Иерархия в компьютерной сети

51. Компьютерные сети. Классификация компьютерных сетей. Иерархия компьютерной сети

Компьютерная сеть (англ. Computer NetWork, от net — сеть и work — работа) — совокупность компьютеров, соединенных с помощью каналов связи и средств коммутации в единую систему для обмена сообщениями и доступа пользователей к программным, техническим, информационным и организационным ресурсам сети.

Компьютерную сеть представляют как совокупность узлов (компьютеров и сетевого оборудования) и соединяющих их ветвей (каналов связи). Ветвь сети — это путь, соединяющий два смежных узла. Различают узлы оконечные, расположенные в конце только одной ветви, промежуточные, расположенные на концах более чем одной ветви, и смежные — такие узлы соединены по крайней мере одним путём, не содержащим никаких других узлов. Компьютеры могут объединяться в сеть разными способами.

Логический и физический способы соединения компьютеров, кабелей и других компонентов, в целом составляющих сеть, называется ее топологией. Топология характеризует свойства сетей, не зависящие от их размеров. При этом не учитывается производительность и принцип работы этих объектов, их типы, длины каналов, хотя при проектировании эти факторы очень важны.

Наиболее распространенные виды топологий сетей:

Линейная сеть. Содержит только два оконечных узла, любое число промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами.

Кольцевая сеть. Сеть, в которой к каждому узлу присоединены две и только две ветви.

Древовидная сеть. Сеть, которая содержит более двух оконечных узлов и по крайней мере два промежуточных узла, и в которой между двумя узлами имеется только один путь.

Звездообразная сеть. Сеть, в которой имеется только один промежуточный узел.

Ячеистая сеть. Сеть, которая содержит по крайней мере два узла, имеющих два или более пути между ними.

Полносвязанная сеть. Сеть, в которой имеется ветвь между любыми двумя узлами. Важнейшая характеристика компьютерной сети — её архитектура.

Архитектура сети — это реализованная структура сети передачи данных, определяющая её топологию, состав устройств и правила их взаимодействия в сети. В рамках архитектуры сети рассматриваются вопросы кодирования информации, её адресации и передачи, управления потоком сообщений, контроля ошибок и анализа работы сети в аварийных ситуациях и при ухудшении характеристик.

Наиболее распространённые архитектуры:

Ethernet (англ. ether — эфир) — широковещательная сеть. Это значит, что все станции сети могут принимать все сообщения. Топология — линейная или звездообразная. Скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/сек.

Arcnet (Attached Resource Computer Network — компьютерная сеть соединённых ресурсов) — широковещательная сеть. Физическая топология — дерево. Скорость передачи данных 2,5 Мбит/сек.

Token Ring (эстафетная кольцевая сеть, сеть с передачей маркера) — кольцевая сеть, в которой принцип передачи данных основан на том, что каждый узел кольца ожидает прибытия некоторой короткой уникальной последовательности битов — маркера — из смежного предыдущего узла. Поступление маркера указывает на то, что можно передавать сообщение из данного узла дальше по ходу потока. Скорость передачи данных 4 или 16 Мбит/сек.

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — сетевая архитектура высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи — 100 Мбит/сек. Топология — двойное кольцо или смешанная (с включением звездообразных или древовидных подсетей). Максимальное количество станций в сети — 1000. Очень высокая стоимость оборудования.

АТМ (Asynchronous Transfer Mode) — перспективная, пока ещё очень дорогая архитектура, обеспечивает передачу цифровых данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям. Скорость передачи до 2,5 Гбит/сек. Линии связи оптические.

Для этого используется специальное оборудование:

Сетевые кабели (коаксиальные, состоящие из двух изолированных между собой концентрических проводников, из которых внешний имеет вид трубки; оптоволоконные; кабели на витых парах, образованные двумя переплетёнными друг с другом проводами, и др.).

Коннекторы (соединители) для подключения кабелей к компьютеру; разъёмы для соединения отрезков кабеля.

Сетевые интерфейсные адаптеры для приёма и передачи данных. В соответствии с определённым протоколом управляют доступом к среде передачи данных. Размещаются в системных блоках компьютеров, подключенных к сети. К разъёмам адаптеров подключается сетевой кабель.

Трансиверы повышают уровень качества передачи данных по кабелю, отвечают за приём сигналов из сети и обнаружение конфликтов. Хабы (концентраторы) и коммутирующие хабы (коммутаторы) расширяют топологические, функциональные и скоростные возможности компьютерных сетей. Хаб с набором разнотипных портов позволяет объединять сегменты сетей с различными кабельными системами. К порту хаба можно подключать как отдельный узел сети, так и другой хаб или сегмент кабеля. Повторители (репитеры) усиливают сигналы, передаваемые по кабелю при его большой длине.

По степени географического распространения сети делятся на локальные, городские, корпоративные, глобальные и др.

Локальная сеть (ЛВС или LAN — Local Area NetWork) — сеть, связывающая ряд компьютеров в зоне, ограниченной пределами одной комнаты, здания или предприятия.

Глобальная сеть (ГВС или WAN — World Area NetWork) — сеть, соединяющая компьютеры, удалённые географически на большие расстояния друг от друга. Отличается от локальной сети более протяженными коммуникациями (спутниковыми, кабельными и др.). Глобальная сеть объединяет локальные сети.

Городская сеть (MAN — Metropolitan Area NetWork) — сеть, которая обслуживает информационные потребности большого города.

Источник

Иерархическая сетевая модель построения компьютерной сети. Преимущества ее использования.

Адресация в ip- сетях: протоколы разрешения ip-адресов; отображение физических адресов на ip-адреса: протоколы arp и rarp. Пример сетевого взаимодействия.

1. Иерархическая сетевая модель.

Обеспечивает разработку, внедрение и обслуживание масштабируемых, надежных и эффективных в стоимостном отношении сетей.

В иерархической модели определены уровни, которые обеспечивают специфический функционал и определена иерархия связей между уровнями.

При построении LAN сетей выделяют три уровня:

— уровень распространения (distribution)

Уровень доступа (Access)

Обеспечивает доступ конечных устройств (компьютеров, принтеров, IP телефонов и др.) к остальной части сети.

Обеспечивает управление контролем доступа, т.е. определяет каким устройствам можно подключаться к сети.

Уровень распределения (Distribution)

Обеспечивает трафик коммутаторов (switch) уровня доступа и передает его базовому уровню.

Управляет потоком трафика используя политики и ограничивает широковещательный домен.

Обеспечивает передачу трафика между отдельными VLAN.

На этом уровне необходимо устанавливать:

— обеспечивающие высокую надежность

— имеющие некоторую избыточность

Базовый уровень (core)

Это высокоскоростная магистраль, объединяющая несколько локальных сетей.

Обеспечивает взаимодействие устройств уровня распределения.

Т.к. на базовом уровне выполняется объединение трафика от уровня распределения, то switch этого уровня должны быть высокопроизводительными и обеспечивать высокую надежность.

Преимущества использования сетевой иерархической модели

Обеспечивается за счет модульной структуры

Для обеспечения надежности сети реализуется на основе избыточных связей на уровне распределения и базовом уровне.

— на уровне доступа и так имеем скорость соединения = скорости порта

— на уровне распределения производительность достигается использованием более мощного оборудования

— на базовом уровне также используем более мощное оборудование

— на уроне доступа: сразу определяем, кто может подключаться к сети за счет настройки порта;

— на уровне распределения : возможно использование коммутаторов позволяющих фильтровать пакеты; использование VLAN.

— т.к. функции устройств на каждом уровне определены и сконфигурированы, то их можно тиражировать на все устройства этого уровня;

— простота развертывания новых switch$

— простота диагностики и поиска неисправностей.

Поддержка и сопровождение

— легко выбирать switch для определенного уровня в соответствии с функциями;

— экономия денег (не надо везде использовать дорогие switch).

2. Протоколы разрешения адресов.

Одной из главных задач, которая ставилась при создании протокола IP, являлось обеспечение совместной согласованной работы в сети, состоящей из подсетей, в общем случае использующих разные сетевые технологии.

Взаимодействие технологии TCP/IP с частными технологиями подсетей происходит многократно при перемещении пакета IP по составной сети. На каждом маршрутизаторе протокол IP определяет, в какую следующую подсеть и какому пограничному узлу в этой подсети надо направить пакет. Таким пограничным узлом является маршрутизатор, и протоколу IP известен его IP-адрес.

Очевидно, что для того, чтобы частная технология подсети смогла доставить пакет на следующий маршрутизатор, необходимо:

• во-первых, упаковать пакет в кадр соответствующего для данной подсети формата (например, Ethernet);
• во-вторых, снабдить кадр адресом, формат которого был бы понятен локальной технологии подсети (преобразовать, например, IP-адрес в МАС-адрес).

Решением этих задач, как уже было сказано, занимается уровень сетевых интерфейсов стека TCP/IP.

Для определения локального адреса по IP-адресу используется протокол разрешения адресов (Address Resolution Protocol, ARP).

Протокол разрешения адресов реализуется различным образом в зависимости от того, какой протокол канального уровня работает в данной сети — протокол локальной сети (Ethernet, Token Ring, FDDI) с возможностью широковещательного доступа одновременно ко всем узлам сети или же какой-либо из протоколов глобальной сети (Х.25, frame relay), которые, как правило, не поддерживают широковещательный доступ.

Отображение физических адресов на IP-адреса: протоколы ARP и RARP

В протоколе IP-адрес узла, то есть адрес компьютера или порта маршрутизатора, назначается произвольно администратором сети и прямо не связан с его локальным адресом. Подход, используемый в IP, удобно использовать в крупных сетях и по причине его независимости от формата локального адреса, и по причине стабильности, так как в противном случае, при смене на компьютере сетевого адаптера это изменение должны бы были учитывать все адресаты всемирной сети.

Локальный адрес используется в протоколе IP только в пределах локальной сети при обмене данными между маршрутизатором и узлом этой сети. Маршрутизатор, получив пакет для узла одной из сетей, непосредственно подключенных к его портам, должен для передачи пакета сформировать кадр в соответствии с требованиями принятой в этой сети технологии и указать в нем локальный адрес узла, например его МАС-адрес. В пришедшем пакете этот адрес не указан, поэтому перед маршрутизатором встает задача поиска его по известному IP-адресу, который указан в пакете в качестве адреса назначения. С аналогичной задачей сталкивается и конечный узел, когда он хочет отправить пакет в удаленную сеть через маршрутизатор, подключенный к той же локальной сети, что и данный узел.

Для определения локального адреса по IP-адресу используется протокол разрешения адреса Address Resolution Protocol, ARP. Существует также протокол, решающий обратную задачу — нахождение IP-адреса по известному локальному адресу. Он называется реверсивный ARP — RARP (Reverse Address Resolution Protocol) и используется при старте бездисковых станций, не знающих в начальный момент своего IP-адреса, но знающих адрес своего сетевого адаптера. В локальных сетях протокол ARP использует широковещательные кадры протокола канального уровня для поиска в сети узла с заданным IP-адресом.

Узел, которому нужно выполнить отображение IP-адреса на локальный адрес, формирует ARP запрос, вкладывает его в кадр протокола канального уровня, указывая в нем известный IP-адрес, и рассылает запрос широковещательно. Все узлы локальной сети получают ARP запрос и сравнивают указанный там IP-адрес с собственным. В случае их совпадения узел формирует ARP-ответ, в котором указывает свой IP-адрес и свой локальный адрес и отправляет его уже направленно, так как в ARP запросе отправитель указывает свой локальный адрес. ARP-запросы и ответы используют один и тот же формат пакета. Так как локальные адреса могут в различных типах сетей иметь различную длину, то формат пакета протокола ARP зависит от типа сети.

Источник