Dispozitive de rețea: tipuri de dispozitive de rețea și funcțiile acestora

Rețelele moderne folosesc o varietate de dispozitive de rețea. Fiecare dispozitiv de rețea îndeplinește funcții specifice. În continuare, mă uit la principalele tipuri de dispozitive și la funcțiile acestora. Articolul conține multe ilustrații (pe fotografii se pot face clic).

Dispozitive de rețea

Dispozitivele conectate la orice segment de rețea se numesc dispozitive de rețea. Ele sunt de obicei împărțite în 2 grupe:

Dispozitivele utilizatorului. Acest grup include computere, imprimante, scanere și alte dispozitive care îndeplinesc funcții solicitate direct de utilizatorul rețelei;
Dispozitive de rețea. Aceste dispozitive permit comunicarea cu alte dispozitive de rețea sau de utilizator final. Ei îndeplinesc funcții specifice în rețea.

Tipurile de dispozitive și funcțiile acestora sunt descrise mai detaliat mai jos.

Tipuri de dispozitive de rețea

Plăci de rețea

Sunt numite și dispozitivele care conectează utilizatorul final la rețea noduri sau stații finale (gazdă). Un exemplu de astfel de dispozitive este un computer personal obișnuit sau statie de lucru(un computer puternic care îndeplinește anumite funcții care necesită o putere mare de calcul. De exemplu, procesarea video, modelarea proceselor fizice etc.). Pentru conectarea în rețea tuturor gazdă echipat placă de interfață de rețea (NIC), numit și adaptor de rețea. De regulă, astfel de dispozitive pot funcționa fără o rețea de calculatoare.

Un adaptor de rețea este o placă de circuit imprimat care se potrivește într-un slot de pe placa de bază a unui computer sau pe un dispozitiv extern. Fiecare adaptor NIC are un cod unic numit adresă MAC. Această adresă este folosită pentru a organiza funcționarea acestor dispozitive în rețea. Dispozitivele de rețea asigură transportul datelor care trebuie transferate între dispozitivele utilizatorului final. Acestea extind și consolidează conexiunile prin cablu, convertesc datele dintr-un format în altul și gestionează transmisia de date. Exemple de dispozitive care îndeplinesc aceste funcții sunt repetitoare, hub-uri, poduri, comutatoare și routere.

Repetoare

Repetoare sunt dispozitive de rețea care funcționează la primul nivel (fizic). Pentru a înțelege cum funcționează un repetor, trebuie să știți că, pe măsură ce datele părăsesc dispozitivul de trimitere și intră în rețea, acestea sunt convertite în impulsuri electrice sau luminoase care sunt apoi transmise prin mediul de transmisie al rețelei. Astfel de impulsuri sunt numite semnale. Când semnalele părăsesc stația de transmisie, ele sunt clare și ușor de identificat. Cu toate acestea, cu cât cablul este mai lung, cu atât semnalul devine mai slab și mai puțin distins pe măsură ce trece prin mediul de transmisie al rețelei. Scopul utilizării unui repetor este de a regenera și resincroniza semnalele de rețea la nivel de biți, permițându-le să fie transmise pe o distanță mai mare pe mediu. Termenul repetitor însemna inițial un port de „intrare” separat al unui dispozitiv și un port de „ieșire” separat. Repetoarele cu mai multe porturi sunt, de asemenea, folosite în zilele noastre. Repetoarele sunt clasificate ca dispozitive de nivel 1 deoarece funcționează doar la nivel de biți și nu se uită la alte informații conținute în pachet.

Huburi

Hub este unul dintre tipurile de dispozitive de rețea care pot fi instalate la nivelul de acces al unei rețele Ethernet. Hub-urile au mai multe porturi pentru a conecta nodurile la rețea. Huburi- Sunt dispozitive simple care nu sunt echipate cu componentele electronice necesare pentru a transmite mesaje între nodurile din rețea. Hub-ul nu poate determina ce nod este destinat unui anumit mesaj. Pur și simplu primește semnale electronice de la un port și redă (sau transmite) același mesaj către toate celelalte porturi.

Hub-urile și repetitoarele au caracteristici similare, motiv pentru care hub-urile sunt adesea numite repetoare multiport. Diferența dintre un repetitor și un hub este doar numărul de cabluri conectate la dispozitiv. În timp ce un repetor are doar două porturi, un hub are de obicei între 4 și 20 sau mai multe porturi.

Hub Cisco Fasthub 108T

Proprietăți hub

Mai jos sunt cele mai importante proprietăți ale dispozitivelor de acest tip:

hub-urile amplifica semnalele;
hub-urile distribuie semnale în întreaga rețea;
concentratoarele nu necesită filtrare;
hub-urile nu necesită definirea rutei și comutarea de pachete;
hub-urile sunt folosite ca puncte de agregare a traficului într-o rețea.

Caracteristici hub

Hub-urile sunt considerate dispozitive de nivel 1 deoarece pur și simplu regenerează semnalul și îl repetă pe toate porturile lor (conexiuni de rețea de ieșire). Adaptorul de rețea gazdă acceptă numai mesaje adresate la adresa MAC corectă. Nodurile ignoră mesajele care nu le sunt adresate. Numai nodul căruia îi este adresat mesajul îl prelucrează și răspunde expeditorului.

Pentru a trimite și a primi mesaje, toate porturile de pe un hub Ethernet sunt conectate la același canal. Un hub se numește dispozitiv cu lățime de bandă partajată deoarece toate nodurile din el operează pe aceeași lățime de bandă a unui singur canal.

Un singur mesaj poate fi trimis la un moment dat printr-un hub Ethernet. Este posibil ca două sau mai multe noduri conectate la același hub să încerce să trimită un mesaj în același timp. În acest caz, are loc o coliziune între semnalele electronice care alcătuiesc mesajul.

Mesajele care se ciocnesc sunt distorsionate. Nodurile nu le vor putea citi. Deoarece hub-ul nu decodifică mesajul, nu detectează că este deranjat și îl repetă pe toate porturile. Zona rețelei în care un nod poate primi un mesaj corupt de o coliziune se numește domeniu de coliziune.

În acest domeniu, un nod care primește un mesaj incorect detectează că a avut loc o coliziune. Fiecare nod de trimitere așteaptă un timp și apoi încearcă să trimită sau să redirecționeze mesajul din nou. Pe măsură ce numărul de noduri conectate la un hub crește, la fel crește și probabilitatea unei coliziuni. Cu cât mai multe ciocniri, cu atât vor fi mai multe repetări. În acest caz, rețeaua este supraîncărcată și viteza de transmisie a traficului din rețea scade. Prin urmare, dimensiunea domeniului de coliziune trebuie să fie limitată.

————————————

Poduri

Pod este un dispozitiv de nivel al doilea conceput pentru a crea două sau mai multe segmente LAN, fiecare dintre acestea fiind un domeniu de coliziune separat. Cu alte cuvinte, podurile sunt concepute pentru a face o utilizare mai eficientă a lățimii de bandă. Scopul punții este de a filtra fluxurile de date într-o rețea LAN pentru a localiza transmisia de date intra-segment și, în același timp, pentru a menține capacitatea de a comunica cu alte
părți (segmente) ale unei rețele LAN pentru a redirecționa fluxurile de date acolo. Fiecare dispozitiv de rețea are o adresă MAC unică asociată cu placa sa NIC. Pod
colectează informații despre partea (portul) pe care se află o anumită adresă MAC și ia o decizie cu privire la transmiterea datelor pe baza listei corespunzătoare de adrese MAC. Bridge-urile filtrează fluxurile de date pe baza numai adreselor MAC ale gazdei. Din acest motiv, pot redirecționa rapid date din orice protocol de nivel de rețea. Decizia de redirecționare nu este afectată de tipul de protocol al stratului de rețea utilizat, astfel încât punțile decid doar dacă redirecționează sau nu un cadru, iar această decizie se bazează doar pe adresa MAC a destinatarului. Mai jos sunt cele mai importante proprietăți ale podurilor.

Proprietăți pod

Podurile sunt dispozitive mai inteligente decât hub-urile. „Mai inteligent” în acest caz înseamnă că pot analiza cadrele primite și le pot redirecționa (sau le arunca) pe baza informațiilor despre adresă.
Podurile colectează și transmit pachete între două sau mai multe segmente LAN.
Podurile măresc numărul de domenii de coliziune (și reduc dimensiunea acestora prin segmentarea rețelei locale), permițând mai multor dispozitive să transmită date simultan fără a provoca coliziuni.
Podurile mențin tabelele de adrese MAC.

Funcții de punte

Funcțiile distinctive ale podului sunt filtrarea cadrelor la al doilea nivel și metoda de procesare a traficului utilizată în acest caz. Pentru a filtra sau a furniza selectiv date, puntea creează un tabel cu toate adresele MAC situate pe un anumit segment de rețea și pe alte rețele cunoscute de acesta și le traduce în numerele de porturi corespunzătoare. Acest proces este descris în detaliu mai jos.

Etapa 1.	Când un dispozitiv redirecționează un cadru de date pentru prima dată, puntea caută adresa MAC a dispozitivului care trimite și o scrie în tabelul de adrese.
Etapa 2.	Pe măsură ce datele circulă prin rețea și ajung la un port bridge, compară adresa MAC de destinație pe care o conține cu adresele MAC găsite în tabelele de adrese.
Etapa 3.	Dacă bridge-ul detectează că adresa MAC a destinatarului aparține aceluiași segment de rețea ca și expeditorul, atunci nu transmite aceste date către alte segmente de rețea. Acest proces se numește filtrare. Folosind această filtrare, punțile pot reduce semnificativ cantitatea de date transferate între segmente, eliminând redirecționarea inutilă a traficului.
Etapa 4.	Dacă puntea determină că adresa MAC a destinatarului se află într-un segment diferit de cel al expeditorului, transmite datele numai către segmentul corespunzător.
Etapa 5.	Dacă adresa MAC a destinatarului este necunoscută de bridge, acesta transmite date către toate porturile, cu excepția celui de la care au fost primite datele. Acest proces se numește inundare. Inundarea cadru este, de asemenea, utilizată în comutatoare.
Etapa 6.	Un bridge își construiește tabelul de adrese (numit adesea tabel bridge sau tabel de comutare) prin învățarea adreselor MAC ale expeditorului în cadre. Dacă adresa MAC a expeditorului blocului de date, cadrul, nu se află în tabelul bridge, atunci aceasta, împreună cu numărul interfeței, este introdusă în tabelul cu adrese. În switch-uri, dacă considerăm (în cea mai simplă aproximare) un switch ca o punte multiport, atunci când dispozitivul detectează că adresa MAC a expeditorului, pe care o cunoaște și, împreună cu numărul portului, este introdusă în tabelul de adrese al dispozitivului, apare pe alt port al comutatorului, își actualizează tabelul de comutație. Comutatorul presupune că dispozitivul de rețea a fost mutat fizic de la un segment de rețea la altul.

Comutatoare

Comutatoarele folosesc aceleași concepte și pași de operare ca și podurile. În cel mai simplu caz, un comutator poate fi numit un pod multiport, dar în unele cazuri o astfel de simplificare este nejustificată.

Un comutator Ethernet este utilizat la nivelul de acces. Ca un hub, un comutator conectează mai multe noduri la o rețea. Spre deosebire de un hub, un comutator este capabil să transmită un mesaj specific nodul. Când un nod trimite un mesaj către un alt nod printr-un comutator, comutatorul primește și decodifică cadrele și citește adresa fizică (MAC) a mesajului.

Tabelul de comutare, numit tabel de adrese MAC, conține o listă de porturi active și adresele MAC ale gazdelor conectate la acestea. Când nodurile fac schimb de mesaje, comutatorul verifică dacă adresa MAC este în tabel. Dacă da, comutatorul stabilește o conexiune temporară, numită legătură, între porturile sursă și destinație. Acest nou canal este un canal desemnat prin care două noduri comunică. Alte noduri conectate la comutator operează pe lățimi de bandă diferite ale canalelor și nu acceptă mesaje care nu le sunt adresate. Pentru fiecare nouă conexiune între noduri, este creat un nou canal. Aceste canale separate permit stabilirea simultană a mai multor conexiuni fără a provoca coliziuni.

Deoarece comutarea se face în hardware, este semnificativ mai rapidă decât aceeași funcție efectuată de o punte care utilizează software (rețineți că o punte este considerată un dispozitiv bazat pe software, un comutator este un dispozitiv cu comutare hardware.). Fiecare port de comutare poate fi considerat ca un microbridge separat. În acest caz, fiecare port de comutare oferă fiecărei stații de lucru întreaga lățime de bandă a mediului de transmisie. Acest proces se numește microsegmentare.

Microsegmentare vă permite să creați segmente private sau dedicate în care există o singură stație de lucru. Fiecare astfel de stație are acces instantaneu la întreaga lățime de bandă și nu trebuie să concureze cu alte stații pentru accesul la mediul de transmisie. În comutatoarele full-duplex, coliziunile nu apar deoarece la fiecare port de comutare este conectat un singur dispozitiv.

Cu toate acestea, ca un bridge, un comutator redirecționează pachetele de difuzare către toate segmentele de rețea. Prin urmare, într-o rețea care utilizează comutatoare, toate segmentele trebuie tratate ca un singur domeniu de difuzare.

Unele comutatoare, în principal aparate de ultimă generație și comutatoare de întreprindere, sunt capabile de operațiuni pe mai multe straturi. De exemplu, dispozitivele din seria Cisco 6500 și 8500 oferă unele funcționalități de nivel 3.

Uneori, un alt dispozitiv de rețea, cum ar fi un hub, este conectat la portul de comutare. Acest lucru crește numărul de noduri care pot fi conectate la rețea. Dacă un hub este conectat la un port de comutare, adresele MAC ale tuturor gazdelor conectate la hub sunt asociate cu un singur port. Se întâmplă ca un nod al unui hub conectat să trimită mesaje către un alt nod al aceluiași dispozitiv. În acest caz, comutatorul primește cadrul și verifică locația nodului de destinație pe tabel. Dacă nodurile sursă și destinație sunt conectate la același port, comutatorul respinge mesajul.

Dacă un hub este conectat la un port de comutare, pot apărea coliziuni. Hub-ul transmite mesajele deteriorate de coliziune către toate porturile. Comutatorul primește mesajul corupt, dar, spre deosebire de hub, nu îl transmite. Ca rezultat, un domeniu de coliziune separat este creat pentru fiecare port de comutare. Asta e bine. Cu cât sunt mai puține noduri într-un domeniu de coliziune, cu atât este mai puțin probabil să apară o coliziune.

Routere

Routere sunt dispozitive de interconectare care transmit pachete între rețele pe baza adreselor de nivel 3. Routerele sunt capabile să aleagă cea mai bună cale în rețea pentru datele transmise. Operând la nivelul 3, routerul poate lua decizii pe baza adreselor de rețea în loc să utilizeze adrese MAC individuale de nivel 2. Routerele sunt, de asemenea, capabile să interconecteze rețele cu diverse tehnologii de nivel al doilea, cum ar fi Ethernet, Token Ring și Fibre Distributed Data Interface (FDDI). De obicei, routerele conectează, de asemenea, rețele care utilizează modul de transfer asincron (ATM) și conexiuni seriale. Datorită capacității lor de a redirecționa pachete pe baza informațiilor de nivel 3, routerele au devenit coloana vertebrală a Internetului global și utilizează protocolul Internet.

Funcții router

Sarcina routerului este să inspecteze pachetele primite (și anume, datele de nivel 3), să selecteze cea mai bună cale pentru ele prin rețea și să le comute la portul de ieșire corespunzător. În rețelele mari, routerele sunt principalele dispozitive care reglementează modul în care datele circulă prin rețea. În principiu, routerele permit oricărui tip de computer să facă schimb de informații.

Cum stabilește un router dacă trebuie să trimită date către o altă rețea? Pachetul conține adresele IP sursă și destinație și datele mesajului redirecționat. Routerul citește partea de rețea a adresei IP de destinație și o folosește pentru a determina care dintre rețelele conectate este cea mai bună pentru a redirecționa mesajul către destinatar.

Dacă porțiunea de rețea a adreselor IP sursă și destinație nu se potrivește, trebuie să utilizați un router pentru a redirecționa mesajul. Dacă o gazdă din rețeaua 1.1.1.0 trebuie să trimită un mesaj către o gazdă din rețeaua 5.5.5.0, acesta este redirecționat către router. Primește mesajul, îl despachetează și citește adresa IP de destinație. Apoi determină unde să redirecționeze mesajul. Routerul reîncapsulează apoi pachetul într-un cadru și îl transmite la destinație.

——————————————

Firewall-uri

Termen firewall folosit fie pentru a se referi la software care rulează pe un router sau server, fie la o componentă hardware individuală a unei rețele.

Un firewall protejează resursele rețelei private de accesul neautorizat al utilizatorilor din alte rețele. Lucrând îndeaproape cu software-ul routerului, firewall-ul examinează fiecare pachet de rețea pentru a determina dacă ar trebui să fie redirecționat către destinație. Utilizarea unui firewall poate fi comparată cu munca unui angajat care
este responsabil să se asigure că numai datele autorizate intră și ies din rețea.

Dispozitive de voce, dispozitive DSL, modemuri prin cablu și dispozitive optice

Cererea recentă pentru integrarea vocii și a datelor și transferul rapid de date de la utilizatorii finali la coloana vertebrală a rețelei a condus la apariția următoarelor noi dispozitive de rețea:

gateway-uri de voce utilizate pentru procesarea traficului vocal integrat și a datelor obișnuite;
Multiplexoarele DSLAM utilizate la sediul furnizorului de servicii pentru a concentra conexiunile modemului DSL de la sute de utilizatori individuali casnici;
Sistem de terminare prin modem de cablu (CMTS), utilizat la operatorul de cablu sau la sediul central pentru a concentra conexiunile de la mulți abonați de cablu;
platforme optice pentru transmiterea și recepția de date prin cablu de fibră optică, oferind conexiuni de mare viteză.

Adaptoare de rețea fără fir

Fiecare utilizator de rețea fără fir necesită o NIC fără fir, numită și adaptor client. Aceste adaptoare sunt disponibile ca plăci sau plăci PCMCIA
Bus standard PCI și oferă conexiuni wireless atât pentru laptopuri compacte, cât și pentru stațiile de lucru desktop. PC-urile portabile sau compacte cu NIC-uri wireless pot circula liber printr-o rețea extinsă, menținând în același timp conectivitatea continuă la rețea. Adaptoare wireless
pentru magistralele PCI (Peripheral Component Interconnect - o magistrală de sistem pe 32 de biți pentru conectarea dispozitivelor periferice) și ISA (Industry-Standard Architecture - o structură care respectă standardul industrial) pentru stațiile de lucru desktop vă permit să adăugați stații finale la o rețea locală LAN ușor, rapid și fără material special
costuri. Acest lucru nu necesită așezarea cablurilor suplimentare. Toate adaptoarele au o antenă: cardurile PCMCIA vin de obicei cu o antenă încorporată, în timp ce plăcile PCI vin cu o antenă externă. Aceste antene asigură zona de recepție necesară transmiterii și recepționării datelor.

Puncte de acces wireless

Punct de acces (AP), numită și stație de bază, este un transceiver LAN fără fir care acționează ca un hub, de ex. punctul central al unei rețele fără fir separate sau funcție de punte - punctul de conectare între rețelele cu fir și fără fir. Utilizarea mai multor puncte de acces permite funcționalitatea de roaming, care oferă utilizatorilor fără fir acces gratuit într-o anumită zonă, menținând în același timp conectivitatea continuă la rețea.

Poduri fără fir

Wireless Bridge oferă conexiuni wireless de mare viteză, cu rază lungă de acțiune, în linia de vedere5 (până la 25 de mile) între rețelele Ethernet.
În rețelele fără fir Cisco, orice punct de acces poate fi utilizat ca repetitor (punct de extensie).

Concluzii

Astăzi este dificil să găsești dispozitive care îndeplinesc o singură funcție. Din ce în ce mai mult, producătorii integrează mai multe funcții într-un singur dispozitiv care au fost efectuate anterior de dispozitive separate dintr-o rețea. Prin urmare, împărțirea în tipuri de dispozitive devine condiționată. Este necesar doar să distingem clar funcțiile acestor dispozitive componente și domeniul lor de aplicare. Un exemplu izbitor de astfel de integrare sunt routerele cu servere DCHP încorporate etc.

P.S. Pe cât posibil, voi încerca să actualizez acest articol cu materiale și fapte noi.