Логічна структуризація мережі

Фізична структуризація (ФС) мережі корисна в багатьох відношеннях, однак у ряді випадків, що зазвичай ставляться до мереж великого й середнього розміру, без логічної структуризації (ЛС) мережі обійтись неможливо. Найважливішою проблемою, яку не можна розв’язати шляхом ФС, залишається проблема перерозподілу переданого трафіка між різними фізичними сегментами мережі [1 - 4, 17].

У великій мережі виникає неоднорідність інформаційних потоків. В одних випадках найінтенсивніший обмін даними спостерігається між комп’ютерами, що належать одній підмережі, і тільки невелика частина обігів відбувається до ресурсів комп’ютерів, що перебувають поза локальними робочими групами. В інших випадках – навпаки. Але незалежно від розподілу зовнішнього і внутрішнього трафіку, для підвищення ефективності роботи мережі неоднорідність інформаційних потоків слід враховувати. Мережа з типовою топологією („шина”, „кільце”, „зірка”), в якій усі фізичні сегменти розглядаються як одне поділюване середовище, виявляється неадекватною структурі інформаційних потоків у великій мережі. Наприклад, у мережі із загальною шиною взаємодія будь-якої пари комп’ютерів займає її на весь час обміну, і при збільшенні кількості комп’ютерів у мережі шина стає вузьким місцем. Комп’ютери одного відділу змушені чекати, коли завершить обмін пара комп’ютерів іншого відділу. Такий випадок проілюстровано на рис. 2.12. Нехай комп’ютер А, що розташований в одній під мережі з комп’ютером В, надсилає йому дані. Незважаючи на розгалужену фізичну структуру мережі, концентратори надсилають будь-який кадр до усіх її сегментів. І доти комп’ютер В не одержить адресований йому кадр, жоден з комп’ютерів усієї цієї мережі не зможе передавати дані.

Така ситуація виникає оскільки логічна структура даної КМ залишилася однорідною (загальною шиною) і не враховує можливість локальної обробки трафікаусередині відділу. Для розв’язання задачі слід відмовитись від ідеї єдиного однорідного розділюваногосередовища (рис. 2.13). Наприклад, у даному випадку слід зробити так, щоб кадри, які передають комп’ютери відділу 1, виходили б за його межі лише якщо ці кадри спрямовані комп’ютеру з інших відділів. З іншого боку, у мережу кожного з відділів повинні попадати тільки ті кадри, які адресовані вузлам цієї мережі. При такій організації роботи мережі її продуктивність істотно підвищиться, оскільки комп’ютери одного відділу не будуть простоювати в той час, коли обмінюються даними комп’ютери інших відділів.

Зазначимо, що пропускна здатність ліній зв’язку між відділами не повинна збігатися з пропускною здатністю середовища усередині відділів. Цей факт слід враховувати під час проектування такої мережі.

Розповсюдження трафіка, призначеного для комп’ютерів деякого сегмента мережі, тільки у межах цього сегмента, називається локалізацією трафіка [1].

Логічна структуризація мережі - це процес поділу мережі на сегменти з локалізованим трафіком. Для логічної структуризації мережі використаються мости, комутатори, маршрутизатори та шлюзи [1 - 4].

Міст (bridge) ділить розділюванесередовище передачі мережі на частини (логічні сегменти), передаючи інформацію з одного сегмента в іншій лише коли така передача дійсно необхідна (тобто коли адреса комп’ютера призначення належить інший під мережі). Тим самим міст ізолює трафік однієї підмережі відтрафіка іншої, підвищуючи загальну продуктивність передачі даних у мережі. Локалізація трафіка не тільки заощаджує пропускну спроможність, а й зменшує можливість несанкціонованого доступу до даних, оскільки кадри не виходять за межі свого сегмента, і зловмиснику складніше перехопити їх. Кажуть також, що міст ділить розділюване середовище передачі мережі на окремі колізійні домени. Колізійний домен (Collision domain) - це сегмент сети, у якому станції використовують загальне середовище передачі даних. Усі пристрої у межах цього домену розпізнають колізію, незалежно від місця її виникнення.

Кожен порт моста утворює такий окремий колізійний домен. Проте усі сегменти, що з’єднані мостом утворюють єдину область широкомовлення або єдиний широкомовний домен.

Широкомовний домен (Broadcast domain) - це логічна ділянка КМ, в якій кожен пристрій може надсилати дані безпосредньо будь-якому іншому пристрою, використовуючи широкомовну адресу канального рівня моделі OSI.

На рис. 2.14 наведено мережу, яка була отримана із мережі з центральним концентратором (див. рис. 2.12) шляхом його заміни на міст. Отримана таким чином мережа буде мати один великий широкомовний домен і чотири колізійних домена (по одному на кожен порт моста). У випадку хаба мережа мала один широкомовний и колізійний домени. Мережі першого та другого відділів складаються з окремих логічних сегментів, а мережа третього відділу -з двох логічних сегментів. Кожен логічний сегмент побудований на базі концентратора та має найпростішу фізичну структуру, утворену відрізками кабелю, що зв’язують комп’ютери з портами концентратора. Якщо користувач комп’ютера А надішле дані користувачу комп’ютера В, який перебуває в одному з ним сегменті, то ці дані будуть повторені лише на тих мережевих інтерфейсах, які відзначені на малюнку заштрихованими кружками [1].

Мости використають для локалізації трафіка апаратні адреси комп’ютерів. Це ускладнює розпізнавання належності того чи іншого комп’ютера до певного логічного сегмента (сама адреса не містить подібної інформації). Тому міст спрощено представляє розподіл мережі на сегменти - він запам’ятовує, через який порт на нього надійшов кадр даних від кожного комп’ютера мережі, і потім надсилає кадри, призначені для даного комп’ютера, на цей порт. Точної топології зв’язків між логічними сегментами міст не знає. Через це застосування мостів приводить до значних обмежень на конфігурацію зв’язків мережі - сегменти повинні бути з’єднані так, щоб у мережі не утворювалися замкнені контури [1 - 4].

Комутатор (switch) за принципом обробки кадрів від мосту практично не відрізняється. Єдина відмінність полягає в тому, що він є комунікаційним мультипроцесором, оскільки кожний його порт має спеціалізовану мікросхему, що обробляє кадри за алгоритмом моста незалежно від мікросхем інших портів. Тому загальна продуктивність комутатора зазвичай набагато вище продуктивності традиційного мосту, який має один процесорний блок. Можна сказати, що комутатори - це мости нового покоління, які обробляють кадри в паралельному режимі [1, 4, 14].

Обмеження, пов’язані із застосуванням мостів та комутаторів привели до того, що в ряду комунікаційних пристроїв з’явився ще один тип обладнання - маршрутизатор (router). Маршрутизатори надійніше та ефективніше ніж мости ізолюють трафік окремих частин мережі один від одного. Вони утворюють логічні сегменти за допомогою явної адресації, оскільки використають не плоські апаратні, а складені числові адреси, в яких є поле номера мережі і всі комп’ютери, у яких значення цього поля однакове, належать одному сегменту або підмережі(subnet) [1, 4, 10, 15].

Крім локалізації трафіка, маршрутизатори виконують й багато інших корисних функцій. Так, маршрутизаториможуть працювати у мережі із замкненими контурами, при цьому вони здійснюють вибір найраціональнішого маршруту з кількох можливих.

Іншою дуже важливою функцією маршрутизаторів є їх здатність зв’язувати в єдину мережу підмережі, побудовані з використанням різних мережевих технологій, наприклад Ethernet та X.25.

Крім перерахованих пристроїв, окремі частини мережі може з’єднувати шлюз (gateway). Основною причиною його використання є необхідність об’єднати мережі з різними типами системного й прикладного програмного забезпечення, а не бажання локалізувати трафік. Проте, шлюз також забезпечує локалізацію трафіка як деякий побічний ефект.

Великі мережі практично ніколи не будуються без логічної структуризації. Для окремих сегментів і підмережіхарактерні типові однорідні топології базових технологій, і для їх об’єднання завжди використовується обладнання, яке забезпечує локалізацію трафіка.

У таблиці 2.1 наведено кількість колізійних та широкомовних доменів, створюваних різним мережевимобладнанням [14].

Таблиця 2.1 - Деякі властивості комунікаційних мережевих пристроїв

2.4 Контрольні питання

1. Що розуміють під топологією КМ? На які характеристики мережі впливає її топологія?

2. Наведіть класифікацію топологій КМ.

3. Наведіть переваги та недоліки повнозв’язної топології.

4. Охарактеризуйте топологію типи „загальна шина” та наведіть її переваги і недоліки.

5. Охарактеризуйте топологію типи „зірка” та наведіть її переваги і недоліки.

6. Охарактеризуйте топологію типи „кільце” та наведіть її переваги і недоліки.

7. Наведіть приклади топології змішаних типів.

8. Охарактеризуйте мережу з комутацією каналів.

9. Охарактеризуйте мережу з комутацією пакетів.

10. Поясніть, чому в КМ при передачі повідомлень, останні доцільно розбивати на окремі частини.

11. Наведіть порівняльний аналіз мереж на основі комутації пакетів та каналів.

12. Поясніть термін „структуризація комп’ютерних мереж”.

13. Поясніть, з якою метою виконують структуризацію комп’ютерних мереж? Наведіть переваги та недоліки структуризації.

14. В чому полягає фізична структуризація мережі? Наведіть відповідні приклади та пояснення.

15. В чому полягає логічна структуризація мережі? Наведіть відповідні приклади та пояснення.

16. Чи існує зв’язок між фізичною та логічною структуризаціями мережі? Відповідь обґрунтуйте.

17. Наведіть приклади мереж у яких фізична та логічна структуризації збігаються і не збігаються.

18. Наведіть визначення колізійного та широкомовного доменів? Яка різниця між цими доменами?

19. Наведіть основні засоби, призначені для фізичної структуризації КМ.

20. Наведіть основні засоби, призначені для логічної структуризації КМ.

21. Поясніть, яким чином мости, комутатори та маршрутизатори дозволяють виконувати логічну структуризацію.

22. Порівняйте структуризацію мереж, виконану на базі комутаторів та маршрутизаторів.