Назначение уровней модели OSI

Функции всех уровней модели OSI могут быть отнесены к одной из двух групп: либо к функциям, зависящим от конкретной реализации сети, либо к функциям, ориентированным на работу с приложениями,

Три нижних уровня — физический, канальный и сетевой, — как правило, за­висят от сети: соответствующие протоколы тесно связаны с технической реали­зацией сети и с используемым коммуникационным оборудованием. Например, переход на технологию FDDI означает полную смену протоколов физического и канального уровней во всех узлах модернизируемой сети.

Три верхних уровня — сеансовый, уровень представления и прикладной — ориентированы на приложения и мало зависят от особенностей построения сети. На протоколы этих уровней не влияют никакие изменения в топологии сети, замена оборудования или переход на другую сетевую технологию. Так, переход от Ethernet на высокоскоростную технологию l00VG-AnyLAN не потребует ни­каких изменений в программных средствах прикладного уровня, уровня пред­ставления и сеансового уровня.

Транспортный уровень является промежуточным. Он скрывает детали функ­ционирования нижних уровней от верхних уровней. Это позволяет разра­батывать приложения, не зависящие от технических средств транспортировки сообщений.

Компьютер с установленной на нем сетевой ОС взаимодействует с другим компьютером с помощью протоколов всех семи уровней. Компьютеры взаимо­действуют опосредованно через различные коммуникационные устройства: кон­центраторы, модемы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, мультиплексоры и т. д. В зависимости от типа коммуникационное устройство может работать либо только на физическом уровне (повторитель), либо на физическом и канальном (мост), либо на физическом, канальном и сетевом, иногда захватывая и транс­портный уровень (маршрутизатор).

Модель OSI представляет хотя и очень важную, но только одну из многих моделей коммуникаций. Эти модели и связанные с ними стеки протоколов могут отличаться количеством уровней, их назначением, форматами сообщений, сервисом, предоставляемым на верхних уровнях, и другими параметрами. Таб­лица 4.6 показывает соответствие некоторых сервисов и протоколов с уровнями эталонной модели OSI.

Таблица 4.6. Соответствие сервисов и протоколов уровням OSI

Основные типы сетевых устройств

В современных сетях используются самые разнообразные устройства. Ниже представлена их подробная классификация. Следует, однако, иметь в виду, что в последнее время наблюдается явная тенденция к перераспределению функций между устройствами и интеграции устройств.

Начнем мы, тем не менее, с такого элемента сетевой инфраструктуры, кото­рый назвать устройством достаточно сложно, — а именно, с кабельной системы.

Кабели

Кабели являются наиболее распространенной физической средой передачи информации в сетях. Используются несколько типов кабелей. Они отличаются толщиной, скоростью передачи данных, сложностью установки, ценой и т. д. В различных ситуациях могут потребоваться различные типы кабелей. При вы­боре конкретного кабеля для данной сети следует учитывать требуемый тип кабеля и приложения, которые будут функционировать в создаваемой сети. Тре­бования существующих приложений можно свести в пять классов:

q Класс А. Передача голоса и низкоскоростная передача данных в диапазоне частот до 100 кГц;

q Класс В. Передача данных в диапазоне до 1 МГц;

q Класс С. Передача данных с высокой скоростью — до 16 МГц;

q Класс D. Передача данных с сверхвысокой скоростью — до 100 МГц;

q Оптический. Оптический кабель используется, как правило, для передачи данных с высокой и сверхвысокой скоростью; можно считать, что ширина полосы практически неограниченна.

Анализ работы локальных сетей показывает, что большая доля возникающих сбоев и отказов приходится на кабельные системы. Согласно данным, приводя­щимися многими специалистами, из-за повреждений кабелей происходит при­мерно 70 % аварий в сетях. В этой связи вопросам прокладки кабеля, выбора типа кабеля, тестирования, управления кабельной системой и т. д. следует уде­лять (и уделяется) чрезвычайно большое внимание.

Витая пара

Изначально витая пара использовалась в телефонных линиях. В таком кабеле обычно используются несколько пар изолированных проводов, обвитых вокруг друг друга. Взаимная обвивка обеспечивает защиту от собственных и внеш­них наводок. Кабель с витой парой бывает двух типов: неэкранированным и экранированным. Стандарт EIA/TIA 568 Commercial Building Wiring Standard (стандарт проводки в офисах) определил пять категорий кабелей на неэкрани­рованной витой паре (Unshielded Twisted Pair, UTP).

q Кабель UTP 1 не поддерживает передачу цифровых данных. О Кабель UTP 2 устарел; он поддерживает скорость передачи до 4 Мбит/с.

q Кабель UTP 2 устарел; он поддерживает скорость передачи до 4 Мбит/с.

q Кабель UTP 3 способен поддерживать скорость передачи до 10 Мбит/с и отвечает лишь минимальным требованиям к среде передачи. Эта катего­рия соответствует классу С.

q Кабель UTP 4 не намного опережает кабель категории 3 по скорости пе­редачи. Он способен передавать данные со скоростью 16 Мбит/с. Этот кабель был разработан для стандарта IEEE 802.5.

q Более современным является кабель UTP 5, который соответствует классу D. Он способен работать со скоростью 100 Мбит/с. Этот кабель был разра­ботан для сетей IEEE 802.5 и TPFDDI (спецификация сети FDDI на элек­трическом кабеле).

В соответствии со стандартом волновое сопротивление кабелей UTP 4 и 5 должно составлять 100 Ом в диапазоне частот от 1 МГц до предельной. Для кабеля UTP 5 установлено минимальное число взаимных скручиваний на еди­ницу длины (8 на 1 фут, или, примерно, 26 на 1 м).

Соединение кабеля с адаптером и концентратором производится при помощи 8-контактных соединителей RJ-45. К достоинствам кабеля на витой паре относят его дешевизну и простоту установки. Его недостатками являются: взаимное на­ложение сигналов между смежными проводами (crosstalk), чувствительность к внешним электромагнитным полям, возможность несанкционированного пере­хвата информации, большая степень затухания сигнала по пути, чем у кабелей других типов.

Объединение компьютеров в сеть со спецификацией 100BASE-TX практи­чески ничем не отличается от схемы 10BASE-T. Используются 8-контактные разъемы RJ-45 и две витые пары в кабеле, но разных категорий (5 и 3). Длина сегмента сети на таком кабеле не может превышать 100 м.

Топология «пассивная звезда» требует обязательного использования концентратора. Между адаптерами и сетевыми кабелями могут быть включены трансиверы.

При повышении качества кабеля для спецификации 10BASE-T может быть увеличена его предельная длина. В спецификации 100BASE-TX предельная длина определяется двойным временем прохождения сигнала и по этой причине не может быть увеличена. Для спецификации 100BASE-T4, которая использует четыре витые пары, требования к кабелю несколько снижены. Могут быть ис­пользованы UTP 3, 4 или 5. Обмен данными производится по одной передаю­щей паре, по одной принимающей паре и по двум двунаправленным парам.

Повышение скоростей передачи данных предъявляет новые, более жесткие требования к современной кабельной инфраструктуре. По этой причине неэкра­нированная витая пара категории 5 в настоящее время является наиболее рас­пространенным типом кабелей. Этот кабель хорошо подходит для технологии Fast Ethernet.

В связи с увеличением скорости передачи до гигабитной рабочая группа по Gigabit Ethernet института IEEE разрабатывает специальную версию указанного стандарта для кабелей UTP 5.

Кабели UTP 5 традиционно содержат четыре пары проводов, из которых в сетях Ethernet и Fast Ethernet используются только две. В связи с тем, что в сетях Gigabit Ethernet и ATM со скоростью передачи 622 Мбит/с и выше задействуются все четыре пары, возрастает интенсивность перекрестных помех. Сейчас усилия многих организаций направлены именно на их ослабление. Существует «расширенный» вариант кабельной системы категории 5.

Экранированная витая пара (Shielded Twisted Pair, STP) отличается тем, что содержит электрически заземляемую медную оплетку или алюминиевую фоль­гу. Существуют кабели как с общим экраном, так и с экраном вокруг каждой пары. Экран обеспечивает защиту от всех внешних электромагнитных полей. Однако по скорости передачи данных и по ограничениям, накладываемым на максимальное расстояние, такие кабели идентичны кабелям без экранирования.

Комитет JTC 1/SC 25/WG 3 (данный комитет отвечает за подготовку меж­дународных кабельных стандартов ISO/IEC 11801) разрабатывает два новых класса кабелей: категории 6 (работающей на частотах, вплоть до 200 МГц) и категории 7 (работающей на частотах до 600 МГц). Предполагается, что кате­гория 6 будет предназначена для неэкранированных или целиком экраниро­ванных кабелей с использованием усовершенствованного соединителя RJ-45. Требованиям категории 7 удовлетворяет лишь кабель с отдельно экранирован­ными витыми парами. Применение соединителя RJ-45 для категории 7 не пре­дусмотрено.

Коаксиальный кабель

Самым первым нашел применение в сетях коаксиальный кабель (или, как его иногда называют, просто коаксиал). Такой кабель способен передавать данные со скоростью 10 Мбит/с на расстояние до 500 м. Основными типами коаксиаль­ных кабелей для ЛВС являются «толстый» Ethernet (Thick Ethernet, Thicknet) и «тонкий» Ethernet (Thin Ethernet, Thinnet).

Кабель «тонкого» Ethernet маркируется как RG-58 и наиболее широко рас­пространен. Толщина этого кабеля равна 6 миллиметрам. Для соединения ком­пьютеров в сети на базе коаксиального кабеля применяются Т-коннекторы или индрические соединители типа BNC (British Naval Connector) и 50-омные ушки (терминаторы, Terminator). Заглушки устанавливают на обоих концах сетевого сегмента. Минимальное расстояние между абонентами должно быть не ее полуметра. Трансиверный кабель не требуется. В этом случае Т-коннекторы вставляются непосредственно в BNC-разъем сетевого адаптера. При реализации сети на тонком кабеле можно сделать максимум 5 сегментов по 185 м, то 1 максимальная длина может составить 925 м. Уменьшая длину сегмента, можно подключить больше компьютеров, но при этом общее число компьютеров не должно превышать 150.

«Толстый» Ethernet использует более толстый и дорогой кабель. Он приме­тся в качестве основы спецификации 10BASE5. Такие кабели маркируются RJ-8 или RJ-11. Толщина кабеля составляет около 12 миллиметров. Для соединения сетевого адаптера к основному кабелю используется трансиверный кабель и трансивер AUI (Attachment Unit Interface, интерфейсное устройство соединения). Трансиверный кабель имеет несколько проводников. Для его концевой разделки используют 15-контактные DIX-разъемы типа «вилка». Трансиверный кабель может иметь длину до 50 м в обычном исполнении (до 12.5мв так называемом офисном варианте). Для соединения отдельных кусков толстого кабеля используются разъемы N-типа. Два таких разъема от разных кусков кабеля соединяются при помощи Barrel-коннекторов. Разъем N-типа требует специального инструмента для установки. Длина кусков кабеля при монтаже сети также имеет значение. Минимальное расстояние между точками подключения не должно быть меньше 2.5 м. Для подсоединения трансивера кабелю часто используют так называемый «вампир» — специальное соединительное устройство, предложенное корпорацией AMP. «Толстый» Ethernet обеспечивает надежную передачу данных на расстояние до 500 м. К его недостаткам можно отнести сложность установки (что связано с его толщиной и жесткостью) большую стоимость.

Оптоволоконный кабель

Оптоволоконный кабель состоит из свободно уложенных или определенным образом скрученных волоконных световодов и защитного покрытия. Передача данных производится при помощи лазерного или светодиодного передатчика, который генерирует световые импульсы, проходящие через световоды. Перед как попасть в световод, сигнал от передатчика (излучателя) проходит через оптическое согласующее устройство и через оптический разъемный соединитель (коннектор). На принимающем конце сигнал воспринимается фотодиодом, который преобразует его в электрический ток. Оптоволоконный кабель обладает дом преимуществ. К ним можно отнести:

q малое затухание и независимость затухания от частоты передаваемого сигнала;

q высокую степень защиты от внешних электромагнитных полей;

q исключение несанкционированного доступа к данным;

q малую стоимость и постоянную тенденцию к ее снижению.

Основной недостаток проявляется при установке сети на таком кабеле. Тре­буется дорогое оборудование и высокая квалификация персонала.

В зависимости от условий распространения световой волны в центральном световоде оптические кабели делятся на одномодовые (single mode — SM) и многомодовые (multi mode — MM).

Схема подключения устройств для спецификации 100BASE-FX очень похо­жа на схему 10BASE-FL. В обеих этих спецификациях используется топология «пассивная звезда». Компьютеры подключаются к концентратору при помощи двух оптоволоконных кабелей (один отвечает за прием, другой — за передачу). Между адаптером и сетевым кабелем возможно включение трансивера. Макси­мальная длина кабеля (412 м) определяется временными параметрами. При­менение оптоволоконного кабеля позволяет значительно увеличить длину сегмента и повысить степень защиты сети.

Сетевые адаптеры

Сетевые адаптеры предназначены для сопряжения сетевых устройств со средой передачи в соответствии с принятыми правилами обмена информацией. Сете­вым устройством может быть компьютер пользователя, сетевой сервер, рабочая станция и т. д. Набор выполняемых сетевым адаптером функций зависит от кон­кретного сетевого протокола. Ввиду того, что сетевой адаптер и в физическом, и в логическом смысле находится между устройством и сетевой средой, его функ­ции можно разделить на функции сопряжения с сетевым устройством и функ­ции обмена с сетью. Количественный и качественный состав функций сопряжения с сетевым устройством определяется его назначением и функцио­нальной схемой. Если в качестве сетевого устройства выступает компьютер, то связь с сетевой средой можно реализовать двумя способами: через системную магистраль (шину) или через внешние интерфейсы (последовательные или па­раллельные порты). Наиболее распространенным является способ сопряжения через шину (в основном, ISA или PCI). При этом адаптер буферизует данные, поступающие с системной магистрали, и вырабатывает внутренние управляю­щие сигналы.

Сетевые функции могут перераспределяться между адаптером и компьюте­ром. Чем больше функций выполняет компьютер, тем проще функциональная схема адаптера. К основным сетевым функциям адаптера относятся:

q Гальваническая развязка с коаксиальным кабелем или витой парой. На­иболее часто для этой цели применяют импульсные трансформаторы. В сети Ethernet (в связи с тем, что для определения конфликтной ситуа­ции используется анализ постоянной составляющей) эта схема несколько усложнена. Иногда для развязки используют оптроны.

q Кодирование и декодирование сигналов. Наиболее часто применяется са­мосинхронизирующийся манчестерский код.

q Идентификация своего адреса в принимаемом пакете. Физический адрес адаптера может определяться установкой переключателей, храниться в специальном регистре или прошиваться в ППЗУ.

q Преобразование параллельного кода в последовательный при передаче и обратное преобразование при приеме. В простейшем случае для этой цели используются сдвиговые регистры с параллельным входом и последова­тельным выходом. Эта функция может быть реализована и программными методами.

q Промежуточное хранение данных и служебной информации в буфере. Ис­пользование буфера позволяет возложить функции контроля за сетью на адаптер. При наличии буфера компьютер может не отслеживать момент передачи данных.

q Выявление конфликтных ситуаций и контроль состояния сети. В наиболь­шей степени эта функция важна в сетях с топологией «шина» и со случай­ным методом доступа, к среде передачи. Возможные конфликты адаптер должен разрешать самостоятельно.

q Подсчет контрольной суммы. Наиболее распространенным способом оп­ределения контрольной суммы является вычисление при помощи сдви­гового регистра через сумматор по модулю 2 с обратными связями от некоторых разрядов. Места включения обратных связей определяются вы­бранным полиномом.

q Согласование скоростей пересылки данных компьютером в адаптер или из него со скоростью обмена по сети. При малой скорости обмена в сети компьютеру придется выжидать момент разрешенной передачи. При боль­шой скорости он может не успевать отправлять свои данные. Адаптер при помощи буфера справляется с этой задачей.

Адаптеры Ethernet представляют собой плату, которая вставляется в свободный слот материнской (системной) платы компьютера. Из-за широкого распространения компьютеров с системной магистралью ISA (Industrial System Architecture, индустриальный стандарт системной архитектуры) существует широкий спектр адаптеров, предназначенных для установки в слот ISA. Разработаны и производятся адаптеры, совместимые с шиной PCI (Peripheral Component Interconnect, взаимосвязь периферийных компонентов). Производятся как 8- (короткие) так и 16-разрядные (длинные) адаптеры ISA. Чаще всего адаптеры Ethernet имеют для связи с сетью два внешних разъема: для коаксиального кабеля (разъем BNC) и для кабеля на витой паре. Наличие двух внешних разъемов позволяет работать по выбору в сети с «тонким» Ethernet или с витой парой. Для выбора типа кабеля применяются перемычки или переключатели, которые устанавливаются перед подключением адаптера к сети. Для подключения витой пары может использоваться 15-контактный разъем AUI или 8-кон-гный разъем RJ-45.

Адаптеры Fast Ethernet производятся изготовителями с учетом определенного типа среды передачи. Сетевой кабель при этом подключается непосредственно к адаптеру (без трансивера). Тем не менее, иногда используют специальный трансивер. Это делается для того, чтобы сделать адаптер независимым от типа среды передачи. Такой трансивер совместим только с определенным типом кабеля. Адаптер подключается к трансиверу трансиверным кабелем, который оснащен 40-контактным разъемом. Таким образом, для разных кабелей вам необходимо использовать разные трансиверы, но, выбрав подходящий трансивер, вы можете подключить один и тот же адаптер к разным сетям.

Оптические адаптеры стандарта 10BASE-FL могут устанавливаться в компь­ютеры с шинами ISA, PCI, МСА. Эти адаптеры позволяют отказаться от внеш­них преобразователей среды и от микротрансиверов. При установке этих адаптеров возможна реализация полнодуплексного режима обмена информа­цией. Для повышения универсальности в оптических адаптерах сохраняется воз­можность соединения по витой паре с разъемом RJ-45.

Для спецификации 100BASE-FX соединение концентратора и адаптера по оптоволокну осуществляется с использованием оптических соединителей типа SC или ST. Выбор типа оптического соединителя (SC или ST) зависит от того, новая или старая это инсталляция. Если соединители типа ST уже установлены, то их можно продолжать использовать. Однако в новых инсталляциях допуска­ется применение только соединителей типа SC.

Для этой спецификации выпускаются сетевые адаптеры, совместимые с шиной PCI. Адаптеры способны поддерживать как полудуплексный, так и пол­нодуплексный режим работы. Для облегчения настройки и эксплуатации на пе­реднюю панель адаптера вынесено несколько индикаторов состояния. Кроме того, существуют модели адаптеров, способные работать как по одномодовому, так и по многомодовому оптоволоконному кабелю.

Сетевые адаптеры для технологии Gigabit Ethernet предназначены для установ­ки в сервера и мощные рабочие станции. Для повышения эффективности работы они способны поддерживать полнодуплексный режим обмена информацией.

Адаптеры FDDI могут использоваться на разнообразных рабочих станциях и в устройствах межсетевого взаимодействия — мостах и маршрутизаторах. Су­ществуют адаптеры FDDI, предназначенные для работы со всеми распростра­ненными шинами: ISA, EISA, VESA Local Bus (VLB) и т. д. В сети FDDI такие устройства, как рабочие станции или мосты, подсоединяются к кольцу через адаптеры одного из двух типов: с двойным (DAS) или одиночным (SAS) под­ключением, Адаптеры DAS осуществляют физическое соединение устройств как с первичным, так и со вторичным кольцом, что повышает отказоустойчивость сети. Такой адаптер имеет два разъема (розетки) оптического интерфейса. Адап­теры SAS подключают рабочие станции к концентратору FDDI через одиночную оптоволоконную линию в звездообразной топологии. Эти адаптеры представля­ют собой плату, на которой наряду с электронными компонентами установлен оптический трансивер с разъемом (розеткой) оптического интерфейса.

Одно из преимуществ FDDI — поддержка протокола управления станцией Station Management (SMT), позволяющего адаптерам FDDI выполнять более широкий круг задач и быть «более самостоятельными». В отличие от средств управления адаптерами других высокоскоростных ЛВС, протокол SMT включен в спецификации FDDI. Для обеспечения правильной работы каждого из колец адаптеры, поддерживающие SMT, обмениваются информацией о трех уровнях FDDI данного кольца — уровне управления доступом к среде передачи (MAC), физическом уровне и уровне физической среды (Physical Medium Dependent). В SMT можно выделить три «сферы деятельности» при администрировании FDDI:

q Средства управления на основе кадров отвечают за сбор информации о текущем режиме работы сети FDDI;

q Контроль за соединениями охватывает физические соединения и сетевую топологию;

q Администрирование кольца включает слежение за характеристиками ло­гического кольца и его функционированием, например, за правильностью циркулирования маркера.

SMT позволяет адаптерам самостоятельно инициализировать свою работу, локализовывать ошибки, выполнять восстановление после сбоя, а также соби­рать данные о производительности. В других средах для выполнения подобных функций администраторы сетей вынуждены сами выдавать команды с управля­ющей консоли или прибегать к услугам анализатора протоколов.

Адаптеры для настольных систем, поддерживающие технологию ATM, не получили широкого распространения. Основной причиной такого положения дел является широкое распространение коммутируемого Ethernet и его прак­тически повсеместное господство в сетях рабочих групп. Простота реализа­ции сетей Ethernet и их значительно меньшая стоимость давно поставили вопрос о целесообразности разработки и производства адаптеров ATM для настольных систем. Среди других проблем, возникающих при подключении настольных систем к сетям ATM, следует упомянуть отсутствие драйверов, ограниченность спектра поддерживаемых типов шин и небольшой выбор фирм-производителей. Но главная причина, тормозящая развитие адаптеров ATM для настольных систем (точнее, не способствующая этому), пожалуй, заключается в том, что до сих пор не было разработано актуального, нужного пользователям приложения, которое работало бы только с технологией ATM и оправдывало бы все достаточно существенные затраты на ее внедрение в настольные системы.

Характерной чертой адаптеров ATM является поддержка шинной структуры устройств, подсоединяемых с их помощью к сети. Большинство адаптеров ис­пользует высокоскоростные каналы ввода-вывода, благодаря чему данные про­ходят через адаптер практически мгновенно. Компания Fore Systems предлагает наиболее широкий ассортимент изделий, которые, однако, поддерживают только оптоволоконные линии. Эти адаптеры могут функционировать на мощных рабо­чих станциях различных фирм — Digital Equipment, IBM, Hewlett-Packard, Sun и Silicon Graphics. Кроме того, данные продукты доступны в системах с шинами типа EISA или VMEbus. В моделях от Fore Systems используются 16-килобайтный бу­фер для данных, получаемых из сети, и 4-килобайтный буфер для данных, переда­ваемых в сеть. Другие фирмы предлагают АТМ-адаптеры для конкретных рабочих станций.

Концентраторы

В локальных сетях нашли применение топологии различных типов. Наряду с широко распространенной «шиной» применяются топологии «пассивная звезда» и «дерево». Все типы топологий могут использовать репитеры и пассивные концентраторы для объединения разных сегментов сети. Основное требование к данным топологиям — отсутствие петель (замкнутых контуров).

Если сети на базе спецификаций 10BASE-2 или 10BASE-5 имеют небольшие размеры, то вполне можно обойтись без концентраторов. Но концентраторы обя­зательно должны применяться для спецификации 10BASE-T, имеющей тополо­гию «пассивная звезда».

Для подключения к сети удаленных групп могут быть использованы кон­центраторы с дополнительным волоконно-оптическим портом. Существуют три разновидности реализации такого порта: вставляемый в гнездо расширения slide-in-микротрансивер, вставляемый в гнездо разъема AUI навесной микротрансивер и постоянный оптический порт. Оптические концентраторы применяются в ка­честве центрального устройства распределенной сети с большим количеством от­дельных удаленных рабочих станций и небольших рабочих групп. Порты такого концентратора выполняют функции усилителей и осуществляют полную регене­рацию пакетов. Существуют концентраторы с фиксированным количеством под­ключаемых сегментов, но некоторые типы концентраторов имеют модульную конструкцию, что позволяет гибко подстраиваться к существующим условиям. Чаще всего концентраторы и репитеры представляют собой автономные блоки с отдельным питанием.

Для технологии Fast Ethernet определены два класса концентраторов:

q Концентраторы первого класса преобразуют приходящие из сегментов сиг­налы в цифровую форму. И только после этого передают их во все другие сегменты. Это позволяет подключать к таким концентраторам сегменты, выполненные по разным спецификациям: 100BASE-TX, 100BASE-T4 или 100BASE-FX.

q Концентраторы второго класса производят простое повторение сигналов без преобразования. К такому концентратору можно подключать сегменты только одного типа.

Мосты

Мостом называется устройство, которое служит для связи между локальными сетями. Мост передает кадры из одной сети в другую. Мосты по своим функци­ональным возможностям являются более продвинутыми устройствами, чем кон­центраторы. Мосты достаточно интеллектуальны, так что не повторяют шумы сети, ошибки или испорченные кадры. Для каждой соединяемой сети мост явля­ется узлом (абонентом сети). Узлом сети может быть компьютер, специальная рабочая станция или другое устройство. При этом мост принимает кадр, запоми­нает его в своей буферной памяти, анализирует адрес назначения кадра. Если кадр принадлежит к сети, из которой он получен, мост не должен на этот кадр реагировать. Если кадр нужно переслать в другую сеть, он туда и отправляется. Доступ к среде осуществляется в соответствии с теми же правилами, что и для обычного узла.

По принадлежности к разным типам сетей различают локальные и глобаль­ные (удаленные) мосты. Эти мосты отличаются по типам своих сетевых портов. Локальные мосты поставляются с портами, предназначенными для подключения к LAN. Как правило, для соединения устройств в таких сетях используются коаксиальный и волоконно-оптический кабель или витая пара. Одним из самых важных достоинств локальных мостов является их способность соединять локальные сети, использующие разные среды. Например, мосты способны объ­единить сеть на коаксиальном кабеле с сетью, построенной на волоконно-опти­ческом кабеле.

Глобальные мосты устанавливаются в сетях передачи информации на боль­шие расстояния (сети WAN/MAN). При этом глобальные мосты могут быть оборудованы локальными портами.

По алгоритму работы мосты делятся на мосты с «маршрутизацией от источ­ника» (Source Routing) и на «прозрачные» (transparent) мосты.

Алгоритм «маршрутизации от источника» принадлежит фирме IBM и пред­назначен для описания прохождения кадров через мосты в сетях Token Ring. В этой сети мосты могут не содержать адресную базу данных. Они вычисляют маршрут прохождения кадра, исходя из информации, хранящейся в полях само­го кадра. Узел сети, которому необходима связь с другим узлом, посылает ему специальный кадр-исследователь (Explorer Frame). Этот кадр содержит специ­альный идентификатор, предназначенный для мостов с алгоритмом «маршру­тизация от источника». После получения этого кадра такой мост записывает информацию о направлении, с которого был получен кадр, и свое собственное имя в специальное поле в кадре, которое называется разделом записи о маршру­те (Routing Information Field). После этого мост передает кадр по всем доступ­ным ему направлениям, за исключением того, по которому кадр был принят. В результате в сети возникает множество копий одного и того же кадра-иссле­дователя. К узлу, который должен получить пакет, приходят сразу несколько копий кадра — одна на каждый возможный маршрут. При этом каждый полу­ченный кадр-исследователь содержит записи о мостах, через которые он про­ходил. После получения всех кадров-исследователей узел выбирает один из возможных маршрутов и посылает ответ узлу-отправителю. Как правило, выби­рается тот маршрут, по которому пришел первый кадр-исследователь, так как он, вероятно, является самым быстрым (время прохождения кадра-исследовате­ля минимально). В ответе содержится полная информация о маршруте, по кото­рому должны направляться все остальные кадры. После определения маршрута узел-отправитель использует этот маршрут достаточно длительное время при посылке пакетов получателю.

Термин «прозрачные» мосты объединяет большую группу устройств. Если рассматривать устройства этой группы с точки зрения решаемых ими задач, то эту группу можно разделить на три подгруппы:

q Прозрачные мосты (transparent bridges) объединяют сети с едиными про­токолами канального и физического уровней модели OSI (Ethernet-Ethernet, Token Ring—Token Ring и т. д.);

q Транслирующие мосты (translating bridges) объединяют сети с различны­ми протоколами канального и физического уровней;

q Инкапсулирующие мосты (encapsulating bridges) соединяют сети с едины­ми протоколами канального и физического уровня (например, Ethernet) через сети с другими протоколами (например, FDDI).

Прозрачные мосты наиболее широко распространены. Для этих мостов ло­кальная сеть представляется как набор МАС-адресов устройств, работающих в сети. Мосты просматривают эти адреса для принятия решения о дальнейшем пути передачи кадра. Для анализа адреса кадр записывается во внутренний буфер моста. Мосты не работают с информацией, относящейся к сетевому уров­ню. Они ничего не знают о топологии связей сегментов или сетей между собой. Поэтому мосты совершенно прозрачны для протоколов, начиная с сетевого и выше. Это качество прозрачных мостов и отражено в их названии. Мосты поз­воляют объединить несколько локальных сетей в единую логическую сеть. Со­единяемые локальные сети образуют сетевые сегменты такой логической сети.

По сравнению с прозрачной маршрутизацией (той, которую производят про­зрачные мосты) «маршрутизация от источника» может вызвать дополнительные накладные расходы, которые приводят к незначительному уменьшению произ­водительности сети. Но у последней есть также много преимуществ. Например, рабочая станция сама выбирает маршрут. Выбор оптимального маршрута не воз­можен при прозрачной маршрутизации. Маршрутизация от источника также предоставляет более широкие возможности управления передачей информации, так как вся информация о маршруте содержится в самом передаваемом пакете.

Рассмотрим общие принципы работы прозрачных мостов. При прохождении кадра через прозрачный мост происходит его регенерация и трансляция с одного порта на другой. Прозрачные мосты учитывают и адрес отправителя, и адрес получателя, которые берутся из получаемых кадров локальных сетей. Адрес отправителя необходим мосту для автоматического построения базы данных адресов устройств. Эта база данных называется также МАС-таблицей. В ней устанавливается соответствие адреса станции определенному порту моста. На рис. 5.1 проиллюстрирован функциональный состав моста.

Вес порты моста работают в так называемом «неразборчивом» режиме захва­та кадров. Этот режим характерен тем, что все поступающие на порт кадры запоминаются в буферной памяти моста. В этом режиме мост следит за всем трафиком, который передается в подключенных к нему сегментах. Мост исполь­зует проходящие через него кадры для изучения топологии сети.

Основные принципы работы моста: обучение, фильтрация, передача и широ­ковещание. После получения кадров, мост проверяет их целостность при помо­щи контрольной суммы. Неправильные кадры при этом отбрасываются. После успешной проверки мост сравнивает адрес отправителя с имеющимися в базе данных адресами. Если адрес отправителя еще не заносился в базу данных, он добавляется в нее. В результате мост узнает адреса устройств в сети и таким образом происходит процесс его обучения. Благодаря способности к обучению к сети могут добавляться новые устройства без реконфигурирования моста.

Кроме адреса отправителя, мост анализирует и адрес получателя. Этот ана­лиз необходим для принятия решения о дальнейшем пути передачи кадра. Мост сравнивает адрес получателя кадра с адресами, хранящимися в базе данных. Если адрес получателя принадлежит тому же сегменту, что и адрес отправителя, то мост не пропускает этот кадр в другой сегмент, или, иными словами, «фильт­рует» этот кадр. Эта операция помогает предохранить сегменты сети от заполне­ния избыточным трафиком. Если адрес получателя присутствует в базе данных и принадлежит другому сегменту, мост определяет, какой из его портов связан с этим сегментом. После получения доступа к среде передачи этого сегмента, мост передает в него кадр. Такой процесс иногда называют продвижением.

На рис. 5.2 показана сеть, состоящая из трех сегментов, связанных двумя мостами. Знак % указывает на шестнадцатеричное представление физического (MAC) адреса. С началом работы мосты А и Б проверяют весь трафик на каж­дом из подключенных сегментов. В процессе проверки трафика каждый мост формирует свою базу данных адресов станций. Предположим, что станция А посылает кадр станции Б. Мост А получает этот кадр на свой порт 1 (П1). Так как станции А и Б принадлежат к одному сегменту сети, мост отбрасывает (не реагирует) на этот кадр. Если станция А посылает кадр станции В, находящейся в третьем сегменте сети, мост А продвигает этот кадр во второй сегмент через свой порт 2 (П2). Мост Б получит кадр на порт 1 и продвинет его через порт 2 в третий сегмент сети, где и расположена станция В. Таблица 5.1 показывает сформированную мостами базу данных адресов.

Таблица 5.1. База данных адресов станций