6.3. Коммутация 3-го уровня
Fast IP
Коммутаторы 3-го уровня строятся на определенной архитектуре – каждый порт имеет собственный специализированный процессор (ASIC), занимающийся анализом кадров и пакетов для определения их точки назначения, и общий управляющий процессор. Они выполняют те же функции, что и традиционные маршрутизаторы, но с большей скоростью и дополнительными возможностями. У них, как правило, большее количество портов, а подсети можно определять для групп портов
Кадры, приходящие в порт и адресуемые узлам той же подсети, но другого порта, коммутируются (IP-заголовок не используется и не модифицируется). Кадры, приходящие на MAC-адрес порта, маршрутизируются – порт назначения определяется по IP-адресу. Отличие от комбинации отдельного коммутатора с обычным маршрутизатором заключается в масштабировании пропускной способности каждой подсети: чем больше портов в нее входит, тем выше пропускная способность. Кроме того, при коммутации может использоваться информация 3-го уровня.
Коммутаторы 3-го уровня в основном предназначены для связи подсетей в локальных сетях, и интерфейсов глобальных сетей они могут не иметь. Кроме протокола IP. они могут поддерживать и другие протоколы (IPX, Apple Talk).
7.1. Протокольный стек TCP/IP.
Комплект протоколов TCP/IP разрабатывался для сети Интернет, в настоящее время он широко используется как в локальных, так и в глобальных сетях.
Весь комплекс базируется на IP-протоколе негарантированной доставки пакетов без установления соединения.
Информация в TCP/IP передается пакетами со стандартизованной структурой, называемыми IP-дейтаграммами, имеющими поле заголовка и поле данных. Конечные узлы – отправители и получатели информации, называются хостами, промежуточные устройства, оперирующие IP-пакетами, называют шлюзами.
Длина дейтаграммы определяется сетевым ПО, так чтобы она помещалась в поле данных сетевого кадра, осуществляющего ее транспортировку.
7.2. Протоколы стека TCP/IP/
Стек TCP/IP охватывает верхние уровни модели OSI.
Сетевой уровень:
¨ IP – обеспечивает негарантированную доставку пакета от узла к узлу, в работе с нижними уровнями использует протоколы ARP и RARP.
¨ ARP – динамически преобразует IP-адрес в физический.
¨ RARP – обратный к ARP, преобразует физический адрес в IP-адрес.
¨ ICMP – управляет передачей управляющих и диагностических сообщений между шлюзами, маршрутизаторами и узлами, определяет доступность и способность к ответу абонентов-адресатов, назначение пакетов, работоспособность маршрутизаторов. Взаимодействует с вышестоящими протоколами TCP/IP. Сообщение передаются с помощью IP-дейтаграмм.
¨ IGMP – позволяют формировать в маршрутизаторах списки групп многоадресного вещания.
Транспортный уровень:
¨ UDR – обеспечивает негарантированную доставку пользовательских дейтаграмм без установления соединения между заданными процессами передающего и принимающего узлов. Протокол позволяет множеству клиентов использовать совпадающие порты: дейтаграмма доставляется клиенту с заданным IP-адресом и номером порта. Если клиент не находится, то дейтаграмма отправляется по адресу 0.0.0.0, обычно это «черная дыра».
¨ TCP – обеспечивает гарантированный поток данных между клиентами, установившими виртуальное соединение. Поток представляет собой неструктурированную последовательность байт, их интерпретация согласуется предварительно. Комбинация IP-адреса и номера порта называется гнездом TCP. Поток сегментируется, и каждому сегменту назначается последовательный номер. Передающая сторона ожидает подтверждения приема каждого сегмента, при его длительном отсутствии делает повторную передачу сегмента. Процесс использующий TCP, получает подтверждение о нормальном завершении передачи только после успешной сборки потока приемником. Протокол обеспечивает полный дуплекс, это означает, что потоки данных могут идти одновременно в двух направлениях.
Уровень представления данных и прикладной уровень.
¨ TelNet – обеспечение удаленного терминала (символьного и графического);
¨ FTP – протокол передачи файлов на основе TCP;
¨ TFTP – простейший протокол передачи файлов на основе UDP;
¨ SMTP – протокол передачи электронной почты, определяющий правила взаимодействия и форматы управляющих сообщений;
¨ RIP – протокол обмена информацией между маршрутизаторами, обеспечивающий динамическую маршрутизацию;
¨ OSPF – протокол распространения маршрутной информации между маршрутизаторами в автономной среде;
¨ DNS – система обеспечения преобразования символических имен и псевдонимов сетей и узлов в IP-адреса и обратно;
¨ SNMP – простейший протокол управления сетевыми ресурсами;
¨ RPC – протокол вызова удаленных процедур (запуска процессов на удаленном компьютере);
¨ NFS – открытая спецификация сетевой файловой системы.
Кроме перечисленных, в стек входят и другие протоколы, их состав постоянно расширяется.
7.3. Фирменные протокольные стеки
IPX/SPX:
Протокольный стек IPX/SPX разработан фирмой Novell для сетей NetWare начиная с самых первых поколений.
По своей структуре стек напоминает TCP/IP. Основу стека составляет протокол сетевого уровня IPX, отвечающий за адресацию и маршрутизацию пакетов, и их негарантированную доставку между узлами различных IPX-сетей. Поверх него работает протокол SPX, обеспечивающий установление соединений и гарантированную доставку пакетов в правильном порядке.
В отличии от IP-адреса, где сетевая и хост-часть для всех узлов начинаются явно и по желанию администратора, в IP-адресе в качестве адреса узла выступает физический адрес адаптера.
В роли маршрутизатора, как правило, выступает внутренний маршрутизатор, входящий в операционную систему NetWare. Его функции очевидны, когда к серверу подключено более одного адаптера, и менее очевидны, когда две сети присутствуют в одном адаптере. При конфигурировании маршрутизирующих узлов номер IPX-сети должен задаваться обязательно. При конфигурировани сервера NetWare номер задается строкой:
Bind IPX to “ board” NET=”net_num” ,
где board – ссылка на логическую интерфейсную плату, в которой прямо или косвенно определен тип кадра, а net_num – номер IPX-сети. Номер сети задается администратором. Номера сетей в узлах, подключенных к одной локальной сети и использующих совпадающий тип кадра, должны быть согласованны. В ином случае серверы будут постоянно обнаруживать ошибку маршрутизации. Поддержка протоколов IPX/SPX аппаратными маршрутизаторами осуществляется далеко не во всех моделях. Отчасти благодаря этому обстоятельству локальные сети IPX-сети оказываются более защищенными от внешнего вторжения, чем IP-сети без специальных мер защиты.
AppleTalk
Протокольный стек AppleTalk является “родным” протоколов сетей компьютеров Macintosh. Этот стек охватывает все уровни моделей, начиная с физического. Стек разрабатывался в середине 80-х годов, позднейшая его реализация была введена в 1989 году. Рассмотрим ее послойно.
1) На физическом уровне могут использоваться следующие сетевые архитектуры:
¨ Local Talk – сеть на витой паре, скорость до 230,4 Кбит/с, топология – шина. В сети может быть до 255 узлов, максимальное расстояние 300 метров. Встраивались во все компьютеры Apple 80-х и начала 90-х годов;
¨ Ether Talk – фирменная реализация Ethernet, сменившая Local Talk;
¨ Token Talk – реализация маркерного кольца, совместимая с IBM Token Ring;
¨ Serial (RC – 422) – последовательный интерфейс удаленного подключения.
2) На канальном уровне эти технологии поддерживаются протоколами LLAP, ELAP, TLAP, Access, FLAP, ARAP.
3) На сетевом уровне связующей основой протокола является DDP, подготавливающий пакеты и маршрутизирующий их по сети. Протокол обеспечивает негарантированную доставку пакетов между узлами независимо от архитектур нижнего уровня.
4) На верхних уровнях (от транспортного и выше) располагается множество протоколов, некоторые из них охватывают несколько смежных уровней и обеспечивают надежную доставку данных.
Локальные сети малых предприятий
Задумываясь о возможности создания локальной сети, руководители многих фирм зачастую сталкиваются с недостатком информации о необходимом для этого оборудования и о технологиях, позволяющих построить такую сеть с минимальными затратами.
10Base2
Начнем с одного из самых дешевых вариантов объединения нескольких компьютеров в локальную сеть – со схемы, которую принято называть стандартом 10Base2.
Компьютеры объединяются в локальную сеть последовательной цепочкой или гирляндой с использованием экранированного коаксиального кабеля. Каждый отрезок кабеля имеет на концах круглые металлические разъемы с проворачивающимся замком – фиксатором, отдаленно напоминающие телевизионный антенный штекер. Смонтировать такой разъем и зафиксировать его на кабеле не составляет труда, для этого необходимо уметь обращаться с паяльником и пассатижами.
В каждом ПК, который планируется подключить к локальной сети, вставляется сетевая карта – устройство, обеспечивающее двусторонний обмен данными между машиной и локальной сетью. Для работы в сети 10Base2 вполне подойдут самые дешевые модели сетевых карт,например, NE2000 – совместимые, ценой всего $ 5 – 10 за штуку и более современные карты семейство LAN Planet по цене от $10 – 25. Для каждого из подключаемых к сети компьютеров необходимо приобрести так называемый Т-коннектор. Это металлическое устройство в виде буквы «Т», состоящее из трех разъемов: один из них вставляется в порт сетевой карты, к двум другим присоединяются кабели, идущие от соседних машин. Свободные разъемы, которые останутся на Т-коннекторах крайних в цепочке компьютеров, закрываются специальными «заглушками», образующими на выходе сетевой карты необходимое для нормальной работы сопротивление нагрузки. Одна из таких «заглушек» должна быть укомплектована небольшой металлической цепочкой, которая выполняет роль заземления для всей сети, обеспечивая беспрепятственный сток накапливающегося на сетевых разъемах статистического напряжения. Сетевые принтеры подключаются к стандартным портам работающих в сети компьютеров.