- Преобразование информации из параллельной формы в последовательную и обратно. Эта операция связана с тем, что для упрощения проблемы синхронизации сигналов и удешевления линий связи в вычислительных сетях информация передается в последовательной форме, бит за битом, а не побайтно, как внутри компьютера.

       - Синхронизация битов, байтов и кадров. Для устойчивого приема передаваемой информации необходимо поддержание постоянного синхронизма приемника и передатчика информации. Сетевой адаптер использует для решения этой задачи специальные методы кодирования, не использующие дополнительной шины с тактовыми синхросигналами. Эти методы обеспечивают периодическое изменение состояния передаваемого сигнала, которое используется тактовым генератором приемника для подстройки синхронизма. Кроме синхронизации на уровне битов, сетевой адаптер решает задачу синхронизации и на уровне байтов, и на уровне кадров.

       В курсовой работе будет применяться материнская плата со встроенным сетевым адаптером.[5] 
 

       2.2 Коммутационное  оборудование

       2.2.1 Мост

       Мост - сетевое устройство 2 уровня модели OSI, предназначенное для объединения сегментов (подсети) компьютерной сети разных топологий и архитектур.

       Мосты «изучают» характер расположения сегментов  сети путем построения адресных таблиц вида «Интерфейс:MAC-адрес», в которых содержатся адреса всех сетевых устройств и сегментов, необходимых для получения доступа к данному устройству.

       Мост  рассматривается как устройство с функциями хранения и дальнейшей отправки, поскольку он должен проанализировать поле адреса пункта назначения фрейма и вычислить контрольную сумму CRC в поле контрольной последовательности фрейма перед отправкой фрейма на все порты.

       Если  порт пункта назначения в данный момент занят, то мост может временно сохранить фрейм до освобождения порта.

       Мост  не старается поддержать побитовый  синхронизм в обеих объединяемых сетях. Вместо этого он выступает по отношению к каждой из сетей как конечный узел. Он принимает кадр, буферизует его, анализирует адрес назначения кадра и только в том случае, когда адресуемый узел действительно принадлежит другой сети, он передает его туда.

       Для передачи кадра в другую сеть мост должен получить доступ к ее разделяемой  среде передачи данных в соответствии с теми же правилами, что и обычный  узел.

       Таким образом мост, изолирует трафик одного сегмента от трафика другого сегмента, фильтруя кадры.

       Мост  не только снижает нагрузку в объединенной сети, но и уменьшает возможности несанкционированного доступа, так как пакеты, предназначенные для циркуляции внутри одного сегмента, физически не появляются на других, что исключает их "прослушивание" станциями других сегментов.

       В мостах используется интерфесы USB, FireWire. Имеются комбинированные модели, которые имеют оба разъема. Скорости передачи USB интерфеса - 10 MBit/s, FireWire -  до 400 MBit/s.

       2.2.2 Концентратор

       Hub или концентратор - многопортовый повторитель сети с автосегментацией. Назначение концентраторов - объединение отдельных рабочих мест в рабочую группу в составе локальной сети. Все порты концентратора равноправны. Получив сигнал от одной из подключенных к нему станций, концентратор транслирует его на все свои активные порты. При этом, если на каком-либо из портов обнаружена неисправность, то этот порт автоматически отключается (сегментируется), а после ее устранения снова делается активным. Обработка коллизий и текущий контроль за состоянием каналов связи обычно осуществляется самим концентратором. Концентраторы можно использовать как автономные устройства или соединять друг с другом, увеличивая тем самым размер сети и создавая более сложные топологии.

       Устройства  подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна. Термин концентратор (хаб) применим также к другим технологиям передачи данных: USB, FireWire и пр.[6]

       2.2.3 Маршрутизатор

       Маршрутизатор объединяет компьютерные сети друг с другом, осуществляя при этом пересылку сетевых пакетов согласно набору правил. Обычно набор правил определяет фильтры, по которым отсеиваются пакеты, не предназначенные для маршрутизации, например - траффик внутри локальной сети, или даже попытки несанкционированного доступа в сеть извне.

       Среди маршрутизаторов выделяется три  класса устройств – верхний, средний  и нижний.

       Верхний класс устройств является высокопроизводительным, они объединяют рабочие локальные сети, поддерживают множество интерфейсов и протоколов (xDSL, PPP, ATM, Frame relay и т.д.), как стандартных, так и необычных. Устройства этого класса могут обладать большим количеством портов локальных и глобальных сетей.

       К использованию устройств среднего класса прибегают при создании и формировании меньших по размеру сетевых групп в масштабах предприятия. Обычно такие маршрутизаторы включают в себя два-три порта локальных сетей и от четырех до восьми портов глобальных сетей. Данный класс устройств поддерживает самые широко используемые протоколы маршрутизации (RIP, OSPF, EIGRP, IS-IS, BGP и др.).

       Нижний  класс маршрутизаторов применяется  для небольших локальных сетей. Они служат, в основном, для связи  небольших офисов с основной локальной сетью предприятия. Имеют всего несколько портов для различных видов сетей.

       Современные маршрутизаторы обладают следующими свойствами:

       - поддерживают коммутацию уровня 3, высокоскоростную маршрутизацию уровня 3 и коммутацию уровня 4;

       - поддерживают передовые технологии  передачи данных, такие как Fast Ethernet, Gigabit Ethernet и АТМ;

       - поддерживают технологии АТМ  с использованием скоростей до 622 Мбит/сек; 

       - поддерживают одновременно разные  типы кабельных соединений (медные, оптические и их разновидности);

       - поддерживают WAN-соединения включая поддержку PPP, Frame Relay, HSSI, SONET и др.;

       - поддерживают технологию коммутации  уровня 4 (Layer 4 Switching), использующую не только информацию об адресах отправителя и получателя, но и информацию о типах приложений, с которыми работают пользователи сети;

       - обеспечивают возможность использования  механизма "сервис по запросу" (Quality of Service) - QoS, позволяющего назначать приоритеты тем или иным ресурсам в сети и обеспечивать передачу трафика в соответствии со схемой приоритетов;

       - позволяют управлять шириной полосы пропускания для каждого типа трафика;

       - поддерживают основные протоколы  маршрутизации, такие как IP RIP1, IP RIP2, OSPF, BGP-4, IPX RIP/SAP, а также протоколы  IGMP, DVMPR, PIM-DM, PIM-SM, RSVP;

       - поддерживают несколько IP сетей одновременно;

       - поддерживают протоколы SNMP, RMON и  RMON 2, что дает возможность осуществлять управление работой устройств, их конфигурированием со станции сетевого управления, а также осуществлять сбор и последующий анализ статистики как о работе устройства в целом, так и его интерфейсных модулей;

       - поддерживать как одноадресный (unicast), так и многоадресный (multicast) трафик;

       В некоторых случаях место маршрутизатора может занять рабочая станция или сервер, которые имеют несколько сетевых интерфейсов и специальное программное обеспечение.[7]

       2.2.4 Коммутатор

       Сетевой коммутатор или свитч (от англ. switch - переключатель) - устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались. Стоит отметить малую латентность (задержку) и высокую скорость пересылки на каждом порте интерфейса.

       По  конструктивному исполнению коммутаторы  делятся на три группы:

       - Автономные коммутаторы с фиксированным количеством портов;

       - Модульные коммутаторы на основе шасси;

       - Коммутаторы с фиксированным количеством портов, собираемые в стек.

       Коммутаторы первой группы обычно предназначены для небольших рабочих групп.

       Модульные коммутаторы на основе шасси чаще всего используются на магистрали сети. Модули такого коммутатора допускают  замену блоков без выключения коммутатора.

       Стековые  коммутаторы представляют собой множество коммутаторов, которые могут работать автономно, так как выполнены в отдельных корпусах, но имеют специальный интерфейс (высокоскоростную шину), который позволяет объединить их в одну систему – единый коммутатор.

       Коммутаторы делятся на четыре категории:

       - Простые автономные коммутаторы сетей рабочих групп позволяют некоторым сетевым устройствам или сегментам обмениваться информацией с максимальной для данной кабельной системы скоростью. Они могут выполнять роль мостов для связи с другими сетевыми сегментами, но не транслируют протоколы и не обеспечивают повышенную пропускную способность с отдельными выделенными устройствами, такими как серверы.

       - Коммутаторы рабочих групп второй категории обеспечивают высокоскоростную связь одного или нескольких портов с сервером или базовой станцией.

       - Третью категорию составляют коммутаторы сети отдела предприятия, которые часто используются для взаимодействия сетей рабочих групп. Они представляют более широкие возможности администрирования и повышения производительности сети. Такие устройства поддерживают древовидную архитектуру связей, которая используется для передачи информации по резервным каналам и фильтрации пакетов. Физически такие коммутаторы поддерживают резервные источники питания и позволяют оперативно менять модули.

       - Последняя категория – это коммутаторы сети масштаба предприятия, выполняющие диспетчеризацию трафика, определяя наиболее эффективный маршрут. Они могут поддерживать большое количество логических соединений сети. Многие производители корпоративных коммутаторов предлагают в составе своих изделий модули АТМ. Эти коммутаторы осуществляют трансляцию протоколов Ethernet в протоколы АТМ.

       Коммутаторы могут выполнять трансляции одного протокола канального уровня в другой, например, Ethernet в FDDI, Fast Ethernet в Token Ring и т.д.

       Коммутаторы при передаче пакетов данных можно  настроить на один из трех режимов  коммутации:

       - с буферизацией (store-and-forwarding); в этом  режиме, для того чтобы исключить  распространение ошибки по сети, все ошибочные пакеты, поступившие на порт устройства, отфильтровываются. Данный режим требует получения всего пакета данных перед пересылкой, что увеличивает время коммутации;

       - режим свободных фрагментов (fragment free), который проверяет не все,  а лишь короткие пакеты (они могут оказаться “обломками”);

       - сквозная коммутация (cut- through), без  проверки FSC, контрольной суммы пакета, позволяет передавать пакеты  на максимально возможной скорости.