Объединение локальных сетей

Физические характеристики сред передачи и характер обмена информацией внутри организаций определили разделение компьютерных сетей на два больших класса локальных (Local Area Network - LAN) и глобальных сетей (Wide Area Network - WAN).

LAN покрывает небольшие расстояния до 1 км и имеют скорости передачи от 2 Мбит/сек до 1 Гбит/сек. Все типы LAN с точки зрения топологии выглядят однотипно. Базовой структурной единицей из которой строится LAN является сегмент. Сегмент - это физический кабель к которому подключаются станции. Существуют ограничения на максимальную длину сегмента, которая составляет несколько сотен метров. Для построения большой LAN сегменты объединяют.

Важным понятием в сетевой технологии является понятие адресации. Существуют два типа адресов: адреса канального уровня и адреса сетевого уровня. Адреса канального уровня - это физические адреса сетевых адаптеров (устройств, служащих для подключения станций в LAN к физическому каналу). Эти адреса зависят от типа адаптера и назначаются их производителями. Адреса сетевого уровня - это логические адреса, вид которых определяется стандартом протокола сетевого уровня.

Объединение нескольких сегментов LAN в единую сеть осуществляется с помощью межсетевых устройств. Существуют четыре основных типа межсетевых устройств: повторитель (repeater), мост (bridge), маршрутизатор (router) и межсетевой интерфейс - шлюз (gateway). Эти устройства в самом общем виде могут быть разделены тем уровнем OSI, на котором они устанавливают соединения между LAN.

Повторители объединяют сегменты LAN на физическом уровне, снимая ряд ограничений, связанных с максимальной длиной сегмента. Повторители ретранслируют физический сигнал из одного сегмента LAN в другой, не производя абсолютно никакой информационной обработки проходящих через них пакетов. Восстанавливая сигналы, эти устройства позволяют увеличить общую длину сети. Часто повторители объединяют в одном конструктиве. Такое устройство называется концентратор (hub). Использование концентраторов дает следующие преимущества.

Собирая все важные точки сети в одном месте, существенно облегчается обслуживание сети и контроль за ее работоспособностью;

Облегчается реконфигурация сети и поиск возможных неисправностей;

Для питания концентратора легче использовать бесперебойный источник питания.

Мосты объединяют сегменты LAN на канальном уровне. Объединение происходит с помощью передачи пакетов канального уровня из одного сегмента LAN в другой. В процессе своей работы мосты накапливают статистику о принадлежности адресов канального уровня станций подключенным к мосту сегментам LAN. Для принятия решения о пересылке пакета в другой сегмент, мосты используют эту статистику и информацию об адресе канального уровня станции, который содержится в пакете.

Объединение с помощью моста сетей отличается от объединения с помощью повторителя тем, что в этом случае каждая из сетей работает со своими собственными пакетами, и только при необходимости через мост приходят пакеты из другой сети, адресованные станциям данной сети. В результате нагрузка на каждую из сетей оказывается существенно меньше чем при использовании повторителя, что увеличивает эффективную скорость обмена.

Дальнейшее развитие идея мостов получила в устройствах, которые называются коммутаторами 2-го уровня (Switch Level 2). По сути коммутатор 2-го уровня представляет собой многоканальный мост.

Маршрутизаторы объединяют сегменты LAN на сетевом уровне. Маршрутизация включает в себя два этапа: определение оптимальных маршрутов и передача пакетов по этим маршрутам. Оптимальность маршрута определяется на основе некоторого критерия в качестве которого могут выступать показатели скорости передачи, задержки, стоимости маршрутов. Исходя из численных значений критериев для каждого из известных маршрутов формируется таблица маршрутов. На основе этой таблицы и информации об адресе сетевого уровня, содержащихся в пересылаемом пакете, маршрутизатор осуществляет пересылку пакета по определенному маршруту. Алгоритмы определения оптимальных маршрутов придают маршрутизаторам более высокий “интеллект” по сравнению с мостами. Это позволяет:

избегать больших задержек при передаче пакетов, выбирая альтернативные пути;

динамически изменять маршруты при отказе каналов или больших нагрузках в сети;

уменьшать стоимость передачи за счет выбора альтернативных путей.

Объединение через межсетевые интерфейсы, называемые также шлюзами (gateway) осуществляется на уровнях 4-7. Применение шлюзов связано с необходимостью осуществлять сетевые взаимодействия в неоднородной среде. Неоднородность заключается в существовании различных стеков протоколов, установленных на станциях между которыми необходимо осуществлять взаимодействие. Наиболее известными стеками протоколов являются SPX/IPX, TCP/IP, ISO. Работа шлюза заключается в преобразовании пакетов одного стека протоколов в другой.

Каждое из перечисленных устройств обеспечивает функциональные возможности, соответствующие своему уровню, а также использует функциональные возможности всех более низких уровней. “Интеллектуальность”, а вместе с ней сложность и стоимость межсетевых устройств повышаются с уровнем OSI на котором в них происходит объединение в LAN.

Коммутаторы, представляют собой хорошее средство для построения структурированных сетей, но их возможности ограничиваются в основном масштабами локальных сетей одной или близких технологий. Соединение разнородных сетей для коммутатора становится неразрешимой задачей, которая решается при помощи устройства другого класса, а именно маршрутизатора (или шлюза в традиционной терминологии пользователей сети Internet).

Основная идея введения сетевого уровня состоит в том, чтобы оставить в объединяемых сетях все особенности их технологий в неизменном в виде, но инкапсулировать в пакеты всех сетей единообразную информацию, позволяющую находить на ее основании адресата в сети любого типа.