30. Структуризация сетей. Общая структура телекоммуникационной сети.

В сетях с небольшим (10-30) количеством компьютеров чаще всего исполь­зуется одна из типовых топологий. Все перечисленные топологии обладают свойством однородности, то есть все компьютеры в такой сети имеют одинаковые права. Такая однородность структуры делает простой процедуру на­ращивания числа компьютеров, облегчает обслуживание и эксплуатацию сети.

Однако при построении больших сетей однородная структура связей становится недостатком: – ограничения на длину связи между узлами; – ограничения на количество узлов в сети; – ограничения на интенсивность трафика, порождаемого узлами сети.

Для снятия этих ограничений используются методы структуриза­ции сети и структурообразующее оборудование – повторители, кон­центраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы. Такое оборудование также называют коммуникационным.

Различают топологию физических связей (физическую структуру сети) и топо­логию логических связей (логическую структуру сети). Конфигурация физиче­ских связей определяется электрическими соединениями компьютеров. Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сети.

Физическая структуризация сети

Простейшее из коммуникационных устройств – повторитель (repeater) – ис­пользуется для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети (рис. 2.23). Повтори­тель восстанавливает мощности и амплиту­ды сигнала, улучшает форму фронтов и т. п.

П овторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физиче­ских сегментов, часто называют концентратором (concentrator), или хабом (hub – основа, центр).

В дан­ном устройстве сосредоточиваются все связи между сегментами сети.

Концентраторы характерны практически для всех базовых технологий локаль­ных сетей – семейство Ethernet, ArcNet, Token Ring, FDDI и др. Концентраторы любых технологий повторяют сигналы на своих портах. Разница состоит в том, на каких именно портах повторяются вход­ные сигналы.

Добавление в сеть концентратора всегда изменяет ее физическую топологию, но при этом оставляет без изменения логическую топологию.

Во многих случаях физическая и логическая топологии сети совпадают. Например, сеть на рис. 2,25, а, имеет физическую топологию кольцо. Компьютеры получают доступ к кабелям кольца за счет передачи друг другу по кольцу специально­го кадра – маркера.

На рис. 2.25, б компьютеры физически соединены по топологии об­щая шина. Доступ же к шине происходит не по алгоритму случайного доступа, а путем передачи маркера в кольцевом по­рядке: А – В – С …

Другой пример. Концентратор Ethernet поддержива­ет в сети физическую топологию звезда. Однако логическая топология сети – это общая шина.

Логическая структуризация сети

Путем физической структуризации не решается проблема перераспреде­ления передаваемого трафика между различными физическими сегментами сети. Например, в се­ти с общей шиной взаимодействие любой пары компьютеров занимает ее на все время обмена. Компьютеры одного отдела вынуждены ждать, когда окон­чит обмен пара компьютеров другого отдела. При этом необходимость в связи между компьютерами двух разных отделов возникает гораздо реже и тре­бует небольшой пропускной способности.

Решение проблемы состоит в отказе от идеи общей однородной разделяемой среды. Например, желательно было бы, чтобы кадры, которые передают компьютеры одного отдела, выходили бы за пре­делы этой части сети в том и только в том случае, если они направлены какому-либо компьютеру из других отделов.

Распространение трафика, предназначенного для компьютеров некоторого сегмента сети, только в пределах этого сегмента называется локализацией трафика. Логическая структу­ризация сети – это процесс разбиения сети на сегменты с локализованным трафиком.

Д ля логической структуризации сети используются такие коммуникационные устройства, как мосты, коммутаторы и маршрутизаторы.

Мост (bridge) делит разделяемую среду передачи сети на части (часто называе­мые логическими сегментами), передавая информацию из одного сегмента в дру­гой только в том случае, если такая передача действительно необходима.

Мосты используют для локализации трафика аппаратные адреса компьютеров. Это затрудняет распознавание принадлежности компьютера (аппаратный адрес не содержит такой информа­ции). Поэтому мост запоминает, через какой порт на него поступил кадр дан­ных от каждого компьютера сети. Мост не обладает информацией о точной топологии связей между логически­ми сегментами. Поэтому есть ограничения на конфигурацию связей – в сети не должны образовываться замкнутые контуры.

Коммутатор (switch) по принципу обработки кадров не отличается от моста. Отличие состоит в том, что каждый его порт оснащен спе­циализированным процессором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов. За счет этого общая производитель­ность коммутатора выше производительности моста, имеющего один процессорный блок.

Ограничения применения мостов и коммутаторов по топологии связей приводят к необходимости использования маршрутизаторов (router)¹. Маршрутизаторы образуют логиче­ские сегменты посредством явной адресации, используя составные числовые адреса. В этих адресах имеется поле номера сети, и все компьютеры, у которых значение этого поля одинаково, принад­лежат к одному сегменту, называемому в данном случае подсетью (subnet).

Дополнительная функция маршрутизаторов – способность свя­зывать в единую сеть подсети, построенные с использованием разных сетевых технологий.

Общая структура телекоммуникационной сети

Телекоммуника­ционная сеть в общем случае состоит из следующих компонентов (рис. 2.29): – сети доступа (access network); – магистральной сети, или магистрали (core network, или backbone); – информационных центров, или центров управления сервисами (data centers, или services control point).

Сеть доступа и магистральная сеть строятся на основе коммутаторов. Сеть доступа составляет нижний уровень иерархии телекоммуникационной сети. К этой сети подключа­ются конечные (терминальные) узлы – оборудование, установленное у пользова­телей (абонентов, клиентов) сети.

Основное назначение сети доступа – концентрация информационных потоков, поступающих по многочисленным каналам связи от оборудования пользовате­лей, в сравнительно небольшом количестве узлов магистральной сети. Сеть дос­тупа также может состоять из нескольких уровней (на рисунке их показано два). Количество уровней сети доступа зависит от ее размера.

Магистральная сеть объединяет отдельные сети доступа, выполняя функции транзита трафика между ними по высокоскоростным каналам.

Информационные центры, или центры управления сервисами, – это собственные информационные ресурсы сети, на основе которых осуществляется обслужива­ние пользователей. В таких центрах может храниться информация двух типов: пользовательская информация (web-порталы); вспомогательная служебная информация (системы авторизации).

Рис. 2.23. Повторители позволяют увеличить длину сети Ethernet Рис. 2.24. Концентраторы различных технологий (Ethernet, Token Ring)

Рис, 2.25. Логическая и физическая топологии сети Рис. 2.29. Структура телекоммуникационной сети