6.1.2 Мережеві пристрої

Для підвищення продуктивності і зниження собівартості КМ були розроблені спеціальні пристрої. Мультиплексори - це пристрої, які дозволяють об'єднувати кілька потоків даних і передавати їх через один фізичний канал. Згодом, на протилежному кінці каналу, дані об'єднаного потоку роз'єднують, і відновлюють кожен з вихідних потоків. Використовуються мультиплексори двох основних типів: з частотним розділенням (Frequency Division Multiplexer, FDM) і тимчасовим поділом (Time-Division Multiplexer, TDM). Перевага FDM-мультиплексора полягає в тому, що він може застосовуватися в багато точкових каналах. TDM-мультиплексор використовується у випадку, коли всі канали є сполуками типу «точка-точка». TDM-мультиплексори дозволяють працювати з більшою кількістю каналів, ніж FDM-мультиплексори, і передавати дані з більш високими швидкостями і меншою собівартістю.

TDM-мультиплексори можуть бути двох типів: класичні («прості») і статистичні («інтелектуальні»). Класичні TDM - мультиплексори краще використовувати в тому випадку, коли тривалість робочих циклів (час, що витрачається на заповнення тимчасових слотів даними) мультиплексорних каналів відносно велика. Велика тривалість робочого циклу означає, що значну частину часу по каналу дійсно передаються дані. Після завершення передачі, тобто коли канал стає неактивним, класичні TDM-мультиплексори посилають холості біти, що при малій тривалості робочих циклів призводить до непродуктивного використання пропускної здатності каналу.

Статистичні TDM-мультиплексори дають хороші результати навіть при малій тривалості робочих циклів, характерної для більшості мультиплексорних каналів. Ці пристрої відправляють тільки корисні (не холості) біти даних.

Пристрої спільного доступу до модему. При використанні пристроїв спільного доступу до модему (Modem Sharing Devices, MSD) за допомогою одного модему можна підключити до каналу декілька терміналів. MSD-пристрої не виконують мультиплексування - вони просто надають ресурси для спільного використання послідовного інтерфейсу модемів кількома терміналами.

Пристрої спільного доступу до модему забезпечують передачу даних за допомогою виконання опитування терміналів і широкомовного розсилання. Ділянка КМ, де до одного модему через MSD-пристрій під'єднані три термінали, показана на рис. 6.2. Пристрої спільного доступу до модему називають також пристроями керування і кластерними контролерами.

Рис. 6.2. Зв'язок за допомогою пристрою спільного доступу до модему.

Аналогові мости. Пристрої, які дозволяють спільно використовувати декілька аналогових каналів як один канал, називають аналоговими мостами. Дані пристрої не є мультиплексорами. Встановивши аналоговий міст, для роботи з каналами, з'єднаними із кількома пунктами призначення, можна використовувати один модем. Телефонні компанії та користувачі з допомогою аналогових мостів можуть із сегментів типу «точка-точка» створювати багатоточкові аналогові канали.

Замінник модемів (нуль-модем) використовується для безпосереднього з'єднання двох DTE.

Мости. У залежності від географічного розташування ЛКМ для їх з'єднання може використовуватися або пара віддалених /глобальних мостів, або один локальний міст. Якщо ЛКМ знаходяться на невеликій відстані один від одного, для їх з'єднання слід застосовувати локальний міст. Такий мережевий пристрій складається з МП, блоку пам'яті і двох мережних адаптерів, кожен з яких з'єднаний зі своєю КМ. Міст виконує свої функції на канальному рівні (згідно моделі OSI), перевіряючи МАС-адресу кожного кадру, що надходить з ЛКМ, з якою з'єднаний один з його адаптерів. Це дозволяє мосту створювати і періодично оновлювати таблицю відомих йому адрес. Порівнюючи зчитаний з кожного кадру адресу пункту призначення з таблицею відомих йому адрес, міст або передає кадр в іншу КМ, або залишає його в тій же КМ, звідки той поступив. Наприклад, якщо адреса КМ одержувача кадру збігається з адресою КМ відправника (тобто даними обмінюються два хоста однієї ЛКМ), міст не передає цей кадр в іншу КМ.

Крім передачі кадрів міст також виконує їх фільтрацію і широкомовну розсилку. За допомогою таблиці МАС-адрес мосту встановлюється відповідна адреса хосту певного порту мосту, і якщо адреса пункту призначення кадру відповідає порту, з якого кадр надійшов, міст не ретранслює кадр. Така операція, яка називається фільтрацією кадрів, перешкоджає їх проходженню через міст, а отже, збільшенню трафіку. Якщо зазначеного в кадрі адреси пункту призначення ще немає в таблиці адрес, міст передає цей кадр на всі свої порти, за винятком порту, на який кадр надійшов. Цей процес називається лавинною маршрутизацією або лавинною розсилкою.

Технологія роботи з кадрами, адреси яких мосту невідомі, поширена досить широко, але слід пам'ятати, що при її використанні знижується продуктивність КМ, з'єднаних з іншими портами мосту. Великий обсяг лавинної розсилки може серйозно знизити пропускну здатність мереж, поєднаних з іншими портами мосту; це є однією з причин того, що перевага віддається маршрутизації. Слід також зазначити, що лавинна розсилка виникає не тільки при поширенні кадрів, адреси яких невідомі мосту. Багато серверів ЛКМ оголошують про наявні служби, для чого вони через кожні 30-60 с розсилають кадри, в яких вказані адреси і типи цих служб. Якщо лавинні розсилки обмежені рамками однієї КМ, підвищення трафіку залишається майже непомітним. Коли ж лавинні розсилки через міст поширюються з однієї ЛКМ в іншу, продуктивність цих КМ помітно знижується.

Глобальні мости в основному працюють за тим же принципом, що і локальні, проте вони призначені для з'єднання географічно віддалених ЛКМ через глобальну мережу (WAN). Для виконання цього завдання глобальні мости перетворюють кадри, що вимагають пересилання, в кадри протоколу, який використовується для передачі даних по глобальній мережі, скажімо, в кадри протоколів SDLC і HDLC. Міст, який знаходиться на іншому кінці WAN, виконує зворотну операцію - конвертує WAN - кадри в кадри протоколу ЛКМ.

Комутатори ЛКМ. Ці мережеві пристрої можна порівняти з багатопортовими мостами, які виконують покадрову маршрутизацію даних. Перші комутатори ЛКМ працювали на канальному рівні і, подібно мостам, виконували маршрутізацію кадрів на основі їх МАС-адрес. У міру розвитку технологій та можлиностей великих інтегральних схем стала забезпечуватися можливість маршрутизації кадрів, грунтуючись на їх мережевих адресах і навіть на номерах портів, зчитувальних з відповідних полів TCP-або UDP-заголовка кадру другого рівня (канального). Деякі комутатори, які працюють на транспортному рівні і перевіряючі номери TCP - і UDP-портів, фактично дозволяють виконувати балансування навантаження в мережах організацій, які підтримують популярниі web-сервери. Такі комутатори часто згадуються як балансувальники навантаження. На рис. 6.3 показано, як балансувальник навантаження застосовується для направлення трафіка на один з трьох web-серверів.

Рис. 6.3. Балансувальники навантаження для направлення трафіка на один з трьох WEB - серверів

Маршрутизатори. На відміну від мостів, які діють на канальному рівні, маршрутизатори працюють на мережевому рівні. Отже, якщо перші покоління мостів для ЛКМ здійснювали маршрутизацію, керуючись МАС-адресами, то маршрутизатори приймають рішення про подальше просування пакетів, грунтуючись на мережевих адресах пакетів. Зазвичай інсталяція маршрутизатора вимагає більше часу і зусиль, ніж інсталяція мосту, однак ця праця не буде марною, оскільки при використанні маршрутизатора значно збільшується продуктивність КМ і зростають її функціональні можливості. Наприклад, можна запрограмувати маршрутизатор так, щоб він спрямовував трафік по різних маршрутах залежно від доступності каналу, його завантаженості або інших параметрів.

Маршрутизатори мають ще одну перевагу: з їхньою допомогою область росповсюдження широкомовних повідомлень можна обмежити областю домена. Це означає, що широкомовлення кадрів на другому рівні може бути обмежене рамками однієї ЛКМ, що вигідно відрізняє маршрутизатори від мостів, при використанні яких широкомовлення здійснюється в інші ЛКМ. Крім того, оскільки маршрутизатори застосовують адреси третього рівня, де вони справляють лавинну розсилку, тому що кадри з невідомим адресою пункту призначення просто не обробляються.

Шлюзом називається конвертер протоколів спеціального типу, який здатний працювати на всіх рівнях еталонної моделі OSI. Основною функцією шлюзу ЛКМ є перетворення даних програми, що передаються на канальному рівні, у формат, в якому вони можуть бути передані мейнфрейму. Це перетворення виконується в два етапи. Спочатку з даних програми, згенерованих РС ЛКМ, формується потік даних програми, призначений для передачі мейнфреймів. Потім цей потік даних перетворюється в потік даних транспортного протоколу, використовуваного мейнфрейму. Фактично передача шлюзом даних мейнфреймові виконується по послідовному каналу передачі, за допомогою якого шлюз з'єднаний з ЛКМ (через мережевий адаптер). Отже, шлюз виконує цілу серію перетворень даних на всіх рівнях - від фізичного до прикладного.