Мережі

5. Фізичні компоненти мережі

Для підтримки оперативної доставки мільйонів повідомлень, якими обмінюються люди по всьому світу, ми покладаємося на мережу Інтернет. Стандартизація різних елементів мережі забезпечує сумісність обладнання і пристроїв, вироблених різними компаніями. Важливо, щоб інженери з ІТ були знайомі з призначенням та функціями різних видів мережного обладнання, що використовується для підтримки персональних і бізнес-операцій.

Модем − це електронний пристрій, що забезпечує підключення до Інтернету через постачальника послуг доступу (провайдера). Модем перетворює цифрові дані в аналогові сигнали і передає їх по телефонній лінії. Оскільки аналогові сигнали змінюються поступово і безперервно, їх можна зобразити у вигляді хвиль. У даній системі цифрові сигнали подані у вигляді двійкових бітів. Для передачі телефонними лініями цифрові сигнали повинні бути перетворені в коливальні. Приймальний модем знову перетворює їх в біти, що дозволяє приймальному комп'ютеру обробляти отримані дані.

Модем на стороні, що приймає, виконує повторне перетворення аналогових сигналів у цифрові дані, які можуть інтерпретуватися комп'ютером. Процес перетворення аналогових сигналів у цифрові дані й назад називається модуляцією/демодуляцією. Точність передачі даних за допомогою модему значно збільшилася з розробкою протоколів виявлення та виправлення помилок, які дозволили знизити або усунути шум і перешкоди на телефонних лініях.

Вбудований модем вставляється у гніздо розширення на системній платі. Зовнішні модеми підключаються до комп'ютера через послідовні порти і USB. Для правильної роботи модему необхідно встановити програмні драйвери і налаштувати порти підключення.

Технологія, що дозволяє комп'ютерам використовувати телефонну мережу загального користування для обміну даними, називається організацією мережі комутованими лініями (Dialup Networking, DUN). Модеми обмінюються даними між собою за допомогою звукових аудіосигналів. Це означає, що модеми можуть дублювати набір телефонного номера. На основі DUN був розроблений протокол PPP. Протокол PPP забезпечує просте підключення між двома комп'ютерами за допомогою телефонної лінії.

Для розширення та підвищення ефективності передачі даних між пристроями в порівнянні з простими одноранговими мережами проектувальники мереж використовують спеціалізовані мережні пристрої, такі як концентратори, мости і комутатори, маршрутизатори і бездротові точки доступу.

Концентратори

Концентратори, зображені на рисунку 1, розширюють охоплення мережі шляхом прийняття даних на порту, їх подальшої перебудови і відправлення на всі інші порти. Концентратор також може виконувати функції повторювача. Тобто розширює зону охоплення мережі, перебудовуючи сигнал, що дозволяє подолати негативні наслідки зниження якості даних у міру віддалення від джерела. Концентратор також можна підключати до іншого мережного пристрою, наприклад, до комутатора або маршрутизатора, який у свою чергу підключений до інших сегментів мережі.

Сьогодні концентратори використовуються рідше, оскільки комутатори є більш ефективними і менш дорогими. Концентратори не виконують сегментацію мережного трафіку, отже, скорочують кількість пропускної здатності, доступної для всіх підключених до них пристроїв. Крім того, оскільки концентратори не можуть фільтрувати дані, великі обсяги непотрібного мережного трафіку постійно переміщаються між усіма підключеними до них пристроями.

Мости і комутатори

Перед передачею по мережі файли розбиваються на невеликі фрагменти даних, які називаються пакетами. Цей процес дозволяє виконувати перевірку на наявність помилок, а також спрощує повторну передачу у випадку втрати або пошкодження пакета. Перед передачею додається додаткова інформація, що вставляється на початок і кінець пакетів. Пакет разом з інформацією про адреси називається кадром.

Локальні мережі часто поділяються на сектори, або сегменти, подібно до того, як компанія має відділи або школа − класи. Межі сегментів можна визначити за допомогою моста. Міст виконує фільтрацію мережного трафіку між сегментами локальної мережі. Мости фіксують всі пристрої в кожному сегменті, до якого підключений міст. Під час отримання кадру міст перевіряє адресу призначення і визначає, чи слід передати кадр в інший сегмент, чи проігнорувати його. Міст також допомагає підвищити ефективність потоку даних, обмежуючи кадр рамками сегмента, до якого він належить.

Комутатори, показані на рисунку, іноді називають багатопортовими мостами. Типовий міст має два порти, підключені до двох сегментів однієї мережі. Комутатор має кілька портів залежно від того, скільки мережних сегментів потрібно підключити. Комутатор є більш складним пристроєм порівнянно з мостом.

У сучасних мережах комутатори замінили собою концентратори, ставши центральною точкою підключень. Як і під час використання концентратора, швидкість комутатора визначає максимальну швидкість мережі. Однак комутатори здійснюють фільтрацію і сегментацію мережного трафіку, відправляючи дані тільки на певний пристрій. Такий підхід забезпечує підвищення пропускної здатності, виділеної для кожного пристрою в мережі.

Комутатори підтримують таблицю комутації. Вона містить список усіх MAC-адрес мережі, а також список портів комутації, які можна використовувати для доступу до пристрою з певного MAC-адреса. Таблиця комутації виконує запис MAC-адрес, перевіряючи MAC-адресу кожного, хто входить до кадру, а також порт, на який надходить кадр. Після цього комутатор створює таблицю комутації, в якій MAC-адреси зіставляються з вихідними портами. Під час отримання кадру, призначеного для певної MAC-адреси, комутатор за допомогою таблиці комутації визначає, який порт слід використовувати для доступу до цієї MAC-адреси. Кадр пересилається з порту за місцем призначення. Відправка кадрів тільки з одного порту безпосередньо в пункт призначення дозволяє уникнути впливу на інші порти.

Укладаючи договір з постачальником послуг доступу до Інтернету, визначте, який тип обладнання доступний, щоб вибрати найбільш відповідний пристрій. Постачальник послуг доступу до Інтернету (ISP) − це компанія, що надає послуги Інтернету окремим користувачам і організаціям. Постачальник послуг доступу до Інтернету, як правило, надає підключення до Інтернету облікових записів електронної пошти та веб-сторінок за щомісячну плату. Окремі постачальники послуг доступу до Інтернету здають обладнання в оренду на щомісячній основі. Такий варіант може бути більш привабливим, ніж купівля обладнання, оскільки постачальники послуг доступу до Інтернету забезпечують підтримку обладнання в разі збою, змін або технологічних оновлень. Обладнання, яке можна використовувати для підключення до постачальника послуг доступу до Інтернету, подано на рисунку.

Бездротові точки доступу

Точки бездротового доступу надають доступ до мережі для бездротових пристроїв, таких як ноутбуки і планшетні ПК. Бездротові точки доступу використовують радіохвилі для зв'язку з бездротовими мережними платами у пристроях та з іншими бездротовими точками доступу. Бездротова точка доступу має обмежену зону охоплення. Однак для забезпечення адекватної зони покриття великомасштабних бездротових мереж потрібно кілька точок доступу. Бездротова точка доступу надає тільки підключення до мережі, в той час як із бездротовим маршрутизатором можна мати додаткові можливості, наприклад призначення IP-адреси.

Маршрутизатори

Маршрутизатори забезпечують взаємне підключення мереж. Комутатори використовують MAC-адреси для пересилання кадрів у рамках однієї мережі. Маршрутизатори використовують IP-адреси для пересилання пакетів до інших мереж. Маршрутизатором може бути комп'ютер зі спеціальним мережним ПЗ або пристрій, зібраний виробником обладнання.

У корпоративній мережі один порт маршрутизатора використовується для підключення до мережі WAN, а решта − використовуються для підключення до корпоративних мереж LAN. Маршрутизатор виконує функції шлюзу або виходу для мережі LAN.

Багатофункціональні пристрої

Багатофункціональні пристрої − це мережні пристрої, що виконують кілька функцій. Зручніше купити і налаштувати один пристрій, який буде відповідати всім потребам, ніж купувати окремий пристрій для кожної функції. Це доцільно для домашніх користувачів. У домашніх мережах маршрутизатор підключає комп'ютери і мережні пристрої до Інтернету. Маршрутизатор виконує функції домашнього шлюзу і комутатора. Бездротовий маршрутизатор виконує функції домашнього шлюзу, бездротової точки доступу і комутатора. Багатофункціональні пристрої можуть також надавати функції модему.