Введение. Построение компьютерных сетей

Введение. Построение компьютерных сетей

Компьютерная сеть – совокупность компьютеров, устройств печати, сетевых устройств и компьютерных программ, связанных между собой кабелями или радиоволнами.

Коммутация по проводам

Рабочая станция

Рабочая станция

Рабочая станция

 

Концентратор

Концентратор

Оптические

коммуникации с

использованием световых волн

Рабочая станция

 

антенна

спутник

Р адиолокационные

станции

РС

РС

РС

РС

РС

РС

РС

РС

РС

РС

РС

РС

Коммутация с помощью радиоволн и

радиорелейных станций

Модель OSI

	Прикладной уровень
	Уровень представления
	Сеансовый уровень
	Транспортный уровень
	Сетевой уровень
	Канальный уровень
	Физический уровень

7. Обеспечивает услуги, непосредственно поддерживающие приложения пользователя (программные средства передачи файлов, доступ к базам данных, средства электронной почты, службу регистрации на сервере). Этот уровень управляет остальными 6 уровнями.

6. Определяет и преобразует форматы данных и их синтаксис в форму, удобную для сети. Здесь выполняется шифрование и дешифрование данных, а при необходимости и их сжатие.

5. Управляет проведением сеансов связи, т.е. устанавливает, поддерживает и прекращает связь. Он же распознает логические имена абонентов, контролирует предоставление или права доступа.

4. Обеспечивает доставку пакетов без ошибок и потерь в нужной последовательности. Здесь же производится разбивка передаваемых данных на блоки, помещаемые в пакеты и восстановление применяемых данных.

3. Отвечает за адресацию пакетов и перевод логических в физические сетевые адреса и обратно. А так же за выбор маршрута, по которому пакет доставляется по назначению, если в сети имеется несколько маршрутов.

2. Отвечает за формирование пакетов стандартного вида, включающих начальное и конечное управляющие поля. Здесь же производится управление доступом к сети, обнаруживаются ошибки передачи и производится повторная пересылка приемнику ошибочных пакетов.

1. Отвечает за кодирование передаваемой информации в уровни сигналов, принятые в среде передачи, и обратное декодирование. Определяет требование к соединителям, разъемам, электрическому согласованию, заземлению, защите от помех.

 

 

IEEE Project 802

802.1 – Объединение сетей

802.2 – Управление логической связью

802.3 – Локальная сеть с методом доступа CSMA/CD и топологией «шина «(относится к технологии Ethernet)

802.4 – Локальная сеть с топологией «шина» и маркерным доступом

802.5 - Локальная сеть с топологией «кольцо» и маркерным доступом

802.6 – Городская сеть

802.7 – Широковещательная технология

802.8 – Оптоволоконная технология

802.9 – Интегрированные сети с возможностью передачи речи и данных

802.10 – Безопасность сетей

802.11 – Беспроводная сеть

802.12 – Локальная сеть с централизованным управлением доступом по приоритетам запросов и технологией «звезда»

 

 

Линии связи

Линии связи состоят из физической среды, по которой передаются электрические информационные сигналы, аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры.

 

Физическая среда передачи данных

 

Промежуточная аппаратура данных

Линии связи

 

1. Оконечное оборудование передающей стороны

2. Усилитель

3. Модем

4. Мультиплексор

5. Коммутатор

6. Демультиплексор

7. Усилитель

8. Демодулятор

9. Оконечное оборудование принимающей стороны

 

В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на:

1) проводные (воздушные) линии связи, т.е. это провода без каких-либо изолирующих или экранируемых оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. По таким линиям передаются телефонные или телеграфные сигналы, также используются для передачи компьютерных данных;

2) кабельные линии – состоят из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической и климатической. В компьютерных сетях применяется 3 типа кабелей: витая пара, коаксиальный кабель и оптоволокно;

3) радиосигналы наземной и спутниковой связи – образуются с помощью передатчика и приемника. Спутниковые каналы и радиосвязь используют, в основном, в том случае, когда кабельные связи применить нельзя.

 

 

Характеристики линий связи

1. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) (рис.9)

Показывает, как затухает амплитуда синусоиды на выходе линий связи, по сравнению с амплитудой на ее входе для всех возможных частот передаваемого сигнала.

Рис.9

 

2. Полоса пропускания.

Это непрерывный диапазон частот, для которого отношение амплитуды выходного сигнала к входному превышает заданный предел (обычно 0.5).

3. Затухание.

Определяется как относительное уменьшение амплитуды или мощности сигнала при передаче по линии сигнала определенной частоты.

4. Пропускная способность линии.

Характеризует максимально возможную скорость передачи данных по линии связи (кбит/с)

Формула Шенена: С=F*log₂(1+P_C/P_ш), где С – максимальная пропускная способность линии, F – ширина полосы пропускания, Р_с – мощность сигнала линии передачи, Р_ш – мощность шума.

Формула Найквиста: С=2F*log₂М, где М – количество различных состояний информационного потока.

5. Помехоустойчивость.

Определяет способность линии уменьшать уровень помех, создаваемых во внешней среде на внутренних проводниках. Зависит от типа используемой физической среды, от экранирующих и подавляющих помехи средств самой линии. Наименее помехоустойчивые – радиолинии, хорошая устойчивость у кабельных линий, отличная – оптоволокно.

6. Перекрестные наводки на ближнем конце.

Определяет помехоустойчивость кабеля к внутренним источникам помех. Когда электромагнитное поле сигнала, передаваемого выходом передатчика по одной паре проводников, наводит на другую пару проводников сигнал помехи.

7. Достоверность передачи данных.

Характеризует вероятность искажения для каждого передаваемого бита данных.

 

 

Аналоговая модуляция (рис.10)

Рис.10

 

При АМ (а) для логической единицы выбирается один уровень амплитуды синусоиды несущей частоты, а для логического нуля – другой. Такой способ модуляции обладает низкой помехоустойчивостью.

При ЧМ (б) значения единицы и нуля исходных данных передаются синусоидами с различной частотой: f₁ и f_2.

При ФМ (в) значениям данных нуля и единицы соответствуют сигналы одинаковой частоты, но с разной фазой.

 

 

Цифровое кодирование (рис.11)

Рис.11

Потенциальный код без возврата к нулю (NRZ). Метод прост в реализации. Обладает хорошей распознаваемостью ошибок, но не обладает свойством самосинхронизации. Еще один недостаток – наличие низкочастотной составляющей, которая приближается к нулю при передаче данных последовательностей единиц или нулей.

Биполярный импульсный код. В нем единица представлена импульсом одной полярности, а ноль – другой. Каждый импульс длится половину такта. Такой код обладает отличными самосинхронизирующими свойствами, но может присутствовать постоянная составляющая при передаче данных последовательностей единиц или нулей.

Манчестерский код. Для кодирования единиц и нулей используется перепад потенциала, происходящий в середине каждого такта. Каждый такт длится 2 периода (делится на 2 части). Обладает хорошими самосинхронизирующими свойствами, у него нет постоянной составляющей, являющейся паразитной.

 

 

Технология Ethernet (802.3)

Ethernet – самый распространенный стандарт локальных сетей (1975 г). В 1995 г был принят стандарт Fast Ethernet (802.3U). В 1998 г - Gigabit Ethernet (802.Z). Для передачи двойной информации по кабелю для технологии Ethernet используется манчестерский код и обеспечивается скорость 10 Мбит/с. Все виды стандарта Ethernet используют метод среды передачи данных – метод CSMA/CD.

Классическая технология Ethernet строится на топологии «шина» (рис.13).

Трансивер – приемо-передатчик в топологии «шина».

 

ПК

ПК

 

трансивер

трансивер

магистраль

 

терминатор

ПК

трансивер

ПК

трансивер

 

Рис.13 Технология «шина» для технологии Ethernet

 

Спецификация физического уровня для стандарта Ethernet

1) 10BASE5 – кабель толстый коаксиальный RG-8 или RG-11. Максимальная длина сегмента – 500 м. Максимальное расстояние между узлами сети (с использованием повторителей) – 2500 м. Максимальное число станций в сегменте – 100. Максимальное число повторений между любыми станциями сети – 4.

2) 10BASE2 –относится к семейству RG-58 (тонкий коаксиальный). Максимальная длина сегмента – 185 м. Максимальное расстояние между узлами сети – 925 м. Максимальное число станций в сегменте – 30. Максимальное число повторений между любыми станциями сети – 4.

3) 10BASE-Т –неэкранированная витая пара (3,4,5 категория). Максимальная длина сегмента – 100 м. Максимальное расстояние между узлами сети – 500 м. Максимальное число станций в сегменте – 1024. Максимальное число повторений между любыми станциями сети – 4.

4) 10BASE-F –многомодовое оптоволокно. Максимальная длина сегмента – 2000 м. Максимальное расстояние между узлами сети– 2500 м. Максимальное число станций в сегменте – 1024. Максимальное число повторений между любыми станциями сети – 4.

 

В сетях Ethernet используется метод доступ к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD) (рис.14).

 

Технологическая пауза Случайная пауза

коллизия

передача

передача

передача

узел1

 

передача

ожидание

узел2

 

ожидание

узел3

Рис.14

 

Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения. Чтобы получить возможность передавать кадр, станция должна убедиться, что разделяемая среда свободна. Признак незанятости среды – отсутствие на ней несущей частоты, которая равна 5-10 МГц.

Если среда свободна, то узел имеет право начать передачу кадра. Узел 1 обнаружил, что среда свободна и начал передавать свой кадр. Узел 2 во время передачи кадра узлом 1, также пытался начать передачу своего кадра. Обнаружив, что среда занята и на ней присутствует несущая частота, был вынужден ждать. После окончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу в 9,6 мкс. Эта пауза нужна для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние.

 

Возникновение коллизии (рис.15)

Рис.15

Когда две или более станций одновременно решают, что среда свободна и начинают передавать свои кадры, при этом может возникнуть ситуация коллизии, т.е. содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле и происходит искажение информации. Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии. Для увеличения вероятности скорейшего обнаружения коллизий всеми станциями сети, станция, обнаружив ее, прерывает передачу своего кадра и усиливает ситуацию коллизий посылкой в сеть специальной последовательности из 32 бит, называемой jam-последовательностью. После этого, обнаружившая коллизию передающая станция обязана прекратить передачу и сделать паузу в течение короткого случайного интервала времени. Если 16 последовательных попыток передачи кадра вызывают коллизию, то передатчик должен прекратить попытки и отбросить этот кадр. Случайная пауза может принимать значения от 0 до 52,4 мс.

 

 

Домен коллизии

Домен коллизии – часть сети Ethernet, все узлы которой распознают коллизию независимо от того, в какой части сети она возникает. Сеть Ethernet, построенная на повторителях, всегда образует один домен коллизии. Мосты, коммутаторы и маршрутизаторы делят сеть на несколько доменов коллизии.

 

Рис.16

 

На рисунке 16 сеть – один домен коллизии. Если, например, столкновение кадров произошло в концентраторе 4, то сигнал коллизии распространяется по всем портам всех концентраторов. Если же вместо концентратора 3 поставить в сеть мост, то его порт с воспримет сигнал коллизии, но не передаст его на свои порты. Мост просто обработает ситуацию коллизии средствами порта с.

 

Концентратор (Hub)

Коммутатор (Switch)

Маршрутизатор (Router)

Повторитель (Repeater)

Мост (Bridge)

 

Технология Fast Ethernet

Относится к стандарту IEEE 802.3U, именуется 10BASEX. Для нее характерно, что сигнал распространяется по сети в нескольких направлениях (кроме 100BASET2). Передача сигналов осуществляется по витой паре или оптоволоконному кабелю. Чтобы сеть работала, алгоритмы стандартов 100BASEX запрещают передачу сигнала далее, чем через 1 повторитель класса 1 или 2 повторителя класса 2. Требования к витой паре для сегментов 100BASEX аналогичны требованиям стандарта 100BASEТ: длина отдельного сегмента – 100 м. Максимальное количество сегментов, содержащих узлы – 1024.

 

Спецификация

1) 100BASEТХ. Используется экранированная витая пара TYPE1 или неэкранированная витая пара категории 5. Скорость передачи – 100 Мбит/с. Расстояние между сегментами – 100 м.

2) 100BASEТ. Используется неэкранированная витая пара 3, 4 и 5 категории. Скорость передачи – 100 Мбит/с. Расстояние между сегментами – 100 м.

3) 100BASEТ2. Неэкранированная витая пара 3, 4 и 5 категории. Скорость передачи – 100 Мбит/с. Расстояние между сегментами 100 м. Для этого стандарта для устранения конфликтов, сигналы передаются с фиксированной временной задержкой.

4) 100BASEFX. Используется дуплексный (двунаправленный) одномодовый или многомодовый оптоволоконный кабель. Скорость передачи – 100 Мбит/с. Расстояние между сегментами 20 км для одномодового и 2 км для многомодового кабеля.

Также бывает стандарт IEEE 802.12 (относится к Fast Ethernet) и предусматривает технологию 100BASEVG/100VG-AnyLAN.

 

Технология Gigabit Ethernet

Данная технология обеспечивает передачу данных со скоростью 1 Гбит/с. Эта технология представляет собой «истинный» Ethernet, т.к. в ней применяется метод доступа CSMA/CD и она разработана как непосредственное обновление для практически любых Ethernet-сетей 100BASEX, которые соответствуют всем установленным стандартам Gigabit Ethernet. В особенности технологии ориентирована на конфигурации, использующие маршрутизацию передачи данных на сетевом уровне. Первый принятый стандарт Gigabit Ethernet – IEEE 802.3Z – оптоволоконные многомодовые и одномодовые кабели. Далее был принят стандарт IEEE 802.3АВ на витую пару.

 

Спецификация

1) 1000BASEСХ. Короткие соединения между коммутаторами. Для соединения 2-х пар коммутаторов на расстояние до 25 м используется экранированный медный двухпроводный кабель.

2) 1000BASELX. Многомодовый оптоволоконный кабель 62,5/125 мкм на расстояние до 550 м; 50/125 мкм многомодовый кабель на расстояние до 550 м; одномодовый 10 мкм кабель на расстояние до 5 тыс. м.

3) 1000BASESX. (Коротковолновый лазер). Используется многомодовый оптоволоконный кабель 62,5/125 мкм на расстояние до 220 м или до 275 м (зависит от частоты кабеля); 50/125 мкм многомодовый кабель на расстояние до 500 или 550 м.

4) 100BASEТX. Применяется витая пара 5 категории, состоящая из 4-х пар проводников, длина кабельных сегментов до 100 м.

Технология Token Ring

Основные характеристики

Сеть – реализация стандарта IEEE 802.5. Топология «звезда-кольцо», метод доступа - с передачей маркера. Кабельная система – экранированная и неэкранированная витая пара. Скорость передачи данных – 4 и 16 Мбит/сек. Тип передачи – немодулированный.

Типичная топология сети – кольцо, но в версии IBM это топология «звезда-кольцо»: компьютеры в сети соединяются с центральным концентратором, а маркер передается по физическому кольцу, реализуемое в концентраторе.

ПК

ПК

ПК

ПК

....

ПК

ПК

ПК

ПК

 

 

Физическая – звезда, логическая - кольцо

Маркерный метод доступа к разделяемой среде

Как только в сети Token Ring начинает работать 1 компьютер, он вырабатывает маркер, маркер проходит по кольцу от компьютера к компьютеру пока один из них не сообщит о готовности передать данные и не возьмет управление маркером на себя. Маркер – последовательность битов, позволяющая компьютеру отправлять данные по кабелю. В течение всего времени, когда маркер захвачен каким-либо компьютером, другие компьютеры передавать данные не могут. Захватив маркер, компьютер отправляет кадр данных в сеть, он проходит по кольцу, пока не достигнет узла с адресом, соответствующему адресу приемника в сети.

Компьютер-приемник копирует кадр в буфер приема и делает пометку в поле статуса маркера о получении информации. Кадр продолжает передаваться по кольцу, пока не достигнет отправившего его компьютера, который и удостоверяет, что передача прошла успешно. После этого компьютер изымает кадр из кольца и возвращает туда маркер. В сети одномоментно может передаваться только один маркер и только в одном направлении.

 

Кабельная система технологии

Данная технология позволяет использовать для соединения конечных станций и концентраторов типами: экранированная витая пара типа 1 и 2; неэкранированная категории 3, 4 и 5; оптоволокно.

Максимальная длина кольца – 4000 м. Если используется экранированная витая пара 1 типа, в кольцо допускается объединять до 260 станций при длине кабеля до 100 м, а при использовании неэкранированной витой пары максимальное количество станций – 72, длина кабеля уменьшается до 45 м.

 

Форматы кадра технологии Token Ring

Существует 3 формата кадра: кадр маркера, кадр данных и прерывающая последовательность (состоит всего из 2 байт, содержащих начальный и конечный ограничитель, может появиться в любом месте потока битов и сигнализирует о том, что текущая передача кадра или маркера отменяется).

 

 

1 – стартовый разделитель – определяет начало кадра

2 – управление доступом – указывает на приоритет кадра и на то, что передается: кадр маркера или кадр данных

3 – управление кадром – содержит информацию управления доступом в среде для всех компьютеров или информацию «конечной станции» только для одного компьютера

4 – адрес приемника

5 – адрес источника

6 – данные

7 – контрольная последовательность кадра

8 – конечный разделитель – сигнализирует о конце кадра

9 – статус кадра – сообщает, был ли распознан и скопирован кадр, доступен ли адрес приемника

 

 

Технология FDDI

Сеть FDDI строится на основе 2 оптоволоконных колец (рис.17), которые образуют основной и резервные пути передачи данных между узлами сети.

Именно наличие 2 колец стало основным способом повышения отказоустойчивости с сети FDDI. Узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам.

Рис.17

 

 

В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного кольца (primary). Это режим (thru) – «сквозной» или «транзитный». Вторичное кольцо (secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется с вторичным, вновь образуя единое кольцо (рис.18). Этот режим работы сети - Wrap, т.е. «свертывание» или «сворачивание» колец.

Рис.18

 

Операция свертывания производится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров технологии FDDI.

Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении (на диаграммах это направление по часовой стрелке), а по вторичному – в обратном (против часовой стрелки). Поэтому при образовании общего кольца их двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

 

Метод доступа в FDDI

Кольца в FDDI, как и в 802.5, рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, для нее определен метод доступа, близкий к Token Ring – метод маркерного кольца - token ring.

Станция может начать передачу своих собственных кадров данных только в том случае, когда она получила от предыдущей станции специальный кадр – маркер (токен) доступа. После этого она может передавать свои кадры, если они у нее имеются в течении времени, называемого временем удержания токена – Token Holding Time (THT).

После истечения времени ТНТ станция обязана завершить передачу своего очередного кадра и передать маркер доступа следующей станции. Если же в момент принятия маркера у станции нет кадров для передачи по сети, то она немедленно копирует.

 

 

Сетевое оборудование

1. Сетевые адаптеры.

Это сетевое оборудование, обеспечивающее функционирование сети на физическом и канальном уровнях модели OSI. Относится к периферийному устройству компьютера, непосредственно взаимодействующему со средой передачи данных. Для реализации сетевого соединения нужны 4 компонента: коннектор, соответствующий сетевой передающей среде; трансивер; контроллер; микропрограммное обеспечение для управления протоколом.

Коннекторы разрабатываются для конкретного типа коммуникационной среды (для витой пары, коаксиального кабеля). Некоторые сетевые платы изготавливаются с несколькими разъемами и поэтому могут использоваться с различными типами среды. Кабельные разъемы подключаются к трансиверу.

Трансивер – устройство, обеспечивающее передачу и прием сигналов по коммуникационному кабелю. Общая задача блока контроллера (МАС) и программно-аппаратных средств – правильно упаковать адрес источника и назначения, передаваемые данные и контрольную сумму. Блок контроллера выполняет задачи: обеспечивает целостность канала и надежную передачу данных; следит за тем, чтобы сетевые адаптеры на обоих коммуникационных узлах выдерживали паузу, равную 9,6 мкс.

Функции сетевых адаптеров:

· гальваническая развязка;

· прием/передача данных;

· формирование пакета. Сетевой адаптер должен разделить данные на блоки в режиме передачи данных и оформить их в виде кадра определенного формата;

· доступ к каналу связи – набор правил, обеспечивающих доступ к среде передачи. Выявление конфликтных ситуаций и контроль состояния сети;

· идентификация своего адреса в принимаемом пакете;

· кодирование и декодирование данных;

· буферизация;

· переда/прием импульсов;

· преобразование параллельного кода в последовательный код.
2. Повторитель (репитер).

Соединяет 2 или несколько кабельных сегментов и ретранслирует любой входящий сигнал на все другие сегменты. Работают на физическом уровне модели OSI и позволяет соединять пользователей в удаленных концах здания.

Повторитель выполняет следующие функции:

1) фильтрование искажения сигнала или шума, вызванные радио- или электромагнитными помехами;

2) усиление входящего сигнала и восстановление его формы для более точной передачи;

3) синхронизация сигнала;

4) воспроизведение сигнала на всех кабельных сегментах.

Кабельные сегменты, которые можно соединить при помощи повторителя: тонкий и толстый коаксиальный кабель, тонкий и тонкий коаксиальный кабель, толстый и толстый коаксиальный кабель, толстый коаксиальный кабель и оптоволокно, витая пара и оптоволокно, толстый коаксиальный кабель и витая пара, тонкий коаксиальный кабель и витая пара, оптоволокно и оптоволокно.

Достоинства повторителей – они представляют собой недорогой способ расширения сети. Недостаток – могут создать дополнительный трафик загруженности сети, т.к. ретранслируют входящий сигнал во все исходные сегменты.

повторители могут быть многопортовыми (от 2 до 8 дополнительных сегментов).

3. Мосты (bridge).

Это сетевые устройства, соединяющие между собой сегменты локальной сети. Решают следующие задачи:

1) могут расширить локальную сеть в случае, когда достигнут лимит на максимальное количество соединителей;

2) могут расширить локальную сеть и обойти ограничения на длину сегментов, т.е. могут наращивать сегмент;

3) сегментировать локальные сети для ликвидации узких мест в сетевом трафике;

4) предотвращать неавторизованный доступ к сети.

Мосты работают на канальном уровне модели OSI и могут считывать весь сетевой трафик и физические адреса кадров. В процессе всей работы мост просматривает MAC-адреса передаваемых через него кадров и строит таблицу известных целевых адресов.

Главное достоинство мостов – сосредоточение трафика в конкретных сетевых сегментах.

Недостаток – если мосту неизвестен целевой сегмент, он передает кадр во все сегменты, за исключением исходного сегмента. Такой процесс называется «лавинной маршрутизацией».

Мосты «прозрачны» для любого протокола или комбинации протоколов, т.к. от них они не зависят.

Основные функции мостов:

1) анализ;

2) фильтрация;

3) пересылка.

Работа моста. После включения мост анализирует топологию сети и адреса устройств во всех подключенных сетях. Для этого мост просматривает исходный и целевой адреса во всех передаваемых ему кадрах и на основе этой информации строит свою таблицу, содержащую адреса всех узлов сети. Затем таблица адресов используется для принятия решений о пересылке трафика.

Есть 2 типа мостов: локальные и удаленные. Локальные используются для непосредственного соединения двух близко расположенных локальных сетей. Глобальные – для связи сетей, находящихся на расстоянии.

4. Маршрутизаторы (router).

Выполняет функцию анализа топологии, фильтрации и пересылки пакетов. Но в отличии от мостов они могут направлять пакеты в конкретные сети, анализировать сетевой трафик и быстро адаптироваться к изменениям сети. Соединяют локальные сети на сетевом уровне модели OSI.

Типовые задачи:

- эффективно перенаправлять пакеты из одной сети в другую, устраняя ненужный трафик;

- связывать разнородные сети;

- соединять соседние или удаленные сети;

- устранять узкие места сети, изолируя ее отдельные части;

- защищать фрагменты сети от несанкционированного доступа.

Маршрутизаторы бывают статическими и динамическими. Для статических необходима таблица маршрутизации, которую создает сетевой администратор. В них указываются фиксированные (статические) маршруты между любыми двумя маршрутизаторами. Эту информацию администратор вводит в таблицу вручную. Маршрутизатор, работающий со статическими таблицами, может определить неработоспособности какого-либо сетевого канала, но он не может автоматически изменить пути передачи пакетов без вмешательства со стороны администратора.

Динамическая выполняется независимо от сетевого идминистратора.

Протоколы динамической адресации позволяют маршрутизаторам автоматически выполнять следующие операции:

1) находить доступный маршрутизатор в сетевых сегментах;

2) определять с помощью метрик кратчайшие маршруты к другим сетям (метрика – параметр, необходимый для определения расстояния или длины пути наилучшего маршрута в сети);

3) определять моменты, когда сетевой путь к некоторому маршруту недоступен или не может использоваться;

4) применять метрики для перестройки наилучших маршрутов, когда некоторый сетевой путь становится недоступным;

5) повторно находить маршрутизатор и сетевой путь после устранения сетевой проблемы в этом пути.

 

Протоколы маршрутизации

Для взаимодействия между маршрутизаторами, находящимися в локальной системе, применяются 2 протокола: RIP (Routing Information Protoсol) для определения минимального количества ретрансляций между маршрутизаторами, после чего эта информация добавляется в таблицу каждого маршрутизатора. После этого сведения о количестве ретрансляций используются для нахождения наилучшего маршрута для пересылки пакета. RIP- маршрутизатор 2 раза в минуту посылает сообщение об обновлении маршрутов, и это сообщение содержит всю таблицу маршрутизации. В сети с несколькими маршрутами это может создать заметный измененный трафик. Недостаток – с его помощью нельзя найти наилучший маршрут, если имеются различные каналы (Ethernet и Fast Ethernet).

OSPF (Open Shortest Path First). Достоинства – при его использовании маршрутизатор пересылает только ту часть таблицы маршрутизации, которая относится к его ближайшим каналам. Такая посылка – «сообщение маршрутизаци о состоянии каналов».

Преимущества:

1) для упаковки информации о маршрутизации он использует пакеты меньшего размера, чем у RIP;

2) между маршрутизаторами распространяется не вся таблица маршрутизации, а только ее основная часть.

5. Мосты-маршрутизаторы (brouter).

Эти сетевые устройства выполняют как функции мостов, так и функции маршрутизаторов.

Функции:

1) эффективно управляют пакетами в сети со многими протоколами, включая маршрутизированные протоколы, и протоколы, которые маршрутизировать нельзя;

2) уменьшают нагрузку на каналы, изолируя и перенаправляя сетевой трафик;

3) соединяют сети;

4) обеспечивают безопасность некоторых фрагментов сети, контролируя доступ к ним.

6. Концентраторы (hub).

Это сетевые устройства, действующие на физическом уровне модели OSI.

Функции:

1) являются центральными устройствами, через которые соединяются множество узлов сети;

2) позволяют соединять большое количество компьютеров в одну или несколько локальных сетей;

3) обеспечивают связь различных протоколов (например, преобразуют Ethernet в FDDI и наоборот);

4) соединяют вместе сегменты сетевой магистрали;

5) обеспечивают соединение между различными типами передающей среды;

6) позволяют централизовать управление и структуру.

7. Коммутатор (switch).

Это устройство для соединения нескольких узлов сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передает данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети. Работает на канальном уровне модели OSI, т.е. может работать по сети по МАС-адресам.

Функции:

1) обеспечивает сквозную коммутацию;

2) поддерживает простой протокол управления сетью;

3) организовывает виртуальные сети;

4) может имитировать как мост, так и маршрутизатор.

8. Шлюз (gateway)

Это программный или аппаратный интерфейс, обеспечивающий взаимодействие между двумя различными типами сетевых систем или программ.

С его помощью можно выполнить:

- преобразование широкоиспользуемых протоколов в специализированные;

- преобразование сообщения из одного формата в другой;

- преобразование различных схем адресации;

- соединение сетей с различными архитектурами;

- перенаправление электронной почты в нужную сеть.

Шлюзы могут работать на любом уровне модели OSI.

Недостаток – сложны в установке и настройке, работают медленнее, чем маршрутизаторы.

9. Межсетевой экран (firewall)

Это комплекс аппаратных и программных средств, осуществляющих контроль и фильтрацию проходящих через него сетевых пакетов на различных уровнях модели OSI. Основная задача – защита КС или отдельных узлов от несанкционированного доступа.

10. Модем.

Позволяет пользователем ПК обмениваться информацией и подключаться к интернету по обычным телефонным линиям. Модем – сокращение от термина «модулятор-демодулятор». Модем модулирует цифровые сигналы, поступающие от ПК, в аналоговые, передаваемые по телефонной сети общего пользования, а другой модем демодулирует эти сигналы на приемном кольце, преобразовывая их в цифровую форму. Модем поддерживает в каждый момент времени только одно соединение.

Для ПК применяются встроенные и внешние модемы. Самый высокоскоростной – 56 Кбит/с.

 

Виртуальные локальные сети

Основное назначение – повышение пропускной способности связей в сети – коммутатор позволяет локализировать потоки информации в сети, контролировать эти потоки и управлять ими.

Виртуальная сеть (VLAN) – группа узлов сети, трафик которой, в т.ч. и широковещательный, на канальном уровне полностью изолирован от других узлов. Это значит, что передача кадров между разными VLAN на основании адреса канального уровня невозможна, независимо от типа адреса. Но внутри VLAN кадры передаются по технологии коммутации, т.е. только на тот порт, который связан с адресом назначения кадра.

VLAN могут пересекаться, если один или несколько компьютеров входят в состав более чем одной VLAN.

На рисунке 19 сервер электронной почты входит в состав 3 и 4 VLAN. Это значит, что его кадры передаются коммутатором по всем компьютерам, входящих в эти сети. Если же какой-то компьютер, входит в состав только 3 VLAN, то его кадры до 4 доходить не будут. Такая схема не полностью защищает VLAN друг от друга.

Рис.19

 

Назначение VLAN - облегчение создания