Преимущества логической структуризации сети

Ограничения, возникающие из-за использования одной разделяемой среды, можно преодолеть, разделив сеть на несколько разделяемых сред и соединив от­дельные сегменты сети такими устройствами, как мосты, коммутаторы или мар­шрутизаторы (рис. 9.16).

Перечисленные устройства передают кадры с одного своего порта на другой, анализируя адрес назначения, помещенный в этих кадрах. (В отличие от концен­траторов, которые повторяют кадры на всех своих портах, передавая их во все подсоединенные к ним сегменты, независимо от того, в каком из них находится станция назначения.) Мосты и коммутаторы выполняют операцию передачи кадров на основе плоских адресов канального уровня, то есть МАС-адресов, а маршрутизаторы — на основе номера сети. При этом единая разделяемая среда, созданная концентраторами (или в предельном случае — одним сегментом кабе­ля), делится на несколько частей, каждая из которых присоединена к порту мос­та, коммутатора или маршрутизатора.

Рис. 9.16. Логическая структуризация сети

Говорят, что при этом сеть делится на логические сегменты или сеть подвергает­ся логической структуризации. Логический сегмент представляет собой единую разделяемую среду. Деление сети на логические сегменты приводит к тому, что нагрузка, приходящаяся на каждый из вновь образованных сегментов, почти все­гда оказывается меньше, чем нагрузка, которую испытывала исходная сеть. Сле­довательно, уменьшаются вредные эффекты от разделения среды: снижается время ожидания доступа, а в сетях Ethernet — и интенсивность коллизий.

Для иллюстрации этого эффекта рассмотрим рис. 9.17. На нем показаны два сегмента, соединенные мостом. Внутри сегментов имеются повторители. До де­ления сети на сегменты весь трафик, генерируемый узлами сети, был общим (представим, что место межсетевого устройства также занимал повторитель) и учитывался при определении коэффициента использования сети. Если обозна­чить среднюю интенсивность трафика, идущего от узла i к узлу j через С_ij, то суммарный трафик, который должна была передавать сеть до деления на сегмен­ты, равен С_ = С_ij (считаем, что суммирование проводится по всем узлам).

После разделения сети на сегменты нагрузка каждого сегмента изменилась. При ее вычислении теперь нужно учитывать только внутрисегментный трафик, то есть трафик кадров, которые циркулируют между узлами одного сегмента, а так­же межсегментный трафик, который либо направляется от узла данного сегмен­та узлу другого сегмента, либо приходит от узла другого сегмента в узел данного сегмента. Внутренний трафик другого сегмента нагрузку на данный сегмент больше не создает.

Рис. 9.17. Изменение нагрузки при делении сети на сегменты

Поэтому нагрузка, например, сегмента S1 стала равна C_S1 + C_S1-S2, где C_S1 — внут­ренний трафик сегмента S1, a C_S1-S2 — межсегментный трафик. Чтобы показать, что нагрузка сегмента S1 уменьшилась, заметим, что общую нагрузку сети до разделения на сегменты можно записать в такой форме: С_ = С_S1 + C_S1-S2 + C_S2, а значит, нагрузка сегмента S1 после разделения стала равной C_ - C_S2, то есть уменьшилась на величину внутреннего трафика сегмента S2. А раз нагрузка на сегмент уменьшилась, то в соответствии с графиками, приведенными на рис. 9.14 и 9.15, задержки в сегментах также уменьшились, а полезная пропускная способ­ность сегмента в целом и полезная пропускная способность, приходящаяся на один узел, увеличились.

Выше было сказано, что деление сети на логические сегменты почти всегда уменьшает нагрузку в новых сегментах. Слово «почти» учитывает очень редкий случай, когда сеть разбита на сегменты так, что внутренний трафик каждого сег­мента равен нулю, то есть весь трафик является межсегментным. Для примера, представленного на рис. 9.17, это означало бы, что все компьютеры сегмента S1 обмениваются данными только с компьютерами сегмента S2, и наоборот.

Такой случай является, естественно, экзотическим. На практике на предприятии всегда можно выделить группу компьютеров, которые принадлежат сотрудни­кам, выполняющим общую задачу. Это могут быть сотрудники одной рабочей группы, отдела, другого структурного подразделения предприятия. В большин­стве случаев им нужен доступ к ресурсам сети их отдела и только изредка — дос­туп к удаленным ресурсам. И хотя уже упомянутое эмпирическое правило, го­ворящее о том, что можно разделить сеть на сегменты так, что 80 % трафика составят обращения к локальным ресурсам и только 20 % — к удаленным, сего­дня трансформируется в правило 50 на 50 % и даже 20 на 80 %, все равно внутри­сегментный трафик существует. Если его нет, значит, сеть разбита на логические подсети неверно.

Большинство крупных сетей разрабатывается на основе структуры с общей ма­гистралью, к которой через мосты и маршрутизаторы присоединяются подсети. Эти подсети обслуживают различные отделы. Подсети могут делиться и далее на сегменты, предназначенные для обслуживания рабочих групп.

В общем случае деление сети на логические сегменты повышает производитель­ность (за счет разгрузки сегментов) и гибкость сети, увеличивая степень защиты данных, а также облегчает управление сетью.

Сегментация увеличивает гибкость сети. При построении сети как совокупности подсетей каждая подсеть может быть адаптирована к специфическим потребно­стям рабочей группы или отдела. Например, в одной подсети может использо­ваться технология Ethernet и ОС NetWare, а в другой Token Ring и OS-400, в со­ответствии с традициями того или иного отдела или потребностями имеющихся приложений. Вместе с тем у пользователей обеих подсетей есть возможность обмениваться данными через межсетевые устройства, такие как мосты, коммута­торы, маршрутизаторы. Процесс разбиения сети на логические сегменты можно рассматривать и в обратном направлении, как процесс создания большой сети из модулей — уже имеющихся подсетей.

Подсети повышают безопасность данных. При подключении пользователей к различным физическим сегментам сети можно запретить доступ определенных пользователей к ресурсам других сегментов. Устанавливая различные логиче­ские фильтры на мостах, коммутаторах и маршрутизаторах, можно контролиро­вать доступ к ресурсам, чего не позволяют сделать повторители.

Подсети упрощают управление сетью. Побочным эффектом снижения трафика и повышения безопасности данных является упрощение управления сетью. Про­блемы очень часто локализуются внутри сегмента. Как и в случае структуриро­ванной кабельной системы, проблемы одной подсети не оказывают влияния на другие подсети. Подсети образуют логические домены управления сетью.

Сети должны проектироваться на двух уровнях: физическом и логическом. Ло­гическое проектирование определяет места расположения ресурсов, приложений и способы группировки этих ресурсов в логические сегменты.