вычислительные сети

6.КОРПОРАТИВНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

6.1Характеристика корпоративных сетей

Корпоративной называется компьютерная сеть (рис.1), образованная путем объединения разнородных компьютерных сетей.

Рис.1. Корпоративная сеть, где: R - маршрутизатор; Ш - шлюз; П - повторитель; СД - сервер доступа; М - мост; УК - узел коммутации.

Развитие корпоративных сетей тесно связано с разработкой специальных средств комплексирования и межсетевых протоколов. Комплексирование может осуществляться на различных уровнях Эталонной модели взаимодействия открытых систем. В зависимости от уровня комплексирования и выполняемым функциям различают:

•повторители;

•мосты;

•маршрутизаторы;

•шлюзы.

Повторителем называется устройство комплексирования физического уровня Эталонной модели, осуществляющее согласование электрических параметров сопрягаемых сетей. Повторители используются для объединения сегментов, как с одинаковыми, так и с различными характеристиками физической среды передачи данных. В рамках однородной физической среды повторители используются с целью увеличения длины сети и количества подключаемых абонентских сетей. Так, например,

разделение информационных потоков в рамках объединенной компьютерной сети. Это свойство моста очень часто используется для снижения трафика в компьютерных сетях. Например, с помощью моста локальная сеть (рис. 1.1, а) может быть поделена на два (рис. 1.1, б) и более сегментов меньших размеров с соответствующим перераспределением сетевого трафика между ними.

Рис. 1.1 Распределение потоков в сети, где: Т - терминатор; М - мост; sincerely - поток данных.

Это позволяет увеличить эффективную полосу пропускания компьютерной сети за счет оптимизации сетевого трафика. Рассмотрим случай, при котором доля информационного потока S0 незначительна в общем потоке. Допустим, что абонентские системы со второй по m в основном взаимодействуют с первой абонентской системой, а абонентские системы с (m+2) по n в основном обмениваются информацией с (m+1) абонентской системой. При отсутствии моста (рис. 1.1, а) нагрузка на весь канал передачи данных равна сумме всех информационных потоков, то есть сеть S0 + S1 + S2. Мост (рис. 1.1, б) позволяет разделить информационные потоки, теперь нагрузка в первой подсети будет равна S0 + S1, а во второй S0 + S2. При определенных обстоятельствах

Преимущества моста снижаются по мере того, как увеличивается число проходящих через него пакетов. В самом деле. Интенсивный межсегментный трафик может значительно перегрузить мост, что приведет к задержкам в сети. Для предотвращения подобной ситуации следует ограничивать межсегментный трафик, например, путем оптимального разбиения сети на сегменты. Для поддержания высокой надежности сети между ее абонентами должно существовать несколько физических путей. В то же время с целью исключения дублирования и изменения порядка поступления пакетов в каждый момент времени должен существовать только один маршрут между любыми двумя абонентскими системами. Другими словами,

кроме физической конфигурации объединенной сети должна существовать и ее логическая конфигурация, называемая активной конфигурацией. Таким образом, в процессе работы мост должен осуществлять формирование и поддержку активной конфигурации, динамически изменяющейся и обеспечивающей единственный маршрут между любыми абонентскими системами сети. С этой целью стандартом IEEE 802.1 определен так называемый протокол остовного дерева (spanning tree protocol). Термин позаимствован из теории графов, где остовным называется дерево, обеспечивающее только один путь между двумя произвольными вершинами графа. Протокол позволяет вводить резервные мосты, обеспечивая в то же время только один активный путь между любыми двумя узлами сети. В случае если активный путь или мост отказывает, протокол связного дерева автоматически активизирует новый путь через резервный мост.

Мост на основе внутренней таблицы адресов идентифицирует узлы в сети. Когда мост принимает пакет данных, он с помощью своей таблицы адресов определяет, на каком из подсоединенных сегментов сети находится абонентская система – адресат. Если таблица адресов показывает, что отправитель и адресат находятся на одном и том же (исходном) сегменте, то мост не передает пакет другим сегментам. При отсутствии соответствующего адреса в таблице маршрутов и нескольких путей передачи пакет данных посылается через все порты (исключая только порт, через который вошел кадр данных). В дальнейшем осуществляется процедура маршрутизации, с помощью корректируется таблица маршрутов. Адресная информация сохраняется на протяжении определенного времени, если по его истечении не появляется никаких пакетов данных из данной абонентской системы, то адрес удаляется. При следующей передаче с данной абонентской системы значение в таблице адресов восстанавливается. Кроме снижения нагрузки на компоненты сети использование мостов позволяет:

•наращивать локальную сеть, достигшую пределов своей конфигурации (Возможность расширения локальной сети обеспечивается за счет свойства моста восстанавливать исходную форму и уровень сигналов в передающей среде);

•повысить надежность за счет предоставления нескольких путей между абонентскими системами;

•обеспечит защиту сетей, которые он соединяет;

•согласовать передачу информации между локальными сетями с различной скоростью работы.

Улучшить работу корпоративной сети можно за счет использования высокоскоростной магистрали, связывающей между собой локальные сети. На рис. 1.2 представлена корпоративная сеть, основу которой составляет сеть FDDI. К последней с помощью мостов подключаются различные локальные сети, в том числе и 100VG Any LAN.

Рис. 1.2 Использование высокоскоростной магистрали и мостов в корпоративной сети, где: К - концентратор; М - мост.

Кратко остановимся на особенностях мостов, используемых в данном примере. Как известно, структура FDDI и Token Ring достаточно схожа, поэтому на соответствующий мост в основном ложится задача по согласованию скоростей передачи информации. В свою очередь форматы кадров Ethernet и FDDI имеют существенные различия, что определяет необходимость в наличие специальных алгоритмов и процедур преобразования форматов. Мост используется также для подключения сети Ethernet к 100VG Any LAN, однако в этом случае он только согласовывает скорости передачи, так как сеть 100VG Any LAN сама поддерживает формат Ethernet. В приведенном примере сеть FDDI по существу исполняет роль высокоскоростного коммутатора. При незначительном удалении локальных сетей друг от друга в качестве связующего элемента часто используется так называемая коллапсная магистраль (collapsed backbone). Основу коллапсной магистрали, или шины-маршрутизатора, составляет быстродействующая объединительная плата (backplane). Коллапсная магистраль обеспечивает скорость передачи пакетов свыше 2 Гбит/с. При использовании коллапсной магистрали сеть, представленная на рис. 1.2, принимает следующий вид (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Использование коллапсной магистрали для объединения локальных сетей, где: К - концентратор; М - мост.

II. Шлюзы

Как известно, локальные и глобальные сети отличаются не только протоколами двух нижних уровней, но и имеют существенные различия в структуре протоколов верхних уровней, начиная с сетевого. В связи с этим в устройстве, обеспечивающем подключение локальных сетей к глобальным, должны быть реализованы протоколы верхних уровней Эталонной модели взаимодействия открытых систем и, в первую очередь, транспортные протоколы. Устройство, обеспечивающее преобразование такого рода, получило название шлюз. Следует отметить, что основная нагрузка по согласованию сетей ложится на специальный межсетевой протокол (IPпротокол). В этом смысле шлюз можно рассматривать как устройство преобразования сетевого протокола в межсетевой протокол и обратно.

III. Маршрутизаторы

При наличии нескольких шлюзов, удаленных друг от друга на незначительные расстояния, формируется некоторая связующая сеть с единым межсетевым протоколом, называемым интерсетью. К этой сети подключаются различные глобальные и локальные компьютерные сети, а также отдельные абоненты. Как правило, для построения инфраструктуры интерсети используются маршрутизаторы. Основное назначение маршрутизатора – выбор оптимального направления передачи информации. В

отличие от моста маршрутизатор имеет свой собственный адрес и используется в качестве промежуточного пункта передачи информации. Кроме того, маршрутизатор не осуществляет преобразования кадров данных из одной компьютерной сети в другую. Это определяет использование маршрутизаторов, как правило, в рамках однородного участка компьютерной сети. Общим между мостом и маршрутизатором является то, что они оба осуществляют разделение информационных потоков, однако используют при этом различные механизмы. Как уже отмечалось, мост не является адресуемом элементом сети, он осуществляет селекцию кадров, то есть сам выбирает и транслирует информационные и управляющие кадры. Напротив, маршрутизатор является адресуемым элементом сети и выбирает только предназначенные ему кадры. Маршрутизаторы используются как в

глобальных, так и в локальных сетях. При использовании маршрутизаторов в локальных сетях, взаимодействие осуществляется на подуровне управления логическим каналом. При использование же маршрутизаторов в глобальных сетевых структурах сопряжение осуществляется на сетевом уровне. В отличие от узла коммутации, маршрутизатор никогда не анализирует принятые пакеты, если только сам не является его конечным получателем. Основные преимущества применения маршрутизаторов:

•реализуются функции фильтра для одного или нескольких сегментов сети, как бы воздвигается защитная стенка между ее различными сегментами;

•обеспечивается высокая гибкость для наиболее эффективного построения сети;

•появляется возможность регулирования схемы адресации сети;

•предотвращается проникновение в сеть пакетов с незнакомыми адресами и подключение к ней незарегистрированных устройств, тем самым обеспечивается дополнительная степень защиты сети.

Однако использование маршрутизаторов имеет ряд своих недостатков, среди которых следует отметить определенные трудности конфигурации, обслуживания и диагностирования по сравнению с концентраторами и мостами.

6.3 Межсетевые технологии и протоколы

Как отмечалось в предыдущих главах, согласование сетей между собой, а также с локальными сетями, осуществляется в основном на сетевом или транспортном уровнях. Следует отметить, что исторически сложилось и в настоящее время существует два основных подхода к формированию межсетевого взаимодействия:

• объединение сетей в рамках сети Internet в соответствии с межсетевым протоколом

IP;

• объединение сетей коммутации пакетов (X.25) в соответствии с Рекомендацией

MKKTT X.75.

Основное различие в этих подходах заключается в следующем: протокол IP относится к протоколам без установления логического соединения (дейтаграммным), а Рекомендация X.75 предполагает организацию виртуального соединения (канала). Становление корпоративных компьютерных сетей тесно связано с сетью Internet, в рамках которой были реализованы и апробированы основные принципы и протоколы межсетевых соединений. С сетью Internet связано появление новой группы протоколов, так называемых межсетевых протоколов или IP-протоколов (сокращенно от Internet Protocol). Территориально располагаясь на сетевом уровне Эталонной модели, межсетевой протокол согласовывает транспортную и сетевую службы различных компьютерных сетей. Internet – обширная, разветвленная сеть, которая включает в себя компьютерные узлы, разбросанные по всему миру. Прародительницей Internet стала ARPANET, разработанная и развернутая в 1969 г.

компанией Bolt, Beranek, and Newman (BBN). ARPANET объединяла учебные заведения,

военные организации и их подрядчиков. Она была создана с целью помочь исследователям в обмене информацией. Первоначально ARPANET позволяла ученым только войти в систему и запустить программу на удаленном компьютере. Скоро к этим возможностям прибавилась передача файлов, электронная почта и списки рассылки, обеспечивающие общение исследователей, интересовавшихся одной и той же областью

Протокол UDP используют сетевые приложения как NFS (Network File System – сетевая файловая система) и SNMP (Simple Network Management Protocol – простой протокол

Протокол Telnet является протоколом эмуляции терминала и позволяет рассматривать все удаленные терминалы как стандартные «сетевые виртуальные терминалы». Протокол FTP (File Transfer Protocol – протокол передачи файлов) позволяет пользователю просмотреть каталог удаленного компьютера, скопировать один или несколько файлов.

Протокол SMTP (Simple Mail Transfer Protocol – простой протокол передачи почты)

поддерживает передачу электронной почты между произвольными узлами сети Internet.

Протокол ARP (Address Resolution protocol – протокол разрешения адресов)

осуществляет преобразование (отображение) IP-адресов в Ethernet адреса. Обратное преобразование осуществляется с помощью протокола RARP (Reverse Address Resolution Protocol – обратный протокол разрешения адресов). Последовательность протоколов, непосредственно участвующих в передаче информации,

называется стеком протоколов или протокольным стеком. Так, например, при передаче файлов через сеть Ethernet протокольный стек содержит протоколы: FTP/TCP/IP/IEEE 802.3.

В корпоративной сети важную роль играют механизмы преобразования физических адресов конкретной сети в межсетевые адреса и обратно. В рамках каждой отдельной сети абонентские системы взаимодействуют между собой на канальном уровне, используя для этого свою систему адресации. Так, физический адрес в сети Ethernet задается шести байтовым числовым значением, каждый байт записывается в шестнадцатеричной системе и отделяется двоеточием, например, 07:01:А0:47:54:С3. Для обеспечения условия «открытости» систем межсетевые адреса, называемые IPадресами, являются логическими и не зависят от аппаратуры или конфигурации сети. IPадрес состоит из четырех десятичных цифр (каждый по величине не больше 255), отделенных друг от друга точками, например 192.33.33.22. Крайнее слева число обозначает базовую сеть, числа, которые стоят правее, указывают на более мелкие участки внутри этой сети, и так до адреса конкретного компьютера. Для облегчения запоминания адресов широко используется их именное обозначение, называемое доменным. Преобразование домена в цифровой адрес осуществляется автоматически при маршрутизации сообщения. Доменные имена обладают постоянной структурой, опираясь на которую можно понять, к чему они относятся. Система доменных имен (DNS), описывающая компьютеры и организации, в которых они установлены, устроена зеркально по отношению к цифровой IP-адресации. Если в IP-адресе наиболее общая информация указана слева, то в доменных именах она стоит справа. Как было сказано выше, IP-пакет помещается в физический кадр той сети, по которой он в настоящий момент передается. IP-пакет содержит межсетевой адрес узла-получателя, в свою очередь сетевой кадр данных должен содержать физический адрес узла-получателя. Особую актуальность приобретает механизм преобразования (отображения) адресов для широковещательных сетей, так как Ethernet, Token Ring и им подобные. Эта процедура реализуется с помощью протокола ARP. Перед началом передачи IP-пакета узел должен определить, какой физический адрес в сети соответствует адресу получателя, заданному в IP-пакете. Для этого узел посылает широковещательный пакет ARP, содержащий IP-адрес получателя. После этого он ожидает ответ от узла с данным IP-адресом. Получатель посылает информационный кадр с указанием своего физического адреса. С целью сокращения времени передачи пакетов и уменьшения числа широковещательных запросов, каждый узел содержит кэш-память, в которой хранится таблица разрешения адресов. С помощью этой таблицы задается соответствие между физическими и IPадресами. Сначала физический адрес ищется в таблице разрешения адресов. Если узел

находит соответствующий физический адрес для IP-пакета, то он использует его для обращения к получателю. В противном случае узел запускает процедуру ARP, по завершению которой осуществляется соответствующая коррекция таблицы разрешения адресов.

В последнее время возрос интерес к технологии ATM (Asynchronous Transfer Mode), обеспечивающей высокоскоростную передачу информации в рамках глобальных и локальных сетей. По сравнению с сетями типа FDDI и Fast Ethernet, технология ATM предполагает увеличение скорости в основном за счет более эффективных протоколов и процедур обмена информацией. ATM прелагает более гибкий выбор условий передачи, определяемый характером пересылаемой информации. Так, файлы данных передаются с достаточно высокой степенью точности, а при передаче видеосигналов допускается незначительная потеря информации в рамках допустимой точности отображения сигналов.

Сети ATM рассчитаны на скорость передачи данных от 52 Мбит/с до 2.4 Гбит/с. Передача информации осуществляется с помощью относительно коротких (53 байта) кадров фиксированной длины. Структура кадра достаточно простая: 5 байт отводится под заголовок, а остальные 48 байт для данных. Заголовок содержит информацию о соединении от одной точки к другой. Конечный адрес назначения и контрольная последовательность кадра отсутствуют. Двадцати байтовыми адресами источник и получатель обмениваются только в момент установления логического соединения. Передача кадров через коммутаторы ATM осуществляется на основе идентификатора виртуального пути и идентификатора виртуального канала, определяющих организованные виртуальные соединения. Контрольная сумма считается не нужной, поскольку используются высококачественные каналы передачи данных. Предполагается, что при необходимости контроль достоверности передачи будет реализован на более верхних уровнях Эталонной модели взаимодействия открытых систем.