Ограничения мостов и коммутаторов

Создание сложной, структурированной сети, интегрирующей различные базовые технологии, может осуществляться и средствами канального уровня: для этого могут быть использованы мосты и коммутаторы. Мост или коммутатор разделяет сеть на сегменты, локализуя трафик внутри сегмента, что делает линии связи разделяемыми преимущественно между станциями данного сегмента. Тем самым сеть распадается на отдельные подсети, из которых могут быть построены составные сети достаточно крупных размеров.

Однако построение сложных сетей только на основе мостов и коммутаторов имеет существенные ограничения и недостатки.

· Во-первых, в топологии получившейся сети должны отсутствовать петли. Действительно, мост/коммутатор может решать задачу доставки пакета адресату только тогда, когда между отправителем и получателем существует единственный путь. В то же время наличие избыточных связей, которые и образуют петли, часто необходимо для повышения надежности сети за счет образования резервных путей.

· Во-вторых, логические сегменты сети, расположенные между мостами или коммутаторами, слабо изолированы друг от друга, а именно не защищены от так называемых широковещательных штормов. Если какая-либо станция посылает широковещательное сообщение, то это сообщение передается всем станциям всех логических сегментов сети.

· В-третьих, реализация транспортной подсистемы только средствами физического и канального уровней, к которым относятся мосты и коммутаторы, приводит к недостаточно гибкой, одноуровневой системе адресации: в качестве адреса назначения используется МАС-адрес, жестко связанный с сетевым адаптером.

· В-четвертых, канальный уровень обеспечивает транспорт кадров только между сегментами, построенными на одинаковой сетевой технологии. Т.е. в общем случае не возможно соединить в одну сеть сегменты, построенные на Ethernet и Token Ring. (Существуют коммутаторы с возможностью трансляции протоколов канального уровня, но эти возможности ограничены.)

Понятие составной сети

Основная идея введения сетевого уровня состоит в следующем. Сеть в общем случае рассматривается как совокупность нескольких сетей и называется составной сетью или интерсетью (internetwork или internet). Сети, входящие в составную сеть, называются подсетями (subnet), составляющими сетями или просто сетями (рис. …).

 

Архитектура составной сети.

Подсети соединяются между собой маршрутизаторами (router). Маршрутизатор имеет два или более портов, к которым подключаются подсети. Компонентами составной сети могут являться как локальные, так и глобальные сети. Внутренняя структура каждой сети на рисунке не показана, так как она не имеет значения при рассмотрении сетевого протокола. Все узлы в пределах одной подсети взаимодействуют, используя единую для них технологию. В составной сети допускаются соединения петлей, т.е. образуются избыточные связи, которые полезны для лучшей балансировки нагрузки, а также для повышения надежности сети за счет образования резервных путей.

Рисунок 5‑1 Составная сеть.

Каждая из этих технологий достаточна для того, чтобы организовать взаимодействие всех узлов в своей подсети, но не способна построить информационную связь между произвольно выбранными узлами, принадлежащими разным подсетям, например между узлом А и узлом В на рис. …. Следовательно, для организации взаимодействия между любой произвольной парой узлов этой «большой» составной сети требуются дополнительные средства. Такие средства и предоставляет сетевой уровень

Сетевой уровень выступает в качестве координатора, организующего работу всех сетей, лежащих на пути продвижения пакета по составной сети. Для перемещения данных в пределах подсетей сетевой уровень обращается к используемым в этих подсетях технологиям.

Адреса, присвоенные узлам в соответствии с технологиями подсетей, называют локальными. Чтобы сетевой уровень мог выполнить свою задачу, ему необходима собственная система адресации, не зависящая от способов адресации узлов в отдельных подсетях, которая позволила бы на сетевом уровне универсальным и однозначным способами идентифицировать любой узел составной сети. Естественным способом формирования сетевого адреса является уникальная нумерация всех подсетей составной сети и нумерация всех узлов в пределах каждой подсети. Таким образом, сетевой адрес представляет собой пару: номер сети (подсети) и номер узла.

Данные, которые поступают на сетевой уровень и которые необходимо передать через составную сеть, снабжаются заголовком сетевого уровня. Данные вместе с заголовком образуют пакет. Заголовок пакета сетевого уровня имеет унифицированный формат, не зависящий от форматов кадров канального уровня тех сетей, которые могут входить в объединенную сеть, и несет наряду с другой служебной информацией данные о номере сети, которой предназначается этот пакет. Сетевой уровень определяет маршрут и перемещает пакет между подсетями.

Кроме номера сети заголовок сетевого уровня должен содержать и другую информацию, необходимую для успешного перехода пакета из сети одного типа в сеть другого типа. К такой информации может относиться, например:

· время жизни пакета, указывающее, как долго он путешествует по интерсети, это время может использоваться для уничтожения «заблудившихся» пакетов;

· качество услуги — критерий выбора маршрута при межсетевых передачах — например, узел-отправитель может потребовать передать пакет с максимальной надежностью, возможно, в ущерб времени доставки.

Когда две или более сети организуют совместную транспортную службу, то такой режим взаимодействия обычно называют межсетевым взаимодействием (internetworking).

Поясним ситуацию, воспользовавшись аналогией рассмотренной во второй главе. Рассмотрим уровень почтовой службы и авиакомпании в нашем примере. Предположим, что не существует прямого рейса между городами, где располагаются наши предприятия, при этом в промежуточном городе письмо нужно будет перевезти из одного аэропорта в другой.

Внутри каждого города письмо будет транспортироваться внутри контейнера почтовой службы. Город это аналогия подсети, аэропорт — порт маршрутизатора, наше письмо — пакета сетевого уровня, почтовая служба — канального уровня, а автомобиль — кадра канального уровня. Адрес, который указан на конверте, является аналогом сетевого адреса. Он состоит из двух частей: название страны и города — адрес подсети, адрес предприятия — адрес узла.

Рассмотрим транспортировку письма из одного предприятия в другое пошагово.

1. Почтовая служба помещает письмо в автомобиль, водителю дается задание следовать в аэропорт (пакет помешается в кадр, в заголовке которого указывается адрес порта маршрутизатора).

2. Автомобиль доставляет письмо в аэропорт, где оно выгружается (порт маршрутизатора извлекает пакет из кадра).

3. Авиакомпания принимает решение о выборе рейса, которым она доставляет письмо в первый промежуточный аэропорт (маршрутизатор выбирает маршрут и пакет передается на выходной порт).

4. Местная авиакомпания снова помещает письмо в автомобиль и водителю дается задание следовать во второй промежуточный аэропорт (порт маршрутизатора помещает пакет в кадр, в заголовке которого указывается адрес порта следующего маршрутизатора).

5. Повторяются пункт 2 и 3, т.е. автомобиль доставляет письмо во второй промежуточный аэропорт, где оно опять выгружается (порт маршрутизатора извлекает пакет из кадра). Авиакомпания доставляет письмо в аэропорт города, где находится предприятие-адресат (пакет передается маршрутизатором на выходной порт).

6. В конечном аэропорту письмо снова будет помещено в автомобиль почтовой службы, который доставит его на предприятие-адресат (пакет инкапсулируется в кадр, который доставляется узлу-адресату).

7. На предприятии-адресате письмо выгружают из автомобиля (на конечном узле из кадра извлекается пакет и передается на сетевой уровень).

Мы видим, что передача сообщения обеспечивается двумя уровнями:

· Почтовая служба (канальный уровень) транспортирует его внутри города, пользуясь автомобилем (кадром, заметим, что в нашем примере автомобиль может возить одно письмо — пакет).

· Авиакомпания (сетевой уровень) перевозит письмо из города в город (из одной подсети в другую). При этом единственный способ доставить сообщение из аэропорта в аэропорт — воспользоваться почтовой службой. Для этого каждый аэропорт должен принять решение о том в какой следующий аэропорт должно отправляться сообщение, и в какой аэропорт нужно перевозить его дальше (маршрутизатор определяет выходной порт и адрес порта следующего маршрутизатора, который должен принадлежать одной из непосредственно присоединенных к маршрутизатору сетей).

Еще заметим, что авиакомпанию не интересует как работает почтовая служба и правила по которым автомобиль обеспечивает перевозку, единственно что требуется, это чтобы письмо помещалось в автомобиль (чтобы пакет помещался в кадр канального уровня).