Критика эталонной модели TCP/IP

У модели TCP/IP и ее протоколов также имеется ряд недостатков.

Во-первых, в этой модели нет четкого разграничения концепций служб, интерфейса и протокола.

Во-вторых, модель TCP/IP отнюдь не является общей и довольно плохо описывает любой стек протоколов, кроме TCP/IP..

В-третьих, хост-сетевой уровень в действительности не является уровнем в том смысле, который обычно используется в контексте уровневых протоколов.

В-четвертых, в модели TCP/IP не различаются физический уровень и уровень передачи данных. Однако они абсолютно разные. Физический уровень должен иметь дело с характеристиками передачи информации по медному кабелю, оптическому волокну и по радио, тогда как работой уровня передачи данных является определение начала и конца кадров и передача их с одной стороны на другую с требуемой степенью надежности.

№5 Наведіть визначення (призначення, функції) повторювача, концентратора, моста, комутатора, маршрутизатора та шлюзу

Повторитель (репи́тер, от англ. repeater) — сетевое оборудование, предназначеное для увеличения расстояния сетевого соединения путём повторения электрического сигнала «один в один». Бывают однопортовые повторители и многопортовые. В терминах модели OSI работает на физическом уровне.

Одной из первых задач, которая стоит перед любой технологией транспортировки данных, является возможность их передачи на максимально большое расстояние. Физическая среда накладывает на этот процесс своё ограничение — рано или поздно мощность сигнала падает, и приём становится невозможным. Но ещё большее значение имеет то, что искажается «форма сигнала» — закономерность, в соответствии с которой мгновенное значение уровня сигнала изменяется во времени. Это происходит в результате того, что провода, по которым передаётся сигнал, имеют собственную ёмкость и индуктивность. Электрические и магнитные поля одного проводника наводят ЭДС в других проводниках (длинная линия).

Привычное для аналоговых систем усиление не годится для высокочастотных цифровых сигналов. Разумеется, при его использовании какой-то небольшой эффект может быть достигнут, но с увеличением расстояния искажения быстро нарушат целостность данных.

Проблема не нова, и в таких ситуациях применяют не усиление, а повторение сигнала. При этом устройство на входе должно принимать сигнал, далее распознавать его первоначальный вид, и генерировать на выходе его точную копию. Такая схема в теории может передавать данные на сколь угодно большие расстояния (если не учитывать особенности разделения физической среды в Ethernet).

Первоначально в Ethernet использовался коаксиальный кабель с топологией «шина», и нужно было соединять между собой всего несколько протяжённых сегментов. Для этого обычно использовались повторители (repeater), имевшие два порта. Несколько позже появились многопортовые устройства, называемые концентраторами(concentrator). Их физический смысл был точно такой же, но восстановленный сигнал транслировался на все активные порты, кроме того, с которого пришёл сигнал.

С появлением протокола 10baseT (витой пары) для избежания терминологической путаницы многопортовые повторители для витой пары стали называться сетевыми концентраторами (хабами), а коаксиальные — повторителями (репитерами), по крайней мере, в русскоязычной литературе. Эти названия хорошо прижились и используются в настоящее время очень широко.

Сетевой концентратор или хаб (от англ. hub — центр деятельности) — устройство для объединения компьютеров в сеть Ethernet c применением кабельной инфраструктуры типа витая пара. В настоящее время вытесненысетевыми коммутаторами.

Сетевые концентраторы также могли иметь разъемы для подключения к существующим сетям на базе толстого или тонкого коаксиального кабеля.

Принцип работы

Концентратор работает на физическом уровне сетевой модели OSI, ретранслируя входящий сигнал с одного из портов в сигнал на все остальные (подключенные) порты, реализуя, таким образом, свойственную Ethernet топологию общая шина, c разделением пропускной способности сети между всеми устройствами и работой в режиме полудуплекса. Коллизии (т.е. попытка двух и более устройств начать передачу одновременно) обрабатываются аналогично сети Ethernet на других носителях - устройства самостоятельно прекращают передачу и возобновляют попытку через случайный промежуток времени, говоря современным языком, концентратор объединяет устройства в одном домене коллизий.

Сетевой концентратор также обеспечивает бесперебойную работу сети при отключении устройства от одного из портов или повреждении кабеля, в отличие, например, от сети на коаксиальном кабеле, которая в таком случае прекращает работу целиком.

Коммутаторы

Появившиеся позже интеллектуальные устройства, работающие на 2 (канальном) уровне по модели OSI (в отличии от концентраторов, работающих только на 1 (физическом) уровне) - коммутаторы, способные обеспечивать независимую и выборочную передачу кадров Ethernet между портами за счет вскрытия заголовков кадров и пересылки их по нужным портам (в отличии от концентраторов, пересылающих данные во все порты), работу в разных режимах и с различными скоростями, сначала использовались для разгрузки и оптимизации больших Ethernet-сетей, а затем полностью вытеснили концентраторы.

Характеристики сетевых концентраторов

§ Количество портов — разъёмов для подключения сетевых линий, обычно выпускаются концентраторы с 4, 5, 6, 8, 12, 16, 24 и 48 портами (наиболее популярны с 4, 8 и 16).

§ Скорость передачи данных — измеряется в Мбит/с, выпускаются концентраторы со скоростью 10 и/или 100 Mбит/c. Скорость может переключаться как автоматически (на наименьшую из используемых), так и с помощью перемычек или переключателей.

§ Наличие портов для подключения кабелей Ethernet других типов - коаксиальных или оптических.

Мост, сетевой мост, бридж (жарг., калька с англ. bridge) — сетевое устройство 2 уровня модели OSI, предназначенное для объединения сегментов (подсети)компьютерной сети разных топологий и архитектур.

Различия между коммутаторами и мостами

В общем случае коммутатор (свитч) и мост аналогичны по функциональности; разница заключается во внутреннем устройстве: мосты обрабатывают трафик, используя центральный процессор, коммутатор же использует коммутационную матрицу (аппаратную схему для коммутации пакетов). В настоящее время мосты практически не используются (так как для работы требуют производительный процессор), за исключением ситуаций, когда связываются сегменты сети с разной организацией первого уровня, например, между xDSL соединениями, оптикой, Ethernet’ом. В случае SOHO-оборудования, режим прозрачной коммутации часто называют «мостовым режимом» (bridging).

Функциональные возможности

Мост обеспечивает:

§ ограничение домена коллизий

§ задержку фреймов, адресованных узлу в сегменте отправителя

§ ограничение перехода из домена в домен ошибочных фреймов:

§ карликов (фреймов меньшей длины, чем допускается по стандарту (64 байта))

§ фреймов с ошибками в CRC

§ фреймов с признаком «коллизия»

§ затянувшихся фреймов (размером больше, чем разрешено стандартом)

Мосты «изучают» характер расположения сегментов сети путем построения адресных таблиц вида «Интерфейс:MAC-адрес», в которых содержатся адреса всех сетевых устройств и сегментов, необходимых для получения доступа к данному устройству.

Мосты увеличивают латентность сети на 10-30 %. Это увеличение латентности связано с тем, что мосту при передаче данных требуется дополнительное время на принятие решения.

Мост рассматривается как устройство с функциями хранения и дальнейшей отправки, поскольку он должен проанализировать поле адреса пункта назначения фрейма и вычислить контрольную сумму CRC в поле контрольной последовательности фрейма перед отправкой фрейма на все порты.

Если порт пункта назначения в данный момент занят, то мост может временно сохранить фрейм до освобождения порта.
Для выполнения этих операций требуется некоторое время, что замедляет процесс передачи и увеличивает латентность.

Программная реализация

Режим бриджинга присутствует в некоторых видах высокоуровневого сетевого оборудования и операционных систем, где используется для «логического объединения» нескольких портов в единое целое (с точки зрения вышестоящих протоколов), превращая указанные порты в виртуальный коммутатор. В Windows XP/2003 этот режим называется «подключения типа мост». В операционной системе Linux при объединении интерфейсов в мост создаётся новый интерфейс brN (N — порядковый номер, начиная с нуля — br0), при этом исходные интерфейсы находятся в состоянии down (с точки зрения ОС). Для создания мостов используется пакет bridge-utils, входящий в большинство дистрибутивов Linux ^[1]

Комутатор (switch) - пристрій, що здійснює вибір одного з можливих варіантів напряму передачі даних. У комунікаційній мережі комутатор є ретрансляційною системою (система, призначена для передачі даних або перетворення протоколів), прозорості (тобто комутація здійснюється тут без якої-небудь обробки даних), що має властивість. Комутатор не має буферів і не може накопичувати дані. Тому при використанні комутатора швидкості передачі сигналів в каналах передачі даних, що сполучаються, мають бути однаковими. На відміну від інших видів ретрансляційних систем, тут, як правило, не використовується програмне забезпечення.

Комутатор (Switch) може сполучати сервери і служити основою для об'єднання декількох робітників груп. Він направляє пакети даних між вузлами мережі. Кожен комутований сегмент дістає доступ до каналу передачі даних без конкуренції і бачить тільки той трафік, який прямує в його сегмент. Комутатор повинен надавати кожному порту можливість з'єднання з максимальною швидкістю без конкуренції з боку інших портів (на відміну від спільно використовуваного концентратора). Зазвичай в комутаторах є один або два високошвидкісні порти, а також хороші інструментальні засоби управління. Комутатором можна замінити маршрутизатор, доповнити їм нарощуваний маршрутизатор або використовувати комутатор як основа для з'єднання декількох концентраторів.

Маршрутизатор (router) - ретрансляційна система, що сполучає дві комунікаційні мережі або їх частини. З'єднання пар комунікаційних мереж здійснюється через маршрутизатори, які здійснюють необхідне перетворення вказаних протоколів. Маршрутизатор працює з декількома каналами, направляючи в який-небудь з них черговий блок даних. Маршрутизатори обмінюються інформацією про зміни структури мереж, трафік і їх стан. Завдяки цьому, вибирається оптимальний маршрут дотримання блоку даних в різних мережах від абонентської системи-відправника до системи-одержувача. Маршрутизатори забезпечують також з'єднання адміністративно незалежних комунікаційних мереж. Маршрутизатором може бути як спеціальний електронний пристрій, так і спеціалізований комп'ютер, підключений до декількох мережевих сегментів за допомогою декількох мережевих карт.

Шлюз (gateway) - ретрансляційна система, що забезпечує взаємодію інформаційних мереж. Шлюз є найбільш складною ретрансляційною системою, що забезпечує взаємодію мереж з різними наборами протоколів. У свою чергу, набори протоколів можуть спиратися на різні типи фізичних засобів з'єднання. У тих випадках, коли з'єднуються інформаційні мережі, то в них частина рівнів може мати одні і ті ж протоколи. Тоді мережі з'єднуються не за допомогою шлюзу, а на основі простіших ретрансляційних систем, наприклад маршрутизаторами і мостами. Необхідність в мережевих шлюзах виникає при об'єднанні двох систем, що мають різну архітектуру. Як шлюз зазвичай використовується виділений комп'ютер, на якому запущено програмне забезпечення шлюзу і проводяться перетворення, що дозволяють взаємодіяти декільком системам в мережі. Іншою функцією шлюзів є перетворення протоколів. Шлюзи складні в установці і налаштуванні. Шлюзи працюють повільніше, ніж маршрутизатори.

№6 Дайте визначення логічної та фізичної структуризації мережі. Наведіть активні комунікаційні пристрої, за допомогою яких здійснюється логічна та фізична структуризації мережі.