Модули множественного доступа

Модуль множественного доступа (multistation access unit, MAU) выполни функции центрального концентратора в сети с маркерным кольцом. Также встречается термин интеллектуальный модуль множественного доступа (smart multistation accessunit, SMAU), если модуль обладает возможностью находить неисправности в соединениях с рабочими станциями и изолировать неисправные станции от всей сети. Модули MAU используются исключительно в сетях с маркерным кольцом, где они могут выполнять следующие функции:

· соединять рабочие станции в логическое кольцо в рамках физической звездообразной топологии;

· передавать по кольцу маркер и фреймы;

· усиливать информационные сигналы;

· соединяться в последовательные цепочки для расширения маркерного кольца;

· обеспечивать правильное перемещение данных;

· отключать порты, связанные с неисправными узлами.

Аббревиатура MAU используется для двух не имеющих друг к другу отношения сетевых устройств: для описанного в главе 3 модуля подключения к среде передачи данных (media access unit) и для рассматриваемого в данной главе модуля множественного доступа. Если вы помните, модуль подключения к среде передачи – это трансивер, применяемый для соединения с коммуникационной средой (например, с коаксиальным или оптоволоконным кабелем). Модуль множественного доступа – это концентратор, связывающий станции в сети с маркерным кольцом. Для его обозначения иногда используется аббревиатура MSAU.

Все сетевые устройства подключаются к маркерному кольцу через модуль MAU, при этом обычно используется витая пара типа 1, 2 (экранированная) или 3 (неэкранированная) (см. табл. 3.4). Модуль MAU передает фреймы от одного узла к другому, реализуя физическую топологию звезды, однако логически фреймы перемещаются так, будто они находятся в кольце. Модуль MAU выполняет функции центрального концентратора и работает на Физическом и Канальном уровнях OSI.

Простейший модуль MAU соединяет до восьми кабельных сегментов. Новейшие модули имеют 16 портов для подключения узлов. Модуль MAU может выполнять функции пассивного или активного концентратора. Пассивный концентратор(passive hub) лишь передает сигнал от станции к станции. Сигнал частично ослабляется при каждом прохождении через модуль MAU, что уменьшает максимальную пропускную способность сети. Например, сеть с пассивными концентраторами и кабелями типа 3 (UTP) реально может объединять не более 72 узлов.

Активный концентратор (active hub) регенерирует, синхронизирует и усиливает сигналы при каждом их перемещении к следующему узлу. В результате Удаленные узлы получают более мощный сигнал, что более чем в два раза. Увеличивает количество поддерживаемых узлов; при этом активный концентратор работает как повторитель. При использовании активных модулей MAU сеть на основе кабеля типа 3 может иметь до 150 узлов, а сеть на основе кабеля типов 1 или 2 может объединять до 260 узлов. Максимальное количество узлов при использовании кабеля типа 3 меньше, чем при использовании типов 1 и 2. Это объясняется тем, что в кабеле типа 3 значительно выше искажения сигнала, называемые "дрожанием",jitter.) и у любого модуля MAU имеются порт входа – Ring In (RI) и порт выхода RingOut (RO), что отображено на рис. 4.3. Эти порты позволяют последовательно соединять модули MAU между собой (в виде цепочки). Кабели, используемые для связи модулей MALI, называются соединительными (pat|H cable), а кабели, соединяющие узел с модулем MAU, – абонентскими (lobe cable). Соединения между портами RI и RO обеспечивают расширение маркерного кольца, позволяя подключать к сети дополнительные рабочие станции. При использовании нескольких модулей MAU порт RI первого модуля подключается к порту RI второго модуля и так далее до тех пор, пока все модули не будут соединены.

Компания IBM – основной поставщик и идеолог технологии маркерных колец – рассматривает спецификации IEEE 802.5 в качестве стандартов для двух типов сетей. Первый тип – небольшое перемещаемое (movable) маркерное кольцо (на основе гибкого кабеля типа 6, имеющего ограниченную длину), второй тип – большое фиксированное (поп movable) маркерное кольцо (на основе кабеля типов 1 и 2, поддерживающего связь на большие расстояния). В табл. 4.1 перечислены спецификации для модулей MAU, работающих в маркерном кольце, при этом указаны отличия для перемещаемых малых и фиксированных больших сетей.

Таблица 4.1. Спецификации на модули MAU сетей с маркерным кольцом

Спецификация	Диапазон значений
Максимальное количество станций	96 для малой сети 260 для большой сети
Максимальное количество модулей MAU	1 2 для малой сети 33 для большой сети
Минимальная длина соединительного кабеля между модулями MAU	2,5 м
Максимальная длина соединительного кабеля между модулями MAU	STP: 200 м DTP: 45,5 м Оптоволокно: 1 км
Максимальная длина абонентского кабеля (между модулем MAU и подключенной станцией)	STP: 100 м DTP: 45,5 м Оптоволокно: 1 00 м

Усовершенствование технологии модулей MAU позволило создать новые типы устройств, например, блок управления доступом (Controlled Access Unit, CAU), который позволяет несколько соединенных между собой наращиваемых блоков рассматривать как единый модуль MAU сети с маркерным кольцом. Блоки CAU также имеют возможность сбора информации, необходимой для управления производительностью сети.

Концентраторы

Концентратор (hub) представляет собой центральное сетевое устройство, к которому в звездообразной топологии подключаются сетевые узлы (например, рабочие станции и серверы). Несколько входов и выходов концентратора могут быть активными одновременно. Концентраторы выполняют следующие функции:

§ являются центральным устройством, через которое соединяется множество узлов сети;

§ позволяют большое количество компьютеров соединять в одну или несколько локальных сетей;

§ обеспечивают связь различных протоколов (например, преобразование протокола Ethernet в протокол FDDI и обратно);

§ соединяют вместе сегменты сетевой магистрали;

§ обеспечивают соединение между различными типами передающей среды

§ позволяют централизовать сетевое управление и структуру.

Существуют различные типы сетевых концентраторов. Простейшие из них представляют собой единую точку подключения к сети, позволяющую физически реализовать в виде звезды логическую шинную сеть Ethernet или маркерное кольцо. Такие концентраторы называются неуправляемыми и предназначены они для очень маленьких сетей, содержащих до 12 узлов (иногда немного больше). Как следует из названия, неуправляемые концентраторы не поддерживают программ или протоколов, обеспечивающая функции управления сетью или собирающих информацию для этих целей. Такие концентраторы могут быть активными и пассивными, хотя активный концентраторы используются чаще всего. Оба типа концентраторов работают на Физическом уровне модели OSI. Активный концентратор выполняет функции многопортового повторителя, поскольку он регенерирует, синхронизирует и усиливает передаваемые сигналы.

Некоторые концентраторы позволяют работать на двух скоростях (напри мер, со скоростью 10 Мбит/с или 100 Мбит/с). Обычно порты таких концентраторов могут автоматически распознавать скорость, на которой работают подключенные к ним устройства. Кроме того, для повышения эффективности работы сети некоторые подобные концентраторы могут размещав в разные области коллизий порты, работающие с различными скоростями.

Концентраторы, непосредственно подключенные к рабочим станциям, часто называют концентраторами рабочей группы, поскольку они собирают подключенных пользователей в сетевую рабочую группу. Такие концентраторы могут соединяться с другими сетевыми устройствами (например, с коммутаторами или маршрутизаторами).

Некоторые концентраторы (в т. ч. концентраторы рабочей группы) являются наращиваемыми (этажерочного типа), что позволяет располагать их один на другой. В зависимости от конфигурации концентраторы обычно имеют 8, 12или 24 порта. Отличительной особенностью наращиваемых концентраторов является то, что можно непосредственно подключить один к другому до восьми концентраторов, и при этом они рассматриваются как единый повторитель (рис. 4.4). Количество повторителей важно для реализации сети, поскольку для нормального функционирования сети оно должно отвечать требованиям стандартов Ethernet или маркерного кольца. Кроме того, наращиваемые концентраторы являются недорогим решением для расширения сети, для чего достаточно подключить новый концентратор к уже установленному.

Стоечные концентраторы представляют собой модульные устройства, имеющие объединительную заднюю панель, в которую можно вставлять модули различных типов. Некоторые концентраторы поставляются с резервными объединительными панелями и источниками питания, а также имеют вентиляторы для охлаждения. Существуют модели, позволяющие заменять неисправные модули без выключения всей стойки. На объединительной панели концентратора установлены разъемы для подключения модулей, предназначенных для работы с различными типами сегментов (например, с Ethernet, Fast Ethernet, FDDI и ATM). Некоторые модели концентраторов поддерживают модули, выполняющие функции мостов, маршрутизаторов или коммутаторов. Активные стоечные концентраторы могут иметь модуль синхронизации, используемый в сочетании с усилителем сигналов. В практическом задании 4-4 вы будете сравнивать неуправляемые, наращиваемые и стоечные концентраторы.

Концентраторы могут также иметь функции коммутатора, при этом данные ретранслируются только в тот сегмент, в котором располагается целевой узел. Такие концентраторы работают на подуровне MAC (Уровень 2), что позволяет им читать адрес назначения каждого фрейма.

Многие концентраторы обладают некоторым "интеллектом", т. е. имеют программное обеспечение, позволяющее использовать эти устройства для управления сетью. Такое программное обеспечение поставляется вместе с концентратором и обычно может обновляться с целью добавления новых функций по мере изменения требований к сети. Программы могут собирать информацию о производительности сети, которую "видит" концентратор. С помощью этой информации администратор сети может с удаленной станции выключить отдельный порт или весь концентратор. Интеллектуальные (управляемые) концентраторы работают как на Физическом уровне (поскольку он непосредственно управляет передаваемым сигналом), так и на Канальном уровне (т. к. он считывает информацию из фреймов данных).

Интеллектуальные концентраторы поддерживают протокол Канального уровняSimple Network Management Protocol (SNMP), который позволяет сетевым устройствам собирать данные о производительности сети. Подробнее этот протокол рассматривается в главе 6. я

Интеллектуальные, наращиваемые и стоечные концентраторы вместе с концентраторами рабочей группы могут использоваться для реализации общей стратегии унификации местоположения сетевого оборудования и управления сетью в контрольных точках. Такой подход позволит администратору сети определять данные о производительности практически в любой точке сети. При этом в случае необходимости сеть легко модернизировать и повысить ее эффективность. Если, например, в некотором крыле здания нужно установить новый сегмент Ethernet, то для этого достаточно добавить плату в стойку концентратора либо подключить один или несколько наращиваемых концентраторов.

Концентраторы поддерживают следующие технологии локальных сетей:

· Ethernet;

· Fast Ethernet;

· Gigabit Ethernet;

· 10 Gigabit Ethernet;

· FDDI;

· Token Ring;

· Fast Token Ring.

Подобно повторителям, концентраторы могут изолировать сегменты сети, в которых возникли проблемы. У большинства концентраторов имеются светодиодные индикаторы, которые загораются, если сегмент изолирован (блокирован). Обычно также имеется кнопка или тумблер, который следует нажать после устранения неисправности с целью инициализации сегмента и восстановления его рабочего состояния. Перед тем как нажать кнопку сброса, нужно узнать, как она влияет на работу пользователей в исправных сегментах, поскольку в некоторых простых концентраторах инициализируются все сегменты, вне зависимости от того, были они изолированы или нет. В практическом задании 4-5 вы познакомитесь ближе с изолированием сегментов.

Мосты

Мост (bridge) – это сетевое устройство, соединяющее между собой сегменты локальной сети. Мосты позволяют решать следующие задачи:

· расширить локальную сеть в случае, когда достигнут лимит на максимальное количество соединений (например, если сегмент Ethernet имеет 30 узлов);

· расширить локальную сеть и обойти ограничения на длину сегментов (например, если нужно нарастить сегмент Ethernet на тонком кабеле, который уже имеет длину 185 м);

· сегментировать локальную сеть для ликвидации узких мест в сетевом трафике;

· предотвратить неавторизованный доступ к сети.

Мосты весьма распространены в сетях Ethernet II/IEEE 802.3, хотя устройства, выполняющие только функции мостов, быстро были заменены устройствами, обладающими функциями и мостов, и маршрутизаторов. Поскольку Работа мостов незаметна для пользователей, то широко используется термин прозрачный мост. Мосты функционируют в так называемом беспорядочном Режиме (promiscuousmode), что подразумевает просмотр физического целевого адреса каждого фрейма перед его пересылкой. Этим мосты отличаются от повторителей, которые не имеют возможности анализа адресов фреймов.

Мосты работают на подуровне MAC Канального уровня OSI, поскольку они считывают исходный и целевой физические адреса фрейма. Мост перехватывает весь сетевой трафик и анализирует целевой адрес каждого фрейма определяя, следует ли пересылать данный фрейм в следующую сеть. В процессе своей работы мост просматривает МАС-адреса передаваемых через него фреймов и строит таблицу известных целевых адресов. Если мост знает, что фрейм предназначен для узла, который находится в том же сегменте что и отправитель фрейма, он отбрасывает сегмент, поскольку тот не нуждается в дальнейшей пересылке. Если мост знает, что целевой адрес располагается в другом сегменте, он транслирует фрейм только в нужный сегмент. Если мосту не известен целевой сегмент, он передает фрейм во все сегменты, за исключением исходного сегмента, и этот процесс называется лавинной маршрутизацией (адресацией) (flooding). Главным достоинством мостов является то, что они сосредотачивают трафик в конкретных сетевых сегментах. Мост может выполнять фильтрацию и пересылку с довольно высокой скоростью, поскольку он просматривает информацию только на Канальном уровне и игнорирует информацию на более высоких уровнях. 1

Если мост не подключен к источнику бесперебойного питания (ИБП) (имеющему резервные батареи) или не имеет встроенного ИБП, то при пропаже напряжения информация в таблицах адресов будет потеряна.

Мосты "прозрачны" для любого протокола или комбинации протоколов, поскольку от них не зависят. Мосты просматривают только МАС-адреса. Один мост может транслировать в одной и той же сети различные протоколы, такие как TCP/IP, IPX,NetBEUI, AppleTalk и Х.25, безотносительно к тому, какие структуры фреймов передаются через него. На рис. 4.5 изображен мост, работающий с протоколамиNetBEUI, IPX и TCP/IP.

На рис. 4.5 обратите внимание на наличие компьютера Windows NT Serverпротокола NetBEUI. Это не случайно: несмотря на то, что многие организации перешли на системы Windows 2000 Server или Windows Server 2003, по-прежнему используется много систем Windows NT Server и часто применяется, протоколNetBEUI, что играет важную роль во всех типах сетей.

Мосты не конвертируют фреймы из формата одного протокола в формат другого, исключение составляют только транслирующие мосты (см. главу 1). Транслирующие мосты преобразуют фреймы, относящиеся к одному методу доступа и передающей среде, во фреймы другого стандарта (например, из стандарта Ethernet в стандартToken Ring) и наоборот. Такие мосты переформатируют адреса, например, отбрасывая адресную информацию стандарта Token Ring, которая не используется стандартом Ethernet. Далее перечислены базовые элементы, которые транслирующие мосты преобразуют во фреймах Token Ring и Ethernet:

· очередность битов в адресах;

· формат МАС-адреса;

· элементы маршрутной информации;

· функции, имеющиеся во фреймах Token Ring, не имеющие эквивалентов во фреймах Ethernet;

· зондирующие (explorer) пакеты Token Ring, которые не используются в сетях Ethernet.

Мосты выполняют три важных функции – анализ, фильтрация и пересылка. После включения мост анализирует топологию сети и адреса устройств во всех подключенных сетях. Для этого мост просматривает исходный и целевой адреса во всех передаваемых ему фреймах и на основе этой информации строит свою таблицу, содержащую адреса всех узлов сети. Большинство мостов может хранить в таких таблицах значительное количество адресов. Затем таблица адресов используется для принятия решений о пересылки трафика.

Администратор сети может также ввести инструкции для моста, запрещающие лавинообразно передавать фреймы от определенных исходных адресов или же позволяющие отбрасывать некоторые фреймы без ретрансляции. Такая возможность фильтрации позволяет применять мосты для повышения безопасности (например, путем ограничения доступа к серверу, хранящему важную информацию).

Некоторые мосты могут связывать только два сетевых сегмента. Такие мосты используются для каскадирования (каскадного соединения) сегментов. Например, как показано на рис. 4.6, мост А соединяет локальные сети 1 и 2 а мост Б соединяет сети 2 и 3. Фрейм из сети 1 передается в сеть 3 через оба моста – А и Б. В

Существуют также многопортовые мосты, которые могут соединять несколько сетевых сегментов. Некоторые производители предлагают такие мосты, имеющие до 52 портов или интерфейсов. Если бы в предыдущем примере мост А был многопортовым, то имел бы три порта для связи сетей 1, 2 и 3. фрейм из любой сети проходил бы только через один мост и достигал бы целевого узла; таблица адресов моста содержала бы адреса всех узлов каждой сети.

Мосты могут заметно повысить производительность сети, поскольку они сегментируют сетевой трафик, изолируя его внутри сегмента от активности других сегментов. Этим мосты принципиально отличаются от повторителей и концентраторов, которые передают все фреймы во все подключенные сегменты. Другим достоинством мостов является то, что они могут использоваться как брандмауэры (сетевые экраны), запрещая посторонним доступ к сети.Брандмауэрами (firewall) называются программные или аппаратные средства, запрещающие доступ к данным из-за пределов сети, а также препятствующие пересылке информации из сети во внешние узлы.

Существуют два типа мостов: локальные и удаленные. Локальный мост (local bridge) используется для непосредственного соединения двух близко расположенных локальных сетей (например, двух сетей Ethernet). Он также применяется для сегментации сетевого трафика с целью ликвидации узких мест. Локальный мост может связать два подразделения одной компании, позволяя всем пользователям обращаться к некоторым файлам и электронной почте. Пусть в одном (головном) подразделении сетевой трафик большой, что обусловлено большим количеством отчетов, генерируемых сервером базы данных в клиент-серверной прикладной программе. После того как мост проанализирует трафик, связанный с обращениями к этому серверу, он начнет фильтровать фреймы и не будет ретранслировать их в сеть другого подразделения, где внутренний трафик невелик.

В университетском кампусе мэйнфреймы, графические рабочие станции, бездисковые станции и персональные компьютеры, обращающиеся к файловым серверам, могут использовать одну и ту же сеть. Производительность в такой сети с большим трафиком может оказаться невысокой, если не разделить сеть на отдельные сегменты, ориентируясь на логику обращений к Устройствам и приложениям. С помощью мостов можно изолировать участки сети с высоким трафиком от других, менее нагруженных сегментов сети.

Беспроводные мосты представляют собой точки доступа, которые являются Подклассом локальных мостов и взаимодействуют с компьютерами, снабженными беспроводными сетевыми адаптерами. Беспроводной мост (например, мост 802.11b) может выбирать скорость обмена с каждым беспроводным адаптером и поэтому в зависимости от условий передачи он может одному адаптеру передавать данные со скоростью 11 Мбит/с, а другому – со скоростью 2 Мбит/с.

Беспроводной мост, совместимый со стандартом 802.На и работающий на скорости 54 Мбит/с, может обслуживать до 64 клиентов, а 802.11b-совместимый мост может работать на скорости до 11 Мбит/с и обслужить до 256 клиентов. Беспроводные мосты могут соединяться каскадно с другими внутренними или наружными мостами.

Внутренний мост располагается в том же самом здании, а наружный – в здании, находящемся поблизости. Рассмотрим пример применения этих мостов. Сеть одного университета связывалась по кабелю, проходящему по улице, при этом его концы располагались в двух различных зданиях. Несколько раз в неделю кабель оказывался поврежденным, и соединение пропадало, когда высокий мусоровоз проезжал по улице. Проблема была решена путем установки двух внешних мостов, через которые взаимодействовали локальные сети каждого здания.

Удаленные мосты (remote bridge) используются для связи сетей, находящихся на расстоянии. Для уменьшения затрат на эксплуатацию мосты могут быть связаны линией последовательной передачи. Это один из способов соединить сети, расположенные в разных городах или государствах, и объединить их в большую единую сеть. Однако, как вы узнаете чуть позже, для решения этой задачи чаще всего следует использовать маршрутизатор.