3.5.3. Технология fddi

Технология FDDI также представляет собой кольцевую технологию, но она была разработана фирмой IBM для оптоволоконного кабеля и в настоящее время используется, в основном, для построения магистральных сетей. Метод доступа к передающей среде в сети FDDI очень похож на метод доступа сети Token Ring и предусматривает передачу маркера по кольцу от одной рабочей станции к другой. Однако в отличие от Token Ring, сети FDDI состоят из двух колец построенных на многомодовых оптических кабелях 62,5/125, маркеры в которых циркулируют в противоположных направлениях. Дублирование колец производится для повышения надежности сети и увеличения производитель­ности ее работы.

При отказе узла или соединяющего пару узлов канала одного кольца – трафик переводится на второе кольцо, и работоспособность сети сохраняется. Это состояние называется «свернутое кольцо» (wrapped ring). Компьютеры в сети FDDI называют станциями двойного подключения DAS. Используются также концентраторы двойного подключения DAC.

Сети FDDI поддерживают скорость 100 Мбит/с и передачу данных на большие расстояния. Максимальная длина окружности сети FDDI составляет 100 км, а расстояние между рабочими станциями - 2 км.

Следует упомянуть и о существовании аналога технологии FDDI - технологии CDDI, которая предполагает использование вместо оптоволокна - медного кабеля, естественно, при значительном сокращении расстояния между узлами сети.

Кадр протокола FDDI

• Преамбула – 8 байт чередующихся 0 и 1, используемых системой для синхронизации, которые затем сбрасываются.

• Начальный ограничитель кадра (Delimiter) – 1 байт.

• Управление кадром – 1 байт, определяет тип данных в пакете – управление станцией, управление доступом или управление логической связью

• Адрес назначения – 6 байт, шестнадцатеричный адрес (MAC address) сетевой карты узла назначения.

• Адрес источника – 6 байт, шестнадцатеричный адрес сетевой карты узла - источника.

• Данные – примерно 1,5 – 4 Кбайт

• Контрольная сумма – 4 байт

• Конечный ограничитель – 0,5 байт = 4 бит

• Конечная последовательность – 1,5 байт = 12 бит, содержит указатели ошибок, подтверждение приема и копирования, которые используются узлами для определения состояния кадра.

Кольцевые технологии и сегодня находят применение как альтернатива дорогой технологии ATM и ненадежным разновидностям низкоскоростных технологий Ethernet. Однако в настоящее время с кольцевыми технологиями все успешнее конкурируют технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet.

3.6. Адресация узлов в компьютерной сети

3.6.1. Сетевые ip адреса

При объединении компьютеров в сеть, возникает необходимость их адресации, точнее адресации их сетевых интерфейсов, поскольку каждый компьютер может иметь до (N-1) интерфейсов в полносвязной структуре из N компьютеров. В качестве адреса интерфейса (узла) в компьютерной системе естественно использовать некоторое число, причем от разрядности этого числа зависит количество компьютеров с уникальными адресами, которое может присутствовать в данной сети (понятно, что узлы с одинаковыми адресами не могут сосуществовать в одной сети).

Например, если в качестве адреса использовать одноразрядное число в десятичной системе счисления, т.е. цифры от нуля до 9, то в такой сети максимальное число компьютеров составит 10. Соответственно, если использовать трехразрядное число в двоичной системе счисления, тогда максимальное число компьютеров в такой сети составит (111)₂ = 8 (учитывая нулевой адрес).

Разработчики системы адресации, оценивали перспективы развития компьютерных сетей, (это было в конце 70-х годов XX века). Они пришли к выводу, что если объединить все компьютеры мира в единую сеть, то для того чтобы каждый из них мог иметь уникальный адрес, в качестве такого адреса достаточно применить 32 разрядное число в двоичной системе счисления. Таким образом, было принято решение: - для адресации интерфейсов во всех компьютерных сетях использовать двоичные числа с разрядностью 32, или четыре байта. Эта система IP адресации получила название IPv4 (IP адреса версия 4). Система IPv4 теоретически дает возможность получить почти 4 миллиарда уникальных адресов интерфейсов (или узлов) во всемирной сети. Такое число узлов во всемирной сети тогда казалось практически недостижимым. Таким образом, на то время проблема была разрешена, но как оказалось – ненадолго. Дело в том, что широко распространенный протокол TCP/IP налагает строгие ограничения на порядок применения IP адресов в локальных и глобальных компьютерных сетях, что сильно ограничивает количество применимых адресов.

С другой стороны за последнее время в мире произошел (и еще продолжается) взрывной рост количества персональных компьютеров и других устройств, использующих сетевые технологии. Вследствие этого в настоящее время уже более половины всех доступных IP адресов уже задействованы. Были предприняты различные технические и технологические меры для смягчения остроты проблемы, но в итоге компьютерное сообщество пришло к выводу, что необходимо ввести новую систему IP адресации. В настоящее время предложена, и активно продвигается система IP адресов, состоящих уже из 128 разрядных чисел в двоичной системе счисления. Такая система называется IPv6 (или еще IPng (Next Generation)). Система IPv6 имеет многие преимущества перед старой системой IPv4, но главное из них заключается именно в том, что для обозначения IP адреса здесь используются 128 разрядные числа. Число узлов сети, адресуемых с помощью IPv6 так велико, что его с лихвой хватит для развертывания компьютерной сети в пределах видимой части вселенной (для интересующихся, - оно составляет в десятичной системе счисления: 340282366920938463463374607431768211456).

К сожалению, переход от IPv4 к IPv6 происходит довольно медленными темпами, так что в ближайшем будущем в мире будут, в основном, использовать старую систему. Поэтому мы ограничимся только рассмотрением системы адресации IPv4.

Из изложенного уже понятно, что IP адрес – это число, которое однозначно идентифицирует любой узел в компьютерной сети. IP адресация работает на сетевом уровне стека протоколов TCP/IP, и, таким образом, она не привязана к физическим (аппаратным) адресам реальных узлов компьютерной сети, в частности, не зависит от MAC адресов сетевых интерфейсов.

Адреса по числу адресуемых интерфейсов подразделяются на несколько типов.

• Уникальный адрес (unicast).

• Групповой адрес (multicast), пакет с групповым адресом доставляется каждому из узлов, входящих в в группу. Узлы сами идентифицируют себя, то есть определяют, к какой из групп они относятся. Один и тот же узел может входить в несколько групп. Групповой адрес не делится на поля номера сети и узла и обрабатывается маршрутизатором особым образом.

• Адрес произвольной рассылки (anycast), информация доставляется не каждому узлу из группы, а любому из них.

Адреса могут быть числовыми или символьными, но в их основе всегда лежит число. Множество всех адресов, которые являются допустимыми в рамках данной системы адресации, называется адресным пространством. Адресное пространство может иметь плоскую, линейную организацию (неструктурированное множество точек), или быть организованным, чаще всего иерархически.

В соответствии с принципами иерархии адресное пространство организовано в виде вложенных подгрупп, последовательно сужающих адресуемую область до конкретного сетевого интерфейса. Этот вариант адресации более удобен и экономичен.

Существует три типа адресов:

• физический (MAC-адрес);

• сетевой логический (IP-адрес);

• символьный (DNS-имя).

Каждый компьютер в internet сети с протоколами TCP/IP имеет адреса всех трех типов.

Физический (локальный) адрес узла сети определяется используемой сетевой технологией. Для узлов, входящих в локальные сети - это адрес МАС (Media Access Control) сетевого адаптера или порта маршрутизатора. Он состоит из 6 байт, разделяемых знаками «-» или «:», обычно в шестнадцатеричной системе счисления, например, такой адрес: 10-А1-17-3D-BC-01.

МАС адреса физических интерфейсов назначаются производителями оборудования и являются уникальными для каждого интерфейса. Для всех существующих технологий локальных сетей, в МАС адресах старшие 3 байта – это идентификатор фирмы производителя, а младшие 3 байта назначаются уникальным образом самим производителем. Таким образом, адресное пространство MAC адресов локальных сетей не является структурированным.

Для узлов, входящих в региональные или глобальные сети, такие как Х.25 или Frame Relay, локальный адрес назначается администратором глобальной сети.

Сетевой IP-адрес каждого узла обычно назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов.

IP-адреса организованы иерархически. Они состоят из двух частей: левой - номера сети и правой - номера узла. Номер сети может быть выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения Internet (Network Information Center, NIC), если сеть должна работать как составная часть Internet. Обычно провайдеры услуг Internet получают диапазоны разрешенных к применению адресов у подразделений NIC, а затем распределяют их между своими абонентами.

Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального, физического MAC адреса узла. Деление IP-адреса на поле номера сети и номера узла - гибкое. Для обеих частей адреса используются некие числа, не связанные с технологиями сетей или узлов, что обеспечивает универсальность такого подхода. Узел может входить в несколько IP-сетей. В этом случае узел должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей.

Таким образом, IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.

IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме, разделенных точками, например:

128.10.3.31 - традиционная десятичная форма представления адреса,

10000000 00001010 00000011 00011111 - двоичная форма представления этого же адреса.

(Здесь промежутки между каждыми восемью битами введены для удобства чтения.)

Существует три основных класса IP-адресов, которые приводятся в таблице:

Класс IP адреса	Первые биты адреса в двоичном счислении	Наименьший адрес сети в десятичном счислении	Наибольший адрес сети в десятичном счислении	Число узлов в сети
А	0	1.0.0.0	126.0.0.0	224 = 16 млн.
B	10	128.0.0.0	191.255.0.0	216 = 65 тыс.
С	110	192.0.0.0	223.255.255.0	28 = 256

Таблица 3.6.1. Классы IP адресов

Адрес состоит из двух логических частей - номера сети и номера узла в сети. Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая к номеру узла, определяется значениями первых битов адреса:

Если адрес начинается с 0, то сеть относят к классу A, и номер сети занимает один байт, остальные 3 байта интерпретируются как номер узла в сети. В сетях класса A количество узлов должно быть больше 216 , но не превышать 224.

Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу B и является сетью средних размеров с числом узлов 2⁸ - 2¹⁶. В сетях класса B под адрес сети и под адрес узла отводится по 16 битов, (по 2 байта).

Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса C с числом узлов не больше 2⁸. Под адрес сети отводится 24 бита, а под адрес узла - 8 битов.

Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса D и обозначает групповой адрес - multicast.

Если адрес начинается с последовательности 11110, то это адрес класса Е, он зарезервирован для будущих применений.

В протоколе IP применяются следующие соглашения об особой интерпретации IP-адресов:

• если IР-адрес состоит только из двоичных нулей, то он обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет;

• если в поле номера сети стоят только 0, то по умолчанию этот узел принадлежит той же самой сети, что и узел, который отправил пакет;

• если все двоичные разряды IP-адреса равны 1, то пакет с таким адресом назначения должен рассылаться всем узлам, находящимся в той же сети, что и источник этого пакета. Такая рассылка называется ограниченным (в пределах данной сети) широковещательным сообщением (limited broadcast);

• если в разрядах номеров узла назначения стоят сплошные 1, то пакет, рассылается всем узлам сети с заданным номером. Такая рассылка называется широковещательным сообщением (broadcast);

• адрес, у которого первый октет (байт) равен 127, например 127.0.0.1, является внутренним адресом стека протоколов узла, он зарезервирован для организации обратной связи при тестировании работы программного обеспечения узла без реальной отправки пакета по сети, замкнут сам на себя. Этот адрес имеет название обратной петли (loop back).