Гаев А.В. Сети ЭВМ. Учебное пособие
Подождите немного. Документ загружается.
Token Ring—Token Ring и т. д.);
2. Транслирующие мосты (translating bridges) объединяют сети с различны-
ми протоколами канального и физического уровней;
3. Инкапсулирующие мосты (encapsulating bridges) соединяют сети с
едиными протоколами канального и физического уровня (например, Ethernet)
через сети с другими протоколами (например, FDDI).
Прозрачные мосты наиболее широко распространены. Для этих мостов
локальная сеть представляется как набор МАС-адресов устройств, работающих
в сети. Мосты просматривают эти адреса для принятия решения о дальнейшем
пути передачи кадра. Для анализа адреса кадр записывается во внутренний
буфер моста. Мосты не работают с информацией, относящейся к сетевому
уровню. Они ничего не знают о топологии связей сегментов или сетей между
собой. Поэтому мосты совершенно прозрачны для протоколов, начиная с
сетевого и выше. Это качество прозрачных мостов и отражено в их названии.
Мосты позволяют объединить несколько локальных сетей в единую
логическую сеть. Соединяемые локальные сети образуют сетевые сегменты
такой логической сети.
По сравнению с прозрачной маршрутизацией (той, которую производят
прозрачные мосты) «маршрутизация от источника» может вызвать
дополнительные накладные расходы, которые приводят к незначительному
уменьшению производительности сети. Но у последней есть также много
преимуществ. Например, рабочая станция сама выбирает маршрут. Выбор
оптимального маршрута не возможен при прозрачной маршрутизации.
Маршрутизация от источника также предоставляет более широкие
возможности управления передачей информации, так как вся информация о
маршруте содержится в самом передаваемом пакете.
Рассмотрим общие принципы работы прозрачных мостов. При
прохождении кадра через прозрачный мост происходит его регенерация и
трансляция с одного порта на другой. Прозрачные мосты учитывают и адрес
отправителя, и адрес получателя, которые берутся из получаемых кадров
101
локальных сетей. Адрес отправителя необходим мосту для автоматического
построения базы данных адресов устройств. Эта база данных называется также
МАС-таблицей. В ней устанавливается соответствие адреса станции
определенному порту моста.
Все порты моста работают в так называемом «неразборчивом» режиме
захвата кадров. Этот режим характерен тем, что все поступающие на порт
кадры запоминаются в буферной памяти моста. В этом режиме мост следит за
всем трафиком, который передается в подключенных к нему сегментах. Мост
использует проходящие через него кадры для изучения топологии сети.
Основные принципы работы моста: обучение, фильтрация, передача и
широковещание. После получения кадров, мост проверяет их целостность при
помощи контрольной суммы. Неправильные кадры при этом отбрасываются.
После успешной проверки мост сравнивает адрес отправителя с имеющимися в
базе данных адресами. Если адрес отправителя еще не заносился в базу данных,
он добавляется в нее. В результате мост узнает адреса устройств в сети и таким
образом происходит процесс его обучения. Благодаря способности к обучению
к сети могут добавляться новые устройства без реконфигурирования моста.
Кроме адреса отправителя, мост анализирует и адрес получателя. Этот ана-
лиз необходим для принятия решения о дальнейшем пути передачи кадра. Мост
сравнивает адрес получателя кадра с адресами, хранящимися в базе данных.
Если адрес получателя принадлежит тому же сегменту, что и адрес
отправителя, то мост не пропускает этот кадр в другой сегмент, или, иными
словами, «фильтрует» этот кадр. Эта операция помогает предохранить
сегменты сети от заполнения избыточным трафиком. Если адрес получателя
присутствует в базе данных и принадлежит другому сегменту, мост определяет,
какой из его портов связан с этим сегментом. После получения доступа к среде
передачи этого сегмента, мост передает в него кадр. Такой процесс иногда
называют продвижением.
§ 5. Коммутаторы
102
Коммутация по праву считается одной из самых популярных современных
технологий. Коммутаторы по всему фронту теснят мосты и маршрутизаторы,
оставляя за последними только организацию связи через глобальную сеть.
Популярность коммутаторов обусловлена прежде всего тем, что они позволяют
за счет сегментации повысить производительность сети. Помимо разделения
сети на мелкие сегменты, коммутаторы дают возможность создавать
логические сети и легко перегруппировывать устройства в них. Иными
словами, коммутаторы позволяют создавать виртуальные сети.
Коммутатор — это устройство, конструктивно выполненное в виде
сетевого концентратора и действующее как высокоскоростной многопортовый
мост. Встроенный механизм коммутации позволяет осуществить
сегментирование локальной сети, а также выделить полосу пропускания
конечным станциям в сети.
Общий термин «коммутация» применяется для четырех различных
технологий:
- конфигурационной коммутации;
- коммутации кадров;
- коммутации ячеек;
- преобразования между кадрами и ячейками.
В основе конфигурационной коммутации лежит нахождение соответствия
между конкретным портом коммутатора и определенным сегментом сети. Это
соответствие может программно настраиваться при подключении или
перемещении пользователей в сети.
При коммутации кадров используются стандартные форматы кадров сетей
Ethernet, Token Ring и т. д. Кадр при поступлении в сеть обрабатывается пер-
вым коммутатором на его пути. Под термином обработка понимается вся
совокупность действий, производимых коммутатором для определения своего
выходного порта, на который необходимо направить данный кадр. После обра-
ботки он передается далее по сети следующему коммутатору или
103
непосредственно получателю.
Коммутаторы делятся на четыре категории.
1. Простые автономные коммутаторы сетей рабочих групп позволяют
некоторым сетевым устройствам или сегментам обмениваться информацией с
максимальной для данной кабельной системы скоростью. Они могут выполнять
роль мостов для связи с другими сетевыми сегментами, но не транслируют
протоколы и не обеспечивают повышенную пропускную способность с
отдельными выделенными устройствами, такими как серверы.
2. Коммутаторы рабочих групп второй категории обеспечивают
высокоскоростную связь одного или нескольких портов с сервером или базовой
сетью.
3. Третью категорию составляют коммутаторы сети отдела
предприятия, которые часто используются для взаимодействия сетей рабочих
групп. Они предоставляют более широкие возможности администрирования и
повышения производительности сети. Такие устройства поддерживают древо-
видную архитектуру связей, которая используется для передачи информации по
резервным каналам и фильтрации пакетов. Физически такие коммутаторы
поддерживают резервные источники питания и позволяют оперативно менять
модули.
4. Последняя категория — это коммутаторы сети масштаба
предприятия, выполняющие диспетчеризацию трафика, определяя наиболее
эффективный маршрут. Они могут поддерживать большое количество
логических соединений локальной сети. Многие производители корпоративных
коммутаторов предлагают в составе своих изделий модули ATM. Эти
коммутаторы осуществляют трансляцию протоколов Ethernet в протоколы
ATM.
Технология конфигурационной коммутации сегментов Ethernet была
Наиболее часто используются три типа функциональной структуры
коммутаторов:
- с коммутационной матрицей;
104
- с общей шиной;
- с разделяемой многовходовой памятью.
Коммутаторы с коммуникационной матрицей за счет параллельной
обработки осуществляют взаимодействие портов быстрее портов. Однако число
портов в таких коммутаторах ограничено, так как сложность реализации
коммутатора возрастает пропорционально квадрату числа портов.
В коммутаторах с общей шиной используется высокоскоростная шина,
предназначенная для связи процессоров портов. Связь портов через шину
осуществляется в режиме разделения времени. В данном случае
высокоскоростная шина играет пассивную роль. Активными являются
специализированные процессоры портов.
Третий тип коммутаторов — коммутаторы с разделяемой многовходовой
памятью. Входные блоки процессоров портов соединяются через
переключатели входа с разделяемой памятью, а выходные блоки этих же
процессоров соединяются с памятью через переключатели выхода.
Переключением входа и выхода разделяемой памяти заведует блок управления
портами. Этот блок организует в разделяемой памяти несколько очередей
данных — по одной для каждого выходного порта. Входные блоки процессоров
передают блоку управления запросы на запись данных в очередь того порта,
который соответствует адресу назначения пакета. Блок управления портами по
очереди подключает вход памяти к одному из входных блоков процессоров и
тот переписывает часть данных в очередь определенного выходного порта. По
мере заполнения очередей блок управления производит поочередное
подключение выхода разделяемой многовходовой памяти к выходным портам и
данные из очереди переписываются в выходной буфер процессора.
§ 6. Маршрутизаторы
Маршрутизатор — это устройство сетевого уровня эталонной модели
OSI, использующее одну или более метрик для определения оптимального пути
105
передачи сетевого трафика на основании информации сетевого уровня.
Из этого определения вытекает, что маршрутизатор, прежде всего,
необходим для определения дальнейшего пути данных, посланных в большую
и сложную сеть. Пользователь такой сети отправляет свои данные в сеть и
указывает адрес своего абонента. И все. Данные проходят по сети и в точках с
разветвлением маршрутов поступают на маршрутизаторы, которые как -раз и
устанавливаются в таких точках. Маршрутизатор выбирает дальнейший
наилучший путь. То, какой путь лучше, определяется количественными
характеристиками, которые называются метриками. Лучший путь — это путь с
наименьшей метрикой. В метрике может учитываться несколько показателей,
например, длина пути, время прохождения и т. д.
Маршрутизаторы реализуются по-разному. Маршрутизаторы делят на
устройства верхнего, среднего и нижнего классов.
Высокопроизводительные маршрутизаторы верхнего класса служат для
объединения сетей предприятия. Они поддерживают множество протоколов и
интерфейсов, причем не только стандартных, но, подчас, и весьма
экзотических. Устройства данного типа могут иметь до 50 портов локальных
или глобальных сетей.
С помощью маршрутизаторов среднего, промежуточного, класса
формируются менее крупные сетевые объединения масштаба предприятия.
Стандартная конфигурация включает два-три порта локальных сетей и от
четырех до восьми портов глобальной сети. Такие маршрутизаторы
поддерживают наиболее распространенные протоколы маршрутизации и
транспортные протоколы.
Маршрутизаторы нижнего класса предназначаются для локальных сетей
подразделений; они связывают небольшие офисы с сетью предприятия.
Типичная конфигурация: один порт локальной сети (Ethernet или Token Ring) и
два порта глобальной сети, рассчитанные на низкоскоростные выделенные
линии или коммутируемые соединения. Тем не менее, подобные
маршрутизаторы пользуются большим спросом у администраторов, которым
106
необходимо расширить имеющиеся межсетевые объединения.
Маршрутизаторы для базовых сетей и удаленных офисов имеют разную
архитектуру, поскольку к ним предъявляются разные функциональные и
операционные требования. Маршрутизаторы базовых сетей обязательно
должны быть расширяемыми. Маршрутизаторы локальных сетей
подразделения, для которых, как правило, заранее устанавливается
фиксированная конфигурация портов, содержат только один процессор,
управляющий работой трех или четырех интерфейсов. В них используются
примерно те же протоколы, что и в маршрутизаторах базовых сетей, однако
программное обеспечение больше направлено на облегчение инсталляции и
эксплуатации, поскольку в большинстве удаленных офисов отсутствуют
достаточно квалифицированные специалисты по сетевому обслуживанию.
Маршрутизатор базовой сети состоит из следующих основных
компонентов: сетевых адаптеров, зависящих от протоколов и служащих
интерфейсами с локальными и глобальными сетями; управляющего
процессора, определяющего маршрут и обновляющего информацию о
топологии; основной магистрали. После поступления пакета на интерфейсный
модуль он анализирует адрес назначения и принимает команды управляющего
процессора для определения выходного порта. Затем пакет по основной
магистрали маршрутизатора передается в интерфейсный модуль, служащий для
связи с адресуемым сегментом локальной сети или портом глобальной сети.
В роли маршрутизатора может выступать рабочая станция или сервер,
имеющие несколько сетевых интерфейсов и снабженные специальным
программным обеспечением. Маршрутизаторы верхнего класса — это, как
правило, специализированные устройства, объединяющие в отдельном корпусе
множество маршрутизирующих модулей.
По определению, основное назначение маршрутизаторов — это
маршрутизация трафика сети. Процесс маршрутизации можно разделить на два
иерархически связанных уровня:
- Уровень маршрутизации. На этом уровне происходит работа с таблицей
107
маршрутизации. Таблица маршрутизации служит для определения адреса
(сетевого уровня) следующего маршрутизатора или непосредственно
получателя по имеющемуся адресу (сетевого уровня) получателя. После
определения адреса передачи выбирается определенный выходной физический
порт маршрутизатора. Этот процесс называется определением маршрута
перемещения пакета. Настройка таблицы маршрутизации ведется протоколами
маршрутизации. На этом же уровне определяется перечень необходимых
предоставляемых сервисов;
- Уровень передачи пакетов. Перед тем как передать пакет, необходимо:
проверить контрольную сумму заголовка пакета, определить адрес (канального
уровня) получателя пакета и произвести непосредственно отправку пакета с
учетом очередности, фрагментации, фильтрации и т. д. Эти действия
выполняются на основании команд, поступающих с уровня маршрутизации.
В заключение нашего анализа маршрутизаторов можно сказать, что они
обладают несомненными достоинствами. Маршрутизаторы не вносят никаких
ограничений в топологию сети. Петли, возникающие в сетях с коммутаторами,
не представляют проблемы для маршрутизаторов.
Тем не менее, маршрутизаторы по сравнению с коммутаторами и мостами
требуют гораздо больше усилий по администрированию. Администраторам
сетей необходимо задать целое множество конфигурационных параметров для
маршрутизаторов. При этом параметры каждого маршрутизатора должны быть
согласованы с параметрами других маршрутизаторов в сети.
Сегодня многие организации реализуют межсетевой обмен через
маршрутизаторы. Большое число компаний модернизируют свои системы,
устанавливая коммутаторы между маршрутизаторами и сетями, которые
обслуживаются этими маршрутизаторами. При этом коммутаторы повышают
производительность сети, а маршрутизаторы обеспечивают защиту
информации и выполняют более сложные задачи, такие как трансляция
протоколов.
Сегодня четко обозначилась тенденция к вытеснению сложных
108
высокопроизводительных маршрутизаторов и увеличению роли
маршрутизаторов начального класса, а ведущие фирмы-производители пришли
к выводу, что одним из основных требований покупателей к маршрутизатору
является простота его использования.
§ 7. Брандмауэры
Брандмауэр можно определить как набор аппаратно-программных средств,
предназначенных для предотвращения доступа в сеть извне и за контролем над
данными, поступающими в сеть или выходящими из нее.
Брандмауэры получили всеобщее признание с начала 1990-х годов, что
связано, в основном, с быстрым развитием сети Internet. Начиная с этого
времени, разработано и используется на практике множество разнообразных
продуктов, называемых брандмауэрами. Брандмауэры могут защищать
корпоративную сеть от несанкционированного доступа из Internet или из
другой корпоративной сети. Брандмауэр устанавливается на границе
защищаемой сети и фильтрует все входящие и выходные данные, пропуская
только разрешенные пакеты и предотвращая попытки проникновения в сеть.
Правильно настроенный брандмауэр пропустит (или не пропустит) конкретный
пакет и позволит (или не позволит) организовать конкретный сеанс связи в
соответствии с установленными правилами. Для эффективной работы
брандмауэров важно соблюдение трех условий:
1) весь трафик должен проходить через одну точку;
2) брандмауэр должен контролировать и регистрировать весь проходящий
трафик;
3) сам брандмауэр должен быть «неприступен» для внешних атак.
109
ГЛАВА 4
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
§ 1. Структура программного обеспечения ЭВМ
Как правило, большинство источников делят программное обеспечение
ЭВМ разделяют на следующие категории:
1) Общее ПО (ОПО) (системное ПО) объединяет программные
компоненты, обеспечивающие многоцелевое применение ЭВМ и мало
зависящие от специфики вычислительных работ пользователей.
Сюда входят программы, организующие вычислительный процесс в
различных режимах работы машин, программы контроля работоспособности
ЭВМ, диагностики и локализации неисправностей, программы контроля зада-
ний пользователей, их проверки, отладки и т.д.
110