Stekkerdozen

Als je heel veel netwerkstations hebt of als ze nogal ver uit elkaar liggen, dan gebruik je een soort van kabelcentrale. Alle kabels gaan naar die centrale stekkerdoos en die verbindt iedereen met een hiërarchisch hoger station. In dit vijfde deel behandelen we alles wat in feite als een soort van stekkerdoos dient: hubs of repeaters, switches, routers en gateways.

In het vorige deel spraken we over de verschillende soorten kabels. Die zijn beperkt in lengte, want anders zou het signaal te zeer verzwakken om nog bruikbaar te zijn. Gewoonlijk mag je tot 100 à 200 m gaan, maar het is geen goed idee om dat te gaan uitproberen want het signaal zal dan zo zwak zijn dat je moeilijkheden zou kunnen ondervinden. Een repeater dient om twee kabels aan elkaar te koppelen en het signaal te versterken, zodat de totale lengte heel wat langer mag zijn. Als je meer dan twee kabels aan elkaar wil koppelen, dan heb je meer aansluitpoorten nodig en spreken we van een hub. Een hub kan maar moet geen repeaterfunctie bevatten. Een hub of repeater is dus een erg dom systeem dat geen software bevat: er worden alleen maar bits gekopieerd binnen de fysieke laag.

Sla een brug!
Een trapje hoger in intelligentie staat de brug of bridge. Die werkt in de dataverbindingslaag en dient om twee netwerken met verschillende verbindingstypes (zoals bijvoorbeeld Ethernet en Token Ring) aan elkaar te koppelen. Zo wordt een Ethernet-frame door een brug in Token Ring-formaat omgezet en dan via de fysieke laag naar het Token Ring-netwerk gekopieerd. Die conversie gebeurt uiteraard via software en dus noemen we een brug intelligent. Het is bijgevolg ook mogelijk een brug te programmeren om frames op basis van bepaalde parameters te kopiëren en er zonodig bepaalde gewenste wijzigingen in aan te brengen.

Switch
Een speciale versie van de brug (of, zo je wil, een systeem tussen de repeater en de brug in) is de switch. Die is niet bedoeld voor formaatconversies, maar wel voor het schakelen van pakketten tussen twee Ethernet-netwerken. Een heel typisch voorbeeld is het schakelen tussen netwerksegmenten van verschillende snelheden, zoals Fast Ethernet en gewone Ethernet. Switches bestaan in twee types: store-and-forward (deze halen een pakket volledig binnen voordat ze het doorsturen) en cut-through (hierbij wordt een pakket tijdens het binnenhalen al doorgestuurd). Deze laatste variant is uiteraard sneller, maar bij snelheidsconversies moet er natuurlijk wel gebufferd worden.

Bandbreedte
De voornaamste bedoeling van een switch is uiteraard het vergroten van de bandbreedte. Een router is nog intelligenter. Dit systeem koppelt twee netwerken die op het niveau van de netwerklaag verschillen, maar wel dezelfde transportlaag gebruiken. Een voorbeeld is de koppeling van een Ethernet-netwerk aan een openbaar ISDN-netwerk. Er zijn ook zogenaamde brouters op de markt: dit zijn systemen die zowel een brug als een router in zich verenigen. Tenslotte is er de gateway: dit systeem is bedoeld voor het leggen van een verbinding naar een netwerk dat een andere transportlaag gebruikt. Zonodig moet de verbinding zelfs in de applicatielaag tot stand worden gebracht. Een voorbeeld is het op elkaar aansluiten van Token Ring en Ethernet.

Hoe werkt een switch?
Netwerksegmentschakelaars of switches splitsen een onhandelbaar geworden LAN op in kleinere segmenten, zodat ze afgeschermd worden van elkaars netwerkverkeer. Hierdoor wordt de globale bandbreedte effectief verhoogd terwijl toch de volledige connectiviteit gegarandeerd blijft. Een switch leert aan welke poorten netwerkstations gekoppeld zijn door het bronadres te onthouden van elk pakket dat langs elke poort passeert. Vervolgens weet de switch de volgende keer welke pakketten voor welke knooppunten bestemd zijn en hij stuurt ze dan alleen door naar dié poort waarop het bestemmingsstation is aangesloten. Dit is in tegenstelling tot een hub, die immers elk pakket altijd naar elke poort stuurt. De switch doet dit alleen voor pakketten waarvan hij het bestemmingsadres nog niet “geleerd” heeft, al stuurt hij het niet terug naar de poort waar het vandaan kwam. Deze procedure moet de volledige connectiviteit waarborgen. Het versturen van alle pakketten aan alle stations veroorzaakt onnodig netwerkverkeer en doet dus de beschikbare bandbreedte afnemen, zeker als je bedenkt dat de transmissieprotocols voor ieder pakket dat verzonden wordt ook nog eens een antwoord behoeven om zeker te zijn dat het pakket correct ontvangen werd.

Verkeer
Het slimmere systeem van de switch heeft veel minder nodeloos netwerkverkeer tot gevolg: zo hebben veel moderne switches een buffer voor 1.024 of 2.048 adressen en dus zou het extra verkeer veroorzaakt door tot dusver ongeleerde adressen nauwelijks een impact mogen hebben, temeer daar adressen in antwoordpakketten ook nog eens in het geheugen van de switch opgeslagen worden. Een switch zorgt er met andere woorden voor dat de overgrote meerderheid van de pakketten alleen op het segment van de zender en dat van de ontvanger voorkomen, in plaats van overal zoals bij een gewone hub.

Types
Wij onderscheiden drie types: de gewone switch, de conversieswitch en de switched hub (of hub/switch-combinatie). De gewone switch schakelt allemaal gelijke segmenten: alle poorten zijn van hetzelfde type (bijvoorbeeld allemaal 10BaseT, allemaal 100BaseTX of eventueel allemaal 10/100BaseTX). De conversieswitch dient om aan upgrading te doen: je schakelt meerdere Ethernetsegmenten en één of twee Fast-Ethernet-segmenten. Dat is dus bij uitstek geschikt om bij het overstappen van Ethernet naar Fast Ethernet niet meteen alles te moeten vervangen: je kunt je bestaande netwerkstations in 10 Mbit/s-segmenten indelen (of bestaande Ethernet-segmenten handhaven) en de servers en de meer performante stations in een of meerdere 100 Mbit/s-segmenten steken. De switched hub dient een gelijkaardig doel als de conversieswitch, alleen zijn hier niet alle poorten geschakeld maar vormen vier of acht poorten (gewoonlijk, maar het kunnen ook andere combinaties zijn) van eenzelfde type samen een hub. De aldus gevormde hubs worden dan onderling geschakeld: vandaar de naam. Op switches worden doorgaans geen eindstations aangesloten (maar het kan wel). Dergelijke apparaten noemen we werkgroepcentrales. Switched hubs en gewone hubs bedienen juist wel eindstations en zulke toestellen noemen we eindstationcentrales.