Гигабитный и 100-гигабитный Ethernet

 

1.1.26 Мережі з лавиноподібним розсиланням пакетів

Комп'ютерна мережа являє собою розподілену систему обробки інформації, що складається з як мінімум двох призначених для користувача комп'ютерів, які взаємодіють один з одним за допомогою апаратних засобів зв'язку, - мережевого кабелю (патч-корду) і мережевої карти.

Відрізняють просту і табличну маршрутизацію. Проста маршрутизація реалізується без урахування топології і завантаження мережі передачі даних і, як правило, відрізняється низькою ефективністю. За табличної маршрутизації в кожному вузлі комутації формується спеціальна таблиця маршрутів, яка вказує, за яким шляхом може передаватися пакет із заданою адресою, щоб він в найкоротший термін досяг отримувача.

До простої маршрутизації відноситься випадкова та лавинна маршрутизації. В основі лавинної маршрутизації лежить ефект розмноження пакетів, за яким вузол, отримавши пакет, генерує додаткові, ідентичні з ним пакети і передає їх у всіх напрямках, крім того, за яким надійшов пакет. Таким чином копії пакета лавиноподібно розповсюджуються по мережі. Перевагою метода є те, що він забезпечує мінімальну затримку розповсюдження пакетів, оскільки застосовуються всі шляхи через мережу, в тому числі і найкоротший, по якому і прийде перший пакет.

Лавинна маршрутизація.

Лавинна маршрутизація не потребує ніякої мереженої інформації і діє таким чином.
Вузол – відправник передає пакет всім суміжним вузлам. На кожному вузлі прийнятий пакет ретранслюється на всі вихідні канали, по якому він поступив. В кінці кінців багато копій пакету прибудуть до вузла – отримувача. Кожна копія повинна мати унікальний ідентифікатор (наприклад, номер вузла – відправника, порядковий номер), щоб вузол – отримувач міг анулювати всі копії, крім першої. Поки будь-яка обставина не зупинить безперервну ретрансляцію пакетів, кількість циркулюючих в мережі копій буде необмежено рости. Для запобігання цього явища використовують різні міри. Наприклад, на кожному вузлі запам’ятовують ідентифікатори вже ретрансльованих пакетів або включення в кожний пакет лічильника переходів. Коли лічильник фіксує нуль переходів – пакет анулюється.

Лавинна маршрутизація має три цікаві властивості:

· Використовуються всі можливі маршрути між відправником і отримувачем. Таким чином. Пакет буде доставленим в кожному випадку, навіть тоді, коли діє один тракт між відправником і отримувачем, а інші вийдуть з ладу.

· Так як задіяні всі маршрути, то в крайньому випадку одна копія пакету буде доставлена по призначенню з мінімальним числом переходів.

· Відвідуються всі вузли, які безпосередньо або побічно з’єднані з вузлом – відправником.

 

Перша властивість обумовлює високу живучість лавинної маршрутизації, що робить її пригодною для передачі екстренних повідомлень. Приклад її використання – мережі військового призначення.
Другу властивість можна використати для установки віртуальних каналів.
Третя властивість робить лавинну маршрутизацію корисною для передачі службової мереженої інформації на всі вузли, що реалізовано в протоколі маршрутизації OSPF.
Основний недолік лавинної маршрутизації – створення нею великого навантаження прямо пропорційного зв’язаності мережі.

1.1.27 Методи та протоколи маршрутизації в глобальних мережах.

Глобальні мережі Wide Area Networks, WAN), які також називають територіальними комп'ютерними мережами, служать для того, щоб надавати свої сервіси великій кількості кінцевих абонентів, розкиданих по великій території - у межах області, регіону, країни, континенту або всього земної кулі. Через велику довжину каналів зв'язку побудова глобальної мережі вимагає дуже великих витрат, у які входить вартість кабелів і робіт з їхньої прокладки, витрати на комутаційне встаткування й проміжну підсилювальну апаратури, що забезпечує необхідну смугу пропущення каналу, а також експлуатаційні витрати на постійну підтримку в працездатному стані розкиданої по великій території апаратур мережі.

Протоколи задають принципи взаємодії комп'ютерів у мережі, правила передачі даних та обробки помилок, визначають певні стандарти, яким повинне відповідати обладнання і програмне забезпечення комп'ютера. Збірка правил, які визначають принципи взаємодії комп'ютерів у мережі, називається протоколом.

Маршрутизація (Шаблон:Lang-en) — процес визначення маршруту прямування інформації між мережами. Маршрутизатор (або роутер від англ. router) приймає рішення, що базується на IP-адресі отримувача пакету. Для того, щоб переслати пакет далі, всі пристрої на шляху слідування використовують IP-адресу отримувача. Для прийняття правильного рішення маршрутизатор має знати напрямки і маршрути до віддалених мереж. Є два типи маршрутизації:

· Статична маршрутизація - маршрути задаються вручну адміністратором.

· Динамічна маршрутизація - маршрути обчислюються автоматично за допомогою протоколів динамічної маршрутизації - RIP, OSPF, EIGRP, IS-IS, BGP, HSRP та ін, які отримують інформацію про топологію і стан каналів зв'язку від інших маршрутизаторів у мережі.

Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) - це промисловий стандарт стека протоколів, розроблений для глобальних мереж.

Стандарти TCP/IP опубліковані в серії документів, названих Request for Comment (RFC). Документи RFC описують внутрішню роботу мережі Internet. Деякі RFC описують мережні сервіси або протоколи і їхню реалізацію, у той час як інші узагальнюють умови застосування. Стандарти TCP/IP завжди публікуються у вигляді документів RFC, але не всі RFC визначають стандарти.

Отже, лідируюча роль стека TCP/IP пояснюється наступними його властивостями:

· Це найбільш завершений стандартний і в той же час популярний стек мережних протоколів, що має багаторічну історію.

· Майже всі великі мережі передають основну частину свого трафіка за допомогою протоколу TCP/IP.

· Це метод одержання доступу до мережі Internet.

· Цей стек є основою для створення Intranet- корпоративної мережі, що використовує транспортні послуги Internet і гіпертекстову технологію WWW, розроблену в Internet.

· Всі сучасні операційні системи підтримують стек TCP/IP.

· Це гнучка технологія для з'єднання різнорідних систем як на рівні транспортних підсистем, так і на рівні прикладних сервісів.

· Це стійке масштабоване міжплатформенне середовище для додатків клієнт-сервер.

Не зважаючи на те, що стек TCP/IP був розроблений до появи моделі взаємодії відкритих систем ISO/OSI і, що він також має багаторівневу структуру, відповідність рівнів стека TCP/IP рівням моделі OSI є умовною.

Структура протоколів TCP/IP наведена на малюнку 1. Протоколи TCP/IP діляться на 4 рівні.

Самий нижній (рівень IV) відповідає фізичному й канальному рівням моделі OSI. Цей рівень у протоколах TCP/IP не регламентується, але підтримує всі популярні стандарти фізичного й канального рівня: для локальних мереж це Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, для глобальних мереж - протоколи з'єднань "точка-точка" SLIP і PPP, протоколи територіальних мереж з комутацією пакетів X.25, frame relay. Розроблена також специфікація, що визначає використання технології ATM як транспорт канального рівня. Звичайно з появою нової технології локальних або глобальних мереж вона швидко включається в стек TCP/IP за рахунок розробки відповідного RFC, що визначає метод інкапсуляції пакетів IP у її кадри.

Наступний рівень (рівень III) - це рівень межмережної взаємодії, що займається передачею пакетів з використанням різних транспортних технологій локальних мереж, територіальних мереж, ліній спеціального зв'язку й т.п.

Наступний рівень (рівень II) називається основним. На цьому рівні функціонують протокол керування передачею TCP (Transmission Control Protocol) і протокол дейтаграм користувача UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP забезпечує надійну передачу повідомлень між вилученими прикладними процесами за рахунок утворення віртуальних з'єднань. Протокол UDP забезпечує передачу прикладних пакетів дейтаграмним способом, як і IP, і виконує тільки функції сполучної ланки між мережним протоколом і численними прикладними процесами.

Верхній рівень (рівень I) називається прикладним. За довгі роки використання в мережах різних країн і організацій Стек TCP/IP нагромадив велику кількість протоколів і сервисов прикладного рівня. До них ставляться такі широко використовувані протоколи, як протокол копіювання файлів FTP, протокол емуляції термінала telnet, поштовий протокол SMTP, використовуваний в електронній пошті мережі Internet, гіпертекстові сервіси доступу до вилученої інформації, такі як WWW і багато хто інших. Зупинимося трохи докладніше на деяких з них.

Протокол пересилання файлів FTP (File Transfer Protocol) реалізує вилучений доступ до файлу. Для того, щоб забезпечити надійну передачу, FTP використає як транспорт протокол із установленням з'єднань - TCP. Крім пересилання файлів протокол FTP пропонує й інші послуги. Так, користувачеві надається можливість інтерактивної роботи з вилученою машиною, наприклад, він може роздрукувати вміст її каталогів. Нарешті, FTP виконує аутентифікацію користувачів. Перш, ніж одержати доступ до файлу, відповідно до протоколу користувачі повинні повідомити своє ім'я й пароль. Для доступу до публічних каталогів FTP-архівів Internet парольна аутентификация не потрібно, і неї обходять за рахунок використання для такого доступу визначеного імені користувача Anonymous.

У стеці TCP/IP протокол FTP пропонує найбільш широкий набір послуг для роботи з файлами, однак він є й самим складним для програмування. Додатка, яким не потрібні всі можливості FTP, можуть використати іншої, більше економічний протокол - найпростіший протокол пересилання файлів TFTP (Trivial File Transfer Protocol). Цей протокол реалізує тільки передачу файлів, причому як транспорт використається більше простій, чим TCP, протокол без установлення з'єднання - UDP.

Протокол telnet забезпечує передачу потоку байтів між процесами, а також між процесом і терміналом. Найбільше часто цей протокол використається для емуляції термінала вилученого комп'ютера. При використанні сервісу telnet користувач фактично управляє вилученим комп'ютером так само, як і локальний користувач, тому такий вид доступу вимагає гарного захисту. Тому сервери telnet завжди використають як мінімум аутентифікацію по паролю, а іноді й могутніші засоби захисту, наприклад, систему Kerberos.

Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) використається для організації мережного керування. Споконвічно протокол SNMP був розроблений для вилученого контролю й керування маршрутизаторами Internet, які традиційно часто називають також шлюзами. З ростом популярності протокол SNMP стали застосовувати й для керування будь-яким комунікаційним устаткуванням - концентраторами, мостами, мережними адаптерами й т.д. і т.п. Проблема керування в протоколі SNMP розділяється на два завдання.