8.Сетевые устройства локальных сетей: мосты и коммутаторы.

Коллективное использование компьютерами общей кабельной системы в режиме разделения времени приводит к существенному снижению производительности сети при интенсивном трафике. Общая среда перестает справляться с потоком передаваемых кадров и в сети возникает очередь компьютеров , ожидающих доступа. Эта проблема может быть решена путем логической структуризации сети с помощью мостов, коммутаторов, маршрутизаторов.(рис Логическая структуризация сети)

Мост , а также его быстродействующий функциональный аналог- коммутатор, делят общую среду передачи данных на логические сегменты, передовая инф-цию из одного сегмента в другой только в том случае, если адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети. Т.е. коммутатор изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность передачи данных в сети. Область действия мостов и коммутаторов является канальный уровень. Разница между мостом и коммутатором состоит в том, что мост в каждый момент времени может осуществлять передачу кадров только между одной парой портов (мост имеет 1 процессорный блок), а коммутатор одновременно поддерживает потоки данных между всеми своими портами (каждый порт коммутатора оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры не зависимо от процессоров других портов). Другими словами мост передает кадры последовательно, а коммутатор параллельно, за счет этого производительность коммутаторов намного выше производительности моста.

В последнее время локальные мосты (мосты, которые устанавливают соединение между двумя локальными сетями) полностью вытеснены коммутаторами. Мосты могут работать в сетях, но только на достаточно медленных глобальных связях между двумя удаленными локальными сетями (удаленные мосты).рис- Приблизительная архитектура сети, использующей локальные и удаленные мосты

Различают следующие типы коммутаторов:

• Коммутаторы на базе коммутационной матрицы; входные блоки процессоров портов, на основании просмотра адресной таблицы коммутатора, определяют по адресу назначения номер выходного порта.

• коммутаторы с общей шиной; процессоры портов связываются высокоскоростной шиной, используемой в режиме разделения времени.

• Коммутаторы с разделяемой памятью, где входные блоки процессоров портов соединяются с переключаемым входом разделяемой памяти, а выходные блоки этих же процессоров соединяются с переключаемым выходом этой памяти. Переключением входа и выхода разделяемой памяти управляет менеджер очередей выходных портов. Процессоры входных портов передают менеджеру запрос на запись данных в очередь того порта, который соответствует адресу назначения пакета. Менеджер по очереди переключает вход памяти к одному из входных портов и переписывает часть данных в очередь определенного выходного порта. По мере заполнения очередей менеджер производит поочередное подключение выходов памяти к выходным портам. После чего данные записываются из очереди в буфер процессора выходного порта и далее передается в сеть.

• Комбинированные коммутаторы; состоят из модулей с фиксированным количеством портов и высокоскоростной шины. Каждый модуль реализован на спец. микросхеме и имеет архитектуру коммутационной матрицы. Если осуществляется передача данных между пользователями, порты которых принадлежат одному модулю, передача данных происходит через коммутационную матрицу этого модуля. Если же порты принадлежат разным модулям, то передача данных осуществляется с помощью коммутационной матрицы и высокоскоростной шины.

9.Сетевые устройства локальных сетей: маршрутизаторы

Основной задачей сетевого уровня является маршрутизация, т.е. передача пакетов между двумя конечными узлами составной сети. Маршрутизацией называется выбор наиболее оптимального пути (маршрута). Самый короткий путь не всегда самый лучший. Часто критерием при выборе маршрута является время передачи данных по этому маршруту (оно зависит от пропускной способности каналов связи и интенсивности трафика, который может изменяться с течением времени), надежность передачи, стоимость и другие параметры.

На рисунке показаны четыре сети, связанные тремя маршрутизаторами. Между узлами А и В данной сети пролегают два маршрута: первый через маршрутизаторы 1 и 3, а второй через маршрутизаторы 1, 2 и 3.

Рисунок — Пример составной сети

Маршрут – последовательность маршрутизаторов, которые должен пройти пакет от отправителя к получателю. Маршрутизатор (router) — это устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на ее основании пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения. Маршрутизатор – сложное многофункциональное устройство, в задачи которого входит: построение таблиц маршрутизации, определение на её основе маршрута, буферизация и фильтрация пакетов, поддержка сетевых интерфейсов.

Функции маршрутизаторов:

1. Маршрутизаторы могут объединять не только локальные сети с различными технологиями, но и локальные сети с глобальными

2. В отличии от коммутаторов маршрутизаторы не распространяют поврежденные пакеты

3. Маршрутизатор позволяет организовывать в сети избыточные связи, образующие петли, т.к. он принимает решение о передаче пакетов на основании более полной инф-ции о топологии сети, чем коммутатор

4. Маршрутизатор может обеспечить приоритетный порядок обслуживания пакетов.

Классификация маршрутизаторов по области применения:

• магистральный предназначен для построения центральных сетей корпорации. Центральная сеть может состоять из большого количества локальных сетей, разбросанных по разным зданиям и использующих самые разнообразные сетевые технологии;

• маршрутизаторы региональных отделений соединяют региональные отделения между собой и с центральной сетью

• маршрутизаторы удаленных офисов соединяют как правило единственную локальную сеть удаленного доступа с центральной сетью

• маршрутизаторы локальных сетей предназначены для разделения крупных локальных сетей на подсети

12. Методы коммутации сетей связи: коммутация каналов, пакетов, сообщений.

Любая сеть поддерживает некоторые способы коммутации абонентов между собой. Поскольку предоставление каждой паре абонентов индивидуальных соединений нецелесообразно, то любая сеть использует те или иные способы коммутации. Узлы связи и соединения между ними общие. Различают 3 способа коммутации: КК,КП,КС.

Рисунок - Общая структура сети с коммутацией абонентов(1-8 — компьютеры, A-G — коммутаторы)

Как сети с КК, так и сети с КП можно разделить на 2 класса: сети с динамической коммутацией (сеть позволяет устанавливать соединение по инициативе пользователя сети, т.е. коммутация выполняется на время сеанса связи, а затем по инициативе одного из пользователей коммутация разрывается.) и сети с постоянной коммутацией (сеть не предоставляет пользователю выполнение динамической коммутации с другим произвольным пользователем сети. Вместо этого сеть разрешает паре пользователей заказать соединение на длительный период времени(неделя, месяц). И соединение устанавливается не пользователем, а персоналом обслуживающим сеть).

КК подразумевает образование регулируемого составного физического канала из последовательно соединенных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. Отдельные каналы соединяются между собой спец. аппаратурой – коммутаторами. Особенности: равенство скоростей передачи данных в каждом из составляющих физических каналов; в сети с КК перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуры установления соединения в процессе которой и создается составной канал. Пример. Узел 1, чтобы передать данные узлу 7, сначала должен передать специальный запрос на установление соединения коммутатору A, указав адрес назначения узла 7. Коммутатор А должен выбрать маршрут образования составного канала, а затем передать запрос следующему коммутатору (E). Коммутатор E передает запрос коммутатору F, а тот, в свою очередь, передает запрос узлу 7. Если узел 7 принимает запрос на установление соединения, он направляет по уже установленному каналу ответ исходному узлу, после чего составной канал считается скоммутированным, и узлы 1 и 7 могут обмениваться по нему данными.Недостатком является невозможность применения пользовательской аппаратуры, работающей с разной скоростью.

Техника КП была разработана для эффективной передачи компьютерного трафика. При КП все сообщения разбиваются на сравнительно небольшие части (пакеты). Пакеты могут иметь переменную длину. Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная инф-ция, необходимая для доставки пакета к узлу назначения, а также № пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения. Пакеты транспортируются в сети как независимые блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты от узла источника и на основании адресной инф-ции передают их друг другу до узла назначения. Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что они имеют большую буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета. Достоинства КП: 1. высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика; 2. возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи между абонентами в соответствии с реальными потребностями их трафика. Недостатки КП: 1. неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети, обусловленная тем, что задержки в очередях буфера сети зависят от общей загрузки сети; 2. возможность потери данных из-за буфера данных.

Под КС понимается передача единого блока данных между транзитными компьютерами сети с временной буферизацией этого блока на диске компьютера. Сообщение имеет произвольную длину, которая определяется содержанием информации, составляющей это сообщение.