Компьютерные сети и их виды

Удаленные машины, между которыми нет прямого соединения данные проходят через промежуточные машины, называемые мостами или маршрутизаторами. Эти машины обычно являются мощными серверами с сетевыми операционными системами (например, Unix) и постоянно включенным питанием. Множество компьютеров может быть представлено в виде графа, в котором длине ребра можно сопоставить время передачи единицы данных между двумя машинами. Тогда в общем случае задача передачи данных между двумя компьютерами сводится к задаче нахождения кратчайшего пути в графе. Процесс выбора следующей машины на пути следования данных называется процессом маршрутизации. Большим достоинством Интернет, является то, что пути могут выбираться разными способами и, например, в случае поломки одного из маршрутизаторов, данные могут идти в обход его.

18. Понятие физической структуризации сетей. Структуризация сети с помощью повторителей. Принципы работы концентраторов

Физическая структуризация сети - это конфигурация связей образованных отдельными частями кабеля.

Повторитель (repeater) - служит для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети. Повторитель передает сигналы из одного сегмента сети в другие. При этом повторитель восстанавливает амплитуду сигнала, улучшает фронты и т.д.

Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов называют концентратором (concentrator) или хабом (hub). Концентратор - устройство множественного доступа, выполняющее роль центральной точки соединения в топологии "физическая звезда". В основном функция концентратора состоит в объединении пользователей в один сетевой сегмент. Концентраторы характерны практически для всех базовых технологий локальных сетей - Ethernet, ArcNet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet и т.д.

При применении концентратора все пользователи делят между собой полосу пропускания сети. Пакет, принимаемый по одному из портов концентратора, рассылается во все другие порты, которые анализируют этот пакет (предназначен он для них или нет). При небольшом числе пользователей такая система превосходно работает. Между тем в случае увеличения числа пользователей начинает сказываться конкуренция за полосу пропускания, что замедляет трафик в локальной сети.

Концентраторы разных базовых технологий могут отличаться, например, концентраторы Ethernet повторяют сигналы на всех своих портах, кроме того, на который пришел сигнал; концентраторы Token Ring повторяют входные сигналы только на порту, к которому подключен следующий в кольце компьютер.

Концентратор изменяет физическую топологию сетей, но при этом оставляет без изменения ее логическую топологию. К достоинствам относят то, что концентраторы могут блокировать не корректно работающий узел.

19. Понятие логической структуризации сети. Структуризация сети с помощью мостов. Принципы работы мостов. Ограничения топологии сетей, построенных на мостах

Локализацией трафика - Распределение трафика, предназначенного для компьютеров некоторого сегмента сети в пределах этого сегмента. Логическая структуризация сети - это разбиение сети на сегменты с локализованным трафиком. Важная проблема: перераспределение передаваемого трафика между различными физическими сегментами сети. Не редки ситуации, когда интенсивность внешних обращений выше интенсивности внутреннего обращения. Для повышения эффективности необходимо учитывать неоднородность информационных потоков на разных участках сети. Для логической структуризации используют мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.

Мост разделяет среду передачи сети на части (логические сегменты), передавая информацию из одного сегмента в другой, только в случае необходимости, т.е. только если адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети. Тем самым мост изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность. Мосты используют для локализации трафика в сети, мост запоминает, через какой порт на него поступила информация от каждого РС сети и в дальнейшем передает кадры, предназначенные для этого РС, на этот порт. Точной топологии связей мост «не знает». Сегменты сети должны быть связаны так, чтобы не было замкнутых контуров.

Если сеть имеет разветвленную физическую структуру, построенную с применением концентраторов, кадры, посылаемые одним из компьютеров другому, поступают во все сегменты сети, заставляя другие узлы ожидать своей очереди. Это нужно учитывать при структуризации сети с помощью мостов.

20. Структуризация сети с помощью коммутаторов. Алгоритм автоматического определения древовидной конфигурации связей в сети

Коммутатор (switch, switching hub) - многопортовое устройство, обеспечивающее высокоскоростную коммутацию пакетов между портами. В сети с коммутацией пакетов - это устройство, направляющее пакеты, обычно на один из узлов магистральной сети. Коммутатор по принципу обработки кадров ничем не отличается от моста. Однако каждый порт коммутатора оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от других портов. За счет этого производительность коммутатора много выше производительности моста, имеющего один процессорный блок.

Коммутатор предоставляет каждому устройству (серверу, ПК или концентратору), подключенному к одному из его портов, всю полосу пропускания сети. Это повышает производительность и уменьшает время отклика сети за счет сокращения числа пользователей на сегмент. Как и двухскоростные концентраторы, новейшие коммутаторы часто конструируются для поддержки 10 или 100 Мбит/с, в зависимости от максимальной скорости подключаемого устройства. Если они оснащаются средствами автоматического опознавания скорости передачи, то могут сами настраиваться на оптимальную скорость - изменять конфигурацию вручную не требуется.

Как работает коммутатор?

Коммутаторы передают пакеты только целевому устройству (адресату), так как знают MAC-адрес (Media Access Control) каждого подключенного устройства (аналогично тому, как почтальон по почтовому адресу определяет, куда нужно доставить письмо). В результате уменьшается трафик и повышается общая пропускная способность, а эти два фактора являются критическими с учетом растущих требований к полосе пропускания сети современных сложных бизнес приложений.

Коммутаторы уровня 3 - эти коммутаторы называются так потому, что они работают на третьем уровне семиуровневой модели. Как и маршрутизаторы, они зависят от применяемого протокола, однако функционируют значительно быстрее и стоят дешевле. Обычно коммутаторы уровня 3 проектируются для взаимодействия нескольких локальных сетей и не поддерживают соединений территориально-распределенных сетей.

Поддержка алгоритма покрывающего дерева - Spanning Tree Algorithm (STA) позволяет коммутаторам автоматически определять древовидную конфигурацию связей в сети при произвольном соединения портов между собой. Коммутаторы, поддерживающие протокол STP автоматически создают древовидную конфигурацию связей без петель в компьютерной сети, с помощью обмена служебными пакетами - протокольными блоками данных моста, BPDU (Bridge Protocol Data Unit). Пакеты BPDU содержат основную информацию, необходимую для построения топологии сети без петель:

– Идентификатор коммутатора, на основании которого выбирается корневой коммутатор;

– Метрика до корневого коммутатора;

– Идентификатор порта.

Если коммутатор не поддерживает этот алгоритм, то администратор должен самостоятельно определить, какие порты нужно заблокировать, чтобы исключить петли.