Протоколы обмена маршрутной информацией

Обновлено: 16.05.2024

1. Основы IGP протокола OSPF класса Link-State или базовая настройка динамической маршрутизации на роутере Cisco

OSPF, как и любой другой порядочный протокол, используемый в компьютерных сетях, очень легко настроить, но под пальто у этого джентльмена скрывается очень много процессов, которые хороший инженер должен знать и понимать, как эти процессы проходят и почему они проходят именно так, а не как иначе. Да вы и сами в этом убедитесь, в каждой публикации по протоколу OSPF десятая часть будет посвящена командам, а всё остальное будет про то, что происходит в нашей сети после этих команд.

1.1 Введение

Первым протоколом динамической маршрутизации, о котором хотелось бы рассказать является OSPF. Почему OSPF? Потому что именно этот протокол применяется в локальных сетях для обмена маршрутной информацией чаще всего. Дело в том, что старичка RIP используют в основном некрофилы и микротикофилы, EIGRP — проприетарный протокол Cisco и для его работы вся сеть должна быть построена на оборудование этого вендора, BGP — хороший, гибкий, управляемый протокол, но заточен он не для маршрутизации внутри автономной системы, а между автономными системами, время сходимости у BGP значительно выше, нежели у трех других.

1.2 Основы протокола OSPF

На данный момент в мире две версии протокола OSPF: OSPFv2 и OSPFv3. Первая используется для динамической маршрутизации IPv4 (RFC 2328), вторая для IPv6 (RFC 2740). Вне зависимости от версии протокола OSPF относится к группе IGP протоколов, а это означает, что используется он в пределах одной автономной системы. Когда мы разберемся с тем, как работает OSPF, вы поймете, что этот протокол не применим для глобальной маршрутизации в силу естественных причин, связанных с производительностью роутеров, им просто не хватит вычислительной мощности, чтобы просчитать все маршруты Интернета по алгоритмам, применяющимся в OSPF.

В основе работы протокола OSPF лежит Алгоритм Дейксты или алгоритм поиска кратчайшего пути, отсюда, собственно и вытекает SPF (shortest path first). Для обмена информацией о маршрутах, а также для обмена дополнительной информацией, использует несколько разных типов пакет. Какие? Потом разберемся. Сейчас нам нужно для себя отметить, что пакеты OSPF инкапсулируются в IP-пакеты. Вы должны помнить, что у IP-пакета есть код вложения, увидев этот код, роутер поймет, что находится внутри IP-пакета, для OSPF зарезервирован код 89. Передача OSPF пакета может происходить как unicast, так и multicast, при этом используется два multicast адреса:

Ну и еще одна важна вещь, о которой стоит сказать. OSPF относится к протоколам типа Link-State, а это означает, что каждый маршрутизатор внутри автономной системы обладает полным представлением о том, как устроена его сеть на уровне IP протокола (то есть на сетевом уровне моделей TCP/IP и OSI 7), в дальнейшем мы убедимся, что это не так и поймем, почему это не так, опять же, всё упирается в производительность железок.

1.3 Терминология протокола OSPF

Терминология в OSPF, как и у любого сложного протокола, довольно объемная, буду рад, если в комментариях появятся дополнения. Термины я приведу сразу, чтобы потом каждый раз к ним не возвращаться.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: не пытайтесь заучить эти термины, лучше при прочтении возвращается к этому месту, если какое-то слово покажется вам незнакомым, смысла заучивать нет, все необходимое запомнится само по мере погружения в тему.

Для облегчения задачи мы разделим термины на три группые. Стоит добавить, что терминология OSPF является устоявшейся, но все равно некоторые вендоры могут вводить что-то свое, в этом случае рекомендую обращаться к документации вендора или в Google, там ответ вы точно найдете.

1.3.1 Основные термины протокола OSPF

Начнем с основных терминов, которые так или иначе есть практически во всех протоколах динамической маршрутизации.

Это были общие термины, относящиеся к протоколу OSPF

1.3.2 Соседи и отношения соседства в OSPF

Компьютерные сети бывают большими и с огромным количеством роутеров, и этим роутерам нужно как-то взаимодействовать друг с другом в большой сети. Для описания взаимодействия роутеров по протоколу OSPF есть несколько терминов.

Сосед/соседи (neighbor/neighbors) – это два маршрутизатора, которые находятся в одной канальной среде, но это еще не всё. На интерфейсах этих маршрутизаторов, смотрящих друг на другу, должен быть включен и правильно настроен OSPF, то есть настройки должны быть консистентные с обеих сторон.
Отношение соседства (adjacency) – маршрутизаторы в OSPF должны постоянно синхронизировать свои базы данных, в которых хранится информации о сети, если два маршрутизатора нормально обмениваются такой информацией, то можно сказать, что они имеют соседские отношения.
Hello-протокол (hello-protocol) – для поиска соседей, установления соседства, а также для поддержания соседских отношений маршрутизаторы используют hello-пакеты.
База данных соседей (neighbors database) – маршрутизатор должен знать всех своих соседей, чтобы в случае чего потыкать в них палочкой и что-нибудь уточнить или что-нибудь сообщить своим соседям, например, если появилась новая сеть. Для этих целей у маршрутизаторов есть список соседей, иногда этот список называется neighbors table.

Это основные термины, которыми можно описать взаимоотношения между роутерами в рамках протокола OSPF.

1.3.3 Виды пакетов в OSPF

Последний блок терминов, который мы рассмотрим, касается пакетов в OSPF, их довольно много и у каждого типа свое назначение. Тут главное не запутаться пакетов много.

Теперь вы знаете пакеты, которыми обмениваются маршрутизаторы при взаимодействие по протоколу OSPF.

1.4 Как работает протокол OSPF: краткая теория и практика на примере маршрутизаторов Cisco.

Сейчас мы очень коротко, хотя так может и не показаться, поговорим о том, как работает протокол OSPF на маршрутизаторах Cisco и рассмотрим его самые базовые настройки, потом от этого материала мы сможем отталкиваться, чтобы разбираться с деталями и более глубоко изучить этот протокол. В общем, нам нужно получить общее понимание о том, как работает OSPF.

1.4.1 Схема для демонстрации и настройки IP-протокола на маршрутизаторе

Начнем с того, что я покажу вам схему, с которой мы будем работать и IP-адреса, которые будем использовать. Схему я собирал в EVE-NG, дамп трафика делал при помощи Wireshark, в качестве Telnet клиента я использую SecureCRT. Сама схема показана ниже.

1.1 Схема для демонстрации базовой настройки протокола OSPF на оборудование Cisco

Да, вот так незамысловато. Два роутера, два интерфейса, они подписаны на рисунке. На физическом интерфейсе RO1 я буду использовать IP-адрес 10.0.0.1/24, а на физическом интерфейсе RO2 10.0.0.2/24, у каждого роутера есть Loopback интерфейс, цель которых – имитировать клиентские сети. Если вам так неудобно, то представьте, что к роутеру RO1 подключен компьютер с IP-адресом 1.1.1.1, а к роутеру RO2 подключен компьютер с адресом 2.2.2.2.

Рубрика	Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	24.08.2009
Размер файла	210,8 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Кафедра информационно-коммуникационные технологии

Введение

Все протоколы обмена маршрутной информацией стека TCP/IP относятся к классу адаптивных протоколов, которые в свою очередь делятся на две группы, каждая из которых связана с одним из следующих типов алгоритмов:

? дистанционно-векторный алгоритм (Distance Vector Algorithms, DVA),

? алгоритм состояния связей (Link State Algorithms, LSA).

В алгоритмах дистанционно-векторного типа каждый маршрутизатор периодически и широковещательно рассылает по сети вектор расстояний от себя до всех известных ему сетей. Получив вектор от соседнего маршрутизатора, каждый маршрутизатор добавляет к нему информацию об известных ему других сетях, о которых он узнал непосредственно (если они подключены к его портам) или из аналогичных объявлений других маршрутизаторов, а затем снова рассылает новое значение вектора по сети. В конце концов, каждый маршрутизатор узнает информацию об имеющихся в интерсети сетях и о расстоянии до них через соседние маршрутизаторы.

Дистанционно-векторные алгоритмы хорошо работают только в небольших сетях. В больших сетях они засоряют линии связи интенсивным широковещательным трафиком, к тому же изменения конфигурации могут отрабатываться по этому алгоритму не всегда корректно, так как маршрутизаторы не имеют точного представления о топологии связей в сети, а располагают только обобщенной информацией - вектором дистанций, к тому же полученной через посредников.

Наиболее распространенным протоколом, основанным на дистанционно-векторном алгоритме, является протокол RIP.

Алгоритмы состояния связей обеспечивают каждый маршрутизатор информацией, достаточной для построения точного графа связей сети. Все маршрутизаторы работают на основании одинаковых графов, что делает процесс маршрутизации более устойчивым к изменениям конфигурации. Широковещательная рассылка используется здесь только при изменениях состояния связей, что происходит в надежных сетях не так часто.

Для того чтобы понять, в каком состоянии находятся линии связи, подключенные к его портам, маршрутизатор периодически обменивается короткими пакетами со своими ближайшими соседями. Этот трафик также широковещательный, но он циркулирует только между соседями и поэтому не так засоряет сеть.

Протоколом, основанным на алгоритме состояния связей, в стеке TCP/IP является протокол OSPF.

Протокол BGP разработан компаниями IBM и CISCO. Главная цель BGP - сократить транзитный трафик.

BGP отличается от RIP и OSPF тем, что использует TCP в качестве транспортного протокола. Две системы, использующие BGP, связываются друг с другом и пересылают посредством TCP полные таблицы маршрутизации.

Протокол ICMP

Общая характеристика протокола

Протокол ICMP играет в сети вспомогательную роль. Спецификация этого протокола содержится в RFC 792.

Заголовок ICMP состоит из 8 байт; поля заголовка перечислены ниже:

· Код (размером 1 байт) более тонко дифференцирует тип ошибки.

Таблица 1. Возможные значения поля типа

Эхо-ответ (Echo Replay)

Узел назначения недостижим (Destination Unreachable)

Подавление источника (Source Quench)

Перенаправление маршрута (Redirect)

Эхо-запрос (Echo Request)

Истечение времени дейтаграммы (Time Exceeded for a Datagram)

Проблема с параметром пакета (Parameter Problem on a Datagram)

Запрос отметки времени (Timestamp Request)

Ответ отметки времени (Timestamp Replay)

Запрос маски (Address Mask Request)

Ответ маски (Address Mask Replay)

Таблица 2. Коды, детализирующие причину ошибки о недостижимости

Требуется фрагментация, а бит DF установлен

Ошибка в маршруте, заданном источником

Сеть назначения неизвестна

Узел назначения неизвестен

Взаимодействие с сетью назначения административно запрещено

Взаимодействие с узлом назначения административно запрещено

Сеть недостижима для заданного класса сервиса

Узел недостижим для заданного класса сервиса

Узел или сеть назначения могут быть недостижимы из-за временной неработоспособности аппаратуры, из-за того, что отправитель указал неверный адрес назначения, а также из-за того, что маршрутизатор не имеет данных о маршруте к сети назначения.

Недостижимость протокола и порта означают отсутствие реализации какого-либо протокола прикладного уровня в узле назначения или же отсутствие открытого порта протоколов UDP или TCP в узле назначения.

Ошибка фрагментации возникает тогда, когда отправитель послал в сеть пакет с признаком DF, запрещающим фрагментацию, а маршрутизатор столкнулся с необходимостью передачи этого пакета в сеть со значением MTU меньшим, чем размер пакета.

Перенаправление маршрута

Маршрутные таблицы у компьютеров обычно являются статическими, так как конфигурируются администратором сети, а у маршрутизаторов - динамическими, формируемыми автоматически с помощью протоколов обмена маршрутной информации. Поэтому с течением времени при изменении топологии сети маршрутные таблицы компьютеров могут устаревать. Кроме того, эти таблицы обычно содержат минимум информации, например, только адреса нескольких маршрутизаторов.

Предположим, таблица маршрутов в начале выглядит следующим образом:

Таблица маршрутов в начале работы.

Адрес назначения

Вид маршрутизации

Эта таблица содержит запись о локальной IP-сети 128.6.4 и маршрут по умолчанию, указывающий шлюз 128.6.4.27. Допустим, что существует шлюз 128.6.4.30, который является лучшим путем доступа к IP-сети 128.6.7.

Модуль IP на машине-отправителе должен добавить запись в таблицу маршрутов:

Новая запись в таблице маршрутов.

Адрес назначения

Вид маршрутизации

Все последующие IP-пакеты для узла 128.6.7.23 будут посланы прямо через указанный шлюз.

Анализ применимости протокола ICMP при переходе с набора протоколов IP v4 на набор IP v6

На первый взгляд, новый протокол обладает рядом существенных преимуществ перед IPv4. Однако до сих пор скорость его внедрения продолжает оставаться низкой. По данным Форума IPv6, только семь из 21 крупнейших интернет-провайдеров предпринимают шаги, необходимые для полноценного перехода к использованию новой технологии.

В спецификации RFC 1726 представлен набор функций, основными среди них являются:

· масштабируемость: идентификация и определение адресов как минимум 10 12 конечных систем и 10 9 индивидуальных сетей;

· топологическая гибкость: архитектура маршрутизации и протокол должны работать в сетях с различной топологией;

· преемственность: обеспечение чёткого плана перехода от существующей версии IPv4;

· независимость от среды передачи: работа среди множества сетей с различными средами передачи данных со скоростями до сотен гигабит в секунду;

· автоматическое конфигурирование хостов и маршрутизаторов;

· безопасность на сетевом уровне;

· мобильность: обеспечение работы с мобильными пользователями, сетями и межсетевыми системами;

· расширяемость: возможность дальнейшего развития в соответствии с новыми потребностями.

В результате реализации заявленных функций важнейшие инновации IPv6 состоят в следующем:

· упрощен стандартный заголовок IP-пакета;

· изменено представление необязательных полей заголовка;

· расширено адресное пространство;

· улучшена поддержка иерархической адресации, агрегирования маршрутов и автоматического конфигурирования адресов;

· введены механизмы аутентификации и шифрования на уровне IP-пакетов;

· введены метки потоков данных.

IPv6 и DNS

Клиент, направляющий с устройства запросы на DNS-сервер, должен уметь распознавать записи как об адресах IPv4, так и об адресах IPv6. Получив запрос, DNS-сервер определяет тип ресурсной записи (A или AAAA) и отправляет ее устройству. Распознав запись, устройство выбирает для передачи данных либо протокол IPv4, либо протокол IPv6.

Одним словом, для полной совместимости с IPv6 DNS требует серьезной перестройки.

Внедрение набора протоколов IP v6 и его преимущества перед IP v4

Для реализации перехода на новый протокол образовалась неформальная некоммерческая организация 6bone, включающая в себя более 100 организаций, в основном, сетевых провайдеров и университетов. Главная задача организации - создание инфраструктуры, позволяющей транспортировку пакетов стандарта IP v6 по всей сети Интернет. Как и существующая сегодня инфраструктура IP v4, она будет состоять из большого количества провайдеров и локальных сетей, объединенных в единую Сеть. В настоящее время в состав 6bone входят представители 41 страны, от США, Англии и Японии и до Камеруна и Казахстана.

Необходимость создания такой инфраструктуры объясняется прежде всего тем, что без широкомасштабного тестирования и готовой инфраструктуры (или ее подобия) коммерческие провайдеры (и потребители, занимающиеся, в отличие от университетов, не исследованиями, а бизнесом) вряд ли будут охотно внедрять новый протокол. Таким образом, задачей сети 6bone не является организация параллельной инфраструктуры, а скорее тестирование и отработка методик взаимодействия клиент-провайдер.

1. Базовый набор протоколов IP v6 охватывает функции набора протоколов IP v4

2. Базовый набор протоколов IP v6 расширяет функции набора протоколов IP v4 (в том числе ICMP, которые охватывается единым протоколом NDP).

3. Тестирование и внедрение IP v6 требует значительных усилий и затрат.

Протоколы обмена маршрутной информацией

Общая характеристика протоколов обмена маршрутной информацией

Все протоколы обмена маршрутной информацией стека TCP/IP относятся к классу адаптивных протоколов, которые в свою очередь делятся на две группы, каждая из которых связана с одним из следующих типов алгоритмов:

? дистанционно-векторный алгоритм (Distance Vector Algorithms, DVA),

? алгоритм состояния связей (Link State Algorithms, LSA).

В алгоритмах дистанционно-векторного типа каждый маршрутизатор периодически и широковещательно рассылает по сети вектор расстояний от себя до всех известных ему сетей. Под расстоянием обычно понимается число промежуточных маршрутизаторов через которые пакет должен пройти прежде, чем попадет в соответствующую сеть. Может использоваться и другая метрика, учитывающая не только число перевалочных пунктов, но и время прохождения пакетов по связи между соседними маршрутизаторами. Получив вектор от соседнего маршрутизатора, каждый маршрутизатор добавляет к нему информацию об известных ему других сетях, о которых он узнал непосредственно (если они подключены к его портам) или из аналогичных объявлений других маршрутизаторов, а затем снова рассылает новое значение вектора по сети. В конце концов, каждый маршрутизатор узнает информацию об имеющихся в интерсети сетях и о расстоянии до них через соседние маршрутизаторы.

Дистанционно-векторные алгоритмы хорошо работают только в небольших сетях. В больших сетях они засоряют линии связи интенсивным широковещательным трафиком, к тому же изменения конфигурации могут отрабатываться по этому алгоритму не всегда корректно, так как маршрутизаторы не имеют точного представления о топологии связей в сети, а располагают только обобщенной информацией - вектором дистанций, к тому же полученной через посредников. Работа маршрутизатора в соответствии с дистанционно-векторным протоколом напоминает работу моста, так как точной топологической картины сети такой маршрутизатор не имеет.

Наиболее распространенным протоколом, основанным на дистанционно-векторном алгоритме, является протокол RIP.

Алгоритмы состояния связей обеспечивают каждый маршрутизатор информацией, достаточной для построения точного графа связей сети. Все маршрутизаторы работают на основании одинаковых графов, что делает процесс маршрутизации более устойчивым к изменениям конфигурации. Широковещательная рассылка используется здесь только при изменениях состояния связей, что происходит в надежных сетях не так часто.

Для того, чтобы понять, в каком состоянии находятся линии связи, подключенные к его портам, маршрутизатор периодически обменивается короткими пакетами со своими ближайшими соседями. Этот трафик также широковещательный, но он циркулирует только между соседями и поэтому не так засоряет сеть.

Протоколом, основанным на алгоритме состояния связей, в стеке TCP/IP является протокол OSPF.

Дистанционно-векторный протокол RIP

Протокол RIP (Routing Information Protocol) маршрутизации предназначен для сравнительно небольших и относительно однородных сетей (алгоритм Белмана-Форда). Протокол разработан в университете Калифорнии (Беркли), базируется на разработках фирмы Ксерокс и реализует те же принципы, что и программа маршрутизации routed, используемая в ОC UNIX (4BSD). Маршрут здесь характеризуется вектором расстояния до места назначения. Предполагается, что каждый маршрутизатор является отправной точкой нескольких маршрутов до сетей, с которыми он связан.

Протокол RIP представляет собой один из старейших протоколов обмена маршрутной информацией, однако он до сих пор чрезвычайно распространен в вычислительных сетях. Помимо версии RIP для сетей TCP/IP, существует также версия RIP для сетей IPX/SPX компании Novell.

Описания этих маршрутов хранится в специальной таблице, называемой маршрутной. Таблица маршрутизации RIP содержит по записи на каждую обслуживаемую машину (на каждый маршрут). Запись должна включать в себя:

· IP-адрес места назначения.

· Метрика маршрута (от 1 до 15; число шагов до места назначения).

· IP-адрес ближайшего маршрутизатора (gateway) по пути к месту назначения.

· Таймеры маршрута.

· Возможность использования нескольких маршрутных таблиц (по одной на каждый вид операции) для каждого адреса сети.

· Каждому интерфейсу присваивается своя безразмерная цена, которая учитывает пропускную способность и время задержки доставки. Для каждой IP-операции может быть назначена своя цена.

· При наличии эквивалентных маршрутов OSPF равномерно распространяет по ним поток данных.

Недостатки OSPF – трудность получения и предпочтительности каналов для узлов, поддерживающих другие протоколы, или имеющих статичную маршрутизацию.

Внешние протоколы маршрутизации.

Внешние протоколы маршрутизации предназначены главным образом для связи между автономными системами.

BGP –Boarder Gataway Protocol. BGP построен на основании опыта, накопленного при эксплуатации EGP. Одной из главных целей разработки BGP было сокращение транзитного трафика. В BGP используется расширенное понятие автономной системы. В зависимости от того, с каким трафиком имеет дело автономная система, она причисляется к категориям:

· Тупиковая автономная система, которая имеет только одно соединение с другими автономными системами, и фактически в ходе своей работы имеет только локальный трафик.

· Многоходовая автономная система –имеет более одного соединения с другими автономными системами, но при этом не поддерживает транзитный трафик.

· Транзитная автономная система, в которой имеется более одного соединения с другими автономными системами, и которая предназначена для поддержания как локального, так и транзитного трафика.

BGP использует в качестве транспортного протокола ТСР. Хосты, выполняющие протокол BGP, не обязательно являются шлюзами. Те хосты, которые не являются шлюзами, могут обмениваться маршрутной информацией со шлюзами при помощи протокола ЕGP или внутреннего протокола маршрутизации, а затем использовать протокол BGP для обмена маршрутной информацией с граничным шлюзом другой автономной системы.

Топология локальных сетей.

Под топологией компьютерной сети понимают взаимное расположение компьютеров в сети друг относительно друга и способ соединения их линий связи, в которых можно легко проследить структуру связи. В глобальных сетях структура связи обычно скрыта от пользователя, каждая передача данных между двумя рабочими станциями может производиться по своему собственному маршруту.

Топологией сети определяются требования к оборудованию, тип используемого кабеля, возможные методы управления обменом информацией, надежность работы и возможность работы расширения сетей.

Существуют три основных топологии сети:

· Шина, при которой все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи и информация от одного компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам сети.

· Кольцо, при котором каждый компьютер передает информацию только одному компьютеру, следующему за ним в цепочке, а принимает только от предыдущего в цепочке, при чем эта цепочка замкнута в кольцо.

· Звезда, при которой к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует свою линию связи.

На практике используются и комбинации этих топологий, хотя большинство локальных сетей ориентированно на одну из этих трех топологий.

Топология шины своей структурой предполагает идентичность сетевого оборудования рабочих станций и равноправие всех абонентов. Поскольку в этой топологии имеется лишь одна линия связи, то все компьютеры могут передавать информацию только по очереди. В противном случае передаваемая информация будет искажена в результате наложения сигналов друг на друга – конфликт или коллизия. Таким образом, в сетях с топологией общей шины реализуется режим полудуплексного обмена. В шинной топологии отсутствует центральный абонент, через которого передается вся информация, что повышает надежность сети. Добавление новых абонентов производится достаточно просто и, как правило, возможно во время работы сети. Обычно при использовании шинной топологии требуется минимальное по сравнению с другими топологиями количество соединительного кабеля. Разрешение возможных конфликтов ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента, поэтому сетевая аппаратура при использовании шинной топологии несколько сложнее, по сравнению с остальными. Выход из строя отдельных компонентов не сказывается на работоспособности сети. Однако при обрыве кабеля сеть окажется неработоспособной, а не распадется на независимые шины. Это связано с тем, что из-за особенностей распределения электрических сигналов по линиям связи необходимо предусмотреть включение не концах шины специальных согласующих устройств, называемых терминаторами, при отсутствии которых сигнал отражается от конца линии связи, искажается, а связь становится невозможной. Кроме того, любой отказ оборудования в общей шине очень трудно локализовать, так как все сетевые адаптеры подключены параллельно. При прохождении по лини связи в сети с шинной топологией, информационные сигналы ослабляются, что накладывает определенные ограничения на суммарную длину линий связи. Кроме того, абонент может получать сигналы различных уровней, зависящих от расстояния до передающего абонента. Для увеличения протяженности сети с шинной топологией используют несколько сегментов (так же с шинной топологией), объединенных между собой при помощи специальных восстановителей сигналов: регистров или повторителей. Вместе с тем, подобное увеличение протяженности сети встречает ограничения, связанные с ограниченной скоростью распределения сигналов по кабелю.

Топология звезда является топологией с явно выделенным центром, к которому подключаются его остальные абоненты. Весь обмен информацией производится через центрального абонента, который, как правило, ничем, кроме управления обменом, не занимается. Конфликты в сети с топологией звезда невозможны, так как управление обменом централизовано. Выход из строя любой периферийной рабочей станции никак не сказывается на работоспособности остальной части сети, но отказ центрального компьютера приводит к полной неработоспособности сети. У звезды, в отличие от шины, как каждой линии связи находятся два абонента, для соединения которых используются две линии связи, каждая из которых передает информацию лишь в одном направлении, что упрощает сетевое оборудование и позволяет отказаться от использования терминаторов. Недостатки звезды – жестокие ограничения на количество абонентов и большой расход кабеля. Как правило, центральный компьютер может обслуживать не более 8 или 16 периферийных компьютеров. Для решения проблемы огромного количества абонентов сети возможно подключение вместо одного из периферийных абонентов другого центрального абонента, в результате чего получается топология из нескольких объединенных между собой звезд. Такая топология называется активной или истинной звездой. Существует внешне похожая на активную звезду топология – пассивная звезда. В центре нее не центральный компьютер, а концентратор или хаб, который выполняет те же функции, что и репитер, то есть восстанавливает приходящие сигналы и направляет их в другие линии связи. Хотя схема прокладки кабеля в этом случае аналогична активной звезде, фактически это шинная топология, так как сигнал от каждого абонента передается всем остальным, а центрального компьютера не существует. По мере развития сетей пассивная звезда практически полностью вытеснила активную. Топология пассивной звезды используется в Ethernet. Проблема затухания сигнала в звезде решается проще, чем в сети с шинной топологией, так как каждый приемник получает сигналы только одного уровня. Достоинством топологии звезда является то, что все точки подключения к сети находятся в одном месте. Это существенно облегчает контроль работы сети, локализацию неисправностей и ограничение доступа к точкам подключения.

При кольцевой топологии каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя другими, точнее, от одного он только получает информацию, а другому только передает. Таким образом, на каждой линии связи присутствует только один приемник и передатчик. Такая схема соединения компьютеров позволяет, как и в случае звезды, отказаться от применения внешних терминаторов. Существенной особенностью кольца является то, что каждый компьютер ретранслирует приходящий к нему сигнал. Поэтому затухание сигналов по всему кольцу как таковое не происходит, и имеет значение только затухание сигнала между двумя компьютерами сети (соседними). Четко выделенного центра в сети с кольцевой топологией не существует. Все компьютеры могут быть равноправны. Однако, обычно в кольце выделяется специальный абонент, который контролирует, или управляет обменом информацией. Тем не менее, наличие такого абонента снижает надежность сети, так как выход его из строя сказывается на работоспособности всей сети. Компьютеры в сети с кольцом не являются полностью равноправными, так как одни из них получают информацию от ведущего передачу компьютера раньше, чем другие. На этой особенности кольца строятся методы управления обменом, специально рассчитанные на данную топологию. Как правило, согласно подобным методом, право на осуществление передачи данных переходит последовательно к следующему по кольцу компьютеру. Подключение новых абонентов в сеть с кольцом производится просто, но требует при этом остановки работы сети при подключении нового абонента. Общее количество абонентов, как и в случае с шинной топологией, может быть довольно большим. Кольцо наиболее устойчиво к перегрузкам, обеспечивает стабильную работу с большими потоками передаваемой по сети информации, так как в ней отсутствуют конфликты и центральные абоненты. Сигнал в кольце проходит через все компьютеры в сети, поэтому выход из строя хотя бы одного из них нарушает работу всей сети, точно так же, как и любой обрыв кабеля или замыкание в нем. Из-за уязвимости сети с кольцом к повреждениям кабеля, часто предусматривают прокладку двух или более параллельных линий связи, одна или несколько из которых находятся в резерве. Ретрансляция сигналов всем абонентам позволяет существенно увеличить размеры всей сети. Кольцо в отношении протяженности сети существенно превосходит другие топологии. С другой стороны, необходимость подвода к каждому компьютеру двух кабелей в некоторых случаях может оказаться недостатком кольца. Иногда кольцо выполняется на основе двух кольцевых линий связи, передающих информацию в противоположных направлениях. Цель такого решения – увеличение пропускной способности сети.

Технологии локальных сетей

Сети Ethernet.

Сети семейства Ethernet являются самыми распространенными технологиями локальных сетей. Под названием “Ethernet” часто понимают любой из вариантов этой технологии. Изначально Ethernet – сетевой стандарт, основанный на экспериментальной сети Ethernet Network, которая была разработана и реализована компанией Xerox в 1975 году. Позже, в 1980 году, совместно с компаниями DEC, Intel, Xerox был разработан и опробован стандарт Ethernet версии 2 для сетей, построенных на основе коаксиального кабеля. Поэтому Ethernet так же был известен под названием стандарта DIX. На основе него был разработан стандарт IEEE 802.3. В зависимости от типа физической среды, этот стандарт предусматривает различные спецификации. В качестве метода доступа к среде передачи данных в сетях Ethernet используется метод множественного доступа с контролем несущих и обнаружением коллизий (CSMA/CD). Этот метод доступа используется исключительно в сетях с топологией общей шины. Первые сети, построенные на технологии Ethernet, использовали в качестве среды передачи данных коаксиальный кабель в ½ дюйма. Позднее были опробованы другие спецификации физического уровня, позволившие использовать в качестве общей шины и другие среды передачи данных, при этом метод доступа и другие параметры Ethernet остаются неизменными для любой спецификации физической среды. Спецификация физической среды передачи данных сети Ethernet включает в себя 10 Base-5-коаксиальный толстый кабель диаметром ½ дюйма с волновым сопротивлением 50 Ом. Максимальная длина сегмента коаксиального кабеля составляет 500 метров. 10-base-2-коаксиальный тонкий кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Максимальная длина сегмента коаксиального кабеля составляет 185 метров. 10-Base-T-кабель на основе неэкранированной витой пары. По этой спецификации определяется звезда с концентратором. Максимальное расстояние между концентратором и конечным узлом – 100 метров. 10-Base-F-оптоволоконный кабель. Топология аналогична 10-Base-T. Для этой спецификации существует несколько вариантов: 10-Base-FL, предназначенная для соединения конечных узлов с концентратором сегментами оптоволокна длиной не более 800 метров, при общей длине сети не более 2 км. Сети, построенные на основе стандарта 10-Base-T, имеют преимущества перед коаксиальными вариантами этой технологии. Это связано с разделением общего физического кабеля на отдельные отрезки, подключенные к центру управления. Несмотря на то, что эти отрезки образуют общую область коллизий, их физическое разделение позволяет проводить контроль их состояния и отключать соответствующие сегменты в случае обрыва или неисправности сетевого адаптера. Эта особенность существенно упрощает эксплуатацию сетей Ethernet большого размера, кроме того, концентратор обычно выполняет эти функции автоматически. В спецификациях физической среды Ethernet, число 10 – битовая скорость передачи данных, а Base – метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц.

Читайте также: