Urządzenia sieciowe
most
karta sieciowa
serwer
Router
Router (ruter, w dosłownym tłumaczeniu – trasownik, IPA: /'rutɛr/) – urządzenie sieciowe pracujące w trzeciej warstwie modelu OSI.
Służy do łączenia różnych sieci komputerowych (różnych w sensie informatycznym, czyli np. o różnych klasach, maskach itd.),
pełni więc rolę węzła komunikacyjnego. Na podstawie informacji zawartych w pakietach TCP/IP jest w stanie przekazać pakiety
z dołączonej do siebie sieci źródłowej do docelowej, rozróżniając ją spośród wielu dołączonych do siebie sieci.
Proces kierowania ruchem nosi nazwę trasowania, routingu lub routowania.
Zarządzanie ruchem
Trasowanie jest najczęściej kojarzone z protokołem IP, choć procesowi
trasowania można poddać pakiet dowolnego protokołu trasowanego
np. protokołu IPX w sieciach obsługiwanych przez NetWare (sieci Novell).
Budowa
Pierwsze routery z lat sześćdziesiątych były komputerami ogólnego przeznaczenia. Choć w roli routerów można używać zwykłych komputerów,
to nowoczesne modele są wysoce wyspecjalizowanymi urządzeniami, w których interfejsy sieciowe połączone są bardzo szybką magistralą wewnętrzną.
Wyróżnia się routery modularne (przeznaczone dla operatorów oraz środowisk korporacyjnych) oraz o stałej budowie (zwykle pozycjonowane na brzegu
sieci operatorskiej lub dla użytkowników domowych). Routery realizują obsługę ruchu za pomocą procesorów sieciowych (NP) lub
wysokospecjalizowanych układów cyfrowych (ASIC/FPGA).
Routery posiadają z reguły wiele różnego rodzaju interfejsów, m.in. Ethernet (od 10 Mbit/s do 100 Gbit/s), ATM, Frame Relay, SONET/SDH czy 3G.
W zależności od typu urządzenia, interfejsy znajdują się na osobnych kartach (tzw. kartach liniowych) lub zabudowane na stałe w urządzeniu.
Nowoczesne routery brzegowe posiadają wiele różnego rodzaju dodatkowych funkcji – takich jak mechanizmy wspierające funkcje lokalnej centrali
wideotelefonii IP, zapory sieciowej, systemu IDS/IPS, optymizacji połączeń w sieciach rozległych itp. Routery szkieletowe budowane są ze zwróceniem
szczególnej uwagi na skalowalność – z zachowaniem minimalnych rozmiarów i zapotrzebowania na energię elektryczną i chłodzenie.
Coraz częściej routery optymalizowane są pod kątem przetwarzania ruchu Ethernet i IPv4/IPv6.
Przełączniki wielowarstwowe
Szczególnym przypadkiem routera jest przełącznik ethernetowy warstwy trzeciej, czyli urządzenie posiadające wiele
interfejsów sieciowych będących logicznym zakończeniem wirtualnej sieci lokalnej (VLAN). Urządzenia te, ograniczone w
skalowalności tablic routingu w porównaniu do klasycznych routerów, mają z reguły wysoką wydajność i jednocześnie
zajmują bardzo mało miejsca (od 1U w 19-calowej szafie telekomunikacyjnej).
Działanie
Trasowanie musi zachodzić między co najmniej dwiema podsieciami, które można wydzielić w ramach jednej sieci komputerowej.
Urządzenie tworzy i utrzymuje tablicę trasowania, która przechowuje ścieżki do konkretnych obszarów sieci oraz metryki z nimi
związane (w zależności od zastosowanego protokołu routingu, metryką może być liczba routerów na drodze do miejsca docelowego
lub np. wartość będąca złożeniem dostępnej przepustowości, stopy występowania błędów i teoretycznej przepustowości interfejsu).
Skuteczne działanie routera wymaga informacji na temat otaczających go urządzeń – innych routerów i hostów. Może być ona
dostarczona w sposób statyczny przez administratora, wówczas nosi ona nazwę tablicy statycznej lub może być pozyskana przez
sam ruter od sąsiadujących urządzeń pracujących w trzeciej warstwie; tablice tak konstruowane nazywane są dynamicznymi.
Podczas wyznaczania tras dynamicznych router korzysta z protokołów trasowania. Najpopularniejszymi protokołami klasy IGP
(wewnętrznymi względem systemu autonomicznego, w którym pracują) są OSPF i IS-IS. Protokołem klasy EGP jest obecnie BGP4.
Protokoły
Najczęściej stosowanymi protokołami trasowania są:
RIP
IGRP
EIGRP
OSPF
IS-IS
BGP
Systemy operacyjne
Freesco – mieści się na dyskietce,
NND – polska dystrybucja,
OpenWrt – do obsługi sieci bezprzewodowych,
IPCop – konfigurowalny przez www,
m0n0wall – konfigurowalny przez www, tryb LiveCD (oparty na FreeBSD),
Mikrotik RouterOS – system operacyjny dla routerów,
Vyatta – darmowy router OSPF/BGP, od 2013 r. rozwijany pod nazwą VyOS,
ZeroShell – darmowa dystrybucja LiveCD, konfigurowalna przez www.
Ogólno dostępne systemy operacyjne
FreeBSD
OpenBSD
NetBSD
Symulatory
GNS3 – emulator ruterów, przełączników i firewalli Cisco
Packet Tracer – symulator sieci i routerów Cisco
Przełącznik sieciowy
Przełącznik, komutator, switch – urządzenie łączące segmenty sieci komputerowej pracujące głównie w drugiej warstwie modelu ISO/OSI (łącza danych).
Jego zadaniem jest przekazywanie ramki między segmentami sieci z doborem portu przełącznika, na który jest przekazywana.
Pierwszy przełącznik ethernetowy (Kalpana Etherswitch EPS-1500) został wprowadzony przez firmę Kalpana w 1990 roku.
Mosty i Koncentratory
Przełącznik określa się też jako wieloportowy most lub inteligentny koncentrator, gdyż:
przekazuje ramki wyłącznie do docelowego segmentu sieci (podobnie do mostu, w przeciwieństwie do koncentratora)
umożliwia połączenie wielu segmentów sieci w gwiazdę (podobnie do koncentratora, w przeciwieństwie do mostu ograniczonego do dwóch segmentów)
działa w trybie dupleks.
Działanie
Przełącznik w sieci Ethernet analizuje adresy MAC nadawcy i odbiorcy przychodzącej ramki. Adres MAC nadawcy jest wykorzystywany do prowadzenia tablicy
skojarzeń, zawierającej adresy MAC i odpowiadające im porty przełącznika, tablica ta może zawierać 4096, 8192, a nawet 16384 wpisy. By zapewnić
dostosowywanie się przełącznika do zmian w sieci ważność wpisu wygasa jeżeli przez określony czas nie napływają ramki z danym MAC nadawcy.
Po otrzymaniu ramki przełącznik szuka adresu MAC odbiorcy w tablicy skojarzeń, jeżeli adres nie występuje w niej, to ramka wysyłana jest na
wszystkie porty z wyjątkiem źródłowego, gdy jest znany, to tylko na port określony w tablicy skojarzeń.
Przez przesyłanie ramki tylko na jeden port przełączniki ograniczają domenę kolizyjną do pojedynczego portu, dzięki czemu są w stanie
zapewnić każdemu hostowi podłączonemu do portu osobny kanał transmisyjno-nadawczy, nie zaś współdzielony, jak to jest w przypadku koncentratora.
Sieci wirtualne
Przełączniki zarządzalne umożliwiają również wydzielanie wirtualnych sieci lokalnych (VLAN). Przełącznik przekazuje ruch z portu przypisanego do danej
sieci VLAN tylko do portów należących do tej sieci oraz portów określonych jako wspólne (trunk). Porty mogą być przypisane do VLAN statycznie lub na
podstawie adresu MAC podłączonego urządzenia.
Sieci wirtualne między dwoma podłączonymi do siebie przełącznikami obsługiwane są za pomocą specjalnego rodzaju połączenia nazywanego trunk.
W standardzie IEEE 802.1Q każda ramka przesyłana za pomocą trunkingu opatrzona zostaje dodatkowym czterobajtowym polem, w
którym zapisany jest też identyfikator sieci VLAN, do której przebiega transmisja. Tego typu ramki, nazywane znaczonymi (ang. tagged)
mogą mieć maksymalną długość 1523 bajtów.
Wielowarstwowość
Obecnie na rynku są również przełączniki trzeciej warstwy modelu ISO/OSI, czyli przełączniki trasujące oraz
inne modele pracujące w jeszcze wyższych warstwach modelu OSI.
Tryby przekazywania ramek
Przekazywanie ramek przez przełącznik może się odbywać w różnych trybach. W przełącznikach zarządzalnych istnieje możliwość wyboru odpowiedniego trybu. Wśród dostępnych trybów znajdują się:
cut-through – najmniejsze opóźnienie, przesyła ramki bezzwłocznie w trakcie ich odbierania, nie zapewnia sprawdzania ich poprawności,
store and forward – największe opóźnienie, wysyła nadesłaną ramkę po odebraniu całej ramki, sprawdzeniu sumy kontrolnej i określeniu gdzie ma ją wysłać,
fragment free – rozwiązanie pośrednie, po odebraniu nagłówka ramki, sprawdza odbiorcę i rozpoczyna wysyłanie na odpowiedni port,
przełączanie adaptacyjne – na podstawie obciążenia wybierany jest jeden z powyższych wariantów.
Rodzaje przełączników według opcji konfiguracji
Przełączniki sieciowe, znane również jako switche, można podzielić na dwie główne kategorie: zarządzalne i niezarządzalne.
Niezarządzalne przełączniki sieciowe to urządzenia, które nie oferują interfejsu konfiguracyjnego. Są one przeznaczone przede
wszystkim do użytku domowego i stosowane w niewielkich sieciach firmowych ze względu na ich prostotę obsługi.
Przełączniki zarządzalne oferują możliwość wykonania co najmniej jednego rodzaju zmiany konfiguracyjnej.
Funkcje i możliwości takich przełączników różnią się w zależności od producenta, modelu i oprogramowania urządzenia.
Konfiguracja zwykle odbywa się poprzez polecenia interfejsu wiersza poleceń (CLI), za pośrednictwem konsoli szeregowej,
telnetu lub protokołu SSH (Secure Shell), wbudowanego agenta protokołu SNMP (Simple Network Management Protocol) lub za
pośrednictwem interfejsu sieciowego w przeglądarce internetowej.
Typowe zmiany konfiguracji na przełącznikach zarządzalnych obejmują:
włączanie funkcji drzewa rozpinającego (Spanning Tree Protocol),
ustawienie rodzaju transmisji portów (half lub full duplex)
ustawienia przepustowości portu,
tworzenie i konfigurowanie sieci VLAN (Virtual Local Area Network),
włączanie lub wyłączanie funkcji związanych z kontrolą dostępu, takich jak filtrowanie adresów MAC lub protokołu IEEE 802.1X
W grupie przełączników zarządzalnych wyróżnia się:
Przełączniki inteligentne to rodzaj przełączników zarządzalnych, które oferują ograniczony zestaw funkcji zarządzania.
Umożliwiają one modyfikację podstawowych ustawień, takich jak dupleks, przepustowość i VLAN.
Przełączniki korporacyjne, znane również jako enterprise switches, są wyposażone w pełny
zestaw opcji zarządzania, w tym CLI, SNMP i interfejs sieciowy. Oferują dodatkowe funkcje, takie jak przeglądanie,
modyfikowanie, tworzenie kopii zapasowych i przywracanie konfiguracji. Przełączniki te są przeznaczone do wdrażania w dużych sieciach korporacyjnych.
Koncentrator sieciowy
Koncentrator sieciowy (także z ang. hub) – urządzenie pozwalające na przyłączenie wielu urządzeń sieciowych
do sieci komputerowej o topologii gwiazdy. Najczęściej spotykane w wersji 4-, 8-, 16- lub 24-portowej.
Działanie
Koncentrator pracuje w warstwie pierwszej modelu ISO/OSI (warstwie fizycznej), przesyłając sygnały elektryczne
z jednego portu (gniazda) na wszystkie pozostałe. Taka metoda działania nie pozwala mu na analizowanie ramek pod
kątem adresu MAC ani datagramów pod kątem adresu IP. Ponieważ koncentrator powiela każdy otrzymany sygnał elektryczny,
tworzy tak zwaną domenę kolizyjną – z tego względu czasami koncentrator nazywany jest wieloportowym wzmacniakiem.
W sieciach Ethernet najczęściej wykorzystywaną metodą detekcji zaistnienia kolizji jest CSMA/CD. Koncentrator zwykle
podłączany jest do routera jako rozgałęziacz, do niego zaś dopiero podłączane są pozostałe urządzenia sieciowe:
komputery pełniące rolę stacji roboczych, serwerów, drukarki sieciowe i inne.
Koncentrator a przekaźnik
Obecnie urządzenia te nie są już praktycznie stosowane, wyparte zostały przez przełączniki działające w drugiej warstwie
modelu ISO/OSI (warstwie łącza danych, wykorzystując adresy MAC podłączonych urządzeń). Powodem takiej sytuacji był
bardzo duży spadek cen przełączników, coraz wyższe wymogi dotyczące przepustowości sieci stawiane przez nowoczesne
aplikacje sieciowe oraz zwiększające się ilości danych, które muszą być przesłane przez sieć. Duża liczba kolizji
występujących w obciążonych sieciach komputerowych powodowała znaczne obniżenie przepustowości i przekreśliła sens stosowania koncentratorów.
Z drugiej strony koncentrator przenosi sygnały z portu wejściowego na wszystkie porty wyjściowe bit po bicie,
przełącznik natomiast ramka po ramce, co powoduje powstawanie opóźnień (także dodatkowych zmiennych, w zależności od długości ramki).
Może być to jednak zaletą koncentratora w przypadku bardzo prostych sieci lokalnych.
Most
Most lub mostek (ang. bridge) – urządzenie łączące segmenty sieci, dokonujące filtrowania ruchu sieciowego. Sieci podłączone do mostu
mogą korzystać z różnych fizycznych i logicznych protokołów łącza.
Most zasadniczo pracuje w 2. warstwie OSI w sieci komputerowej. Na podstawie adresu odbiorcy może decydować, gdzie zostaną przesłane dane,
które do niego docierają. Może dobierać właściwą trasę i optymalizować przesył danych.