22. Логическая структуризация локальных сетей
Логическая структуризация сети — это процесс разбиения сети на сегменты с локализованным трафиком.
Сеть с типовой топологией (шина, кольцо, звезда), в которой все физические сегменты рассматриваются в качестве одной разделяемой среды, оказывается неадекватной структуре информационных потоков в большой сети. Например, в сети с общей шиной взаимодействие любой пары компьютеров занимает ее на все время обмена, поэтому при увеличении числа компьютеров в сети шина становится узким местом. Компьютеры одного отдела вынуждены ждать, когда окончит обмен пара компьютеров другого отдела, и это при том, что необходимость в связи между компьютерами двух разных отделов возникает гораздо реже и требует совсем небольшой пропускной способности.
Для логической структуризации сети используются такие коммуникационные устройства, как мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.
Мост (bridge) делит разделяемую среду передачи сети на части (часто называемые логическими сегментами), передавая информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если такая передача действительно необходима, то есть если адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети.
Коммутатор (switch, switching hub) по принципу обработки кадров ничем не отличается от моста. Основное его отличие от моста состоит в том, что он является своего рода коммуникационным мультипроцессором, так как каждый его порт оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов.
Ограничения, связанные с применением мостов и коммутаторов — по топологии связей, а также ряд других, — привели к тому, что в ряду коммуникационных устройств появился еще один тип оборудования — маршрутизатор (router). Маршрутизаторы более надежно и более эффективно, чем мосты, изолируют трафик отдельных частей сети друг от друга. Маршрутизаторы образуют логические сегменты посредством явной адресации, поскольку используют не плоские аппаратные, а составные числовые адреса. В этих адресах имеется поле номера сети, так что все компьютеры, у которых значение этого поля одинаково, принадлежат к одному сегменту, называемому в данном случае подсетью (subnet).
Кроме перечисленных устройств отдельные части сети может соединять шлюз (gateway). Обычно основной причиной, по которой в сети используют шлюз, является необходимость объединить сети с разными типами системного и прикладного программного обеспечения, а не желание локализовать трафик. Тем не менее шлюз обеспечивает и локализацию трафика в качестве некоторого побочного эффекта.
23. Построение локальных сетей по стандартам физического и канального уровней.
Хотя на основе оборудования физического и канального уровней трудно построить достаточно крупную корпоративную сеть, именно кабельные системы, сетевые адаптеры, концентраторы, мосты и коммутаторы представляют наиболее массовый тип сетевых устройств.
За исключением кабельной системы, которая является протокольно независимой, устройство и функции коммуникационного оборудования остальных типов существенно зависят от того, какой конкретно протокол в них реализован. Концентратор Ethernet устроен не так, как концентратор Token Ring, а сетевой адаптер FDDI не сможет работать в сети Fast Ethernet. С другой стороны, даже в рамках одной технологии оборудование разных производителей может заметно отличаться друг от друга.
Кабельная система является фундаментом любой сети.
Структурированная кабельная система (Structured Cabling System, SCS) — это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях.
Структурированная кабельная система представляет своего рода «конструктор», с помощью которого проектировщик сети строит нужную ему конфигурацию из стандартных кабелей, соединенных стандартными разъемами и коммутируемых на стандартных кроссовых панелях. При необходимости конфигурацию связей можно легко изменить — добавить компьютер, сегмент, коммутатор, изъять ненужное оборудование, а также поменять соединения между компьютерами и концентраторами.
При построении структурированной кабельной системы подразумевается, что каждое рабочее место на предприятии должно быть оснащено розетками для подключения телефона и компьютера, даже если в данный момент этого не требуется. То есть хорошая структурированная кабельная система строится избыточной. В будущем это может сэкономить средства, так как изменения в подключении новых устройств можно производить за счет перекоммутации уже проложенных кабелей.
Структурированная кабельная система планируется и строится иерархически, с главной магистралью и многочисленными ответвлениями от нее (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Иерархия структурированной кабельной системы
Типичная иерархическая структура структурированной кабельной системы (рис. 4.2) включает:
- горизонтальные подсистемы (в пределах этажа);
- вертикальные подсистемы (внутри здания);
- подсистему кампуса (в пределах одной территории с несколькими зданиями).
1.3. Методы структуризации сетей эвм
Построение сетей ЭВМ с небольшим (10-30) количеством абонентских систем чаще всего осуществляется на основе одной из типовых топологий ‑ общая шина, кольцо, звезда или полносвязная сеть. Все перечисленные топологии обладают свойством однородности, т.е. все компьютеры абонентских систем в такой сети имеют одинаковые права в отношении информационного взаимодействия друг с другом (за исключением центрального компьютера при соединении звезда).
Такая однородность структуры значительно упрощает процедуру наращивания общего числа абонентских систем, облегчает обслуживание и эксплуатацию сети ЭВМ. Однако увеличение количества абонентских систем в сети сверх указанного количества приводит к существенному снижению пропускной способности каналов связи и общей эффективности функционирования сети. Одним из основных направлений разрешения указанной проблемы является применение методов структуризации больших сетей ЭВМ 7.
1.3.1. Физическая структуризация сетей эвм
Построение больших сетей ЭВМ, объединяющих более 30-ти абонентских систем, на основе унифицированных типовых топологических структур порождает различные ограничения, наиболее существенными из которых являются:
— ограничения на длину связи между узлами;
— ограничения на количество узлов в сети;
— ограничения на интенсивность трафика, порождаемого узлами сети.
Например, технология Ethernet на тонком коаксиальном кабеле позволяет использовать кабель длиной не более 185 метров, к которому можно подключить не более 30 сетевых ЭВМ (рис. 1.10). Однако, если абонентские системы интенсивно обмениваются информацией между собой, то приходится снижать число подключенных к каналу компьютеров до 10 ‑ 20, чтобы каждой абонентской системе доставалась приемлемая доля общей пропускной способности сети.
Для снятия этих ограничений используются специальные методы структуризации сети и специальное структурообразующее оборудование ‑ повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы. Такое оборудование также называют коммуникационным.
Простейшим из коммуникационных устройств является повторитель (repeater). Повторители используются для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети ЭВМ с целью увеличения общей длины сети. Повторитель передает сигналы, приходящие из одного сегмента сети, в другие ее сегменты (см.рис. 1.10). Повторитель позволяет преодолеть ограничения на длину линий связи за счет улучшения качества передаваемого сигнала ‑ восстановления его мощности и амплитуды, улучшения фронтов и т. п.
Рис.1.10. Увеличение сети ЭВМ на основе повторителей
Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов, называется концентратором или хабом. В данном устройстве сосредоточиваются все связи между сегментами сети.
Концентраторы характерны практически для всех базовых технологий локальных сетей ‑ Ethernet, ArcNet, Token Ring, FDDI и т.п.
В работе концентраторов различных типов и технологий много общего ‑ они повторяют сигналы, пришедшие с одного из своих портов, на других своих портах. Разница состоит в том, на каких именно портах повторяются входные сигналы. Так, концентратор Ethernet повторяет входные сигналы на всех своих портах, кроме того, с которого сигналы поступают (рис. 1.11, а). А концентратор Token Ring (рис. 1.11, б) повторяет входные сигналы, поступающие с некоторого порта, только на одном порту ‑ на том, к которому подключена следующая в кольце АС.
Рис. 1.11. Концентраторы технологий : а ‑ Ethernet; б ‑ Token Ring
Концентратор всегда изменяет физическую топологию сети, но при этом оставляет без изменения ее логическую топологию.
Под физической топологией понимается конфигурация связей, образованных отдельными частями кабеля, а под логической ‑ конфигурация информационных потоков между компьютерами сети. Во многих случаях физическая и логическая топологии сети совпадают (рис. 1.12, а). Однако это выполняется не всегда. Сеть на рис. 1.12, б демонстрирует пример несовпадения физической и логической топологии. Физически компьютеры соединяет по топологии общая шина, а логически ‑ по кольцевой топологии.
Рис. 1.12. Физическая и логическая топологии сети
Физическая структуризация сети с помощью концентраторов целесообразна не только для увеличения расстояния между узлами сети, но и для повышения ее надежности. Например, если какая-либо абонентская система сети Ethernet с физической общей шиной из-за сбоя начинает непрерывно передавать данные по общему кабелю, то вся сеть выходит из строя, и для решения этой проблемы остается только один выход ‑ вручную отсоединить сетевой адаптер этой абонентской системы от кабеля.
В сети Ethernet, построенной с использованием концентратора, эта проблема может быть решена автоматически ‑ концентратор отключает свой порт, если обнаруживает, что присоединенный к нему узел слишком долго монопольно занимает сеть. Концентратор может блокировать некорректно работающий узел и в других случаях, выполняя роль некоторого управляющего узла.