Połączenie kilku komputerów w sieć lokalną nie przedstawia problemu. Nawet z jej efektywnym wykorzystaniem też na ogół nie ma problemów. Pojawiają się dopiero przy prośbie połączenia kilku takich oddzielnych sieci w większą całość.

Krótka historyjka

Pewnego dnia w dużym przedsiębiorstwie rozpoczęto wdrażanie poczty elektronicznej. Nowe narzędzie udostępniono najpierw pracownikom działu handlowego. Ludzie ci mieli już pewne doświadczenia w wymianie informacji za pomocą komputera (od dłuższego czasu byli już bowiem użytkownikami własnej sieci lokalnej Novell), jednak poczta elektroniczna wprowadziła nową jakość do ich codziennej pracy.

Bardzo szybko okazało się, że ponad połowa dokumentów papierowych, tradycyjnie krążących do tej pory w biurze, uzyskała postać elektroniczną. Co więcej, zmiana ta zdecydowanie przyspieszyła i zdyscyplinowała obieg wiadomości służbowych, a dzięki mechanizmowi magazynowania przesyłek, udało się uporządkować system archiwizowania dokumentów.

Zyski były tak oczywiste, że zupełnie nienaturalne wydawało się stosowanie poczty elektronicznej w obrębie tylko jednego działu. Wszystko to, co udało się zautomatyzować handlowcom tracone było, gdy dokumenty przesyłane były np. do księgowości i działu finansowego (tam bowiem pracowano tak jak dawniej). Dyrekcja zakładu podjęła decyzję o wprowadzeniu poczty w całej firmie ...i pojawiły się problemy.

Okazało się, że niemal każdy dział ma oddzielny system informatyczny. W latach 80., kiedy to do firmy trafiły komputery, szczytem technologicznych możliwości była sieć lokalna złożona z kilkudziesięciu stanowisk. Sieci te zainstalowano w poszczególnych komórkach organizacyjnych przedsiębiorstwa i przez kilka lat doskonale wywiązywały się ze swych zadań, umożliwiając podział zasobów komputerów i proste przesyłanie plików.

Przy projektowaniu tych sieci nikt jednak nie zastanawiał się nad, możliwym w przyszłości, połączeniem z innymi systemami lokalnymi. Właśnie teraz, gdy zaistniała konieczność udostępnienia pracownikom jednego, globalnego systemu pocztowego należało w jakiś sposób pokonać ograniczenia, czyli znaleźć optymalny sposób zintegrowania

stosowanych sieci lokalnych.

Jak integrować sieci?

Powyższa historia opisuje jeden z aspektów problemu, jaki coraz częściej staje przed użytkownikami komputerów. Problemem tym jest potrzeba znalezienia dostępu do informacji znajdujących się na odległych maszynach, a co za tym idzie zbudowania połączenia między wszystkimi komputerami.

Istnieje wiele powodów dla których obecnie stosowane sieci lokalne stają się niewystarczające. Czasem są to problemy z wdrożeniem rozproszonego systemu komputerowego, lecz częściej potrzeba integracji daje o sobie znać w bardziej banalny sposób. Po pierwsze, coraz powszechniejsze staje się przekraczanie wydolności takich sieci. Oznacza to, że dla każdego takiego systemu istnieje maksymalna liczba komputerów, które mogą być do niego podłączone. Z nieco innym problemem mamy do czynienia, gdy chcielibyśmy połączyć dwie grupy użytkowników pracujących w miejscach znacznie od siebie oddalonych. Jeżeli odległość ta przekracza możliwy zasięg pojedynczego systemu lokalnego, to mimo, że eksploatowane sieci nie osiągnęły jeszcze granicy wydolności, proste scalenie nie jest możliwe.

Jeszcze trudniejsze do pokonania jest spore zróżnicowanie wykorzystywanych systemów sieciowych. Właściwie mogą się one różnić niemal wszystkim: topologią, metodami transmisji, wykorzystywanym medium transmisyjnym, protokołami obsługi, systemami operacyjnymi i wieloma innymi szczegółami. Tak długo, jak każda z sieci pracuje oddzielnie, nie ma to znaczenia, ale przy próbie integracji każdy z wymienionych elementów stanowi potencjalne źródło problemów. Nie są one jednak niemożliwe do rozwiązania. Nieustanny postęp techniki sprawia, że to co parę lat temu wydawało się nieosiągalne, dziś jest nie tylko proste, ale także (co równie ważne) tanie.

Urządzeniami służącymi do łączenia małych sieci są: regenerator (repeater), most (bridge), router i brama (gateway). Mimo podobnego przeznaczenia, poszczególne rozwiązania nie mogą być stosowane wymiennie. Aby ułatwić ewentualny wybór postaram się wyjaśnić działanie każdego z urządzeń, a także przeanalizować stosunek kosztów do spodziewanych zysków.

Najprostszym i najtańszym mechanizmem integracji jest zainstalowanie w systemie regeneratora (hub). Jego rola w zasadzie ogranicza się tylko do przekazywania sygnałów i niwelowania zakłóceń występujących w medium transmisyjnym (kablu łączącym komputery). Sygnał elektryczny, przesyłany między poszczególnymi jednostkami jest tym słabszy, im większa jest między nimi odległość. Po przekroczeniu pewnej granicznej wartości długości kabla utrata sygnału może być tak znaczna, że zinterpretowanie otrzymanej wiadomości staje się niemożliwe. Regenerator zapobiega temu zjawisku przez odtworzenie otrzymanego sygnału i przesłanie go dalej.

Za prostotę tego rozwiązania należy jednak zapłacić. Poważnym ograniczeniem jest fakt, że regenerator może być wykorzystany tylko przy łączeniu sieci o tej samej budowie. Co gorsza, w jednym systemie może pracować na ogół jedynie kilka regeneratorów. Oznacza to, że w ten sposób można scalić np. Novella z działu handlowego,księgowości i być może jeszcze kilka innych, ale w pewnym momencie zostanie osiągnięta maksymalna rozpiętość sieci i żaden następny regenerator nie poprawi tego stanu rzeczy.

Regenerator wydaje się być najlepszym wyborem w wypadku połączenia stosunkowo niedużych sieci lokalnych znajdujących się blisko siebie. W sieciach Ethernet informacje rozsyłane są do wszystkich komputerów, a wykorzystywana jest tylko przez te do których są adresowane. Technika ta jest prosta i szybka, ale jej poważnym mankamentem jest fakt, że każde zwiększenie liczby stacji w sieci powoduje poważny wzrost obciążenia medium transmisyjnego. Regenerator zbudowany jest tak, że każda informacja przekazywana jest dalej. W wypadku gdy służy on do połączenia np. sieci komputerowych dwóch różnych działów, jego działanie przeważnie jest mało efektywne, gdyż duża część ruchu ma charakter lokalny i nie ma żadnego powodu, aby każda wiadomość przesyłana była z działu do działu.

Mosty i routery

Pomysł wprowadzenia kontroli ruchu wykorzystano przy konstrukcji mostu (bridge). Urządzenie to wie, że łączy dwie spójne części systemu i stara się stosować tę wiedzę przy przekazywaniu informacji. Aby możliwe było oddzielenie wiadomości lokalnej od nielokalnej, most musi "nauczyć" się czy dany adres odbiorcy oznacza konieczność przekazania informacji czy też jest to wiadomość już wykorzystana i nie ma sensu puszczania jej dalej.

W tym celu most "podgląda" adres nadawcy i adres odbiorcy każdej otrzymanej wiadomości. Adres nadawcy służy do utworzenia tablic adresowych opisujących każdą z części sieci. Most otrzymując przesyłkę wie, z której strony była ona dostarczona i stąd dowiaduje się gdzie pracuje komputer, który ją wyekspediował. Informacja ta umieszczana jest w odpowiedniej tablicy adresowej. Z zawartością tych tablic porównywany jest adres odbiorcy. Jeżeli figuruje on w opisie części sieci z której była nadesłana wiadomość, to wiadomość jest lokalna i most ją ignoruje (nie przesyła dalej). W przeciwnym przypadku przesyłka może być przeznaczona dla komputera w drugiej części sieci i dlatego należy ją przekazać.

Poza większą efektywnością, most jest urządzeniem znacznie bardziej uniwersalnym od regeneratora. Za jego pośrednictwem możliwe staje się połączenie dwóch sieci o różnych strukturach fizycznych (jest to wtedy tzw. most translujący - translating bridge), a także podzielenie większej sieci lokalnej na segmenty.

Router podobnie jak most może efektywnie powiększyć zasięg sieci lokalnej. O ile jednak most sterował ruchem wiadomości w systemie tylko na podstawie adresu nadawcy i odbiorcy, router podejmuje decyzje rozpatrując większą ilość danych. Przy jego wykorzystaniu można realizować w sieci wysyłkę priorytetową (sposób przesłania komunikatu zależy od jego ważności), mechanizmy zabezpieczające (wydzielone grupy użytkowników mogą komunikować się jedynie między sobą), a także połączenie sieci lokalnych za pośrednictwem sieci rozległej WAN (przeważnie sieci z komutacją pakietów X.25). Możliwości routera predestynują go raczej do stosowania w dużych systemach informatycznych złożonych z kilku, bądź kilkudziesięciu segmentów lokalnych. Jedną z właściwości takich systemów jest fakt, że między dwoma komputerami na ogół istnieje kilka możliwych wariantów połączenia. Istotnym problemem staje się wtedy wybór drogi optymalnej, a jego rozwiązanie jest właśnie zadaniem routera (route - trasa, szlak). Aby było to możliwe router musi znać położenie w systemie innych takich urządzeń, a także zawierać informację o przyłączonych przez nie segmentach sieci. Na podstawie tych danych oraz analizy obciążenia medium transmisyjnego podejmuje decyzję do którego następnego routera będzie skierowana każda z przesyłek.

Gateway

Nie zawsze jednak router potrafi poradzić sobie z różnicami występującymi w scalanych sieciach. Czasem protokoły sterujące pracą każdej z części są tak odmienne, że jedynym sposobem przekazania informacji staje się jej całkowite przekodowanie z jednego formatu na drugi. Rolę tłumacza wykonującego tę pracę odgrywa gateway.

Analogia pracy gateway'a z pracą tłumacza jest niemal pełna. Urządzeniem tym jest najczęściej specjalnie wydzielony komputer, który otrzymując przesyłkę z jednej strony sieci przekodowuje ją zgodnie z zasadami obowiązującymi po drugiej stronie i ekpediuje w dalszą drogę. Jest to element sieci najbardziej inteligentny. Gateway jest najpowolniejszym z omawianych urządzeń. Niewielka szybkość jego pracy powoduje, iż często staje się on może wąskim gardłem systemu, skutecznie ograniczającym prze-pustowość. Inne ograniczenia wynikają stąd, że usługi oferowane przez gateway są zawsze predefiniowane (ustalane w trakcie projektowania), a ich rozszerzenie jest trudne.

Z drugiej jednak strony należy powiedzieć, że niemal nigdy nie istnieje dla niego alternatywa. Zawsze tam, gdzie połączenie na niższym poziomie nie jest możliwe, jedynie gateway może pokonać barierę.

Jaki element wybrać?

Decyzja o wykorzystaniu gateway'a jest więc bezpośrednio wymuszana przez charakter rozwiązywanego problemu. Podobnie łatwo wskazać można sytuacje w których najrozsądniejszym rozwiązaniem jest połączenie przez regenerator. Pytanie most czy router, należy już do dużo trudniejszych. Fizyczna budowa sieci sporadycznie zmusza do zastosowania jednego lub drugiego urządzenia, dużo częściej jednak nie widać wyraźnie czym jeszcze oprócz ceny różni się jedno rozwiązanie od drugiego.

Co wybrać?

Generalnie przyjmuje się, że most jest wariantem lepszym dla sieci małych i prostszych. Pogląd taki bierze się z porównania zalet i ograniczeń obu urządzeń. Router gwarantuje większe bezpieczeństwo komunikacji, jest mniej wrażliwy na błędy nośnika (mniej prawdopodobna jest strata przesyłki przy zerwaniu łącza), a także stwarza bogatsze możliwości kontroli dostępu do komputerów sieci.Jest jednak z zasady zdecydowanie droższy od mostu i wprowadza większe opóźnienia przy przekazywaniu informacji. Jeżeli więc użytkownikowi zależy głównie na efektywnej integracji sieci lokalnych, a sieci tych nie jest dużo i konstrukcje ich nie są zasadniczo odmienne, most jest rozwiązaniem optymalnym. Jeżeli jednak powstający system obejmuje zasięgiem dużą liczbę komputerów, dla zapewnienia jego właściwej pracy konieczne będzie skorzystanie z usług routera.

Właściwy wybór mechanizmów integrujących sieci nie stanowi oczywiście jedynego problemu osób odpowiedzialnych za sieć. Można wręcz powiedzieć, że jest on jedynie logiczną konsekwencją dobrze wykonanego projektu budowanego systemu sieciowego. Projekt taki może być tworzony na różne sposoby, lecz zawsze powinien zaczynać się od odpowiedzi na pytanie, co i w jakim celu ma zostać połączone. Zwykle bowiem przeznaczenie sieci bardzo mocno wpływa na jej architekturę. Założenie np. dużego przepływu informacji między bardzo odległymi ośrodkami powinno prowadzić do poszukiwań szybkich i skutecznych metod komunikacji, a chęć wykorzystania sieci w bankowości lub administracji państwowej implikuje konieczność uwzględnienia wymogów bezpieczeństwa i poufności przesyłki.

Równie istotny powinien być wybór sposobu fizycznego połączenia sieci lokalnych. Z istniejących możliwości (scalenia znajdujących się obok siebie segmentów za pomocą regeneratora, złączenia systemów lokalnych przez łącze telefoniczne stałe lub komutowane, wykupienia dostępu do rozległej sieci komputerowej i wykorzystania jej jako nośnika przesyłanych komunikatów) należy zdecydować się na tę, która zapewni maksymalne korzyści w stosunku do ponoszonych nakładów. Jeżeli użytkownik przewiduje jedynie niewielką wymianę danych między poszczególnymi ogniwami, śmiało można poprzestać na ich połączeniu za pośrednictwem publicznej sieci telefonicznej. Większy ruch lub też potrzeba zapewnienia pracy interaktywnej powinna już wiązać się z wydzierżawieniem od Telekomunikacji Polskiej S.A. linii stałej (a być może nawet kilku takich linii). Koszty takiego rozwiązania są niestety duże. Dla przedsięborstw z wieloma siedzibami najciekawszym wariantem wydaje się być współpraca z siecią rozległą WAN (w Polsce takimi sieciami są: Kolpak, Polpak, Telbank). Dzięki niej uzyskuje się nie tylko połączenie własnych zasobów komputerowych, ale także dostęp do bogatego zbioru usług świadczonych dodatkowo przez właściciela takiej sieci. Powszechna poczta elektroniczna, multimedialne bazy danych, globalne serwisy informacyjne, to tylko niektóre z możliwości mogących stać się narzędziami ułatwiającymi pracę wszystkim zatrudnionym w firmie. Okaże się wtedy, że zintegrowanie wykorzystywanych systemów było inwestycją trafioną w dziesiątkę, a poniesione koszty zwracają się szybko.