Соответствие сетевого оборудования уровням модели OSI. Физическая структуризация локальных сетей.

Соотношение между функциями сетевых устройств и уровнями модели OSI показано на рисунке:

Повторитель, который регенерирует сигналы, за счет чего позволяет увеличивать длину сети, работает на физическом уровне.

Сетевой адаптер работает на физическом и канальном уровнях. К физическому уровню относится та часть функций сетевого адаптера, которая связана с приемом и передачей сигналов по линии связи, а получение доступа к разделяемой среде передачи, распознавание МАС-адреса компьютера - это уже функция канального уровня.

Мосты выполняют большую часть своей работы на канальном уровне. Для них сеть представляется набором МАС-адресов устройств. Они извлекают эти адреса из заголовков, добавленных к пакетам на канальном уровне, и используют их во время обработки пакетов для принятия решения о том, на какой порт отправить тот или иной пакет. Мосты не имеют доступа к информации об адресах сетей, относящейся к более высокому уровню. Поэтому они ограничены в принятии решений о возможных путях или маршрутах перемещения пакетов по сети.

Физическая структуризация. Основные средства структуризации: повторители, концентраторы.
Повторители используются для соединения кабельной сети с целью увеличения общей длины сети. Повторители улучшают физические характеристики, мощность, форму сигналов, а также синхронность следования.

Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физ. сегментов называется концентратором/HUB. Концентраторы характерны практически для всех базовых технологий локальных сетей – Ethernet(а), ArcNet, TokenRing(б). Концентраторы повторяют сигналы,пришедшие с одного из своих портов на другие. Разница состоит в том, на каких именно портах эти сигналы повторяются. Например, в технологии Ethernet концентратор повторяет сигналы на всех портах, а в TokenRing сигнал повторяется на одном соседнем порте.

Физическая структуризация сети не позволяет справиться с такими проблемами, как дефицит пропускной способности и возможность использовать в разных частях сети разную пропускную способность.

38. Объединение сетей на канальном уровне с помощью повторителей (концентраторов).

Устройства объединения сетей обеспечивают связь между сегментами локальных сетей, отдельными ЛВС и подсетями любого уровня.

Повторитель -устройство,которое регенерирует сигналы, за счет чего позволяет увеличивать длину сети, работает на физическом уровне.

Для преодоления ограничения на размеры сети и увеличения протяженности сети до 925 м были созданы повторители для передачи данных в сетях Ethernet.

Повторитель представляет собой "неинтеллектуальное" устройство со следующими характеристиками:

- повторитель регенерирует сетевые сигналы, позволяя передавать их дальше;

- повторители используются обычно в линейных кабельных системах, таких как Ethernet;

- повторители работают на физическом уровне - нижнем уровне стека протоколов; протоколы высокого уровня не используются;

- повторители применяются обычно в одном здании;

- связанные повторителем сегменты становятся частью одной и той же сети и имеют один и тот же сетевой адрес;

- каждый узел в сетевом сегменте имеет свой собственный адрес; узлы в расширенных сегментах не могут иметь те же адреса, что и узлы существующих сегментов, так как становятся частью одного сетевого сегмента.

Основная функция повторителя (repeater) - повторение сигналов, поступающих на его порт. Повторитель представляет собой довольно простое устройство, работающее на физическом уровне (или на уровне 1 модели OSI) и выполняющее функцию усиления сигнала, проходящего в той среде, к которой он подключен. Сигнал входит на повторитель с одного из его портов, затем усиливается и заново синхронизируется, и, наконец, в усиленной форме ретранслируется через все остальные порты. В стандартных повторителях есть лишь два порта, но на более современных или многопортовых повторителях портов может быть больше.

 

Объединение сетей с помощью мостов. Принципы работы моста. Два типа мостов IEEE 802.1d. 40. Прозрачный мост. Архитектура прозрачного моста. Проблема петель. Ограничения мостов и коммутаторов. 41. Мост с маршрутизацией от источника. Удаленный мост.

Мост - это устройство, которое обеспечивает взаимосвязь двух (реже нескольких) локальных сетей посредством передачи кадров из одной сети в другую с помощью их промежуточной буферизации. Мост, в отличие от повторителя, не старается поддержать побитовый синхронизм в обеих объединяемых сетях. Вместо этого он выступает по отношению к каждой из сетей как конечный узел. Он принимает кадр, буферизует его, анализирует адрес назначения кадра и только в том случае, когда адресуемый узел действительно принадлежит другой сети, он передает его туда.

Для передачи кадра в другую сеть мост должен получить доступ к ее разделяемой среде передачи данных в соответствии с теми же правилами, что и обычный узел.

Таким образом мост, изолирует трафик одного сегмента от трафика другого сегмента, фильтруя кадры. Так как в каждый из сегментов теперь направляется трафик от меньшего числа узлов, то коэффициент загрузки сегментов уменьшается

Мост не только снижает нагрузку в объединенной сети, но и уменьшает возможности несанкционированного доступа, так как пакеты, предназначенные для циркуляции внутри одного сегмента, физически не появляются на других, что исключает их "прослушивание" станциями других сегментов.

По принадлежности к разным типам сетей различают локальные, глобальные (удаленные) мосты. Эти мосты отличаются по типам своих сетевых портов. Локальные мосты поставляются с портами, предназначенными для подключения к LAN. Как правило, для соединения устройств в таких сетях используется коаксиальный и волоконно-оптический кабель или витая пара. Одним из самых важных достоинств локальных мостов является их способность соединять локальные сети, использующие разные среды. Глобальные мосты устанавливаются в сетях передачи информации на большие расстояния (сети WAN\MAN). При этом глобальные мосты могут быть оборудованы локальными портами.

По своему принципу действия мосты подразделяются на два типа. Мосты первого типа выполняют так называемую маршрутизацию от источника (Source Routing), метод, разработанный фирмой IBM для своих сетей Token Ring. Этот метод требует, чтобы узел-отправитель пакета размещал в нем информацию о маршруте пакета. Другими словами, каждая станция должна выполнять функции по маршрутизации пакетов. Второй тип мостов осуществляет прозрачную для конечных станций передачу пакетов (Transparent Bridges).

Алгоритм “маршрутизации от источника. В этой сети мосты могут не содержать адресную базу данных. Они вычисляют маршрут прохождения кадра, исходя из информации, хранящейся в полях самого кадра. Узел сети, которому необходима связь с другим узлом, посылает ему специальный кадр-исследователь (Explorer Frame). Этот кадр содержит специальный идентификатор, предназначенный для мостов с алгоритмом “маршрутизация от источника”. После получения этого кадра такой мост записывает информацию о направлении, с которого получен кадр, и свое собственное имя в специальное поле в кадре, которое называется разделом записи о маршруте (Routing Information Field). Поле этого мост передает кадр по всем доступным ему направлениям, за исключением того, по которому кадр был принят. В результате в сети возникает множество копий одного и того же кадра-исследователя. К узлу, который должен получить пакет, приходят сразу несколько копий кадра – одна на каждый возможный маршрут. При этом каждый полученный кадр-исследователь содержит записи о мостах, через которые он проходил. После получения всех кадров-исследователей узел выбирает один из возможных маршрутов и посылает ответ узлу-отправителю. Как правило, выбирается тот маршрут, по которому пришел первый кадр исследователь, так как он, вероятно, является самым быстрым (время прохождения кадра исследователя минимально). В ответе содержится полная информация о маршруте, по которому должны направляться все остальные кадры. После определения маршрута узел-отправитель использует этот маршрут достаточно длительное время при посылке пакетов получателю.

Термин “прозрачные” мосты объединяет большую группу устройств. Если рассматривать устройства этой группы с точки зрения решаемых ими задач, то эту группу можно разделить на три подгруппы: Прозрачные мосты (transparent bridges) объединяют сети с едиными протоколами канального и физического уровней модели OSI; Транслирующие мосты (translating bridges) объединяют сети с различными протоколами канального и физического уровней; Инкапсулирующие мосты (encapsulating bridges) соединяют сети с едиными протоколами канального и физического уровня через сети с другими протоколами.

Прозрачные мосты наиболее широко распространены. Для этих мостов локальная сеть представляется как набор МАС-адресов устройств, работающих в сети. Мосты просматривают эти адреса для принятия решения о дальнейшем пути передачи кадра. Для анализа адреса кадр записывается во внутренний буфер моста. Мосты не работают с информацией, относящейся к сетевому уровню. Они ничего не знают о топологии связей сегментов или сетей между собой. Поэтому мосты совершенно прозрачны для протоколов, начиная с сетевого и выше. Мосты позволяют объединить несколько локальных сетей в единую логическую сеть. Соединяемые локальные сети образуют сетевые сегменты такой логической сети.

По сравнению с прозрачной маршрутизацией “маршрутизация от источника” может вызвать дополнительные накладные расходы, которые приводят к незначительному уменьшению производительности сети. Но у последней есть также много преимуществ. Например, рабочая станция сама выбирает маршрут. Выбор оптимального маршрута не возможен при прозрачной маршрутизации. Маршрутизация от источника также предоставляет более широкие возможности управления передачей информации, так как вся информация о маршруте содержится в самом передаваемом пакете.

При прохождении кадра через прозрачный мост происходит его регенерация и трансляция с одного порт на другой. Прозрачные мосты учитывают и адрес отправителя, и адрес получателя, которые берутся из получаемых кадров локальных сетей. Адрес отправителя необходим мосту для автоматического построения базы данных адресов устройств. Эта база данных называется МАС-таблицей. В ней устанавливается соответствие адреса станции определенному порту моста.

Основные принципы работы моста: обучение, фильтрация, передача и широковещание. После получения кадров мост проверяет их целостность при помощи контрольной суммы. Неправильные кадры при этом отбрасываются. После успешной проверки мост сравнивает адрес отправителя с имеющимися в базе данных адресами. Если адрес отправителя еще не заносился в базу данных, он добавляется в нее. В результате мост узнает адреса устройств в сети и таким образом происходит процесс его обучения. Благодаря способности к обучению к сети могут добавляться новые устройства без реконфигурации моста.

Кроме адреса отправителя, мост анализирует и адрес получателя. Этот анализ необходим для принятие решения о дальнейшем пути передачи кадра. Мост сравнивает адрес получателя с адресами, хранящимися в базе данных. Если адрес получателя принадлежит тому же сегменту, что и адрес отправителя, то мост не пропускает этот кадр в другой сегмент, или, иными словами, “фильтрует” этот кадр. Эта операция помогает предохранить сегменты сети от заполнения избыточным трафиком. Если адрес получателя присутствует в базе данных и принадлежит другому сегменту, мост определяет, какой из его портов связан с этим сегментом. После получения доступа к среде передачи этого сегмента, мост передает в него кадр. Такой процесс иногда называют продвижением.

Если запись о каком-либо адресе получателя отсутствует в базе или этот адрес является широковещательным, мост перелает кадр на все свои порты, за исключением порта, принявшего кадр. Такой процесс называется широковещанием (broadcasting) или затоплением (flooding) сети. Широковещание гарантирует, что кадр будет доставлен во все сегменты сети и, естественно, получателю.

Так как рабочие станции могут переноситься из одного сегмента в другой, мосты должны периодически обновлять содержимое своих адресных баз. В этой связи записи в адресной базе делятся на два типа – статические и динамические.

Проблема петель. Пакет бесконечно циркулирует по активной петле, а мосты постоянно обновляют записи в базе, соответствующего адреса. Сеть засоряется ненужным трафиком, а мосты входят в состояние "вибрации", постоянно обновляя свои базы данных

Коммутаторы Ethernet подобно мостам и маршрутизаторам способны сегментировать сети Ethernet. Как и многопортовые мосты коммутаторы пе-редают пакеты между портами на основе адреса получателя, включенного в каждый пакет. Реализация коммутаторов обычно отличается от мостов в ча-сти возможности организации одновременных соединений между любыми парами портов устройства – это значительно расширяет суммарную пропуск-ную способность сети. Более того, мосты в соответствии со стандартом IEEE 802.1d должны получить пакет целиком до того, как он будет передан адре-сату, а коммутаторы могут начать передачу пакета, не приняв его полностью..