Классификация сетей по территориальному признаку.

Типы вычислительных сетей.

Сеть – это соединение между двумя или более компьютерами, позволяющее им разделять ресурсы. Здесь под ресурсами понимаются хранящиеся на компьютере файлы или подключенные к нему устройства (принтеры, модемы и т.д.). Хотя большинство сетей значительно сложнее, все они базируются на принципе предоставления ресурсов в совместное использование. Компьютеры могут соединяться друг с другом как непосредственно, так и через промежуточные узлы связи. Компьютер, подключенный к сети, называют рабочей станцией, а компьютер, предназначенный для управления сетью и концентрацией данных, называют сервером. Часто и рабочую станцию, и сервер называют узлом сети. Учитывая, что в настоящее время организация работы сетей осуществляется в стеке протоколов TCP/IP, то часто используется понятие «хост». Хост – это объект сети, который может передавать и принимать IP-пакеты (например, рабочие станции, маршрутизаторы и т.д.). Иногда ошибочно понимают под хостом какой-либо сервер, однако в рамках концепции IP-сети и рабочая станция, и сервер являются хостами.

Классификация сетей по территориальному признаку.

Для классификации компьютерных сетей используют различные признаки, но чаще всего сети делят на типы по территориальному признаку, т.е. по величине территории, которую покрывают сети. Это объясняется значительным отличием используемых технологий в локальных и глобальных сетях, несмотря на их постоянное сближение.

К локальным вычислительным сетям – ЛВС (Local Area Networks, LAN) относят сети компьютеров, сосредоточенные на небольшой территории (в радиусе 1-2 км.). В общем случае ЛВС представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации. Короткие расстояние в ЛВС дают возможность использовать относительно дорогие, высококачественные линии связи: редко в настоящее время используются коаксиальные кабели, чаще кабели типа «витая пара» и оптоволоконные кабели. Это обеспечивает низкий уровень ошибок и высокую скорость передачи данных по линии связи. В зависимости от типа сетевого кабеля и метода доступа к данным, который определяет суть сетевой технологии, скорость может быть: 10 Мб/с, 16 Мб/с, 100 Мб/с, 1000 Мб/сек.

Глобальные вычислительные сети – ГВС (Wide Area Networks, WAN) объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. Поскольку прокладка высококачественных линий связей на большие расстояния обходится очень дорого, в ГВС используют уже существующие линии связи, предназначенные для других целей. Часто ГВС строят на основе телефонных/телеграфных каналах общего назначение, спутниковых связей и наземных микроволновых систем.

Региональная вычислительная сеть – РВС (Metropolitan Area Networks, MAN) является менее распространенным типом сетей. Они появились сравнительно недавно и предназначены для обслуживания крупного города, мегаполиса. В то время как LAN наилучшим образом подходит для разделения ресурсов на коротких расстояниях, а WAN обеспечивают работу на больших расстояниях, но с ограниченной скоростью, РВС занимают промежуточное положение. Они используют цифровые магистральные линии связи, часто оптоволоконные, и предназначены для связи ЛВС в масштабах города и соединения ЛВС с ГВС. РВС первоначально были разработаны для передачи данных, но сейчас они поддерживают и такие услуги, как видеоконференции и интегральные передачи голоса и текста. Сети мегаполисов являются общественными сетями и поэтому их услуги обходятся дешевле, чем построения собственной (частной) сети в пределах города.

Сетевой уровень модели OSI.

Сетевой уровень служит для объединения нескольких сетей в составные сети. При этом сети могут использовать различные принципы передачи блоков данных между конечными узлами и обладать произвольной структурой связи. Сети соединяются между собой специальными устройствами – маршрутизаторами. Маршрутизатор – это устройство, которое собирает информацию от топологии межсетевых соединений и на ее основании пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения. Для того чтобы передать пакет сетевого уровня от отправителя, находящегося в одной сети, получателю, находящемуся в другой сети, необходимо совершить некоторое количество транзитивных передач между сетями. Маршрут – это последовательность маршрутизаторов, через которые проходят пакеты. Проблема выбора наилучшего пути называется маршрутизацией. Решение этой проблемы – одна из главных задач сетевого уровня. Т.е. требуется выбрать в каком-то смысле удачный маршрут передачи пакета. Сетевой уровень решает также задачи согласования, создание барьеров на пути нежелательного трафика между сетями (фильтрация трафика). Примерами протоколов сетевого уровня является протокол межсетевого взаимодействия IP стека протокола TCP/IP, а также протокол межсетевого обмена пакетами IPX стека протоколов Novell. Ключевое слово сетевого уровня – маршрутизация.

Домен коллизий.

В технологии Ethernet независимо от стандарта физического уровня существует понятие – домен коллизий (collision domain). Домен коллизий – это часть сети Ethernet, все узлы которой распознают коллизию независимо от того, в какой части этой сети коллизия возникла. В терминологии локальных сетей существует два типа объединения узлов – подсеть и сеть. В подсети узлы напрямую взаимодействуют друг с другом, а в сети взаимодействие осуществляется на основании MAC-адресов узла отправителя и узла получателя, которые находятся в заголовках передаваемых кадров (frame). Сеть Ethernet, построенная на концентраторах (многопортовых повторителях) всегда образует один домен коллизий, который всегда соответствует одной разделяемой среде передачи данных, поэтому правильнее говорить, что домен коллизий соответствует подсети Ethernet. Мосты, коммутаторы и маршрутизаторы делят сеть Ethernet. Объединение узлов с помощью мостов и коммутаторов (многопортовых мостов) позволяет построить сеть, а использование маршрутизаторов, которые объединяют как сети, так и подсети, позволяет построить составную сеть (internetwork) на несколько доменов коллизий. Все то, что подключается к порту моста или коммутатора, представляет собой подсеть (сегмент сети), которая соответствует одному домену коллизий. Пусть, например, в подсети вместо концентратора №3 используется мост. Это приведет к образованию сети, поскольку взаимодействие узлов, присоединенных к разным портам моста, осуществляется уже не напрямую, а через таблицу коммутации моста. В этой таблице любая строка содержит MAC-адрес узла назначения и номер порта моста, через который, в случае необходимости, передается кадр для достижения им узла назначения.

Тогда, например, порт «С» моста, связанный с концентратором №4, воспримет сигнал коллизий, но не передаст его на свои остальные порты, поскольку это не входит в его обязанности. Если коллизия возникла из-за того, что мост пытался передать кадр через порт «С» в концентратор №4, то зафиксировав сигнал коллизии, порт «С» приостановит передачу кадра и попытается передать его повторно через случайный интервал времени. Если порт «С» принимал в момент возникновения коллизии кадр, то он просто отбросит полученное начало кадра и будет ожидать, когда узел, передававший кадр через концентратор №4, не сделает повторную попытку передачи. После успешного принятия данного кадра в свой буфер, мост передаст его на другой порт в соответствии с сопровождаемой им таблицей приближения (таблицей коммутации). Все события, связанные с обработкой коллизии портом «С», для остальных сегментов сети (для остальных подсетей), которые подключены к другим портам моста, останутся просто неизвестными.

Технология 100VG-AnyLan.

Технология 100VG-AnyLan поддерживает кадры двух технологий: Ethernet и Token Ring. Кадры для получения пропускной способности 100 Мбит/с передаются одновременно по 4 парам кабеля UTP Cat 3. В настоящее время есть варианты реализации физической среды, рассчитанной на использование кабелей UTP Cat 3 или STP Type 1, а также вариант физической среды при использовании двух оптических многомодовых оптоволокна. В отличие от метода доступа в сетях Fast Ethernet в 100VG-AnyLan нет коллизий, что достигается использованием другого метода доступа – Demand Priority. Этот метод доступа основан на передаче к концентратору функции арбитра, которые решают проблемы доступа к разделяемой среде передаче данных. Сеть 100VG-AnyLan состоит из центрального концентратора (корневой концентратор) и соединенных с ним конечных узлов (клиентский машин, серверов) и других концентраторов.

В технологии 100VG-AnyLan допускается три уровня концентраторов. Каждый концентратор и сетевая карта должны быть настроены либо на работу с кадрами Ethernet, либо Token Ring. Циркуляция обоих типов кадров не допускается. Концентратор циклически выполняет опрос своих портов. Узел сети, желающий передать кадр, посылает специальный сигнал концентратору, запрашивая передачу кадра и указывая его приоритет. Используется два уровня приоритета: низкий и высокий. Низкий уровень приоритета соответствует обычным данным (файловая служба, служба печати), а высокий соответствует данным, чувствительным к временным задержкам (мультимедиа). Приоритеты запросов имеют статическую и динамическую составляющую, т.е. узел с низким уровнем приоритета, долго не имеющий доступа в сеть, получает высокий приоритет. Если сеть свободна, то концентратор разрешает передачу кадра. После анализа физического адреса получателя в принятом кадре концентратор автоматически передает кадр узлу назначения. Если сеть занята, концентратор ставит полученный запрос в очередь, который обрабатывается в соответствии с порядком поступления запросов и с учетом приоритетов. Если к порту концентратора подключен другой концентратор, то опрос приостанавливается до завершения запроса концентратора нижнего уровня. Узлы, подключенные к концентратору различных уровней иерархии, не имеют преимуществ по доступу к разделяемой среде передачи, так как решение о предоставлении доступа принимается после проведения опроса всеми концентраторами опроса всех своих портов. В других сетевых технологиях, использующих концентраторы (многопортовые повторители), передаваемый кадр просто передавался всем узлам сети, а узел назначения, распознав свой физический адрес в заголовке пришедшего кадра, копировал кадр в буфер сетевой карты. В других сетевых технологиях при физическом соединении узла сети с концентратором выясняется наличие связей (Link Test в технологии, например, 10Base-T), скорость работы порта (процедура автопереговоров в технологии Fast Ethernet для сети, построенной на кабеле витая пара). В технологии 100VG-AnyLan концентратор при установлении физического соединения смотрит MAC-адрес сетевой карты подключенного узла. Этот MAC-адрес запоминается в таблице MAC-адресов, которая аналогична таблице коммутации моста или коммутатора. Отличие концентратора 100VG-AnyLan от моста или концентратора состоит в том, что у него нет внутреннего буфера для хранения кадров, поэтому он принимает от узла только один кадр, отправляет его на порт назначения и, пока этот кадр не будет полностью принят узлом назначения, новый кадр концентратор не принимает. Таким образом, принцип работы разделяемой среды сохраняется, но в отличие от работы концентраторов в других технологиях кадры здесь не попадают на чужие порты.

Технология FDDI.

Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface – оптоволоконный интерфейс распределенных данных) – первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконно-оптический кабель. Технология FDDI реализует оптоволоконную локальную сеть «маркерное кольцо», работающую на скорости 100 Мбит/с на расстояниях до 200 км и соединяющую до 1000 узлов. Она может использоваться как обычная локальная сеть (что происходит крайне редко в силу дороговизны сетевых карт FDDI), а также применяться в качестве магистрали, соединяющей медные локальные сети (что, как правило, в жизни и используется).

Учитывая дороговизну сетевых карт FDDI, этот вариант бьет по карману в реализации. В технологии FDDI используется многомодовое оптоволокно, поскольку более дорогое одномодовое волокно не требуется в сетях, работающих на скорости 100 Мбит/с (одномодовое оптоволокно используется, например, в сетях Gigabit Ethernet, где скорость передачи 1000 Мбит/с).

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец является способом повышения отказоустойчивости в сети FDDI.

В нормальном режиме работы сети данные проходят все узлы и все сегменты кабеля только первичного кольца. Этот режим работы называется «сквозным» или «транзитным». Вторичное, или резервное, кольцо в этом режиме не используется. Если произошел отказ (обрыв сетевого кабеля, выход из строя узла), основное кольцо объединяется с вторичным (резервным) кольцом, вновь образуя единое кольцо.

Показанный на рисунке режим работы сети называется режимом «свертывания» или «сворачивания» колец. Операция свертывания осуществляется средствами концентраторов и/или сетевых карт FDDI.

Метод доступа к среде передачи данных в сетях FDDI близок к методу доступа сетей Token Ring и также называется методом маркерного кольца – Token Ring. Отличие метода состоят в том, что время удержания маркера в сети FDDI не является постоянной величиной, как в сети Token Ring. Это время зависит от загрузки кольца – при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля. Указанные изменения доступа касаются только асинхронного трафика. Для синхронного трафика время удержания маркера узлом сети остается фиксированной величиной. Механизм приоритетов кадров, принятый в технологии Token Ring, в FDDI отсутствует. В сетях FDDI весь трафик делится на два класса: асинхронный и синхронный. Синхронный трафик обслуживается всегда, даже при перегрузках кольца. Узлы сети FDDI при доступе к среде передачи используют алгоритм раннего освобождения маркера, как и сети Token Ring, работающие на скоростях 16 Мбит/с (а также сети Token Ring, работающие на скоростях 100 Мбит/с и 155 Мбит/с). Формат передаваемых кадров в сетях FDDI отличается от формата кадра Token Ring отсутствием в заголовке кадра полей приоритетов. Признаки распознавания адреса, копирование кадра и ошибки позволяют сохранить имеющиеся в сетях Token Ring процедуры обработки кадров узлом отправителя, промежуточными узлами и узлом получателя.

Пример составной сети и основные принципы маршрутизации.

Важнейшей задачей сетевого уровня является маршрутизация – передача пакетов между двумя конечными узлами в составной сети. Пакеты инкапсулированы в поле данных передаваемых в соответствии с используемой сетевой технологией кадров (frame).

Основные принципы маршрутизации рассмотрим на следующем примере составной сети:  

В этой сети 20 маршрутизаторов объединяют 18 сетей в общую сеть. «S1», «S2»,..., «S20» – это номера сетей. Маршрутизаторы имеют по несколько портов (по крайней мере, по два), к которым присоединяются сети. Каждый порт маршрутизатора можно рассматривать как отдельный узел сети: он имеет собственный сетевой адрес и собственный локальный адрес в той подсети, которая к нему подключена. Например, маршрутизатор №1 имеет три порта, к которым подключены сети «S1», «S2», «S3». На рисунке сетевые адреса этих портов обозначены как «М1(1)», «M1(2)» и «М1(3)». Порт «М1(1)» имеет локальный адрес в сети с номером «S1», порт «M1(2)» – в сети «S2», а порт «М1(3)» – в сети «S3». Таким образом, маршрутизатор можно рассматривать как совокупность нескольких узлов, каждый из которых входит в свою сеть. Как единое устройство маршрутизатор не имеет ни отдельного сетевого адреса, ни какого-либо локального адреса.

Замечание: Если маршрутизатор имеет блок управления (например, SNMP-управления), то этот блок имеет собственные локальный и сетевой адреса, по которым к нему обращается центральная станция управления, находящаяся где-то в составной сети.

В составных сетях почти всегда существует несколько маршрутов для передачи пакетов между двумя конечными узлами. Маршрут – это последовательность маршрутизаторов, которые должен пойти пакет от отправителя до узла назначения. Так пакет, отправленный из узла «A» в узел «B», может пройти через маршрутизаторы №17, №12, №5, №4, №1 или №17, №13, №7, №6, №3.

Задачу выбора маршрута из нескольких возможных решают совместными усилиями маршрутизаторы и конечные узлы. Маршрут выбирается на основании имеющийся у этих устройств информации о текущей конфигурации сети (составной сети), а также на основании критерия выбора маршрута. Обычно в качестве критерия выступает задержка прохождения маршрута отдельным пакетом или средняя пропускная способность маршрута для последовательности пакета. Часто также используется весьма простой критерий, учитывающий только количество пройденных в маршруте промежуточных маршрутизаторов (хопов).

Пример упрощенной таблицы маршрутизации для маршрутизатора.

Чтобы по адресу сети назначения (для стека TCP/IP – IP-подсеть назначения) можно было бы выбрать рациональный маршрут дальнейшего следования пакета, каждый конечный узел и маршрутизатор анализирует таблицу маршрутизации. Приведем пример этой таблицы для маршрутизатора №4, используя принятое условное обозначение для сетевых адресов портов маршрутизатора и номеров сетей:

Сетевой адрес сети назначения	Сетевой адрес порта следующего маршрутизатора	Сетевой адрес выходного порта текущего маршрутизатора	Расстояние от текущего маршрутизатора до сети назначения (в хопах)
S1	M1(2)	M4(1)	1
S2	-	M4(1)	0
S3	M1(2)	M4(1)	1
S4	M2(1)	M4(1)	1
S5	-	M4(2)	0
S6	M2(1)	M4(1)	2
Default	M5(1)	M4(2)	-

 

Приведенный вариант таблицы сильно упрощен по сравнению с реальными таблицами. Здесь опущены столбцы с масками (например, маска используется для выделения в IP-адресе сетевого интерфейса IP-адрес узла назначения и IP-адрес IP-подсети назначения, которой принадлежит сам узел назначения), признаками состояния маршрута, временем, в течение которого действительна запись заданной таблицы.

В первом столбце указаны сетевые адреса сетей (для стека TCP/IP – это IP-адреса подсетей), входящих в составную сеть. В каждой строке таблицы следом за номером сети указывается сетевой адрес следующего маршрутизатора (более точно, сетевой адрес соответствующего порта следующего маршрутизатора), на который надо направить пакет, чтобы тот передвигался по направлению к сети с данным номером по рациональному маршруту.

Когда на порт текущего маршрутизатора поступает новый пакет (новый кадр, который содержит этот пакет) адрес сети назначения, извлеченный из заголовка пакета, входящего целиком в поле данных кадра посредством наложения маски на IP-адрес сетевого интерфейса узла назначения последовательно сравнивается с сетевыми адресами сетей, содержащимися в каждой строке первого столбца таблицы маршрутизации. Строка, совпадающая с сетевым адресом сети, указывает, на какой ближайший маршрутизатор следует направить пакет, например, если на какой-либо порт маршрутизатора №4 поступит пакет, адресованный в сеть «S6», то из представленной таблицы видно, что сетевой адрес следующего маршрутизатора – «M2(1)». Таким образом, очередным этапом продвижения данного пакета явится порт №1 маршрутизатора №2.

Учитывая, что пакет может быть адресован в любую сеть составной сети, каждая таблица маршрутизации должна иметь записи обо всех сетях, входящих в составную сеть. Но при таком подходе для крупной составной сети объем таблицы может оказаться очень большим, что существенным образом влияет на время просмотра, а также требует много памяти для хранения. Поэтому на практике число записей в этих таблицах уменьшается за счет использования специальной записи – «маршрутизатор по умолчанию» (default).

Если принять во внимание топологию составной сети, то в таблицах маршрутизаторах, находящихся на периферии составной сети, достаточно записать сетевые адреса сетей, непосредственно подсоединенных к данному порту маршрутизатора или расположенных по близости на тупиковых маршрутах. Обо всех же остальных сетях можно сделать в таблице единственную запись, указывающую на маршрутизатор, через который пролегает путь ко всем этим сетям. Такой маршрутизатор называется маршрутизатором по умолчанию, а вместо номера сети в соответствующей строке помещается особая запись, например default. В рассматриваемом примере таким маршрутизатором по умолчанию для сети «S5» является маршрутизатор №5, точнее его порт «M5(1)». На самом деле это будет IP-адрес этого порта. Это означает, что из сети «S5» путь почти ко всем сетям составной сети пролегает через этот порт маршрутизатора.

Некоторые реализации сетевых протоколов (для стека TCP/IP этим протоколом является протокол IP) допускают в таблице маршрутизации сразу несколько строк, соответствующих одному и тому же сетевому адресу сети назначения. В этом случае при выборе маршрута принимается во внимание столбец «Расстояние от текущего маршрутизатора до сети назначения ». При этом под расстоянием понимается любая метрика, используемая в соответствии с заданным в заголовке сетевого пакета критерием (называется классом сервиса). Расстояние может измеряться хопами, временем прохождения пакета по линиям связей и т.д. Если маршрутизатор поддерживает несколько классов сервиса пакетов, то таблица маршрутов составляется и применяется отдельно для каждого вида сервиса (критерия выбора маршрута). В примере расстояние между сетями измеряется хопами. Расстояние для сетей, непосредственно подключенных к портам маршрутизаторам, здесь принято равным 0.

Наличие нескольких маршрутов к одному узлу делает возможным передачу трафика к этому узлу параллельно по нескольким каналам связи, это повышает пропускную способность и надежность составной сети.

Пример упрощенной таблицы маршрутизации для конечного узла.

Задачу маршрутизации решают не только промежуточные узлы – маршрутизаторы, но и конечные узлы – компьютеры, подключенные к сети. Средства сетевого уровня, установленные на конечном узле, при обработке пакета должны, прежде всего, определить, направляется ли он в другую сеть или адресован какому-нибудь узлу данной сети. Если сетевой адрес сети назначения совпадает с сетевым адресом данной сети, то для данного пакета не требуется решаться задача маршрутизации, в противном случае требуется маршрутизация. Таблицы маршрутизации конечных узлов полностью аналогичны таблицам маршрутизациям, которые хранятся на маршрутизаторах.

Приведем таблицу маршрутизации для конечного узла «B». В этой таблице через «MB» обозначен сетевой адрес порта компьютера «B». На основании этой таблицы конечный узел «B» выбирает, на какой из двух имеющихся в локальной сети «S3» маршрутизатору следует посылать пакет.

Сетевой адрес сети назначения	Сетевой адрес порта следующего маршрутизатора	Сетевой адрес выходного порта текущего маршрутизатора	Расстояние от текущего маршрутизатора до сети назначения (в хопах)
S1	M1(3)	MB	1
S2	M1(3)	MB	1
S3	-	MB	0
S4	M3(1)	MB	1
S5	M1(3)	MB	2
S6	M3(1)	MB	2
Default	M3(1)	MB	-

 

Конечные узлы составной сети в еще большей степени, чем маршрутизаторы, пользуются приемом маршрутизации по умолчанию. Часто случается так, что конечные узлы вообще работают без таблицы маршрутизации, имея только сведения об адресе маршрутизатора по умолчанию. При наличии одного маршрута в локальной сети этот вариант единственно возможный для любого из конечных узлов. Приведем пример таблицы маршрутизации конечного узла «A» составной сети.

Сетевой адрес сети назначения	Сетевой адрес порта следующего маршрутизатора	Сетевой адрес выходного порта текущего маршрутизатора	Расстояние от текущего маршрутизатора до сети назначения (в хопах)
S12	-	MA	0
Default	M17(1)	MB	-

 

Еще одним отличием работы маршрутизатора и конечного узла при выборе маршрута является способ построения таблицы маршрутизации. Если маршрутизаторы обычно автоматически создают таблицы маршрутизации, обмениваясь служебной информацией, то для конечных узлов таблицы маршрутизации часто создаются вручную администраторами и хранятся в виде постоянных файлов на дисках.

Классы IP-адресов.

IP-адрес состоит из двух логических частей: IP-адреса подсети и IP-адреса узла (хоста) в этой IP-подсети. Какая часть IP-адреса относится к IP-адресу подсети, а какая к IP-адресу узла, определяется значениями первых бит адреса. Значения этих бит являются также признаками того, к какому классу относится тот или иной IP-адрес. Сама принадлежность IP-адреса к классу определяется двоичными значениями первых бит первого байта при двоичном представлении IP-адреса. В настоящее время известны пять классов IP-адресов:

IP-подсети класса «A» в десятичном представлении имеют диапазон адресов от 1 до 126, это объясняется тем, что в соответствии с рисунком IP-адрес класса «А» имеет для адресации IP-подсети только первый байт четырехбайтового слова. При этом первый бит этого байта всегда имеет значение 0. Поскольку в двоичном представлении первого байта IP-адреса подсети не может быть восемь нулей, минимальный адрес IP-подсети в двоичном представлении 00000001, а максимальный адрес 01111111. Во всем мире IP-подсетей класса «А» всего 126. Это объясняется тем, что с одной стороны не может быть IP-подсети с номером 0, а с другой стороны IP-подсеть со значением 127 используется для тестирования программ и взаимодействия процессов в пределах одного хоста. Например, если из режима командной строки запустить утилиту PING с IP-адресом назначения «127.0.0.1», то образуется как бы «петля». Данные не передаются по сети, а возвращаются модулем верхнего уровня, как только что принятые, поэтому в IP-сетях запрещается присваивать хостам IP-адреса класса «А», начинающиеся с цифры 127. При вычислении количества узлов для каждого класса IP-адреса следует исходить из того, что номер узла в двоичном представлении не может состоять из одних нулей или только одних единиц.

Классы «D» и «E» IP-адресов не связаны непосредственно с сетями. Если IP-адрес при его двоичном представлении в первом байте начинается с последовательности 1110, то он является IP-адресом класса D и обозначает особый групповой адрес (multicast). Групповой адрес идентифицирует группу узлов (сетевых интерфейсов, каждый из которых в составной сети идентифицируется одним IP-адресом либо класса «A», либо класса «B», либо класса «C»), которые в общем случае могут принадлежать различным IP-подсетям. Интерфейс, входящий в группу, получает наряду с обычным индивидуальным IP-адресом любого из классов «A», «B» или «C», еще один групповой адрес (класс «D»). Если при отправке пакета в его заголовке в качестве адреса назначения указан IP-адрес класса «D», то такой пакет должен быть доставлен всем узлам, входящим в группу. Один и тот же узел может входить в несколько групп. Отметим, что члены какой-либо группы multicast могут распределяться по различным IP-подсетям составной сети, расстояние между которыми измеряется произвольным количеством хопов. Групповой адрес не делится на поля: IP-адреса подсети и IP-адреса узла (хоста) в этой IP-подсети. Групповой адрес обрабатывается маршрутизатором особым способом.

Основное назначение IP-адреса multicast – распространение информации по схеме «один ко многим». Хост, желающий передать одну и ту же информацию многим абонентам с помощью специального протокола IGMP («Internet Group Management Protocol» – это протокол управления группами Интернета) сообщает о создании в составной сети новой мультивещательной группы с определенным адресом. Маршрутизаторы, поддерживающие мультивещательность, распространяют информацию о создании новой группы в сетях, подключенных к портам этого маршрутизатора. Хосты, которые хотят присоединиться к вновь создаваемой мультивещательной группе, сообщают об этом своим локальным маршрутизаторам, и те передают эту информацию хосту, инициатору создания новой группы.

Чтобы маршрутизаторы могли автоматически распространять пакеты с адресом назначения multicast по составной сети, необходимо использовать в конечных маршрутизаторах модифицированные протоколы обмена маршрутной информацией: MOSPF (Multicast Open Shortest Path First) – multicast аналог протокола маршрутизации OSPF. Сам протокол OSPD – протокол маршрутизации данных в соответствии с алгоритмом выбора наикратчайшего пути. Групповая адресация предназначена для экономичного распространения в корпоративной сети или интернете аудио- или видеопрограмм, предназначенных сразу большой аудитории слушателей или зрителей.

Если IP-адрес при его двоичном представлении начинается с последовательность первого байта 11110, это означает, что данный адрес относится к классу «E». Адреса этого класса зарезервированы для будущих применений.

В протоколе IP существует несколько соглашений об особой интерпретации IP-адресов:

1. Если весь IP-адрес при его двоичном представлении состоит только из двоичных нулей, то он обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет (этот режим используется в некоторых сообщениях протокола ICMP).

2. Если в поле IP-адреса подсети при его двоичном представлении стоят только нули, то по умолчанию считается, что этот узел назначения принадлежит той же самой IP-подсети, что и узел, который отправил пакет.

3. Если все двоичные разряды IP-адреса равны единице, то пакет с таким IP-адресом назначения должен рассылаться все узлам, которые находятся в той же IP-подсети, что и источник этого пакета. Такая рассылка называется ограниченным широковещательным сообщением (direct broadcast). Ограниченность в данном случае означает, что пакет не выйдет за границы маршрутизатора ни при каких условиях.

4. Если в двоичном представлении IP-адреса узла назначения в поле IP-адреса узла стоят только единицы, то пакет, имеющий такой адрес, рассылается всем узлам IP-подсети с заданным в IP-адресе IP-адресом этой подсети. Например, пакет с IP-адресом назначения «192.190.21.255» будет доставлен всем узлам подсети «192.190.21.0» (здесь мы ориентируемся, что IP-адрес принадлежит IP-адресации класса «C»). Такая рассылка называется широковещательным сообщением (broadcast).

В протоколе IP нет понятия широковещательности в том смысле, в котором оно используется в протоколах канального уровня локальных сетей, когда данные должны быть доставлены абсолютно всем узлам этой локальной сети. Как ограниченный широковещательный IP-адрес, так и широковещательный IP-адрес, имеют пределы распространения в составной сети – она ограничена либо IP-подсетью, которой принадлежит узел из точки пакета, либо IP-подсетью, IP-адрес которой указан в IP-адресе назначения. Деление составной сети с помощью маршрутизаторов на части локализует широковещательный трафик пределами одной из IP-подсети просто потому, что нет способа адресовать пакет одновременно всем узлам всех IP-подсетей составной сети.

Типы вычислительных сетей.

Сеть – это соединение между двумя или более компьютерами, позволяющее им разделять ресурсы. Здесь под ресурсами понимаются хранящиеся на компьютере файлы или подключенные к нему устройства (принтеры, модемы и т.д.). Хотя большинство сетей значительно сложнее, все они базируются на принципе предоставления ресурсов в совместное использование. Компьютеры могут соединяться друг с другом как непосредственно, так и через промежуточные узлы связи. Компьютер, подключенный к сети, называют рабочей станцией, а компьютер, предназначенный для управления сетью и концентрацией данных, называют сервером. Часто и рабочую станцию, и сервер называют узлом сети. Учитывая, что в настоящее время организация работы сетей осуществляется в стеке протоколов TCP/IP, то часто используется понятие «хост». Хост – это объект сети, который может передавать и принимать IP-пакеты (например, рабочие станции, маршрутизаторы и т.д.). Иногда ошибочно понимают под хостом какой-либо сервер, однако в рамках концепции IP-сети и рабочая станция, и сервер являются хостами.

Классификация сетей по территориальному признаку.

Для классификации компьютерных сетей используют различные признаки, но чаще всего сети делят на типы по территориальному признаку, т.е. по величине территории, которую покрывают сети. Это объясняется значительным отличием используемых технологий в локальных и глобальных сетях, несмотря на их постоянное сближение.

К локальным вычислительным сетям – ЛВС (Local Area Networks, LAN) относят сети компьютеров, сосредоточенные на небольшой территории (в радиусе 1-2 км.). В общем случае ЛВС представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации. Короткие расстояние в ЛВС дают возможность использовать относительно дорогие, высококачественные линии связи: редко в настоящее время используются коаксиальные кабели, чаще кабели типа «витая пара» и оптоволоконные кабели. Это обеспечивает низкий уровень ошибок и высокую скорость передачи данных по линии связи. В зависимости от типа сетевого кабеля и метода доступа к данным, который определяет суть сетевой технологии, скорость может быть: 10 Мб/с, 16 Мб/с, 100 Мб/с, 1000 Мб/сек.

Глобальные вычислительные сети – ГВС (Wide Area Networks, WAN) объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. Поскольку прокладка высококачественных линий связей на большие расстояния обходится очень дорого, в ГВС используют уже существующие линии связи, предназначенные для других целей. Часто ГВС строят на основе телефонных/телеграфных каналах общего назначение, спутниковых связей и наземных микроволновых систем.

Региональная вычислительная сеть – РВС (Metropolitan Area Networks, MAN) является менее распространенным типом сетей. Они появились сравнительно недавно и предназначены для обслуживания крупного города, мегаполиса. В то время как LAN наилучшим образом подходит для разделения ресурсов на коротких расстояниях, а WAN обеспечивают работу на больших расстояниях, но с ограниченной скоростью, РВС занимают промежуточное положение. Они используют цифровые магистральные линии связи, часто оптоволоконные, и предназначены для связи ЛВС в масштабах города и соединения ЛВС с ГВС. РВС первоначально были разработаны для передачи данных, но сейчас они поддерживают и такие услуги, как видеоконференции и интегральные передачи голоса и текста. Сети мегаполисов являются общественными сетями и поэтому их услуги обходятся дешевле, чем построения собственной (частной) сети в пределах города.