Концентраторы, коммутаторы и все-все-все

Как настроить локальную сеть? Краткий курс в терминологию

Свитчи, хабы, коммутаторы, витая пара разных категорий - неопытному пользователю немудрено и запутаться во всей этой терминологии. Там чем же свитч отличается от хаба, что такое пара, почему она витая и каких категория она бывает? Сейчас со всем этим разберемся. Начнем с аппаратных средств.

Концентраторы, коммутаторы и все-все-все.

Сетевая карта (LAN, Ethernet-карта) - плата расширения, чаще всего вставляется в PCI слот компьютера. Старые карты выпускались еще для ISA-слотов, а новые для слотов PCI-Express. С помощью данного устройства компьютер подключается к локальной сети. Их выпускают огромное количество производителей, самые известные 3COM, Intel, D-Link. Правда, в настоящее время отдельные (дискретные) сетевые карты используются все реже, потому что производители материнских плат встраивают сетевые карты в свою продукцию, редкая новая модель "мамы" сейчас обходится без встроенной сетевой карты. Что, впрочем, правильно, слоты лишними никогда не бывают, а иметь встроенную карту очень удобно. Каждая сетевая карта, независимо от того, встроенная она или отдельная, имеет свой собственный уникальный номер - адрес, состоящий из 6 бит (например, 2B:31:00:00:FD:1A), который называется Ethernet-адрес или MAC-адрес. По-русски будет читаться как "мак-адрес". С помощью этого адреса можно идентифицировать компьютер. Скажем, провайдеры выделенного и ADSL Интернета вводят привязку к "мак-адресу" сетевой карты компьютера, чтобы исключить возможность нелегального подключения без вашего ведома. Если кто-то захочет подключиться, то на другой сетевой карте будет другой адрес и, соответственно, ничего работать не будет. Наверняка у вас возник вопрос, а что означает слово Ethernet? Это тип сети, спецификация, стандарты, протоколы, в общем, все, что имеет отношение к наиболее распространенной сетевой технологии. В своем базовом варианте Ethernet-сеть обеспечивает пропускную способность 10 МБит/с, то есть в идеальном случае по каналу с такой пропускной способностью будет передаваться 10 МБит информации в секунду. Существуют более скоростные модификации данной технологии. Fast Ethernet - обеспечивает уже до 100 Мбит/с. Gigabit Ethernet - из названия в принципе понятно, пропускная способность до 1 ГБит/с. Наряду с этими стандартами существуют еще несколько гораздо меньше распространенных технологий: устаревшая ARCnet, стремительно теряющая свои позиции Token Ring, довольно экзотическая IOLAnet и другие. Но, еще раз скажу, подавляющее большинство сетей используют именно Ethernet и мы будем рассматривать только ее. Для того чтобы соединить в сеть два компьютера кроме двух сетевых карт и правильного кабеля (что значит правильный кабель - читайте дальше) ничего больше не надо. А что же делать, если компьютеров 5, а если 25? Для этого случая используются специальные согласующие устройства, которые мы рассмотрим поподробнее.

Повторитель (repeater) - простое устройство, которое выполняет простые функции. Просто пересылает ту же информацию из одного сегмента сети в другие, подключенные к нему. Зачем это нужно? У всякого кабеля есть ограничение на его максимальную длину, превысив которую можно добиться только плохой, неустойчивой связи. Затухание сигнала в самом кабеле, внешние наводки, все это мешает передаче информации. Например, для коаксиального кабеля расстояние между устройствами не может быть больше 500 метров. А что делать, если два сетевых устройства разделяют, скажем, 1500 метров? Берут 3 куска кабеля по 500 метров и между ними ставят два повторителя. Получается 3 сегмента сети, соединенных повторителями. Конечно, сотню повторителей тоже нельзя использовать, предел длины кабеля все-таки имеется, на практике устанавливают не больше пяти. В таком случае при использовании пяти повторителей максимальная протяженность сети составляет 2500 метров. Но и это ограничение можно преодолеть, для этого требуются другие устройства, которые называются мостами.

Мост (bridge, переключатель, свитч, switch). Мосты имеют много отличий от повторителей. Повторители передают все пакеты, а мосты только те, которые нужно. Они работают с содержимым сетевых пакетов - читают поле физического адреса назначения (MAC) пакета, пришедшего на один из портов, и в зависимости от его значения и таблицы маршрутизации - информация передается на другой порт. Или не передается, если пакет не нужно передавать в другой сегмент, то он фильтруется. Для мостов существуют многочисленные алгоритмы (правила) передачи и фильтрации пакетов, минимальным требованием является фильтрация пакетов по адресу получателя.

Коммутатор. Эта штука используется для организации сетей большого объема. Подобно мостам и маршрутизаторам способны сегментировать сети Ethernet. Как и многопортовые мосты, коммутаторы передают пакеты между портами на основе адреса получателя, включенного в каждый пакет. Мосту для того, чтобы передать адресату пакет информации требуется получить его от источника целиком, и лишь после этого он будет заниматься передачей пакета в пункт назначения, а коммутаторы могут начать передачу пакета, не приняв его полностью. Коммутаторы отличаются от мостов и в части возможности организации одновременных соединений между любыми парами портов устройства - это значительно расширяет суммарную пропускную способность сети. То есть если имеется 5 пар адресатов и получателей информации, то эти 5 пар будут обслуживаться одновременно. Если коммутатор обеспечивает передачу информации между двумя портами в 10 МБит/с, то в вышеуказанном случае общая пропускная способность сети достигнет 50 МБит/с. Еще один пример - 24 портовый коммутатор Ethernet может обеспечивать пропускную способность до 120 Mbps при одновременной организации 12 соединений (потому что имеется 12 пар портов) с полосой 10 Mbps для каждого из них. Однако, на самом деле скорость пересылки пакетов, меньше чем суммарная полоса пропускания всех пар портов. Высокая пропускная способность обеспечивается лишь при условии организации одновременных соединений между всеми парами портов. В реальной жизни трафик обычно представляет собой ситуацию "один ко многим" (например, множество пользователей сети обращается к ресурсам одного сервера). В таких случаях пропускная способность коммутатора в нашем примере не будет превышать 10 Mbps, и коммутатор не обеспечит существенного преимущества по сравнению с обычным концентратором.

Концентратор (хаб, hub) - довольно простое устройство, которое занимается "разветвлением" сети. Любая информация, пришедшая на один из его портов, усиливается и через небольшой промежуток времени отправляется через все остальные порты другим компьютерам сети. Естественно, все порты двунаправленные, то есть могут как принимать информацию, так ее и отправлять. Хабы бывают разные - простые и сложные. Простые хабы могут иметь количество портов от 2 до 32, соответственно, сколько портов, столько и компьютеров можно объединить с помощью хаба. Если портов всего лишь 2, то концентратор превращается в повторитель и его можно использовать только для удлинения сетей. Есть еще и сложные концентраторы - стековые или модульные, некоторые из них могут производить настройку портов, правда, они используются для организации больших сетей, простому пользователю такие сложные девайсы ни к чему.

Маршрутизатор (роутер) - умное и интеллектуальное устройство. Маршрутизатор сам распознает адрес получателя и перенаправляет информацию только тому, для кого эта информация предназначена. Это его главное отличие от хаба, если хаб распространяет информацию чисто механически по всем компьютерам сети, то здесь данные достанутся только адресату. Само по себе устройство это дорогостоящее, по цене вполне сопоставимое со средним по производительности компьютером. И это не случайно, для домашней сети некое подобие маршрутизатора можно получить, если использовать для этой цели отдельный компьютер. Помимо "чистой маршрутизации" маршрутизаторы обычно занимаются оптимизацией потоков данных и выполняют функции NAT, FireWall.

Что обозначают последние два термина? NAT выполняет две важных функции: позволяет сэкономить IP-адреса, транслировав несколько внутренних IP-адресов в один внешний публичный IP-адрес (или в несколько, но меньше, чем внутренних). Например, когда несколько компьютеров хотят в Интернет, то можно сделать вид, что один компьютер по Интернету ходит под одним IP адресом, а фактически компьютеров будет несколько и у каждого на самом деле свой IP адрес. NAT также позволяет предотвратить или ограничить обращение снаружи к внутренним хостам, оставляя возможность обращения изнутри наружу. А Firewall, он же сетевой экран или брандмауэр, занимается контролем и фильтрацией проходящих через него сетевых пакетов на различных уровнях. Основной задачей сетевого экрана является защита компьютерных сетей или отдельных узлов от несанкционированного доступа. Также сетевые экраны часто называют фильтрами, т.к. их основная задача? не пропускать, то есть фильтровать пакеты, не подходящие под критерии, определенные в конфигурации.