АРХИВ СТАТЕЙ ЖУРНАЛА «МОЙ КОМПЬЮТЕР» ЗА 2003 ГОД

Какая сеть такой улов

• Все журналы \ Номер 45/268 `2003 от 10.11.2003 \ Какая сеть такой улов

Виктор БОНДАРЬ apollo-13@ukr.net

Продолжение, начало в МК, №27 (250), 31 (254), 36 (259), 38 (261), 39 (262), 41 (264), 44 (267).

Расширение локальных сетей

Ранее мы уже неоднократно упоминали о массе ограничений, накладываемых на длину кабелей в разных сетевых технологиях. Вызвано это не простой прихотью разработчиков стандартов, нет, все тщательно рассчитано и продумано. Однако не все так печально, как кажется на первый взгляд. Все в тех же стандартах предусмотрена и возможность расширения сетей.

Можно вздохнуть с сожалением о слишком жестких рамках, накладываемых стандартами: длина одного сегмента в 10Base5 ограничена всего 500 метрами, а в 10Base2 и 10Base-T она и вовсе составляет каких-то 185 и 100 метров соответственно. С такими-то ограничениями разве что небольшую сеть на одном этаже здания можно создать. Главная проблема, с которой сталкиваются в первую очередь, это затухание сигнала. Он, проходя через кабель, попросту рассеивается и превращается в тепло. Таким образом, если длина кабеля превысит допустимую, то две станции на его концах перестанут «слышать» друг друга (они просто не смогут принимать ослабевший сигнал). Но то, что два компьютера в сети не смогут общаться между собой, это еще полбеды. Хуже то, что они могут начать одновременную передачу данных и при этом не смогут обнаружить коллизию. В таком случае перестанет работать вся сеть.

Repeat, please

Решается описанная выше проблема достаточно просто: два сегмента сети, с длиной меньшей, чем максимально допустимая, объединяются между собой устройством, получившим название репитер (repeater — повторитель). В его задачи входит получение электрического сигнала из одного сегмента сети, его усиление и передача в другой сегмент. (Вообще-то, не совсем уж отстойные репитеры гораздо способнее — они, например, путем анализа коллизий могут обнаруживать сбойный сегмент сети и при необходимости отключать его от общей LAN. —Прим. ред.)

Повторитель передает любой поступивший электрический сигнал, при этом не различая фреймов, коллизий и даже помех. В этом и заключается его главный недостаток (разве можно отнести к достоинствам усиление и распространение помех :-)?). Однако сей изъян с лихвой компенсируется простотой и дешевизной устройства. С помощью повторителя можно создавать намного более сложные конфигурации сети, нежели просто соединение двух сегментов. К примеру, можно сконструировать сеть, предназначенную для компьютеров, расположенных на разных этажах здания. Она представляет собой вертикальный сегмент, к которому, с помощью повторителей, подключаются горизонтальные сегменты сети (рис. 1).

Однако, и используя повторители, мы не можем создавать сети любой длины и конфигурации. Здесь вездесущие стандарты накладывают новые ограничения, зависящие от конкретной технологии. К примеру, при построении сетей 10Base2 нужно руководствоваться так называемым правилом 5–4–3: между любыми двумя компьютерами в сети должно быть не более пяти сегментов, не более четырех повторителей, и только три сегмента из пяти могут иметь подключенные компьютеры (остальные два можно использовать для увеличения длины кабелей). Данное правило проиллюстрировано на рисунке 1: здесь правило 5–4–3 будет выполняться для пары компьютеров, подключенных к любым сегментам сети (нужно только позаботиться о выполнении последней части правила).

Ограничения на повторитель накладываются и в связи с другой проблемой. Дело в том, что любой повторитель увеличивает задержку прохождения сигнала. А для того чтобы метод CSMA/CD мог вовремя обнаружить коллизию, необходимо, чтобы эта задержка не превышала максимально допустимую. В противном случае, перестает работать вся сеть.

Мостостроение

Обойти это ограничение позволяет «мост» (bridge). «Мост» во многом похож на повторитель: он так же объединяет сегменты сети и также предназначен для передачи сигнала из одного сегмента в другой. Однако, в отличие от повторителя, он передает только целые фреймы, отбрасывая сигналы коллизий и помех. Но главное его отличие все же не в этом. Главное отличие заключается в том, что пакет передается из одного сегмента в другой только при необходимости (когда компьютеры, между которыми идет связь, расположены в разных сегментах сети). Если же связь осуществляется в пределах одного сегмента, то излишняя передача копии фрейма в другой сегмент не осуществляется. Для этого мост, который представляет собой обычный компьютер с двумя сетевыми картами (или коммутатор), изучает месторасположение компьютеров в сети. Из приходящих пакетов он извлекает адрес источника и адрес назначения. По адресу источника он составляет списки компьютеров, находящихся в обеих подсетях. А затем, сверяя с этими списками адрес назначения приходящих пакетов, решает, передавать ли их в другой сегмент сети или отбросить (в случае, если компьютер, которому предназначен пакет, находится в той же подсети, что и отправитель). Если же «мост» встречается с еще неизвестным ему адресом, то он передает пакет в обязательном порядке (благо, все компьютеры в сети «выдают себя» в первые же секунды своей работы).

Такая особенность работы «моста» позволяет компьютерам в одной подсети общаться между собой независимо от компьютеров в другой подсети. Если же возникает необходимость передать пакет из одной подсети в другую, то «мост» перехватывает его в одной, а затем, дождавшись своей очереди, транслирует его как обычный компьютер в другую. Таким образом, значение задержек передачи не критично, поскольку обе части сети функционируют сами по себе, и метод CSMA/CD, соответственно, применяется в них независимо. Исходя из этого, можно теоретически создать сеть сколь угодно большого размера.

Ком(м)у татор?

Когда-то я обещал вам рассказать о принципах работы коммутатора. Так вот, коммутатор, который используется в сетях 10Base-T и 100Base-T в качестве центрального устройства, представляет собой девайс, который эмулирует отдельный сегмент сети для каждого своего порта. И каждый такой сегмент логически соединен со всеми другими сегментами «мостами» (рис. 2).

Таким образом, каждый компьютер, подключенный витой парой к порту коммутатора, на логическом уровне предстает компьютером, подсоединенным к шинному сегменту сети. И при необходимости логический мост соединяет данный сегмент сети с другим, к которому подключен иной компьютер. Остальные же компьютеры в такой передаче участия не принимают и могут в это же время подобным образом взаимодействовать между собой. Таким образом, при использовании коммутатора связь можно поддерживать между несколькими парами компьютеров, в отличие от хаба, который эмулирует один сегмент сети, с подключенными к нему компьютерами.

Далеко-далеко

Иногда возникает необходимость соединить сегменты сети в двух зданиях, находящихся на значительном удалении друг от друга. В этом случае целесообразно будет объединить их с помощью двух устройств, соединенных между собой оптоволоконным кабелем (рис. 3). Данные устройства преобразуют электрический сигнал в световой, который передается по оптоволокну, а затем свет преобразуется обратно в электрический сигнал и усиливается. Такая система в целом работает подобно повторителю, передавая любой электрический сигнал и не различая фреймов. Оптоволоконный же кабель применяется для того, чтобы транслировать сигнал на значительное расстояние с малыми задержками.

Допустим, расстояние между сетями, которые необходимо соединить, измеряется десятками и даже сотнями километров. В таком случае для их объединения можно применить систему, включающую два «моста», к каждому из которых подключена своя сеть, и которые соединены между собой каналом связи, обеспечивающим дальнюю связь (рис. 4). В качестве такого канала может выступать телефонная линия, спутниковый или радиоканал. В зависимости от этого «мосты» модифицируют, устанавливая вместо второй сетевой карты соответствующее оборудование. Кроме этого, «мосту» также необходимо «уметь» буферизовать пакеты данных, предназначенных для отправки, поскольку рассмотренные каналы связи обычно имеют низкую пропускную способность. К счастью, обычно компьютеры не стремятся передать всю информацию сразу, а делают это по частям, ожидая каждый раз ответа. Так что переполнение буфера «мосту» обычно не грозит.

По такому же принципу объединения двух удаленных сетей работает и телефонное соединение компьютера с провайдером услуг Интернета. В таком случае со стороны провайдера стоит «мост», который передает данные из сети Интернет к модему, последний в свою очередь транслирует их дальше через телефонную линию к модему на вашей стороне. Обычно на этом все и заканчивается, но ваш компьютер тоже может выступать в роли «моста». Для этого он должен быть подключен к локальной сети. В таком случае в Интернет смогут выходить все компьютеры локальной сети.

Излишества полезны

Иногда расширенные сети могут достигать огромных размеров и иметь множество уровней иерархии. В таких сетях бывает сложно уследить за всеми связями, и возможна ситуация, когда между компьютерами существует одна или несколько лишних связей. Более того, лишние связи иногда специально добавляют для увеличения надежности сети. Такая сеть изображена на рисунке 5. В данном примере пакет от компьютера А может передаваться компьютеру В двумя путями. В реальной же сети путь всегда должен быть один, иначе компьютеры станут получать несколько копий одного и того же пакета. А пакеты с широковещательным адресом и вовсе будут бесконечно передаваться по кольцу, образованному лишней связью.

Во избежание этого необходимо решить, какой из «мостов» не должен передавать фрейм. Происходит это в автоматическом режиме, для чего «мосты» связываются между собой, и используя алгоритм распределенного связующего дерева (DST —Distributed Spanning Tree), определяют структуру сети, в которой больше не содержится замкнутых циклов (древообразную). После чего определенные «мосты» перестают участвовать в передаче фреймов.

С помощью таких несложных для понимания технических приемов мы можем получать сети любого вида и любой широты охвата. За примерами далеко ходить не надо: взять хотя бы ту же сеть Киевского Политехнического Института, изображенную на рисунке 6. Здесь толстыми линиями указаны высокопроизводительные оптоволоконные соединения, которые вместе образуют сеть первого ранга. К конечным пунктам данной сети проложены менее скоростные оптоволоконные линии (изображенные тонкими линиями), которые соединяют их с «мостами». Все это вместе образует костяк сети (backbone). К «мостам» уже подключаются обычные Ethernet-сети, расположенные в отдельных корпусах и общежитиях. Таким образом, в единую сеть объединено несколько тысяч компьютеров, каждый из которых может взаимодействовать с любым другим, даже и не подозревая, что их разделяет множество повторителей, хабов, коммутаторов, мостов и оптоволоконных линий связи.

Этим примером я хочу закончить свою статью, которая завершает первую часть нашего великого рассказа о сетях. Часть, в которой было рассказано о принципах функционирования сетей на физическом и аппаратном уровнях. В следующей же части разговор пойдет о более высоких уровнях работы сетей, а также будет затронута тема сетей распределенных, ярким примером которых является сеть Интернет.

На этом я должен попрощаться с вами на некоторое время, но обещаю в дальнейшем непременно продолжить свой рассказ.

Идёт загрузка...

Данную страницу никто не комментировал. Вы можете стать первым.

Ваше имя:
Ваша почта:
Комментарий:
Введите символы или вычислите пример: * Обновить