|
|
информатика. информатика прк. 1. Теоретическая часть
Среда передачи информации
1. Теоретическая часть
Среда передачи информации - физическая субстанция, по которой происходит передача (перенос) той или иной информации (данных) от источника (передатчика, отправителя) к приёмнику (получателю).
Канальный уровень
Метод коммуникации. Одной из центральных проблем организации передачи данных по физическим каналам является проблема параллельного использования одного и того же канала несколькими парами абонентов. Методы, лежащие в основе ее решения получили название методов коммутации.
В настоящее время существует два основных метода коммутации: коммутация каналов и коммутация пакетов.
Коммутация каналов предполагает, что перед началом передачи данных должна быть выполнена процедура установления соединения, в результате которой образуется составной канал. По окончании сеанса связи соединение разрывается, и канал освобождается. Классическим примером реализации коммутации каналов является телефонная связь, которая подразумевает, что абонент перед началом разговора набирает номер второго абонента, в результате чего последовательное переключение промежуточных коммутаторов позволяет образовать непрерывный канал связи между абонентами. Коммутация каналов удобна для организации линий связи, в которых подразумевается передача потоков данных «постоянной интенсивности», например, таких, как телефонный разговор, в силу чего этот метод оказывается недостаточно гибким при построении компьютерных сетей.
Метод коммутации пакетов основан на разбиении передаваемых по сети данных на небольшие «порции». Каждая такая «порция» передается по сети как единое целое и называется пакетом. Такой метод является очень удобным для параллельного использования физического канала несколькими парами абонентов: канал является занятым только во время прохождения пакета. Временные промежутки между передачей пакетов одним абонентам могут быть использованы другими для отправки собственных пакетов.
Пакет обычно состоит из двух частей - заголовка, содержащего служебные данные, необходимые для управления доставкой пакета, и собственно данных, подлежащих передаче. Порядок обмена пакетами, а также конкретный состав заголовка пакетов определяется сетевым протоколом.
Протоколы канального уровня определяют удобный для сетевого обмена способ представления информации, а также необходимый набор правил, позволяющий упорядочивать взаимодействие абонентов.
На канальном уровне данные рассматриваются как последовательный поток битов. Перед передачей по физическим каналам этот поток, в соответствии с принципом пакетной коммутации, разделяется на «порции», каждая из которых снабжается заголовком, содержащим некоторую служебную информацию, т.е. формируется пакет. На канальном уровне пакет называется кадром (frame).
Структура заголовка кадра зависит от набора задач, которые решает протокол. Сложность канальных протоколов во многом определяется сложностью топологии сети. Очевидно, что организовать общение всего двух абонентов существенно проще, чем упорядочивать информационный обмен в сетях, где возможно параллельное взаимодействие нескольких пар абонентов. Поэтому канальные протоколы удобно разделять на две группы:
1) Протоколы для соединений типа «точка-точка»
Существенным отличием протоколов для соединений типа «точка-точка» является отсутствие средств адресации абонентов. Это объясняется тем, что одновременно к сети может быть подключено всего два устройства, например, два компьютера. Поэтому заголовки кадров данных протоколов этой группы не содержат адресных полей.
Простейшим примером протоколов данной группы является протокол SLIP (Serial Line Internet Protocol). Единственными служебными полями кадра протокола SLIP являются поля, позволяющие определить начало и конец кадра. Данный протокол может совместно работать только с одним протоколом сетевого уровня - протоколом IP, поскольку в заголовке кадра не предусмотрено поля идентификации протокола сетевого уровня. Кроме того, протокол не располагает средствами обнаружения ошибок, возникающих при передаче данных, что делает его малоэффективным при построении сетей на основе каналов низкого качества, например, телефонных линий.
В связи с этим протокол SLIP в настоящее время почти не используется при построении реальных сетей. Для подключения к Интернет по обычным телефонным линиям конечных пользователей в основном применяется более совершенный протокол канального уровня PPP (Point-to-Point Protocol). В отличие от SLIP протокол PPP обладает большей функциональностью и обеспечивает:
Ввозможность использования нескольких протоколов сетевого уровня;
Вмеханизм согласования параметров устройств передачи данных;
Вмеханизм сжатия передаваемой информации с целью повышения эффективности и надежности передачи;
Вмеханизм обнаружения и исправления ошибок;
Вмеханизмы защиты, предотвращающие несанкционированные подключения.
2) Протоколы для сетей сложных топологий.
Протоколы канального уровня этой группы являются более сложными, чем протоколы, использующиеся в сетях типа «точка-точка», так как вынуждены выполнять ряд дополнительных функций. Основными функциями являются:
Выделение на всем множестве компьютеров, подключенных к сети, конкретного абонента, с которым осуществляется информационный обмен, то есть адресация;
Упорядочивание доступа к среде передачи в случае, когда нескольким парам абонентов требуется осуществить передачу данных.
Физический уровень
Среда передачи данных. Коаксеальный кабель. Коаксиальный кабель был первым типом кабеля, использованным для соединения компьютеров в сеть. Кабель данного типа состоит из центрального медного проводника, покрытого пластиковым изолирующим материалом, который, в свою очередь, окружен медной сеткой и/или алюминиевой фольгой. Этот внешний проводник обеспечивает заземление и защиту центрального проводника от внешней электромагнитной интерференции. При прокладке сетей используются два типа кабеля - «Толстый коаксиальный кабель» (Thicknet) и «Тонкий коаксиальный кабель» (Thinnet). Сети на основе коаксиального кабеля обеспечивают передачу со скоростью до 10 Мбит/с. Максимальная длина сегмента лежит в диапазоне от 185 до 500 м в зависимости от типа кабеля.
Коаксиальный кабель более помехоустойчив, затухание сигнала в нем меньше чем в витой паре. Затухание (attenuation) - это уменьшение величины сигнала при его перемещении по кабелю. Затухание сигнала приводит к ухудшению его качества Как уже говорилось, плетеная защитная оболочка поглощает внешние электромагнитные сигналы, не позволяя им влиять на передаваемые по жиле данные, поэтому коаксиальный кабель можно использовать при передаче на большие расстояния и в тех случаях, когда высокоскоростная передача данных осуществляется на несложном оборудовании.
Тонкий коаксиальный кабель - гибкий кабель диаметром около 0,5 см (около 0.25 дюймов). Он прост в применении и годится практически для любого типа сети. Подключается непосредственно к платам сетевого адаптера компьютеров. Тонкий (thin) коаксиальный кабель способен передавать сигнал на расстояние до 185 м (около 607 футов) без его заметного искажения, вызванного затуханием.
Производители оборудования выработали специальную маркировку для различных типов кабелей. Тонкий коаксиальный кабель относится к группе, которая называется семейством RG-58, его волновое сопротивление равно 50 0м. Волновое сопротивление (impedance) - это сопротивление переменному току, выраженное в омах. Основная отличительная особенность этого семейства - медная жила. Она может быть сплошной или состоять из нескольких переплетенных проводов.
Медная жила толстого коаксиального кабеля больше в сечении, чем тонкого. Чем толще жила у кабеля, тем большее расстояние способен преодолеть сигнал. Следовательно, толстый коаксиальный кабель передает сигналы дальше, чем тонкий, - до 500 м (около 1 640 футов). Поэтому толстый коаксиальный кабель иногда используют в качестве основного кабеля [магистрали (backbone)], который соединяет несколько небольших сетей, построенных на тонком коаксиальном кабеле. Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяют специальное устройство - трансивер (transceiver).
Трансивер снабжен специальным коннектором, который назван весьма впечатляюще - «зуб вампира» (vampire tap) или «пронзающий ответвитель» (piercing tap). Этот «зуб» проникает через изоляционный слой и вступает в непосредственный физический контакт с проводящей жилой. Чтобы подключить трансивер к сетевому адаптеру, надо кабель трансивера подключить к коннектору AUI-порта сетевой платы. Этот коннектор известен также как DIX-коннектор (Digital Intel Xerox^), в соответствии с названиями фирм-разработчиков, или коннектор DB-15.
Коаксиальный кабель BELDEN
Используемый в сетях кабельного телевидения коаксиальный кабель Belden зарекомендовал себя как демонстрирующий на протяжении длительного периода эксплуатации отличные технические показатели и высокую надежность.
Развитие кабельных сетей, переход на цифровое вещание, предоставление кабельными операторами дополнительных услуг, таких, как высокоскоростной доступ в Интернет и IP-телефония, передача пакетов спутникового телевидения, привело к активному использованию полосы частот обратного канала 5-65 МГц и передаче сигнала в диапазоне до 2100 МГц. Воздействие электромагнитных помех на сигнал приводит, к неприемлемому для кабельного оператора снижению скорости передачи данных, и, следовательно, к невозможности его приема. Борьба с помехами аппаратными и программными средствами требует затрат, несоизмеримых с затратами на кабель с высоким коэффициентом экранирования.
Сведение к минимуму действия электромагнитных помех путем создания эффективной экранировки - предмет постоянного поиска специалистов фирм-производителей кабельной продукции.
Среда передачи данных. Витая пара. Витая пара - это изолированные проводники, попарно свитые между собой некоторое число раз на определенном отрезке длины, что требуется для уменьшения перекрестных наводок между проводниками. Такие линии как нельзя лучше подходят для создания симметричных цепей, в которых используется балансный принцип передачи информации.
Приемник и передатчик гальванически развязаны друг от друга согласующими трансформаторами. При этом во вторичные обмотки (сетевые адаптеры) подается только разность потенциалов первичной обмотки (непосредственно протяженной линии). Из-за этого необходимо отметить два важных момента.
1) Токи в любой точке идеальной витой пары равны по значению, и противоположны по направлению. Следовательно, векторы напряженности электромагнитного поля каждого из проводников противоположно направлены, и суммарное ЭМИ отсутствует. Под идеальной витой парой понимается линия, в которой проводники бесконечно плотно прилегают друг к другу, имеют бесконечно малый диаметр, и ток, протекающий через них, стремится к нулю.
2) Метод накладывает некоторые ограничения на протокол передачи (невозможность передачи постоянной составляющей), но значительно более устойчиво к внешним влияниям (по сравнению, например, с несимметричным RS-232).
Витая пара не была новым изобретением. До этого она уже многие десятки лет успешно использовалась в телефонии, и остается только удивляться, почему ее перенос на почву Ethernet прошел только сентябре 1990 года, когда был официально принят стандарт 10baseT. Вполне естественно, что это была витая пара 3 категории, с очень большим, в десятки сантиметров, шагом скрутки проводов в паре, и небольшой, до 20 МГц, полосой пропускания (т.е. были взяты прямо из телефонной проводки). Компьютерные кабеля отличало только оформление - 4 пары под одной оболочкой.
Немного позже, одновременно с появлением Fast Ethernet в 1995 году, был введен новый стандарт на кабель Категории 5 (Cat.5), с шагом скрутки, меняющемся для разных пар от 12 до 32 мм (например, ряд от Lucent - 15, 13, 20, 24 мм). Делается это для уменьшения перекрестных наводок, о которых будет рассказано ниже. Такой кабель обеспечивает передачу сигналов с частотой до 100 Мбит. Далее появилась Cat.5е, (до 125 МГц), на подходе Cat.6 и в разработке Cat.7.
Самая простая витая пара (TP - Twisted Pair) - это два перевитых друг вокруг друга изолированных провода. Существует два вида такого кабеля: неэкранированная витая пара (UTP) и экранированная витая пара (STP)
Каждая паpа состоит из пpовода, именуемого «Ring» и пpовода «Tip». Эти названия пpишли из телефонии. Каждая паpа в оболочке имеет свой номеp, таким обpазом, каждый пpовод можно идентифициpовать как Ring1, Tip1, Ring2, Tip2 и т.д. Дополнительно к нумеpации пpоводов каждая паpа имеет свою уникальную цветовую схему:иний/cине-белый для 1-ой паpы
оpанжевый/оpанжево-белый - для 2-й
зеленый / зелено-белый - для 3-й
коpичневый/коpичнево-белый - для 4-й
Два главных физических различия между кабелями Cat.5 и Cat.6 - это количество витков витой пары на единицу длины и толщина оплетки. Длина витка нестандартизирована, но обычно у категории Cat.5e она составляет 1.5-2 витка на сантиметр, а у категории Cat-6 количество витков больше 2. Внутри одного кабеля, каждая цветная пара также обладает различной длиной витка, основанной на простых числах. Длины витков подобраны таким образом, чтобы два различных витка никогда не совпадали. Количество витков на каждую цветную пару обычно уникально для каждого производителя.
Оптоволокно (оптика, стекло, отическое волокно, fiber) - одно из самых современных и надежных сред передачи данных при прокладке и настройке ЛВС. Она представляет собой многопарный кабель, состоящих из жил - обернутых в специальную оплетку. Жилы производятся из специального полимера - и сделаны таким образом - что ее «стенки» получаются идеально гладкими.
Среда передачи данных. Оптоволоконный кабель. Передача данных в оптоволокне производится с помощью света - как известно - одной из самых быстрых материй во Вселенной. электрический сигнал медного кабеля проходит через специальный конвертер и превращается в свет. Каждая жила оптики подобна стеклянной трубе в зеркальной трубе. (Полимер разной плотности. Напр 9/125 микрон) Свет, проникая в нее - отражается от стыка границ жил жилы и летит все дальше. В конце путешествия он принимается приемным устройством и обратно перекодируется в электрический сигнал.
Тем не менее, передача данных по оптоволокну осуществляется медленнее скорости света (1млрд.км/ч). По причине того что микролазеры, использующиеся для передачи света по оптоволокну не производят свет с такой скоростью. А также по причине потерь в результате преломления лучей.
Скорость затухания сигнала в оптоволокне различается в зависимости от типа оптической жилы. Так многомодовый кабель (50/125, 62/125) позволяет передавать сигнал на 2-3 километра без существенных потерь. Одномодовый кабель (9/125) - работает на расстоянии до 10км. Скорее всего многое зависит от материала, который используется при производстве кабелей. Указанные длины соответствуют кабелям из современных полимеров. Скорее всего, жила из более плотного материала позволит передавать свет на более длинные расстояния. Также, все зависит о источника сигнала. Соответственно - чем он мощнее, тем дальше «полетит» свет.
Использование волоконно-оптического кабеля лежит в основе функционирования всех современных телекоммуникационных сетей. Кабель применяется как для межконтинентальных линий, так и для домашних компьютерных сетей. Высокая защищенность сигнала, наряду с другими достоинствами, сделали этот материал монополистом в данной сфере.
Промышленность выпускает различные типы (марки) оптических кабелей, позволяющие подобрать оптимальное решение для любой задачи. Различают следующие виды ВОК по месту прокладки:
1) Для внутренней прокладки. Домашние и офисные сети, линии связи, проложенные внутри зданий - все это области применения кабеля такого типа. Внешняя оболочка таких кабелей имеет плотное или полуплотное покрытие буферного типа.
2) Для внешней прокладки. Их использование - прокладка связи между зданиями, или по воздуху в пределах населенного пункта. Марки кабелей, предназначенных для внешней прокладки, имеют прочную защитную оболочку, обеспечивающую максимальный уровень защиты от механических повреждений. Иногда их прокладывают в магистральных каналах, обеспечивающих еще более высокий уровень защиты.
3) Кабели специального назначения. В эту группу входят марки кабелей, которые используются для прокладки в местах с экстремальными условиями: по дну водоемов, болот или же под землей. Защитная оболочка таких изделий ориентирована на особенности того места, где предполагается проложить данный кабель.
Выбор оптического кабеля основывается на предполагаемых условиях его эксплуатации. Так, например, оптоволокно для прокладки в трубах, коллекторах не обязательно сильно защищать. Достаточно обычной оболочки. Броня из гофрированной ленты защитит кабель, монтируемый в местах обитания грызунов и прочей живности. Прокладка в грунт обязывает монтажников использовать оптику с броней из круглых стальных проволок. Для исключения провисания при строительстве воздушных волоконно-оптических линий применяют кабель, в структуре которого имеются армидные нити.
Помимо того, что ВОК классифицируются по месту прокладки, они делятся на два типа, отличающихся друг от друга по конструкции и размеру центральной жилы, эти характеристики позволяют проводить сигналы разного типа и, следовательно, дифференцируют их использование. Согласно этим признакам, различают следующие типы, описанные ниже.
1) Оптический одномодовый кабель. Этот тип характеризуется сравнительно небольшим диаметром центральной жилы и большой дальностью связи, которая достигает 50 км. Используется провод в телефонии и других сетях общего пользования. Оптический одномодовый кабель в свою очередь делится на подтипы, каждый из которых имеет свои особенности и специализацию.
2) Оптический многомодовый кабель. Диаметр центральной жилы изделий, относящихся к этой марке относительно велик, такой кабель передает сигналы с разной длиной волны, и его основное использование - компьютерные сети. Сигнал в такой сети затухает быстрее, и дальность его передачи не превышает 1 км. Этот тип также подразделяется на несколько разновидностей с разным профилем показателя преломления.
Преимущества оптоволокна
Широкое использование данной продукции стало возможным благодаря наличию ряда преимуществ, позволяющих ВОК полностью заменить медный кабель на линиях связи. К ним относятся высокая защищенность сигнала, низкая степень затухания, недосягаемая для других видов кабеля скорость и пропускная способность.
К недостаткам данной продукции может быть отнесена высокая цена на волоконно оптический кабель и аппаратуру для его обслуживания, хрупкость, а также высокие требования к качеству монтажа. Преимущества от его использования в значительной степени перевешивают его недостатки, и в настоящее время альтернативы ВОК нет.
Топология сети. Еще одним важным понятием физического уровня является способ соединения компьютеров с помощью физической среды или топология сети. Если сеть состоит всего из двух компьютеров, то они соединяются «напрямую». Такой способ соединения получил название «точка-точка» («point-to-point»).
Для обеспечения связи более чем двух компьютеров может использоваться последовательность соединений типа «точка-точка».
Топология шини
Эта топология использует один передающий канал на базе коаксиального кабеля, называемый «шиной». Все сетевые компьютеры присоединяются напрямую к шине. На концах кабеля-шины устанавливаются специальные заглушки - «терминаторы» (terminator). Они необходимы для того, чтобы погасить сигнал после прохождения по шине. К недостаткам топологии «Шина» следует отнести следующее
Для топологии кольцо характерно отсутствие конечных точек соединения; сеть замкнута, образуя неразрывное кольцо, по которому передаются данные. Эта топология подразумевает следующий механизм передачи: данные передаются последовательно от одного компьютера к другому, пока не достигнут компьютера-получателя. Недостатки топологии «кольцо» те же, то и у топологии «шина»
Топология звезда
В сети с топологией «звезда» все компьютеры соединены со специальным устройством, называемым сетевым концентратором или «хабом» (hub), который выполняет функции распределения данных. Прямые соединения двух компьютеров в сети отсутствуют. Благодаря этому, имеется возможность решения проблемы общедоступности данных, а также повышается устойчивость к повреждениям кабельной системы. Однако функциональность сети зависит от состояния сетевого концентратора.
Передача данных. Передача данных по физическим каналам подразумевает решение трех задач:
1) Кодирование/декодирование данных. Как известно, данные, обрабатываемые компьютером, представляются в двоичном виде - как последовательность нулей и единиц. Однако понятия «нуль» и «единица» являются логическими понятиями, обозначающими электрические сигналы, отличающиеся друг от друга физическими параметрами и использующиеся для представления информации в различных устройствах, например, оперативной памяти или центральном процессоре. В силу различных технических причин эти сигналы не всегда могут передаваться по физическим каналам связи. Поэтому они должны быть преобразованы. Процесс преобразования сигналов, «удобных для компьютера», в сигналы, которые могут быть переданы по сети, называется физическим кодированием, а обратное преобразование - декодированием.
В общем случае под кодированием понимается процесс отождествления элементов (или групп элементов) одного множества с элементами (или группами элементов) другого множества. Необходимость кодирования обуславливается потребностью «приспособить» сообщение для хранения и обработки каким-либо устройством или для передачи по каналам связи. Так, например, для отправки по телеграфным каналам информационное сообщение, состоящее из последовательности букв (элементов множества «Алфавит русского языка»), преобразуется с помощью телеграфного кода Морзе в определенную комбинацию электрических импульсов (элементов множества «Электрические импульсы различной длительности»).
Способ физического кодирования определяется техническими характеристиками среды передачи. Наиболее известным и часто используемым способом является модуляция. Суть модуляции состоит в том, что по физическому каналу передается непрерывный синусоидальный сигнал (называемый несущим или опорным), физические параметры которого изменяются в соответствии со значениями информационного сигнала, представляющего данные. Модуляция используется, как правило, при передаче данных по каналам, специально не предназначенным для построения компьютерных сетей (например, телефонным).
) Передача сигналов. Информационные сигналы передаются по физическим линиям связи последовательно. В случае если между передающей и принимающей сторонами параллельно существуют более одной линии, например, проложено несколько кабелей, то оказывается возможным одновременно (параллельно) передавать несколько сигналов. Если эти сигналы представляют различные биты передаваемых данных, то повышается скорость информационного обмена. Если же сигналы представляют один и тот же бит данных-то повышается надежность взаимодействия.
Важной проблемой передачи данных является проблема затухания сигналов. Проходя определенное конечное расстояние, сигналы ослабевают до такой степени, что не могут быть правильно восприняты устройствами. В связи с этим для любой физической среды передачи существует ограничение на максимальное расстояние передачи данных. (см. разделы «Кабельные системы» и «Беспроводные технологии») В случае, если необходимо организовать передачу данных на расстояние, превышающее ограничение среды передачи, при построении канала связи применяются специальные промежуточные устройства, позволяющие усиливать и восстанавливать сигналы. Устройства такого рода, использующиеся при прокладке кабельных систем, называются повторителями (repeater).
Синхронизация. Для успешного декодирования непрерывный поток сигналов, направляемый передатчиком по физическому каналу, должен быть разделен принимающей стороной на «фрагменты», соответствующие битам данных. Естественно, что такое деление не может быть произвольным, а должно быть синхронизировано с отправителем.
Устройства передачи данных. Для подключения компьютеров к среде передачи используются специализированные устройства. Основными функциями этих устройств является физическое кодирование и декодирование данных, а также синхронизация приема и передачи. Наряду с этим современные устройства могут решать задачи логической организации передачи, относящиеся к канальному уровню модели OSI. Наиболее известными в настоящее время устройствами являются модемы и сетевые адаптеры.
Модем (МОдулятор/ДЕМодулятор, Modem) представляет собой устройство, осуществляющее физическое кодирование данных методом модуляции. Существуют различные типы модемов для подключения к сетям по разным физическим каналам, как правило, не предназначенным для построения компьютерных сетей. Так, для подключения по телефонным линиям используются телефонные модемы (или - просто модемы, поскольку исторически под этим термином понималось устройство для подключения по телефонным линиям), для подключения по кабельным каналам - кабельные модемы, для подключения по радиоканалам - радиомодемы. Технические характеристики используемого канала накладывают ограничения на правила формирования сигналов (модуляции).
Обычно модемы используются для взаимодействия в сетях типа «точка-точка». В таких сетях не требуется сложной логической организации передачи, поскольку нет необходимости упорядочивать взаимодействие нескольких пар абонентов. К числу дополнительных функций, связанных с организацией передачи, можно отнести сжатие передаваемых данных и обнаружение и исправление ошибок с целью повышения эффективности и надежности передачи по низкокачественным каналам, например, телефонных (подробнее см. раздел «Канальный уровень»).
Сетевой адаптер (сетевая плата, плата сетевого интерфейса, Network Interface Card) - это устройство, которое предназначено для подключения компьютера к высококачественным физическим каналам компьютерных сетей. Поэтому для физического кодирования передаваемых данных используются различные типы цифрового кодирования.
Поскольку компьютерные сети могут иметь сложные топологии? и в них одновременно могут осуществлять взаимодействие несколько пар абонентов, то требуется решать достаточно сложные задачи по упорядочиванию этого взаимодействия. Поэтому сетевые адаптеры реализуют также определенное число логических функций организации взаимодействия, например, адресации абонентов и упорядочивания одновременного доступа нескольких к общей физической линии и т.д. (подробнее см. раздел «Канальный уровень»).
Сетевой уровень
Функции сетевого уровня. Сети, входящие в состав объединенной сети, могут строиться на основе различных сетевых технологий. Каждая сетевая технология вполне достаточна для организации обмена информацией в рамках одной подсети, но не позволяет осуществлять взаимодействие компьютеров данной подсети с компьютерами подсетей, основанных на других технологиях. Это объясняется возможной несовместимостью протоколов и способов адресации, определенных различными технологиями. Поэтому для обеспечения функционирования объединенных сетей требуются средства, представляющие собой «надстройку» над канальным уровнем, позволяющую абстрагироваться от конкретных решений, заложенных в сетевых технологиях. В качестве такой надстройки выступают средства сетевого уровня модели OSI.
Очевидно, что устройства этого уровня, предназначенные для объединения сетей, должны быть устроены гораздо сложнее, чем устройства канального уровня. Во-вторых, эти устройства должны обеспечивать целенаправленную передачу данных между абонентами через подсети составной сети (то есть определять путь прохождения данных), чтобы не вызывать перегрузку составной сети. Процесс определения пути прохождения данных через подсети составной сети называется маршрутизацией, а устройства, объединяющие сети и решающие перечисленные задачи, получили название маршрутизаторов.
Итак, для успешного информационного обмена в объединенных сетях средства сетевого уровня должны решать следующие задачи:
) обеспечивать единую систему адресации, не зависящую от сетевой технологии, позволяющую адресовать отдельные сети и узлы;
) определять путь (последовательность сетей), по которому должны пройти данные, чтобы достичь получателя;
) обеспечивать сквозную передачу данных через сети с разной технологией.
Протокол IP. Протокол IP (Internet Protocol) входит в состав стека протоколов TCP/IP и является основным протоколом сетевого уровня, использующимся в Интернет и обеспечивающим единую схему логической адресации устройств в сети и маршрутизацию данных.
Для выполнения своих функций протокол определяет свой собственный формат пакета. Основными информационными полями заголовка пакета являются:
) IP-адреса отправителя и получателя - предназначены для идентификации отправителя и получателя (см. IP-адресация);
) Время жизни пакета (Time To Live, TTL) - определяет время, которое IP-пакет может находиться в сети, и предназначено для предотвращения «захламления» сети «заблудившимися пакетами»;
) поля, предназначенные для фрагментации пакетов (см. IP-фрагментация);
) поля, предназначенные для управления обработкой пакета (длина пакета и заголовка, контрольная сумма заголовка, тип обслуживания и т.д.).
IP-Маршрутизация. IP-Маршрутизация - процесс выбора пути для передачи пакета в сети. Под путем (маршрутом) понимается последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет по пути к узлу-назначению. IP-маршрутизатор - это специальное устройство, предназначенное для объединения сетей и обеспечивающее определение пути прохождения пакетов в составной сети. Маршрутизатор должен иметь несколько IP-адресов с номерами сетей, соответствующими номерам объединяемых сетей.
Принцип маршрутизации на узле отправителе выглядит достаточно просто. Когда требуется отправить пакет узлу с определенным IP-адресом, то узел-отправитель выделяет с помощью маски подсети из собственного IP-адреса и IP-адреса получателя номера сетей. Далее номера сетей сравниваются и если они совпадают, то пакет направляется непосредственно получателю, в противном случае - маршрутизатору, чей адрес указан в настройках протокола IP.
Выбор пути на маршрутизаторе осуществляется на основе информации, представленной в таблице маршрутизации. Таблица маршрутизации - это специальная таблица, сопоставляющая IP-адресам сетей адреса следующих маршрутизаторов, на которые следует отправлять пакеты с целью их доставки в эти сети. Обязательной записью в таблице маршрутизации является так называемый маршрут по умолчанию, содержащий информацию о том, как направлять пакеты в сети, адреса которых не присутствуют в таблице, поэтому нет необходимости описывать в таблице маршруты для всех сетей. Таблицы маршрутизации могут строиться «вручную» администратором или динамически, на основе обмена информацией, который осуществляют маршрутизаторы с помощью специальных протоколов. |
|
|
Скачать 29.61 Kb.