym rodzajem okablowania np. 10Base-T lub 10Base-FL.
Urządzenia sieci LAN: Wiadomości wstępne 3 Hub (koncentrator) Koncentrator jest najważniejszym urządzeniem w sieciach opartych o topologię gwiazdy. W elementarnym przypadku zajmuje centralne miejsce w sieci, skupiając w sobie wszystkie przewody biegnące od stacji roboczych, oraz zapewnia wymianę sygnałów pomiędzy urządzeniami w sieci. Hub można przyrównać do wieloportowego wzmacniaka. Huby podzielić można na aktywne i pasywne. Cechą odróżniającą urządzenia aktywne od pasywnych, jest regeneracja sygnału. Każdy hub posiada określoną liczbę portów przyłączeniowych. Pozwalają one na podłączenie do nich komputerów za pomocą przewodów zakończonych wtykami RJ-45 (UTP). Wykorzystując te same porty, huby można łączyć ze sobą, zwiększając przy tym potencjalną rozległość sieci oraz umożliwiając podłączenie większej liczby urządzeń. Łączenia hubów: Jeśli urządzenie posiada port UP-link, wystarczy zgodny kabel, w innym przypadku należy sporządzić przewód cross-over, przyłączany do zwykłych portów. W przypadku, gdy koncentratory leżą na sobie, można wykorzystać port umiejscowiony z tyłu urządzeń. Złącze umożliwia komunikację hub-ów za pomocą specjalnego kabla. W ten sposób tworzy się tandem a koncentratory pracują jak jedno urządzenie, z większą liczbą portów. Wiele hubów wyposażonych jest w gniazda, dostosowane do łączenia ich z innym typem okablowania niż skrętka. Może być to port AUI przygotowany do umieszczenia w nim modułu transceivera.
Urządzenia sieci LAN: Wiadomości wstępne 4 Huby jak wszystkie urządzenia sieciowe przeszły długą ewolucję. Rozpoczynając od bardzo prostych hubów będących niczym innym jak repeatery a kończąc na bardzo zaawansowanych technicznie urządzeniach zapewniających monitorowanie i zarządzanie LAN-em. Niektóre z nich potrafią nawet komutować łącze, czy prowadzić statystyki. Poniżej poczytajcie sobie o rodzajach HUB-ów Pierwszej generacji - są niczym innym jak prostym repeaterami. Zezwalają tylko i wyłącznie na łączenie stacji roboczych przy okazji regenerując sygnał (jeśli jest urządzeniem aktywnym). Drugiej generacji, inteligentne - ze względu na wprowadzenie pewnych funkcji zarządzających. Ten rodzaj koncentratorów wyposażony został w bardzo szybkie magistrale często kryjące w sobie jednostki RISC. Dzięki temu zyskały możliwość obsługi kilku mediów transmisyjnych pełniąc przy tym role mostu. Bardziej zaawansowane urządzenia obsługują protokół SMNP (Simple Network Managent Protocol), a nawet prowadzą statystyki na temat ruchu w poszczególnych modułach. Trzeciej generacji - korporacyjne - najbardziej zaawansowany sprzęt spośród wymienionych urządzeń. Charakteryzują się obsługą wielu mediów transmisyjnych, wyjątkową wydajnością. Budowa urządzenia jest modularna dzięki czemu, za pomocą dedykowanych kart rozszerzeń, można wzbogacić hub o kolejne funkcje. Koncentratory trzeciej generacji potrafią tworzyć szybkie połączenia między sieciowe (szkieletowe) oraz dzielić sieci na segmenty (funkcje znane z Mostów), w sumie robi się z tego niezły router :). Ponadto zdolne są do komunikacji z sieciami rozległymi WAN, połączeń punkt-punkt, oraz oferują rozbudowane funkcje zarządzające oraz statystyczne.
Urządzenia sieci LAN: Wiadomości wstępne 5 Urządzenia warstwy II Bridge Bridge pracuje w warstwie łącza danych, umożliwiająca odczyt adresów kart sieciowych MAC (zawartych w docierających do niego pakietach) a w konsekwencji na ich filtrację. Otóż funkcja ta jest niezastąpiona w większych konstrukcjach, gdzie na wskutek wzmożonego ruchu pakietów sieć często się "zapycha", mocno pogarszając komfort pracy. Każda informacja wysłana przez danego hosta dociera nie tylko do adresata ale także wędruje przez cały segment sieci, uniemożliwiając innym urządzeniom nadawanie. Bridge separuje magistralę na dwa segmenty nie przepuszczając dalej (tzn. do drugiego segmentu) pakietów zaadresowanych do komputera znajdującego się w tożsamej podsieci. W przypadku gdy ramka jest zaadresowana do komputera znajdującego się w drugiej części magistrali, most powiela ją zezwalając na komunikację. Specyfikacja urządzenia wymusza bezwarunkowy przesył ramek rozgłoszeniowych. Ta wydawałoby się przydatna właściwość może paradoksalnie sparaliżować działanie dużych LAN-ów. Stanie się tak gdy wiele hostów roześle ramki rozgłoszeniowe w tym samym momencie. Mosty automatycznie powielą je do wszystkich portów, co w teorii może spowodować paraliż całej magistrali. Bridge tworzy tablica adresów, w której zapisane są podsieci oraz znajdujące się w nich hosty. Starsze mosty wymagały ręcznego wpisywania tablicy adresów, nowsze potrafią się tego uczyć. Ze względu na techniki uczenia się mosty (ethernetowe) można podzielić na: Przeźroczyste (transparentne) Uczą się adresów poprzez specjalne algorytmy śledzące trasę przepływających pakietów. W pierwszej chwili po włączeniu mostu do sieci, przepuszcza on wszystkie ramki ucząc się topologii oraz rozmieszczenia komputerów. Po otrzymaniu pakietu bridge dopisuje do tablicy mostowania adres MAC komputera kojarząc go z adresem podsieci. W dalszym etapie (podczas gdy adresat i odbiorca figurują w tablicy) most porównuje adres źródłowy ramki z adresem docelowym jeśli należą one do różnych podsieciach urządzenie regeneruje pakiet do odpowiedniego portu, wysyłając go do podsieci adresata. W innym przypadku wiadomość nie jest wysyłana dalej. Oczywiście baza danych jest cały czas uaktualniana i dostosowywana do bieżących warunków. Wykorzystujące algorytm drzewa rozpinającego (Spanning Tree) W dużych i skomplikowanych sieciach powstaje wiele rozgałęzień oraz alternatywnych tras przesyłania danych, w skutek czego ten sam pakiet może zostać niepotrzebnie powielony w kilku podsieciach lub być pokierowany mało efektywną trasą. Sytuacja taka często doprowadza do powstania pętli. W technologii Spanning Tree każdy bridge oraz każdy jego port uzyskuje unikalny identyfikator oraz pewien priorytet. Z każdą drogą przebiegu pakietu jest także skojarzony pewien koszt. Algorytm pozwala
Urządzenia sieci LAN: Wiadomości wstępne 6 na obliczenie, która z alternatywnych tras charakteryzuje się najniższym kosztem oraz prowadzi przez jak najmniejszą liczbę urządzeń. Aby uzyskać jak największą wydajność przesyłu danych producenci proponują tzw. mosty dzielące obciążenie. Do realizacji połączenia potrafią one wykorzystać dwie drogi, używając ich proporcjonalnie, co do obciążenia trasy, nie powodując przy tym powstawania pętli. Optymalną pozycją dla tego rodzaju mostu są najbardziej obciążone punkty sieci. Przy wykorzystaniu dodatkowego okablowania przepustowość danego łącza wzrasta niemal dwukrotnie. Podział mostów ze względu na zasięg Mosty lokalne - ich zastosowanie ogranicza się tylko do sieci LAN. Mianowicie, używa się ich do łączenia segmentów sieci znajdujących się w jednym budynku lub na niewielkim obszarze. Mosty zdalne - prócz zwykłych lokalnych portów komunikacyjnych zawierają także jeden zezwalający na podłączenie dalekosiężnych analogowych lub cyfrowych linii komunikacyjnych. W ten sposób można połączyć dwie odległe podsieci używając łącza dzierżawionego nie zatracając zalet zwykłej sieci lokalnej. Switch Switch (przełącznik) stosowany jest głównie w sieciach UTP, opartych o topologię gwiazdy. Przełącznik oferuje dokładnie te same funkcje co koncentrator z tą różnicą, iż pozwala podzielić sieć na segmenty. Sprzęt pracuje, podobnie jak most, w drugiej warstwie modelu ISO/OSI, co umożliwia filtrację. Algorytmy sterujące przypominają te z bridge'a. Oczywiście istnieją pewne różnice. Opisywane urządzenie charakteryzuje się zaawansowaną budową, i w wielu przypadkach przewyższa most. Nowsze przełączniki, pracujące w trybie warstwy 3 modelu OSI. Switching, potrafią odczytywać informacje przekazywane przez protokół TCP/IP.. Niektóre dodatkowo posiada rozbudowane funkcje zarządzania oraz monitoringu sieci. Urządzenie jest wyposażone w określoną ilość portów przyłączeniowych. Pakiet otrzymany na określony port przełącznika jest analizowany, odczytana zostaje tablica MAC i skierowany pakiet na odpowiedni port. Powoduje to pewne opóźnienie.
Urządzenia sieci LAN: Wiadomości wstępne 7 Opóźnienie można częściowo wyeliminować przez ustawienie odpowiedniego trybu pracy sprzętu. Tryb fast forward (obecny w większości nowych switchy) implikuje przesłanie ramki do odpowiedniego portu, tuż po odczycie adresu docelowego, bez sprawdzania jej poprawności. W innym przypadku konstruktorzy proponują tryb store and forward tutaj ramka wprowadzana jest do bufora gdzie następuje sprawdzenie jej szeroko pojętej poprawności a dopiero później przesłanie jej do adresata. Oczywiście ta alternatywa nieco spowalnia działanie sieci, lecz prawdopodobieństwo zapchania jej jest o wiele mniejsze. Switche mają możliwość pracy w trybie full-duplex. Przełączniki potrafią poprowadzić tego typu transmisje pomiędzy dowolnymi portami. Nie zaleca się stosować fullduplex'u w połączeniach switch-hub, (szczególnie hub I lub II generacji) ponieważ wywoła to odwrotny efekt. Lecz już w koneksjach pomiędzy przełącznikami i switch - stacja robocza (serwer), przepustowość linii wzrasta niemal dwukrotnie. Literatura [1] Sportack M.; Sieci komputerowe. Księga eksperta ; Helion; Gliwice 1999 [2] Amato V., Lewis W.; Akademia Sieci Cisco. Pierwszy rok nauki. Wydanie II ; Wydawnictwo Mikom; W-wa 2002 [3] Derfler F., Freed L.; "Okablowanie sieciowe w praktyce. Księga eksperta"; Helion; Gliwice 2000 [4] Prof. Jürgen Plate. ; http://www.netzmafia.de/skripten/netze/index.html