5. Мосты

Мостом (bridge) называется устройство, которое служит для логической структуризации сетей. Под логической структуризацией сети понимается разбиение большой сети на логические сегменты, в которых содержится меньшее количество узлов. Сеть, разделенная на логические сегменты, обладает большей производительностью и надежностью. Экспериментально установлено, что существует определенный порог для количества компьютеров, подключенных к разделяемой среде, после которого начинает падать пропускная способность сети. В общем случае для технологии Ethernet рекомендуется, чтобы количество компьютеров в одном сегменте не превышало 30. Таким образом, большую сеть целесообразно разбивать на отдельные сегменты, а затем объединять их с помощью такими устройствами, как мосты и коммутаторы. Мост по своим функциональным возможностям является более совершенным устройством, чем концентратор. Мост принимает кадр из одного сегмента сети, запоминает его в своей буферной памяти, анализирует адрес назначения кадра. Если кадр принадлежит сегменту сети, из которого он получен, то мост не реагирует на этот кадр. Если кадр содержит адрес компьютера, принадлежащего другому сегменту, то мост осуществляет пересылку на свой порт, к которому подключен требуемый сегмент. . Мост содержит свою адресную таблицу, в которой содержаться адреса источников кадров. В отличие от концентраторов мост передает кадры не сразу по- битно, а с буферизацией (запоминанием). Буферизация разрывает единую разделяемую среду и тем самым позволяет предотвращать коллизии. Таким образом, использование мостов позволяет вести расчет сети по каждому из сегментов, не суммируя общее затухание.

К недостаткам мостов относится ситуация, когда передача кадра происходит сразу на все порты моста, т.е. возникает так называемый широковещательный шторм.

Следует отметить, что в настоящее время мосты практически не производятся, а им на смену пришли более совершенные устройства - коммутаторы.

6. Коммутаторы

Технология соединения сегментов сети с помощью коммутаторов (switch) появилась в 1990 году для решения проблемы повышения пропускной способности сети. В отличие от моста коммутатор обрабатывает кадры параллельно. Структурная схема коммутатора показана на рис 3. Компьютеры подключаются к соответствующим портам коммутатора, каждым из которых управляет отдельный процессор. Работу всех процессоров координирует системный модуль. Для передачи кадров между портами внутри коммутатора находится специальная коммутационная матрица, работающая по принципу коммутации каналов. Например, для 16 портов матрица может обеспечить 16 внутренних каналов. При поступлении кадра информации от компьютера на какой- либо порт коммутатора соответствующий процессор анализирует адрес назначения кадра. Процессор просматривает свою собственную память (адресную таблицу) и если не находит там указанный адрес, то управление переходит к системному модулю. Системный модуль производит просмотр адресов всех процессоров и в случае нахождения нужного адреса указывает его процессору. Тот записывает адрес в свою таблицу и по этому адресу передает кадр на соответствующий порт. Если адрес не находится, то кадр уничтожается. Если адресуемый порт занят, то кадр сохраняется во входном порту до момента освобождения адресуемого порта. Задержка от момента появления кадра на входном порту до момента его появления на выходе составляет несколько микросекунд. Поскольку несколько портов могут работать параллельно, то сеть, построенная на коммутаторах, имеет хорошую пропускную способность. Производительность самого коммутатора в этом случае равна сумме производительностей его отдельных портов. Использование коммутаторов позволяет избежать проблем коллизий в сети Ethernet, так как наличие портов и буферизация данных не позволяет распространяться коллизии по всей сети. В этом случае длина сети не равна сумме длин отдельных сегментов.

Удобство использования коммутаторов заключается также в том, что это самообучающееся устройство и следует только правильно подключить его к сети. Коммутаторы значительно дороже концентраторов (стоимость одного составляет нескольких тысяч долларов). На современном рынке широко представлены коммутаторы фирм 3Com, Cisco, Intel,HP.

При построении небольших сетей, составляющий нижний иерархический уровень (например, на этаже) приходится выбирать между концентратором и коммутатором. В этом случае необходимо учитывать несколько факторов. Важное значение имеет стоимость, величина трафика между отдельными сегментами сети, скорости работы протоколов. В настоящее время скорости выбираются из трех скоростей- 10, 100 или 1000 Мбит/с. Поэтому порты как концентратора, так и коммутатора должны обеспечить указанные скорости В настоящее время выпускаются коммутаторы, у которых порты имеют разную скорость, как правило один из портов является более скоростным и может быть использован для подключения сервера.

При всем разнообразии структурных схем сетей, построенных на коммутаторах все они используют две базовые структуры- стянутую в точку магистраль и распределенную магистраль.

Стянутая в точку магистраль - это структура, при которой объединение компьютеров, сегментов или сетей происходит на внутренней магистрали коммутатора. Преимущество такой структуры является высокая производительность магистрали, так как скорость передачи информации по такой магистрали составляет несколько гигабит в секунду. Преимущество такой структуры заключается также в том, что по внутренней магистрали могут передаваться данные различных протоколов, например, Ethernet, FDDI.

Распределенная магистраль - это разделяемый сегмент сети, поддерживающий определенный протокол, к которому подсоединяются коммутаторы других сегментов.

Лекция 6. Сетевой уровень модели OSI

1. Основные функции сетевого уровня

Рассмотренные в предыдущих лекциях технологии и оборудование физического и канального уровня модели OSI позволяют обеспечить обмен информацией между компьютерами только в пределах одной локальной сети. Канальный уровень, однако, не в состоянии осуществить обмен информацией между компьютерами в сложной компьютерной сети, состоящей из нескольких отдельных сетей. Эту задачу решает сетевой уровень.

Сетевой уровень в модели OSI занимает промежуточное положение: его услугами пользуются более высокие уровни (транспортный, сеансовый, представительный, прикладной), а для выполнения своих функций он использует канальный уровень.

На сетевом уровне реализуется ключевое понятие объединения сетей, т.е понятие абстрактной коммутационной системы или межсетевого обмена.

На сетевом уровне информация передаются отдельными блоками, которые называются пакеты.

Идея передавать информацию между отдельными сетями не целыми файлами, а маленькими пакетами стала основной идеей объединения сетей, а в конечном итоге привела к бурному развитию глобальной компьютерной сети Интернет.

Пакетный обмен информацией на сетевом уровне имеет два главных преимущества:

· независимость процессов передачи данных сетевым уровнем от прикладных программ. Компьютеры сетевого уровня «не знают», какому приложению принадлежит данный пакет, их задача состоит в передаче пакета в нужном направлении. Это ускоряет процессы обработки пакетов и делает систему передачи информации более гибкой.

· каждый из пакетов имеет заголовок, обязательно содержащий адрес назначения. Заголовок пакета сетевого уровня имеет унифицированный формат, не зависящий от форматов кадров канального уровня отдельных подсетей, входящих в общую сеть. Этот заголовок позволяет находить адресата в сети с любой топологией.

Пакеты сетевого уровня упаковываются в кадры канального уровня и передаются по подсети в соответствии с правилами реализованной в этой подсети технологии (Ethernet, FDDI и т.д.)

В общем случае сетевой уровень модели OSI решает следующие задачи:

· переадресация информации между конечными узлами в составных сетях путем выбор маршрута передачи пакетов

· согласование разных протоколов канального уровня, использующихся в отдельных подсетях составной сети

Следует иметь четкое представление, что реальное продвижение пакетов осуществляется только на канальном и физическом уровне модели OSI, т.к. только там существуют электрические или оптические сигналы. Без «упаковки» пакетов в кадры соответствующих канальных технологий сам сетевой уровень передать информацию не в состоянии. Это наглядно представлено на Рис.1

2. Маршрутизация и маршрутизаторы

Протоколы сетевого уровня реализуются, как правило, в виде программных модулей и выполняются на конечных узлах- компьютерах, называемых хостами, а также на промежуточных узлах- маршрутизаторах, называемых шлюзами. Маршрутизаторы (router) может представлять собой как специализированное устройство, так и универсальный компьютер.

Компьютерная сеть в общем случае рассматривается как совокупность нескольких сетей (Рис.2).

Сети, входящие в основную сеть называются подсетями или просто сетями. Подсетями могут быть как локальные, так и глобальные компьютерные сети. Следует отметить, что внутри одной подсети на канальном уровне используется единая технология из рассмотренных в предыдущих лекциях..

Маршрутизаторы связывают подсети между собой путем непосредственной адресации каждой из подсетей. Способом формирования сетевого адреса является уникальная нумерация всех подсетей составной сети и нумерация всех узлов в пределах каждой подсети. Таким образом, сетевой адрес представляет собой пару: номер сети (подсети) и номер узла. Номер узла называется также локальным адресом..

Продвижение пакетов между подсетями, в соответствии с адресами назначения называется маршрутизацией. На Рис. 3 показан принцип работы маршрутизатора, где в качестве примера приведена таблица маршрутизации маршрутизатора М4.

Для выбора маршрута пересылки пакета маршрутизатор анализирует специальную таблицу маршрутизации, которая хранится в памяти маршрутизатора. В первом столбце таблицы перечислены номера сетей, входящих в общую сеть. В каждой строке таблицы следом за номером сети указывается сетевой адрес следующего маршрутизатора (точнее его соответствующий порт), на который надо направить пакет, чтобы тот передвигался к сети с данным номером. Когда на маршрутизатор поступает новый пакет, из него извлекается номер сети назначения, сравнивается с каждой строкой таблицы. В случае совпадения номера, записанного в таблицу, с требуемым номером пакет будет передвигаться в этом направлении

Если, например, маршрутизатор 4 принял пакет, который предназначен для сети S6, то в последней строке своей таблицы маршрутизации он определит, что сеть S6 подключена к первому порту маршрутизатора М5, а для того, чтобы пакет попал на маршрутизатор 5, маршрутизатор 4 должен отправить пакет на свой второй порт.

Таблица маршрутизатора М4

Таблицы маршрутизации могут составляться либо статически, либо динамически. Статические таблицы прописываются вручную администратором сети, а динамические таблицы строятся самими маршрутизаторами, которые обмениваются между собой информацией о конфигурации сети с помощью специальных служебных протоколов (например, RIP, OSPF, NLSP).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17