Модделлирование сети

Концентраторы среднего класса - 12-ми, 16-ти, 24-х портовые концентраторы. Имеют консольный порт, часто дополнительные BNC и AUI порты. Этот тип концентраторов предоставляет возможности для  внеполосного управления сетью (out-of-band management) через консольный порт RS232 под  управлением какой-либо стандартной  терминальной программы, что дает возможность  конфигурировать другие порты и  считывать статистические данные концентратора. Этот тип концентраторов позиционируют  для построения сетей в диапазоне  от малых до средних, которые в  дальнейшем будут развиваться и  потребуют введения программного управления.

SNMP-управляемые концентраторы  - 12-ми, 16-ти, 24-х и 48-ми портовые  концентраторы. Их отличает не  только наличие консольного порта  RS-232 для управления, но и возможность  осуществления управление и сбор  статистики по сети используя  протоколы SNMР/IР или IРХ. Владельцу  подобного hub-а становятся доступными  следующие сбор статистики на  узлах сети (концентраторах), ее первичная  обработка и анализ: идентифицируются  главные источники сообщений  /top talkers/, наиболее активные пользователи /heavy users/, источники ошибок и коммуникационные  пары /communications pairs/. Эти типы концентраторов  целесообразно применять для  построения LAN-сетей в диапазоне  от средних и выше, которые  безусловно будут развиваться.  Эти сети всегда требуют программного  управления сетью, в том числе  удаленного.

BNC-концентраторы или концентраторы  ThinLAN - многопортовые повторители  для тонких коаксиальных кабелей,  используемых в сетях стандартов 10Base2. Они имеют в своем составе  порты BNC и, как правило, один  порт AUI, часто поддерживают SNMP протоколы.  Они, как и hub-ы 10Base-T, сегментируют  порты (отключая при этом не  одну станцию, а абонентов всего  луча) и транслируют входящие  пакеты во все порты. На каждый BNC-порт распространяются все  те же ограничения, что и  на фрагмент сети стандарта 10Base-2: поддерживается работа сегментов тонкого коаксиального кабеля протяженностью до 185 метров на каждый порт, обеспечивается до 30 сетевых соединений на сегмент включая "пустые T-коннекторы", если произойдет нарушение целостности кабельного сегмента, этот сегмент исключается из работы, но остальная часть концентратора будет продолжать функционировать. Сфера применения концентраторов данного типа - модернизация старых сетей стандарта 10Base2 с целью повышения их надежности, модернизация сетей, достигших ограничений на применение репитеров и не требующих частых изменений.

10/100Hub-ы появились в  последнее время. Если просто  читать рекламу на них, то  можно "попасть в засаду". Дело в том, что Hub не умеет  буферизировать пакеты, а посему  не умеет согласовывать разные  скорости. Поэтому, если к такому hub-у подключена хотя бы одна  станция стандарта 10Base-T, то все  порты будут рабртать на скорости 10. По слухам, уже существуют hub-ы,  поддерживающие две скорости  одновременно. Я таких не встречал, но считаю, что в этом случае  словом "hub" производитель называет  некое промежуточное устройство (нечто среднее между hub-ом и  switch-ом), как, например, MicroLAN фирмы  Cabletron Systems.

Redundant link. Концентраторы среднего  класса и SNMP-управляемые концентраторы  поддерживают одну избыточную  связь (redundant link) на каждый концентратор  для создания резервных связь  (back up link) между любыми двумя концентраторами.  Это обеспечивает отказоустойчивость  сети на аппаратном уровне. Резервная  связь представляет собой отдельный  кабель, смонтированный между двумя  концентраторами. Используя консольный  порт концентратора, надо просто  задать конфигурацию основного  канала связи и резервного  канала связи одного из концентраторов. Резервный канал связи автоматически  деблокируется при отказе основного  канала связи двух концентраторов. Не смотря на то, что концентратор  может контролировать только  одну резервную связь, он может  находиться на удаленном конце  одной резервной связи и на  контролирующем конце резервной  связи с другим концентратором! После устранения неисправности  на основном кабельном сегменте, основная связь автоматически  не возобновит работу. Для возобновления  работы главной связи придется  использовать консоль концентратора  или нажать кнопку Reset (выключить/включить) на концентраторе. 

Связной бит у концентраторов представляет собой периодический  импульс длительностью 100 нс, посылаемый через каждые 16 мс. Он не влияет на трафик сети. Связной бит посылается в  тот период, когда сеть не передает данные. Эта функция осуществляет текущий контроль сохранности UTP канала. Данную функцию следует использовать во всех возможных случаях и блокировать ее только тогда, когда к порту концентратора подсоединяется устройство, не поддерживающее ее, например, оборудование типа HP StarLAN 10.

Обеспечение секретности  в сетях, построенных с использованием концентраторов, довольно неблагодарное  занятие, т.к. Hub по определению является широковещательным устройством. Но, при необходимости, Вам могут  быть доступны следующие средства: блокирование неиспользуемых портов, установка пароля на консольный порт, установка шифрования информации на каждом из портов (некоторые модели имеют эту возможность).

2.8 Мосты

Мост, сетевой мост, бридж (жарг., калька с англ. bridge) — сетевое  устройство 2 уровня модели OSI, предназначенное  для объединения сегментов (подсети) компьютерной сети разных топологий  и архитектур.

Мост обеспечивает:

• ограничение домена коллизий
• задержку фреймов, адресованных узлу в сегменте отправителя
• ограничение перехода из домена в домен ошибочных фреймов:
• карликов (фреймов меньшей длины, чем допускается по стандарту (64 байта))
• фреймов с ошибками в CRC
• фреймов с признаком «коллизия»
• затянувшихся фреймов (размером больше, чем разрешено стандартом)

Мосты «изучают» характер расположения сегментов сети путем  построения адресных таблиц вида «Интерфейс:MAC-адрес», в которых содержатся адреса всех сетевых устройств и сегментов, необходимых для получения доступа  к данному устройству.

Мосты увеличивают латентность  сети на 10-30 %. Это увеличение латентности  связано с тем, что мосту при  передаче данных требуется дополнительное время на принятие решения.

Мост рассматривается  как устройство с функциями хранения и дальнейшей отправки, поскольку  он должен проанализировать поле адреса пункта назначения фрейма и вычислить контрольную сумму CRC в поле контрольной последовательности фрейма перед отправкой фрейма на все порты.

Если порт пункта назначения в данный момент занят, то мост может  временно сохранить фрейм до освобождения порта.

 Для выполнения этих  операций требуется некоторое  время, что замедляет процесс  передачи и увеличивает латентность.

2.9 Маршрутизатор

 Довольно часто в компьютерной литературе дается следующее обобщенное определение маршрутизатора: “Маршрутизатор – это устройство сетевого уровня эталонной модели OSI, использующее одну или более метрик для определения оптимального пути передачи сетевого трафика на основании информации сетевого уровня”. Из этого определения вытекает, что маршрутизатор, прежде всего, необходим для определения дальнейшего пути данных, посланных в большую и сложную сеть. Пользователь такой сети отправляет свои данные в сеть и указывает адрес своего абонента. И все. Данные проходят по сети и в точках с разветвлением маршрутов поступают на маршрутизаторы, которые как раз и устанавливаются в таких точках. Маршрутизатор выбирает дальнейший наилучший путь. То, какой путь лучше, определяется количественными показателями, которые называются метриками. Лучший путь – это путь с наименьшей метрикой. В метрике может учитываться несколько показателей, например, длина пути, время прохождения и т.д.

Маршрутизаторы реализуются  по разному. Маршрутизаторы делят на устройства верхнего, среднего и нижнего  классов.

Высокопроизводительные  маршрутизаторы верхнего класса служат для объединения сетей предприятия. Они поддерживают множество протоколов и интерфейсов, причем не только стандартных, но, подчас, и весьма экзотических. Устройства данного типа могут иметь до 50 портов локальных или глобальных сетей.

С помощью маршрутизаторов  среднего класса формируются менее  крупные сетевые объединения  масштаба предприятия. Стандартная  конфигурация включает два-три порта  локальных сетей и от четырех  до восьми портов глобальных сети. Такие  маршрутизаторы поддерживают наиболее распространенные протоколы маршрутизации  и транспортные протоколы.

Маршрутизаторы нижнего  класса предназначаются для локальных  сетей подразделений; они связывают  небольшие офисы с сетью предприятия. Типичная конфигурация: один порт локальной сети (Ethernet или Token Ring) и два порта глобальной сети, рассчитанные на низкоскоростные выделенные линии или коммутируемые соединения. Тем не менее, подобные маршрутизаторы пользуются большим спросом у администраторов, которым необходимо расширить имеющиеся межсетевые объединения.

Маршрутизаторы для базовых  сетей и удаленных офисов имеют  разную архитектуру, поскольку к  ним предъявляются разные функциональные и операционные требования. Маршрутизаторы базовых сетей обязательно должны быть расширяемыми. Маршрутизаторы локальных  сетей подразделения, для которых, как правило, заранее устанавливается  фиксированная конфигурация портов, содержат только один процессор, управляющий  работой трех или четырех интерфейсов. В них используются примерно те же протоколы, что и в маршрутизаторах  базовых сетей, однако программное  обеспечение больше направлено на облегчение инсталляции и эксплуатации, поскольку  в большинстве удаленных офисов отсутствуют достаточно квалифицированные  специалисты по сетевому обслуживанию.

Маршрутизатор базовой сети состоит из следующих основных компонентов: сетевых адаптеров, зависящих от протоколов и служащих интерфейсами с локальными и глобальными сетями; управляющего процессора, определяющего  маршрут и обновляющего информацию о топологии; основной магистрали. После  поступления пакета на интерфейсный модуль он анализирует адрес назначения и принимает команды управляющего процессора для определения выходного  порта. Затем пакет по основной магистрали маршрутизатора передается в интерфейсный модуль, служащий для связи с адресуемым сегментом локальной или глобальной сети.

В роли маршрутизатора может  выступать рабочая станция или  сервер, имеющие несколько сетевых  интерфейсов и снабженные специальным  программным обеспечением. Маршрутизаторы верхнего класса – это, как правило, специализированные устройства, объединяющие в отдельном корпусе множество  маршрутизирующих модулей.

По определению, основное назначение маршрутизаторов – это  маршрутизация трафика сети. Процесс  маршрутизации можно разделить  на два иерархически связанных уровня:

Уровень маршрутизации. На этом уровне происходит работа с таблицей маршрутизации. Таблица маршрутизации  служит для определения адреса (сетевого уровня) следующего маршрутизатора или  непосредственно получателя по имеющемуся адресу (сетевого уровня) и получателя после определения адреса передачи выбирается определенный выходной физический порт маршрутизатора. Этот процесс  называется определением маршрута перемещения пакета. Настройка таблицы маршрутизации ведется протоколами маршрутизации. На этом же уровне определяется перечень необходимых предоставляемых сервисов;

Уровень передачи пакетов. Перед  тем как передать пакет, необходимо: проверить контрольную сумму  заголовка пакета, определить адрес (канального уровня) получателя пакета и произвести непосредственно отправку пакета с учетом очередности, фрагментации, фильтрации и т.д. Эти действия выполняются  на основании команд, поступающих  с уровня маршрутизации.

Определение маршрута передачи данных происходит программно. Соответствующие  программные средства носят названия протоколов маршрутизации. Логика их работы основана на алгоритмах маршрутизации. Алгоритмы маршрутизации вычисляют  стоимость доставки и выбирают путь с меньшей стоимостью. Простейшие алгоритмы маршрутизации определяют маршрут на основании наименьшего  числа промежуточных (транзитных) узлов  на пути к адресату. Более сложные  алгоритмы в понятие “стоимость”  закладывают несколько показателей, например, задержку при передаче пакетов, пропускную способность каналов  связи или денежную стоимость  связи. Основным результатом работы алгоритма маршрутизации является создание и поддержка таблицы  маршрутизации, в которую записывается вся маршрутная информация. Содержание таблицы маршрутизации зависит  от используемого протокола маршрутизации. В общем случае таблица маршрутизации  содержит следующую информацию:

Действительные адреса устройств  в сети;

Служебную информацию протокола  маршрутизации;

Адреса ближайших маршрутизаторов.

Основными требованиями, предъявляемыми к алгоритму маршрутизации являются:

Оптимальность выбора маршрута;

Простота реализации;

Устойчивость;

Быстрая сходимость;

Гибкость реализации.

Оптимальность выбора маршрута является основным параметром алгоритма, что не требует пояснений.

Алгоритмы маршрутизации  должны быть просты в реализации и  использовать как можно меньше ресурсов

Алгоритмы должны быть устойчивыми  к отказам оборудования на первоначально  выбранном маршруте, высоким нагрузкам  и ошибкам в построении сети.

Сходимость – это процесс  согласования между маршрутизаторами информации о топологии сети. Если определенное событие в сети приводит к тому, что некоторые маршруты становятся недоступны или возникают  новые маршруты, маршрутизаторы рассылают  сообщения об этом друг другу по всей сети. После получения этих сообщений маршрутизаторы производят переназначение оптимальных маршрутов, сто в свою очередь может породить новый поток сообщений. Этот процесс  должен завершиться, причем достаточно быстро, иначе в сетевой топологии  могут появиться петли, или сеть вообще может перестать функционировать. Алгоритмы маршрутизации должны быстро и правильно учитывать  изменения в состоянии сети (например, отказ узла или сегмента сети).