Структуризация локальных сетей средствами канального уровня
Принцип использования разделяемой среды передачи данных позволяет строить эффективные
вычислительные сети. Простота используемых протоколов обеспечивает невысокую
стоимость построения сети. Пропускная способность достигает 100 Мбит/с и даже
1000 Мбит/с. Благодаря простой топологии такие сети обладают хорошей расширяемостью.
Но масштабируемость таких сетей оставляет желать лучшего. С увеличением количества
подключаемых компьютеров полезная пропускная способность сети резко уменьшается.
Существует ограничение на количество подключаемых узлов, превышение которого
резко уменьшает эффективность работы сети.
Для построения больших вычислительных сетей, объединяющих сотни и тысячи узлов,
используются коммутаторы (мосты). В последнее время производители пошли по пути
объединения функций этих устройств в одном изделии. При небольшом увеличении
стоимости потребитель получает больше возможностей при построении сетей. В отличие
от концентраторов (хабов, повторителей), которые передают полученный кадр данных
на все свои порты, коммутатор анализирует адрес, помещенный в кадр данных, и
передает его только на порт, к которому подключен сегмент с узлом-получателем.
Принцип работы коммутатора заключается в буферизации всех кадров, приходящих
на его порты, и построении адресной таблицы, в которой адрес любого узла сети
ставится в соответствие с портом коммутатора. Информация адресной таблицы динамически
обновляется. При получении первого кадра от нового узла адрес этого узла записывается
в адресную таблицу. Если в течение определенного времени от узла кадры не поступают,
то запись в таблице об этом узле помечается как недействительная. Если адрес
узла-получателя отсутствует в адресной таблице, то кадр пересылается на все
порты, кроме порта, на который он пришел. Если узел-получатель есть в адресной
таблице, то кадр передается на соответствующий порт. Операция продвижения кадра
на другой порт сопровождается получением доступа к сегменту, подключенному к
этому порту. Если узел-отправитель и узел-получатель находятся в одном сегменте,
то кадр просто удаляется из буфера.
Сегментация сети уменьшает нагрузку на отдельные сегменты сети и увеличивает
полезную пропускную способность как отдельных сегментов, так и сети в целом.
Сегментация, или разбиение сети на отдельные подсети, позволяет улучшить и другие
свойства сети. При помощи мостов и коммутаторов можно управлять трафиком между
подсетями. Улучшается управляемость сети, повышается безопасность данных.
10.3.2. Построение локальных сетей средствами
сетевого уровня
Применение средств только канального уровня с использованием таких устройств,
как концентраторы и коммутаторы, для построения больших вычислительных сетей
имеет существенные ограничения и недостатки.
Использование в качестве адреса назначения плоского МАС-адреса, связанного с
сетевым адаптером, позволяет использовать лишь одноуровневую систему адресации,
которая обладает недостаточной гибкостью при построении больших систем.
Управление потоком информации при помощи коммутаторов на основе лишь данных
кадра достаточно сложно.
Сегментация вычислительной сети при помощи коммутаторов изолирует подсети в
недостаточной мере в смысле защиты от широковещательных сообщений (широковещательных
штормов).
В разных сегментах вычислительной сети возможно использование разных базовых
технологий. Но должна совпадать система адресации узлов. Например, Ethernet,
Token Ring, FDDI, Fast Ethenet используют адресацию на основе МАС-адресов, а
Х.25, ATM, Frame Relay - другие системы адресации.
Другим ограничением применения коммутаторов для построения больших вычислительных
сетей является обязательность отсутствия петель. Коммутатор может нормально
работать только в случае, если между узлами есть только один маршрут. В то же
время наличие избыточных связей является одним из основных способов для повышения
надежности и улучшения трафика современной вычислительной сети.
Для построения больших неоднородных вычислительных сетей используются средства
сетевого уровня, основным используемым устройством которого является маршрутизатор.
На сетевом уровне сеть называется составной сетью, состоящей из сетей, объединенных
маршрутизаторами. Каждая сеть имеет свой номер. Каждый узел имеет номер внутри
сети. Сетевой адрес узла состоит из этих номеров. Таким образом, в составных
сетях каждый узел, кроме локального адреса, имеет дополнительный сетевой адрес.
Данные, передаваемые на сетевом уровне, называются пакетами. Заголовки пакета,
которыми снабжаются данные, содержат необходимую информацию о сети с узлом-получателем,
и их формат не зависит от технологий, используемых внутри участвующих сетей.
Пакет данных, который должен быть передан между узлами разных сетей, может транзитно
передаваться через несколько сетей и связывающие их маршрутизаторы. Последовательность
маршрутизаторов, которые проходит пакет данных, называется маршрутом. В общем
случае в составной сети для передачи данных может и должно быть несколько маршрутов.
Выбор оптимального маршрута является одной из основных задач маршрутизатора.
Выбор маршрута следования пакета осуществляется на основе маршрутной информации,
которая собирается маршрутизатором и записывается в специальную таблицу маршрутизации.
В таблице маршрутизации номеру сети назначения ставится в соответствие сетевой
адрес выходного порта маршрутизатора и сетевой адрес следующего маршрутизатора.
В таблицу маршрутизации помещается и другая информация, позволяющая выбрать
оптимальный по какому-либо критерию маршрут, например количество транзитных
маршрутизаторов, которые необходимо пройти пакету, прежде чем пакет попадет
в нужную сеть.
Таблица маршрутизации создается автоматически путем периодического обмена между
маршрутизаторами маршрутной информацией.
Знаете ли Вы, что в 1974 - 1980 годах профессор Стефан Маринов из г. Грац, Австрия, проделал серию экспериментов, в которых показал, что Земля движется по отношению к некоторой космической системе отсчета со скоростью 360±30 км/с, которая явно имеет какой-то абсолютный статус. Естественно, ему не давали нигде выступать и он вынужден был начать выпуск своего научного журнала "Deutsche Physik", где объяснял открытое им явление. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
