Суичове и рутери
Комутация
Превключвателите са устройства на ниво връзка. В съвременните мрежи те са почти напълно заменили мостовете и отчасти рутерите. Превключвателят е кутия с много кабелни слотове, която прилича на хъб. Освен това някои производители произвеждат хъбове и превключватели, които се различават само по маркировки. Но това са напълно различни устройства: хъбът пропуска всеки входящ пакет през всички портове, а комутаторът го насочва само към порта, който осигурява достъп до целевата система (фиг. 3.4).
Тъй като превключвателят изпраща данни само до един порт, той по същество трансформира споделена LAN в специална LAN. В малка мрежа с превключвател вместо хъб всеки пакет се движи от компютъра източник до компютъра местоназначение по специален път, който е домейнът на сблъсък за двата компютъра.
Друго предимство на превключването е, че всяка двойка компютри споделя цялата честотна лента на мрежата. Типичната Ethernet мрежа с хъб и спици може да се състои от 20 или повече компютъра, споделящи 10 Mbps честотна лента. Заменете хъба с превключвател и всяка двойка компютри ще има собствена специална връзка от 10 Mbps. Това може значително да подобри цялостната производителност на мрежата без надграждане на работните станции. Освен това някои комутатори са оборудвани с портове, които работят в пълен дуплексен режим, което означава, че два компютъра могат да предават данни в двете посоки едновременно, като използват отделни двойки проводници в мрежовия кабел. Пълният дуплекс може да увеличи пропускателната способност на мрежата от 10 Mbps до 20 Mbps.
Забележка:Суичовете обикновено са по-скъпи от хъбовете и по-евтини от рутерите. Подобно на хъбовете, превключвателите варират по размер от малки кутии до самостоятелни модели в стелажи.
Инсталиране на превключватели
В по-малките мрежи обикновено може да се използва хъб вместо комутатор. По-често суичовете се използват в големи интернет мрежи вместо мостове или рутери. Ако замените рутерите с комутатори в типична корпоративна мрежа, състояща се от гръбнак и няколко сегмента, ефектът ще бъде невероятен. В мрежа с рутер гръбнакът носи мрежовия трафик, генериран от всички сегменти. Това води до факта, че винаги работи в условия на голям трафик. В комутирана мрежа компютрите са свързани към индивидуални суичове на работна група, които на свой ред са свързани към високоефективен опорен комутатор (Фигура 3.5). В резултат на това всеки компютър в мрежата може да се свърже чрез специален канал с всеки друг компютър, дори ако данните преминават през няколко комутатора.
Има много приложения за комутатори в сложни мрежи; Не е нужно да променяте всички хъбове и рутери на комутатори наведнъж. Например, можете да продължите да използвате обикновени мрежови хъбове, но да ги свържете не към рутер, а към многопортов комутатор. Това ще увеличи ефективността на мрежовия трафик. От друга страна, ако във вашата мрежа се генерира голямо количество трафик в рамките на отделни локални мрежи, а не между тях, можете да замените хъбовете на работни станции с комутатори, без да засягате гръбнака, като по този начин увеличите честотната лента, достъпна за всеки компютър.
Проблемът с големите интернет мрежи, свързан с подмяната на всички рутери с комутатори,е, че в резултат на това вместо няколко малки излъчвани домейна, вие получавате един, но много голям (не е нужно да се притеснявате за сблъсъчни домейни, защото ще има много по-малко сблъсъци). Всяко излъчено съобщение, генерирано от един компютър, се предава от комутаторите към всички други компютри в мрежата, като по този начин се увеличава броят на допълнителните пакети, обработвани от всяка система. Има няколко технологии за решаване на този проблем.
• Виртуалните локални мрежи (VLAN) позволяват комутирана мрежа да има подмрежи, които съществуват само вътре в комутаторите. Адресите на системите, включени в тази подмрежа, се задават от мрежовия администратор; физическата мрежа остава включена. Подмрежовите системи могат да бъдат навсякъде, защото подмрежата е виртуална и независима от физическото местоположение на компютрите. Когато компютър в подмрежа изпрати съобщение за излъчване, то се излъчва само към компютрите в тази подмрежа. Комуникацията между подмрежи може да се осъществява с помощта на рутер или комутатор, но в рамките на VLAN трафикът може само да се комутира.
• Превключващ слой 3 е опция за VLAN, която минимизира количеството маршрутизиране между виртуални мрежи. Когато системите в различни VLAN трябва да комуникират, рутерът установява връзката между системите и след това комутаторите поемат контрола. Маршрутизирането се извършва само когато наистина е необходимо.
Типове превключватели
Буферираният комутатор изчаква получаването на пакет, преди да го изпрати до местоназначението му. Има комутатори със споделена памет (комутатор за споделена памет), т.е. с общ буфер за съхраняване на данни на всички портове и комутатори с шина (комутатор за архитектура на шина) -с отделни буфери за всеки порт, свързан с шина. Докато пакетът е буфериран, комутаторът се възползва от тази възможност, за да провери данните, като изчисли своя CRC код. В допълнение, превключвателят следи за други специфични за протокола на слоя на връзката проблеми, които водят до дефектни рамки, жаргонно наричани runts, giants и jabbers. Тази проверка естествено увеличава латентността, а допълнителните функции увеличават цената на превключвателите за съхранение и напред в сравнение с тези от край до край.
Маршрутизиране
Рутерът е устройство, което свързва две мрежи заедно, за да образуват мрежа. За разлика от мостовете и комутаторите, рутерите работят на мрежовия слой на OSI референтния модел. Това означава, че един рутер може да свързва локални мрежи, които работят на различни протоколи на ниво връзка (като Ethernet и Token Ring), стига всички да използват един и същ протокол на мрежовия слой. Най-популярен днес е наборът от протоколи TCP / IP, на чийто мрежов слой работи IP протоколът. Така по-голямата част от информацията, която ще научите за рутерите, ще бъде свързана с IP протокола.
Когато компютър в една локална мрежа трябва да изпрати данни към компютър в друга локална мрежа, той изпраща пакети към рутер в своята локална мрежа, а рутерът ги препраща към целевата мрежа. Ако целевата система е в отдалечена мрежа, рутерът трябва да препрати пакетите към друг рутер. В големи интернет мрежи като Интернет пакетите трябва да преминат през много рутери по пътя си към целевия компютър.
Тъй като рутерите работят в мрежатаслой, те не са обвързани от ограниченията на протоколите на слоя за връзка. Пакет, пристигащ в рутер, се придвижва нагоре по стека на протокола към мрежовия слой и рамката на слоя на връзката се съкращава по пътя. Рутерът определя къде да изпрати пакета и предава данните надолу по стека към друг мрежов интерфейс, който ги капсулира в нов кадър, за да ги изпрати. Ако два протокола на ниво връзка поддържат различни размери на пакети, може да се наложи рутерът да фрагментира данните на мрежовия слой и да създаде множество рамки от тях.
Маршрутизиране на пакети
Ако един пакет трябва да премине през множество мрежи по пътя си към своята дестинация (Фигура 3.7), всеки рутер, който го обработва, се нарича hop. Маршрутизаторите често оценяват ефективността на даден маршрут чрез броя на преходите от изходната система до целевата система. Една от основните функции на рутера е да избере най-добрия маршрут въз основа на информацията в таблицата за маршрутизиране.
Таблици за маршрутизиране
Таблицата за маршрутизиране е сърцето на рутера. Без него рутерът няма да знае къде да препраща получените пакети. Въпросът е откъде идва? За разлика от мостовете и комутаторите, рутерите не могат да създават таблици за маршрутизиране въз основа на информация от пакетите, които обработват. Това е така, защото са необходими подробности за попълване на таблицата за маршрутизиране, които не са в пакетите, а също и защото таблицата е необходима на рутера за обработка на първите пакети, които получава. Рутерът, за разлика от моста, не препраща пакети към всички възможни дестинации.
При динамичното маршрутизиране рутерите използват специализирани протоколи за маршрутизиране, за да обменят информация един за друг имрежи, към които са свързани. Когато всички рутери в Интернет обменят таблици помежду си, всеки от тях ще има информация не само за своята, но и за по-отдалечени мрежи.
Има много протоколи за маршрутизиране, особено в Интернет, където маршрутизирането е един от най-сложните и жизненоважни компоненти на инфраструктурата. Динамичното маршрутизиране не изисква пряко участие на системните администратори, с изключение на инсталирането и стартирането на протоколи за маршрутизиране, и също така гарантира, че съдържанието на таблиците се актуализира автоматично, когато мрежата се промени. Да кажем, че един от рутерите не работи. След известно време всички рутери, които са се свързвали с него, ще премахнат неуспешния рутер от своите таблици, ще предадат информация за него на други рутери и скоро цялата мрежа ще спре да се опитва да използва неуспешния маршрут. Когато даден рутер се върне онлайн, други рутери ще го включат отново в своите таблици.
Освен това работата на рутера е да избере най-добрия маршрут за всеки пакет, за да достигне местоназначението си. В сравнително малки интернет мрежи (Фигура 3.6) има само един възможен маршрут до определена система. Въпреки това, в по-сложни мрежи, администраторите често инсталират множество рутери, така че ако един от тях се повреди, пакетите да стигнат до местоназначението по друг маршрут. Таблицата за маршрутизиране включва всички възможни маршрути към дадена система, като всеки от тях се характеризира със стойността на метриката (метрика), която определя относителната ефективност на този маршрут. Значението на показателя зависи от протокола за маршрутизиране, който го генерира. Понякога това е само броят хопове между рутера и целевата система. В други случаи показателят е по-труден за изчисляване.