Промежуточные устройства в сети

Компоненты сети

Промежуточные устройства служат для соединения оконечных устройств. Эти устройства обеспечивают соединение, работая "за кулисами", осуществляя передачу данных по сети, как показано в анимации. Промежуточные устройства соединяют отдельные узлы с сетью и могут соединять несколько отдельных сетей для создания объединенной сети.

К промежуточным сетевым устройствам относятся:

• Устройства доступа к сети (коммутаторы и точки беспроводного доступа)

• Устройства сетевого взаимодействия (маршрутизаторы)

• Устройства безопасности (аппаратные межсетевые экраны)

К функциям промежуточных устройств относится управление данными в процессе их прохождения через сеть. Эти устройства используют адрес узла назначения в сочетании с информацией о связях в сети, чтобы определить пути для отправки сообщений по сети.

Процессы, запущенные на промежуточных сетевых устройствах, выполняют следующие функции:

• Регенерация и ретрансляция сигналов передачи данных

• Поддержание информации о том, какие пути передачи информации существуют в сети и между сетями

• Уведомление других устройств об ошибках и сбоях связи

• Направление данных через альтернативный маршрут передачи при выходе канала из строя

• Классификация и передача сообщений в соответствии с приоритетами качества обслуживания (QoS)

• Разрешение или запрет потока данных на основании настроек безопасности

Эти устройства подключают отдельные хосты к сети и могут соединять несколько сетей, формируя объединенную сеть, или сетевой комплекс. Примеры промежуточных сетевых устройств:

• Устройства Сетевого Доступа (Хабы, коммутаторы, и точки беспроводного доступа)
• Устройства Межсетевого Обмена (маршрутизаторы)
• Коммуникационные Серверы и Модемы
• Устройства Безопасности (брандмауэры)

Управление данными, текущими по сети, также является задачей промежуточных устройств. Эти устройства используют адрес хоста назначения, а также информацию о сетевых взаимосвязях, для определения маршрута, который должно пройти сообщение по сети. Процессы, происходящие в промежуточных сетевых устройствах, выполняют эти функции:

• Регенерация и переотправка сигналов данных
• Обслуживание информации о том, какие маршруты существуют в сети и между сетями сетевого комплекса
• Уведомление остальных устройств об ошибках и коммуникационных сбоях
• Направление данных вдоль альтернативных маршрутов, когда имеет место сбой или повреждение соединения
• Классификация и направление сообщений в соответствии с приоритетами Качества Сервиса (QoS)
• Разрешение или запрет потока данных на основе настроек безопасности

PDU

Те кусочки данных (вместе с заголовками), которые переходят с уровня на уровень (с добавлением заголовков или наоборот) называются Protocol Data Unit или PDU. Если перевести литературно на русский язык, то получается фрагмент данных на каждом уровне модели.

Транспортный уровень обеспечивает передачу данных между двумя приложениями с требуемым уровнем надежности. На транспортном уровне происходит разбиение потока данных на сегменты при отправке данных или сборка исходного потока данных из сегментов при приёме. Сегментом называется блок данных (PDU) транспортного уровня.

Канальный уровень обеспечивает передачу фрейма данных между любыми узлами в сетях с типовой топологией либо между двумя соседними узлами в сетях с произвольной топологией. Также на канальном уровне осуществляется управление доступом к среде передачи данных.

Фреймом (англ. frame — кадр) или реже кадром называется PDU канального уровня. В поле данных кадра инкапсулируется пакет. На канальном уровне используется плоская или неиерархическая адресация. Адреса канального уровня в локальных сетях часто называют МАС-адресами, или физическими адресами.

Адресация канального уровня, а также формат фрейма зависят от типа оборудования. Это значит, что для передачи фрейма отправитель и получатель должны использовать на канальном уровне один и тот же стандарт. Например, можно объединить в одном сегменте сети два компьютера с сетевыми картами Etehrnet, но объединение компьютеров с сетевыми картами Ethernet и Token ring в одном сегменте является невозможным.

Элементы коммуникации, передача сообщений по сети, сетевые компоненты – устройства (конечные и промежуточные), соединения и службы

Здравствуйте, уважаемые читатели блога okITgo.ru! Сегодня мы поговорим об общих элементах коммуникации – источнике, назначении и канале связи, а также о том, как сообщения передаются по сети (механизмы сегментации, мультиплексирования и маркировки).

Кроме того мы рассмотрим основные компоненты сети, а именно конечные и промежуточные сетевые устройства, соединения и службы.

Элементы Коммуникации

Коммуникация начинается с сообщения, или информации, которая должна быть послана от одного человека или устройства – другому. Люди обмениваются идеями, используя множество различных способов коммуникации. Все эти способы имеют три общих элемента. Первый из этих элементов – это источник сообщения или отправитель. Источниками сообщений являются люди, или электрические устройства, которым необходимо послать сообщения другим людям или устройствам. Второй элемент коммуникации – это назначение (адресат), или приемник, сообщения. Адресат получает сообщение и интерпретирует его. Третий элемент, называемый каналом, состоит из средства соединения, обеспечивающего проводящий путь, по которому сообщение может идти от источика к получателю.

Рассмотрим, к примеру, общение с помощью слов, картинок и звуков. Каждое из таких сообщений может быть послано по сети данных или информационной сети посредством конвертирования их в двоичные цифры, или биты. Эти биты затем кодируются в сигнал, который может быть передан по подходящему средству связи. В компьютерных сетях, средством соединений обычно является одна из разновидностей кабеля или беспроводная передача.

Передача Сообщений

В теории, одно коммуникационное сообщение, такая как музыкальное видео или сообщение электронной почты, могла бы быть послана по сети от источника к адресату как один массивный непрерывный поток битов. Если бы сообщения действительно передавались таким образом, это бы значило, что никакое другое устройство было бы не способно посылать или получать сообщения в той же сети в то время, как происходит передача данных. Эти большие потоки данных привели бы к значительным задержкам. Более того, если бы во время передачи произошел сбой в сетевой взаимосвязанной инфраструктуре, сообщение целиком было бы потеряно и пришлось бы его полностью заново отправлять.

Более лучший подход – разделить сообщение на более мелкие части, или куски, которыми легче управлять и отправлять по сети. Это разделение потока данных на более мелкие куски называется сегментацией. Сегментация сообщений имеет два плюса.

Во-первых, посредством передачи небольших отдельных кусков от источника к приемнику можно осуществлять множество различных диалогов по сети. Процесс чередования фрагментов отдельных одновременных диалогов по сети называется мультиплексированием.

Во-вторых, сегментация может увеличить надежность сетевых коммуникаций. Отдельные фрагменты каждого сообщения не идут по сети от источника к адресату одним и тем же путем. Если один из путей становится перегруженным трафиком или нарушается, отдельные фрагменты сообщения могут по прежнему направляться к получателю посредством альтернативных путей. Если часть сообщения теряется и не доставляется адресату, потребуется переотправить только потерянные фрагменты.

Отрицательной стороной использования сегментации и мультиплексирования является дополнительный уровень сложности, который добавляется к процессу. Представьте, что Вы должны отправить 100-страничное письмо, но каждый конверт может содержать только одну страницу. Процесс адресации, подписывания, отправки, получения и открытия целой сотни конвертов был бы время затратным как для отправителя, так и для получателя.

В сетевых коммуникациях каждый сегмент сообщения должен пройти примерно один и тот же процесс для гарантии того, что оно дойдет до адресата и может быть заново собрано в оригинальное сообщение.

Различные типы устройств по сети принимают участие в процессе надежной доставки фрагментов сообщений к месту назначения.

Компоненты Сети

Путь, который проходит сообщение от источника к адресату может быть как таким же простым, как обычный кабель, соединяющий один компьютер с другим, так и таким же сложным, как сеть, которая буквально охватывает весь земной шар. Эта сетевая инфраструктура является платформой, которая поддерживает нашу человеческую (социальную) сеть. Она обеспечивает стабильный и надежный канал, через который могут происходить наши коммуникации.

Устройства и соединения являются физическими элементами или оборудованием сети. Оборудование обычно представляет из себя видимые компоненты сетевой платформы, например, лэптоп, персональный компьютер (PC), коммутатор, или кабели, используемые для соединения устройств. Хотя, некоторые компоненты сети могут быть и невидимыми. В случае беспроводного соединения, сообщения передаются по воздуху, используя невидимые радио частоты или инфракрасные волны.

Службы и процессы являются коммуникационными программами, называемыми программным обеспечением, которое работает на сетевых устройствах. Сетевая служба обеспечивает информацию в ответ на запросы. Службы включают ряд распространенных сетевых приложений, которые люди используют каждый день, наподобие сервисов хостинга электронноый почты или служб веб хостинга. Процессы обеспечивают функциональность, посредством которой направляются и перемещаются сообщения по сети. Процессы менее заметны для нас, но являются решающими для работы сетей.

Конечные Устройства и их Роль в Сети

Сетевые устройства, с которыми люди знакомы в большей степени, называются конечными устройствами. Эти устройства формируют интерфейс между социальной сетью и лежащей в ее основе коммуникационной сетью. Некоторые примеры конечных устройств:

• Компьютеры (рабочие станции, лэптопы, файловые серверы, веб серверы)
• Сетевые принтеры
• VoIP телефоны
• Камеры безопасности
• Мобильные наладонные устройства (такие как беспроводные сканеры штрих кода, КПК, коммуникаторы и т.п.)

В контексте сети конечные устройства называют хостами. Хостовое устройство является либо источником, либо приемником сообщения, передаваемого по сети. Чтобы отличать один хост от другого, каждый хост в сети должен идентифицироваться с помощью адреса. Когда хост инициирует коммуникацию, он использует адрес хоста назначения, чтобы указать, куда сообщение должно быть послано.

В современных сетях хост может выступать в роли клиента, сервера или того и другого. Программное обеспечение, установленное на хосте, определяет, какую роль он играет в сети.

Серверы являются хостами, на которых установлен софт, позволяющий им предоставлять информацию и службы, наподобие электронной почты или веб страниц, для других хостов сети.

Клиенты – это хосты, имеющие установленное ПО, позволяющее им запрашивать и отображать информацию, полученную с сервера.

Промежуточные Устройства и их Роль в Сети

Помимо конечных устройств, с которыми люди хорошо знакомы, сети также зависят от промежуточных устройств, обеспечивающих связность и работающих “за сценой”, чтобы осуществлять потоки данных по сети. Эти устройства подключают отдельные хосты к сети и могут соединять несколько сетей, формируя объединенную сеть, или сетевой комплекс. Примеры промежуточных сетевых устройств:

• Устройства Сетевого Доступа (Хабы, коммутаторы, и точки беспроводного доступа)
• Устройства Межсетевого Обмена (маршрутизаторы)
• Коммуникационные Серверы и Модемы
• Устройства Безопасности (брандмауэры)

Управление данными, текущими по сети, также является задачей промежуточных устройств. Эти устройства используют адрес хоста назначения, а также информацию о сетевых взаимосвязях, для определения маршрута, который должно пройти сообщение по сети. Процессы, происходящие в промежуточных сетевых устройствах, выполняют эти функции:

• Регенерация и переотправка сигналов данных
• Обслуживание информации о том, какие маршруты существуют в сети и между сетями сетевого комплекса
• Уведомление остальных устройств об ошибках и коммуникационных сбоях
• Направление данных вдоль альтернативных маршрутов, когда имеет место сбой или повреждение соединения
• Классификация и направление сообщений в соответствии с приоритетами Качества Сервиса (QoS)
• Разрешение или запрет потока данных на основе настроек безопасности

Сетевые Средства Связи (Соединения)

Коммуникация по сети передается по сетевым соединениям. Соединение обеспечивает канал, по которому сообщение переходит от источника к приемнику.

Современные сети в основном используют три типа соединений для взаимосвязи устройств и для предоставления маршрута, по которому могут передаваться данные. Этими треся типами являются:

• Металлические проводники внутри кабелей
• Стеклянные или пластиковые волокна (оптоволоконный кабель)
• Беспроводная передача

Кодирование сигнала, которое должно произойти перед передачей сообщения, различно для каждого типа соединения. В металлических проводниках данные кодируются в электрические импульсы, которые соответствуют определенным шаблонам. Передачи по оптоволокну основаны на импульсах света внутри инфракрасного диапазона или диапазона видимого света. При беспроводной передаче шаблоны электромагнитных волн обозначают различные двоичные значения.

Разные типы сетевых соединений имеют различные особенности и преимущества. Не все сетевые соединения имеют одни и те же характеристики и подходят для одной и той же цели. Критериями выбора сетевых соединений являются:

• Расстояние, через которое соединение может успешно передавать сигнал.
• Среда, в которой соединение должно устанавливаться.
• Количество данных и скорость, с которой они должны передаваться.
• Расходы на материалы соединений и их установку