Установка и эксплуатация компьютерных сетей (стр. 4 )

а другой (11) — широковещательный.

В подобной сети может находиться всего два хоста — это минимальная возможная сеть. Интерфейс маршрутизатора G1 в сети 194.84.0.116/30 имеет адрес 194.84.0.117, а маршрутизатора G2-адрес 194.84.0.118. Маршрутизатор G2 имеет еще некоторое количество интерфейсов, к части которых подключены выделенные линии от других клиентов, другие маршрутизаторы и магистральные линии дальней связи.

С точки зрения топологии соединений G2 является собственно маршрутизатором, так как он коммутирует потоки датаграмм между своими многочисленными IP-интерфейсами, в то время как G-является шлюзом (gateway) — интерфейсом между двумя разнородными средами передачи данных (ЛВС Ethernet и выделенной линией). Все датаграммы, идущие за пределы ЛВС, он транслирует на G2, и только G2 приступает именно к маршрутизации.

С точки зрения общего подхода к задаче маршрутизации как определения следующего узла в пути датаграммы на основе записей в таблице маршрутов функции G1 и G2 не различаются, различается только сложность их маршрутных таблиц. Поэтому мы будем считать термины «маршрутизатор» (router) и «шлюз» (gateway) синонимами.                Рассмотрим примеры маршрутных таблиц, с которыми имеет дело администратор сети 194.84.124.0/24

Таблица маршрутов хоста В с адресом 194.84.124.4 приведена в табл. 1.5. Значения флагов здесь следующее: U — маршрут работает; H (Host) — пунктом назначения является отдельный хост, а не сеть; G (Gateway) — маршрут к сети назначения проходит через один или несколько маршрутизаторов. Интерфейс le0 обозначает Ethernet, lo0 — локальный интерфейс (loopback).

Адрес «127.0.0.1», указанный в строке 1 табл. 1.5, позволяет приложению устанавливать соединение и адресовать по этому адресу информацию для программ-серверов, работающих на том же компьютере. Строка 2 определяет, что датаграммы, адресованные в «свою» сеть (колонка Destination = 194.84.124.0), хост отправляет самостоятельно через свой интерфейс le0. Строка 3 устанавливает, что все остальные датаграммы передаются на адрес 194.84.124.1, который является адресом маршрутизатора (о чем свидетельствует флаг G в колонке Flags), для дальнейшей перессылки. Пример таблицы маршрутов маршрутизатора G1, соединяющего ЛВС Ethernet с провайдером Интернет по выделенному каналу, приведен в табл. 1.6

Маршрутизатор использует бесклассовую модель, прямо работая с масками сетей из колонки Mask в табл. 1.6. Первые две записи в табл. 1.6 означают, что маршрутизатор самостоятельно, через свои IP-интерфейсы, отправляет датаграммы, адресованные в те сети, к которым он подключен непосредственно. Интерфейс se0 обозначает последовательный (serial) канал — выделенную линию. Все остальные датаграммы перенаправляются к маршрутизатору G2 (194.84.0.118). Таблица маршрутов на многих системах может быть просмотрена по команде netstat-rn

Канальный уровень формирует блоки данных — кадры, осуществляет управление доступом к передающей среде, обнаруживает и исправляет ошибки.

Физический уровень определяет базовый механизм кодирования (декодирования) двоичных данных в физическом носителе, т. е. в среде передачи данных. Физический уровень уведомляет канальный уровень о разрешении доступа к носителю с помощью например, функций определения состояния среды в ети Ethernet. Физический уровень получает пакеты данных от канального уровня и преобразует их в оптические или электрические сигналы, соответствующие 0 и 1 бинарного потока, которые посылаются через среду передачи на приемный узел. Механические, электрические и (или) оптические свойства среды передачи определяются именно на физическом уровне.

Проиллюстрируем процесс прохождения сообщения по сети от одного абонента к другому. Пусть хосты абонентов связаны коммутатором, а хост-отправитель имеет МАС-адрес: 00049А2ЕF86А.

Рассмотрим по этапам, как пакет идет по сети, на примере выполнения команды ping DA, в которой операнд DA представляет IP-адрес получателя команды ping.

Этап 1. Операционная система формирует блок данных прикладного уровня, обозначаемого далее как data, и передает его на уровень ТСР.

Этап 2. Уровень ТСР добавит к нему заголовок «ZTCP» и полученный ТСР-пакет в виде: «ZTCP + data» передаст на уровень IP.

Этап 3. Уровень IP добавит к принятому ТСР-пакету заголовок «ZIP», записав в него:

а) IP-адрес отправителя, взятый из настроек сетевого подключения;

б) IP-адрес получателя (DA) — из команды ping.

Результирующий пакет «ZIP + ZTCP + data» будет передан на канальный уровень.

Этап 4. Канальный уровень (КУ) добавит к принятому пакет свой заголовок «ZКУ», в который запишет:

а) МАС-адрес хоста-отправиА2ЕF86А;

б) адрес получателя, который канальный модуль «добывает», используя протокол ARP. Затем кадр в формате «ZКУ + ZIP + ZTCP+ data» разбивается на биты и передается на физический уровень — в кабель (витая пара), по которому он поступает на коммутатор.

Этап 5. На коммутаторе битовый поток снова превращается в первоначальный кадр и из заголовка ZКУ извлекается МАС-адрес получателя. К этому моменту в коммутаторе уже есть таблица МАС-адресов, приведенная в табл. 1.7, которую коммутатор сформировал сразу после включения в сеть нашей мини-ЛВС. В этой таблице каждому МАС-адресу поставлен в соответствие определенный порт — в данном случае портов всего два. Коммутаторпроводит поиск в этой таблице извлеченного МАС-адреса получаEA9C11) и посылает пакет в соответствующий ему порт (порт Fa0/2). Если МАС-адрес получателя не найден в табл. 1.7, то копия пакета рассылается коммутатором во все порты, кроме того, откуда он пришел.

Этап 6. Итак, на компьютер-получатель поступил отправленный пакет «ZКУ + ZIP + ZTCP + data». Компьютер-получатель выбирает из кадра МАС-адрес (001011EA9C11) и сравнивает его со своим МАС-адресом. Так как кадр предназначен ему, то из кадра извлекается IP-пакет «ZIP + ZTCP + data» и затем сравниваются уже IP-адреса. Если и с ним все в порядке, то пакет принимается и обрабатывается компьютером-получателем, после чего формируется и отправляется ответ по точно такой же схеме.

1.3 РАСШИРЯЕМОСТЬ И МАСШТАБИРУЕМОСТЬ СЕТИ

Расширяемость (extensibility) означает возможность простого добавления отдельных элементов сети (пользователей, компьютеров, приложений, служб), наращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры более мощной.

Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается. Для обеспечения масштабируемости сети приходится применять дополнительное коммуникационное оборудование и специальным образом структурировать сеть.

Чтобы понять, как можно построить сеть с хорошей расширяемостью и масштабируемостью, рассмотрим фундаментальное понятие ЛВС — «методы доступа компьютеров к сети и методы коммутации трафика в сети».

Метод доступа к сети — метод, с помощью которого, как правило, организуется доступ рабочих станций к передающей среде. Различают две группы методов доступа к разделяемой среде в ЛВС: методы случайного и детерминированного доступа, показанные на рис1.8.

Методы случайного доступа подразумевают, что каждая станция произвольным образом, независимо от других, может обращаться к моноканалу. Их также называют методами множественного доступа. Они бывают двух видов.

Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением

коллизий (МДКН/ОК) применяется в сетях, где все абоненты име

ют равные приоритеты на доступ к сети. Суть метода заключается

в следующем:

абонент ждет освобождения сети, после чего начинает передачу, одновременно контролируя состояние сети на предмет обнаружения коллизий;

если коллизия обнаружена, то абонент усиливает ее для гарантии обнаружения всеми передающими абонентами, а затемпрекращает передачу, как и другие передававшие абоненты;

затем абонент выдерживает случайную паузу и повторяет свою попытку передать данные, снова контролируя столкновения.

Коллизия возникает в результате соперничества за канал: станция В может передать свой кадр, не зная, что станция А уже захватила канал, поскольку от станции А к станции В сигнал распространяется за конечное время. Такая коллизия называется ранней и является нормальным явлением в методе МДКН/ОК. В результате станция B, начав передачу, входит в конфликт со станцией A. Каждая станция способна одновременно и передавать данные, и «слушать» канал.

В методе МДКН/ОК конфликт обнаруживается абонентом только во время передачи пакета. Если конфликт происходит после передачи пакета (поздняя коллизия), то он относится к необнаруженному конфликту и воспринимается получателем как ошибочный пакет. Интервал времени возникновения поздней коллизии является исходным при расчете диаметра (максимальногорасстояния между хостами) Ethernet-сети.

В качестве примера рассчитаем диаметр Ethernet-сети, в которой скорость передачи данных VD = 10 Мбит/c = 107 бод; скорость сигнала VS = 3 · 108 м/с; длина минимального пакета Lmin = 64 байт= 512 бит.

Расчет проводим этапами:

определяем время передачи пакета: T = Lmin/VD = 512 · 10-7 (с);

определим расстояние S, которое пройдет сигнал по кабелю за это время:

S = VST = 3 · 108· 512 · 10-7 = 15 360 (м);

удвоенная длина кабеля должна быть меньше этого значения, т. е. кабель должен быть короче: 15 360 : 2 = 7 680 (м). По стандарту Ethernet максимальный диаметр сети не должен превышать 2 500 м (стандарт указывает значение более чем с трехкратным запасом).

Метод МДКН/ОК является надежным и обеспечивает полное равноправие всех абонентов в сети, так как ни один из них не может надолго «захватить» сеть. Легкость подключения и отключения станций, кроме того, гарантирует хорошую расширяемость Ethernet-сети. Однако такая сеть ограничивает число станций несколькими десятками — при превышении этого числа время ожидания абонентом доступа к среде передачи резко возрастает, что свидетельствует о плохой масштабируемости данной системы.