Амато В. - Основы организации сетей Cisco. Том 2 (2002)(ru)

Резюме

• За счет использования уровней Эталонная модель OSI упрощает обмен инфор- мацией между двумя компьютерами.

•Соответствующие протоколы каждого уровня обмениваются информацией, которую назы- вают модулями данных протокола (PDU).

•Каждый уровень зависит от сервисных функций лежащего ниже него уровня

для выполнения своих функций.

• Термин Ethernet часто используется по отношению ко всем CSMA/CD локальным сетям,

•Каналы Ethernet и 802.3 обеспечивают транспортировку данных по физическому каналу, который соединяет какие-либо два устройства.

•Протокол IP обеспечивает негарантированную маршрутизацию дейтаграмм без установления логической связи. Сеть Ethernet не анализирует содержимое дейтаграмм, а лишь ищет способ передать дейтаграмму к ее месту назначения.

•Сообщения ICMP переносятся в IP-дейтаграммах и используются для передачи управляющих сообщений и сообщений об ошибках.

• Протокол АКР используется для преобразования известного IP-адреса в МАС- адрес с целью обеспечения возможности коммуникации в среде множественного доступа, например, такой как Ethernet

•При осуществлении коммутации маршрутизатор принимает пакет на одном интерфейсе и направляет его на другой.

•Протоколы маршрутизации обеспечивают наличие в адресе сетевого уровня достаточной информации для отправки пакета от одного хоста к другому, опираясь на схе-

•Службы транспортного уровня дают возможность пользователям запросить надежную транспортировку данных между источником и пунктом назначения.

Контрольные вопросы

Для проверки понимания тем и понятий, описанных в настоящей главе, рекомендуется отве- тить на предлагаемые ниже контрольные вопросы. Ответы на них приведены в приложении А.

1.Какой уровень эталонной модели OSI наилучшим образом описывает стандарты lOBaseT?

A.Канальный. B. Сетевой.

C.Физический. D. Транспортный.

4.Какие из перечисленных ниже являются основными типами динамической маршрутизации?

A.Статический и по умолчанию.

B.TCP- и UDP-обмен.

C.Дистанционно-векторный и канальный.

D.Никакие из вышеперечисленных.

5.В случае, когда все маршрутизаторы в сети работают с одной и той же инфор мацией о топологии сети, то о сети говорят как о...

A.конвергированной.

B.формализованной.

C.реконфигурированной.

D.ничто из вышеперечисленного.

6.Опишите цель инкапсуляции данных

7.Опишите главную функцию транспортного уровня эталонной модели OSI.

8.Опишите цель использования протокола ICMP.

9.Опишите процедуру создания окон в протоколе TCP/IP.

10. Опишите главную функцию сетевого уровня эталонной модели OSI.

Основные термины

Cisco IOS (Internetwork Operating System software, Cisco IOS software). Программное обеспечение межсетевой операционной системы корпорации Cisco, которое обеспечивает функциональность, расширяемость и обеспечение безопасности всех программных продуктов архитектуры CiscoFusion. Программное обеспечение операционной системы Cisco предоставля- ет возможность централизованной, интегрированной и автоматизированной установки и управ- ления сетями, обеспечивая поддержку целого ряда протоколов, передающих сред, служб и платформ.

IP-адрес (IP-address). 32-разрядный адрес, назначаемый хосту в протоколе TCP/IP. IP-адрес принадлежит к одному из пяти классов (А, В, С, D или Е) и представляется в десятичном фор- мате в виде четырех октетов, разделенных точками. Каждый адрес состоит из номера сети, не- обязательного номера подсети и номера компьютера. Номера сети и подсети используются для

маршрутизации, а номер компьютера — для адресации уникального хоста в сети или подсети. Маска подсети используется для выделения информации о сети и подсети из IP адреса. IP-адрес также называется Internet-адресом (Internet address).

Дейтаграмма (datagram). Блок информации, посланный как пакет сетевого уровня, через передающую среду, без предварительного установления виртуального канала. IP-дейтаграммы

— основные информационные блоки в Internet. Термины ячейка, фрейм, сообщение, пакет и сегмент (cell, frame, message, packet и segment) также используются для описания логически сгруппированных блоков информации на разных уровнях эталонной модели OSI и в различных технологических циклах.

Динамическая маршрутизация(4упапис routing). Маршрутизация, которая автоматически подстраивается под топологию сети или под изменения в потоке данных. Также называется адаптивной маршрутизацией (adaptive routing).

Дистанционно-векторный протокол маршрутизации (distance-vector routing protocol).

Изучает все переходы в маршруте для построения дерева кратчайшего пути. Протокол заставля-

ет все маршрутизаторы при каждом обновлении рассылать внутренние таблицы только своим соседям. Дистанционно-векторный протокол маршрутизации сводится к циклам маршрутиза- ции, однако в вычислительном отношении он проще, чем протокол состояния канала связи. Также называется алгоритмом маршрутизации Беллмана-Форда (Bellman-Ford routing algorithm).

Заголовок (header). Контрольная информация, помещаемая перед данными в процессе их инкапсуляции для передачи по сети.

Интерфейс подключаемых сетевых устройств (attachment unit interface, AUI). В стан-

дарте IEEE802.3 интерфейс (кабель) между MAU и сетевой платой. Термин AUI также обозна- чает разъем на задней панели, к которому может подсоединяться AUI-кабель. Такие порты можно встретить на плате Cisco LightStream Ethernet. Также называется приемопередающим ка-

белем (transceiver cable).

Канальный уровень (data link layer). Второй уровень эталонной модели OSI. Обеспечивает точную передачу данных по физическому каналу. Занимается физической адресацией, сетевой топологией, контролем линий связи, сообщениями об ошибках, порядком доставки фреймов и управлением потоками данных. Разделен IEEE на два подуровня: MAC и LLC. Уровень канала связи примерно соответствует уровню управления каналом (data link control layer) в модели

SNA.

Конвергешщя (convergence). Способность и скорость согласования действий группы взаи- модействующих сетевых устройств, использующих специфический маршрутизирующий прото- кол. Такое согласование необходимо после изменений в топологии сети.

Маршрутизируемый протокол (routed protocol). Протокол, который может управляться маршрутизатором. Маршрутизатор должен осуществлять логическое взаимодействие в сетевом комплексе, как это определено протоколом. Примеры маршрутизируемых протоколов: AppleTalk, DECNet, и IP.

Маска подсети (subnet mask). Маска подсети используется для выделения информации о сети и подсети из IP-адреса.

Модуль данных протокола (protocol data unit, PDU). Термин, обозначающий пакет в эта- лонной модели OSI.

Негарантированная доставка или "доставка в лучшем случае" (best-effort delivery). Та-

кая доставка осуществляется в том случае, когда сетевая система не использует механизм под- тверждения для гарантированной доставки информации.

Окно (window). Число октетов, которое может послать отправитель в ожидании сигнала подтверждения.

Определение пути (path determination). Решение, по какому пути следует направить поток данных. Определение пути происходит на сетевом уровне эталонной модели OSI.

Открытый протокол OSPF (Open Shortest Path First protocol, OSPF). Иерархический маршрутизирующий протокол состояния канала связи, предложенный в качестве замены RIP в среде Internet. Протокол OSPF обеспечивает уменьшение затрат, маршрутизацию с несколькими путями и балансировку нагрузки.

Очередь (queue). 1. Вообще: упорядоченный список элементов, ожидающих обработки. 2. Применительно к маршрутизации: число не переданных пакетов, ожидающих отправки через интерфейс маршрутизатора.

Пакет (packet). Логически сгруппированный блок информации, который включает за- головок, содержащий контрольную информацию, и (обычно) пользовательские данные. Термин "пакет" чаще всего употребляется в контексте блоков данных сетевого уровня. Термины "дейта- грамма", "фрейм", "сообщение" и "сегмент" (datagram, frame, message, segment) также исполь- зуются для описания логически сфуппированных блоков информации на разных уровнях эта- лонной модели OSI и в различных технологических циклах.

Переход (hop). Переход пакета данных между двумя узлами сети (например, между двумя маршрутизаторами).

Подсеть (subnetwork). Часть базовой сети передачи данных.

Протокол маршрутизации (routing protocol). Протокол, который осуществляет выбор маршрута путем реализации конкретного протокола. Примерами протоколов маршрутизации могут служить IGRP, OSPF и RIP.

Протокол маршрутизации внутреннего шлюза (Interior Gateway Routing Protocol, IGRP). Разработан корпорацией Cisco для определения проблем связанных с маршрутизацией, в больших гетерогенных сетях.

Протокол маршрутизации с выбором первого кратчайшего пути (shortest path first protocol, SPF). Обычно используется в протоколах состояния канала связи. Иногда называется ал-

горитмом Дейкстры (Dijkstra's algorithm).

Протокол маршрутизирующей информации (Routing Information Protocol, RIP). Про-

токол, поставляемый с UNIX BSD. Наиболее часто используемый протокол внутреннего шлюза Internet. В качестве маршрутизирующей метрики (показателя) использует индекс перехода.

Протокол обратного преобразования адресов (Reverse Address Resolution Protocol, RARP). Протокол семейства TCP/IP, представляющий собой метод определения IP-адресов по МАС-адресам.

Протокол преобразования адресов (Address Resolution Protocol, ARP). Internet-протокол семейства TCP/IP, используемый для преобразования IP-адреса в МАС-адрес. Описан в RFC 826.

Протокол маршрутизации состояния канала связи (link-state routing protocol). Протокол маршрутизации, в котором каждый маршрутизатор передает широковещательно (всем узлам в сети) или определенной группе адресов (групповая адресация) информацию относительно дос- тижимости каждого из своих соседей. Этот протокол создает согласованное представление о се- ти и не имеет тенденции к созданию петель, однако это дается ценой больших вычислительных трудностей и большего объема передаваемых данных (по сравнению с дистанционно- векторным протоколом).

Протокол управляющих сообщений Internet (Internet Control Message Protocol, ICMP).

Протокол сетевого уровня, который сообщает об ошибках и предоставляет другую информацию относительно обработки IP-пакета. Описан в RFC 792.

Разделение на уровни (layering). Разделение сетевых функций, используемое в эталонной модели OSI. Упрощает разрешение проблем, возникающих при взаимодействии компьютеров в сети.

Расширенный протокол маршрутизации внутреннего шлюза( Enhanced Interior Gateway Routing Protocol, EIGRP). Усовершенствованная версия IGRP, разработанная компанией Cisco. Обеспечивает улучшенные свойства сходимости и производительности и объединяет преимущества дистанционно-векторного протокола и протокола состояния канала связи. Также называется EIGRP.

Сбалансированный гибридный протокол (balanced-hybrid protocol). Сочетает в себе свойства дистанционно-векторного протокола и протокола состояния канала связи.

Сеансовый уровень (session layer). Пятый уровень эталонной модели OSI. Устанавливает, поддерживает и управляет сеансами связи между приложениями.

Сетевая карга (network interface card, NIC). Плата, обеспечивающая коммуникационные возможности компьютерных систем. Называется также сетевым адаптером (adapter).

Сетевой уровень (network layer). Третий уровень эталонной модели OSI. Уровень, на ко- тором происходит маршрутизация. Обеспечивает соединение и выбор пути между двумя конеч- ными системами. Примерно соответствует уровню контроля пути в модели SNA.

Сеть (network). Группа компьютеров, принтеров, маршрутизаторов, коммутаторов и других устройств, которые обмениваются друг с другом информацией посредством какой-либо пере- дающей среды.

Стандартный маршрут (default route). Запись в таблице маршрутизации, которая ис- пользуется для отправки фреймов, у которых нет явно указанного адреса следующей точки пе- рехода.

Статическая маршрутизация (static routing). Явно указанные и введенные в таблицу мар- шруты. Статические маршруты имеют преимущество перед маршрутами, выбранными в соот- ветствии с динамическими протоколами маршрутизации.

Транспортный уровень (transport layer). Четвертый уровень эталонной модели OSI. Сег- ментирует и преобразует данные в один поток. Транспортный уровень может гарантировать со- единение и обеспечивает надежную транспортировку.

Тупиковая сеть (stub network). Сеть, имеющая единственное соединение с маршру- тизатором.

Уведомление о состоянии канала связи (link-state advertisement, LSA). Широковеща-

тельный пакет, используемый протоколом состояния канала связи. Содержит информацию о со- седях и об их достижимости. LSA используется принимающими маршрутизаторами для обнов- ления своих таблиц маршрутизации. Иногда называется пакетом состояния канала связи (linkstate packets).

Управление доступом к передающей среде (Media Access Control, MAC). Часть ка-

нального уровня, включающая 6-байтный (48-битов) адрес источника и пункта назначения, а

также метод получения разрешения на передачу.

Управление потоком данных (flow control). Операции, выполняемые для предотвращения переполнения буферов данных в принимающих устройствах. Когда приемный буфер перепол- нен, посылающему устройству отправляется сообщение о приостановлении передачи до тех пор, пока данные в буфере не будут обработаны. В IBM-сетях эта методика называется опреде-

ляющей (pacing).

Уровень представления данных (presentation layer). Шестой уровень эталонной модели OSI. Обеспечивает представление данных и форматирование кода, а также согласование синтак- сиса передачи данных. Этот уровень гарантирует, что данные, которые прибывают из сети, мо- гут быть использованы приложением, а также то, что информация, посланная приложением, может быть передана в сеть.

Уровень приложений (application layer). Седьмой уровень Эталонной модели взаимо- действия открытых систем (OSI). Предоставляет сетевые службы для пользовательских прило- жений. Например, текстовый процессор обслуживается службами передачи файлов этого уров- ня.

Устройство подсоединения к передающей среде (media attachment unit, MAU). Ис-

пользуется в сетях Ethernet IEEE 802.3. Предоставляет интерфейс между АШ-портом станции и общей передающей средой Ethernet. MAU может быть отдельным или встроенным в станцию устройством и выполняет функции физического уровня, включая преобразование цифровых данных от интерфейса Ethernet, определение конфликтов (коллизий) и направление битов в сеть. Иногда называется устройством доступа к передающей среде (media access unit) или приемопе-

редатчиком (transceiver).

Физический уровень (physical layer). Первый уровень эталонной модели OSI. Этот уровень определяет электрические, механические, процедурные и функциональные спецификации для активизации, поддержания и отключения физического соединения между конечными система- ми. Соответствует уровню физического управления в модели SNA.

Ключевые темы этой главы

•Рассматриваются различные проблемы, возникающие в локальных сетях, такие как:

•коллизии

•использование метода CSMA/CD

•требования мультимедийных приложений к сети

•нормальная латентность

•расстояния и повторители

•избыточное широковещание

•Описывается процесс коммутации

•Описывается коммутация в локальных сетях и ее преимущества

•Описывается протокол распределенного связующего дерева

•Обсуждаются достоинства виртуальных локальных сетей

Интерфейс сетей типа Ethernet/802.3

Наиболее известной средой локальных сетей является Ethernet. Этот тип сети используется для обмена данными между сетевыми устройствами, такими как компьютеры, принтеры и фай- ловые серверы. Как показано на рис. 2.1, в сетях Ethernet все устройства подсоединены к одной и той же передающей среде. В среде Ethernet используется метод широковещания фреймов данных для передачи и получения данных во всех узлах, подсоединенных к общей передающей среде.

На эффективность работы локальных сетей Ethernet/802.3 могут негативно повлиять не- сколько факторов.

•Широковещательный характер передачи фреймов данных.

•Метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (carrier sense multiple access collision detect, CSMA/CD), который в каждый конкретный момент позволя-

ет передавать данные только одной станции.

•Возможность возникновения затора в сети в связи с возросшими требованиями к ширине полосы пропускания со стороны мультимедийных приложений, таких как видео и Internet.

•Латентность (задержка распространения) фреймов во время прохождения передающей среды 1-го уровня LAN и 1-го, 2-го и 3-го уровней сетевых устройств.

•Увеличение расстояний между устройствами сети Ethernet/802.3 за счет применения по- вторителей на 1-м уровне.

Сеть Ethernet, использующая CSMA/CD и общую передающую среду, может поддерживать скорости передачи до 10 Мбит/с. CSMA/CD представляет собой метод доступа, при котором в каждый конкретный момент может передавать только одна станция. Целью Ethernet является обеспечение негарантированной доставки и предоставление всем устройствам, подключенным к общей среде, равного права на передачу. Как показано на рис. 2.2, одной из присущих CSMA/CD проблем является возможность возникновения коллизий.