Võrguseadmete tüübid ja liigitus

Võtaks ette järjekordse segase asja - kõik need kaablipuntrasse mattunud lapikud kastid kapinurgas ja muu võrgundusega seotud kraami - ja prooviks neist mingi lihtsurelikule arusaadava süsteemi moodustada. Seda ülesannet raskendab tootjate omavaheline kemplemine, mis muuhulgas väljendub sama asja nimetamises eri nimedega, ning tehnika järelejätmatu areng, mis tingib sõnade tähenduse kiire nihkumise. Kuid proovime siiski, abiks sõnastikud ja standardid.

Mis on hub, router, switch...

Alustame kõige lihtsamast võrgust: kaks arvutit on omavahel ühendatud kaabli abil. Laskumata üksikasjadesse selle kaabli iseloomu või teda mööda liikuvate protokollide kohta, võime öelda, et lisaks arvutitele ja kaablile läheb kummagi arvuti juures tarvis veel üht asja: võrguadapterit (network adapter, network interface card, NIC). See on tavaliselt lisaplaadina, sülearvutite jaoks sageli ka PC-kaardina realiseeritud või siis emaplaadile integreeritud seade, mis ühendab arvuti (või muu seadme, näiteks printeri) kohtvõrguga. Kasutaja jaoks on võrguadapterist näha enamasti vaid pistikud, kas siis telefonipistikut meenutav RJ-45 telefonikaablit meenutava bifilaarkaabli (twisted-pair cable) jaoks või teleri antennipistikut meenutav BNC antennikaablit meenutavale koaksiaalkaablile (coaxial cable). Muuseas, bifilaarkaabli kohta ütlevad paljud keerdpaar (twisted pair, sünonüüm bifilaar), mis on vaid veidi ebatäpne. Asi selles, et kaablis võib olla ja nt telefonikaablis enamasti ongi mitu paari. Keerdpaar tähistab rangelt võttes üht sellist paari ja bifilaarkaabel kogu kaablit koos võimalike kaitsekihtide ja muuga.

Igal asjal on piirid, muuhulgas ka kaabli pikkusel. Kui arvutid asuvad teineteisest liiga kaugel, paneme vahele järguri ehk repiiteri (repeater), mis võimendab ja puhastab signaali enne edastamist. Järgur töötab OSI protokollistiku kõige madalamal, füüsilisel tasemel, ega tea midagi edastatavatest andmetest. Tema võimendab elektrilisi impulsse.

Arendame võrku edasi ning lisame veel ühe arvuti

Kõige odavam viis seda teha on asendada tavaline järgur mitmepordilise järguri ehk jaoturiga (multiport repeater, hub), mis erineb järgurist peamiselt portide arvu poolest - tal on neid 8, 16 vms.

Jaotureid on mitmesuguseid. Lihtsaim ehk passiivne jaotur (passive hub) käitub sisuliselt harukarbina, kuid tänapäeval on rohkem levinud mitmesugused edasiarendused, kus lisatud on haldus- ja seirefunktsioone - aktiivsed jaoturid (intelligent hub, manageable hub).

Kui anda jaoturile ka aadresside lugemise võime ning panna ta edastama saadetisi ainult vajalikele portidele, saame kommuteeriva jaoturi (switching hub).

Token Ringi võrgus kasutatakse jaoturi kohta ka lühendit MAU (Multistation Access Unit). Etherneti võrgus tähendab MAU jälle midagi muud - Media Access Unit on seal sama mis transiiver (tranceiver) ehk see tavaliselt võrguadapteri koosseisu kuuluv lülitus, mis otseselt saadab signaale võrgukaablisse ja võtab neid sealt vastu.

Sageli kasutatakse jaoturite kohta veel sõna kontsentraator (concentrator, shared media concentrator). See on samuti põhimõtteliselt õige, sest jaotur on üks kontsentraatori liike. Viimane sõna on tegelikult palju vanem ja tähistab kanalite koondamisega tegelevat seadet üldisemas mõttes, mh nt seadet, mis Interneti teenusepakkuja juures surub üksikud modemiliinid kiiremale rendiliinile kokku. Kui võrk kasvab

Lihtsuse huvides eeldame, et kohtvõrgu protokoll on Ethernet. See protokoll töötab liikluse ja põrke tuvastamise abil, st iga jaam üritab saata, kui tal tekib selleks vajadus ning kandja on parajasti vaba. Iga saadet kuulevad kõik teised jaamad. Kui kaks jaama saadab ühel ajal, tekib põrge (collision), mõlemad lõpetavad saatmise, ootavad juhusliku ajavahemiku ja proovivad uuesti, lootuses et teine jaam ootas teistsuguse aja.

Nii lihtsaima kahearvutilise võrgu kui ka kontsentraatori kasutamise puhul jagavad kõik jaamad ühist edastuskeskkonda, teiste sõnadega kuuluvad samasse põrkedomeeni (collision domain) - kõigi jaamade saatekatsed võivad üksteisega põrkuda. Kui võrgu koormatus (utilization) on suurusjärgus paar-kolmkümmend protsenti või alla selle, siis töötab süsteem hästi. Koormuse kasvades hakkavad üha olulisemat osa võrguliiklusest moodustama põrked, tehes võrgu lõpuks täiesti töövõimetuks.

Lahendus on jaotada võrk väiksemateks segmentideks (segment) ning edastada ühest segmendist teise ainult see osa liiklusest, mis tõesti on sinna adresseeritud. Kui segmendid mõistlikult koostada, püsib enamus liiklust ühe segmendi (nt osakonna või projektirühma) piires ning võrgu kõigi osade koormatus langeb korralikku funktsioneerimist võimaldavale tasemele. Segmenteerimist võimaldavad seadmed on kommutaatorid, sillad ja marsruuterid.

Võrgulüliti

Võrgulüliti (switch) istub kohtvõrgu keskel umbes nagu ülalvaadeldud kontsentraator, kuid edastab liiklust ainult nendele portidele, mis seda vajavad. Kommutaatori porti võib olla ühendatud kas üksainus jaam, mitmest jaamast koosnev jaoturiga segment, või teine kommutaator. Kommutaator töötab OSI mudeli teisel, lülikihil.

Niisiis, võrgulüliti ühendab lahti põrkedomeenid, vähendades põrgete arvu. Kuid levisaated (broadcast) ja multisaated (multicast), vastavalt kohtvõrgu kõigile või mitmele andmejaamale adresseeritud saadetised, jõuavad ikka kogu võrguni. See pole suure võrgu puhul vältimatult hea, sest selliste saadetistega peavad siis tegelema kogu võrgu kõik jaamad. Kui niisugune liiklus hakkab üle pea kasvama, võib võrgu segmenteerida ka selles mõttes - jaotada ta eri levidomeenideks (broadcast domain). Mängu tulevad marsruuterid.

Switchidest põhjalikumalt

Marsruuter

Marsruuter (router) on funktsionaalüksus, mida üldjuhul kasutatakse kohtvõrkude ühendamiseks kaugvõrgu kaudu. Kuna punktist A punkti B pääseb enamasti rohkem kui üht teed mööda, siis tegelevad marsruuterid ka parima tee valimisega, vahetades selleks omavahel marsruutimisinfot. Tee headust mõõdetakse muuhulgas hüpete ehk hoppide arvuga (hop) - see on algus- ja lõpp-punkti vahele jäävate marsruuterite arv.

Muuseas, sõna router hääldus "ruuter" pärineb briti inglise keelest. Ameeriklased ütlevad "rauter".

Marsruuter võib olla realiseeritud kas riistvaras või tarkvaras. Alguses olid levinud viimased, st marsruuter oli lihtsalt ühendatavates arvutites töötav firmapärane tarkvarajupp, mis oskas ümber käia selle konkreetse süsteemi protokollidega. Seejärel said populaarseks universaalsed riistvaralised marsruuterid, kuid nüüd hakkab ajaloospiraalile jälle täisring peale saama: esiteks on protsessorid piisavalt kiired, et marsruutimisega muu töö kõrvalt hakkama saada, ja teiseks on protokollide paljusus kokku kuivanud, väga paljudele piisab IP-st ja IPX-ist.

Marsruuterid töötavad OSI mudeli kolmandal, võrgukihil. See tähendab, et nad saavad aru kaadrites sisalduvatest pakettidest ning on võimelised neid "ümber pakendama". Näiteks kui Token Ringi pordilt tuleb sisse IPX-pakett Token Ringi kaadris, siis marsruuter oskab selle paketi väljastada Etherneti kaadris Etherneti pordile. Pakettide endi sisu kallale marsruuterid üldjuhul ei kipu.

Sillad ja muud

Kui aga on kasutusel mittemarsruuditav (non-routable) protokoll, mis tähendab, et kaadris pole antud sihtaadressi ilmutatud kujul, vaid kasutatakse jaamade kokkuleppelisi nimesid (nende kokkuleppimiseks läheb siis tarvis levisaadet), siis selle kaadritega ei oska marsruuter midagi peale hakata. Mittemarsruuditavad on näiteks SNA ja NetBEUI, mis olid algselt mõeldud kasutamiseks ühe kohtvõrgu piires. Levinud viis nende protokollide edastamiseks suuremates võrkudes on silla (bridge) kasutamine. Sild on lülikihi (OSI mudeli 2. kiht) seade, mis vaatab kaadrit kui tervikut ega tea midagi selle sisu kohta.

Seade, mis käitub olenevalt protokollist kas silla või marsruuterina, on brauter (brouter, bridge/router).

Marsruuteri ja kommutaatori omadused on ühendatud mitmekihilises kommutaatoris (multilayer switch). Need moodsad ja läbinisti riistvaras realiseeritud seadmed saavad hakkama väga kiire marsruutimisega. Nende modifikatsioon on vookommutaator (flow switch), mis töötab nagu tavaline tarkvaraline marsruuter võrgukihil, kuid otsib andmete hulgast "voogusid" - suurt hulka samast allikast samasse sihtkohta liikuvaid pakette. Voo leidmisel langeb seade OSI mudelis taseme võrra allapoole ning rakendab voo kestmise ajaks tööle riistvaras realiseeritud kommutaatori.

Kui liikuda marsruuterist teisele poole, üles OSI mudelis, siis jõuame lüüsini (gateway, protocol converter). See rakenduskihi seade oskab lahti võtta ka pakette, näiteks teisendada andmeid IPX-i ja TCP/IP vahel. No nii, saidki tähtsamad lapikud kastid üles loetud. Siintoodud ei ole siiski mingid absoluutsed definitsioonid ning teatud kontekstides võidakse neid sõnu kasutada hoopis teistes tähendustes. Näiteks mõned aastad tagasi nimetas Novell sillaks seda, mida praegu peetakse marsruuteriks. Ka TCP/IP lüüs on praeguse arusaama järgi marsruuter.

Firmade arendusosakonnad töötavad muidugi edasi, luues omavahel võistlevaid lahendusi, andes neile kummalisi, sageli konfliktseid nimesid ja üritades neid standardiks kuulutada.

Kasutatud kirjandus

1. Shnier, M., Computer Dictionary, Que 1998
2. Dictionary of Computing, Oxford University Press 1997
3. ISO/IEC 2382-25 (Eesti standardi projekt)
4. PC Webopedia

Tänan Arne Ansperit ja Vello Hansonit märkuste eest.

Kopeeritud Arvi Tavasti artiklist. Autor on andnud loa antud artikli vikisse paigutamiseks, täiendamiseks ja parandamiseks.