Коммутаторы, мосты и шлюзы. Маршрутизаторы

Мост аналогиченкоммутатору, делит общую среду передачи данных на логические сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов (отрезков кабеля) с помощью одного или нескольких концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту моста/коммутатора. При поступлении кадра на какой - либо из портов, мост повторяет этот кадр, но не на всех портах, как это делает концентратор. Разница между мостом и коммутатором состоит в том, что мост в каждый момент времени может осуществлять передачу кадров только между одной парой портов, а коммутатор одновременно поддерживает потоки данных между всеми своими портами. Другими словами, мост передает кадры последовательно, а коммутатор параллельно.

Маршрутизатор представляет собой сетевое коммуни­кационное устройство, которое может связывать два и более се­тевых сегментов (или подсетей). Маршрутизатор реализует про­токолы физического, канального и сетевого уровней.

Физический, канальный и сетевой протоколы в разных се­тях различны. Поэтому соединение пар коммуникационных се­тей осуществляется через маршрутизаторы, которые осуществля­ют необходимое преобразование указанных протоколов.

Маршрутизатор работает с несколькими каналами, направ­ляя в какой-нибудь из них очередной блок данных.

Маршрутизаторы обмениваются информацией об изменени­ях структуры сетей, трафике и их состоянии. Благодаря этому, выбирается оптимальный маршрут следования блока данных в разных сетях от абонентской системы-отправителя к систе­ме-получателю.

Маршрутизатор для фильтрации трафика использует не адрес сетевой карты компьютера, а информацию о сетевом адресе, передаваемую в пакете. После получения этой информации об адресе маршрутизатор использует таблицу маршрутизации (routingtable), содержащую сетевые адреса, чтобы определить, куда направить пакет. Он делает это посредством сравнения сетевого адреса в пакете с элементами в таблице маршрутизации если совпадение найдено пакет направляется по указанному маршруту. Если же совпадение не найдено, обычно пакет отбрасывается.

Шлюз (gateway) является наиболее сложной ретрансляцион­нойсистемой, обеспечивающей взаимодействие сетей с различ­ными наборами протоколов всех семи уровней. В свою очередь, наборы протоколов могут опираться на различные типы физиче­ских средств соединения. Шлюзы оперируют на сеансо­вом, представительском и прикладном уровнях.

Необходимость в сетевых шлюзах возникает при объ­единении двух систем, имеющих различную архитектуру.

В качестве шлюза выступает выделенный компьютер, на котором запущено программное обеспечение шлюза и произ­водятся преобразования.

Коммутатор – устройство для коммутации 2 или более устройств.

Коммутация –переключение и установление связи.

Эталонная модель взаимодействия открытых систем ISO.

Эталонная модель внутри- и межсетевого взаимодействия (OSIReferenceModel)

Многослойный (многоуровневый) характер сетевых процес­сов приводит к необходимости рассмотрения многоуровневых моделей телекоммуникационных сетей. В качестве эталонной утверждена семиуровневая модель, в которой все процессы, реа­лизуемые открытой системой, разбиты на взаимно подчиненные уровни. В данной модели обмен информацией может быть пред­ставлен в виде стека (табл. 1.2).

Таблица 1.2. Семиуровневая модель (стек) протоколов межсетевого обмена OSI

№ уровня	Наименование уровня	Содержание
	Уровень приложений	Предоставление услуг
	Уровень представления данных	Интерпретация и сжатие данных
	Уровень сессии	Аутентификация и проверка полномочий
	Транспортный уровень	Обеспечение корректной сквозной пересылки данных
	Сетевой уровень	Маршрутизация и ведение учета
	Канальный уровень	Передача и прием пакетов, определение аппаратных адресов
	Физический уровень	Собственно кабель или физический носитель

Эти представления были разработаны ISO (International Standard Organization) и получили название «Семиуровневая мо­дель сетевого обмена» (OpenSystemInterconnectionReferenceModel), или BOC(Взаимодействие открытых систем).

Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню (в том числе и транспортной среде) отводится конкрет­ная роль. Благодаря этому общая задача передачи данных рас­членяется на отдельные, легко обозримые задачи.

 

Необходимые соглашения для связи одного уровня с выше- и нижерасположенными называют протоколом.

Большое число уровней, используемых в модели, обеспечи­вает декомпозицию информационно-вычислительного процесса на простые составляющие. В свою очередь, увеличение числа уровней вызывает необходимость включения дополнительных связей в соответствии с дополнительными протоколами и интер­фейсами. Интерфейсы (макрокоманды, программы) зависят от возможностей используемой операционной системы.

Уровень 1, физический уровень модели

Уровень 1, физический уровень модели определяет характери­стики физической сети передачи данных, которая используется для межсетевого обмена. Это такие параметры, как напряжение в сети, сила тока, число контактов на разъемах, электрические, механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи в системах. Физическая связь и неразрывная с ней эксплуатационная готовность являются основной функцией 1-го уровня. В качестве среды передачи данных используют трехжильный медный провод (экранированная витая пара), ко­аксиальный кабель, оптоволоконный проводник и радиорелей­ную линию.

Физический уровень осуществляет как соединения с физиче­ским каналом, так и расторжение, управление каналом, а также определяет скорость передачи данных, топологию сети, механи­ческие и электрические характеристики, требуемые для подклю­чения, поддержания соединения и отключения физической цепи. Здесь определяются правила передачи каждого бита через физический канал. Канал может быть параллельным (передавать несколько бит сразу) или последовательным.

Уровень 2, канальный

Уровень 2, канальный — представляет собой комплекс проце­дур и методов управления каналом передачи данных, организо­ванный на основе физического соединения. Канальный уровень формирует из данных, передаваемых 1-м уровнем, так называе­мые «кадры», последовательности пакетов. Каждый пакет содер­жит адреса источника и места назначения, а также средства об­наружения ошибок. На этом уровне осуществляются:

· управление доступом к передающей среде, используемой несколькими ЭВМ;

· синхронизация;

· обнаружение и исправление ошибок.

К канальному уровню отнесены протоколы, определяющие соединение, — протоколы взаимодействия между драйверами устройств и устройствами, с одной стороны, а с другой стороны, между операционной системой и драйверами устройств.

 

Уровень 3, сетевой

Уровень 3, сетевой — устанавливает связь в вычислительной сети между двумя абонентами. Соединение происходит благода­ря функциям маршрутизации, которые требуют наличия сетево­го адреса в пакете. Сетевой уровень должен также обеспечивать обработку ошибок, мультиплексирование, управление потоками данных.

Основная задача сетевого уровня — маршрутизация данных (передача данных между сетями). Специальные устройства — маршрутизаторы (Router) — определяют, для какой сети предна­значено то или другое сообщение, и направляют эту посылку в заданную сеть. Для определения абонента внутри сети использу­ется адрес узла (NodeAddress). Для определения пути передачи данных между сетями на маршрутизаторах строятся таблицы маршрутов (RoutingTables), содержащие последовательность пе­редачи данных через маршрутизаторы. Каждый маршрут содер­жит адрес конечной сети, адрес следующего маршрутизатора и стоимость передачи данных по этому маршруту. При оценке стоимости могут учитываться количество промежуточных мар­шрутизаторов, время, необходимое на передачу данных, просто денежная стоимость передачи данных по линии связи. Для по­строения таблиц маршрутов наиболее часто используют либо ме­тод векторов, либо статический метод. При выборе оптималь­ного маршрута применяют динамические или статические мето­ды. На сетевом уровне возможно применение одной из двух процедур передачи пакетов.

К сетевому уровню относятся протоколы, которые отвечают за отправку и получение данных, где определяются отправитель и по­лучатель и необходимая информация для доставки пакета по сети.

Уровень 4, транспортный

Уровень 4, транспортный — поддерживает непрерывную пе­редачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом удаленными пользовательскими процессами. Качество транс­портировки, безошибочность передачи, независимость вычисли­тельных сетей, сервис транспортировки из конца в конец, мини­мизация затрат и адресация связи гарантируют непрерывную и безошибочную передачу данных.

Транспортный протокол связывает нижние уровни (физиче­ский, канальный, сетевой) с верхними уровнями, которые реали­зуются программными средствами. Этот уровень как бы разделя­ет средства формирования данных в сети от средств их передачи. Здесь осуществляется разделение информации по определенной длине и уточняется адрес назначения. Транспортный уровень по­зволяет мультиплексировать передаваемые сообщения или со­единения. Мультиплексирование сообщений позволяет переда­вать сообщения одновременно по нескольким линиям связи, а мультиплексирование соединений — передает в одной посылке несколько сообщений для различных соединений.

Сетевой уровень предоставляет услуги транспортному, кото­рый требует от пользователей запроса на качество обслуживания сетью.

После получения от пользователя запроса на качество обслу­живания транспортный уровень выбирает класс протокола, ко­торый обеспечивает требуемое качество обслуживания. При су­ществовании разных типов сетей транспортный уровень контро­лирует следующие параметры качества обслуживания:

· пропускная способность;

· надежность сети;

· задержка передачи информации через сеть;

· приоритеты;

· защита от ошибок;

· мультиплексирование;

· управление потоком;

· обнаружение ошибок.

Транспортный уровень отвечает за выбор соответствующего протокола, обеспечивающего требуемое качество обслуживания на сети. Транспортный уровень отвечает за надежность доставки данных: после проверки контрольной суммы принимается реше­ние о сборке сообщения в одно целое. Если сетевой уровень определяет только правила доставки информации, то транспорт­ный — отвечает за целостность доставляемых данных.