Конспект лекций по дисциплине «Сетевые технологии»

Важно отметить, что канальный уровень имеет ограниченные возможности передавать данные между локальными сетями различных технологий. В частности, эта возможность связана с тем, что в этих технологиях используются адреса одинакового формата.

 

7.1.Эталонная модель локальных сетей.

7.1. 1.Комитет стандартов IEEE 802.x.

Существенный вклад в развитие стандартов по локальным компьютерным сетям внес Институт инженеров по электронике и радиоэлектронике (IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers) США. В рамках этого института в 1980 году был организован комитет 802, задачей которого является разработка стандартов по проектированию нижних уровней локальных вычислительных сетей. В рамках этого комитета были созданы подкомитеты 1-9, номера которых и были присвоены соответствующим стандартам. Помимо модели OSI существует модель IEEE Project 802, принятая в феврале 1980 г.(отсюда и 802 в названии). Прежде чем рассмотреть структуру стандарта IEEE 802.x давайте вернемся к истории и проследим, как же развивалось проектирование сетей, ведь не сразу же было решено и определено, какой протокол какой структуре сети отвечает

Во второй половине 70-х годов самым простым решением было - присоединить все компьютеры в сети к одному общему кабелю и разделить во времени доступ к этому кабелю для каждого узла. Сети такого рода давали как положительные (простота установки, замены и добавления узлов, дешевизна), так и отрицательные результаты. Неприятности заключались в ограничениях по производительности и надежности, т.е наличие только одного пути передачи информации, разделяемого всеми узлами сети, будет ограничивать пропускную способность всей сети пропускной способностью только этого пути (которая будет делиться, в таком случае, в среднем на число компьютеров сети), а надежность всей сети - надежностью этого пути. Некоторое время такие характеристики сети устраивали пользователей.

По мере роста популярности сетей стали расширяться области их применения. Локальные сети становились инструментом для ведения каких-либо переговоров, сделок. Локальные сети стали объединять все больше и больше компьютеров. Такие фирмы IBM, Datapoint Corporation, Xerox в то время трудились над созданием различных сетевых средств и технологий (аппаратных средств, кабельных систем и т.п.), которые разрабатывались в соответствии со своими собственными фирменными требованиями. Такая строгая монополизация разработок существовала довольно таки длительный период развития сетей. Каждая фирма разрабатывала сети под себя. Наблюдалось полное отсутствие каких-либо стандартов. Каждый видел свою сеть по-своему, одни производители учитывали какие-то особенности в проектировании сети, другие их упускали. Хотя все разрабатываемые технологии имели, конечно, и какие-то общие подходы и общие функции, ведь они занимались в целом одной задачей. Мало того, нужно сказать, что на то время не существовало даже модели сетевого взаимодействия OSI как таковой, то есть, существовавшие идеологии сетевого взаимодействия были в принципе различными. Поэтому в итоге, вместе в одной сети использовать продукты различных фирм было просто невозможно.

С другой стороны в настоящее время для получения работоспособной сети вполне достаточно просто приобрести программные и аппаратные средства, относящиеся к одной базовой технологии - сетевые адаптеры с драйверами, концентраторы, коммутаторы, кабельную систему и т.п. А потом все это соединить вместе в соответствии с требованиями стандарта на данную технологию. Протоколы, на основе которых в наше время строят сети базовой технологии, специально уже заранее были разработаны для совместной работы, поэтому от разработчика сети не требуется дополнительных усилий по организации их взаимодействия.

Но построение одной крупной сети на основе одной базовой технологии - это большая редкость. В наше время обычным состоянием для любой вычислительной сети как средних, так и крупных размеров является сосуществование различных стандартов и базовых технологий. Но, при этом появление новых технологий, отнюдь не означает, что мгновенно исчезают старые, все-таки слишком много сил (и в основном финансовых) было затрачено на их развитие в свое время. Поэтому трудно предположить, что в будущем, какая-то одна, хотя бы и супер-технология, сможет вытеснить все существующие на данный момент сетевые технологии.

В общем, на данный момент неоднородность сетевых технологий возрастает в основном, только при необходимости объединения локальных и глобальных сетей. И хотя в последние годы и наметилась тенденция к сближению методов передачи данных, используемых в этих двух типах вычислительных сетей, но все-таки, остаются еще большие различия между ними. Поэтому в пределах одной корпоративной сети обычно используется большой набор разнообразных базовых топологий и задача объединения их всех в единую, прозрачную сеть, требует использования специальных методов и средств.

Очевидно, что в настоящее время проблемы использования в одной сети сетевых средств различных производителей уже не является такой острой проблемой. А стало это возможным, только благодаря созданию в свое время единой системы стандартизации. Именно этот шаг привел к тому, что сейчас разработчик сети не выдумывает свои средства взаимодействия различных сетевых технологий, он просто выбирает для каждой из используемых технологий, соответствующий стандарт и включает его в свою сеть.

Все выше сказанное было для того, чтобы обосновать проблему разработки единой, открытой системы стандартизации локальных сетей.

К созданию такой системы и приступил IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers). Как уже говорилось в IEEE в 1980 году был организован специальный комитет 802 по стандартизации локальных сетей.

Задача работы комитета свелась к выделению в разных фирменных технологиях общих подходов и общих функций, а также согласованию стилей их описания. Комитет 802 в результате работы принял целое семейство стандартов IEEE 802.х. Все это семейство стандартов содержат рекомендации по проектированию только нижних уровней локальных сетей - физического и канального.

Таким образом, изучение базовых сетевых технологий перерастает в задачу - изучение стандартов IEEE 802.х. Конечно, вопросами стандартизации занимался не только институт IEEE, в работе по стандартизации протоколов локальных сетей принимали участие и другие организации. Так, для сетей, работающих на оптоволоконных кабелях, американским институтом ANSI был разработан стандарт FDDI. Но в целом все вместе стандарты принимаются, согласовываются и проверяются именно в IEEE.

Стандарты семейства IEEE 802.X охватывают только два нижних уровня семиуровневой модели OSI - физический и канальный, определяя терминологию, архитектуру и протоколы. Т.к именно эти уровни модели OSI в наибольшей степени отражают всю специфику локальных сетей, они устанавливают, каким образом несколько компьютеров могут одновременно использовать сеть, чтобы при этом не мешать друг другу.

Давайте, еще раз определим задачи каждого из них при работе в локальных сетях. Физический уровень просто физически передает данные, которые представлены электрическими сигналами, по линиям связи. Канальный уровень сначала должен определить доступ к кабелю, а затем использовать свои соответствующие средства управления потоком данных, которые сгруппированы в определенную последовательность кадров, по этому кабелю. Таким образом, можно заметить, что вырисовывается некоторое разграничение обязанностей на одном уровне. Поэтому канальный уровень локальных сетей решили разделить на дополнительные два подуровня, которые часто называют также уровнями.

 

7.1.2 Подуровни канального уровня

Итак, канальный уровень (Data Link Layer) делится в локальных сетях на два подуровня, которые функционально построены также по принципам модели OSI - от нижнего к верхнему:

• Логической передачи данных (Logical Link Control, LLC);
• Управления доступом к среде (Media Access Control, MAC).

Рис. 7.1 Подуровни канального уровня

 

Поскольку среда передачи данных в локальной сети общая, то существует проблема обеспечения доступа к сети.

Доступом к сети называют взаимодействие станции (узла сети) со средой передачи данных для обмена информацией с другими станциями. Управление доступом к среде - это установление специальной последовательности, в которой станции получают доступ к среде передачи данных.

Именно эту задачу отвели уровню MAC. Этот уровень должен обеспечивать корректное совместное использование общей среды сети. В современных локальных сетях используются несколько протоколов уровня MAC, они реализуют различные алгоритмы доступа к разделяемой среде.

Более высокий уровень - уровень LLC  логически организовывает поток данных, кадров информации, с целью дальнейшей их передачи с помощью средств нижнего - MAC уровня. Уровень LLC полностью отвечает за качество транспортировки, то есть степень надежности передачи кадров в локальной сети. С другой стороны, уровень LLC связан с сетевым уровнем, поэтому он служит в роли интерфейса между канальным и сетевым уровнем.

Именно через уровень LLC сетевой протокол запрашивает у канального уровня нужную ему транспортную операцию с нужным качеством. Уровень LLC имеет несколько режимов работы, каждый из этих режимов определяет различное качество передачи кадров, например, один режим может восстанавливать потерянные или искаженные кадры, другой не обеспечивает таких процедур при управлении потоком кадров в сети. Уровень LLC еще называют уровнем управления логическим каналом сети. Очевидно, что в перечень забот уровня LLC абсолютно не входит, будет ли передача происходить в сети с одной общей шиной, или с кольцевой структурой сети. Эти вопросы не касаются режимов его работы. Он просто организовывает передачу кадров информации с необходимым качеством и не зависит от выбора конкретной технологии.

Поэтому протоколы уровней MAC и LLC взаимно независимы - каждый протокол уровня MAC может применяться с любым протоколом уровня LLC, и наоборот.

Все это описано в соответствующих стандартах IEEE 802.х. Стандарты IEEE 802.х имеют определенную структуру. Комитет 802 поделили на несколько подкомитетов, каждому из них дали строго определенные задачи по разработке сетевых стандартов, которые в целом бы представляли единую систему стандартизации. И сейчас, с развитием новых сетевых технологий, продолжают организовываться новые подкомитеты. Стандарты локальных сетей, определенные комитетом 802, делятся на данное время на 17 категорий, каждая из которых имеет свой номер. Мы остановимся на основных пяти стандартах, названия стандартов созвучны с соответствующим комитетом, занимающегося его разработкой.

 

2. Структура стандартов IEEE 802.x.

IEEE-802 можно рассматривать как уточнение и развитие модели OSI.

802.1 – Internetworking Этот стандарт содержит введение в стандарты и описание примитивов: общие определения локальных сетей, их свойств. Он обособлен от остальных и имеет общий для всех технологий характер.

Наиболее практически важными являются стандарты 802.1, которые описывают взаимодействие между собой различных технологий, а также стандарты по построению более сложных сетей на основе базовых топологий. Сюда входят такие важные стандарты, как:

стандарт 802. ID, описывающий логику работы моста/коммутатора,

стандарт 802.1Н, определяющий работу транслирующего моста, который может без маршрутизатора объединять сети различных технологий.

Сегодня набор стандартов, разработанных подкомитетом 802.1, продолжает расти. Например, недавно он пополнился важным стандартом 802.1Q, определяющим способ построения виртуальных локальных сетей VLAN в сетях на основе коммутаторов.

Комитет 802.2 В стандарте 802.2 описаны все, что касается протокола уровня управления логическим каналом LLC.

Остальные стандарты 802.3, 802.4, 802.5 и т.д. описывают технологии локальных сетей, которые появились в результате улучшений фирменных технологий, которые легли в их основу. Для каждого из этих стандартов определены спецификации физического уровня, определяющие среду передачи данных (коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель), ее параметры, а также методы кодирования информации для передачи по данной среде.

Другими словами, комитеты 802.3 - 802.5 описывают спецификации различных протоколов подуровня доступа к среде MAC и их связь с уровнем LLC.

Так основные сетевые технологии  Ethernet, Token Ring были разработаны и использовались еще до создания единой системы стандартов, затем они вошли в состав стандартов IEEE 802.х, и на их основе стали создавать новые, улучшенные технологии.

Так, основу стандарта 802.3 составила технология Ethernet, разработанная компаниями Digital, Intel и Xerox (или Ethernet DIX) .

Стандарт 802.4 появился как обобщение технологии ArcNet компании Datapoint Corporation

Стандарт 802.5 в основном соответствует технологии Token Ring компании IBM.

В общем, историческое развитие стандартов выглядело следующим образом:

После того, как фирменные технологии вошли в состав стандартов IEEE 802.х они продолжали параллельно существовать. Например, технология ArcNet так до конца не была приведена в соответствие со стандартом 802.4 (теперь это делать поздно, так как где-то примерно с 1993 года производство оборудования ArcNet было свернуто).

Расхождения между технологией Token Ring и стандартом 802.5 тоже периодически возникают, так как компания IBM регулярно вносит усовершенствования в свою технологию, а комитет 802.5 не всегда успевает это отражать в своем стандарте.

Единственное исключение - технология Ethernet. Последний фирменный стандарт Ethernet DIX как был принят в 1980 году, так с тех пор никто больше не предпринимал попыток фирменного развития Ethernet. Все изменения в семействе технологий Ethernet вносятся только в результате принятия открытых стандартов комитетом 802.3.

Поздние стандарты уже разрабатывались не одной компанией, а группой заинтересованных компаний, а потом передавались в соответствующий подкомитет IEEE 802 для утверждения. Так произошло с такими новыми технологиями, как Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, Gigabit Ethernet. Группа заинтересованных компаний образовывала сначала небольшое объединение, а затем по мере развития работ к нему присоединялись другие компании, так что процесс принятия стандарта носил открытый характер.

Итак, давайте, перечислим первые пять подкомитетов комитета 802:

802.1 - Internetworking; В 802.1 приводятся основные понятия и определения, общие характеристики и требования к локальным сетям.

802.2 - Logical Link Control, LLC В 802.2 определяется подуровень управления логическим каналом LLC.