Aktívne prvky siete IP
V LAN sieťach sú používané nasledujúce typy aktívnych prvkov. V tomto prehľade sú rozdelené z pohľadu sedemvrstvového modelu OSI.
Fyzická vrstva
Opakovač (repeater)
Aktívny prvok zaisťujúci spojenie dvoch a viac segmentov siete tým, že signál obdržaný na jednom porte zopakuje do ostatných portov, pričom signál prečasuje, t.j. obnoví ostré vzostupné a zostupné hrany. Opakovač rozširuje kolíznu broadcastovu doménu.
Rozbočovač (hub)
Multiportový opakovač vybavený UTP portami typu RJ-45, alebo Telco, prípadne rozširujúcim portom iného typu (coax, FO, AUI). Môžu pracovať s prenosovou rýchlosťou 10Mbps, alebo 100Mbps. Existujú však aj dvojrýchlostné rozbočovače, ktoré majú dve zbernice a port sa automaticky prepne na jednu z nich v závislosti na tom, akú rýchlosť používa pripojené zariadenie.
Počet opakovačov, alebo rozbočovačov za sebou je obmedzený. Pri technológií 100Base-X sa vyskytujú dva typy: Class I a Class II. Typ Class I umožňuje vzájomné spojenie maximálne dvoch rozbočovačov, Class II spojovanie rozbočovačov neumožňuje. Počet opakovačov by nemal prekročiť číslo 4.
Prevodník (Media Converter)
Zariadenie, ktoré umožňuje konverziu signálu z jedného typu prenosového média do iného. Rozdiel medzi opakovačom a prevodníkom je v tom, že prevodník na rozdiel od opakovača nerobí prečasovanie signálu.
Linková vrstva
Most (bridge)
Dvojportové zariadenie, ktoré oddeľuje prevádzku dvoch segmentov siete na základe učenia sa fyzických (MAC) adries uzlov na obidvoch portoch. Na základe týchto adries sa potom rozhoduje či jednotlivé dáta na druhú stranu prepustí, alebo nie. Pracuje na druhej vrstve, takže je protokolovo nezávislý, je však závislý na používanej sieťovej technológií (prenosovej metóde).
Prepínač (switch)
Vysokorýchlostný multiportový most, ktorého výhodou oproti rozbočovaču je v spôsobe, akým posiela rámce k cieľovému počítaču. Každý dátový rámec je určený pre konkrétny počítač v sieti a keďže rozbočovač nevie na ktorý port má daný dátový rámec poslať, rozošle ho na všetky porty, čím zbytočne zaťažuje komunikáciu v sieti. Prepínač obsahuje vnútornú pamäť, v ktorej si uchováva všetky sieťové adresy MAC pripojených počítačov. Podľa hardvérovej adresy prepínač vie, na ktorý port má vyslať dáta.
Sieťová vrstva
Smerovač (router)
Zatiaľ čo rozbočovač a prepínač pracujú s dátovými rámcami, router spracováva dátové pakety. Paket neobsahuje len dáta, ale aj cieľovú adresu, na ktorú má byť doručený. Router väčšinou prepája dve alebo viac sietí (LAN, WAN a podobne). Pomocou hlavičky paketu a „forwardovacej tabuľky“ dokáže router určiť najlepšiu cestu pre jeho doručenie. Na komunikáciu medzi dvoma smerovačmi sa používa ICMP protokol (Internet Control Message Protocol).
Smerovací prepínač (routing switch)
Pracuje s informáciami tretej vrstvy pri rýchlostiach obvyklých pre druhú vrstvu. Nahrádza pomalšie smerovače pri oddeľovaní broadcastových domén. Takzvaný Layer 3 switching je v podstate obdoba prepínania na druhej vrstve. Tu je však prepínanie na základe tabuľky MAC adries. Prepínanie na tretej vrstve je tiež riešené hardvérovo a rozhodovacie algoritmy sú rozšírene o tabuľku logických adries. Smerovací prepínač tiež umožňuje komunikáciu so štandartnými smerovacími protokolmi.
Prepojovanie okruhov a paketov
Prepojovanie správ
Siete TDM a IP sa viac-menej stali konkurentmi, aj keď každá z nich má svoje výhody i nevýhody a s tým spojené uplatnenie.
Podľa druhu prepojovania sa siete delia na siete s prepojovaním okruhov (komutačné siete) a na siete s prepojovaním paketov (paketové siete).
Prepojovanie okruhov
Prepojovanie okruhov vo svojej klasickej podobe je veľmi starou technológiou používanou v komunikačných technológiách od počiatku telegrafie a telefónie a v neskorších rokoch s nástupom digitalizácie v architektúre ISDN (Integrated Services Digital Network). Pri komunikácií v sieťach s prepojovaním okruhov sa zásadne spolieha najprv na naviazanie spojenia medzi zdrojovým a cieľovým uzlom a následne im je táto cesta k dispozícií po celú dobu komunikácie i v čase neprenášania dát a to až do ukončenia spojenia.
Prepojovanie paketovZákladom paketových sietí je prepojovanie paketov v jednotlivých spojovacích uzloch na tretej, prípadne druhej vrstve RM OSI ISO, kde sa cesta hľadá a určuje nezávisle v každom takomto uzle. V okamihu odoslania paketu zdrojovým uzlom k cieľovému uzlu nie je známa presná cesta sieťou. Okruh sieťou sa nenadväzuje a komunikačná cesta nie je nikde rezervovaná a blokovaná pre komunikáciu medzi obidvomi stranami.
Každý paket v rámci danej komunikácie teda putuje nezávisle, teoreticky rôznou cestou – podľa topológie siete, jej priechodnosti a výpadkom na trase. Všetky tieto záležitosti ovplyvňujú voľbu ďalšej cesty (skoku) v sieťových uzloch, ktoré musia dynamicky reagovať na každú zmenu. Musia zisťovať aktuálny stav spojov vo svojom okolí, metriku jednotlivých ciest a podľa toho budovať a upravovať svoje smerovacie tabuľky, aby čo najlepšie odpovedali v každom okamihu aktuálnej situácií v sieti.
Paket je odoslaný bez predchádzajúceho zistenia, či existuje cieľový uzol, bez rezervácie cesty a bez sledovania, či dorazil do cieľa. Preto musí byť každý paket vybavený všetkými údajmi, potrebnými k jeho doručeniu: cieľovú adresu, prípadne požadovanú úroveň kvality služby a ďalšími voliteľnými možnosťami. Každý paket sa smeruje nezávisle na ostatných a jeho kópie je možné prenášať na niekoľko cieľových adries (multicast, broadcast).
Každý paket sa v prepojovacom uzle najprv zaznamená, prečíta sa jeho záhlavie a zaradí sa do fronty pre odoslanie smerom k adresátovi. Na rozdiel od dnes už nepoužívaného prepojovania správ, kde bola dátová správa prenášaná sieťou ako celok, delí sa dátová správa pri paketovej komunikácií na fragmenty s obmedzenou dĺžkou a tie tvoria dátové pole paketu.
Prepojovanie paketov sa dnes používa ako v lokálnych sieťach (LAN, Local Area Network), tak aj v rozľahlých sieťach (WAN, Wide Area Network). Prepojovanie paketov vo svojej klasickej podobe sa využívalo v rozľahlých sieťach X.25. Z Prepojovania paketov premennej dĺžky (na tretej vrstve, L3) sa postupne vyvinulo prepojovanie rámcov premennej dĺžky na druhej vrstve (Frame Relay) a nakoniec prepojovanie buniek konštantnej dĺžky (L1/2, príkladom je ATM).
Spojovoorientovaný a nespojovoorientovaný prenos
Oproti prepojovaniu okruhov má prepojovanie paketov viacero výhod. Nespojovo orientovaný prenos nevyžaduje, aby koncové zariadenia komunikujúce medzi sebou boli rovnakého typu (mali rovnakú prenosovú rýchlosť, rovnaký spôsob prenosu – synchrónny/asynchrónny, pracovali s rovnakou abecedou a kódom).
Ďalšou podstatnou výhodou je, že pakety v sieti postupujú po kratších prenosových úsekoch, ktoré sú spoľahlivejšie a kvalitnejšie (majú menšiu chybovosť). Ak by ani táto úroveň nevyhovovala, potom stačí použiť niektoré doplnkové mechanizmy na jednotlivých úsekoch a nie na celom okruhu medzi komunikujúcimi koncovými uzlami, ako tomu je v spojovoorientovaných sieťach. Naviac, veľká časť riadenia komunikácie sa odohráva v sieti a užívateľ sa musí starať len o vlastné pripojenie.
Paketová komunikácia umožňuje zadržanie paketov v sieti pri absencii adresáta, alebo ich prevedenie po dohode s adresátom na iný koncový uzol. Dokonca je možné vrátiť vyslaný paket odosielateľovi v prípade, že ho nie je možné doručiť. Sú minimalizované straty paketov v sieti a obmedzené preťaženie siete, čo ale súvisí s implementovaným mechanizmom riadenia toku.
Nevýhodou prepojovania paketov je vyššia réžia, vzhľadom na nutnosť použitia záhlavia pri každom pakete a väčšia náročnosť na pamäťové prostriedky siete. Porovnanie ďalších charakteristík uvádza tabuľka.
Hybridné sieteHybridné siete prenášajú digitálny signál po analógových optických systémoch a používajú kombináciu prepínania okruhov a paketov. Zatiaľ čo bežnú prevádzku prenáša v paketovom móde, pre vybrané prenosy sa vytvárajú samostatné okruhy. Pre niektoré typy komunikácie je totiž efektívnejšie zostaviť časovo obmedzený samostatný okruh, ako pridať ich dáta k ostatným a odpovedajúcim spôsobom zvýšiť výkon spojovacích prvkov siete. Tento spôsob sa uplatňuje hlavne pri náročných a potencionálne agresívnych aplikáciách (napr. Gridových), kedy komunikujúci partneri sú relatívne stály, vymieňajú si značné objemy dát a vyžadujú koncové prenosové kanály so zaručenou kvalitou spojenia.
Hybridná sieť môže poskytovať buď paketové IP služby (nespojovoorientované), alebo tzv. Lambda služby (spojovoorientované), teda konektivitu priamo na úrovni vlnových dĺžok optických vlákien s použitím vlnového delenia WDM, Wavelength Division Multiplex.
