Велихов А.В. , Строчников К.С., Кошкин. Б.Л. Компьютерные сети: Учебное пособие по администрированию локальных и объединенных сетей
Подождите немного. Документ загружается.
стов.
Коммутаторы EtherCell поддерживают образование виртуальных
групп, распределенных по ATMмагистрали сети, образованной коммута
торами LattisCell.
Коммутатор LightStream 1010 компании Cisco
Коммутатор LightStream 1010 является ATM коммутатором для об
разования магистралей сетей отделов или кампусов.
Коммутатор обладает общей производительностью 5 Гб/с и выпол
нен на базе 5слотового шасси.
В центральном слоте устанавливается модуль управления коммута
цией ATM Switch Processor (ASP), который имеет разделяемую память со
скоростью доступа 5 Гб/с, полностью неблокирующую коммутационную
матрицу, а также высокопроизводительный RISCпроцессор MIPS R4600
100 MHz. Модуль ASP работает под управлением межсетевой операцион
ной системы IOS, как и маршрутизаторы и коммутаторы старших моде
лей компании Cisco. Программное обеспечение модуля ASP может заме
няться «на ходу», то есть без остановки коммутатора, что важно в условиях
часто изменяющихся спецификаций ATM Forum.
Оставшиеся 4 слота используются для установки интерфейсных мо
дулей CAM, в каждый из которых можно установить до 2х модулей
адаптеров портов PAM. Таким образом, коммутатор может иметь в мак
симальной конфигурации до 8 модулей PAM из следующего набора:
n 1 порт ATM 622 Мб/с (OC12) (одномодовый);
n 1 порт АТМ 622 Мб/с (OC12) (многомодовый);
n 4 порта ATM 155 Мб/с (OC3с) (одномодовый);
n 4 порта ATM 155 Мб/с (OC3с) (многмодовый);
n 4 порта ATM 155 Мб/с (OC3с) (по неэкранированной витой
паре UTP Cat 5);
n 2 порта DS3/T3 45 Мб/с;
n 2 порта E3 34 Мб/c.
Коммутатор LightStream 1010 одним из первых в отрасли поддержи
вает спецификацию маршрутизации PNNI Phase 1, необходимую для мар
шрутизации коммутируемых соединений (SVC) в неоднородных АТМсе
тях с учетом требуемого качества обслуживания.
Поддерживаются все определенные ATM Forum виды трафика, в
том числе ABR.
Для соединений «пользователь — коммутатор» используется прото
Лекция 1: Локальные сети
78
кол UNI 3.0 (в ближайшее время ожидается также поддержка UNI 3.1).
Коммутатор LightStream 1010 может выполнять роль центрального
коммутатора в сети кампуса.
Тестовые испытания коммутаторов
Поскольку коммутаторы постоянно расширяют свою сферу дея
тельности, то интерес, проявляемый к ним со стороны различных тесто
вых лабораторий не уменьшается. В основном тестируются различные ха
рактеристики производительности для типовых конфигураций сети.
Проводимые тестовые испытания интересны в двух аспектах. Во
первых, интересны сами результаты испытаний, хотя абсолютизировать
их ни в коем случае нельзя. Если один коммутатор превзошел другой по
определенному показателю при определенных условиях на 10% или 20%,
то это совершенно не значит, что в других условиях второй коммутатор не
покажет себя лучше на 15%. В то же время существенное отставание от об
щей массы моделей какоголибо коммутатора должно насторожить его
потенциальных покупателей.
Вовторых, интересны создаваемые условия тестирования, так как
они обычно выбираются на основании опыта эксплуатации коммутаторов
и соответствуют наиболее тяжелым режимам их работы.
Ниже описываются условия и приводятся результаты тестирования
коммутаторов, проведенные совместно тестовой лабораторией журнала
Data Communication и European Network Labs. При получении первых ре
зультатов тестирования они обсуждались с представителями компаний
производителей, в результате чего в программное обеспечение некоторых
моделей были внесены изменения, улучшившие их работу в специфичес
ких условиях проводимых испытаний.
Тестировались коммутаторы в конфигурации с распределенной ма
гистралью, когда большое количество портов Ethernet 10 Мб/c обменива
ется данными через магистраль Fast Ethernet или FDDI.
Нагрузка на сеть создавалась двумя генераторами трафика Smartbits
Advanced SMB100, которые посылали трафик на 20 портов Ethernet каж
дого из двух тестируемых образцов коммутатора. Трафик, посылаемый на
каждый входной порт, направлялся через этот порт остальным 39 портам
коммутаторов с равной степенью вероятности во всех тестах, кроме теста
на вносимую задержку, где трафик просто пропускался в одном направ
лении через магистраль. Использовались кадры минимального размера
по 64 байта каждый.
Генераторы трафика подсчитывали количество кадров, которые до
шли до порта назначения и на основании этих данных подсчитывались
Лекция 1: Локальные сети
79
количественные оценки качества передачи трафика коммутаторами.
В первом тесте проверялась способность коммутатора передавать
без потерь кратковременные пульсации трафика.
Условия эксперимента: подача на каждый порт пачки из 24 кадров,
пауза в 1 секунду, подача на каждый порт пачки из 62 кадров, пауза в 1 се
кунду, и так далее при увеличении размера пачки до 744 кадров. Каждая
пачка создавала 100% загрузку каждого из 40 портов Ethernet, участвовав
ших в тестировании.
Результаты тестирования
Коммутатор LANplex при первых испытаниях потерял достаточно
большой процент кадров, после чего специалисты компании 3Сom вне
сли коррективы в его программное обеспечение и повысили степень аг
рессивности портов коммутатора. В результате коммутатор перестал те
рять кадры.
Во втором тесте проверялась максимальная пропускная способ
ность коммутации в расчете на один порт при 100% кратковременной за
грузке порта.
Условия эксперимента: генерировалась пачка из 24 кадров для каж
дого порта и измерялась максимальная скорость доставки кадров в порт
назначения.
Результаты тестирования
Наилучшие результаты показал коммутатор Catalist 5000, передавая
почти 5000 кадров в секунду при максимальной теоретически возможной
пропускной способности в 7440 кадров в секунду (учитывались только
принимаемые потом кадры). Значительное снижение реальной пропуск
ной способности по сравнению с максимально возможной отражает труд
ности, которые испытывает коммутатор при полудуплексном режиме ра
боты, одновременно передавая и принимая кадры. Коммутатор LANplex
несколько отстал от лидера, что специалисты, проводившие тестирова
ние, объясняют слишком высоким уровнем агрессивности, установлен
ном для предотвращения потерь кадров. Такой уровень слишком «тормо
зит» конечный узел, не давая ему развить более высокую скорость выдачи
кадров в сеть.
В третьем тесте оценивалась задержка, вносимая коммутатором при
передаче кадра через магистраль
Условия эксперимента: Постоянный однонаправленный поток ка
дров через магистраль. Измерялось время между поступлением первого
бита кадра на входной Ethernetпорт первого коммутатора и появлением
первого бита этого же кадра на выходном Ethernetпорту второго комму
Лекция 1: Локальные сети
80
татора.
Результаты тестирования
Коммутаторы, которые использовали в качестве магистрали кольцо
FDDI, вносили большие задержки по сравнению с коммутаторами, свя
занными по магистрали Fast Ethernet. Это не удивительно, так как в по
следнем случае трансляция кадров не выполнялась.
Лекция 2: Объединенные
сети
Эталонная модель OSI
Перемещение информации между компьютерами различных схем
является чрезвычайно сложной задачей. В начале 1980 года Международ
ная организация по стандартизации (ISO) признала необходимость в со
здания модели сети, которая могла бы помочь поставщикам создавать ре
ализации взаимодействующих сетей. Эту потребность удовлетворяет
эталонная модель «Взаимодействие Открытых Систем» (OSI), выпущен
ная в 1984 г.
Эталонная модель OSI быстро стала основной архитектурной моде
лью для передачи межкомпьютерных сообщений. Несмотря на то, что бы
ли разработаны другие архитектурные модели (в основном патен
тованные), большинство поставщиков сетей, когда им необходимо
предоставить обучающую информацию пользователям поставляемых ими
изделий, ссылаются на них как на изделия для сети, соответствующей эта
лонной модели OSI. И действительно, эта модель является самым лучшим
средством, имеющемся в распоряжении тех, кто надеется изучить техно
логию сетей.
Иерархическая связь
Эталонная модель OSI делит проблему перемещения информации
между компьютерами через среду сети на семь менее крупных, и следова
тельно, более легко разрешимых проблем. Каждая из этих семи проблем
выбрана потому, что она относительно автономна, и следовательно, ее
Лекция 2: Объединенные сети
81
легче решить без чрезмерной опоры на внешнюю информацию.
Каждая из семи областей проблемы решалась с помощью одного из
уровней модели. Большинство устройств сети реализует все семь уровней.
Однако в режиме потока информации некоторые реализации сети пропу
скают один или более уровней. Два самых низших уровня OSI реализуют
ся аппаратным и программным обеспечением; остальные пять высших
уровней, как правило, реализуются программным обеспечением.
Справочная модель OSI описывает, каким образом информация
проделывает путь через среду сети (например, провода) от одной приклад
ной программы (например, программы обработки крупноформатных таб
лиц) до другой прикладной программы, находящейся в другом компьюте
ре. Так как информация, которая должна быть отослана, проходит вниз
через уровни системы, по мере этого продвижения она становится все
меньше похожей на человеческий язык и все больше похожей на ту ин
формацию, которую понимают компьютеры, а именно «единицы» и «ну
ли».
Проблемы совместимости
Эталонная модель OSI не является реализацией сети. Она только
определяет функции каждого уровня. В этом отношении она напоминает
план для постройки корабля. Точно также, как для выполнения фактиче
ской работы по плану могут быть заключены контракты с любым количе
ством кораблестроительных компаний, любое число поставщиков сети
могут построить протокол реализации по спецификации протокола. И ес
ли этот план не будет предельно понятным, корабли, построенные раз
личными компаниями, пользующимися одним и тем же планом, пусть
незначительно, но будут отличаться друг от друга. Примером самого не
значительного отличия могут быть гвозди, забитые в разных местах.
Чем объясняется разница в реализациях одного и того же плана ко
рабля (или спецификации протокола)? Частично эта разница вызвана не
способностью любой спецификации учесть все возможные детали реали
зации. Кроме того, разные люди, реализующие один и тот же проект,
всегда интерпретируют его немного поразному. И наконец, неизбежные
ошибки реализации приводят к тому, что изделия разных реализаций от
личаются исполнением. Этим объясняется то, что реализация протокола
Х одной компании не всегда взаимодействует с реализацией этого прото
кола, осуществленной другой компанией.
Уровни OSI
Каждый уровень имеет заранее заданный набор функций, которые
он должен выполнить для того, чтобы связь могла состояться.
Прикладной уровень
Лекция 2: Объединенные сети
82
Прикладной уровень — это самый близкий к пользователю уровень
OSI. Он отличается от других уровней тем, что не обеспечивает услуг ни
одному из других уровней OSI; однако он обеспечивает ими прикладные
процессы, лежащие за пределами масштаба модели OSI. Примерами та
ких прикладных процессов могут служить программы обработки крупно
масштабных таблиц, программы обработки слов, программы банковских
терминалов и т.д.
Прикладной уровень идентифицирует и устанавливает наличие
предполагаемых партнеров для связи, синхронизирует совместно работа
ющие прикладные программы, а также устанавливает соглашение по про
цедурам устранения ошибок и управления целостностью информации.
Прикладной уровень также определяет, имеется ли в наличии достаточно
ресурсов для предполагаемой связи.
Представительный уровень
Представительный уровень отвечает за то, чтобы информация, по
сылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой для при
кладного уровня другой системы. При необходимости представительный
уровень осуществляет трансляцию между множеством форматов пред
ставления информации путем использования общего формата представ
ления информации.
Представительный уровень занят не только форматом и представ
лением фактических данных пользователя, но также структурами данных,
которые используют программы. Поэтому кроме трансформации форма
та фактических данных (если она необходима), представительный уро
вень согласует синтаксис передачи данных для прикладного уровня.
Сеансовый уровень
Как указывает его название, сеансовый уровень устанавливает, уп
равляет и завершает сеансы взаимодействия между прикладными задача
ми. Сеансы состоят из диалога между двумя или более объектами пред
ставления (сеансовый уровень обеспечивает своими услугами
представительный уровень). Сеансовый уровень синхронизирует диалог
между объектами представительного уровня и управляет обменом инфор
мации между ними. В дополнение к основной регуляции диалогов (сеан
сов) сеансовый уровень предоставляет средства для отправки информа
ции, класса услуг и уведомления в исключительных ситуациях о
проблемах сеансового, представительного и прикладного уровней.
Транспортный уровень
Граница между сеансовым и транспортным уровнями может быть
представлена как граница между протоколами прикладного уровня и про
токолами низших уровней. В то время как прикладной, представитель
Лекция 2: Объединенные сети
83
ный и сеансовый уровни заняты прикладными вопросами, четыре низ
ших уровня решают проблемы транспортировки данных.
Транспортный уровень пытается обеспечить услуги по транспорти
ровке данных, которые избавляют высшие слои от необходимости вни
кать в ее детали. В частности, заботой транспортного уровня является ре
шение таких вопросов, как выполнение надежной транспортировки
данных через объединенную сеть. Предоставляя надежные услуги, транс
портный уровень обеспечивает механизмы для установки, поддержания и
упорядоченного завершения действия виртуальных каналов, систем об
наружения и устранения неисправностей транспортировки и управления
информационным потоком (с целью предотвращения переполнения
системы данными из другой системы).
Сетевой уровень
Сетевой уровень — это комплексный уровень, который обеспечива
ет возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными
системами, подключенными к разным «подсетям», которые могут нахо
диться в разных географических пунктах. В данном случае «подсеть» —
это по сути независимый сетевой кабель (иногда называемый сегментом).
Так как две конечные системы, желающие организовать связь, мо
жет разделять значительное географическое расстояние и множество под
сетей, сетевой уровень является доменом маршрутизации. Протоколы
маршрутизации выбирают оптимальные маршруты через последователь
ность соединенных между собой подсетей. Традиционные протоколы се
тевого уровня передают информацию вдоль этих маршрутов.
Канальный уровень
Канальный уровень (формально называемый информационнока
нальным уровнем) обеспечивает надежный транзит данных через физиче
ский канал. Выполняя эту задачу, канальный уровень решает вопросы
физической адресации (в противоположность сетевой или логической ад
ресации), топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конеч
ной системе использовать сетевой канал), уведомления о неисправностях,
упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком
информации.
Физический уровень
Физический уровень определяет электротехнические, механичес
кие, процедурные и функциональные характеристики активации, поддер
жания и дезактивации физического канала между конечными системами.
Спецификации физического уровня определяют такие характеристики,
как уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, ско
рость передачи физической информации, максимальные расстояния пе
редачи информации, физические соединители и другие аналогичные
Лекция 2: Объединенные сети
84
характеристики.
Адресация
Существенным компонентом любой системы сети является опреде
ление местонахождения компьютерных систем. Существуют различные
схемы адресации, используемые для этой цели, которые зависят от ис
пользуемого семейства протоколов. Другими словами, адресация
AppleTalk отличается от адресации TCP/IP, которая в свою очередь отли
чается от адресации OSI, и т.д.
Двумя важными типами адресов являются адреса канального уров
ня и адреса сетевого уровня. Адреса канального уровня (называемые так
же физическими или аппаратными адресами), как правило, уникальны
для каждого сетевого соединения. У большинства локальных сетей (LAN)
адреса канального уровня размещены в схеме интерфейса; они назнача
ются той организацией, которая определяет стандарт протокола, пред
ставленный этим интерфейсом. Так как большинство компьютерных си
стем имеют одно физическое сетевое соединение, они имеют только один
адрес канального уровня. Роутеры и другие системы, соединенные с мно
жеством физических сетей, могут иметь множество адресов канального
уровня.
В отличие от адресов канального уровня, которые обычно сущест
вуют в пределах плоского адресного пространства, адреса сетевого уров
ня обычно иерархические. Другими словами, они похожи на почтовые ад
реса, которые описывают местонахождение человека, указывая страну,
штат, почтовый индекс, город, улицу, адрес на этой улице и наконец, имя.
Хорошим примером одноуровневой адресации является номерная систе
ма социальной безопасности США, в соответствии с которой каждый че
ловек имеет один уникальный номер, присвоенный ему службой безопас
ности.
Иерархические адреса делают сортировку адресов и повторный вы
зов более легкими путем исключения крупных блоков логически схожих
адресов в процессе последовательности операций сравнения. Например,
можно исключить все другие страны, если в адресе указана страна «Ир
ландия». Легкость сортировки и повторного вызова являются причиной
того, что роутеры используют адреса сетевого уровня в качестве базиса
маршрутизации.
Адреса сетевого уровня различаются в зависимости от используемо
го семейства протоколов, однако они, как правило, используют соответ
ствующие логические разделы для нахождения компьютерных систем в
объединенной сети. Некоторые из этих логических разделов базируются
на физических характеристиках сети (таких, как сегмент сети, в котором
находится какаянибудь система); другие логические разделы базируются
на группировках, не имеющих физического базиса (например, «зона»
Лекция 2: Объединенные сети
85
AppleTalk).
Блоки данных, пакеты и сообщения
После того, как по адресам установили местоположение компью
терных систем, может быть произведен обмен информацией между двумя
или более системами. В литературе по объединенным сетям наблюдается
непоследовательность в наименовании логически сгруппированных бло
ков информации, которая перемещается между компьютерными система
ми. «блок данных», «пакет», «блок данных протокола», «PDU», «сегмент»,
«сообщение» — используются все эти и другие термины, в зависимости от
прихоти тех, кто пишет спецификации протоколов.
Как правило, «блок данных» (frame) обозначает блок информации,
источником и пунктом назначения которого являются объекты канально
го уровня. Термин «пакет» (packet) обозначает блок информации, у кото
рого источник и пункт назначения — объекты сетевого уровня. И нако
нец, термин «сообщение» (message) обозначает информационный блок, у
которого объекты источника и места назначения находятся выше сетево
го уровня. Термин «сообщение» используется также для обозначения от
дельных информационных блоков низших уровней, которые имеют спе
циальное, хорошо сформулированное назначение.
Основы маршрутизации
В общедоступном значении слова маршрутизация означает пере
движение информации от источника к пункту назначения через объеди
ненную сеть. При этом, как правило, на пути встречается по крайней ме
ре один узел. Маршрутизация часто противопоставляется объединению
сетей с помощью моста, которое, в популярном понимании этого спосо
ба, выполняет точно такие же функции. Основное различие между ними
заключается в том, что маршрутизация и объединение по мостовой схеме
используют различную информацию в процессе ее перемещения от ис
точника к месту назначения. Результатом этого является то, что маршру
тизация и объединение с помощью моста выполняют свои задачи разны
ми способами; фактически, имеется несколько различных видов
маршрутизации и объединения с помощью мостов.
Компоненты маршрутизации
Маршрутизация включает в себя два основных компонента: опре
деление оптимальных трактов маршрутизации и транспортировка инфор
мационных групп (обычно называемых пакетами) через объединенную
сеть. Как правило, последний из этих двух компонентов называется ком
мутацией. Коммутация относительно проста. С другой стороны,
определение маршрута может быть очень сложным процессом.
Лекция 2: Объединенные сети
86
Определение маршрута
Определение маршрута может базироваться на различных показате
лях (величинах, результирующих из алгоритмических вычислений по от
дельной переменной — например, длина маршрута) или комбинациях по
казателей. Программные реализации алгоритмов маршрутизации
высчитывают показатели маршрута для определения оптимальных марш
рутов к пункту назначения.
Для облегчения процесса определения маршрута, алгоритмы марш
рутизации инициализируют и поддерживают таблицы маршрутизации, в
которых содержится маршрутная информация. Маршрутная информация
изменяется в зависимости от используемого алгоритма маршрутизации.
Алгоритмы маршрутизации заполняют маршрутные таблицы неким
множеством информации. Ассоциации «Пункт назначения/ следующая
пересылка» сообщают роутеру, что определенный пункт назначения мо
жет быть оптимально достигнут путем отправки пакета в определенный
роутер, представляющий «следующую пересылку» на пути к конечному
пункту назначения. При приеме поступающего пакета роутер проверяет
адрес пункта назначения и пытается ассоциировать этот адрес со следую
щей пересылкой.
Роутеры сообщаются друг с другом (и поддерживают свои маршрут
ные таблицы) путем передачи различных сообщений. Одним из видов та
ких сообщений является сообщение об «обновлении маршрутизации».
Обновления маршрутизации обычно включают всю маршрутную таблицу
или ее часть. Анализируя информацию об обновлении маршрутизации,
поступающую ото всех роутеров, любой из них может построить деталь
ную картину топологии сети. Другим примером сообщений, которыми
обмениваются роутеры, является «объявление о состоянии канала». Объ
явление о состоянии канала информирует другие роутеры о состоянии ка
налов отправителя. Канальная информация также может быть использо
вана для построения полной картины топологии сети. После того, как
топология сети становится понятной, роутеры могут определить опти
мальные маршруты к пунктам назначения.
Коммутация
Алгоритмы коммутации сравнительно просты и в основном одина
ковы для большинства протоколов маршрутизации. В большинстве слу
чаев главная вычислительная машина определяет необходимость отправ
ки пакета в другую главную вычислительную машину. Получив
определенным способом адрес роутера, главная вычислительная машина
источник отправляет пакет, адресованный специально в физический ад
рес роутера (уровень МАС), однако с адресом протокола (сетевой уро
Лекция 2: Объединенные сети
87