Логические узлы

Прежде, чем перейти к рассмотрению логических сегментов, введем понятие узла как элемента модели логической топологии сети.

Логическими узлами или далее сокращенно узлами (Nodes)сети называются любые физические устройства, наделенные адресными идентификаторами.

Узел может быть компьютером (рабочей станцией или сервером), коммуникационным устройством, сетевым принтером – любым устройством, имеющим сетевой интерфейс(установленную сетевую плату (NetworkInterfaceCard,NIC)).

ПРИМЕЧАНИЕ. Обратите внимание на многоаспектность использования термина «узел». Его толкование зависит от контекста, где он употребляется. Заметьте, во всех предыдущих разделах мы употребляли словосочетания: сервисный узел, опорный узел, узел доступа, узловой пункт. И только сейчас мы будем употреблять понятие «узел» в смысле приведенного выше определения.

Узел, в котором не предусматривается выполнение функций узловых пунктов (концентрации, мультиплексирования, коммутации либо маршрутизации), будем называет хостом (Host).

Хосты – это узлы, которые являются оконечными системами информационной сети и не могут выполнять функции транзитных узловых пунктов. Для уточнения именно этого аспекта, далее по тексту вместо термина «узел» будет использоваться термин «хост».

ПРИМЕЧАНИЕ. К сведению, термин «хост» широко используется в Интернете. Все компьютеры, наделенные уникальными ІР-адресами и доменными именами, предназначенные для выполнения программ пользователей и включенные в глобальную сеть, традиционно называются хостами.

Адресные идентификаторыподразделяются наадресаузлов исетевые адреса.

Адреса узлов имеют общее название – локальные (аппаратные) адреса. Слово «локальный» означает «действующий в пределах конкретного сегмента».

В локальных сегментах локальные адреса еще называются физическими адресами,адресами МАС (MediumAccessControl), что в переводе означает адрес точки управления доступа к среде,адресами NIC. Это уникальные числовые значения, которые могут назначаться как программно, так и аппаратно. Например, сетевые интерфейсные платы архитектурыEthernetимеют уникальные адресаNIC, назначаемые компанией-изготовителем, а адреса платTokenRingиARCnetустанавливаются при помощи специальных перемычек или переключателей.

В территориальных сегментах локальные адреса идентифицируют сетевые интерфейсы взаимодействующих внутри них узлов и формируются в соответствии со схемой адресации, предусмотренной используемой телекоммуникационной технологией (X.25,ATM,FrameRelay).

Сетевой адрес - это логический адрес, присваиваемый администрацией (специальным международным органом), который определяет сегмент, к которому присоединено устройство. Полный сетевой адрес узла состоит из номера сети, который является общим для всех узлов, входящих в сегмент, и уникального в этой сети номера узла. В информационной сети (как логической надстройке) используются также идентификаторы (адреса) прикладных процессов, взаимодействующих через сеть, но в данном случае мы их не рассматриваем, поскольку процессы не является физическими устройствами.

Виды сегментов в модели логической сегментации

В качестве сегментов сети на уровне модели логической сегментации будем рассматривать сегменты замыкания трафикаилогические сети.

Сегментом замыкания трафика называетсялогически структурированный сегмент, объединяющий хосты по принципу максимальной локализации трафика в пределах конкретной группы пользователей.

Масштаб такого сегмента определяется количеством объединяемых в нем хостов.

Распределение трафика, предназначенного хостам некоторого сегмента только в пределах этого сегмента назовется локализацией трафика [4], а трафик, которым обмениваются хосты между собой, -локальным.

Уровень опорного узла, через который хосты обмениваются сообщениями локального трафика сегмента, называется уровнем замыкания трафика(рис. 4.13).

Рисунок 4. Уровни замыкания локального трафика.СЗТ – сегмент замыкания трафика

В трафике, генерируемом хостами любого сегмента, как правило, можно выделить некоторую долю трафика, предназначенного хостам других сегментов, т.е., направляемую за пределы рассматриваемого сегмента. В этом случае можно говорить, что один и тот же сегмент выполняет несколько функциональных задач и выступает одновременно в нескольких ролях:

• распределяет локальный трафик хостов и является для них сегментом замыкания трафика;

• формирует трафик, направляемый во внешнюю магистраль, и таким образом является для него сегментом, выполняющим функции сети доступа;

• распределяет трафик, поступающий из внешней магистрали, выполняя функции распределительной сети.

ПРИМЕЧАНИЕ. В случае полного отсутствия локального трафика, сегмент выполняет чисто телекоммуникационные функции и выступает соответственно в роли либо сети доступа, либо распределительной сети (либо то и другое одновременно) (рис. 4.14).

Масштабирование сегментов замыкания трафика

Масштабирование сегментов замыкания трафика отражает системообразующие принципы построения информационных и телекоммуникационных сетей.

Масштабирование сегментов замыкания трафика можно рассматривать как процесс объединения сегментов меньшего масштаба с целью получения сегмента более крупного масштаба. Такое объединение осуществляется при помощи сегмента с более высоким статусом - магистрального сегмента.

Магистральный сегмент на уровне модели организационной структуры будем называть магистральной сетью (BackboneNetwork). Отличительной особенностью магистрального сегмента являются повышенные требования к пропускной способности магистральных линий и производительности узлов соответственно их уровням иерархии.

Рисунок 5. Опорная магистраль: а) Хребтовая сеть; б) Транспортное кольцо.

Магистральная сеть образует уровень замыкания трафика для объединяемых сегментов и обеспечивает информационный обмен между всеми входящими в них хостами. Ниже приводится толкование наиболее часто употребляемых терминов, с помощью которых удобно различать магистральные сегменты в модели организационной структуры сети:

• Опорная магистраль (Backbone) – сегмент, построенный по принципу общей коммуникационной среды и выполняющий функцию транспортной сети, т.е. перераспределения трафика между всеми объединяемыми ею сегментами низших уровней. Различие топологических вариантов реализации опорной магистрали (шина, кольцо) отражаются, в таких конкретных терминах как: «хребтовая сеть», «транспортное кольцо» (см. рис. 4.15 а, б).

• Опорная сеть представляет собой сегмент, образованный совокупностью опорных узлов, соединенных поперечными магистралями (см. рис. 4.16 б). Чем полнее связность опорной сети, тем выше надежность связи между объединяемыми сегментами.

• Сколлапсированная магистраль (CollapsedBackbone) - стянутая в точку опорная сеть, точнее один опорный узел, обычно уровня ядра (см. рис. 4.16 в). Условно говоря, объединение отдельных сегментов в данном случае осуществляется в пределах внутренней магистрали одного коммуникационного устройства.

• Базовая сеть(CoreNetwork) – сегмент, представляющий собой опорную магистраль либо опорную сеть уровня ядра. Служит для объединения магистральных сетей разных операторов (см.рис. 4.17)

Не трудно убедиться, что построение магистральных сегментов базируется на тех же композиционных принципах, что и построение любых сегментов.

Магистральный сегмент может быть организован на любом из уровней (доступа, распределения, ядра), на котором осуществляется замыкание трафика хостов объединяемых сегментов (см. рис. 4.16).

Рисунок6.Магистральные сегменты, образованные на разных

уровнях

а) Магистральный сегмент с кольцевой топологией на уровне доступа.

б) Магистральный сегмент (полно связная опорная сеть) на уровне распределения.

в) Сколлапсированная магистраль на уровне ядра.

В общем случае определение уровня, на котором целесообразна организация магистрального сегмента, представляет собой нетривиальную технико-экономическую задачу. Основными факторами, которые следует учитывать при ее решении, выступают: характер тяготений корреспондирующих пар хостов (соотношение долей трафика информационного обмена и обращений к сетевым ресурсам), территория, охватываемая сетью, характер функциональных задач выполняемых сегментами.

Например, для сети предприятия, занимающего одно здание, все сегменты сетей его подразделений, в которых замыкается локальный трафик, могут быть объединены с помощью одного опорного узла уровня ядра (вариант сколлапсированной магистрали). Организация доступа к ресурсам внешних сетей, по отношению к сегменту замыкания трафика (например, сети предприятия, имеющей долю внешнего трафика). Сколлапсированная магистраль при этом уже выступает в роли опорно-транзитного узла. К ресурсам Интернет сеть предприятия получает доступ на правах корпоративного клиента, подключаясь к точке присутствия (РОР) провайдера своего региона. Для получения доступа к телекоммуникационным службам необходимо обеспечить доступ к сервисному узлу регионального оператора.

Сеть оператора, предоставляющего телекоммуникационные услуги на региональном уровне тоже можно рассматривать как сегмент замыкания трафика, объединяющего хосты данного региона. Множество хостов в этом случае удобно разбить на группы компактного расположения. Для каждой такой группы организуется локальный сегмент замыкания трафика. В случае полного отсутствия локального трафика такой сегмент выступает исключительно в роли сети доступа. Все сегменты объединяются с помощью магистрального сегмента (например, транспортной сети). Уровень магистрального сегмента соответственно определяет уровень замыкания трафика. Совокупность сегментов доступа и магистрального сегмента образуют телекоммуникационную сеть регионального оператора. Для обеспечения доступа в сеть оператора следующего уровня (национального оператора), региональный оператор подключается к точке его присутствия в регионе.

Если сеть содержит узловые пункты, принадлежат только одному уровню (например, уровню доступа), объединенные магистральным сегментом (опорной магистралью либо опорной сетью), ее называют плоской(см. рис. 4.16 а). Если магистральный сегмент включает узловые пункты более одного уровня, соединенные радиальными и поперечными магистралями, сеть называютструктурированнойили выпуклой (см. рис. 4.16 б, в).

Магистральные сегменты принято различать в соответствии с иерархией масштаба. Уровню масштаба LANсоответствуют магистральные сети предприятий. Уровню масштаба МАNсоответствуют магистральные сегменты местных территориальных сетей, часто называемыхMETRO(Metropolitan). Уровню масштабовWANиGANсоответствуют базовые сетиCORE.

Объединение логических сетей

Совокупность связанных логических сетей называется интерсетью (internet work, internet). Термин «интерсеть», в отличие от названия глобальной сети «Интернет», всегда пишется строчными буквами, хотя принципу организации это одно и то же. Отдельные логические сети выступают в качестве сегментовинтерсети.

Обмен трафиком двух и более логических сетей называют межсетевым взаимодействием (internetworking). Пограничным коммуникационным устройством, выполняющим процедуру межсетевого взаимодействия, является маршрутизатор. Он способен различать сетевой адрес и выполнять фильтрацию трафика, обеспечивая тем самым разгрузку магистрали. Поскольку понятие «номер сети» относительно, то в случае, когда в одном узле (маршрутизаторе либо сервере, настроенном в режиме маршрутизатора) установлено несколько программных продуктов, поддерживающих работу разных сетей, узел считается принадлежащим одновременнонескольким логическим сетям (см. рис. 7).

Рисунок 7.Объединение логических сетей, поддерживающих разное ПО

Межсетевое взаимодействие удаленных логических сетей обеспечивается с использованием территориального транспорта сетей операторов. На региональном уровне (MAN) это, как правило, телекоммуникационные сегменты, построенные с использованием одной сетевой технологии (ISDN,X.25,FrameRelay). Такая технологически однородная сеть получила название «облако».

Облако – это любая телекоммуникационная инфраструктура с однородными внешними интерфейсами, подробностями внутреннего устройства которой при организации промежуточного транспорта информационных потоков межсетевого взаимодействия двух и более логических сетей, не интересуются.

Примеров организации такого взаимодействия является построение корпоративной сети с территориально удаленными сетями филиалов и центральной штаб-квартиры. При значительном удалении логических сетей, например, когда они расположены на разных континентах, схема организации транспорта намного сложнее и включает сети операторов нескольких уровней (см. рис. 4.18).

В глобальной сети Интернет роль пограничного узла, где сходятся несколько логических сетей, выполняют, точки сетевого доступа (NAP) или присутствия (POP), о которых упоминалось выше. Это несколько пограничных маршрутизаторов разных логических сетей, объединенных высокоскоростной магистралью (см. рис. 4.19)

Логические сети сервис-провайдеров, являющиеся сегментами Интернет образуют иерархию, которая, как и сетевых операторов, представлена сетями разного уровня (национального, регионального, местного) (см. рис. 3.4).

Управление в интерсети носит, как правило, децентрализованный характер (общий центр управления отсутствует). Это характерно и для Интернет. Системо-образующим фактором в этой мозаичной глобальной сети является политика централизованного назначения сетевых адресов. Известно, что в Интернете помимо числовых адресов используются символьные адреса – доменные имена. Все пространство имен разделено на домены, организованные по иерархическому принципу (малые домены входят в состав более крупных доменов и т.д.). Эти вопросы подробно изучаются в третьем модуле.

Рисунок 8.Организация взаимодействия удаленных логических сетей

через сети операторов разных уровней

Рисунок 9. КонфигурацияNAP

ИСП – Интернет-сервис провайдер

13