Будакова Е.А. Учебное пособие Современные информационные технологии

Подождите немного. Документ загружается.

Повторители (repeater) обеспечивают простейшую форму межсетевого

взаимодействия, которая заключается в регенерации пакетов данных при их

передаче между сегментами сетевого кабеля (рисунок 18).

Рисунок 18 - Соединение репитером двух сегментов сети

Повторители позволяют при необходимости изменить локальную сеть

(например: сегмент Ethernet можно увеличить от 185 до 925 м). Установка

повторителей обеспечивает электрическую независимость сетей, что

предотвращает, что предотвращает влияние помех возникающих в одном

сегменте сети на другой сегмент сети. Повторители выполняют свои функции

и на физическом уровне, и принцип его работы зависит от типа ЛВС и

полностью прозрачен для протоколов, использующихся в соединяемых

сегментах.

Концентраторы

Сетево́й концентра́тор или Хаб (hub — центр деятельности) — сетевое

устройство, для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент.

Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или

оптоволокна.

Термин концентратор используется вместо термина повторитель, когда

речь идет об устройстве, которое служит центром сети (рисунок 19). Ниже

перечислены наиболее важные особенности концентраторов:

- усиливают сигналы;

- распространяют сигналы в сети;

- используются как точки концентрации в сети.

Концентратор можно представить себе в виде устройства, которое

содержит множество независимых, но связанных между собой модулей

сетевого оборудования. В локальных сетях концентраторы ведут себя как

мультипортовые повторители. В таких случаях концентраторы используются,

чтобы разделить сетевые носители и обеспечить множественное подключение.

Недостатком использования концентратора является то, что он не может

фильтровать сетевой трафик. Фильтрацией называется процесс, в ходе

которого в сетевом трафике контролируются определенные характеристики,

например, адрес источника, адрес получателя или протокол, и на основании

установленных критериев принимается решение — пропускать трафик дальше

или игнорировать его.

Рисунок 19 - Корпоративная сеть

Кроме основной функции концентратор может выполнять некоторое

количество дополнительных функций, которые являются факультативными.

Очень полезной при эксплуатации сети является способность

концентратора отключать некорректно работающие порты, изолируя тем самым

остальную часть сети от возникших в узле проблем. Эту функцию называют

автосегментацией (autopartitioning). Для концентратора FDDI эта функция для

многих ошибочных ситуаций является основной

. Если между станциями

произошел разрыв кабеля, то передача может произойти через станцию в

обратном направлении. Рабочая станция использует ту часть потока, которая

исправна и концентратор осуществляет замыкание кольца и передает всю

информацию по одному каналу в обход неисправного пути сети.

Мосты

Предназначены для соединения сетевых сегментов имеющих различные

физические среды.

Мосты так же могут быть использованы для связи сегментов

имеющих различные протоколы низкого уровня (физического и канального).

Возможно применение мостов для связи сегментов ЛВС, как с одинаковыми

протоколами, так и для связи сегментов осуществляющих соединение с

различными протоколами.

Задачи мостов:

1 Передача пакетов из одной сети в другую и наоборот. В

процессе

передачи мост регенерирует пакет, что позволяет передавать данные вдоль сети

на значительное расстояние.

2 Просматривает каждый пакет и решает какой из двух сетей принадлежит

тот или иной пакет.

3 В процессе передачи какого-либо пакета мост отслеживает адреса

приемника и передатчика информации.

4 Мост определяет, какой сети принадлежит тот или иной

пакет благодаря

просмотру информации уровня управления доступом к среде передачи,

которые содержатся в каждом пакете за счет протокола нижнего уровня.

Причина применения мостов:

1 При повышении производительности ЛВС уменьшается трафик

(нагрузка) путем деления одной большой сети на две части т.е. осуществляется

регулировка трафика между сегментами сетей.

2 Осуществляется сопряжение аппаратных средств с различными

кабельными соединениями.

Мосты представляют собой одноранговые программно-аппаратные

комплексы.

Сущность четырех типов мостов:

1 Прозрачные мосты. Нужны для объединения сетей с одинаковыми

протоколами на канальном и физическом уровне 10 Base 2 (рисунок 20). Эти

мосты не нагружают работой остальные устройства, им не надо учувствовать в

выборе маршрута и фильтрации

пакета так, как с точки зрения сетевых

устройств они находятся в одной большой сети с единым сетевым адресом и

разными МАС адресами.

Работа:

- мост используя протокол канального и физического уровня сегмента А

считывает из заголовков пакетов передаваемых из этого сегмента МАС адрес

назначения;

- игнорирует пакеты адресованные в сегмент А;

- используя протоколы канального и физического уровня, которые общие в

обеих сегментах, мост передает пакеты из сегмента А в сегмент В. Он должен

обладать знаниями о месте нахождения сетевых устройств и передает пакеты в

соответствии со своей базой данных;

- когда мост получает пакет, то он сравнивает адрес назначения в базе

данных

, называемой таблицей передач. Если такого адреса в базе данных нет,

то он передает пакет по всем направлениям. Если в базе данных адрес значится,

то он сравнивает значения направления из базы данных и от пришедшего

пакета. Их совпадение означает, что адреса отправителя и получателя

расположены в одном сегменте сети. В этом

случае пакет транслировать не

нужно и мост его игнорирует, когда же оказывается, что адрес отправителя и

получателя расположены на разных направлениях мост отправляет пакет в

нужный сегмент сети.

Рисунок 20 - Соединение сетей с использованием прозрачного моста

2 Транслирующие мосты. Это специальная форма прозрачного моста, он

используется для объединения сетей с разными протоколами на канальном и

физическом уровне (рисунок 21). Этот мост объединяет сети путем

манипуляции конвертами, ассоциированными с каждой из сетей.

Механизм функционирования заключается в следующем:

Так, как конверты Ethernet, Token Ring, FDDI практически идентичны, но

трудность заключается в том, что разные сети поступают пакеты разной длины,

а так, как транслирующий мост не может разбивать пакеты на части, то каждое

сетевое устройство должно быть сконфигурировано для передачи пакета с

одинаковой длиной. Кроме того, необходимо сконфигурировать мосту один

формат пакета в другой

в зависимости от того, в какую сеть передается пакет.

Рисунок 21 - Соединение сетей с использованием транслирующего моста

3 Инкапсулирующие мосты. Данные мосты объединяют сети с

одинаковыми протоколами канального и физического уровней и сеть

магистральную FDDI (рисунок 22), у которой протокол отличается от Ethernet.

В отличие от транспортных мостов, которые преобразуют конверты одного

типа в другой, инкапсулирующий мост вкладывает полученные пакеты внутрь

другого конверта,

который используется в магистральной сети и передает пакет

по магистрали другим мостам для доставки в места назначения.

Работа инкапсулирующего моста при передаче сообщения из сегмента А в

сегмент В:

- мост 1 (М 1) использует протоколы канального и физического уровня,

считывает из заголовков пакетов передаваемых из сети А МАС адрес

назначения;

- игнорирует все

пакеты адресованные в сеть А;

- вкладывает все пакеты, адресованные другим сетям в конверты FDDI,

адресованные всем мостам магистрали (через коллективный адрес называемый

широковещательным) и посылает этот пакет по магистрали;

- мост 2 (М 2) получив пакет, раскрывает его и сравнивает адресные

значения со своей базой данных адресов. Если адрес не для этой сети

пропускает пакет дальше;

- мост 3 (М 3) получив конверт, раскрывает его и в свою очередь так же

сравнивает адресные значения со своей базой данных адресов. Так, как адрес

назначения находится в его сети мост использует протоколы канального и

физического уровней в сети Ethernet и передает пакет по адресу назначения;

- мост 4 (М 4) производит такие

же действия, что и мост 2 и посылает

конверт дальше;

- удаляет конверт из сети FDDI, определяет, что данные скопированы и

адрес опознан.

Рисунок 22 - Соединение сетей с использованием транслирующего моста

4 Мосты с маршрутизацией от источника. Маршрутизация от источника

требует от устройства посылающего пакет (не моста) поддерживать

информацию, использующую для такой доставки пакета по адресу назначения,

что бы она была точной (рисунок 23). В сети с маршрутизацией от источника

мостам не требуется иметь базу

данных с адресами, они вычисляют путь

прохождения пакета по тому или иному направлению основываясь на

информации хранящейся в конверте пакета.

Механизм функционирования заключается в следующем:

Поле обнаружения маршрута станция отправитель сети запоминает его и

использует всегда для отправки пакетов на станцию в сети. Пакеты данных при

отправке вкладываются в специальные конверты

понятные для мостов с

маршрутизацией от источника. Мосты, получая конверты, просто находят для

себя запись в списке маршрута (то есть тот мост, который прописан в конверте)

и передают пакет в нужном направлении.

Рисунок 23 - Соединение сетей с использованием моста с маршрутизацией от

источника

Для реализации возможностей сбора и обмена информацией существует

два базовых типа мостов: внутренний и внешний. Если мост располагается в

файловом сервере – это внутренний, если в рабочей станции - внешний мост.

Коммутаторы

Коммутаторы – это устройство, конструктивно выполненное в виде

сетевого концентратора и действующего как высокоскоростной много

портовый мост.

Коммутаторы устраняют физические ограничения,

возникающие

вследствие совместного использования концентратора, поскольку они

логически группируют пользователей и порты всего предприятия.

Коммутаторы могут быть использованы для создания виртуальных сетей

осуществляющих сегментацию. В традиционных конфигурациях локальных

сетей сегментация осуществляется маршрутизаторами.

Коммутаторы являются основными компонентами, обеспечивающими

обмен данными в виртуальных сетях. Как показано на рисунке 24, в

виртуальной сети они выполняют

жизненно важные функции, являясь для

устройств конечной станции точкой входа в среду коммутации, а также

обеспечивают обмен данными в рамках всего предприятия.

Каждый коммутатор обладает способностью принимать решения о

фильтрации и отправке фреймов (frame) на основе метрики виртуальной сети,

определяемой сетевыми администраторами, а также способностью передавать

эту информацию другим коммутаторам и

маршрутизатором сети.

Рисунок 24 - Коммутаторы могут использоваться для группировки

пользователей, портов или логических адресов в группы по интересам

В конструктивном отношении коммутаторы делятся:

- автономные коммутаторы с фиксированным количеством портов;

- модульные коммутаторы на основе шасси;

- коммутаторы с фиксированным количеством портов, объединяемые в

стек.

Методы коммутации:

При коммутации с промежуточным хранением (store-and-forward) –

коммутатор копирует

весь принимаемый кадр в буфер и производит его

проверку на наличие ошибок. Если кадр содержит ошибки, то он

отбрасывается. Если кадр не содержит ошибок, то коммутатор находит адрес

приемника в своей таблице коммутации и определяет исходящий интерфейс.

Затем, если не определены ни какие фильтры, он передает этот кадр приемнику.

Этот способ передачи связан с задержками – чем больше размер кадра, тем

больше времени требуется на его прием и проверку на наличие ошибок.

Коммутация без буферизации (cut-throudh) – коммутатор локальной сети

копирует во

внутренние буферы только адрес приемника (первые 6 байт после

префикса) и сразу начинает передавать кадр, не дождавшись его полного

приема. Это режим уменьшает задержку, но проверка на ошибки в нем не

выполняется. Существует две формы коммутации без буферизации:

- коммутация с быстрой передачей (fast-forward switching) – эта форма

коммутации предполагает низкую задержку за счет того

, что кадр начинает

передаваться медленно, как только будет, прочитан адрес назначения.

Передаваемы кадр может содержать ошибки. В этом случае сетевой адаптер,

которому предназначен этот кадр, отбросит его, что вызовет, необходимость

повторной передачи этого кадра.

- коммутация с исключением фрагментов (fragment- free- switching) –

коммутатор фильтрует коллизионные кадры, перед их передачей. В правильно

работающей сети, коллизия

, может произойти во время передачи первых 64

байт. Поэтому, все кадры, с длиной больше 64 байт считаются правильными.

Этот метод коммутации ждет, пока полученный кадр не будет проверен на

предмет коллизии, и только после этого, начнет его передачу. Такой метод

коммутации уменьшает количество пакетов передаваемых с ошибками.

Коммутаторы ЛВС поддерживают два режима

работы:

1 Полудуплексный режим – это режим, при котором, только одно

устройство может передавать данные в любой момент времени в одном домене

коллизии.

2 Дуплексный режим – это режим работы, который обеспечивает

одновременную двухстороннюю передачу данных между станцией

отправителем и станцией получателем на МАС –уровне.

Маршрутизаторы

Маршрутизаторы – это устройства третьего уровня эталонной модели OSI

использующие

один или более метрик для определения оптимального пути

передачи трафика на основе информации сетевого уровня.

Они обеспечивают сквозную маршрутизацию при прохождении пакетов

данных и маршрутизацию трафика между различными сетями на основании

информации сетевого протокола или уровня и способны принимать решение о

выборе оптимального маршрута движения данных в сети. С помощью

маршрутизаторов также может быть решена проблема чрезмерного

широковещательного трафика, так как они не переадресовывают дальше

широковещательные кадры, если им это не предписано.

Маршрутизаторы и коммутаторы отличаются друг от друга в нескольких

аспектах. Во-первых, коммутаторные соединения осуществляются на

канальном уровне, в то время как маршрутизация выполняется на сетевом

уровне эталонной модели

OSI. Во-вторых, коммутаторы используют

физические или МАС-адреса для принятия решения о передаче данных

Маршрутизаторы для принятия решения используют различные схемы

адресации, существующие на уровне 3. Они используют адреса сетевого

уровня, также называемые логическими, или IP-адресами (Internet Protocol).

Структурная схема маршрутизатора представлена на рисунке 25.

Рисунок 25 – Структурная схема маршрутизатора

Центральным устройством является процессор, тип которого может

различаться в зависимости от класса маршрутизатора, фирмы изготовителя,

серии маршрутизатора в нутрии класса. Основная задача процессора

заключается в обработке входящих пакетов для принятия решения об их

дальнейшей маршрутизации, при этом скорость с которой маршрутизатор

способен обрабатывать поступающие пакеты,

напрямую зависит от типа

используемого процессора.

Другой важной частью маршрутизатора является его память, которая

поделена по функциональному признаку:

1 Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, ROM). Используется для

хранения загрузочного программного обеспечения, которое запускается первым

в момент включения маршрутизатора и в дальнейшем отвечает за его загрузку.

2 Flash память. Хранит конфигурации операционной системы, которая

обеспечивает работу

маршрутизатора. Хранит несколько образов

операционных систем, что бы администратор мог перейти к работе на любую

из них.

3 Память с произвольным доступом (RAM, ОЗУ). Энергозависимая

память, то есть ее содержимое стирается после выключения питания

маршрутизатора. Поэтому она используется для хранения промежуточных

данных во время работы маршрутизатора.

4 Энергонезависимая память (NV RAM, ППЗУ). Хранятся дополнительные

конфигурации маршрутизатора, которые считываются при последующих

загрузках.

Кроме памяти и процессора все маршрутизаторы имеют интерфейсы,

называемые портами маршрутизатора. Которые обязательно имеют

наименование и обязательно пронумерованы, при этом полное имя интерфейса

маршрутизатора содержит его тип и номер.

Маршрутизаторы имеют консольный порт предоставляющий асинхронное

соединение RS - 232. Такой порт позволяет с помощью подключения через

консольный кабель управлять маршрутизатором с компьютера.

А также имеется разъем AUX он является вспомогательным и

используется для управления маршрутизатором через модем.

Важной составной частью маршрутизатора являются конфигурированные

файлы. Существует два типа конфигурации: рабочая (или активная) и

загрузочная. Рабочая

конфигурация располагается в RAM маршрутизатора и

определяет его текущие настройки. Загрузочная конфигурация расположена в

NV RAM маршрутизатора и содержит команды операционной системы,

которые выполняются в момент его загрузки.

Операционная система предназначена для управления активным сетевым

оборудованием.

Алгоритмы маршрутизации

При разработке алгоритмов маршрутизации часто преследуют одну или

несколько из перечисленных ниже целей:

1 Оптимальность

. Она характеризует способность алгоритма

маршрутизации выбирать «наилучший» маршрут.

2 Простота и низкие непроизводительные затраты. Другими словами,

алгоритм маршрутизации должен эффективно обеспечивать свои

функциональные возможности, с минимальными затратами программного

обеспечения и коэффициентом использования.

3 Живучесть и стабильность. Другими словами, они должны четко

функционировать в случае неординарных или непредвиденных обстоятельств,

таких как

отказы аппаратуры, условия высокой нагрузки и некорректные

реализации.

4 Быстрая сходимость. Сходимость - это процесс соглашения между всеми

маршрутизаторами по оптимальным маршрутам.

5 Гибкость. Другими словами, алгоритмы маршрутизации должны быстро

и точно адаптироваться к разнообразным обстоятельствам в сети.

Алгоритмы маршрутизации могут быть классифицированы по типам.

Например, алгоритмы могут быть:

1 Статическими или

динамическими.

Алгоритмы, использующие статические маршруты, просты для разработки

и хорошо работают в окружениях, где трафик сети относительно предсказуем, а

схема сети относительно проста.

Динамические алгоритмы маршрутизации подстраиваются к

изменяющимся обстоятельствам сети в масштабе реального времени. Они

выполняют это путем анализа поступающих сообщений об обновлении

маршрутизации.

2 Одномаршрутными или многомаршрутными.

Некоторые сложные

протоколы маршрутизации обеспечивают множество

маршрутов к одному и тому же пункту назначения. Такие многомаршрутные

алгоритмы делают возможной мультиплексную передачу трафика по

многочисленным линиям; одномаршрутные алгоритмы не могут делать этого.

Преимущества многомаршрутных алгоритмов очевидны - они могут

обеспечить значительно большую пропускную способность и надежность.

3 Одноуровневыми или иерархическими.

В одноуровневой системе маршрутизации все router равны по отношению

друг к другу. В иерархической системе маршрутизации некоторые

маршрутизаторы формируют то, что составляет основу (backbone - базу)

маршрутизации. Основным

преимуществом иерархической маршрутизации

является то, что она имитирует организацию большинства компаний и

следовательно, очень хорошо поддерживает их схемы трафика.

4 С интеллектом в главной вычислительной машине или в

маршрутизаторе.

В первой системе, рассмотренной выше, интеллект маршрутизации

находится в главной вычислительной машине. В системе, рассмотренной во

втором случае, интеллектом маршрутизации наделены router.

5 Внутридоменными и междоменными.

Некоторые алгоритмы маршрутизации действуют только в пределах

доменов; другие - как в пределах доменов, так и между ними. Природа этих

двух типов алгоритмов различная. Поэтому понятно, что оптимальный

алгоритм внутридоменной маршрутизации не обязательно будет оптимальным

алгоритмом междоменной маршрутизации.

6 Алгоритмами состояния канала или вектора расстояний.

Алгоритмы состояния канала (

известные также как алгоритмы

«первоочередности наикратчайшего маршрута») направляют потоки

маршрутной информации во все узлы объединенной сети. Однако каждый

router посылает только ту часть маршрутной таблицы, которая описывает

состояние его собственных каналов. Алгоритмы вектора расстояния (известные

также как алгоритмы

Бэлмана-Форда) требуют от каждого маршрутизатора посылки всей или

части своей маршрутной

таблицы, но только своим соседям. Алгоритмы

состояния каналов фактически направляют небольшие корректировки по всем

направлениям, в то время как алгоритмы вектора расстояний отсылают более

крупные корректировки только в соседние router.

Шлюзы

Шлюз - устройство позволяющее организовать обмен данными между

сетевыми объектами, использующими различные протоколы обмена данными.

Шлюз выполняет свои функции на уровнях выше

сетевого. Он не зависит от

используемой передающей среды, но зависит от используемых протоколов

обмена данными. Как правило, шлюз, выполняет преобразования между

какими-либо двумя протоколами (например: NetWare и TCP\IP; Decnet\SNA и

т.д.). Некоторые устройства выполняющие функции шлюза называют

устройства обслуживания канала или устройствами обслуживания цифрового

канала. Шлюз осуществлять соединение на уровне выше

сетевого.

Существует три категории шлюзов: