Мосты появились на рынке в начале 80-х годов. Как и обычные мосты, соединяющие два берега реки, сетевые мосты соединяли одну группу сетевых устройств с другой. Сначала мосты объединяли только однородные сети и позволяли только им вести обмен данными, но затем было разработано и стандартизовано объединение с помощью мостов и для разнородных сетей.
Сейчас имеется еще несколько видов мостового соединения. ТВ-мосты в основном используются в сетях Ethernet, SRB-мосты встречаются, как правило, в сетях Token Ring, а трансляционное мостовое соединение (Translational bridging, TLB) обеспечивает объединение между разнородными сетями, например, между сетями Ethernet и Token Ring.
Мосты соединяют два или более сетевых сегмента, увеличивая диаметр сети так же, как это делают повторители, но они еще и помогают регулировать потоки данных. Они принимают и передают данные так же, как это делают и другие сетевые узлы, но они работают не так, как обычные сетевые узлы. Сами по себе мосты не генерируют потоки своих собственных данных, они только «эхом» повторяют то, что «слышат» от других узлов. Таким образом, одной из задач моста является сокращение избыточных потоков информации в тех сегментах, которые они соединяют. Это осуществляется за счет проверки адреса назначения каждого фрейма, прежде чем будет принято дальнейшее решение. Если, например, адрес назначения указывает на станцию А или станцию В (см. рис. 11.29), то нет необходимости отправлять этот фрейм в тот сегмент, где эти станции отсутствуют. В этом случае мост ничего не делает. Мы можем сказать, что мост фильтрует или отбрасывает фреймы. Если адресом назначения является станция С или D или широковещательный адрес, тогда мост передаст или перенаправит фрейм в тот сегмент, где находятся станции С или D. Перенаправляя пакеты, мост позволяет обмениваться данными устройствам, расположенным в разных сегментах. Кроме того, за счет фильтрации фреймов, мост позволяет одновременно проводить обмен данными между станциями А и В и между станциями С и D.
Рис. 11.29. Мостовое соединение
Коммутаторы являются современными конкурентами мостам. Функционально коммутаторы и мосты эквиваленты, но коммутаторы предлагают выделенный сегмент для каждого узла в сети. Как и мосты, коммутаторы представляют собой устройства, работающие на канальном уровне, которые позволяют объединять несколько сетевых сегментов в единую сеть большего масштаба. Сетевая коммутация обеспечивает выделенное и свободное от конфликтов доступа соединение между сетевыми устройствами и поддерживает множественные одновременные соединения. Сетевые коммутаторы разработаны для того, чтобы коммутировать фреймы данных с большой скоростью.
Рис. 11.30. 24-портовый гигабитный коммутатор
Разделяя большие сети на самостоятельные части (сегменты), мосты и коммутаторы обеспечивают ряд преимуществ:
— Поскольку не вся информация, а только ее определенная часть перенаправляется из одного сегмента в другой, мост или коммутатор уменьшают количество избыточной информации, циркулирующей в сети, что повышает эффективность сети.
— Мост или коммутатор будут работать в качестве сетевого экрана (firewall) от некоторых потенциально опасных для сети ошибок и облегчают обмен данными между большим, чем это возможно в одном сегменте, количеством сетевых устройств.
— Мосты и коммутаторы увеличивают эффективную протяженность локальной сети, позволяя подключать станции, расположенные дальше, чем это было возможно без них.
Хотя мосты и коммутаторы сходны по своим основным характеристикам, между ними имеется несколько технологических различий. Мосты обычно используются для сегментирования локальной сети на пару меньших сегментов. У мостов, как правило, имеется только несколько портов для соединения с локальной сетью, а у коммутаторов таких портов много.
Коммутаторы тоже используются для объединения разнородных локальных сетей. Например, сети Ethernet и Fast Ethernet можно объединить с помощью коммутатора. Некоторые коммутаторы поддерживают коммутацию «на лету» (cut through switching), что сокращает задержки при передаче, тогда как мосты поддерживают только коммутацию с буферизацией (store-and-forward switching). И, наконец, коммутаторы сокращают количество конфликтов доступа в сети, поскольку обеспечивают выделенную полосу пропускания для каждого сетевого сегмента.
Современная реализация сетей Ethernet зачастую ничем не напоминает свой исторический прототип, приведенный в наброске Боба Меткалфа. Если раньше в рамках шинной топологии множество станций подключались к длинному коаксиальному кабелю, то в современных сетях Ethernet в рамках радиальной (звездообразной) топологии используется витая пара или оптоволоконный кабель. Прежде сети Ethernet передавали данные со скоростью 10 Мбит/с, тогда как современные сети Ethernet имеют скорость 100, 1000 или даже 10000 Мбит/с.
Коммутация в сетях Ethernet открыла дорогу дуплексной связи. Термин «дуплексная связь» обозначает возможность одновременно принимать и отсылать данные. Первоначально сети Ethernet были полудуплексными, то есть станция в определенный период времени могла только принимать или только передавать данные. В полностью коммутируемых сетях узлы напрямую обмениваются информацией только с коммутаторами и никогда между собой, то есть обмен информацией между ними всегда идет через коммутатор. Также коммутируемые сети используют витую пару или оптоволоконный кабель, в которых для приема и для передачи данных применяется отдельный проводник. В этом случае станции уже не тратят время на разрешение конфликтов доступа к среде и могут передавать данные, когда потребуется, так как они имеют монопольный доступ к среде. Это позволяет станциям передавать данные на коммутатор, когда он сам передает им данные без конфликтов доступа к среде.
Маршрутизаторы для логической сегментации сети
Мосты и коммутаторы могут снизить загрузку сети, позволяя вести одновременную передачу данных в разных сегментах, но и у них есть свои ограничения при сегментировании сети.
Одна из важных особенностей мостов заключается в том, что они пересылают широковещательные данные во все сегменты, с которыми они соединены. Это необходимо, так как эти данные предназначены для всех узлов сети, но также это может привести к серьезным проблемам, когда сети, соединенные мостом, разрастаются. При большом количестве станций, которые ведут широковещательную передачу, перегрузка в сети может стать такой же значительной, как если бы все станции находились в одном сегменте.
Маршрутизаторы представляют собой уже «интеллектуальные» сетевые устройства, которые делят сеть на две логически разделенные сети. Хотя при широковещательной передаче данные легко проходят через мосты, так как они посланы для каждого узла сети, через маршрутизаторы они не проходят, потому что маршрутизатор формирует логическую границу сети.
Маршрутизаторы работают на базе протоколов, которые не зависят от специфических сетевых технологий, таких, как Ethernet или Token ring. Это позволяет маршрутизаторам соединять сети с различными сетевыми технологиями, локального или глобального уровня, и привело к широкому распространению этих сетевых устройств, которые используются для объединения сетей в глобальную сеть Интернет.
Сетевые порты
Сетевой порт представляет собой интерфейс обмена с компьютерной программой по сети. Сетевые порты обычно нумеруются, и сетевые протоколы, такие, как TCP или UDР связывают номер порта с передаваемыми данными. При получении этих данных номер связанного с ними порта позволяет определить, для какой компьютерной программы они предназначены. Комбинацию порта и сетевого адреса (IP-адреса) часто называют сокетом (socket).
Всего в сетевом устройстве используется 65,536 портов, так как для адресации номеров портов применяется 16 бит (216).
Не все порты сетевого устройства относятся к известным, но существует общее деление портов на три группы:
— «Известные» порты (Well-Known Ports) имеют номера от 0 до 1023
— «Зарегистрированные» порты (Registered Ports) имеют номера от 1024 до 49151
— «Динамические» и/или «частные» порты имеют номера от 49152 до 65535
Например, некоторые из «известных портов» имеют следующие номера:
— 20 — FTP: протокол передачи файлов (данные)
— 21 — FTP: протокол передачи файлов (служебная информация)
— 22 — SSH: протокол удалённого управления, передачи файлов (scp, sftp) и тунеллинга
— 23 — Telnet: протокол для удалённого доступа без шифрования
