Сетевые технологии

Такие БИС исполняются в виде ком-ого узла обмена, предназначенного для передачи кадров между процессорными микросхемами портов. Используется 3 схемы ком-ого узла:

- ком-ая матрица

- коммутаторы с общей шиной

- коммутаторы с разделяемой памятью

Чаще используются комбинированные коммутаторы.

На конструктивное исполнение коммутаторов влияние оказывает их область применения. Настольные коммутаторы и коммутаторы рабочих групп выпускаются как устройства с фиксированным количеством портов. Корпоративные коммутаторы как модульные устройства на основе шасси. Коммутаторы отделов могут иметь стековую конструкцию. Такое деление не является жестким.

17. Сетевые устройства. Маршрутизатор

Маршрутизация - передача пакетов восстановленной сети между двумя конечными узлами. Каждый порт маршрутизатора рассматривается как отдельный узел сети, т.к. он имеет собственный сетевой адрес и адрес локальной сети той подсети, к которой он подключен.

Маршрутизатор - многофункциональное устройство, в задачи которого входит: построение таблицы маршрутизации, определение на его основе маршрута, буферизация, фрагментация и фильтрация поступающих пакетов, поддержка сетевых интерфейсов. Функции маршрутизатора могут выполнять как специальные устройства, так и универсальные компьютеры с соответствующим ПО. Построение таблицы маршрутизации. Чтобы по адресу сети назначения можно было бы выбрать рациональный маршрут следования пакетов данных, каждый конечный узел и маршрутизатор анализирует специальную информационную структуру, которая называется таблицей маршрутизации. Она включает в себя: номер сети назначения, сетевой адрес следующего маршрутизатора, адрес выходного порта, расстояние до сети назначения и т.д. Для автоматического построения таблиц маршрутизации маршрутизаторы обмениваются информацией по топологии составной сети в соответствии со специализированным служебный протоколом.

Протоколы используют разные алгоритмы:

1) алгоритмы фиксированной маршрутизации(записи таблиц являются статическими, т.е. админ сети сам решает, каким маршрутом передавать пакеты и вручную записывать в таблицу)

2) алгоритмы простой маршрутизации(определяется случайной маршрутизацией, когда прибывший пакет посылается в любом направлении; лавинной маршрутизацией, когда пакет широковещательно отправляется по всем направлениям; маршрутизацией по предыдущему опыту, используется таблица маршрутизации)

3) алгоритм адаптивной маршрутизации(динамическая) - обеспечивает автоматическое обновление данных таблицы маршрутизации в случае изменения конфигурации сети.

Основные функции маршрутизации:

1) чтение заголовков пакетов сетевых протоколов, применяемых и буферизируемых по каждому порогу

2) принятие решения о дальнейшем маршруте следования пакета по сетевому адресу

Функции маршрутизатора могут быть разбиты на 3 группы в соответствии с уровнями модели OSI:

1) уровень интерфейсов

На нижнем уровне маршрутизаторов обеспечивает физ. интерфейс со средой передачи, включая согласование уровней эл.сигналов, линейное и логическое кодирование, оснащение опред. типом разъемом. В разных моделях маршрутизаторов предусматриваются различные наборы физ. Интерфейсов, которые представляют собой комбинации портов для подключения поканальных и глобальных сетей.

2)Уровень сетевого протокола. Сетевой протокол, в свою очередь, извлекает из пакета заголовок сетевого уровня, анализирует и корректирует его содержимое. Прежде всего проверяется контрольная сумма, и, если пакет пришел поврежденным, он отбрасывается. Кроме того, выполняется проверка на превышение времени жизни пакета (время, которое пакет провел в сети) Если превышение имело место, то пакет также отбрасывается. На этом этапе вносятся корректировки в содержимое некоторых полей, например, наращивается время жизни пакета, пересчитывается контрольная сумма. На сетевом уровне выполняется одна из важнейших функций маршрутизатора - фильтрация трафика. Основной функцией сетевого уровня маршрутизатора является определение маршрута пакета. По номеру сети, извлеченному из заголовка пакета, модуль сетевого протокола находит в таблице маршрутизации строку, содержащую сетевой адрес следующего маршрутизатора и номер порта, на который нужно передать данный пакет, чтобы он двигался в правильном направлении. Перед тем как передать сетевой адрес следующего маршрутизатора на канальный уровень, необходимо преобразовать его в локальный адрес той технологии, которая используется в сети, содержащей следующий маршрутизатор. Для выполнения упаковки пакета в кадр соответствующего формата. В поле адреса назначения заголовка кадра помещается локальный адрес следующего маршрутизатора. И готовый кадр отправляется в сеть.

3) Уровень протокола маршрутизации. Сетевые протоколы активно используют в своей работе таблицу маршрутизации, но ни ее построением, ни поддержанием не занимаются. Эти функции выполняют протоколы маршрутизации, с помощью которых маршрутизаторы обмениваются информацией о топологии сети, а затем анализируют полученные сведения, определяя наилучшие по тем или иным критериям маршруты. Результаты анализа и составляют содержимое таблиц маршрутизации.

Классификация маршрутизаторов по областям применения:

Магистральные маршрутизаторы предназначены для построения магистральной сети оператора связи или крупной корпорации. Они оперируют агрегированными информационными потоками, переносящими данные большого количества пользовательских соединений. Основная задача магистрального маршрутизатора - передача пакетов между своими интерфейсами с как можно большей скоростью. Большое количество интерфейсов, характерное для магистрального маршрутизатора, позволяет строить избыточные топологии, , и тем самым обеспечивать отказоустойчивость сети. Однако и сам магистральный маршрутизатор должен обладать высокой надежностью. Надежность и отказоустойчивость маршрутизатора достигается за счет избыточных модулей, таких как центральные процессоры, процессоры портов, , источники питания.

Пограничные маршрутизаторы (маршрутизаторы доступа), соединяют магистральную сеть с периферийными сетями. Они выполняют функции приёма трафика от внешних, по отношению к магистралям, сетей. Требования: максимальная гибкость при фильтрации профилированного трафика, возможноть добавления доп функций при сохранении общей производительности маршрутизатора. Маршрутизаторы операторов связи и корпоративны маршрутизаторы. Требования: высокая надежность и поддержка полного набора функций для коммерческой работы в Интернете. Требования к корпоративным: надёжность снижается, а масштаб и специфика маршрутов увеличиваются. Маршрутизаторы удалённых офисов соединяют едину локаьную сеть удалённого офиса с магистралью.

Маршрутизаторы локальных сетей - для разделения крупных локальных сетей на подсети. Не имеют выход в глобальную сеть (как коммутаторы)

18. Сетевые устройства. Шлюзы

Шлюзы. Технологические нововведения способствовали исчезновению различий между маршрутизаторами и шлюзами. Маршрутизатор эволюционировал в многофункциональное сетевое устройство, которое выполняет широкий спектр задач. В результате маршрутизатор приобрёл синонимичность с термином шлюз. Однако термин шлюз тоже нашёл своё применение.

Существует 3 категории шлюзов:

1. Шлюзы протоколов - объединяет области сети, использующие различные протоколы. Для передачи данных через несовместимые области используется методика туннелирования. Пакеты данных инкапсулируются в кадры, которые распознаются сетью, через которую планируется организовать передачу. При этом сохраняется первоначальный формат и разбиение на кадры. На стороне получателя компьютер восстанавливает данные в исходном формате, убирая все лишнее.

2. Шлюзы приложений - системы, которые преобразуют данные из одного формата в другой, и выполняют роль промежуточного устройства между несовместимыми на уровне данных получателем и отправителем. Отдельные приложения могут использовать несколько шлюзов. Шлюзы предоставляют пользователям локальные соединения для интерактивных приложений.

3. Шлюзы безопасности (брандмауэр) - реализуют фильтрацию данных на различных уровнях. Под термином фильтр подразумевается аналитический механизм, предназначенный для разделения кадров с корректными привилегиями доступа к определенным ресурсам и кадров, представляющих потенциальную опасность для сети. Различают фильтрацию на уровне пакетов, линий и приложений. Шлюзы, реализующие комбинированный подход к фильтрации, обеспечивают жесткий контроль за привилегиями доступа.

19. Коммутация каналов

Динамическая коммутация - сеть разрешают установление соединения по инициативе пользователя сети. Коммутация выполняется на время сеанса связи, зачем связь разрывается. В общем случае любой пользователь может соединиться с любым другим пользователем сети. Время соединения: секунды, минуты, часы.

С постоянной коммутацией - сеть не предоставляет пользователю возможность выполнения динамической коммутации, сеть разрешает паре пользователей заказать соединение на длительный период времени. Соединение устанавливается обслуживающим персоналом.

Коммутация каналов подразумевает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединённых отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. Отдельные каналы соединены между собой коммутаторами. В сети с такой коммутацией перед передачей данных всегда выполняться процедура установления соединения в процессе которой создаётся составной канал.

Коммутатор на основе TDM используется как для коммутации каналов, так и пакетов.

Коммутатор на основе FDM (ЧРК). На входы FDM коммутаторов поступают исходные сигналы от абонентов телефонной сети. Коммутатор переносит частоту каждого канала в выделенный канал за счёт модуляции определённой несущей частоты. В линии связи между двумя FDM коммутаторами одновременно передаются сигналы всех боенских каналов, но каждых из них занимает свою полосу частот-такой канал называют уплотнённым.

Коммутацию каналов на основе WDM(волновое мульт.). В методе волнового мультиплексирования используется тот же принцип частотного разделения каналов, но только в другой области электромагнитного спектра. информационными сигналами являются свет. Для организации WDM каналов в волоконно оптическом кабеле задействованы волны инфракрасного диапазона длиной от 850 нм до 1565нм, что соответствует частотам от 196 до 350 терра Гц. В магистральном канале обычно мультиплексируется несколько каналов от 16 до 160, такая техника навоется уплотнённым волновым мультиплексированием. Отличие DWDM от Fdm заключается в предельных скоростях передачи информации.

Коммутация каналов на основе TDM(ВРК). Принцип TDM заключается в выделении канала каждому соединению на определённый промежуток времени. Бывает TDM синхронное и асинхронное. Асинхронное применяется при коммутации пакетов, при синхронном - доступ всех информационных потоков к каналу синхронизирован таким образом, чтобы каждый канал получал своё распоряжение фиксированного промежутка времени. Аппаратура TDM сетей: мультиплексоры, демультиплексоры, коммутаторы, работают в режиме разделения времени, поочерёдно обслуживая в течении цикла все абонентские каналы. Это значит, что мультиплексор или коммутатор успевает обслужить любой абонентский канал и передать его очередной замер далее по сети.

Длительность «Тайм-слота» зависит от числа абонентских каналов, обслуживаемых оборудованием.

Мультиплексор принимает информацию по N-входным каналам от абонентов и выполняет следующие действия: 1) принимает от каждого канала байт данных;

2) составляет из принятых байтов - кадр (обойму);

3) выдаёт кадр (обойму) на выходной канал (порядок байта в кадре (обойме) соответствует номеру входного канала, от которого этот байт получен).

Демультиплексор разбирает байты уплотнённого кадра и распределяет их по своим выходным каналам (порядковый номер в кадре байта соответствует номеру выходного канала).

Коммутатор принимает уплотнённый кадр от мультиплексора и записывает каждый байт из него в отдельную ячейку буферной памяти, в том порядке, в котором они были упакованы. Для коммутации байты извлекаются из буферной памяти не в порядке поступления, а в том порядке, который соответствует поддерживаемым в сети соединением абонентов.

Дуплексный режим - это относительно и FDM.

Простым вариантом в организации дуплексного режима - это использование 2-х независимых линий связи, причём каждая из них работает в симплексном режиме.

При использовании техники FDM для организации дуплексного канала диапазон частот делится на 2 части. При цифровом кодировании на двухпроводной линии организуется с помощью техники ТDM. Часть канальных интервалов (тайм-слотов) служит для передачи данных в одном направлении, а вторая часть - в другом направлении.

Такой режим называется пинпонговой передачей.

В ВОК WDM/DWDM передача данных в одном направлении осуществляется с помощью пучка одной длины волны, а в обратном - другой длины волны

20. Коммутация пакетов

Разработана для эффективной передачи компьютерного трафика. Позволяет достичь высокой производительности за счет пульсирующего трафика. При коммутации пакетов все сообщения разбиваются на пакеты. Каждый пакет имеет заголовок, в пределах которого указывается адресная информация, необходимая для доставки пакетов узлу назначения и номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для обработки. Помимо заголовка у пакета имеется доп. поле, размещенное в конце пакета - концевик, в котором помещается контрольная сумма (проверяет правильность передаваемой информации).

Пакеты они могут иметь фиксированную или переменную длину. Может изменяться информация, размещенная в заголовках пакетов. Пакеты поступают в сеть без предварительного резервирования линии связи и с нефиксированной заданной скоростью.

Как в сетях коммутации каналов, так и в сетях коммутации пакетов, для каждого из потоков вручную или автоматически определяется маршрут, фиксируемый и хранящийся на коммутаторах в таблицах коммутации. Пакеты, попадают на коммутатор, обрабатываются и направляются по тому или иному маршруту.

Пакеты перемещаются в сеть как независимые информационные блоки, поэтому разделение данных на пакеты позволяет передавать трафик более эффективно, чем в сетях с коммутацией каналов. Коммутаторы проверяют контрольную услугу ,и если данные пакета не искажены, обрабатывают тот пакет и по адресу определяют следующий коммутатор. Каждый пакет последовательно бит за битом помещают во входной буфер.

Коммутатор принимает пакеты из конечных узлов на основании адресной информации передает их друг - другу и к узлу назначения.

Коммутаторы пакетов отличаются от коммутаторов каналов тем, что они имеют внутреннюю буферную память. буферизация необходима для согласования скорости поступления пакетов со скоростью их коммутации. Описанный режим называется дейтаграмным (независимая маршрутизация). Процедура обработки пакета определяется только значениями параметров, которые он несет в себе + текущем состоянием сети. Однако, информация об уже переданных пакетах сетью не хранится и в ходе обработки определенного пакета во внимание не принимается (каждый отельный пакет рассматривается, как независимая единица передачи - дейтаграмма).

Пакетный коммутатор может работать на основании одного из 3-х методов продвижения пакетов: 1.Дейтаграммный метод

2. С установлением логического соединения

3. Передача с установлением виртуального канала

Режим виртуального канала: заранее проложенный фиксированный маршрут, соединяющий конечные узлы в сети с коммутацией пакетов называется виртуальным каналом. Виртуальный канал прокладывается для устойчивых информационных потоков с целью выделения данных из общего трафика.

Каждый пакет отмечается специальным видом-признаком, который называется метка. Чтобы начать передачу данных между конечными узлами должен быть установлен виртуальный канал:

- динамический - устанавливается при передаче в сети специального пакета - запрос на установление соединения, который проходит через коммутатор;

- постоянный - создается администратором.

Режим передачи с установлением логического соединения.Процедура согласования двумя конечными узлами сети некоторых параметров процесса обмена пакетами называется установлением логического соединения.

Параметры соединения:

1) постоянные - не изменяются;

2) переменные - изменяются.

Процедура установления логического соединения состоит из 3х шагов:

1) узел - инициатор соединения отправляет узлу получателя пакет для установл. соединения;

2) если узел согласен он посылает в ответ другой служебный пакет, подтверждающий установление соединения и предлагающий параметры, которые могут использоваться в данном логическом соединении;

3) узел - инициатор соединения может закончить процесс установления соединения отправкой 3-его служебного пакета, который сообщает, что параметры ему подходят.

Логическое соединение может передавать данные как в одном направлении, так и в обоих направлениях.

В этом режиме поддерживается 2 типа кадров: информационные (переносят пользовательские данные) и служебные (устанавливают либо разъединяют соединение). «+»: позволяет организовать дифференцированное обслуживание информационных потоков; более надёжный и безопасный в плане обмена информацией.

«-»: способ более медленный, т. к. подразумеваются дополнительные вычислительные затраты на установление или поддержание логического соединения.

Размещено на Allbest.ru