Различия между форматами кадров в IEEE 302.3 и Ethernet

Содержание

Содержание........................................................................................................

Введение................................................................................................................

Локальные сети..............................................................................................

Ethernet...................................................................................................................................................................

Ðàçëè÷èÿ ìåæäó ôîðìàòàìè êàäðîâ â IEEE 302.3 è Ethernet......................................................................

802.3 êàê ðàçâèâàþùèéñÿ ñòàíäàðò.................................................................................................................

Ethernet íà âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ êàáåëÿõ.........................................................................................................

Âûñîêîñêîðîñòíûå âàðèàíòû ñåòè Ethernet.....................................................................................................

Äóïëåêñíàÿ Ethernet........................................................................................................................................

100-VG AnyLAN...............................................................................................................................................

Âûñîêîñêîðîñòíîé Ethernet, èëè 100BaseX................................................................................................

Íîâûå ñåòåâûå àäàïòåðû, ðàñøèðÿþùèå âîçìîæíîñòè ËÂÑ........................................................................

Ðàñïðåäåëåííûé âîëîêîííî-îïòè÷åñêèé èíòåðôåéñ ïåðåäà÷è äàííûõ (FDDI).............................................

Îñíîâíûå êîìïîíåíòû ñåòè FDDI...........................................................................................................................

Èíòåãðèðîâàíèå ñåòåé FDDI ñ ñóùåñòâóþùèìè ËÂÑ.................................................................................

Основные компоненты расширения ЛВС..................................

Êîíöåíòðàòîðû......................................................................................................................................................

Êîíôèãóðèðóåìûå êîíöåíòðàòîðû..................................................................................................................

Ìîäóëüíûå êîíöåíòðàòîðû................................................................................................................................

Ìîñòû.......................................................................................................................................................................

Íàçíà÷åíèå ìîñòîâ.............................................................................................................................................

Ñïîñîáû ñîåäèíåíèÿ ËÂÑ Ethernet è ËÂÑ Token Ring...........................................................................

Ìàðøðóòèçàòîðû...................................................................................................................................................

Традиционные архитектурные решения...................................

Ðàñïðåäåëåííàÿ ñåòåâàÿ ìàãèñòðàëü (Distributed backbone)...............................................................

Ñîñðåäîòî÷åííàÿ ñåòåâàÿ ìàãèñòðàëü (Collapsed backbone).................................................................

Ãèáðèäíûå ìåæñåòåâûå ñîåäèíåíèÿ (Hybrid backbones)..........................................................................

Ограничение роста.....................................................................................

Êîììóòèðóåìàÿ Ethernet.....................................................................................................................................

Êîììóòàòîð Ethernet BayStack 301............................................................................................................

Ìîäóëüíûé êîììóòàòîð BayStack 28200.......................................................................................................

Беспроводные ЛВС.......................................................................................

Òðè ðàçíîâèäíîñòè áåñïðîâîäíûõ òåõíîëîãèé..................................................................................................

Èíôðàêðàñíûå ËÂÑ.............................................................................................................................................

Èíôðàêðàñíûå ËÂÑ â ðåæèìå ïðÿìîé âèäèìîñòè........................................................................................

Èíôðàêðàñíûå ËÂÑ ðàññåÿííîãî èçëó÷åíèÿ..............................................................................................

АТМ в локальных сетях...........................................................................

Введение

Локальные вычислительные сети повсеместно расширяются и становятся инфор­мационной основой предприятий. Но их быстрый рост неизбежно порождает многие проблемы, попыт­ки устранения которых ведут к пересмотру традици­онных взглядов на компьютерные сети.

Изменения в информационной политике и программном обеспечении требуют от се­тевого оборудования нового уровня производитель­ности, адаптируемости, гибкости и надежности. Со­временные сетевые решения должны сочетать высокую производительность, возможность поддержки трафика мультимедиа и простоту администрирова­ния сетей.

Коммутируемые сети обещают продлить жизнь се­тей, «возведенных» вчера, и подготовить архитектур­ные решения дня завтрашнего. Современные сетевые протоколы и архитектуры, такие как коммутация па­кетов и асинхронный режим доставки (АТМ - asynchronous transfer mode), способны обеспечить масштабируемую про­изводительность сетей, гибкую схему подключений и являются основой сетевых технологий следующе­го столетия.

Вместе с сетями изменились и компьютеры. Теперь среднестатистический компьютер располагает мощ­ным графическим интерфейсом и вполне может об­рабатывать «живое» видео в реальном масштабе вре­мени. Для презентаций, разработки изделий (с помо­щью CAD/ÑÀÌ-ïðèëîæåíèé) или обработки рентге­новских снимков все чаще используются компьюте­ры, работающие в сети. Но графические изображения содержат мегабайты данных, требуя для загрузки значительного времени и, следовательно, «затормаживая» работу пользователя. Вообще говоря, просмотр графических страниц уже лежит за пределами возможностей тра­диционных сетевых технологий. Однако еще более тяжелым испытанием для сети могут стать мультимедийные приложения. Видео, например, требует высо­чайшей пропускной способности сети, ведь кадры (уже сами по себе значительные по объему) должны поступать на экран через строго определенные про­межутки времени, обеспечивая тем самым «плавность» воспроизведения.

Нельзя оставить без внимания и тенденции к бо­лее распределенной организации взаимодействия между вычислительными системами. Если ранее 80% сетевого трафика приходилось на взаимодействие типа «клиент/сервер» в рамках одной локальной сети, то теперь все чаще, пользователь в поисках необходимой ему информации вслед за ссылками перескакивает с одного сервера на другой, при этом сетевая архи­тектура должна обеспечить пользователю равноцен­ный доступ к ресурсам. Также большую загрузку сети создает растущее количество приложений, в основу которых положена идеология «каждый с каждым» (peer-to-peer), - видеоконференции, «общий рабо­чий стол» и т.д.

Локальные сети

Локальная вычислительная сеть - это группа расположенных в пределах некоторой территории компьютеров, которые совместно используют программные и аппаратные ресурсы.

Сетевая архитектура соответствует реализации физического и канального уровня модели ЭМВОС. Она определяет кабельную систему, кодирование сигналов, скорость передачи структуру кадров топологию и метод доступа. Каждой архитектуре соответствуют свои компоненты - кабели разъемы интерфейсные карты кабельные центры и т. д.

Первое поколение архитектур обеспечивало низкие и средние скорости передачи: LocalTalk - 230 кбит/с, ARCnet - 2,5 Мбит/с, Ethernet - 10 Мбит/с и TokenRing - 16 Мбит/с. Исходно они были ориентированы на электрический кабель.

Второе поколение - FDDI (100 Мбит/с), ATM (25 и от 155 Мбит/с до 2,2 Гбит/с), Fast Ethernet (100 Мбит/с) в основном ориентировано на оптоволоконный кабель.

    

Ethernet

 

22 мая 1973 года Роберт Метклаф, сотрудник Научно-исследовательского центра фирмы Xerox в Пало-Альто, написал докладную записку с изложением принципов, которые легли в основу нового типа ЛВС. В данном документе впервые встречается слово ethernet. Вскоре IBM, Xerox и DEC взялись реализовать новую сеть на своих мини-ЭВМ, а в сентябре 1980 года они выпустили стандарт на эту сеть, которую сейчас называют Ethernet версии 1. Вторая версия Ethernet увидела свет в ноябре 1982 года. Обе версии используются до сих пор, причем между ними существуют различия и по интерфейсу, и по уровням сигналов (состояние незанятости линии в версии 1 определяется по уровню 0,7 В, а в версии 2 - по уровню 0 В). При проектировании новых и расширении старых ЛВС следует знать, что сетевые адаптеры для Ethernet различных версий несовместимы между собой.

Название Ethernet первоначально использовалось для сетей, реализованных в соответствии со стандартом версии 1, и лишь впоследствии распространилось на другие его версии. В стандарте версии 1 определены: физическая среда (толстый коаксиальный кабель), метод управления доступом (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)) и скорость передачи (10 Мбит/с). Кроме того, стандартом версии 1 регламентируется размер (от 75 до 1526 байтов), содержимое Ethernet-пакета и метод кодирования данных (манчестерский код).

Вскоре после появления Ethernet в одном из комитетов Института инженеров по электротехнике и радиоэлектроники (IEEE) началось обсуждение вопроса о разработке международного неофициального стандарта на локальные сети. Получившийся стандарт, а именно IEEE 802.3, настолько близок к Ethernet версии 2 что его часто называют стандартом Ethernet, несмотря на некоторые различия между ними. 

 

Рис.2 Волоконно-оптическая сеть Ethernet

 

Высокоскоростные варианты сети Ethernet

Многим фирмам, имеющим большие ЛВС типа Ethernet, уже пришлось столк­нуться с сетевым эквивалентом дорожной пробки. Как только процент использования сети превышает 40%, ее пропускная способность падает и начинают поступать жалобы от пользователей. Поэтому администраторы сетей были вынуждены заняться поиском способов увеличения трафика, не требующих ввода в эксплуатацию новых сетевых "автострад".

 

 

Дуплексная Ethernet.

В конце 1993 года фирма Kalpana внедрила дуплексную технологию Ethernet. Эта сеть состоит из двух каналов со скоростью передачи 10 Мбит/с, один из которых служит для приема, а другой - для передачи данных по соединению точка-точка. На обоих концах дуплексного соединения данные могут одновременно передаваться и приниматься по нуль-модемному кабелю, что в сумме дает пропускную способность 20 Мбит/с. С коммутатором Kalpana на скорости 20 Мбит/с может работать сервер с EISA-øèíîé и адаптером NetFlex-2 фирмы Compaq или сервер с шиной Micro Channel и адаптером EtherStreamer-32 фирмы IBM.

В сетях, реализованных по дуплексной технологии Ethernet, имеется серьезное ограничение по производительности. Дело в том, что скорости, близкой к 20 Мбит/с, в такой сети можно достичь только тогда, когда трафик сбалансирован в обоих направлениях. А поскольку связь клиент-сервер в большинстве случаев является односторонней, то чаще всего общая производительность оказывается ниже ожидае­мой. Однако дуплексные Ethernet-àäàïòåðû все же обеспечивают гораздо более высокую пропускную способность даже в полудуплексном режиме, поэтому при использовании дуплексной Ethernet общая эффективность сети все равно будет выше, и администраторам сетей полезно об этом знать.

Дуплексная Ethernet - это коммутируемая специализированная версия стандарт­ной Ethernet, в которой каналы со скоростью передачи 10 Мбит/с можно формировать в двух направлениях, чтобы добиться суммарной пропускной способности 20 Мбит/с, Аппаратные средства для реализации этой технологии на рынке присутствуют в широком ассортименте. Так, поскольку шина Micro Channel фирмы IBM обеспечи­вает пакетный режим, IBM предлагает для дуплексных Ethernet-ñåòåé свои платы LANStreamer и EtherStreamer, рекламируя их как наиболее удачные разработки в этой области. Фирма Texas Instruments также проявляет интерес к дуплексной Ethernet, но ее разработки существенно отличаются от изделий других поставщиков Ethernet. Предлагается также совместная разработка фирм SynOptics и Kalpana: дуплексный коммутатор встроен в концентраторы. Compaq тоже не обошла вниманием этот сегмент рынка. Она предлагает свою плату NetFlex с микросхемами Texas Instruments.

Обилие предложений на рынке порождает серьезную проблему для администра­торов сетей. Она заключается в несовместимости упомянутых аппаратных средств. Поэтому, несмотря на то, что разработками в данной области занимается такая авторитетная фирма, как Cabletron, многие поставщики заняли выжидательную позицию, т.к. пока неизвестно, проявят ли интерес покупатели к этой версии технологии. Если только потребитель не приобрел одну из интеллектуальных разра­боток типа предлагаемых фирмами Cabletron и SynOptics, то ему, конечно же, не следует торопиться с вложением средств в эту технологию, ибо она не обеспечивает приемлемой совместимости в сетях масштаба предприятия. Кроме того, при стоимо­сти около $700 за порт дуплексная Ethernet по цене значительно превосходит Ethernet со скоростью передачи 100 Мбит/с.

 

100-VG AnyLAN.

 

Основными разработчиками технологии 100BaseVG AnyLAN, по реализации напоминающей комбинацию Ethernet и Token Ring со скоростью передачи 100 Мбит/с, работающей на неэкранированных витых парах (UTP) катего­рий 3-5, являются фирмы Hewlett-Packard, AT&T и IBM. Эта технология в конечном итоге стала стандартом IEEE 802.12. В спецификации 100-VG (Voice Grade, т.е. "класс передачи речи") предусматривается поддержка волоконно-оптических кабель­ных систем и экранированных витых пар (STP). Число потенциальных потребителей этой технологии представляется достаточно большим, поскольку многие сети Token Ring включают кабели на экранированных витых парах, поэтому при переходе от Token Ring со скоростью 16 Мбит/c к 100-VG не потребуется менять существущую кабельную системы.

В технологии 100-VG используется не традиционный для Ethernet метод CSMA/CD, а другой метод доступа - обработка запросов по приоритету (demand priority). В этом случае всем узлам сети предоставляется право равного доступа. Концентратор опрашивает каждый порт и проверяет наличие запроса на передачу, а затем разрешает этот запрос в соответствии с приоритетом. Имеются два уровня приоритетов - высокий и низкий.

Система обработки запросов по приоритету работает на четырехпарных кабелях из неэкранированных витых пар категорий 3, 4 и 5, на двухпарных кабелях из экранированных витых пар (STP или IBM тип 1), а также на одномодовых и многомодовых волоконно-оптических кабелях. Для передачи данных по неэкрани­рованным витым парам применяется технология квадратурного кодирования (quartel coding). Данные разбиваются на четыре параллельных потока, каждый из которых направляется по одной паре четырехпарного UTP-êàáåëÿ. В каждой паре проводов для передачи двух битов информации за один цикл применяется эффек­тивная схема кодирования 5В6В NRZ (пять битов - шесть битов без возвращения к нулю). Таким образом, квадратурное кодирование позволяет передавать по четырех­парному UTP-êàáåëþ 100 Мбит данных в секунду, при этом частоты сигналов в отдельных витых парах сохраняются на уровне не выше 25 МГц - гораздо ниже пределов, установленных Федеральной комиссией по связи США.

Для того чтобы обеспечить передачу 100 Мбит данных в секунду по кабелю на экранированных витых парах, данные в сети 100-VG AnyLAN разбиваются на два параллельных потока. Этот метод позволяет воспользоваться преимуществом срав­нительно высокого уровня экранирования, который обеспечивает экранированная витая пара, и передавать данные на более высоких частотах. В результате скорость передачи 100 Мбит/с достигается всего на двух парах проводов.

Как и в технологии 10BaseT, в 100BaseVG AnyLAN возможно каскадирование концентраторов в пределах одной подсети и расширение конфигурации сети без дополнительных мостов или иных компонентов. В каскадной конфигурации 100-VG AnyLAN протокол обработки запросов по приоритету позволяет концентраторам автоматически определять, подключены они к концентратору более высокого уровня или нет. Получив запрос на передачу пакета из подключенного узла, концентратор нижнего уровня направляет этот запрос в концентратор следующего более высокого уровня. Концентратор верхнего уровня проводит арбитраж этого запроса вместе с запросами, поступившими из других узлов и концентраторов. После того как кон­центратор верхнего уровня подтвердит по очереди прием каждого запроса, подтвер­ждение направляется по каскаду в концентратор нижнего уровня, который по его получении подтверждает прием всех ожидающих запросов, а после этого возвращает управление концентратору более высокого уровня. Когда концентратор нижнего уровня передаст подтверждение в запросивший узел, последний начнет передачу пакета, имея гарантию его бесконфликтного прохождения по всем подключенным концентраторам данной подсети.

Таким образом, схема арбитража запросов по приоритетам позволяет работать множеству концентраторов по принципу равного доступа и без снижения эффектив­ности сети. Как и 10BaseT, сеть 100-VG AnyLAN можно сегментировать с помощью мостов и коммутаторов, обеспечивая таким образом одновременную передачу пакетов в отдельных подсетях, что еще более увеличивает полосу пропускания для отдельных узлов и серверов. Вариант топологии сети 100-VG AnyLAN представлен на Рис. 3.

 

Рис. 3. Топология сети 100-VG AnyLAN

 

Серьезными недостатками технологии 100-VG являются отход от традиционного для Ethernet метода доступа CSMA/CD и ощутимый недостаток совместимости с существующими сетями Ethernet. Если технология 100-VG AnyLAN применяется для расширения работающей сети 10BaseT, то для соединения подсетей 10BaseT и 100-VG AnyLAN необходим мост-согласователь скоростей передачи. Этот мост буферизует высокоскоростные пакеты, поступающие в менее скоростную сеть. Поскольку и в 10BaseT, и в 100BaseVG AnyLAN можно использовать один и тот же формат Ethernet-ïàêåòà, преобразования пакетов и других операций обработки не требуется.

Для расширения узлов 10BaseT их сетевые адаптеры необходимо заменить адапте­рами 100-VG AnyLAN. Прокладывать новый кабель не нужно. Можно использовать тот же соединитель RJ-45 и те же неэкранированные витые пары, которые применяются в ЛВС 10BaseT. Второй шаг по замене старых узлов 10BaseT узлами 100-VG AnyLAN состоит в отключении кабельных соединителей узлов от портов концентратора 10BaseT в монтажном шкафу и подключении их к портам концентратора 100-VG AnyLAN.

 

Рис. 4 Сеть FDDI на двойном кабеле

 

Такие концентраторы весьма привлекательны для системных интеграторов, по­тому что позволяют подключать к сети от 4 до 16 станций с гораздо меньшими затратами, чем при использовании двукратно подключенных интерфейсов. Кроме того, подключенные к концентраторам устройства можно отключать без какого-либо ущерба для сети в целом. Двукратно подключенное устройство в случае прекращения работы может оказать отрицательное влияние на сеть FDDI, потому что сеть посчитает его неисправным и попытается решить эту проблему путем "заворачива­ния" (на этом явлении мы остановимся ниже). Многие промышленные эксперты полагают, что в структурах сетей FDDI концентраторы будут использоваться для компьютеров PC и других рабочих станций, а более дорогие, но устойчивые к системным отказам интерфейсы двукратного подключения - для мини-компьютеров и мэйнфреймов.

Для подсоединения двукратно подключенных станций в сети FDDI используется двойной кабель. Интерфейс двукратного подключения обеспечивает отказоустойчи­вость системы благодаря своей избыточности. В случае разрыва кабеля сеть выполняет "заворачивание" - включает второе кольцо для обхода отказавшей станции. Сеть продолжает работать, но ее производительность падает. Некоторые поставщики предлагают интерфейсы двукратного подключения с îïòè÷åñêèì îáâîäíûì êàáåëåì, ÷òîáû ñîåäèíåíèå ëåâîé ÷àñòè ñ åå ïðàâîé ÷àñòüþ íå ïðîïàäàëî äàæå ïðè ðàçðûâå êàáåëÿ.

 

Концентраторы

Изначально локальная сеть предполагала применение кабеля, соединяющего между собой компьютеры. Кабель в этом случае выполняет роль своеобразного «эфира», который ком­пьютеры используют для передачи сообщений. МДС-адреса (media access addresses) в пакетах - порциях информации, передаваемых компьютерами, - опре­деляют источник и приемник этой информации. Со­общения, переданные «в эфир», слышат все компьютеры, а МАС-адреса позволяют им разобраться, кому эти сообщения предназначались. Никаких специаль­ных процедур по резервированию или подготовке канала к передаче не требуется - только «говори и слушай». Простота сетей, построенных на таком «ши­роковещательном» принципе, определила их повсе­местное распространение. Однако с ростом сети об­служивание ее усложняется (при необходимости под­ключить новый компьютер приходится проводить довольно сложные кабельно-монтажные работы), а надежность такой сети стремительно падает (локали­зация вышедшего из строя сегмента кабеля часто ока­зывается сложной, а порой и невыполнимой задачей).

Концентраторы, пришедшие на смену «общему» ка­белю, создали гораздо более гибкую и удобную основу для построения локальных сетей. Концентратор рабо­тает как «повторитель» (первый уровень OSI-ìîäåëè), передавая сигнал, поступивший на один из портов, без изменения на остальные порты. Следовательно, каждый компьютер «слышит» весь трафик в сети, как если бы это была «широковещательная» сеть с общим кабелем. Все разъемные соединения оказываются сосредоточенны­ми в одном месте, упрощая тем самым подключение дополнительных рабочих мест в сеть.

Но концентраторы не решают проблему увеличе­ния полосы пропускания сети - с ростом количества компьютеров увеличивается и количество пакетов в «эфире», что ведет к росту коллизий (наложений па­кетов один на другой) и соответственно к замедлению работы сети в целом. Многосегментные концентра­торы помогают устранить «узкие места», расщепляя сеть на сегменты. Рабочие станции в рамках одного сегмента конкурируют между собой за общую среду передачи данных, не мешая станциям в другом сегмен­те. Таким образом, общая пропускная способность сети увеличивается практически кратно числу сегмен­тов. Поскольку каждый сегмент в многосегментном концентраторе является независимым, то для их сов­местной работы требуется мост, коммутатор или маршрутизатор для передачи пакетов из одного сег­мента в другой, что, в свою очередь, приводит к рос­ту накладных расходов - увеличивается стоимость подключения и время передачи пакета между сегмен­тами. Кроме того, возникает проблема конфигуриро­вания таких систем. Как наиболее оптимальным об­разом разбить станции по сегментам? Какие прило­жения предполагают подключение клиента и серве­ра в рамках одного сегмента? Кому задержка переда­чи данных через коммутатор или мост не повредит? Но к тому моменту, когда ответы на эти и подобные вопросы получены, в сети происходит еще что-ни­будь, что требует дополнительной переконфигурации сетевого оборудования. И поскольку все порты жес­тко привязаны к кабельной системе, работа админи­стратора сводится к бесконечным путешествиям к месту установки концентратора для проведения не­обходимой перекоммутации сети.

Модульные концентраторы

Модульные концентраторы - это отдельные сетевые устройства (Ethernet- и Token Ring-концентраторы или серверы дистанционного доступа) в корпусах небольшого размера, которые можно устанавливать друг на друга на столе или в стойку. Каждый модульный блок может работать независимо или соединяться с другими общим кабелем - образуя при этом единый комплекс, которым можно управлять с одного рабочего места. В одной такой системе могут совмещаться устройства различных типов, например коммутаторы, маршрутизаторы и ATM-модули.

Модульные блоки по сравнению с выполненными на шасси имеют умеренную цену. Модульный концентратор с SNMP-управлением на 12 портов обойдется от 60 до 75 долл. за порт. Поскольку все изготовители предоставляют возможность использовать только один управляемый повторитель для каждой модульной системы, цена одного порта с ростом числа клиентов уменьшается. (Дл сравнения: шасси с конфигурацией на 300 портов стоит около 175 долл. за порт; автономный Ethernet-концентратор на 8 портов фирмы Kingston Technologies стоит примерно 30 долл. за порт и не содержит средств управления.)

Но почему бы просто не покупать для создания сети лучшие в своем классе устройства? Ответ: такой гетерогенный подход лишает вас централизованной платформы управления. Поскольку каждый изготовитель поставляет собственный пакет для управления, вам придется, чтобы извлечь максимум возможностей из каждого устройства, работать со всеми такими пакетами. В то же время модульные концентраторы представляют платформу, с которой вся система выглядит как единое целое. Каждый порт рассматривается и управляется как ее часть.

Устройства, выполненные на шасси, обеспечивают соединение концентраторных плат и управление ими с помощью общей соединительной панели. Некоторые изготовители шасси, например Bay Networks (Synoptics), используют для управления установленными на шасси концентраторами специальную шину управления. В модульных системах используется похожий, но не идентичный подход. Поскольку каждый концентратор может работать как автономное устройство, способ их соединения между собой зависит от предпочтений конструкторов.

Наращиваемые модульные системы - прекрасный вариант для небольших, средних и крупных сетей, особенно тех, которые работают с удаленными офисами или пользователями. Их низкая цена, универсальность и простота установки обеспечивают легкий путь модернизации и перехода к более крупным и быстродействующим сетям. Даже администраторы сетей с большими центрами, работающими с концентраторами на шасси, могут счесть модульные системы отличным способом заполнения "пробелов".

 

Мосты

Все сети, за исключением самых крошечных, состоят из более чем одного сегмента. Делается это либо для достижения большей удаленности между ко­нечными станциями, либо для увеличения пропуск­ной способности сети. Чтобы компьютеры могли об­мениваться сообщениями так, как если бы они были соединены одним кабелем, сегменты, в которых на­ходятся компьютеры, соединяются друг с другом че­рез мосты или маршрутизаторы.

Мост состоит из аппаратных и программных средств, необходимых для связыва­ния в одну интерсеть двух отдельных ЛВС, или подсетей, расположенных в одным месте. Мост самого простого типа анализирует 48-битовое поле адреса пункта назначения пакета и сравнивает этот адрес с таблицей, в которой указаны адреса всех рабочих станций данного сегмента сети. Если адрес не соответствует ни одному из указанных в таблице, мост передает пакет в следующий сегмент. Эти простые мосты продолжают передавать пакеты, переход за переходом, до тех пор, пока они не достигнут сегмента сети, содержащей компьютер с указанным адресом пункта назначения. Мосты, участвующие в таком процессе анализа таблиц адресов и передачи пакетов, назы­ваются прозрачными мостами. Этот метод используется во всех Ethernet-ìîñòàõ и в некоторых мостах в сетях Token Ring. Принцип работы моста такого типа показан на рис.5.

 

Рис. 5 Простой прозрачный мост

Некоторые мосты создают собственные таблицы сетевых адресов. Такие мосты проверяют адрес отправителя и адрес получателя каждого пакета, передаваемого в те ЛВС, к которым они подключены. Затем они строят таблицы адресов, в которых перечисляются адреса отправителей пакетов их сети, Имеющих соответствующий этой сети номер. После этого мосты сверяют адреса получателей пакетов с адресами отправителей. Обнаружив совпадение, мост фильтрует пакет и посылает его По сети дальше; станция-адресат распознает свой адрес и копирует этот пакета свою память. Если совпадения нет, пакет продвигается, т.е. ему позволяется перемещаться через мост в следующий сегмент сети. Широковещательные и групповые пакеты прод­вигаются всегда, поскольку их поля адресов получателей никогда не используются как адреса отправителей.

Мосты "не понимают" протоколов более высокого уровня и не связаны с ними. Они функционируют на подуровне управления доступом к среде передачи (MAC) канального уровня модели OSI и отстоят далеко от протоколов верхних уровней типа XNS и TCP/IP. Если обе сети соответствуют стандартам управления логическим каналом IEEE 802.2, то мост может их связать независимо от различий в средах передачи и методах доступа. Как станет ясно из дальнейшего рассмотрения, это значит, что фирмы могут соединять мостами свои сети Ethernet, сети Token Ring и ЛВС стандарта 802.3, используя 100BaseX Ethernet на витых парах класса передачи данных, 10BaseT Ethernet на неэкранированных витых парах или тонкий коаксиаль­ный кабель cheapernet.

 

Назначение мостов

 

При проектировании сетей мосты являются необходимыми элементами, потому что с их помощью обеспечивается повышение эффективности, безопасности и дальности. Чаще всего мосты устанавливают в целях повышения эффективности. Мосты могут фильтровать пакеты согласно предварительно заданным критериям оптимизации, поэтому администратор сети может воспользоваться мостом для умень­шения перегрузки и повышения быстродействия: большая сеть делится на несколько подсетей, которые соединяются мостами. Две небольшие сети будут работать быстрее, чем одна большая, так как трафик локализуется в пределах подсети.

Поскольку работу больших сетей Ethernet замедляют конфликты, есть смысл строить более мелкие подсети Ethernet и реализовать такие службы, как электронная почта, с помощью мостов. Как известно, максимальная длина сети Ethernet равна 2,5 км. Кроме того, количество соседних сегментов сети не должно быть больще трех, чтобы не превысить задержку распространения 9,6 мкс. Администраторы сетей и системные интеграторы обходят эти ограничения именно с помощью мостов.

В сети Token Ring со скоростью передачи 4 Мбит/с количество рабочих станций ограничено 72-мя (если она построена на неэкранированных витых парах) или 270-ю (если используется экранированный кабель IBM тип 1). Администраторы сетей могут обойти эти ограничения, сформировав небольшие подсети и соединив их мостами. Подсети меньших размеров работают более эффективно, они более просты в управ­лении и обслуживании.

Использование мостов приводит к повышению эффективности работы сети еще и потому, что разработчик может использовать разные топологии и среды передачи, а затем соединить эти сети посредством мостов. Например, если кабинеты в отделе соединены витыми парами, то мостом можно соединить эту сеть с корпоративной волоконно-оптической базовой магистралью. Поскольку витые пары гораздо дешевле волоконно-оптического кабеля, такая структура сети позволит сэкономить средства и повысить эффективность, так как в базовой магистрали, на которую приходится большая часть трафика, будет использоваться среда передачи с высокой пропускной способностью.

Мосты могут соединять две аналогичные сети с разными скоростями передачи. Например, для одного отдела, возможно, вполне хватит сети StarLAN со скоростью передачи 1 Мбит/с стандарта 802.3 на неэкранированных витых парах, тогда как дляопытного производства явно понадобится сеть 10Base5 на толстом коаксиальном кабеле со скоростью передачи 10 Мбит/с. Мост буферизует пакеты, поэтому передка с его помощью пакетов между ЛВС с различными скоростями передачи не представ­ляет трудностей.                                             

Поскольку комитет IEEE 802 разработал для различных сетевых архитектур общий уровень управления логическим каналом, то существует возможность объе­динения, например, двух сетей Token Ring, разделенных ЛВС Ethernet ЛВС Ethernet может пересылать пакеты так же, как почтальон может доставлять письма, написан­ные на иностранном языке, если конверты (пакеты) оформлены в соответствии с нормами и правилами, установленными стандартом.

Мосты прежде всего предназначены для повышения эффективности, однако их часто используют и в целях повышения безопасности. Мосты можно программиро­вать на передачу только тех пакетов, которые содержат определенные адреса отпра­вителя и получателя, чтобы ограничить круг рабочих станций, которые могут посылать и принимать информацию из другой подсети. В сети, обслуживающей бухгалтерский учет, например, можно поставить мост, который позволит принимать информацию лишь некоторым внешним станциям. Мосты можно использовать не только для создания защитного барьера, фильтрующего пакеты и предотвращающего несанкционированныйдоступ, но и в целях повышения отказоустойчивости системы. Когда выходит из строя единственный файловый сервер сети, прекращает работу вся сеть. Если же с помощью внутренних мостов связать два файловых сервера, которые будут постоянно подстраховывать друг друга, то, во-первых, возрастет безопасность, во-вторых, снизится уровень трафика.

Наконец, мосты позволяют увеличить дальность охвата сети. Поскольку мост ретранслирует пакет в широковещательном режиме на рабочие станции принимаю­щей сети, то он функционирует как повторитель. Тем самым расстояние, которое пакет может пройти без затухания сигнала, увеличивается. Часто мосты каскадируют,соединяя ЛВС последовательно (рис. 3.2).

Маршрутизаторы

Маршрутизаторы во многом снимают многие проб­лемы, связанные с использованием мостов, создавая иерархическое объединение сетей. Все сетевое про­странство делится на подсети (subnetworks), охваты­вающие, в свою очередь, сегменты или группы сегмен­тов, построенных на основе мостов. Маршрутизаторы передают трафик между подсетями, обеспечивают трансляцию форматов пакетов, фильтрацию пакетов и усиливают защиту подсетей. Маршрутизаторы пере­дают пакеты, используя информацию сетевого уров­ня, а не МАС-адреса. Сетевой адрес имеет два раздела: адрес подсети и адрес конечной станции. Каждому сегменту сети или группе сегментов, объединенных мостами, приписан уникальный адрес подсети, а каж­дому устройству (компьютеру, маршрутизатору и ò.ä.) в составе подсети - уникальный адрес устройства.

Основываясь на иерархических адресах, маршру­тизаторы обмениваются информацией о топологии сети, так что каждый маршрутизатор может вычис­лить путь до любой подсети. Причем администрато­ры сетей м