Логическая структуризация сети на разделяемой среде

Физическая структуризация сети не позволяет справиться с такими важными проблемами, как дефицит пропускной способности, невозможность использова­ния в разных частях сети линий связи разной пропускной способности. В таком случае может помочь логическая структуризация сети.

Типовые физические топологии сети (шина, кольцо, звезда), которые ограничи­вают все сетевые устройства, предоставляя им для обмена данными только одну разделяемую среду, оказываются неадекватными 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.

Пример

Пусть на предприятии имелась простейшая односегментная сеть Ethernet (рис. 3.18, а). К коаксиальному кабелю были подключены все имеющиеся на предприятии компью­теры. Шло время, количество пользователей увеличивалось, сеть все чаще оказыва­лась занятой, пользователям приходилось все дольше ждать ответа сетевых приложений. Кроме того, начали сказываться ограничения на длину связей между компьютерами, так оказалось невозможным разместить компьютеры в помещении, выделенном для новой рабочей группы. Было принято решение применить концентраторы. На рис. 3.18, б

показана сеть, полученная в результате физической структуризации. Появилась воз­можность разнести компьютеры пользователей на большие расстояния, и физическая структура сети стала соответствовать административному устройству предприятия. Однако проблемы, связанные с производительностью, остались нерешенными. Напри­мер, каждый раз, когда пользователь компьютера А посылал данные своему соседу, работающему за компьютером В, оказывалась блокированной вся сеть. Ничего удиви­тельного — в соответствии с логикой работы концентратора кадр, посылаемый компь­ютером А компьютеру В, повторялся на всех интерфейсах всех узлов сети. И до тех пор, пока компьютер В не получал адресованный ему кадр, ни один из компьютеров сети не мог получить доступ к разделяемой среде передачи. Такая ситуация возникла из-за того, что использование концентраторов изменило только физическую структу­ру сети, оставив без изменения ее логическую структуру.

 

Рабочая группа 1 Рабочая группа 2

 

Отдел 1

Отдел 2

Отдел 3

Концентратор

Концентратор

Рабочая группа 1 Рабочая группа 2

Концентратор~^-^Концентратор V

® ®

 

Отдел 1 Отдел 2 Отдел 3

б

Рис. 3.18. Изменение физической структуры сети не сказывается на производительности сети

Решение представленной в примере проблемы состоит в отказе от идеи одной общей для всех узлов разделяемой среды. Например, в данном случае желатель­но было бы сделать так, чтобы кадры, которые передают компьютеры отдела 1, выходили бы за пределы этой части сети в том и только в том случае, если они направлялись компьютеру какого-либо из других отделов. С другой стороны, в сеть каждого из отделов должны попадать те и только те кадры, которые адре­сованы узлам этой сети. Таким образом, в пределах каждого отдела используется отдельная «собственная» разделяемая среда.

Распространение трафика, предназначенного для компьютеров некоторого сегмента сети, только в пределах этого сегмента называется локализацией трафика. Логическая струк­туризация сети — зто процесс разбиения сети на сегменты о локализованным трафиком.

При правильно проведенной логической структуризации производительность се­ти может существенно повыситься, так как компьютеры одного отдела не будут простаивать в то время, когда обмениваются данными компьютеры других отде­лов. Кроме того, логическая структуризация позволяет дифференцировать дос­тупную пропускную способность в разных частях сети.

Логическая структуризация сети проводится путем использования мостов, коммутаторов,

маршрутизаторов и шлюзов. ' .

Мост

Рис. 3.19. Мост делит единую среду передачи

Мост (bridge) делит единую среду передачи 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 другому сегменту (рис. 3.19). Тем самым мост изолирует трафик одного сегмента от трафика другого, повышая общую производительность сети. Локализация трафика не только экономит пропуск­ную способность, но и снижает возможность несанкционированного доступа к данным, так как кадры не выходят за пределы своего сегмента и их сложнее перехватить злоумышленнику.

На рис. 3.20 показана сеть, которая была получена из сети с центральным кон­центратором (см. рис. 3.18, б) путем его замены мостом. Сети отделов 1 и 2 со­
стоят из отдельных логических сегментов, а сеть отдела 3 — из двух логических сегментов. Каждый логический сегмент построен на базе концентратора и имеет простейшую физическую структуру, образованную отрезками кабеля, связываю­щими компьютеры с портами концентратора. Если пользователь компьютера А пошлет данные пользователю компьютера В, находящемуся в одном с ним сег­менте, то эти данные будут повторены только на сетевых интерфейсах их общего сегмента.

Мост Рис. 3.20. Единая разделяемая среда с помощью моста преобразована в четыре разделяемых среды

 

Мосты используют для локализации трафика аппаратные адреса компьютеров. У читателя может возникнуть вопрос, каким образом мост узнает интерфейс, на который надо передать кадр, ведь аппаратный адрес не содержит никакой инфор­мации о принадлежности компьютера с данным адресом тому или иному сегменту. Конечно, такая информация может быть предоставлена мосту администратором в результате ручного конфигурирования. Однако такой способ мало пригоден для больших сетей. Мост решает эту задачу автоматически, используя простой обучающий алгоритм. Все кадры, приходящие на определенный интерфейс мос­та, сгенерированы компьютерами, относящимися к сегменту, подключенному к этому интерфейсу. Мост извлекает из поступающих кадров адреса отправителей и помещает их в таблицу, где делает отметку о том, на какой его интерфейс по­ступил каждый из кадров. Так мост определяет, какие компьютеры подключены к каждому из его интерфейсов. В дальнейшем мост использует эту информацию для передачи кадра именно на тот интерфейс, через который идет путь к компь­ютеру назначения. Поскольку, точная топология связей между логическими сег­ментами мосту неизвестна, он может правильно работать только в тех сетях, в которых межсегментные связи не образуют замкнутых контуров (петель).

Коммутатор^[11] (switch) функционально подобен мосту и отличается от моста в ос­новном более высокой производительностью. Каждый интерфейс коммутатора оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по ал­горитму моста независимо от процессоров других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста, имеющего один процессорный блок. Можно сказать, что коммутаторы — это усовершенствованные мосты, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме. Когда стало экономически оправданно использовать от­дельные специализированные процессоры на каждом порту коммуникационного устройства, коммутаторы локальных сетей полностью вытеснили мосты.

return false">ссылка скрыта

Ограничения, связанные с применением мостов и коммутаторов, — по топологии связей, а также ряд других, — привели к тому, что в перечне коммуникационных устройств появилось еще одно устройство — маршрутизатор (router). Маршру­тизаторы более надежно и более эффективно, чем мосты, изолируют трафик от­дельных частей сети друг от друга. Помимо локализации трафика маршрутиза­торы выполняют еще много других полезных функций. Так, маршрутизаторы могут работать в сети с замкнутыми контурами, при этом они обеспечивают вы­бор наиболее рациональных маршрутов. Другой важной функцией маршрутиза­торов является их способность связывать в единую сеть сети, построенные на базе разных сетевых технологий, например Ethernet и ATM.

Помимо перечисленных устройств отдельные части сети может соединять шлюз (gateway). Шлюз позволяет объединять сети, построенные на существенно раз­ных программных и аппаратных платформах. Например, шлюз может позволить пользователям, работающим в сети Unix, взаимодействовать с пользователями сети Windows. Традиционно в Интернете термины «шлюз» и «маршрутизатор» используются как синонимы.