Автор работы: Пользователь скрыл имя, 10 Сентября 2015 в 12:34, курс лекций
Работа содержит конспект лекций по дисциплине «Сетевые технологии».
Организация сетей большого и среднего размера никогда не обходится только физической структуризацией, тут просто необходимо логически обдумать структуру сети. С помощью только физической структуризации никогда не решишь проблему перераспределения передаваемого потока информации в сети между разными сегментами сети, что является самой важной проблемой работы больших сетей.
Такие сети состоят из множества подсетей рабочих групп, отделов, филиалов предприятия и других административных образований. Очень часто наиболее интенсивный обмен данными наблюдается между компьютерами, принадлежащими к одной подсети, и только небольшая часть обращений происходит к ресурсам компьютеров, находящихся вне локальных рабочих групп.
Сейчас, конечно немного все изменяется с развитием и массовым использованием технологии Internet, нагрузка сети снимается с использованием на многих предприятиях централизованных хранилищ корпоративных данных, активно используемых всеми сотрудниками предприятия. И теперь все повернулось в обратную сторону, и не редко интенсивность внешних бывает обращений выше интенсивности обмена между "соседними" машинами. Но независимо от того, в какой пропорции распределяются внешний и внутренний трафик, ясно становится видно следующую проблему: для повышения эффективности работы сети неоднородность информационных потоков необходимо учитывать.
С такой проблемой не могут справиться сети типовых топологий (шина, кольцо, звезда). Например, в сети с общей шиной взаимодействие любой пары компьютеров занимает ее на все время обмена, поэтому при увеличении числа компьютеров в сети шина становится узким местом.
При этом у вас в сети компьютеры одного отдела будут ждать, когда окончит обмен пара компьютеров другого отдела, и это при том, что необходимость в связи между компьютерами двух разных отделов возникает гораздо реже и требует совсем небольшой пропускной способности.
Давайте рассмотрим эту ситуацию нагляднее.
Рис. 2. 14 Физическая структуризация сети с помощью концентратора.
На рис. 2.14 показана сеть, построенная с использованием концентраторов. Пусть компьютер А, находящийся в одной подсети с компьютером В, посылает ему какие-то данные. Несмотря на разветвленную физическую структуру сети, концентраторы распространяют данные по всем ее сегментам. Поэтому данные, посылаемые компьютером А компьютеру В, хотя и не нужны компьютерам отделов 2 и 3, в соответствии с логикой работы концентраторов все равно поступают на сегменты и этих отделов тоже. И до тех пор, пока компьютер В не получит адресованную ему информацию, ни один из компьютеров этой сети не сможет передавать данные.
Такая ситуация возникает из-за того, что логическая структура данной сети осталась однородной - она никак не учитывает увеличение интенсивности трафика внутри отдела. В каждой подсети 80% трафика сети является внутренним, и только 20% приходится на внешний трафик.
Решением этой проблемы является отказ от единой однородной разделяемой среды. Например, в рассмотренном выше примере желательно было бы организовать сеть так, чтобы кадры информации, которые предают компьютеры отдела 1 выходили за пределы этого сегмента сети только тогда, если они действительно предназначены какому-либо компьютеру другого отдела. И с другой стороны, в сеть отделов должны поступать только те кадры, которые адресованы непосредственно узлам этой сети.
Как видите, идея разделяемой среды все-таки осталась работать в пределах отдела. Но это не случайно, пропускная способность линий связи между отделами не должна совпадать с пропускной способностью среды внутри отделов. Если трафик между отделами составляет только 20% трафика внутри отдела (хотя эта величина может быть другой), то тогда и пропускная способность линий связи и коммуникационного оборудования, соединяющего отделы, не нужна выше, а наоборот может быть и ниже. 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.
Для логической структуризации сети используются такие коммуникационные устройства, как мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.
Познакомимся с работой каждого из типов этого оборудования.
1. Мост (bridge) делит разделяемую среду передачи сети на части (часто называемые логическими сегментами)
В сети с использованием моста информация из одного сегмента в другой будет передаваться только тогда, когда такая передача действительно необходима, то есть если адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети. Тем самым мост изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность передачи данных в сети.
Локализация трафика не только экономит пропускную способность, но и уменьшает возможность несанкционированного доступа к данным, так как информация не выходит за пределы своего сегмента и их сложнее перехватить злоумышленнику.
На рис. 2.15 показана предыдущая сеть, в которой поставили мост. Логическая структура сети такова: сети 1-го и 2-го отделов состоят из отдельных логических сегментов, а сеть отдела 3 - из двух логических сегментов. Каждый логический сегмент построен на базе концентратора и имеет простейшую физическую структуру, образованную отрезками кабеля, связывающими компьютеры с портами концентратора.
Рис. 2. 15 Логическая структуризация сети с помощью моста.
Для локализации трафика мосты используют аппаратные адреса компьютеров. Это затрудняет процесс распознавания к какому логическому сегменту может относится тот, или иной компьютер. Поскольку сам адрес не содержит никакой информации по этому поводу. Поэтому применение моста - достаточно упрощенный вариант деления сети на сегменты. Мост просто запоминает, через какой порт на него поступил кадр данных от каждого компьютера сети, и в дальнейшем передает кадры, предназначенные для этого компьютера, на этот порт. Но точной топологии связей между логическими сегментами мост не знает. Поэтому применение мостов ставит очень существенное ограничение - сегменты должны быть соединены таким образом, чтобы в сети не образовывались замкнутые контуры.
Коммутатор (switch, switching hub).
Коммутатор по принципу обработки кадров ничем не отличается от моста. Основное его отличие от моста состоит в том, что он является своего рода коммуникационным мультипроцессором, потому что каждый его порт оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше, чем производительности традиционного моста, который имеет только один процессорный блок.
Можно сказать, так - коммутаторы - это мосты нового поколения, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме.
Различные ограничения, связанные с применением мостов и коммутаторов привели к тому, что в ряду коммуникационных устройств появился еще один тип оборудования.
Маршрутизатор (router).
Маршрутизаторы еще более надежно и еще более эффективно, чем мосты, изолируют трафик отдельных частей сети друг от друга. Маршрутизаторы образуют логические сегменты с помощью явной адресации, поскольку используют не плоские аппаратные, а составные числовые адреса.
А эти адреса, как мы рассматривали, могут содержать поле номера сети, так что все компьютеры, у которых значение этого поля одинаково, принадлежат к одному сегменту. В данном случае такой сегмент называют подсетью (subnet).
Кроме локализации трафика маршрутизаторы выполняют еще много других полезных функций. Так, маршрутизаторы могут работать в сети с замкнутыми контурами, при этом они осуществляют выбор наиболее рационального маршрута из нескольких возможных. В сети, показанной на нижнем рисунке, теперь между подсетями отделов 1 и 2 проложили дополнительную связь, которая может использоваться как для повышения производительности сети, так и для повышения ее надежности.
Рис. 2. 16 Логическая структуризация сети с помощью маршрутизатора.
Другой очень важной функцией маршрутизаторов является их способность связывать в единую сеть подсети, построенные с использованием разных сетевых технологий.
Кроме перечисленных устройств отдельные части сети может соединять еще одно устройство.
Шлюз (gateway).
Обычно основной причиной, по которой в сети используют шлюз, является необходимость объединить сети с разными типами системного и прикладного программного обеспечения, а не желание локализовать трафик.
Но, тем не менее, шлюз обеспечивает также и локализацию трафика в качестве некоторого побочного эффекта.
Как вы увидели, крупные сети практически никогда не строятся без логической структуризации. Для отдельных сегментов и подсетей характерны типовые однородные топологии базовых технологий, а для их объединения всегда используется такое оборудование, которое может обеспечить локализацию трафика, - мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.
3. УРОВНИ СЕТЕВОЙ АРХИТЕКТУРЫ.
3.1. Многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия.
Компьютерные сети по своей структуре очень сложны. Они являются сложными из-за больших различий между компьютерными системами. Для решения проблем, которые возникают при коммуникации различных систем, надо решить наиболее обобщенную задачу сетевых коммуникаций - разбить задание на более мелкие, лучше управляемые задания. Проблемы, связанные с этими меньшими задачами также уменьшаются до управляемого размера.
Для начала проведем грань между работой программных и аппаратных средств сети. Мы с вами убедились, что в сети может работать разнообразное по технологии оборудование, от него зависят возможности сети: производительность, надежность и т.п., и разнообразное программное обеспечение: сетевые операционные системы, приложения, от него зависят те же возможности сети (прозрачность, безопасность). По сути, сеть - это соединение разного оборудования, разного программного обеспечения, и что проблема совместимости (совместимости разных технологий оборудования, или разных типов операционных систем) - остается одной из наиболее острых. Однако существует какая-то независимость работы аппаратных и программных средств, но, с другой стороны, они вместе в целом выполняют работу компьютерной сети. Существует какая-то единая система построения работы компонентов сети, общий подход. Возьмите, хотя бы, к примеру, трафик уличного движения, ведь, сколько машин разнообразных по своим техническим возможностям ездит по разнообразным по построению улицам, но благодаря только единым правилам уличного движения, все происходит (в принципе) без всякого хаоса. Программные средства "не задумываются" что там происходит "внизу", они просто посылают туда свои запросы, в понятной для них и получают ответ в понятной для себя форме. Для них аппаратная часть сети - это как черный ящик. С другой стороны аппаратные средства сети, тоже "не задумываются", что там программное обеспечение творит с результатами их работы, они получают запрос, выполняют то, что нужно и отсылают ответ.
Перерисуем рис. 2. (Пример взаимодействия двух компьютеров) следующим образом (См. рис. 3.1). Таким образом, нам удалось составить двухуровневую модель взаимодействия компьютеров в сети. Двухуровневую - потому что, мы рассмотрели два уровня - программный и аппаратный. Направление движения информации в этой модели - пользователь вводит какой-то запрос (например, найти файл компьютера 2), программа посылает имя файла и все необходимые атрибуты в виде запроса (уже совсем другого вида) к аппаратному уровню. Тот представляет запрос в виде последовательности бит данных и предает их по линиям связи (может с помощью еще какого-то сетевого оборудования) аппаратному уровню компьютера 2. Там запрос распознается и передается программному уровню, тот выполняет работу и посылает информацию к компьютеру 1. И так далее...
Рис. 3.1 Модель взаимодействия компьютеров в сети
Но подобная модель отражает организацию работы в сети только в самом общем виде.
При обмене информацией между компьютерами сеть выполняет множество функций, которые можно разделить на группы. Пользователю не важно как осуществляется связь. Он из своей прикладной программы обращается к сетевому ресурсу (например, диску). Однако на самом деле в самом общем виде это происходит так:
При приеме все происходит в обратном порядке.
Упорядочить все выполняемые процедуры, разделить их на уровни и подуровни, взаимодействующие между собой призваны модели сетей. Эти модели позволяют организовывать взаимодействие абонентам внутри одной сети, а также различным сетям на разных уровнях.
При создании модели сетевого взаимодействия разработчики применили принцип декомпозиции, т. е. способ разбиения одной сложной задачи на несколько более простых задач-модулей. Давайте попробуем проследить их путь моделирования.
Итак, используя прием декомпозиции, можно разбить общую задачу на несколько модулей, четко определить как функции каждого модуля, так и способ взаимодействия между этими модулями (межмодульный интерфейс).
Для декомпозиции используют, как правило, многоуровневый подход, т.е. все множество модулей разбивают на уровни. Эти уровни образуют иерархию, то есть имеются нижележащие и вышележащие уровни. Конечно, разбивают не, как захочется, а четко по функциональным обязанностям, таким образом, чтобы верхние уровни для выполнения своих задач обращались с запросами только к модулям непосредственно ближних нижних уровней. Результаты выполнения работы всех модулей любого из уровней передаются, наоборот, соседним верхним уровням. Набор функций, которые нижние уровни предоставляет высшему, определяют соответствующие интерфейсы. Подобный многоуровневый подход показан на рис 3.2.
Рис. 3.2. Многоуровневый подход – создание иерархии модулей.
Наборы функций всех уровней и интерфейсов между этими уровнями четко определены и, за счет этого, они относительно независимы. Именно поэтому, такие модели имеют очень важное преимущество - при замене того или иного модуля, это мало отразится на общей работе модели в целом. Модули нижнего уровня могут решать все проблемы передачи сигналов между двумя соседними узлами, а модули более высокого уровня могут организовывать транспортировку сообщений в пределах всей сети, пользуясь средствами нижнего уровня. А на самом верху работают модули, которые предоставляют пользователям доступ к различным службам - файловым, печатающим и т.п.
Информация о работе Конспект лекций по дисциплине «Сетевые технологии»