2.28 средства межсетевого взаимодействия (повторители, мосты, концентраторы, маршрутизаторы, шлюзы).
Устройства, с помощью которых формируются интерсети, называются межсетевыми устройствами. в этом разделе вводится понятие сегмент. Сегмент - это сеть ЭВМ, в которой отсутствуют межсетевые устройства.
Межсетевые устройства разделяются на группы, соответствующие уровням Модели OSI, функции которых они выполняют. Повторители работают на Физическом уровне. Мосты - на Канальном уровне. Маршрутизаторы - на Сетевом уровне. Шлюзы реализуют функции более высоких уровней Модели OSI. В данном разделе рассматривается каждая группа устройств, причем при ближайшем рассмотрении обнаруживается отсутствие резких границ между устройствами различных групп.
Повторители
Цифровые и аналоговые сигналы, переносящие информацию, из-за неизбежного ослабления и затухания, а также из-за воздействия помех, приводящих к потере целостности данных, могут передаваться на довольно ограниченные расстояния. Задача заключается в увеличении этого расстояния. Простое усиление сигналов не является лучшим вариантом, поскольку наряду с усилением полезного сигнала усиливаются и шумы.
Повторитель выполняет эту функцию Физического уровня, репродуцируя сигналы и осуществляя их дальнейшую прозрачную передачу. Повторитель не вносит каких-либо изменений в передаваемые данные, не анализирует адресную информацию и структуру данных, относящихся к другим уровням. Только восстанавливает кондиционность принятых данных и их последующую передачу.
Функции повторителя
Повторитель выделяет и сохраняет принятые цифровые данные. Затем он реконструирует выходной сигнал и осуществляет его передачу. Новый сигнал, с большой точностью повторяющий исходный сигнал, ранее переданный источником данных, передается в следующий сегмент сети. Теоретически эта функция может повторяться необходимое число раз, однако на практике в реальных сетях число повторителей между передающей и принимающей станциями ограничено.
Мосты
Мосты используются для объединения двух ЛС на Канальном уровне. В качестве устройства Канального уровня мост имеет доступ к адресной информации Физического уровня. Другими словами, он может распознавать физические адреса источника и приемника информации, участвующих в передаче. В результате анализа физических адресов (и другой информации Канального уровня) мост или направляет данные во второй сегмент, или игнорирует их. В отличие от повторителя мост селектирует поток проходящих через него данных.
Поскольку мосты фильтруют потоки данных на основе физических адресов станций, они обычно используются для выделения перегруженных участков сети в отдельные сегменты. Такое разбиение на сегменты предохраняет внутренний трафик каждого сегмента от влияния внешних трафиков других сегментов. Поскольку межсегментный трафик не слишком велик, данная стратегия довольно эффективно снижает трафик каждого сегмента.
Функции моста
Рассмотрим, например, сеть некоторой большой корпорации, насчитывающую несколько сотен станций, имеющую шинную топологию с доступом по методу состязаний. Использование персоналом компании сетевых ресурсов постоянно и быстро возрастает. И, наконец, наблюдается резкий спад производительности сети из-за слишком большой нагрузки. Администраторы сети могут решить эту проблему разделением пользователей сети на группы в пределах здания по территориальному принципу. Пользователи первого этажа будут использовать один сегмент, пользователи второго этажа - другой. Исследования показали, что межсегментный трафик будет минимальным, так что эта стратегия позволяет эффективно изолировать внутрисегментные потоки данных и увеличивать производительность сети.
Мост выполняет следующие действия:
1. Принимает все данные сегмента А.
2. Игнорирует все пакеты, адресованные узлам сегмента А.
3. Переповторяет все другие пакеты во внешние сегменты через соответствующие порты.
4. Выполняет те же действия для всех других подключенных сегментов.
Существует два вида мостов: прозрачные, называемые также обучающимися (learning bridges), и программируемые или мосты с маршрутизацией потока (source-routing). Программируемые мосты применяются в сетях фирмы IBM. Во всех других сетях используются прозрачные мосты. Прозрачные мосты не требуют какого-либо предварительного программирования. После включения они "изучают" обстановку, отображая физические адреса устройств в номера линий, к которым эти устройства подключены. Используя найденные отображения, мосты формируют таблицы "физический адрес устройства/сетевой сегмент". Эти таблицы используются мостом для выбора с помощью физического адреса назначения пакета соответствующего сегмента, в который следует направить пакет. Если найденный сегмент является сегментом, из которого был получен пакет, то мост игнорирует его. В противном случае пакет передается в соответствующую линию (сегмент).
В маршрутных сетях путь следования пакетов к определенной станции назначения указывается в заголовке передаваемых пакетов. Программируемые мосты, поэтому проще, их задача сводится к передаче пакета в следующий узел, указанный в маршруте следования пакета. Этим узлом может быть другой мост или целевое устройство. В маршрутных сетях минимизируется стоимость моста, поскольку ему не нужно "обучаться". С другой стороны, все другие устройства должны располагать маршрутной информацией, описывающей доступ ко всем возможным устройствам.
Устройства в маршрутных сетях определяют пути доступа к целям, выполняя рассылку специальных пакетов, которые называются "пакеты discovery". Если устройство не получает ответа от устройства назначения на свой пакет discovery в пределах своего сетевого сегмента, то осуществляется передача пакета discovery во все другие сегменты, образующие интерсеть. В пакете discovery, проходящем сегменты интерсети, собирается маршрутная информация, описывающая путь до устройства назначения. Если существует множество путей, то по каждому пути пройдет свой пакет discovery. Устройство назначения отвечает на все принимаемые им пакеты discovery. В результате устройство-инициатор пакета discovery будет располагать маршрутной информацией, позволяющей сделать выбор лучшего пути.
Маршрутизаторы
Как показано на рисунке, маршрутизаторы имеют доступ к управляющей информации трех нижних уровней Модели OSI (Физического, Канального и Сетевого). Информация третьего уровня обычно описывает, так называемые, логические сетевые адреса. Логические адреса, в отличие от физических адресов, обычно назначаются элементам сети соответствующими административными службами. Именно это отличает первые от вторых. Рассмотрим более внимательно необходимость такого разделения.
Физические адреса обычно назначаются производителями оборудования и жестко связаны с соответствующей аппаратурой, в отличие от логических адресов. Физические адреса, как правило, уникальны. С другой стороны, логические адреса могут использоваться сетевой администрацией в целях образования групп устройств, обладающих схожими свойствами (например, принадлежность одному отделению фирмы в рамках здания). Логические адреса по сравнению с физическими обеспечивает большую гибкость, поскольку могут быть легко изменены и организованы в иерархические группы.
Функции маршрутизатора
Маршрутизаторы передают информацию в интерсеть, используя логические адреса. Логически сеть разделяется на, так называемые, подсети. Подсети могут охватывать один и более сетевых сегментов.
Маршрутизаторы отличаются от мостов тем, что они используют для своей работы логические, а не физические адреса. Маршрутизаторы также применяют один (или более) специальных алгоритмов маршрутизации для вычисления лучшего пути в интерсети. Пути могут вычисляться динамически (в реальном масштабе времени) так, чтобы в большей степени соответствовать изменяющимся условиям в сети.
Алгоритмы динамической маршрутизации отличаются набором тех факторов (метриками), которые принимаются к рассмотрению при вычислении лучшего пути. Например, в одном алгоритме лучший путь определяется на основе минимизации числа переходов до устройства назначения (минимальная длина пути). В другом алгоритме в качестве метрики может использоваться время передачи. Алгоритмы маршрутизации через модемы рассматривают целое множество различных взвешенных факторов. В ряде случаев сетевые администраторы могут изменять веса элементов метрики (например, стоимость использования линии) для того, чтобы настраивать систему в соответствии с изменениями, носящими внешний характер.
Как, вероятно, теперь стало очевидным, маршрутизаторы выполняют гораздо более интенсивную вычислительную работу, чем мосты. Поэтому их производительность, измеряемая обычно числом переданных пакетов в секунду, не слишком велика. Однако, с другой стороны, маршрутизаторы способны осуществлять довольно сложные вычисления для выбора пути в соответствии с алгоритмами маршрутизации. Существуют и другие их положительные свойства. В связи с этим решение покупать мост или маршрутизатор зависит от конкретных потребностей администрации сети и от существующего сетевого окружения.
Многие модемные маршрутизаторы в действительности обеспечивают и функции мостов (такие маршрутизаторы называют brouter, М - маршрутизаторами). Большинство алгоритмов маршрутизации являются специальными протоколами сетевого уровня. М- маршрутизаторы поддерживают наиболее известные протоколы (и их алгоритмы выбора пути), но, кроме этого, могут работать с пакетами, для которых такого рода поддержка не обеспечивается. Другими словами, М-маршрутизатор проверяет принятый пакет, пытаясь определить, поддерживается ли он каким-либо из имеющихся алгоритмов маршрутизации. Если пакет не поддерживается ни одним из алгоритмов маршрутизации, то он обрабатывается в соответствии с правилами моста с использованием содержащейся в нем информации Канального уровня.
Некоторые производители мостов пытаются достичь компромисса с другой стороны, реализуя в своих изделиях некоторые функции маршрутизаторов. Такие устройства обычно называют маршрутными мостами (routing bridges). Маршрутные мосты могут выполнять некоторые минимальные функции выбора пути и обеспечить достаточную безопасность маршрутов передачи данных. И все же из-за того, что эти устройства не имеют доступа к информации 3-его уровня Модели OSI, они не могут также успешно выполнять процедуры выбора пути, как это делают маршрутизаторы.
Шлюзы
Ни одно из устройств, которые мы рассмотрели выше, не решает проблемы объединения двух и более подсетей, которые имеют различные протоколы над Сетевым уровнем. Поскольку малые разнородные сети интегрируются в большие гетерогенные сети, для обеспечения их работоспособности необходимо решить проблему взаимодействия различных протокольных уровней. Это, однако, не простая задача. Устройство, для связи подсетей должно осуществлять трансляцию (преобразование) одних протокольных соглашений в другие. Преобразование протокольных соглашений является функцией шлюза.
Предположим, сеть персональных ЭВМ, которая функционирует под управлением ОС Netware фирмы Novell, подключается к сети SNA, состоящей из нескольких терминалов. При этом различается не только аппаратура, но также структуры данных и процедуры применяемых протоколов. Шлюзы осуществляют трансляцию соглашений различных протоколов Транспортного, Сеансового, Представительного и Прикладного уровней, преобразуя при этом значительную часть каждого передаваемого сообщения.
Функции шлюза
Шлюзы изготавливаются или в виде отдельного конструктива, или в виде программно-аппаратных компонентов, которые встраиваются в существующие ЭВМ. Устройства, выполненные в виде отдельного конструктива, более дорогие, но в то же время обладают большей производительностью. Устройства со встроенными компонентами могут функционировать или в выделенном режиме (т.е. в режиме исключительного исполнения функций шлюза), или в совмещенном режиме (функции шлюза исполняются наряду с решением другого рода задач).
Итоги
Cоздание интерсетей заключается в объединении сетевых сегментов с целью обеспечения доступа к распределенным ресурсам. Для решения этой задачи применяются такие устройства, как повторители, мосты, маршрутизаторы и шлюзы. Каждое из этих устройств обладает определенными свойствами и функциональными возможностями, обеспечивающими их применимость в соответствующем сетевом окружении. Повторители являются наиболее простыми и быстрыми устройствами, однако они не обладают достаточной функциональной гибкостью. На другом конце спектра средств создания интерсетей располагаются шлюзы (сложные, относительно медленные устройства с большими функциональными возможностями). Гибридные устройства становятся все более и более популярными в связи с тем, что производители создают комбинированные средства построения интерсетей, отвечая возрастающим требованиям рынка.
|