Амато В. - Основы организации сетей Cisco. Том 1 (2002)(ru)

Резюме

∙Сетевыми устройствами называются аппаратные средства, используемые для объединения сетей.

∙	Повторители принимают ослабленный сигнал, очищают его от помех, усиливают и
	отправляют дальше в сеть.

∙Термин концентратор используется вместо термина повторитель, когда речь идет об устройстве, которое служит центром сети.

∙Область сети, в пределах которой пакет данных порождается и вступает в конфликт,

называется доменом конфликтов.

∙Мосты устраняют лишний трафик и уменьшают вероятность возникновения конфликтов. Это достигается за счет разделения сети на сегменты и фильтрации трафика по адресу станции или МАС-адресу.

∙Маршрутизаторы способны принимать интеллектуальные решения о выборе оптимального маршрута доставки данных в сети.

Контрольные вопросы

1.	Для чего используются межсетевые устройства?
A.	Позволяют увеличивать число узлов, протяженность сети и объединять от дельные сети.
B.	Повышают скорость передачи данных и уменьшают уровень электромагнитных помех в
	зданиях.
C.	Обеспечивают для сигнала резервные пути доставки, тем самым предотвращая его потерю
	и повреждение.
D.	Позволяют объединять устройства во всем здании.
2.	Какое из описаний узла является наилучшим?

A.Устройство, определяющее оптимальный маршрут движения трафика по сети.

B.Устройство, которое устанавливает, поддерживает и завершает сеансы между приложениями и управляет обменом данными между объектами уровня представлений.

C.Устройство, которое синхронизирует взаимодействующие приложения и согласует процедуры восстановления после ошибок и проверки целостности данных.

D.Конечная точка сетевого соединения или общий стык двух или более линий, который служит в качестве контрольной точки.

3.Какая из проблем может быть легко устранена с помощью повторителя?

A.Слишком много типов несовместимого оборудования в сети.

B.Слишком большой трафик в сети.

C.Слишком низкая скорость передачи данных.

D.Слишком много узлов и/или недостаточно кабеля.

4.Какое из описаний сигнала является наилучшим?

A.Электрические импульсы, представляющие данные.

B.Усиление данных.

C.Преобразование данных.

D.Официально установленные правила и процедуры.

5.Какой недостаток имеет использование концентратора?

A.Не может увеличить рабочие расстояния в сети.

B.Не может фильтровать сетевой трафик.

C.Не может посылать ослабленный сигнал через сеть.

D.Не может усиливать ослабленные сигналы.

6.Какое из описаний конфликта в сети является наилучшим?

A.Результат передачи данных в сеть двумя узлами независимо друг от друга.

B.Результат одновременной передачи данных в сеть двумя узлами.

C.Результат повторной передачи данных в сеть двумя узлами

D.Результат невыполнения передачи данных в сеть двумя узлами.

7.Какое описание термина "домен конфликтов" является наилучшим?

A.Область сети, в которой распространяются конфликтующие пакеты данных.

B.Область сети, которая ограничивается мостами, маршрутизаторами или коммутаторами

C.Область сети, в которой установлены маршрутизаторы и концентраторы.

D.Область сети, в которой используется фильтрация.

8.Что происходит, если мост обнаруживает, что адрес назначения, содержащийся в пакете данных, находится в том же сегменте сети, что и источник?

A.Он пересылает данные в другие сегменты сети.

B.Он не пропускает данные в другие сегменты сети.

C.Он пропускает данные между двумя сегментами сети.

D.Он пропускает пакеты между сетями, использующими различные протоколы.

9.	Для чего служит маршрутизатор?
A. Сравнивает		информацию	из таблицы маршрутизации с IP-адресом пункта назначения,
	содержащимся в пакете данных, и переправляет пакет в нужную подсеть и узел.
B. Сравнивает		информацию	из таблицы маршрутизации с IP-адресом пункта назначения,
	содержащимся в пакете данных, и переправляет пакет в нужную подсеть.
C. Сравнивает		информацию	из таблицы маршрутизации с IP-адресом пункта назначения,
	содержащимся в пакете данных, и переправляет пакет в нужную сеть.
D. Сравнивает		информацию	из таблицы маршрутизации с IP-адресом пункта назначения,
	содержащимся в пакете данных, и переправляет пакет в нужный сегмент сети.
10. Какое сетевое устройство			способно решить проблему чрезмерного широковещательного
	трафика?

A.Мост.

B.Маршрутизатор.

C.Концентратор.

D.Фильтр.

Локальные и глобальные сети

Вэтой главе..

•Функционирование локальных сетей (LAN)

•Поток данных в локальной сети, использующей стандарты Ethernet/802 3

•Общие задачи глобальных сетей (WAN)

•Главные компоненты WAN

•Общие методы канальной инкапсуляции, связанные с синхронными последовательными

линиями связи

Введение

В главе 3, "Сетевые устройства", были рассмотрены сетевые устройства, которые могут быть использованы для фильтрации трафика в сети и уменьшения размеров доменов конфликтов, в

пределах которых существует вероятность взаимного влияния пакетов друг на друга В этой главе будут рассмотрены технологии локальных и глобальных сетей, стандарты и сетевые

устройства, действующие на физическом, канальном и сетевом уровнях эталонной модели OSI

Локальные вычислительные сети

Локальные вычислительные сети (ЛВС) — это высокоскоростные сети с малым количеством ошибок, которые охватывают небольшие географические пространства (до нескольких тысяч метров) ЛВС объединяют рабочие станции, терминалы и периферийные устройства в одном здании

или другой пространственно ограниченной области Локальные сети обеспечивают множеству подключенных настольных устройств (обычно ПК) доступ к среде передачи данных с высокой пропускной способностью Они подключают компьютеры и службы к общей среде уровня 1

Кустройствам локальной сети относятся следующие устройства (рис 41)

•Мосты Подключают сегменты локальной сети и помогают фильтровать трафик

•Концентраторы Концентрируют соединения локальной сети и позволяют использовать в качестве среды передачи данных витую пару

•Коммутаторы Ethernet Обеспечивают сегментам и настольным системам

полнодуплексную связь и выделенную полосу пропускания

•Маршрутизаторы Обеспечивают большое количество сервисов, включая организацию

взаимодействия сетей и управление широковещанием

Наиболее распространенными технологиями ЛВС являются Ethernet, Fiber Distributed Data Interface (FDDI) и Token Ring, которые применяются практически во всех существующих локальных сетях (рис 4 2)

Стандарты локальных сетей определяют вид кабельных систем и сигналы на физическом и канальном уровнях эталонной модели OSI В этой книге будут рассмотрены стандарты Ethernet и IEEE 802 3, так как именно в соответствии с этими стандартами работают большинство локальных сетей.

Сетевые стандарты Ethernet и IEEE 802.3

Ethernet был разработан Исследовательским центром корпорации Xerox в Пало Альто (PARC) в 1970 году и является на сегодняшний день наиболее популярным стандартом. Миллионы устройств и узлов подключены к сетям, использующим Ethernet. Первым локальным сетям

требовалась очень небольшая пропускная способность для выполнения простых сетевых задач, существовавших в то время, — отправка и прием электронной почты, передача файлов данных и обработка заданий по выводу на печать.

Ethernet стал основой для спецификации ШЕЕ 802 3, которая была выпущена в 1980 году Институтом инженеров по электротехнике и электронике. Вскоре после этого компании

Digital Equipment Corporation, Intel Corporation и Xerox Corporation совместно разработали и выпустили спецификацию Ethernet версии 2.0, которая была в значительной степени совместима со стандартом IEEE 802 3. На сегодняшний день Ethernet и IEEE 802 3 являются

наиболее распространенными стандартами локальных вычислительных сетей

Сети на основе Ethernet используются для транспортировки данных между различными устройствами — компьютерами, принтерами и файл-серверами Технология Ethernet дает возможность устройствам коллективно пользоваться одними и теми же ресурсами, т.е. все устройства могут пользоваться одной средой доставки. Средой доставки называется метод передачи и приема данных. Например, рукописное письмо может быть послано с использованием различных способов доставки: через почтовую службу, через курьерскую службу доставки Federal Express или по факсу. Электронные данные могут передаваться по медному кабелю, по тонкому или толстому коаксиальному кабелю, по беспроводным линиям связи и т д.

ЛВС и физический уровень

Ethernet должен был заполнить нишу между глобальными, низкоскоростными сетями и

специализированными сетями машинных залов, передающими данные с высокой скоростью, но на очень ограниченные расстояния. Ethernet хорошо подходит для приложений, когда

локальные коммуникации должны выдерживать спорадически возникающие высокие нагрузки на пиковых скоростях передачи данных.

Стандарты Ethernet и IEEE 802.3 определяют локальные сети с шинной топологией, работающие в монополосном режиме со скоростью передачи 10 Мбит/с. Такие ЛВС называют lOBase. На рис. 4.3 показан вариант комбинирования трех существующих стандартов выполнения разводки в сетях.

•10Base2. Известен как тонкий Ethernet; допускает протяженность сетевых сегментов на коаксиальном кабеле до 185 метров.

•lOBaseS. Известен как толстый Ethernet; допускает протяженность сетевых сегментов на коаксиальном кабеле до 500 метров

•lOBaseT Использует для передачи кадров недорогой кабель на основе витой пары.

Стандарты lOBaseS и 10Base2 обеспечивают доступ нескольким станциям в одном сегменте ЛВС. Станции подключаются к сегменту с помощью кабеля, который одним концом соединяется с интерфейсом блока подключения (attachment unit interface, AUI) на станции, а другим — с трансивером, подключаемым к коаксиальному кабелю Ethernet. Трансивер еще называют устройством подключения к среде передачи данных (media attachment unit, MAU)

Поскольку стандарт lOBaseT обеспечивает доступ только для одной станции, то в локальных сетях на базе lOBaseT станции почти всегда подключаются к концентратору или сетевому коммутатору. При подобной конфигурации принято считать, что концентратор или сетевой коммутатор относится к тому же сегменту, что и подключенные к нему станции

ЛВС и канальный уровень

Канальные уровни протоколов Ethernet и 802.3 обеспечивают транспортировку данных по физическому каналу, непосредственно соединяющему два соединенных устройства. Например, как показано на рис. 4.4, три устройства могут напрямую быть связаны друг с другом с помощью сети Ethernet. Рядом с компьютером Macintosh (слева) и компьютером на базе процессора Intel (в центре на рисунке) указаны их адреса управления доступом к среде передани данных (МАС-адреса), используемые канальным уровнем. Маршрутизатор, расположенный справа, также использует МАС-адреса каждого из своих сетевых интерфейсов. Для обозначения интерфейса маршрутизатора, работающего по протоколу 802.3, используется аббревиатура,

принятая в Межсетевой операционной системе корпорации Cisco (Cisco Interwork Operating System, IOS), — символ E, за которым указывается номер интерфейса. Например, ЕО — это имя интерфейса 802.3 под номером 0 (см. рис. 4.4).

Как работает сеть Ethernet/802.3

В сети Ethernet данные, посылаемые одним узлом, проходят через весь сегмент. По мере движения данные принимаются и анализируются каждым узлом. Когда сигнал достигает конца сегмента, он поглощается специальным оконечным элементом. Это необходимо для того, чтобы предотвратить движение сигнала в обратном направлении. В каждый отдельный момент времени в локальной сети возможна только одна передача. Например, в сети с линейной шинной топологией пакет данных передается от станции А к станции D (рис. 4.5). Этот пакет принимается всеми станциями. Станция D распознает свой адрес и обрабатывает кадр. Станции В и С не распознают свои МАС-адреса и игнорируют кадр.

Широковещание в сети Ethernet/802.3

Широковещание является мощным инструментом, который позволяет отправлять один кадр одновременно многим станциям. В режиме широковещания используется канальный адрес пункта назначения, состоящий из всех единичек (FFFF. FFFF. FFFF — в шестнадцатеричной системе). К примеру, если станция А передает кадр, используя в качестве адреса пункта назначения адрес, состоящий из всех единичек, то станции В, С и D должны принять этот кадр и передать его верхним Уровням для дальнейшей обработки (рис. 4.6). Широковещание может серьезно влиять на производительность станций, излишне отвлекая их. По этой причине широковещание должно применяться, только если МАС-адрес не известен или если данные предназначаются для всех станций.

ЛВС и сетевой уровень

Технология Ethernet является технологией коллективного использования среды передачи данных. Это означает, что все устройства в сети должны следить за передачами в сети и конкурировать или договариваться о возможности, или праве, на передачу. Это также означает, что в один и тот же момент времени в сети возможна только одна передача. Имеется некоторое сходство между движением данных в сети и движением, которое происходит на автостраде, где водители и их автомобили (устройства) договариваются об использовании автострады (носителя), применяя при этом сигналы поворота, скорость и т.п., чтоб перевозить (передавать) пассажиров (данные) из одного места в другое.

Как было сказано в главе 3, "Сетевые устройства", если более чем один узел пытается осуществить передачу, имеет место конфликт. Вследствие этого данные от разных устройств сталкиваются между собой и повреждаются. Если устройство обнаруживает, что имеет место конфликт, то его сетевой адаптер выдает сигнал повторной передачи с задержкой. Поскольку задержка перед повторной передачей определяется алгоритмом, величина этой задержки различна для каждого устройства в сети. Таким образом, вероятность повторного возникновения конфликта уменьшается. Однако, если трафик в сети очень напряженный, повторные конфликты приводят к повторным передачам с задержкой, что вызывает значительное замедление работы сети.

Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов

Сегодня термин стандартный Ethernet чаще всего применяется для описания всех ЛВС, использующих технологию Ethernet (технологию коллективного использования среды передачи данных), которая в общем случае удовлетворяет требованиям спецификаций Ethernet, включая спецификации стандарта IEEE 802.3. Чтобы использовать принцип коллективной работы со средой передачи данных, в Ethernet применяется протокол множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (carrier sense multiple access/collision detection, CSMA/CD),

Использование протокола CSMA/CD позволяет устройствам договариваться о правах на передачу.

CSMA/CD является методом доступа, который позволяет только одной станции осуществлять передачу в среде коллективного использования. Задачей стандарта Ethernet является обеспечение качественного сервиса доставки данных. Не все устройства могут осуществлять передачу на равных правах в течение всего времени, поскольку это может привести к возникновению конфликтов. Однако стандартные сети Ethernet, использующие протокол CSMA/CD, учитывают все запросы на передачу и определяют, какие устройства могут

передавать в данный момент и в какой последовательности смогут осуществлять передачу все остальные устройства, чтобы все они получали адекватное обслуживание.

Перед отправкой данных узел "прослушивает" сеть, чтобы определить, можно ли осуществлять передачу, или сеть сейчас занята. Если в данный момент сеть никем не используется, узел осуществляет передачу. Если сеть занята, узел переходит в режим ожидания. Возникновение конфликтов возможно в том случае, если два узла, "прослушивая" сеть, обнаруживают, что она свободна, и одновременно начинают передачу. В этом случае возникает конфликт, данные повреждаются и узлам необходимо повторно передать данные позже. Алгоритмы задержки определяют, когда конфликтующие узлы могут осуществлять повторную передачу. В соответствии с требованиями CSMA/CD, каждый узел, начав передачу, продолжает "прослушивать" сеть на предмет обнаружения конфликтов, узнавая таким образом о необходимости повторной передачи.

Метод CSMA/CD работает следующим образом (рис. 4.7): если узел хочет осуществить передачу, он проверяет сеть на предмет того, не передает ли в данный момент другое устройство. Если сеть свободна, узел начинает процесс передачи. Пока идет передача, узел контролирует сеть, удостоверяясь, что в этот же момент времени не передает никакая другая станция. Два узла могут начать передачу почти одновременно, если обнаружат, что сеть свободна. В этом случае возникает конфликт, что показано на рис. 4.7, вверху.

Когда передающий узел узнает о конфликте, он передает сигнал "Наличие конфликта", делающий конфликт достаточно долгим для того, чтобы его могли распознать все другие узлы сети. После этого все передающие узлы прекращают отправку кадров на выбираемый случайным образом отрезок времени, называемый временем задержки повторной передачи. По истечении этого периода осуществляется повторная передача. Если последующие попытки также заканчиваются неудачно, узел повторяет их до 16 раз, после чего отказывается от передачи.

Время задержки для каждого узла разное. Если различие в длительности этих периодов задержки достаточно велико, то повторную передачу узлы начнут уже не одновременно. С каждым последующим конфликтом время задержки удваивается, вплоть до десятой попытки, тем самым уменьшая вероятность возникновения конфликта при повторной передаче. С 10-й по 16-ю попытку узлы время задержки больше не увеличивают, поддерживая его постоянным.

Глобальные сети

Глобальные сети работают за пределами географических возможностей ЛВС, используя

последовательные соединения различных типов для обеспечения связи в пределах значительных географических областей. Доступ к глобальным сетям обеспечивают региональные операторы, такие как Sprint и MCI. Операторы могут предоставлять круглосуточное или временное подключение к сети, а также доступ через последовательные интерфейсы, работающие с различными скоростями.

Устройства глобальных сетей

По определению, глобальные сети объединяют устройства, расположенные на большом удалении друг от друга. К устройствам глобальных сетей относятся следующие (рис. 4.8).

•Маршрутизаторы, обеспечивающие большое количество сервисов, включая организацию межсетевого взаимодействия и интерфейсные порты WAN.

•Коммутаторы, которые подключают полосу для передачи голосовых сообщений, данных и видео.

•Модемы, которые служат интерфейсом для голосовых сервисов; устройства управления каналом/цифровые сервисные устройства (channel service units/digital service units, CSU/DSUs), которые являются интерфейсом для сервисов Т1/Е1; терминальные адаптеры и оконечные сетевые устройства 1 (terminal adapter / network termination 1,

ТА/NT 1), которые служат интерфейсом для служб цифровой сети с интеграцией услуг

(Integrated Services Digital Network, ISDN).

•Коммуникационные серверы (communication servers), которые концентрируют входящие и исходящие пользовательские соединения по коммутируемым каналам связи.

Стандарты глобальных сетей

Определением, разработкой и внедрением стандартов в области глобальных сетей занимаются следующие организации.

• Международный телекоммуникационный союз (International Telecommunication Union, ITU), ранее — Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии

(Consultative Committee for International Telegraphy and Telephony, CCITT).

•Международная организация по стандартизации (International Organization forStandardization, ISO)

•Рабочая группа по инженерным проблемам Internet (Internet Engineering Task Force, IETF).

•Ассоциация электронной промышленности (Electronic Industries Association, EIA).

Стандарты глобальных сетей обычно описывают требования канального и физического уровней.

Протоколы физического уровня WAN описывают, как обеспечить электрическое, механическое, операционное и функциональное подключение к WAN-сервисам. Как правило,

эти сервисы предоставляются провайдерами услуг глобальной сети (WAN service providers),