Таненбаум Э. Компьютерные сети

Подождите немного. Документ загружается.

гу

374 Глава 4. Подуровень управления доступом к среде

Коммутация на уровне передачи данных 375

мер, поле Длительность в кадре стандарта 802.11 оказалось там благодаря при-

менению протокола MACAW; включать его в Ethernet-кадр было бы бессмыслен-

но. В результате любые переносы из сети в сеть требуют переформатирования,

на что, в свою очередь, требуется процессорное время, к тому же необходимо за-

ново подсчитать контрольную сумму. Испорченные биты, находящиеся в памяти

моста, могут привести к тому, что ошибки не будут распознаны.

802.3

Адрес

получателя

Адрес

отправителя

Длина

Данные

Наполнитель

Контрольная

сумма

802.11

802.16

Управление

кадром

Длительность

Адрес

Номер

Адрес

Данные

Контрольная

сумма

Тип

ЕК

Длина

Идентификатор

соединения

Контрольная

сумма заголовка

Данные

Контрольная

сумма

Рис. 4.37. Форматы кадров стандартов IEEE 802. Масштаб не выдержан

Во-вторых, скорости передачи данных объединяемых сетей не обязательно

одинаковы. При пересылке длинной серии кадров из быстрой сети в медленную

мост не сможет отправлять кадры дальше с той же скоростью, с которой они

приходят. Например, если гигабитный Ethernet посылает поток битов в локаль-

ную сеть 802.11b, имеющую 11 Мбит/с, с нормальной для себя скоростью, мосту

придется буферизировать их в надежде на то, что ему хватит при этом памяти.

Мосты, объединяющие три и более локальных сетей, сталкиваются с аналогич-

ной проблемой, когда несколько сетей пытаются одновременно передавать кад-

ры в какую-либо одну сеть, даже если все они работают с одинаковыми скоро-

стями.

В-третьих, возможно, самая серьезная проблема заключается в том, что раз-

ные локальные сети стандарта 802.x имеют различную максимальную длину кад-

ра. Очевидно, что если пытаться передать длинный кадр в сеть, не способную его

обработать, возникнет неловкая ситуация. Разбиение кадра на отдельные части

не входит в компетенцию протокола данного уровня. Все протоколы подразуме-

вают, что кадр либо пришел, либо нет. Они не могут принимать кадры частями.

Вовсе не утверждается, что таких протоколов не может быть в принципе. Они

должны существовать, и они существуют. Дело в том, что никакие протоколы

уровня передачи данных не поддерживает такой возможности, поэтому мосты

должны держаться подальше от анализа полезной информации; содержащейся в

кадрах. Таким образом, решения данной проблемы в рамках стандарта 802 нет.

Слишком длинные кадры должны игнорироваться. Такова плата за прозрач-

ность мостов.

Еще один вопрос связан с защитой информации. И 802.11, и 802.16 поддер-

живают шифрование на уровне передачи данных. A Ethernet не обладает такой

возможностью. Это означает, что самые сложные и интересные сервисы, связан-

ные с криптографической защитой, предоставляемые в беспроводных сетях, ста-

новятся недоступны, если трафик проходит через Ethernet. Более того, если бес-

проводная станция шифрует данные на уровне передачи данных, то не будет

никакой возможности расшифровать их при попадании в сеть 802.3. Если же та-

кое шифрование не производилось, весь трафик в совершенно не защищенном

виде попадет в эфир. Оба варианта оказываются чреватыми проблемами.

Одним из решением проблемы защиты информации является шифрование на

более высоких уровнях, но в этом случае станция 802.11 должна знать, с кем она

говорит — с другой станцией 802.11 (что означает использование шифрования

на уровне передачи данных) или нет (то есть шифрование на уровне передачи

данных отсутствует). Но форсирование совершения такого выбора нарушает

прозрачность.

Наконец, есть что сказать и о качестве обслуживания в связи с мостами. И 802.11,

и 802.16 обеспечивают его по-разному. В первом случае для этого существует ре-

жим PCF, в последнем — соединения с постоянной битовой скоростью. В Ether-

net отсутствует определенная концепция качества обслуживания, поэтому тра-

фик сети любого из этих двух стандартов при прохождении через Ethernet

потеряет гарантию качества.

Локальное межсетевое взаимодействие

В предыдущем разделе обсуждались проблемы, возникающие при объединении

различных локальных сетей стандарта IEEE 802.x с помощью одного моста. Од-

нако в больших организациях, в которых имеется множество локальных сетей, их

объединение связано с большим количеством проблем, даже если все ЛВС одно-

го типа (например, Ethernet). В идеале было бы здорово купить в ближайшем ма-

газине побольше мостов, предназначенных для стандарта IEEE, вставить в них

нужные штекеры и сразу же получить прекрасно работающую сеть. И чтобы не

надо было менять аппаратно-программное обеспечение, адресацию, конфигура-

ционные таблицы... вообще ничего. Просто вставить кабель и начать работу. Кро-

ме того, хотелось бы, чтобы появление мостов в системе не повлияло на работу

уже существующих объединяемых сетей. Другими словами, мосты должны быть

абсолютно прозрачными (невидимыми). Как ни странно, это не сон и не сказка.

Это почти так и есть. Давайте разберемся, в чем тут секрет.

В простейшем случае прозрачный мост работает в беспорядочном режиме,

принимая все кадры, передаваемые во всех локальных сетях, к которым он при-

соединен. В качестве примера рассмотрим конфигурацию, изображенную на

рис. 4.38. Мост В1 соединен с сетями 1 и 2, а мост В2 соединен с сетями 2, 3 и 4.

Кадр, появившийся на мосту В1 со стороны сети 1, предназначающийся стан-

ции А, может быть проигнорирован мостом, так как он уже находится в нужной

сети, но кадр, появившийся на мосту В1 со стороны сети 1, предназначающийся

станции С или F, должен быть переправлен на другую сторону.

При появлении кадра мост должен решить, игнорировать его или перепра-

вить, и если переправить, то в какую сеть. Выбор производится на основе адреса

376 Глава 4. Подуровень управления доступом к среде

Коммутация на уровне передачи данных 377

получателя, который сравнивается с адресами, хранящимися в большой таблице

моста. Таблица содержит адреса всех возможных получателей и номера сетей, в

которых они содержатся. Например, в таблице моста В2 станция А числится

принадлежащей к сети LAN 2, поскольку все, что требуется знать мосту В2, —

это в какую сеть переслать кадр для станции А. То, что на самом деле этому кад-

ру предстоит перейти еще через один мост, моста В2 не касается.

Сеть 1 Сеть 2 Сеть 3

Рис. 4.38. Структура из четырех сетей и двух мостов

Когда мосты включаются первый раз, все их хэш-таблицы пусты. Ни один

мост не знает, где находятся адресаты, поэтому они используют алгоритм залив-

ки: каждый приходящий кадр с неизвестным адресом переправляется сразу по

всем направлениям, кроме того, откуда он пришел. Со временем мосты узнают

расположение адресатов. Кадры, расположение получателей которых известно,

направляются только в одну нужную сеть.

Для обучения прозрачных мостов используется алгоритм так называемого

противоточного обучения. Как уже упоминалось ранее, мосты работают в беспо-

рядочном режиме, поэтому они видят все кадры, посылаемые во всех их сетях.

Просматривая адреса отправителей, они могут определить, в какой сети нахо-

дится станция, отправившая кадр. Например, если мост В1 на рис. 4.38 видит

кадр, приходящий к нему по сети 2 от станции С, то он понимает, что станция С

находится в сети 2, и делает соответствующую запись в своей таблице. Поэтому

любой последующий кадр, адресованный станции Си приходящий по сети 1, бу-

дет переправляться в сеть 2, а приходящий по сети 2 — игнорироваться.

Топология сети может меняться по мере того как отдельные станции и мосты

будут включаться, выключаться, а также перемещаться. Для поддержки динами-

ческой топологии в таблице помимо номера станции и номера сети указывается

также время прибытия кадра от данной станции. При получении новых кадров

это время обновляется. Таким образом, для каждой станции известно время по-

следнего полученного от нее кадра.

Время от времени программа сканирует хэш-таблицу и удаляет все записи,

сделанные ранее нескольких минут тому назад. Таким образом, если какой-либо

компьютер был выключен, перенесен в новое место и включен снова, уже через

несколько минут он сможет нормально работать, и для этого не потребуется ни-

каких специальных действий. Обратная сторона такого алгоритма заключается в

том, что кадры, направляемые какой-либо станции, молчавшей в течение не-

скольких минут, должны будут снова посылаться во все концы методом заливки.

Процедура обработки входящего кадра зависит от того, по какой сети он при-

был и в какую сеть направляется.

1. Если сеть отправителя и сеть получателя совпадают, кадр игнорируется.

2. Если сеть отправителя и сеть получателя различаются, кадр переправляется.

3. Если сеть получателя неизвестна, используется алгоритм заливки.

Алгоритм применяется для каждого входящего кадра. Специальные СБИС

отслеживают и обновляют записи в таблице каждые несколько микросекунд.

Мосты связующего дерева

Для повышения надежности иногда используются два и более параллельных

моста между парами локальных сетей, как показано на рис. 4.39. Такое решение,

впрочем, создает некоторые дополнительные проблемы, поскольку в топологии

образуются кольца.

Кадр, скопированный

мостом В1 V

Кадр, скопированный

^ мостом В2

Сеть 2

Мост

;В1>^ *ЧВ2)

Сеть 1

^- Изначальный кадр

Рис. 4.39. Два параллельных прозрачных моста

В качестве примера, иллюстрирующего указанные проблемы, рассмотрим

кадр F с неизвестным адресом назначения (рис. 4.39) Каждый мост, действуя по

обычным правилам обработки кадров с неизвестным получателем, использует

метод заливки, что в данном примере означает копирование кадра в сеть 2. Вско-

ре после этого мост 1 видит кадр F

с неизвестным получателем, который он ко-

пирует в сеть 1, формируя кадр F

(не показанный на рисунке). Аналогично это-

му, мост 2 копирует кадр F

в сеть 1, в результате создавая кадр F

(также не

показан). Потом мост 1 копирует кадр F

а мост 2 копирует кадр F

. Этот цикл

продолжается вечно.

Решение данной проблемы заключается в установлении связи между моста-

ми и наложении связующего дерева, покрывающего все сети, на действующую

топологию. В результате некоторые возможные соединения между сетями игно-

рируются с целью создания фиктивной бескольцевой топологии. Например, на

Рис. 4.40, а показаны девять сетей, соединенные десятью мостами. Эта система

Может быть представлена в виде графа с сетями в качестве узлов. Дуга графа со-

378 Глава 4. Подуровень управления доступом к среде

Коммутация на уровне передачи данных 379

единяет две сети, если эти сети соединены мостом. Такой граф можно редуциро-

вать до связующего дерева, удалив из него дуги, изображенные пунктирными

линиями на рис. 4.40, б. В получившемся связном дереве между каждыми двумя

сетями существует только один путь. После того как мосты договорятся друг с

другом о топологии связующего дерева, все межсетевые коммуникации осущест-

вляются только по ветвям этого дерева. Поскольку путь от отправителя к полу-

чателю единственный, зацикливание невозможно.

Мост

Сеть

Мост,

являющийся

частью

связующего

дерева

Мост,

не являющийся

частью

связующего

дерева

а б

Рис. 4.40. Объединенные сети (а); связующее дерево, покрывающее сети (б)

Чтобы построить связующее дерево, мосты должны выбрать, кто из них будет

корнем дерева. Для этого каждый мост рассылает кадры, содержащие серийный

номер моста, установленный производителем. Эти номера гарантированно явля-

ются уникальными. Корнем дерева становится мост с наименьшим серийным

номером. Затем строится дерево кратчайших путей от корня к каждому мосту и

к каждой сети. Это дерево и будет связующим. Если какой-либо мост или сеть не

функционируют, рассчитывается другое дерево.

В результате от каждой сети к корню дерева устанавливается уникальный

путь, и, следовательно, между каждыми двумя сетями пути также будут уни-

кальными. Хотя дерево покрывает все сети, в нем не обязательно присутствуют

все мосты (во избежание петель). Алгоритм построения дерева продолжает рабо-

тать постоянно, обнаруживая изменения в топологии и обновляя структуру де-

рева. Распределенный алгоритм построения связующего дерева был изобретен

Радием Перлманом (Radia Perlman) и подробно описан в книге (Perlman, 2000).

Он стандартизован и имеет идентификатор IEEE 802.ID.

Удаленные мосты

Обычно мосты применяются для соединения двух и более удаленных локальных

сетей. Например, у какой-нибудь компании может быть несколько заводов в раз-

личных городах, каждый со своей локальной сетью. В идеале все эти сети должны

быть соединены, чтобы вся система действовала как одна большая локальная сеть.

Для достижения этой цели можно установить на каждой сети по мосту и со-

единить эти мосты линиями «точка — точка» (например, арендованными у теле-

фонной компании линиями). Простая система из трех локальных сетей показана

на рис. 4.41. К данной конструкции применим обычный алгоритм маршрутиза-

ции. Проще всего рассматривать три двухточечные линии как локальную сеть

без хостов. Нигде до сих пор не утверждалось, что в локальной сети обязательно

должны быть хосты.

Мост

Линия

«точка — точка»

Сеть 2

СетьЗ

Рис. 4.41. Для соединения дальних сетей можно использовать удаленные хосты

На двухточечных линиях могут использоваться различные протоколы. Од-

ним из вариантов может быть выбор какого-либо стандартного двухточечного

протокола передачи данных с помещением кадров уровня доступа к носителю

(MAC) целиком в поле данных. Такая стратегия наиболее оправданна в том слу-

чае, когда сети идентичны, при этом единственной проблемой остается доставка

кадров в правильную сеть. Другой вариант заключается в том, что у кадров уров-

ня доступа к носителю на первом мосту удаляются заголовок и концевик и в по-

ле полезной нагрузки протокола «точка — точка» помещается то, что осталось.

На втором мосту заголовок и концевик уровня доступа к носителю создаются за-

ново. Недостаток такого метода состоит в том, что контрольная сумма по дороге

несколько раз пересчитывается заново, что увеличивает вероятность появления

не обнаруженных ошибок.

Повторители, концентраторы, мосты,

коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы

Мы уже успели в нашей книге рассмотреть множество способов доставки кадров

и пакетов из одного сегмента кабеля в другой. Мы упоминали повторители, мос-

ты, концентраторы, маршрутизаторы и шлюзы. Все эти устройства используются

очень широко, однако в чем-то они различаются едва уловимо, а в чем-то весьма

существенно. Число их весьма велико, поэтому лучше рассмотреть их все в сово-

купности, отмечая сходства и различия.

Надо начать с того, что эти устройства работают на разных уровнях, как пока-

зано на рис. 4.42, а. Это имеет значение, поскольку от этого зависит, какую часть

информации устройство использует для маршрутизации. Типичный сценарий

таков: у пользователя появляются какие-то данные, которые необходимо отпра-

380 Глава 4. Подуровень управления доступом к среде

Коммутация на уровне передачи данных 381

вить на удаленную машину. Они передаются на транспортный уровень, который

добавляет к ним свой заголовок (например, заголовок TCP) и передает резуль-

тирующую единицу информации на сетевой уровень. Тот, в свою очередь, тоже

добавляет свой заголовок, в результате чего формируется пакет сетевого уровня

(например, IP-пакет). На рис. 4.42, б IP-пакет выделен серым цветом. Пакет от-

правляется на уровень передачи данных (канальный уровень), где обрастает еще

одним заголовком и контрольной суммой (CRC). Наконец формируется кадр,

который спускается на физический уровень и может быть передан, например, по

ЛВС.

Прикладной

уровень

Транспортный

уровень

Сетевой

уровень

Уровень

передачи данных

Физический

уровень

ШЛЮЗ приложения

Транспортный шлюз

Маршрутизатор

Мост, коммутатор

Повторитель, концентратор

Пакет (поставляется сетевым уровнем)

Заголовок

кадра

Заголовок

пакета

Заголовок

TCP

Данные

пользователя

CRC

Кадр (формируется уровнем передачи данных)

Рис. 4.42. Соответствие устройств уровням (а); кадры, пакеты и заголовки (б)

Приступим к рассмотрению коммутирующих устройств и взглянем на то, как

они соотносятся с пакетами и кадрами. На самом нижнем, физическом уровне

работают повторители. Это аналоговые устройства, к которым подсоединяются

концы двух сегментов кабеля. Сигнал, появляющийся на одном из них, усилива-

ется повторителем и выдается на второй. Повторители не знают слов «пакет»,

«кадр» или «заголовок». Они знают слово «напряжение». В классическом Ether-

net допускается установка четырех повторителей, что позволяет расширять мак-

симальную длину кабеля с 500 до 2500 м.

Теперь обратимся к концентраторам. Концентратор (хаб) имеет несколько

входов, объединяемых электрически. Кадры, прибывающие на какой-либо вход,

передаются на все остальные линии. Если одновременно по разным линиям при-

дут два кадра, они столкнутся, как в коаксиальном кабеле. То есть концентратор

представляет собой одну область столкновений. Все линии, подсоединяемые к

нему, должны работать с одинаковыми скоростями. Концентраторы отличаются

от повторителей тем, что они обычно не усиливают входные сигналы, поскольку

предназначены не для этого. Их задача — обеспечивать согласованную работу

нескольких плат с несколькими входами, к которым подключаются линии с по-

хожими параметрами. Впрочем, во всем остальном хабы не очень отличаются от

повторителей. Ни те, ни другие не анализируют и не используют адреса стандар-

та 802. Принцип работы концентратора показан на рис. 4.43, а.

•Хост

Концентратор Мост-

Коммутатор

ЛВС

Рис. 4.43. Концентратор (а); мост (б); коммутатор (в)

Перейдем теперь на уровень передачи данных. Здесь мы обнаружим мосты

и коммутаторы. Только что мы как раз более или менее подробно обсуждали

мосты, поэтому знаем, что мост соединяет две или более ЛВС, как показано на

рис. 4.43, б. Когда прибывает кадр, мост программно извлекает из заголовка и

анализирует адрес назначения, сопоставляя его с таблицей и определяя, куда

этот кадр должен быть передан. В Ethernet это 48-битный адрес, показанный на

рис. 4.16. Как и в концентраторах, в современных мостах имеются вставные сете-

вые платы, обычно рассчитанные на 4 или 8 входов определенного типа. Плата

Ethernet, например, не может обрабатывать кадры сетей типа маркерное кольцо,

поскольку она не знает, в какой части заголовка искать адрес назначения. Тем не

менее, мост может иметь несколько плат, благодаря чему может работать с сетя-

ми разных типов. Каждая линия, подключенная к мосту, является областью

столкновений, в отличие от линий концентратора.

Коммутаторы похожи на мосты в том, что для маршрутизации используют

адреса кадров. На самом деле многие употребляют эти понятия как синонимы.

Различаются они тем, что коммутаторы чаще всего используются для соедине-

ния отдельных компьютеров (рис. 4.43, в), а не сетей. Следовательно, если хост А

(рис. 4.43, б) хочет отправить кадр на хост В, мост получит этот кадр, но отверг-

нет его. Вместе с тем, коммутатор на рис. 4.43, в должен самым активным обра-

зом способствовать передаче кадра от хоста А к хосту В, поскольку для кадра это

единственная возможность. Так как каждый порт коммутатора обычно соединен

с одним компьютером, в коммутаторах должно быть гораздо больше разъемов

Для сетевых плат, чем в мостах, поскольку последние соединяют целые сети. Ка-

ждая плата содержит буфер для хранения пришедших кадров. Поскольку каж-

дый порт является областью столкновений, то кадры из-за коллизий теряться не

Могут. Однако если скорость передачи данных по каналу превысит максималь-

ную скорость их обработки, буфер может переполниться и продолжающие при-

ходить кадры будут отвергаться.

382 Глава 4. Подуровень управления доступом к среде

Несколько уменьшить эту проблему помогают современные коммутаторы,

которые начинают пересылать кадры, едва получив их заголовки и не дожидаясь

полной их докачки (конечно, для этого должна быть свободна выходная линия).

Такие коммутаторы не используют протоколы с ожиданием. Иногда их называ-

ют сквозными коммутаторами. Этот метод чаще всего реализуется аппаратно,

тогда как в мостах традиционно присутствует процессор, программно реализую-

щий маршрутизацию с ожиданием. Но поскольку все современные мосты и ком-

мутаторы содержат специальные интегральные схемы коммутации, техническая

разница между ними практически стирается, и остается лишь разница в том, что

вы слышите о них в рекламе.

Итак, мы вкратце рассмотрели повторители и концентраторы, которые весь-

ма сходны друг с другом, а также коммутаторы и мосты, которые также не сильно

различаются. Теперь же мы перейдем к маршрутизаторам, которые резко отли-

чаются от всего рассмотренного ранее. Когда пакет прибывает на маршрутиза-

тор, отрезаются заголовки и концевики кадров и остаются только поля данных

(выделены серым на рис. 4.42), которые и передаются программному обеспече-

нию маршрутизатора. Далее анализируется заголовок пакета, и в соответствии с

ним выбирается его дальнейший путь. Если это IP-пакет, то в заголовке будет

содержаться 32-битный (IPv4) или 128-битный (IPv6), а не 48-битный (стандарт

802) адрес. Программное обеспечение маршрутизатора не интересуется адресами

кадров и даже не знает, откуда эти кадры взялись (то ли с ЛВС, то ли с двухто-

чечной линии). Более подробно мы изучим маршрутизаторы и принципы мар-

шрутизации в главе 5.

Поднявшись еще на уровень выше, мы обнаружим транспортные шлюзы. Они

служат для соединения компьютеров, использующих различные транспортные

протоколы, ориентированные на установление соединения. Например, такая си-

туация возникает, когда компьютеру, использующему TCP/IP, необходимо пе-

редать данные компьютеру, использующему ATM. Транспортный шлюз может

копировать пакеты, одновременно приводя их к нужному формату.

Наконец, шлюзы приложений уже работают с форматами и содержимым паке-

тов, занимаясь переформатированием на более высоком уровне. Например, шлюз

e-mail может переводить электронные письма в формат SMS-сообщений для мо-

бильных телефонов.

Виртуальные локальные сети

На заре развития технологий локальных сетей толстые желтые провода опутали

огромное количество офисов. Можно было подключить к сети каждый компью-

тер, мимо которого шел такой провод. Зачастую кабели объединялись в цент-

ральную магистраль (как показано на рис. 4.35) или шли к центральному концен-

тратору. Никто не задумывался над тем, к какой ЛВС подключить компьютер.

Все соседние компьютеры были станциями одной сети независимо от того, под-

ходили они друг другу или нет. Логическое соединение определялось исключи-

тельно расположением в пространстве.

Коммутация на уровне передачи данных 383

С развитием в 1990-е годы систем на основе 10Base-T и концентраторов все

изменилось. Из офисных зданий стали исчезать эти желтые провода, напоми-

нающие садовые шланги, и им на смену пришли витые пары, которые шли к щи-

там, висящим по концам коридоров и напичканным проводами (см. рис. 4.44).

Если чиновник, ответственный за прокладку кабелей в здании, был способен смот-

реть в будущее, то устанавливались витые пары категории 5; если же он был кро-

хобором, то использовались существующие (телефонные) витые пары категории 3,

которые были заменены только с приходом сетей типа «быстрый Ethernet».

^—Кабельный

канал

Витая пара

к концентратору

Офис

Рис. 4.44. Здание с централизованной проводкой

Концентратор

Коммутатор

В Ethernet с концентраторами (а позднее — с коммутаторами) появилась воз-

можность настройки локальных сетей не физически, а логически. Если компа-

нии требовалось k ЛВС, она приобретала k концентраторов. Аккуратно собрав

сеть (то есть вставив нужные соединители в нужные разъемы), можно было оп-

ределить ее пользователей таким образом, чтобы это имело некий реальный ор-

ганизационный смысл и не зависело от расположения станций внутри здания.

Конечно, если два человека работают в одном отделе, но в разных зданиях, они,

скорее всего, будут пользоваться разными концентраторами, а значит, и разными

сетями. Тем не менее, это намного лучше, чем основывать членство в той или

иной ЛВС исключительно на принципе территориального расположения.

А вообще, разве важно, кто подключен к какой ЛВС? Ведь все равно почти во

всех организациях сети объединены между собой. На самом же деле это действи-

тельно зачастую бывает важно. Сетевые администраторы по целому ряду причин

любят группировать пользователей ЛВС в соответствии со структурой организа-

ции, а не по принципу физического расположения компьютеров. Одной из таких

384 Глава 4. Подуровень управления доступом к среде

причин является защита информации. Любой сетевой интерфейс может быть

переведен в беспорядочный режим, когда обрабатывается весь трафик, приходя-

щий по каналу. Многие отделы, такие как отдел исследований, патентный, бух-

галтерия, владеют информацией, которую они не хотели бы выносить за пределы

своего подразделения. В этой ситуации наилучшим выходом является объедине-

ние компьютеров всех работников отдела в одну ЛВС и запрет на передачу ка-

ких-либо данных наружу. Руководство обычно не устраивает заявление о том,

что такое решение невозможно реализовать до тех пор, пока все работники отде-

ла не будут размещены в соседних кабинетах.

Второй причиной является нагрузка на сеть. Сеть может оказаться настолько

загруженной, что ее будет лучше разделить на несколько. Например, если народ

из отдела исследований решит провести какой-нибудь хитрый эксперимент, то

бухгалтерия будет не очень счастлива от сознания, что он проводится за счет ем-

костей их общей сети.

Еще одна причина — широковещание. Большинство сетей и многие протоко-

лы верхних уровней поддерживают широковещание. Например, если пользова-

тель хочет отправить пакет на IP-адрес х, как ему узнать, какой МАС-адрес под-

ставлять в кадры? Мы изучим этот вопрос более подробно в главе 5, а сейчас в

двух словах обрисуем решение проблемы: данная станция должна широковеща-

тельным методом послать запрос: «Кто знает, какой МАС-адрес работает с IP-

адресом х?» Затем она дожидается ответа. Есть много других примеров с исполь-

зованием широковещательной передачи. По мере объединения различных ЛВС

число широковещательных пакетов, проходящих через каждую машину, растет

линейно пропорционально общему числу машин.

С широковещанием связана еще одна проблема: время от времени сетевой

интерфейс ломается и начинает генерировать бесконечный поток кадров, полу-

чаемый всеми станциями. Это широковещательный штурм, который состоит в

следующем: 1) вся пропускная способность сети занята этими бессмысленными

кадрами; 2) все машины объединенных сетей вынуждены заниматься исключи-

тельно обработкой и отвержением этого мусора.

На первый взгляд кажется, что широковещательные штурмы можно ограни-

чить установкой своего рода дамб — разделяя сети мостами или коммутаторами

на несколько частей. Однако если речь идет о прозрачности (то есть о предостав-

лении машинам возможности перенесения в другие ЛВС без каких-либо измене-

ний конфигурации), то широковещательные кадры должны обрабатываться и пе-

ресылаться мостами.

Рассмотрев причины того, что компаниям требуются многочисленные ло-

кальные сети ограниченных размеров, давайте вернемся к проблеме разделения

логической и физической топологий. Допустим, пользователь переезжает в дру-

гое помещение, не меняя принадлежности к тому или иному отделу, или наобо-

рот — меняет отдел, не переезжая никуда из своего офиса. Если сеть в данной

организации оборудована концентраторами, то действия сетевого администрато-

ра в указанной ситуации сводятся к тому, что он доходит до щита с проводами

и вставляет соединитель, идущий от пользователя, в разъем другого концентра-

тора.

Коммутация на уровне передачи данных 385

Во многих компаниях организационные перестановки происходят постоянно,

то есть сетевой администратор постоянно занимается манипуляциями с соеди-

нителями и разъемами. А в некоторых случаях такие перестановки оказываются

невозможными из-за того, что провод пользовательского компьютера проходит

слишком далеко и просто не дотягивается до нужного щита (вследствие непро-

думанной прокладки кабелей).

Пользователи стали требовать у производителей создания более гибких се-

тей, и те ответили им созданием виртуальных ЛВС, для внедрения которых необ-

ходимо было изменить только программное обеспечение. Виртуальные сети да-

же в какой-то момент были стандартизованы комитетом 802. Сейчас они приме-

няются все шире и шире. Далее мы вкратце обсудим виртуальные сети. Допол-

нительную информацию можно найти в (Breyer and Riley, 1999; Seifert, 2000).

Виртуальные сети построены на основе специально разработанных коммута-

торов, хотя в их состав могут входить и обычные концентраторы (см. рис. 4.44).

Для создания системы, построенной на виртуальных ЛВС, сетевому админист-

ратору прежде всего нужно решить, сколько всего будет виртуальных сетей, какие

компьютеры будут в них входить и как они будут называться. Зачастую ВЛВС

(неформально) называют в соответствии с цветами радуги, поскольку тогда сра-

зу становятся понятнее и нагляднее цветные диаграммы, показывающие принад-

лежность пользователей виртуальным сетям. Скажем, пользователи «красной»

сети будут изображены красным цветом, «синей» — синим, и т. д. Таким обра-

зом, на одном рисунке можно отобразить физическую и логическую структуры

одновременно.

В качестве примера рассмотрим четыре ЛВС, изображенные на рис. 4.45, а.

Здесь восемь машин входят в виртуальную сеть С (Серая), а еще семь машин —

в виртуальную сеть Б (белая). Четыре физических сети объединены двумя мос-

тами, В1 и В2. Если используется центральная проводка на основе витой пары,

можно также установить четыре концентратора (не показаны на рисунке), одна-

ко логически моноканал и сеть с концентратором — это одно и то же. Чтобы не

загромождать рисунок, мы не стали изображать на нем концентраторы. Термин

«мост» сейчас применяется в основном тогда, когда к каждому порту подсоеди-

нено несколько машин; в противном случае слова «мост» и «коммутатор» можно

считать синонимами. На рис. 4.45, б показаны те же самые станции тех же самых

виртуальных сетей, только здесь используются коммутаторы, к каждому порту

которых подключено по одному компьютеру.

Чтобы виртуальные сети функционировали корректно, необходимо наличие

конфигурационных таблиц в мостах или коммутаторах. Эти таблицы сообщают

о том, через какие порты (каналы) производится доступ к тем или иным вирту-

альным сетям. Когда кадр прибывает, например, из серой ВЛВС, его нужно разо-

слать на все порты, помеченные буквой С. Это правило справедливо как для

ординарных (то есть однонаправленных) передач, так и для групповых и широ-

ковещательных.

Имейте в виду, что порт может бытьтгомечен сразу несколькими буквами, то

есть он может обслуживать несколько ВЛВС. Это видно и на рис. 4.45, а. Пусть у

машины А имеется кадр для широковещательной передачи. Мост В1 принимает

386 Глава 4. Подуровень управления доступом к среде

Коммутация на уровне передачи данных 387

его и замечает, что он пришел с машины с пометкой С. Поэтому его необходимо

ретранслировать на все порты (кроме того, с которого пришел кадр), принадле-

жащих «серой» виртуальной сети. У В1 есть только два порта, кроме входящего,

и оба помечены как С, поэтому кадр передается на оба из них.

BCD

т,тУ

- F ,<3 H.

Рис. 4.45. Четыре физические ЛВС, объединенные в две виртуальные сети, серую и белую,

двумя мостами (а); те же 15 машин, объединенных в две виртуальные сети коммутаторами (б)

С мостом В2 история несколько другая. Здесь мост знает, что в ЛВС 4 нет ма-

шин типа С, поэтому туда кадры не передаются вообще. Ретрансляция произво-

дится только в ЛВС 2. Если какой-нибудь пользователь ЛВС 4 перейдет на ра-

боту в другой отдел, а там будет сеть С, то таблицы моста В2 необходимо будет

обновить и переобозначить порт СБ вместо Б. Если машина F уходит в серую

сеть, то порт к ЛВС 2 надо будет переобозначить — вместо СБ он станет С.

Допустим теперь, что все машины ЛВС 2 и ЛВС 4 стали серыми. Тогда не

только порты В2, соединенные сЛВС2иЛВС4, получат обозначение С, но и

порт В1, соединенный с В2, превратится в С, поскольку «белые» кадры, приходя-

щие на .87, больше не будут нуждаться в ретрансляции на мост В2. На рис. 4.45, б

изображена та же ситуация, только здесь все порты, соединенные с определен-

ной машиной, отмечены только одним цветом, поскольку каждый компьютер

может принадлежать только одной ВЛВС.

Итак, мы предположили, что мосты и коммутаторы каким-то образом узнают

«цвет» приходящего кадра. Но как они это делают? Применяется один из сле-

дующих методов:

1. Каждому порту присваивается цвет.

2. Каждому МАС-адресу присваивается цвет.

3. Все протоколы 3-го уровня или IP-адреса соответствуют определенному цвету.

В первом методе каждый порт маркируется цветом какой-либо ВЛВС. Одна-

ко это работает только в том случае, если все машины порта принадлежат одной

виртуальной сети. На рис. 4.45, а этим свойством обладает порт ЛВС 3 моста В1,

а порт ЛВС 1 уже не может применять метод маркировки портов.

При использовании второго метода мост или коммутатор имеет таблицу,

в которой представлены 48-битные МАС-адреса и названия виртуальных сетей

всех станций, соединенных с устройством. В этом случае можно смешивать вир-

туальные сети внутри физической сети, как это происходит, скажем, с ЛВС 1 на

рис. 4.45, а. Когда прибывает кадр, мосту или коммутатору необходимо лишь из-

влечь адрес МАС-уровня и найти его в таблице (это позволит понять, в какой

виртуальной сети находится станция, с которой был отправлен кадр).

Третий метод заключается в том, что мост (коммутатор) просматривает поля

данных кадров, чтобы, например, классифицировать все IP-машины как принад-

лежащие к одной виртуальной сети, а машины AppleTalk — к другой. В первом

случае с помощью IP-адреса идентифицируется также конкретная машина. Та-

кая стратегия особенно полезна, когда существенная часть станций представля-

ют собой ноутбуки, которые могут подключаться в одном из нескольких мест.

Поскольку у каждой из стыковочных станций есть свой МАС-адрес, то просто

информация о том, какая стыковочная станция использовалась, ничего не ска-

жет о том, в какой из виртуальных сетей находится сам ноутбук.

Единственная проблема, связанная с этим подходом, состоит в том, что он на-

рушает самый фундаментальный закон сетей — независимость уровней. Уровню

передачи данных не должно быть никакого дела до содержимого поля данных.

Он не должен просматривать его и тем более не имеет права принимать реше-

ния, исходя из него. Последствием использования этого метода стало то, что вне-

сение изменений в протокол 3-го уровня (например, модернизация от IPv4 к

IPv6) приводит к неработоспособности коммутаторов. К сожалению, такие ком-

мутаторы все еще присутствуют на рынке.

Конечно, сама по себе маршрутизация, базирующаяся на IP-адресах (которой

посвящена почти вся 5-я глава), является вполне легитимной, однако смешива-

ние уровней — это оборотная и весьма нелицеприятная сторона медали. Произ-

водители коммутаторов могут пренебречь этим аргументом, заявляя, что их ап-

паратура понимает как IPv4, так и IPv6, так что все замечательно. Но что будет,

если в один прекрасный день появится IPv7? Производители, вероятно, скажут:

«Что ж, покупайте новые коммутаторы, что в этом такого?»

Стандарт IEEE 802.1Q

Если задуматься о том, как же работают виртуальные сети, то в голову приходит

Мысль, что все дело не в отправляющей машине, а в самом кадре ВЛВС. Если бы

был какой-нибудь способ идентифицировать ВЛВС по заголовку кадра, отпала

бы необходимость просмотра его содержимого. По крайней мере, в новых сетях

tHna 802.11 или 802.16 вполне можно было бы просто добавить специальное поле

заголовка. Вообще-то Идентификатор кадра в стандарте 802.16 — это как раз не-

что в этом духе. Но что делать с Ethernet — доминирующей сетью, у которой нет

Никаких «запасных» полей, которые можно было бы отдать под идентификатор

виртуальной сети?

Комитет IEEE 802 озаботился этим вопросом в 1995 году. После долгих дис-

куссий было сделано невозможное — изменен формат заголовка кадра Ethernet!

Новый формат было опубликован под именем 802.1Q, в 1998 году. В заголовок

388 Глава 4. Подуровень управления доступом к среде

кадра был вставлен флаг ВЛВС, который мы сейчас вкратце рассмотрим. Понят-

но, что внесение изменений в нечто уже устоявшееся, такое как Ethernet, должно

быть произведено каким-то нетривиальным образом. Встают, например, следую-

щие вопросы:

1. И что, теперь надо будет выбросить на помойку несколько миллионов уже су-

ществующих сетевых карт Ethernet?

2. Если нет, то кто будет заниматься генерированием новых полей кадров?

3. Что произойдет с кадрами, которые уже имеют максимальный размер?

Конечно, комитет 802 тоже был озабочен этими вопросами, и решение, не-

смотря ни на что, было найдено.

Идея состоит в том, что на самом деле поля ВЛВС реально используются

только мостами да коммутаторами, а не машинами пользователей. Так, скажем,

сеть, изображенную на рис. 4.45, не очень-то волнует их наличие в каналах, иду-

щих от оконечных станций, до тех пор, пока кадры не доходят до мостов или

коммутаторов. Таким образом, чтобы была возможна работа с виртуальными се-

тями, про их существование должны знать мосты и коммутаторы, но это требова-

ние и так понятно. Теперь же мы выставляем еще одно требование: они должны

знать про существование 802.1Q. Уже выпускается соответствующее оборудование.

Что касается старых сетевых,карт Ethernet, то выкидывать их не приходится.

Комитет 802.3 никак не мог заставить людей изменить поле Тип на поле Длина.

Вы можете себе представить, какова была бы реакция на заявление о том, что все

существующие карты Ethernet можно выбросить? Тем не менее, на рынке появ-

ляются новые модели, и есть надежда, что они теперь будут 802.1£)-совместимы-

ми и смогут корректно заполнять поля идентификации виртуальных сетей.

Если отправитель не генерирует поле признака виртуальной сети, то кто же

этим занимается? Ответ таков: первый встретившийся на пути мост или комму-

татор, обрабатывающий кадры виртуальных сетей, вставляет это поле, а послед-

ний — вырезает его. Но как он узнает, в какую из виртуальных сетей передать?

Для этого первое устройство, которое вставляет поле ВЛВС, может присвоить

номер виртуальной сети порту, проанализировать МАС-адрес или (не дай Бог,

конечно) подсмотреть содержимое поля данных. Пока все не перейдут на Ether-

net-карты, совместимые со стандартом 802.1Q, все именно так и будет. Остается

надеяться на то, что все сетевые платы гигабитного Ethernet будут придержи-

ваться стандарта 802.1Q, с самого начала их производства, и таким образом всем

пользователям гигабитного Ethernet этой технологии автоматически станут дос-

тупны возможности 802.1Q. Что касается проблемы кадров, длина которых пре-

вышает 1518 байт, то в стандарте 802.1Q она решается путем повышения лимита

до 1522 байт.

При передаче данных в системе могут встречаться как устройства, которым

сокращение ВЛВС не говорит ровным счетом ни о чем (например, классический

или быстрый Ethernet), так и совместимая с виртуальными сетями аппаратура

(например, гигабитный Ethernet). Такая ситуация показана на рис. 4.46. Здесь

затененные символы означают ВЛВС-совместимые устройства, а пустые квадра-

тики — все остальные. Для простоты мы предполагаем, что все коммутаторы

Коммутация на уровне передачи данных 389

ВЛВС-совместимы. Если же это не так, то первый такой ВЛВС-совместимый

коммутатор добавит в кадр признак виртуальной сети, основываясь на информа-

ции, взятой из MAC- или IP-адреса.

ВЛВС-совместимый ВЛВС-совместимый Обычный Обычный

оконечный домен центральный домен оконечный домен ПК

ВЛВС-

совместимый ПК

Обычный

кадр

ВЛВС-совместимый

коммутатор

Маршрутизация на основе

флагов ВЛВС

Рис. 4.48. Передача данных из обычного Ethernet в ВЛВС-совместимый Ethernet.

Затененные символы — это ВЛВС-устройства. Все остальные несовместимы

с виртуальными сетями

На этом рисунке мы видим, что ВЛВС-совместимые сетевые платы Ethernet

генерируют кадры с флагами (то есть кадры стандарта 802.1Q), и дальнейшая

маршрутизация производится уже с использованием этих флагов. Для осуществ-

ления маршрутизации коммутатор, как и раньше, должен знать, какие виртуаль-

ные сети доступны на всех портах. Информация о том, что кадр принадлежит се-

рой виртуальной сети, еще, по большому счету, ни о чем не говорит, поскольку

коммутатору еще нужно знать, какие порты соединены с машинами серой вирту-

альной сети. Таким образом, коммутатору нужна таблица соответствия портов

виртуальным сетям, из которой также можно было бы узнать, являются ли пор-

ты ВЛВС-совместимыми.

Когда обычный, ничего не подозревающий о существовании виртуальных се-

тей компьютер посылает кадр на коммутатор виртуальной сети, последний гене-

рирует новый кадр, вставляя в него флаг ВЛВС. Информацию для этого флага

он получает с виртуальной сети отправителя (для ее определения используется

номер порта, MAC- или IP-адрес.) Начиная с этого момента никто больше не пе-

реживает из-за того, что отправитель является машиной, не поддерживающей

стандарт 802.1Q, Таким же образом коммутатор, желающий доставить кадр с фла-

гом на такую машину, должен привести его к соответствующему формату.

Теперь рассмотрим собственно формат 802.1Q. Он показан на рис. 4.47.

Единственное изменение, которое мы тут видим, — это пара 2-байтовых полей.

Первое называется Идентификатор протокола ВЛВС. Оно всегда имеет значе-

390 Глава 4. Подуровень управления доступом к среде

Резюме 391

ние 0x8100. Поскольку это число превышает 1500, то все сетевые карты Ethernet

интерпретируют его как «тип», а не как «длину». Неизвестно, что будет делать

карта, несовместимая с 802.1Q, поэтому такие кадры, по идее, не должны к ней

никоим образом попадать.

802.3

Адрес

получателя

Адрес

отправителя

Длина

Данные

«I

Наполнитель

Контрольная

сумма

802.1Q

Адрес

получателя

Адрес

отправителя

Флаг

Длина

Данные

Наполнитель

Контрольная

сумма

Приоритет

CFI

Идентификатор

ВЛВС

Идентификатор

протокола ВЛВС

Рис. 4.47. Форматы кадров Ethernet-стандартов 802.3 или 802.1Q

Во втором двухбайтовом поле есть три вложенных поля. Главным из них яв-

ляется Идентификатор ВЛВС, который занимает 12 младших битов. Он содер-

жит ту информацию, из-за которой все эти преобразования форматов, собствен-

но, и были затеяны: в нем указано, какой виртуальной сети принадлежит кадр.

Трехбитовое поле Приоритет не имеет совершенно ничего общего с виртуаль-

ными сетями. Просто изменение формата Ethernet-кадра — это такой ежедекад-

ный ритуал, который занимает три года и исполняется какой-то сотней людей.

Почему бы не оставить память о себе в виде трех дополнительных бит, да еще и

с таким привлекательным назначением. Поле Приоритет позволяет различать

трафик с жесткими требованиями к реальности масштаба времени, трафик со

средними требованиями и трафик, для которого время передачи не критично.

Это позволяет обеспечить более высокое качество обслуживания в Ethernet. Оно

используется также при передаче голоса по Ethernet (хотя вот уже четверть века

в IP имеется подобное поле, и никому никогда не требовалось его использовать).

Последний бит, CFI (Canonical Format Indicator — индикатор классического

формата), следовало бы назвать Индикатором эгоизма компании. Изначально он

предназначался для того, чтобы показывать, что применяется формат МАС-ад-

реса с прямым порядком байтов (или, соответственно, с обратным порядком),

однако в пылу дискуссий об этом как-то забыли. Его присутствие сейчас означа-

ет, что поле данных содержит усохший кадр 802.5, который ищет еще одну сеть

формата 802.5 и в Ethernet попал совершенно случайно. То есть на самом деле

он просто использует Ethernet в качестве средства передвижения. Все это, ко-

нечно, практически никак не связано с обсуждаемыми в данном разделе вирту-

альными сетями. Но политика комитета стандартизации не сильно отличается

от обычной политики: если ты проголосуешь за введение в формат моего бита,

то я проголосую за твой бит.

Как уже упоминалось ранее, когда кадр с флагом виртуальной сети приходит

на ВЛВС-совместимый коммутатор, последний использует идентификатор вир-

туальной сети в качестве индекса таблицы, в которой он ищет, на какой бы порт

послать кадр. Но откуда берется эта таблица?. Если она разрабатывается вруч-

ную, это означает возврат в исходную точку: ручное конфигурирование комму-

таторов. Вся прелесть прозрачности мостов состоит в том, что они настраивают-

ся автоматически и не требуют для этого никакого вмешательства извне. Было

бы очень стыдно потерять это свойство. К счастью, мосты для виртуальных се-

тей также являются самонастраивающимися. Настройка производится на основе

информации, содержащейся во флагах приходящих кадров. Если кадр, помечен-

ный как ВЛВС 4, приходит на порт 3, значит, несомненно, одна из машин, под-

ключенных к этому порту, находится в виртуальной сети 4. Стандарт 802.1Q

вполне четко поясняет, как строятся динамические таблицы. При этом делаются

ссылки на соответствующие части алгоритма Перлмана (Perlman), который во-

шел в стандарт 802.ID.

Прежде чем завершить разговор о маршрутизации в виртуальных сетях, необ-

ходимо сделать еще одно замечание. Многие пользователи сетей Интернет и Ether-

net фанатично привязаны к сетям без установления соединения и неистово про-

тивопоставляют их любым системам, в которых есть хотя бы намек на соединение

на сетевом уровне или уровне передачи данных. Однако в виртуальных сетях

один технический момент как раз-таки очень сильно напоминает установку со-

единения. Речь идет о том, что работа виртуальной сети невозможна без того,

чтобы в каждом кадре был идентификатор, использующийся в качестве индекса

таблицы, встроенной в коммутатор. По этой таблице определяется дальнейший

вполне определенный маршрут кадра. Именно это и происходит в сетях, ориен-

тированных на соединение. В системах без установления соединения маршрут

определяется по адресу назначения, и там отсутствуют какие-либо идентифика-

торы конкретных линий, через которые должен пройти кадр. Более подробно мы

рассмотрим эту тенденцию в главе 5.

Резюме

В некоторых сетях для любой связи используется единственный моноканал. При

их разработке основной проблемой является распределение этого канала между

соревнующимися за право его использования станциями. Разработаны различ-

ные алгоритмы распределения канала. Наиболее важные из них приведены в

табл. 4.5.

Таблица 4.5. Методы распределения канала и системы с общим каналом

Метод Описание

Частотное уплотнение (FDM)

Спектральное уплотнение (WDM)

Временное уплотнение

Чистая система ALOHA

Выделение каждой станции частотного диапазона

Динамическое частотное уплотнение для оптического

волокна

Выделение каждой станции временного интервала

Несинхронизированная передача в любой момент

времени

продолжение*?

392 Глава 4. Подуровень управления доступом к среде

Таблица 4.5 {продолжение)

Метод

Описание

Дискретная система ALOHA

CSMA (множественный доступ

с контролем несущей)

с настойчивостью 1

Ненастойчивая система CSMA

CSMA с настойчивостью р

CSMA/CD (CSMA с

обнаружением столкновений)

Бит-карта

Двоичный обратный отсчет

Адаптивное дерево

Спектральное разделение

МАСА, MACAW

Ethernet

FHSS

DSSS

CSMA/CA

Случайная передача в строго определенные временные

интервалы

Стандартная система множественного доступа

с контролем несущей

Случайная задержка при занятом канале

Система CSMA с вероятностью передачи р

Система CSMA с прекращением передачи

при обнаружении столкновений

Поочередное использование канала с использованием

бит-карты для резервирования временных интервалов

Передача в каждый следующий интервал времени

готовой станцией с максимальным номером

Снижение остроты состязаний при помощи разбиения

станций на группы

Динамическая схема частотного уплотнения

для оптоволоконного кабеля

Беспроводные протоколы локальных сетей

CSMA/CD с удвоением времени ожидания

Передача широкополосного сигнала по методу

скачкообразного изменения частот

Передача широкополосного сигнала по методу прямой

последовательности

Множественный доступ с контролем несущей

и предотвращением столкновений

Простейшими схемами распределения являются частотное и временное уплот-

нения. Они эффективны при небольшом количестве станций и постоянном тра-

фике. Оба метода широко применяются в этих условиях, например, для разделе-

ния полосы пропускания в телефонных магистралях.

Однако когда количество станций велико и непостоянно или трафик являет-

ся пульсирующим, частотное и временное уплотнения использовать нецелесооб-

разно. В качестве альтернативы предлагается протокол ALOHA — дискретный и

непрерывный, с управлением и без него. Система ALOHA, ее многочисленные

варианты и производные системы широко обсуждались, анализировались и ис-

пользовались в реальных системах.

Если состояние канала можно прослушивать, станции могут отказываться от

передачи, когда слышат, что канал занят другой станцией. Применение метода

контроля несущей повлекло за собой создание большого количества протоколов,

применяемых в локальных и региональных сетях.

Широко известен класс протоколов, полностью устраняющий борьбу за ка-

нал или, по меньшей мере, значительно снижающий ее напряженность. Прото-

кол с двоичным обратным отсчетом полностью устраняет состязание за канал.

Протокол адаптивного дерева снижает его остроту, динамически деля станции

Резюме 393

на две непересекающиеся группы, одной из которых разрешается передавать во

время следующего интервала времени, а другой — нет. Алгоритм пытается де-

лить станции таким образом, чтобы только одной станции, готовой к передаче,

разрешалось это сделать.

У беспроводных локальных сетей есть свои проблемы и методы их решения.

Наибольшую проблему представляют собой скрытые станции, поэтому алгоритм

CSMA в данной ситуации не работает. Один из методов, применяемый, напри-

мер, в протоколах МАСА и MACAW, заключается в попытке стимулировать пе-

редачу вблизи получателя, что улучшает работу протокола CSMA. Также приме-

няются алгоритмы передачи широкополосного сигнала по методам прямой

последовательности и скачкообразного изменения частот. Стандарт IEEE 802.11

совмещает в себе методы CSMA и MACAW. Результатом такого комбинирова-

ния является метод CSMA/CA.

Ethernet является доминирующей технологией локальных вычислительных

сетей. Распределение канала производится при помощи метода CSMA/CD. В ста-

рых версиях использовался кабель, который тянулся от машины к машине, одна-

ко теперь более распространены витые пары, идущие к концентраторам или ком-

мутаторам. Скорости возросли от 10 Мбит/с до 1 Гбит/с и продолжают расти.

Беспроводные сети становятся все популярнее. Доминирует здесь стандарт

802.11. Физический уровень, определенный этим стандартом, позволяет рабо-

тать в пяти различных режимах передачи, в которых используются инфракрас-

ные сигналы, различные методы расширения спектра и многоканальная система

частотного уплотнения. Работа может вестись как при наличии базовой станции

в каждой ячейке, так и без нее. Используется протокол, аналогичный MACAW,

с контролем виртуальной несущей.

Начинают появляться беспроводные региональные сети. Это широкополос-

ные системы, которые решили проблему «последней мили» в телефонных систе-

мах путем применения радиосвязи. При этом используются традиционные мето-

ды узкополосной модуляции. Здесь важную роль играет качество обслуживания,

и стандарт 802.16 определяет четыре класса сервисов (постоянная битовая ско-

рость, два класса с переменной битовой скоростью, а также сервис с обязательст-

вами приложения максимальных усилий).

Система Bluetooth — это еще один тип беспроводных сетей, но довольно спе-

цифический. Чаще всего Bluetooth используется для беспроводного соединения

компьютера или мобильного телефона с периферийными устройствами. Как и в

стандарте 802.11, используется передача широкополосного сигнала по методу

скачкообразных изменений частоты в не подлежащем лицензированию диапазо-

не. Поскольку среда сильно зашумлена, а также благодаря необходимости пере-

дачи данных в реальном масштабе времени очень тщательно прорабатывались

алгоритмы исправления ошибок, встраиваемые в различные протоколы.

В мире существует огромное количество вычислительных сетей. Понятно,

что необходим какой-то способ их объединения. Для этих целей используются

такие устройства, как мосты и коммутаторы. Для создания самонастраивающих-

ся мостов применяется алгоритм связующего дерева. Новым словом в деле объе-

динения ЛВС стали виртуальные локальные сети, которые позволили отделить