23494

Структуризация сетей

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Типовые топологии небольших сетей обладают свойством однородности, то есть все компьютеры в такой сети имеют одинаковые права в отношении доступа к другим компьютерам. Такая однородность структуры делает простой процедуру наращивания числа компьютеров, облегчает обслуживание и эксплуатацию сети.

Русский

2014-10-12

238 KB

9 чел.

Лекция № 10

Структуризация сетей

Типовые топологии небольших сетей обладают свойством однородности, то есть все компьютеры в такой сети имеют одинаковые права в отношении доступа к другим компьютерам. Такая однородность структуры делает простой процедуру наращивания числа компьютеров, облегчает обслуживание и эксплуатацию сети.

Однако при построении больших сетей использование типовых структур порождает различные ограничения:

  •  на длину связи между узлами;
  •  на количество узлов в сети;
  •  на интенсивность трафика, порождаемого узлами сети.

Для снятия этих ограничений используются специальные методы структуризации сети и специальное оборудование — повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы.

Оборудование такого рода называют коммуникационным.

Следует отметить, что конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями оборудования между собой и может отличаться от логических связей. Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сети и образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.

Физическая структуризация сети.

Простейшее из коммуникационных устройств — повторитель (repeator) — используется для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети. Повторитель передает сигналы, приходящие из одного сегмента сети, в другие ее сегменты.

Повторитель (Рисунок 47.)позволяет преодолеть ограничения на длину линий связи за счет улучшения качества передаваемого сигнала — восстановления его мощности и амплитуды, улучшения фронтов и т. п.

Рисунок 47. Повторитель

Это пример двухпортового повторителя.

Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов, часто называют концентратором (concentrator) или хабом (hub).

Концентраторы повторяют сигналы, пришедшие с одного из своих портов, на других своих портах.

Концентратор всегда изменяет физическую топологию сети, но при этом оставляет без изменения ее логическую топологию (Рисунок 48.).

Рисунок 48. Физическая и логическая структуризация сети

Логическая структуризация сети.

Наиболее важной проблемой, не решаемой путем физической структуризации, остается проблема перераспределения передаваемого трафика между различными физическими сегментами сети. Очень часто наиболее интенсивный обмен данными наблюдается между компьютерами, принадлежащими к одной подсети, и только небольшая часть обращений происходит к ресурсам компьютеров, находящихся вне локальных рабочих групп (80/20).

Сеть с типовой топологией, в которой все физические сегменты рассматриваются в качестве одной разделяемой среды, оказывается неадекватной структуре информационных потоков в большой сети. Распространение трафика, предназначенного для компьютеров некоторого сегмента сети, только в пределах этого сегмента, называется локализацией трафика.

На рисунке 49 показан пример сети построенной на концентраторах. В такой сети локализация трафика невозможна.

Рисунок 49. Сеть на основе концентраторов

Логическая структуризация сети — это процесс разбиения сети на сегменты с локализованным трафиком.

Для логической структуризации сети используются такие коммуникационные устройства, как мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.

Рисунок 50 Построение сети на основе моста

Мост (bridge) делит среду передачи на части (Рисунок 50.), передавая информацию из одного сегмента в другой, только в том случае, если такая передача действительно необходима, то есть если адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети. Локализация трафика не только экономит пропускную способность, но и уменьшает возможность несанкционированного доступа к данным. Мосты используют для локализации трафика аппаратные адреса компьютеров. Точной топологии связей между логическими сегментами мост не знает. Из-за этого применение мостов приводит к значительным ограничениям на конфигурацию связей сети — сегменты должны быть соединены таким образом, чтобы в сети не образовывались замкнутые контуры.

Коммутатор (switch, switching hub) по принципу обработки кадров ничем не отличается от моста. Однако его порты оснащены специализированными микропроцессорами, которые обрабатывают кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов, то есть обработка идет в параллельном режиме, что резко повышает производительность.

Рисунок 51. Построение сети на основе маршрутизатора

Маршрутизатор (router) образует логические сегменты посредством явной адресации, содержащей поле адреса сегмента сети (подсеть) (Рисунок 51.).

Маршрутизаторы более надежно и эффективно, чем мосты, изолируют трафик отдельных частей сети друг от друга. Кроме этого они выполняют выбор наиболее рационального маршрута в сети с замкнутыми контурами из нескольких возможных. Другой очень важной функцией маршрутизаторов является их способность связывать в единую сеть подсети, построенные с использованием разных сетевых протоколов.

Кроме перечисленных устройств отдельные части сети может соединять шлюз (gateway). Обычно основной причиной, по которой в сети используют шлюз, является необходимость объединить сети с разными типами системного и прикладного программного обеспечения. В качестве побочного эффекта шлюз обеспечивает и локализацию трафика.

Крупные сети практически никогда не строятся без логической структуризации. Для отдельных сегментов и подсетей характерны однородные типовые топологии базовых технологий, и для их объединения всегда используется оборудование, обеспечивающее локализацию трафика, — мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.


Стеки коммуникационных протоколов

Стек OSI (Open System Interconnection). 

Этот стек, в отличие от модели, представляет собой набор вполне конкретных спецификаций протоколов для всех семи уровней взаимодействия. Наиболее популярными протоколами стека OSI являются прикладные протоколы. К ним относятся: протокол передачи файлов FTAM, протокол эмуляции терминала VTP, протоколы справочной службы X.500, электронной почты X.400 и ряд других. Протоколы стека OSI отличает большая сложность и неоднозначность спецификаций, так как разработчики стремились учесть все существующие и появляющиеся технологии. Из-за своей сложности протоколы OSI требуют больших затрат вычислительной мощности центрального процессора, что приемлемо для мэйнфреймов, а не для персональных компьютеров.

Стек OSI — международный, независимый от производителей стандарт. Одним из крупнейших производителей, поддерживающих этот стек, является компания AT&T, ее Stargroup полностью базируется на этом стеке.

Стек TCP/IP (Transfer Control Protocol/Internet Protocol).

Сегодня этот стек является одним из самых распространенных, он используется в сети Internet и многих локальных сетях. Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней. За долгие годы использования он вобрал в себя большое количество протоколов прикладного уровня: протокол пересылки файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, гипертекстовые сервисы службы WWW и многие другие.

Особенностью технологии TCP/IP является способность фрагментировать пакеты, что позволяет менять размер кадра. Другой особенностью является гибкая система адресации, позволяющая более просто по сравнению с другими протоколами включать в интерсеть сети других технологий. Все это способствует построению больших гетерогенных сетей.

В стеке  TCP/IP очень экономно используются возможности широковещательных рассылок. Это свойство совершенно необходимо при работе на медленных каналах связи, характерных для территориальных сетей.

Стек IPX/SPX (Internetwork  Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange).

Это оригинальный стек протоколов фирмы Novell. Многие особенности стека IPX/SPX обусловлены ориентацией на работу в локальных сетях небольших размеров, состоящих из персональных компьютеров со скромными ресурсами. Адаптация их работы в больших корпоративных сетях устраняет их перегрузку широковещательными пакетами, которые интенсивно используются несколькими протоколами этого стека (например, для установления связи между клиентами и серверами). Требует получения лицензии от фирмы Novell.

Стек NetBIOS/SMB (Network Basic Input-Output System/Server Message Block).

Использует протокол NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface), потребляющий немного ресурсов и предназначенный для сетей, имеющих не более 200 рабочих станций. С его помощью невозможна маршрутизация пакетов, что ограничивает его применение однотипными локальными сетями. На основе протокола SMB реализуется файловая служба, служба печати и передачи сообщений между приложениями.

В таблице 1 показано соответствие некоторых,  наиболее популярных протоколов уровням модели OSI.

Таблица

Модель OSI

IBM/Microsoft

TCP/IP

Novell

Стек OSI

Прикладной

SMB

Telnet,

FTP,

SNMP,

SMTP,

WWW

NCP,

SAP

X.400

X.500

FTAM

Представительный

Предст.прот.OSI

Сеансовый

NetBIOS

TCP

Сеанс.прот.OSI

Транспортный

SPX

Трансп.прот.OSI

Сетевой

IP,

RIP,

OSPF

IPX,

RIP,

NLSP

ES-ES

IS-IS

Канальный

802.3 (Ethernet), 802.5 (Token Ring), FDDI, Fast Ethernet, SLIP,

100VG-AnyLAN, X.25, ATM, LAP-B, LAP-D, PPP

Физический

Коаксиальный кабель, экранированная и неэкранированная витая пара, оптоволокно, радиоволны, беспроводные оптические каналы связи


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11440. Командная консоль ОС семейства Windows 102 KB
  Лабораторная работа № 1 Командная консоль ОС семейства Windows Задания. Традиционно все имена идентификаторы объектов лабораторной работы должны содержать суффикс FIO например именование файла My_File_LAS.odt если ФИО студента – Луканов Алесандр Сергеевич. Оз...
11441. Форматирования текста 72 KB
  Лабораторная работа № 3 1.Форматирования текста Примеры форматирования текста приведены в файлах form_str.py и form_operat.py. 1Форматирование данных строкового типа производиться методами / функциями соответствующего модуля. Полное описание модуля можно вызвать командой ...
11442. Архитектура персонального компьютера. Классификация программного обеспечения 81.5 KB
  Лабораторная работа № 1 Тема: Архитектура персонального компьютера. Классификация программного обеспечения. Цель работы: изучить устройство персонального компьютера приобрести навыки в исследовании и описании аппаратного и программного обеспечения ЭВМ; изучить
11443. ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ТРЁХЭЛЕКТРОДНОЙ ЛАМПЫ 2.1 MB
  Лабораторная работа № 14 ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ТРЁХЭЛЕКТРОДНОЙ ЛАМПЫ ЦЕЛЬ РАБОТЫ: 1. Изучить практическое применение явления термоэлектронной эмиссии. 2. Овладеть методикой определения основных параметров трёхэлектродной лампы. ПРИБОРЫ: 1.Лампа 6Н7С или 6Н2П – 1 шт. ...
11444. Правила измерения физических величин и определение погрешностей измерений 61 KB
  Лабораторная работа №2 Правила измерения физических величин и определение погрешностей измерений Цель работы: изучить правила определения погрешностей измерений физических величин. Расчетные формулы ...
11445. Проверка закона сохранения энергии 109.5 KB
  Лабораторная работа №3 Проверка закона сохранения энергии Цель работы: проверка с помощью маятника Обербека закона сохранения энергии при поступательном и вращательном движении. Приборы и инструменты: маятник Обербека секундомер масштабная линейка штангенц
11446. Изучение закона сохранения импульса в механике 67 KB
  Лабораторная работа №4 Изучение закона сохранения импульса в механике Цель: экспериментальная проверка закона сохранения импульса при центральном упругом ударе шаров. Приборы и инструменты: экспериментальная установка набор шаров течнические весы л
11447. Изучение колебаний математического маятника и измерение ускорения свободного падения 96.5 KB
  Лабораторная работа №5 Изучение колебаний математического маятника и измерение ускорения свободного падения ...
11448. Измерение длины звуковых волн в воздухе и определение показателя адиабаты 93.5 KB
  Лабораторная работа №8 Измерение длины звуковых волн в воздухе и определение показателя адиабаты Цель работы: измерение длины звуковых волн резонансным методом определение скорости звука в воздухе и термодинамического отношения теплоемкостей. Приборы и принад...