Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Тема 8.3. Засоби для об’єднання локальних комп’ютерних мереж.
комп’ютерних мереж.
Існуючі обмеження на кількість комп'ютерів та на відстань між ними . у локальній мережі спонукають до розділення єдиної мережі організа ції на комплекс невеликих локальних мереж з наступним їх сполучен ням з використанням інтелектуальних засобів.
Засоби сполучення локальних мереж називають інтелектуаль ними тому, що вони реалізують деякі інтелектуальні функції контролю передавання трафіку та керування. Найчастіше такі інтелектуальні засоби є спеціалізованими комп'ютерами і мають вбудовані процесори та пам'ять.
2.Повторювачі і концентратори.
Основними засобами фізичної структуризації локальної мережі є повторювачі (repeator) та концентратори (concentrator) чи хаби (hub).
Основною функцією повторювача є повторення сигналів, що надходять до його порту. Повторювач відновлює і підсилює електричні характеристики сигналів та їх синхронність, і за рахунок цього з'являється можливість збільшувати загальну довжину кабелю між віддаленими вузлами в мережі.
Рис. 1. Об’єднання фізичних сегментів за допомогою повторювача.
Концентратором або хабом називають багатопортовий повторювач. Він виконує не лише функцію повторення сигналів, але і виконує функції об'єднання комп'ютерів мережі. Практично у всіх сучасних мережних стандартах концентратор є необхідним елементом мережі, що сполучає окремі комп'ютери у мережу.
Рис. 2. Мультиплексування потоків у концентраторі.
Функції, що виконує концентратор наближені до функцій мультиплексора (рис. 2.). Ядром концентратора є процесор.
В концентраторі сумарна пропускна здатність вхідних каналів є вищою за пропускну здатність вихідного каналу. Оскільки потоки вхідних даних в концентраторі є більшими за вихідний потік, то головним його завданням є концентрація даних. У разі, коли число блоків даних, що поступають на входи концентратора, перевищують його можливості, тоді концентратор ліквідовує частину цих блоків.
Яку б складну структуру не утворювали концентратори, всі комп'ютери, що під’єднані до них утворюють єдиний логічний сегмент, в якому люба пара взаємодіючих комп'ютерів повністю блокує можливість обміну даними для інших комп'ютерів цього сегменту.
Концентратори та повторювачі є мережними пристроями, що діють на фізичному рівні мережної моделі OSI. Відрізки кабелю, що об’єднують два комп'ютери або два інших мережних пристрої, називаються фізичними сегментами, тому концентратори і повторювачі, які використовуються для долучення нових фізичних сегментів є засобами фізичної структуризації мережі.
Для логічної структуризації використовують:
Перші пристрої, що дозволяли об'єднувати кілька мереж, були двохпортовими і отримали назву мостів. Мости з'явилися в ті часи, коли мережу ділили на невелику кількість сегментів, а міжсегментний трафік був невеликим. Мережу найчастіше ділили на два сегменти, тому і термін був вибраний відповідний - міст. Для обробки потоку даних з середньою інтенсивністю 1 Мбит/с мосту цілком вистачало продуктивності одного процесорного блоку.
З розвитком даного типу обладнання, вони стали багатопортовими і отримали назву комутаторів. Певний час обидва поняття існували одночасно, а пізніше замість терміну «міст» стали застосовувати «комутатор».
Міст, а також його швидший аналог – комутатор, поділяє загальне середовище передачі даних на логічні сегменти. Логічний сегмент утворюється шляхом об'єднання кількох фізичних сегментів (відрізків кабелю) за допомогою одного чи кількох концентраторів. Кожен логічний сегмент підключається до окремого порту моста. Після надходження кадру на певний порт, міст повторює цей кадр, але не на всіх портах, як це робить концентратор, а лише на тому порту, до якого під’єднано сегмент, що містить комп'ютер-одержувач.
Тим самим міст ізолює трафік одного сегменту від трафіку іншого, і підвищує загальну продуктивність мережі.
На рисунку 3 показано мережу, яку було отримано з мережі з центральним концентратором шляхом його заміни мостом. Мережі відділів 1 і 2 складаються з окремих логічних сегментів, а мережа відділу 3 – з двох логічних сегментів. Кожен логічний сегмент побудовано на базі концентратора. Він має просту фізичну структуру, що утворено відрізками кабелю, які під'єднують комп'ютери до портів концентратора. Якщо користувач комп'ютера A надсилає дані до комп'ютера B, що знаходиться в одному з ним сегменті, то ці дані будуть повторені лише на мережних інтерфейсах їх загального сегменту.
Рис. 3. Єдине середовище, що розділяється, за допомогою моста перетворене
в чотири роздільні середовища.
Для локалізації трафіку мости використовують апаратні адреси комп'ютерів.
Отже, мости мають абсолютно певне призначення. По-перше, вони призначені для з'єднання мережних сегментів, що мають різні фізичні середовища, наприклад для з'єднання сегменту з оптоволоконним кабелем і сегменту з коаксіальним кабелем. По-друге, мости можуть бути використані для зв'язку сегментів, що мають різні протоколи нижніх рівнів (фізичного і канального).
Комутатор за функціональністю є подібним до моста і відрізняється від моста в основному вищою продуктивністю. Часто термін «комутатор» використовується у вузькому сенсі, позначаючи конкретний тип пристрою (рис. 4).
Рис. 4. Комутатор.
Кожен порт комутатора оснащено спеціальним процесором, який обробляє кадри за алгоритмом моста незалежно від процесорів інших портів. Міст в кожен момент часу може здійснювати передачу кадрів тільки між однією парою портів, а комутатор одночасно підтримує потоки даних між всіма своїми портами. Іншими словами, міст передає кадри послідовно, а комутатор паралельно.
На початку 90-х років – при появі швидких протоколів, продуктивних персональних комп'ютерів, мультимедійної інформації, при розділенні мережі на велику кількість сегментів - класичні мости перестали справлятися з роботою. Обслуговування потоків кадрів між кількома портами за допомогою одного процесорного блоку вимагало значного підвищення швидкодії процесора і було досить дорогим рішенням.
Ефективнішим виявилося рішення, яке і «породило» комутатори: для обслуговування потоку, що надходить на кожен порт, в пристрій ставився окремий спеціалізований процесор, який реалізовував алгоритм моста. По суті, комутатор - це мультипроцесорний міст, що здатний паралельно просувати кадри відразу між всіма парами своїх портів.
Коли стало економічно виправдано використовувати окремі спеціалізовані процесори на кожному порту комунікаційного пристрою, комутатори локальних мереж цілком витіснили мости.
За рахунок цього загальна продуктивність комутатора, зазвичай, є вищою за продуктивність традиційного моста, що має один процесорний блок.
В комунікаційній мережі комутатор є системою ретрансляції - системою, що призначена для передачі даних або перетворення протоколів. Комутація здійснюється тут без жодної обробки даних. Комутатор не має буферів і не може накопичувати дані. Тому, при використанні комутатора швидкості передачі сигналів в каналах мають збігатися. Канальні процеси, що реалізовуються комутатором, виконують спеціальні інтегральні схеми.
Спочатку, комутатори використовувалися лише в територіальних мережах. Потім вони з'явилися і в локальних мережах, наприклад, комутатори приватних установ. Пізніше з'явилися комутовані локальні мережі. Їх ядром стали комутатори локальних мереж.
Комутатор може об’єднувати сервери і бути основою для об'єднання кількох робочих груп. Він скеровує пакети даних між вузлами локальної мережі. Кожен комп’ютер сегменту отримує доступ до каналу передачі даних без конкуренції і бачить лише той трафік, який курсує в його сегменті.
Маршрутизатор – система ретрансляції, що сполучає дві комунікаційні мережі або їх частини. Маршрутизатори працюють на третьому (мережному) рівні моделі OSI, що спілкується з протоколами вищих рівнів.
Маршрутизатори, як і мости або комутатори ретранслюють пакети з однієї частини мережі в іншу. Спочатку маршрутизатор від комутатора відрізнявся тільки тим, що на комп'ютері, який об’єднує дві чи більше мереж, було встановлено інше програмне забезпечення.
На тепер між маршрутизатором і комутатором існують принципові відмінності:
Головною відмінністю є те, що маршрутизатори підтримують мережі з великою кількістю можливих маршрутів та шляхів передачі інформації, так звані комірчасті мережі (meshed networks). Приклад такої мережі показаний на рисунку 5. Комутатори ж вимагають, щоб в мережі не було петель, щоб шлях поширення інформації між двома будь-якими абонентами був єдиним.
Рис. 5. Комірчаста мережа з маршрутизаторами.
Маршрутизатори є складнішими за мости і комутатори і, відповідно, дорожчими. Маршрутизаторами складніше управляти, вони є повільнішими за комутатори. Проте, вони забезпечують найглибше розділення мережі на частини.
Якщо концентратори лише повторюють всі пакети (фізичний рівень моделі OSI), що поступили на них, комутатори і мости ретранслюють тільки міжсегментні і широкомовні пакети (канальний рівень), то маршрутизатори сполучають окремі автономні мережі, що не впливають одна на одну, зберігаючи при цьому можливість передачі інформації між ними (мережний рівень).
Розмір мережі, що під’єднується до маршрутизатора практично нічим не обмежено: ні допустимими розмірами зони конфліктів, ні допустимою кількістю широкомовних пакетів, ні можливими для комутаторів і мостів різноманітними перевантаженнями. При цьому легко забезпечуються альтернативні, дублюючі шляхи поширення інформації для збільшення надійності зв'язку.
Для вибору маршруту кожен маршрутизатор формує в своїй пам'яті таблиці даних, які містять:
Крім того, список всіх доступних маршрутизаторів повинен бути у кожного абонента мережі.
Маршрутизатори обробляють адресну інформацію, що міститься у службовій інформації пакету. Вона містить номер мережі, і саме ці мережі сполучає маршрутизатор.
Кожен абонент, перш ніж відправити пакет, визначає, чи може він скерувати його безпосередньо до одержувача чи йому потрібно скористатися послугами маршрутизатора. Якщо номер власної мережі відправника збігається з номером мережі отримувача, то пакет передається безпосередньо, без маршрутизації. Якщо одержувач знаходиться в іншій мережі, то пакет передається до маршрутизатора, який скеровує його у потрібну мережу. При цьому виходить, що пакет в цілому адресовано до маршрутизатора (як до одного з абонентів власної мережі), а вкладена в ньому інформація адресована для абонента з іншої мережі, для якого вона, власне, і призначена.
Маршрутизатор аналізує IP-адресу, що міститься у складі пакету, і перетворює пакет, що надійшов по одній з мереж, у пакет, що призначений для іншої мережі. У полі адреси пакету він ставить MAC-адресу одержувача і свою MAC-адресу, як відправника пакету. У відповідь пакет аналогічно має пройти через посередника – маршрутизатор.
Саме маршрутизатори найчастіше використовуються для зв'язку локальних мереж з глобальними, зокрема, з Інтернет, яка може розглядатися як мережа, що повністю маршрутизована.
Маршрутизатори часто застосовуються для об'єднання в опорній мережі багатьох локальних мереж або для зв'язку локальних мереж різних типів.
Рис. 6. Опорна мережа.
Потужний маршрутизатор є дорогим пристроєм, він складний в налаштуванні та експлуатації. Тому використовувати його слід у випадках, коли це дійсно необхідно, наприклад, коли застосування комутаторів і мостів не дозволяє подолати перевантаження мережі.
Шлюз є системою ретрансляції, що забезпечує взаємодію інформаційних мереж.
Шлюз дозволяє об'єднувати мережі, що побудовані на істотно різних програмних і апаратних платформах. Наприклад, шлюз може дозволити користувачам, що працюють в мережі Unix, взаємодіяти з користувачами мережі Windows.
Традиційно в Інтернеті терміни «шлюз» і «маршрутизатор» використовуються як синоніми.
Шлюзи оперують на верхніх рівнях моделі OSI (сеансовому, представницькому і прикладному) і представляють найбільш розвинений метод об'єднання мережних сегментів і комп'ютерних мереж. Необхідність в мережних шлюзах виникає при об'єднанні двох мереж, що мають різну архітектуру.
В якості шлюзу, зазвичай, використовується виділений комп'ютер, на якому запущено програмне забезпечення шлюзу і проводяться перетворення, що дозволяють взаємодіяти кільком системам в мережі.
Іншою функцією шлюзів є перетворення протоколів. При отриманні повідомлення IPX/SPX для клієнта TCP/IP шлюз перетворює повідомлення у протокол TCP/IP.
Шлюзи є складнішими у встановленні та налаштуванні і працюють повільніше, ніж маршрутизатори.