84758

ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Совокупность различных сетей подсетей ЛВС расположенных на значительных расстояниях друг от друга и объединенных в единую сеть с помощью телекоммуникационных средств представляет собой территориально-распределенную сеть которую можно рассматривать как совокупность различных сред передачи...

Русский

2015-03-21

687.52 KB

16 чел.

Лекция 12

4. ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ

Совокупность различных сетей (подсетей, ЛВС), расположенных на значительных расстояниях друг от друга и объединенных в единую сеть с помощью телекоммуникационных средств, представляет собой территориально-распределенную сеть, которую можно рассматривать как совокупность различных сред передачи, коммуникационных протоколов и систем управления сетями. Примерами территориальнораспределенных сетей являются корпоративные сети организаций, объединяющие офисные сети, расположенные в разных городах, регионах и даже на разных континентах, городские, региональные, государственные сети и т.п.

Современные средства телекоммуникаций объединяют множество взаимосвязанных территориально-распределённых и локальных вычислительных сетей (представляющие собой подсети) различных организаций практически всего земного шара в единую сеть — глобальную вычислительную сеть Intemet.

Поскольку территориально-распределённые и глобальные сети используют одинаковые принципы, технологии и оборудование, то их принято называть единым термином - глобальные сети или Wide Агеа Network (WAN).

Для корректной работы глобальных сетей необходимо все сетевые стандарты связать так, чтобы они могли сосуществовать друг с другом, включая сети не на ЛВС-стандартах, такие как сети Х.25 или IBM SNA.

4.1 Принципы организации глобальных сетей

В отличие от ЛВС характерными особенностями глобальных сетей являются следующие.

1. Неограниченный территориальный охват.

2. Сеть объединяет ЭВМ самых разных классов (от персональных до суперЭВМ), локальные и территориальные сети разных технологий.

3. Для объединения различных сетей и передачи данных на большие расстояния используется специальное оборудование, а именно: аппаратура передачи данных (модемы, приемопередатчики и т.п.) и активное сетевое оборудование (маршрутизаторы, коммутаторы, шлюзы).

4. Топология глобальных сетей, в общем случае, произвольная.

5. Одной из важнейших задач, решаемой при построении глобальной сети, является организация эффективной маршрутизации передаваемых данных.

6. Глобальная сеть может содержать каналы связи разных типов: кабельные оптические и электрические, в том числе телефонные, беспроводные радио и спутниковые каналы, имеющие различные пропускные способности (от нескольких Кбит/с до сотен Гбит/с).

Глобальные сети обладают следующими достоинствами:

1. Предоставление пользователям сети неограниченного доступа к любым вычислительным и информационным ресурсам, а также множества специфических услуг, таких как электронная почта, голосовая связь, конференцсвязь, телевидение по запросу, доступ к разнообразным информационным ресурсам и т.д.

2. Возможность доступа к ресурсам сети практически из любой точки Земного шара.

3. Возможность передачи по сети любых видов данных, в том числе таких специфических как аудио и видео.

4.2 Технические средства объединения сетей

Классификация технических средств, используемых для объединения сетей, представлена на рис.109.

Рис. 109

Для объединения сетей используются:

• пассивные технические средства (объединение отдельных сегментов и расширения ЛВС):

- повторители (repeater);

- концентраторы (hub);

• активные технические средства (построение территориально-распределённых и глобальных сетей путём объединения как ЛВС, так и сетей других не ЛВС-технологий):

- мосты (bridge);

- маршрутизаторы (router);

- коммутаторы (switch);

- шлюзы (gateway).

Основная функция пассивных технических средств - усиление передаваемого сигнала. Они работают в основном на 1-м физическом уровне.

Активные технические средства управляют трафиком на основе адресов назначения передаваемых данных, то есть работают на 2-м и более высоких уровнях ОSI-модели.

4.2.1 Мосты

Мост - простейшее сетевое устройство, объединяющее локальные или удаленные сегменты и регулирующее прохождение кадров между ними. Подсоединенные к мосту сегменты образуют логически единую сеть, в которой любая станция может использовать сетевые ресурсы, как своего сегмента, так и всех доступных через мост сегментов (рис.110).

Мост работает на подуровне МАC второго - канального уровня и прозрачен для протоколов более высоких уровней, то есть принимает решение о передаче кадра из одного сегмента в другой на основании физического адреса (МАС-адреса) станции назначения. Для этого мост формирует таблицу адресов (ТА), которая содержит (рис.110:

Рис. 110

• список МАС-адресов (адресов назначения, АН) станций, подключенных к мосту;

• направление (порт), к которому станция подключена;

• "возраст" с момента последнего обновления этой записи.

Так как кадры, предназначенные для станции того же сегмента, не передаются через мост, трафик локализуется в пределах сегментов, что снижает нагрузку на сеть и повышает информационную безопасность. В отличие от повторителя, который, действуя на физическом уровне, всего лишь повторяет и восстанавливает сигналы, мост анализирует целостность кадров и фильтрует кадры, в том числе испорченные.

Мосты не нагружают работой остальные сетевые устройства — они находятся в одной большой сети с единым сетевым адресом и разными МАС-адресами.

Для получения информации о местоположении станций мосты изучают адреса станций, читая адреса всех проходящих через них кадров. При получении кадра мост сравнивает адрес назначения с адресами в ТА и, если такого адреса нет, то мост передает кадр по всем направлениям (кроме отправителя кадра). Такой процесс передачи называется "затоплением" (flooding). Если мост находит в ТА адрес назначения, то он сравнивает номер порта из ТА с номером порта, по которому пришёл кадр. Их совпадение означает, что адреса отправителя и получателя расположены в одном сегменте сети, следовательно, кадр не надо транслировать, и мост его игнорирует. Если же адреса отправителя и получателя расположены в разных сегментах, мост отправляет кадр в нужный сегмент сети.

Достоинствами мостов являются:

• относительная простота и дешевизна объединения ЛВС;

• "местные" (локальные) кадры остаются в данном сегменте и не загружают дополнительно другие сегменты;

• присутствие мостов прозрачно для пользователей;

• мосты автоматически адаптируются к изменениям конфигурации сети;

• мосты могут объединять сети, работающие с разными протоколами сетевого уровня;

• ЛВС, объединенные мостами, образуют логически единую сеть, т.е. все сегменты имеют один и тот же сетевой адрес; поэтому перемещение компьютера из одного сегмента в другой не требует изменения его сетевого адреса;

• мосты, благодаря простой архитектуре, являются недорогими устройствами.

Недостатки состоят в следующем:

• дополнительная задержка кадров в мостах;

• не используются альтернативные пути; из возможных путей всегда выбирается один, остальные - блокируются;

• могут способствовать значительным всплескам трафика в сети, например, при передаче кадра, адрес которого еще не содержится в таблице моста, он передаются во все сегменты;

• не могут предотвращать "широковещательные штормы";

• не имеют средств для изоляции ошибочно функционирующих сегментов.

Существуют мосты четырех основных типов (рис.111):

• прозрачные (transparent);

• транслирующие (translating);

• инкапсулирующие (encapsulating);

• с маршрутизацией от источника (source routing).

Прозрачные мосты (transparent bridges) предназначены для объединения сетей с идентичными протоколами на канальном и физическом уровнях, например, Ethernet-Ethernet, Token Ring-Token Ring.

Рис. 111

Прозрачный мост является самообучающимся устройством: в процессе работы для каждого подключенного сегмента автоматически строит таблицу адресов с адресами станций, находящихся в сегменте.

Алгоритм функционирования прозрачного моста следующий:

1) прием поступающего кадра в буфер моста;

2) анализ адреса отправителя (АО) и его поиск в таблице адресов (ТА);

3) если АО отсутствует в ТА, то этот адрес и номер порта, по которому поступил кадр, заносятся в ТА;

4) анализ адреса получателя (АП) и его поиск в ТА;

5) если АП найден в ТА, и он принадлежит тому же сегменту, что и АО (т.е. номер выходного порта совпадает с номером входного порта), кадр удаляется из буфера;

6) если АП найден в ТА, и он принадлежит другому сегменту, кадр передается в этот сегмент (на соответствующий порт);

7) если АП отсутствует в Т А, то кадр передается во все сегменты, кроме того сегмента, из которого он поступил.

Транслирующие мосты (translating bridges) предназначены для объединения сетей с разными протоколами на канальном и физическом уровнях, например, Ethernet и Token Ring (рис.112).

Транслирующие мосты объединяют сети путем манипулирования "конвертами": при передаче кадра из сети Ethernet в сеть TokenRing осуществляется замена заголовка (З ETh) и концевика (К Eth) Ethernet-кадра на заголовок (3 TR) и концевик (К TR) ТоkеnRing-кадра и наоборот. Поскольку в разных сетях используются кадры разной длины, а транслирующий мост не может разбивать кадры на части, то каждое сетевое устройство должно быть сконфигурировано для передачи кадров одинаковой длины.

Рис. 112

Инкапсулирующие мосты предназначены для объединения сетей с одинаковыми протоколами канального и физического уровня через высокоскоростную магистральную сеть с другими протоколами, например 10-мегабитные сети Ethernet, объединяемые сетью FDDI (рис.113).

В отличие от транслирующих мостов, которые преобразуют "конверты" одного типа в другой, инкапсулирующие мосты вкладывают полученные кадры вместе с заголовком и концевиком в другой "конверт" (см. рис.113), который используется в магистральной сети (отсюда термин "инкапсуляция") и передает его по этой магистрали другим мостам для доставки к узлу назначения. Конечный мост извлекает Еthеrnеt-кадр из FDDI-кадра и передаёт его в сегмент, в котором находится адресат. Длина поля данных FDDI-кадра достаточна для размещения Еthеrnеt-кадра максимальной длины.

Рис. 113

Мосты с маршрутизацией от источника (source routing bridges) функционируют на основе информации, формируемой станцией, посылающей кадр, и хранимой в конверте кадра. В этом случае мостам не требуется иметь базу данных с адресами.

Каждое сетевое устройство определяет путь к адресату через процесс, называемый "обнаружение маршрута " (route discovery).

Упрощенно принцип обнаружения маршрута можно проиллюстрировать на следующем примере (рис.114).

Рис. 114

Устройство-источник инициализирует обнаружение маршрута, посылая специальный кадр (рис.114.б), называемый "исследовательским " (ехрlоrеr). Исследовательские кадры используют специальный конверт, распознаваемый мостами с маршрутизацией от источника. При получении такого кадра каждый мост в специально отведенное в кадре место — поле записи о маршруте (routing infоrmаtiоn field), заносит следующие данные: номер входного порта, с которого был получен кадр, идентификатор моста (Mi) и номер выходного порта, например: 1, М1, З (см. рис.114,б). Далее мост передает этот кадр по всем направлениям, исключая то, по которому кадр был получен.

В итоге, станция назначения получает несколько исследовательских кадров, число которых определяется числом возможных маршрутов. Станция назначения выбирает один из маршрутов (самый быстрый, самый короткий или другой) и посылает ответ станции-источнику. В ответе содержится информация о маршруте, по которому должны посылаться все кадры. Станция-отправитель запоминает маршрут и использует его всегда для отправки кадров в станцию назначения. Эти кадры при отправке вкладываются в специальные конверты, понятные для мостов с маршрутизацией от источника. Мосты, получая эти конверты, находят соответствующую запись в списке маршрутов и передают кадр по нужному направлению.

Маршрутизация от источника используется мостами в сетях Token Ring для передачи кадров между разными кольцами.

4.2.2 Маршрутизаторы

Маршрутизаторы, как и мосты, позволяют эффективно объединять сети и увеличивать их размеры, но, в отличие от последних, работают на сетевом уровне ОSI-модели, то есть оперируют сетевыми адресами, и предоставляют более интеллектуальный сервис, заключающийся в определении наиболее подходящего пути и способа передачи пакетов.

В отличие от моста, работа которого прозрачна для сетевых устройств, работа маршрутизатора должна быть явно запрошена устройством. Для этого каждый порт (интерфейс) маршрутизатора имеет свой сетевой адрес: , , . . . (рис.115,а). На рис.115,б показана каноническая структура маршрутизатора.

Поступающие пакеты заносятся во входной буфер ВхБ. Центральный процессор ПМ маршрутизатора последовательно анализирует заголовки пакетов и в соответствии с выбранной стратегией маршрутизации и заданной таблицей маршрутизации ТМ определяет выходной канал связи КС, в выходной буфер (ВыхБ) которого должен быть направлен пакет.

Рис. 115

На рис.116 показан пример упрощённой маршрутной таблицы (МТ) узла (маршрутизатора) 4, находящегося в семиузловой сети.

В первом столбце указаны доступные (известные) этому маршрутизатору сетевые адреса назначения (АН). Для каждого АН во втором столбце указывается адрес шлюза (АШ) следующего маршрутизатора, к которому должны направляться пакеты, а в третьем - сетевой адрес выходного интерфейса (АВИ) данного маршрутизатора: . При наличии альтернативных путей для одного и того же АН может быть назначено несколько возможных путей передачи пакета. Так, например, пакеты с АН=3 могут быть направлены к маршрутизатору 2 или 6 через выходные интерфейсы  и  соответственно, что отображено в таблице в виде двух строк с одним адресом назначения. В этом случае выбор маршрута осуществляется на основе метрики (М), указанной в 4-м столбце.

Метрика может формироваться с учётом следующих факторов:

Рис. 116

• расстояние между источником и приемником пакета, которое обычно измеряется "счетчиками хопов" (hop — количество маршрутизаторов, пройденных пакетом от источника до приемника);

• пропускная способность канала связи;

• время доставки разными путями;

• загрузка канала связи и т.д.

В нашем примере в качестве метрики используется расстояние до адреса назначения, измеряемое в хопах.

В больших сетях для уменьшения размера таблицы маршрутизации и, соответственно, времени поиска маршрута, используется ограниченный набор адресов назначения, указанных в таблице явно. Для всех других адресов используется маршрут по умолчанию, которому в таблице соответствует строка (default), указывающая соседний маршрутизатор, используемый по умолчанию.

Весь спектр маршрутизаторов можно разбить на 3 группы (рис.117):

1) недорогие периферийные маршрутизаторы для соединения небольших удаленных филиалов с сетью центрального офиса;

2) маршрутизаторы удаленного доступа для сетей среднего размера;

3) мощные магистральные маршрутизаторы для базовых сетей крупных организаций.

Перuферuйные маршрутизаторы (Вoundагу Router) предназначены для объединения удаленных локальных сетей с центральной сетью и, как правило, имеют ограниченные возможности: один порт для соединения с локальной сетью и один для соединения с центральным маршрутизатором.

Рис. 117

Все сложные функции по маршрутизации возлагаются на центральный маршрутизатор, в связи с чем периферийный маршрутизатор не требует квалифицированного обслуживания на месте и характеризуется низкой стоимостью. Основная его функция состоит в принятии решения - пересылать поступивший через порт локальной сети пакет по единственному каналу распределенной сети или нет. Тем самым исключается необходимость построения маршрутной таблицы.

Маршрутизаторы удаленного доступа обычно имеют фиксированную (немодульную ) конструкцию с небольшим числом портов, например: один LAN-порт - для сопряжения с локальной сетью, от одного до нескольких WAN-портов - для связи с маршрутизатором сети центрального офиса и один резервный порт для коммутируемого соединения.

Маршрутизаторы удаленного доступа, в общем случае, обеспечивают:

• предоставление канала связи по требованию (dial-on-demand) - автоматическое установление коммутируемого соединения только во время передачи данных;

• сжатие данных, позволяющее примерно вдвое повысить пропускную способность канала связи;

• автоматическое nереключение трафика на коммутируемые

линии (полностью или частично) в случае выхода из строя выделенных

линий, а также при пиковых нагрузках.

Магистральные маршрутизаторы, в зависимости от архитектуры, делятся на маршрутизаторы:

• с централизованной архитектурой;

• с распределённой архитектурой.

Характерные особенности магистральных маршрутизаторов с распределенной архитектурой:

1) модульная конструкция:

• каждый модуль маршрутизатора снабжен собственным процессором, обрабатывающим локальный трафик, про ходящий через порты этого модуля;

• центральный процессор задействуется только для маршрутизации пакетов между разными модулями;

2) наличие до нескольких десятков портов для сопряжения с локальными и территориальными сетями разных типов: Ethernet, Token Ring, FDDI, X.25, Frame Relay, АТМ и т.д.;

3) поддержка средств обеспечения отказоустойчивости, необходимых для стратегически важных приложений:

• замена модулей в "горячем" режиме (без выключения питания);

• использование избыточных источников питания;

• автоматическая динамическая реконфигурация в случае отказов;

• распределенное управление.

В маршрутизаторах с централизованной архитектурой вся вычислительная мощность сосредоточена в одном модуле.

Основное преимущество магистральных маршрутизаторов с распределенной архитектурой по сравнению с централизованной — более высокие показатели производительности и отказоустойчивости.

Наиболее известными фирмами-поставщиками маршрутизаторов являются Cisco, 3Соm, Hewlett-Packard.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19479. Що таке мультипроцесори 22.92 KB
  Що таке мультипроцесори Системи в яких комп'ютери використовують пам'ять спільно зазвичай називаються мультипроцесорами Мультипроцесори з використанням єдиної спільної пам'яті shared memory забезпечується однорідний доступ до пам'яті uniform memory access or UMA є основою дл...
19480. НГМД, НЖМД 27 KB
  НГМД НЖМД НГМД Цей пристрій використовує як носія інформації гнучкі магнітні диски дискети які можуть бути 5ти або 3х дюймовими. Дискета це магнітний диск начебто пластинки поміщений в конверт. В залежності від розміру дискети змінюється її ємність в байтах. Якщ...
19481. Основні характеристики ЗП 23.5 KB
  Основні характеристики ЗП 1Інформаційна ємність. Виміряється в кілобайтах мегабайтах гігабайтах і терабайтах. 2 Час доступу. Визначається як усереднений інтервал від видачі запиту на передачу блока даних до фактичного початку передачі. Дискові накопичувачі мають
19482. Паралельні компютерні архітектури 42.8 KB
  Паралельні комп'ютерні архітектури Швидкість роботи комп'ютерів стає все вище а й вимоги до них постійно зростають. Астрономи намагаються відтворити всю історію Всесвіту з моменту великого вибуху і до сьогоднішнього дня. Фармацевти хотіли б розробляти нові лікарськ
19483. Принцип організації системи BIOS 30.5 KB
  Принцип організації системи BIOS BIOS англ. Basic Input/Output System базова система введення/виведення є набором спеціальних підпрограм які використовуються комп'ютерами архітектури x86 для ініціалізації компонентів персональної платформи необхідних для її первинного завантаж...
19484. Принципи дії системи переривань 27 KB
  Принципи дії системи переривань Система переривань будьякого комп'ютера є його найважливішою частиною що дозволяє швидко реагувати на події обробка яких повинна виконаються негайно: сигнали від машинних таймерів натиснення клавіш клавіатури або миші збої пам'яті і ...
19485. Способи адресації 28.5 KB
  Способи адресації Спо́соби адреса́ції па́м'яті комплекс стандартизованих для певної архітектури системи команд центрального процесора способів для визначення обчислення місця розташування операндів в пам'яті ЕОМ або адреси наступної команди при виконанні команд
19486. Типи та формат команд 29 KB
  Типи та формат команд Количество команд и их сложность являютса важнейшым фактом при выборе Архітектуры системи командАСК.По етому виделяют следуйщие видиАСК: 1.Стековая 2.Акумуляторная 3.Регистровая 4.С виделеним доступом к памяти Стекові архітектури У стек
19487. Флеш та кеш память 27.5 KB
  Флеш та кеш пам'ять Кешпамять від Cache тайник це засіб копіювання і зберігання блоків даних основної памяті типу DRAM в процесі виконання програми. Кешпамять побудована на швидкодіючих тригерних ЕП але має невелику ємність порівняно з основною динамічною памяттю...