Логическая структуризация сетей ЭВМ

Физическая структуризация не позволяет решать в полной мере проблемы, связанные с построением и функционированием больших многоуровневых и составных сетей ЭВМ. Наиболее важной проблемой, не решаемой путем физической структуризации, остается проблема перераспределения передаваемого трафика между различными физическими сегментами сети.

На рис. 1.13, а приведена структурная схема составной сети, построенной на основе концентраторов (физической структуризации). В такой сети при информационном обмене между любой парой абонентских систем (предположим между абонентскими системами А и В сегмента 1) концентраторы распространяют любой информационный кадр по всем ее сегментам. Поэтому кадр, посылаемый абонентской системой А абонентской системе В, хотя и не нужен абонентским системам сегментов 2 и 3, в соответствии с логикой работы концентраторов, поступает на эти сегменты тоже. И до тех пор, пока АСВ не получит адресованный ей кадр, ни одна из абонентских систем этой сети не сможет передавать данные.

Такая ситуация возникает из-за того, что логическая структура сети после ее физической структуризации остается неизменной ‑ она никак не учитывает интенсивность трафика внутри сегментов и предоставляет всем парам абонентских систем равные возможности по обмену информацией (рис. 1.13, б).

 

а

 

 

б

 

Рис. 1.13. Противоречие между логической структурой сети и информационными потоками: а ‑ физическая структуризация с помощью концентраторов; б ‑ логическая структура сети

 

Данная проблема может быть решена путем логической структуризации сети.

Логическая структуризация сети ‑ это разбиение сети на сегменты с локализованным трафиком.

Под локализацией трафика понимается распространение трафика, предназначенного для абонентских систем конкретного сегмента сети, только в пределах этого сегмента.

Локализация трафика позволяет значительно повысить общую эффективность сети, так как позволяет организовать информационный обмен одновременно внутри всех сегментов сети.

Для логической структуризации сети используются специальные коммуникационные устройства, такие как мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.

Мост (Bridge) делит сеть на логические сегменты. Адреса абонентских систем внутри одного сегмента принадлежат заданному диапазону. Передача информации из одного сегмента сети в другой возможна лишь при условии, если адресуемая абонентская система принадлежит другому логическому сегменту, т.е. мост изолирует трафики логических сегментов друг от друга, повышая общую производительность передачи данных в сети. Одновременно мост может обеспечивать информационный обмен только между двумя сегментами сети.

Локализация трафика также снижает вероятность несанкционированного доступа к передаваемым по сети данным, так как кадры не выходят за пределы своего сегмента и их сложнее перехватить злоумышленнику.

На рис. 1.14 показана логическая структуризация сети с помощью моста. Абонентская система А (сегмент 1) передает информационный кадр абонентской системе В (сегмент 2).

Коммутатор (Switch) по принципу обработки информационных кадров полностью аналогичен мосту. Основное его отличие от моста состоит в том, что он способен осуществлять информационный обмен одновременно между несколькими парами логических сегментов сети, так как каждый его порт оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста, имеющего один процессорный блок.

 

 

Рис. 1.14. Логическая структуризация сети с помощью моста

 

Маршрутизатор (Router) ‑ коммуникационное устройство с расширенными интеллектуальными возможностями по сравнению с мостами и коммутаторами. Маршрутизаторы реализуют более эффективные методы разграничения трафика отдельных логических сегментов сети. Это достигается за счет использования составных числовых адресов и явной адресации логических сегментов сети (рис. 1.15).

 

№ сегмента сети

№ абонентской системы

 

Рис. 1.15. Структура составного адреса

 

Кроме локализации трафика маршрутизаторы способны выполнять еще ряд задач, наиболее важными из которых являются выбор из нескольких возможных маршрутов, наиболее рационального маршрута передачи информационного кадра и организации взаимодействия сегментов сети, реализованных на основе различных сетевых технологий.

Логическая структуризация сети с помощью маршрутизаторов представлена на рис. 1.16. Особенностью данной сети является наличие дополнительной связи между сегментами 1 и 2, которая может благодаря наличию маршрутизаторов использоваться как для повышения производительности сети, так и для повышения ее надежности. В данной сети информационный обмен осуществляется одновременно между двумя парами абонентских систем А и В, С и D.

 

 

Рис. 1.16. Логическая структуризация сети с помощью маршрутизатора

 

Коммуникационные устройства шлюзы (Gateway) также способны локализовывать трафик и логически структурировать сети, однако основное их предназначение ‑ объединять сети с разными типами системного и прикладного программного обеспечения.

Крупные сети практически никогда не строятся без физической и логической структуризации. Для отдельных сегментов и подсетей характерны типовые однородные топологии базовых технологий, и для их объединения всегда используется оборудование, обеспечивающее локализацию трафика, а именно: мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы и т.п.