2 Програмні засоби локальних мереж

Якщо ЛОМ (LAN) вичерпує свої можливості щодо адресації (кіль-кості станцій) або довжини кабелів, то її можна розширити завдяки спеціальним технічним і програмним засобам. Ці ж засоби можуть використовуватися для створення корпоративних комп’ютерних і глобальних мереж:  Міст (bridge) — пристрій, що його можна використовувати для з’єднання мережних сегментів із різними фізичними середовищами (наприклад, оптоволоконний кабель і коаксіальний кабель) з різними протоколами нижніх рівнів (фізичного і канального), наприклад, Ethernet і Arcnet в єдину логічну мережу.

Стандартом ІЕЕЕ802.1D визначено основні вимоги до мостів, фун-кції та об’єкти управління мостів. Згідно з цим стандартом міст ви-значається як пристрій, що забезпечує зв’язок локальних мереж через трансляцію кадрів підрівня керування доступом до середовища однієї мережі в іншу.  Процес трансляції полягає в перетворенні структури кадрів даних через зміну їхніх полів. У разі різної довжини кадрів здійснюється розбирання чи збирання пакетів.

 У процесі роботи міст вибірково транслює кадри з однієї мережі в іншу. Трансляції підлягають лише кадри даних, адресовані абонентам інших мереж; цим здійснюється розділення інформаційних потоків в рамках об’єднаної мережі. Ця властивість моста часто використовується для зниження трафіка в комп’ютерних мережах — адже з допо-могою моста локальна мережа може бути поділена на два та більше сегментів меншого розміру з відповідним перерозподілом мережного трафіка між ними.  Для підтримання високої надійності мережі між її абонентами повинно існувати декілька фізичних шляхів. Водночас для виклю-чення дублювання і зміни порядку надходження пакетів у кожний момент часу повинен існувати лише один маршрут між будь-якими двома абонентськими станціями. Отже, в процесі роботи міст має забезпечувати цей єдиний маршрут.

 Алгоритми мостів визначаються типом об’єднуваних мереж.  У мережах Ethernet це — алгоритм прозорого з’єднання сегмен-тів (transparent bridge), що базується на протоколі пов’язувального (остового) дерева (Spanning Tree Protocol), стандарт IEEE-802.1. Ос-новним принципом роботи мостів цього типу є фільтрація пакетів. Вони регенеруються мостом лише в тому разі, коли в сегменті, звід-ки їх отримано, не міститься адреса призначення.

 У мережах Token Ring використовується алгоритм маршрутизації від джерела (source routing), стандарт ІЕЕЕ-802.5. Згідно з ним ін-формація, що описує послідовність мостів між джерелом і прийма-чем, міститься всередині самого пакета і формується станцією-джерелом у процесі попереднього тестування. 

Для об’єднання мереж Ethernet і Token Ring використовується змішаний алгоритм, що включає обидва принципи маршрутизації.  Мости можуть бути програмними або апаратними.  Програмний міст реалізується з допомогою підключеного до ме-режі комп’ютера, мережних адаптерів і відповідного програмного забезпечення. При цьому програмний міст може бути виділеним (комп’ютер виконує лише функції моста) або суміщеним, невиділе-ним (комп’ютер може працювати і як робоча станція).

 Апаратний міст — це спеціально розроблений пристрій.  Мости можна поділити також на локальні та віддалені.  Локальні працюють з обмеженнями на довжину мережного сег-мента. Віддалений міст забезпечує зв’язок поза межами цих обме-жень і використовує проміжне передавальне середовище, зазвичай — телефонну лінію. Якщо ЛОМ підключено до віддаленої мережі, то мости слід робити на обох кінцях з’єднання. Якщо через міст з’єднується віддалений персональний комп’ютер, то міст встанов-люється лише з боку мережі.  Мости деколи називають синхронними та асинхронними відповідно до варіантів передачі інформації в канал.

 Приклади реалізації мостів:

 IBM Token Ring Bridge v 2.2 — програма, що вимагає окремленого персонального комп’ютера з двома платами Token Ring.  ІВМ 8209 — для Token Ring, автономний пристрій.  NETBuilder —для з’єднання сегментів і типів Ethernet.  Комутатор, switch — пристрій з багатьма входами (джерелами) і виходами (приймачами) для вибору і з’єднання будь-якого джерела сигналів із будь-яким приймачем сигналів. Багатопортовий міст, може встановлювати декілька з’єднань одночасно між різними па-рами портів. Працює з другим рівнем моделі OSI.

 У комутаторах використовуються два методи пересування пакета до порту-отримувача:  • без проміжної буферизації чи на льоту (cut-through) — більш швидкодіючі, ефективні для мереж, де відсутні колізії, приміром, FDDI;  • з проміжною буферизацією (store-and-forward) — надійніші, їх можна використовувати в мережах із колізіями, наприклад, Ethernet.  За призначенням комутатори поділяють на:

 • Магістральні (backbone switch), що призначені для глобальних корпоративних мереж і підключають ЛОМ до магістральної мережі. Підтримують протоколи: Spanning Tree Protocol, віддаленого управ-ління — SNMP, RMON. Основний метод комутації — store-and-forward.

 • Комутатори для робочих груп чи сегментні (workgroup switch) — для комутації сегментів великої ЛОМ. Протоколи ті самі. Основний метод комутації — store-and-forward, але можливий і cut-through.

 • Комутатори для настільних систем (desktop switch) — для ко-мутації робочих станцій всередині сегмента. Мають 1—2 порти для підключення до комутатора більш високого рівня або сервера. Ос-новний метод комутації — store-and-forward, але можливий і cut-through. Найбільш ефективні комутатори — в одно- чи багаторангових багатосегментних і багатосерверних мережах. Їх установлення до-зволяє збільшити пропускну здатність мережі.

 Багато виробників випускають комутатори з портами, що під-тримують як низько-, так і високошвидкісні мережі (10 або 100 Mбіт/с).  Маршрутизатор (router). Основне призначення цих пристроїв — вибір оптимального напрямку передачі інформації. На відміну від моста маршрутизатор має власну адресу і використовується як про-міжний пункт передачі інформації — вибирає лише йому призначе-ні кадри. Отже, і мости, і маршрутизатори здійснюють розділення інформаційних потоків, але різними способами. 

До того ж маршрутизатори не перетворюють кадри даних однієї мережі в іншу, але забезпечують зв’язування різних топологій і про-токолів.  Маршрутизатор може виготовлятися як окреме приладдя і визна-чати не лише напрямок передачі, а й оптимальний шлях за рядом критеріїв: вартість, безпека і т. ін. Він дозволяє в окремих випадках стискати дані під час пересилки, сегментувати пакети і передавати їх на декілька телефонних ліній.

Для визначення напрямків передачі повідомлень можуть викори-стовуватися такі методи маршрутизації: 

1. Заповнення пакетами. Використовується кожний вільний мар-шрут, за яким передається копія пакета. Один із них досягне отри-мувача. Ефект розмноження пакетів завантажує мережу, тому вико-ристовуються спеціальні методи скорочення кількості копій. Наприклад, вузол, що передав пакет, інші копії не пересилає. Це — виродження пакета.

 2. Випадкова маршрутизація — кожний вузол довільно обирає канал передачі за випадковим алгоритмом.

 3. Маршрутизація з допомогою каталогів — у мережах із кому-тацією пакетів для визначення маршрутів передачі створюються спеціальні каталоги маршрутів. У них містяться посилання на логі-чні адреси вузлів мережі, причому ці адреси прив’язуються до конк-ретних виходів на канал зв’язку.  Каталоги можуть бути частковими і повними. Часткові містять лише перелік вузлів, суміжних із вузлом, де зберігається каталог; повні — весь набір проміжних вузлів, через які може передаватися пакет

 Каталоги можуть бути фіксованими і динамічними. Фіксовані створюються за генерації системи, динамічні змінюються зі зміною маршрутів у кожному сеансі.

 Маршрутизатори широко використовуються в Internet. Якщо один маршрутизатор не знає, куди спрямовується пакет, він знає, де запитати вказівку на адресу доставки, — в іншого маршрутизатора. Він неперервно оновлює таблиці маршрутизації, використовуючи відомості від інших маршрутизаторів. Працюючи в Internet, марш-рутизатор має обробляти величезне число маршрутів і вирішувати, який шлях для пакета буде найкращим.

 Як приклади маршрутизаторів можна навести: Multiprotocol Router (MPR) — програмний продукт для інтеграції декількох ме-реж Ethernet; Proteon 4100+ — мостовий маршрутизатор для Token Ring.  Існують гібридні маршрутизатори, що поєднують у собі функції моста і маршрутизатора.

 Шлюзи (gateway) — програмно-апаратні комплекси, які зв’язують неоднорідні системи, що використовують різні операційні середовища і протоколи високих рівнів. З допомогою шлюзу з’єднуються системи, неузгоджені за швидкостями обміну інформа-цією та за використовуваними формами передачі даних.

 Зазвичай шлюзом виступає маршрутизатор, але це може бути і комп’ютер, на якому встановлено декілька мережних адаптерів, фі-зично з’єднаних з обома частинами мережі. Отже, цей пристрій ви-конує роль «сторожа» між окремими частинами мережі, розділяючи їхній трафік.  За допомогою шлюзів можуть з’єднуватися глобальні мережі, або в локальних мережах — сегменти на базі міні-, мікро- і великих ЕОМ.  Шлюзи найчастіше використовуються на прикладному рівні OSI/ISO.  У мережі Internet є чимало шлюзових машин, які здійснюють пе-ресилання повідомлень, їхнє перетворення, накопичення і т. д.

 Коли обмін інформацією здійснюється між комп’ютерами, що розміщуються в одній частині діапазону ІР-адрес, шлюзу не потре-бується — два комп’ютери просто обмінюються один з одним паке-тами. Але коли комп’ютерові необхідний зв’язок за межами діапа-зону локальних ІР-адрес, він має знати, як знайти інший комп’ютер. Для передачі пакетів даних з однієї частини мережі в іншу було роз-роблено спеціалізований пристрій-маршрутизатор, що діє як шлюз між частинами мережі. У нього повинно бути принаймні дві ІР-адреси, причому кожна — для своєї частини діапазону адрес і при-єднана фізично до свого сегмента мережі. Маршрутизатор захоплює пакети даних з однієї частини мережі та переправляє їх до іншої, пересилаючи пакети в бік потрібного комп’ютера.