Приведите пример работы коммутатора с адаптивной коммутацией, демонстрирующий его преимущества для сети с изменяющимся уровнем ошибок

Нарисуйте фрагмент дерева DNS-серверов для двух узлов и поясните, каким образом будут выполнены первичный и повторный запросы от узла с именем а.б.в.г.д к узлу я.ю.э.в.г.д

При первичном запросе узел а.б.в.г.д обратится к DNS-серверу В (так как он о нем уже знает), затем запрос по цепочке перейдет серверам Э – Ю – Я и последний, в свою очередь, вернет искомый IP-адрес получателя. При повторном запросе узел а.б.в.г.д напрямую обратиться к узлу я.ю.э.в.г.д, так как результат DNS-запроса уже сохранен у него в кэше.

_______________

Найти ошибки и неточности в рассуждении, пояснить. DNS сервер выдает в аренду символьное имя, запоминая его в своей таблице. О том, где находится DNS сервер, компьютер узнает у контроллера домена. В случае поломки DNS сервера узлы сети продолжают нормально работать со старыми именами. В случае поломки узла его имя освобождается и может быть выдано в аренду другому узлу.

DNS (Domain Name System) - это распределенная база данных, поддерживающая иерархическую систему имен для идентификации узлов в сети Internet. Служба DNS предназначена для автоматического поиска IP-адреса по известному символьному имени узла. DNS требует статической конфигурации своих таблиц, отображающих имена компьютеров в IP-адрес.

Протокол DNS является служебным протоколом прикладного уровня. Этот протокол несимметричен - в нем определены DNS-серверы и DNS-клиенты. DNS-серверы хранят часть распределенной базы данных о соответствии символьных имен и IP-адресов. Эта база данных распределена по административным доменам сети Internet. Клиенты сервера DNS знают IP-адрес сервера DNS своего административного домена и по протоколу IP передают запрос, в котором сообщают известное символьное имя и просят вернуть соответствующий ему IP-адрес.

Если данные о запрошенном соответствии хранятся в базе данного DNS-сервера, то он сразу посылает ответ клиенту, если же нет - то он посылает запрос DNS-серверу другого домена, который может сам обработать запрос, либо передать его другому DNS-серверу. Все DNS-серверы соединены иерархически, в соответствии с иерархией доменов сети Internet. Клиент опрашивает эти серверы имен, пока не найдет нужные отображения. Этот процесс ускоряется из-за того, что серверы имен постоянно кэшируют информацию, предоставляемую по запросам.

База данных DNS имеет структуру дерева, называемого доменным пространством имен, в котором каждый домен (узел дерева) имеет имя и может содержать поддомены.

В DNS-сервере при работе на контроллере домена сервер работает в режиме регистрирующего DNS-сервера, принимая от компьютеров домена информацию о соответствии имени и IP компьютера и обновляя в соответствии с ней данные зоны домена. Чтобы определить где находится контроллер домена используется DNS сервер. DNS-сервер - это специальный компьютер в локальной сети провайдера, который хранит в себе базу данных соответствий между IP-адресами и доменными именами узлов. Если происходит "падение" (выход из строя) DNS-сервера, - то соединение с Интернетом остается в порядке, но компьютер не может разрешить доменное имя, т. е. если набрать адрес сайта в буквенном виде (www.ya.ru), то выводится сообщение об ошибке.
Решением проблемы падающих DNS у провайдера является прописывание альтернативных общедоступных DNS-серверов (некоторые провайдеры в мире принимают DNS-запросы с любых сетей) .

_______________

Найти ошибки и неточности в рассуждении, пояснить. DHCP сервер выдает в аренду сетевой адрес, запоминая его в своей таблице. О том, где находится DHCP сервер, компьютер узнает у контроллера домена. В случае поломки DHCP сервера узлы сети продолжают нормально работать со старыми сетевыми адресами. В случае поломки узла его сетевой адрес освобождается и может быть выдан в аренду другому узлу.

IP-адреса могут назначаться администратором сети вручную. Это представляет для администратора утомительную процедуру. Ситуация усложняется еще тем, что многие пользователи не обладают достаточными знаниями для того, чтобы конфигурировать свои компьютеры для работы в интерсети и должны поэтому полагаться на администраторов.

Протокол Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) был разработан для того, чтобы освободить администратора от этих проблем. Основным назначением DHCP является динамическое назначение IP-адресов. Однако, кроме динамического, DHCP может поддерживать и более простые способы ручного и автоматического статического назначения адресов.

Протокол DHCP использует модель клиент-сервер. Во время старта системы компьютер-клиент DHCP, находящийся в состоянии "инициализация", посылает сообщение discover (исследовать), которое широковещательно распространяется по локальной сети и передается всем DHCP-серверам частной интерсети. Каждый DHCP-сервер, получивший это сообщение, отвечает на него сообщением offer (предложение), которое содержит IP-адрес и конфигурационную информацию.

Компьютер-клиент DHCP переходит в состояние "выбор" и собирает конфигурационные предложения от DHCP-серверов. Затем он выбирает одно из этих предложений, переходит в состояние "запрос" и отправляет сообщение request (запрос) тому DHCP-серверу, чье предложение было выбрано.

Выбранный DHCP-сервер посылает сообщение DHCP-acknowledgment (подтверждение), содержащее тот же IP-адрес, который уже был послан ранее на стадии исследования, а также параметр аренды для этого адреса. Кроме того, DHCP-сервер посылает параметры сетевой конфигурации. После того, как клиент получит это подтверждение, он переходит в состояние "связь", находясь в котором он может принимать участие в работе сети TCP/IP. Компьютеры-клиенты, которые имеют локальные диски, сохраняют полученный адрес для использования при последующих стартах системы. При приближении момента истечения срока аренды адреса компьютер пытается обновить параметры аренды у DHCP-сервера, а если этот IP-адрес не может быть выделен снова, то ему возвращается другой IP-адрес.

Однако использование DHCP несет в себе и некоторые проблемы. Во-первых, это проблема согласования информационной адресной базы в службах DHCP и DNS. Как известно, DNS служит для преобразования символьных имен в IP-адреса. Если IP-адреса будут динамически изменятся сервером DHCP, то эти изменения необходимо также динамически вносить в базу данных сервера DNS. Хотя протокол динамического взаимодействия между службами DNS и DHCP уже реализован некоторыми фирмами (так называемая служба Dynamic DNS), стандарт на него пока не принят.

Во-вторых, нестабильность IP-адресов усложняет процесс управления сетью. Системы управления, основанные на протоколе SNMP, разработаны с расчетом на статичность IP-адресов. Аналогичные проблемы возникают и при конфигурировании фильтров маршрутизаторов, которые оперируют с IP-адресами.

Наконец, централизация процедуры назначения адресов снижает надежность системы: при отказе DHCP-сервера все его клиенты оказываются не в состоянии получить IP-адрес и другую информацию о конфигурации. Последствия такого отказа могут быть уменьшены путем использовании в сети нескольких серверов DHCP, каждый из которых имеет свой пул IP-адресов.

Авторизация DHCP-серверов обеспечивается путем интеграции службы «DHCP-сервер» с Active Directory. Наличие в сети неавторизованного DHCP-сервера может привести к нарушению сетевых операций, связанному с выделением неверных адресов или неправильными параметрами конфигурации. DHCP-сервер, который является контроллером домена или членом домена Active Directory, запрашивает в Active Directory список авторизованных серверов (идентифицируемых по IP-адресу). Если IP-адрес самого сервера не включен в список авторизованных DHCP-серверов, служба «DHCP-сервер» не сможет выполнить последовательность запуска, и ее работа будет автоматически завершена.

_______________

Найти ошибки и неточности в рассуждении, пояснить. Концентраторы и коммутаторы работают на канальном уровне модели OSI. Отличаются они тем, что концентратор не имеет таблицы коммутации и поэтому в самом пакете узел должен передавать маршрут. Коммутатор же имеет таблицу коммутации, таким образом снимая с узлов обязанность слежения за топологией сети. В таблице коммутации указан номер порта коммутатора и сетевой адрес узла. Так как концентратору ничего не надо искать в таблице коммутации, сеть с концентраторами работает гораздо быстрее.

Сетевой концентратор или Хаб (жарг. от англ. hub — центр деятельности) — сетевое устройство, предназначенное для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент сети. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна.

Концентратор работает на физическом уровне сетевой модели OSI, повторяет приходящий на один порт сигнал на все активные порты. Концентраторы выполняют следующие функции:

 являются центральным устройством, через которое соединяется множество узлов сети;

 позволяют большое количество компьютеров соединять в одну или несколько локальных сетей;

 обеспечивают связь различных протоколов (например, преобразование протокола Ethernet в протокол FDDI и обратно);

 соединяют вместе сегменты сетевой магистрали;

 обеспечивают соединение между различными типами передающей среды

 позволяют централизовать сетевое управление и структуру.

Сетевой коммутатор или свитч (жарг. от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI, и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам.

Коммутатор хранит в памяти таблицу коммутации (хранящуюся в ассоциативной памяти), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя ещё не известен, то кадр будет продублирован на все интерфейсы. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется. Стоит отметить малую латентность и высокую скорость пересылки на каждом порте интерфейса.

Концентраторы позволяют компьютерам в сети обмениваться данными. Компьютер подключается к концентратору с помощью кабеля Ethernet, и информация, передаваемая с одного компьютера на другой, проходит через концентратор. Концентратор не может определить источник или место назначения полученных данных, поэтому пересылает их всем подключенным к нему компьютерам, включая и тот, с которого была отправлена информация. Концентратор может либо передавать, либо получать данные, но не может делать и то и другое одновременно. Поэтому концентраторы работают медленнее, чем коммутаторы.

_______________

Приведите пример, подтверждающий высказывание о том, что установка в сети коммутатора приводит к ускорению работы. Приведите пример, когда ускорения работы не происходит или даже происходит замедление работы.

Пусть есть сеть из восьми компьютеров, объединенных коммутатором. Допустим, между компьютерами а и б, а также д и ж происходит активный обмен данными. Таким образом, добавив один коммутатор, можно добиться ускорения работы сети, выделив данные компьютеры в две виртуальные сети.

Допустим теперь, что компьютер а является сервером, и время от времени с ним происходит интенсивный обмен данными с одним из компьютеров, при этом траффик между самими компьютерами мал. Таким образом, добавление коммутатора не даст увеличения пропускной способности сети, и даже может замедлить работу из-за задержек коммутации.

_______________

Приведите пример, демонстрирующий преимущества коммутаторов с коммутационной матрицей по сравнению с коммутатором с шинной функциональной схемой. Приведите пример, демонстрирующий преимущества коммутаторов с разделяемой многовходовой памятью.

Когда между портами коммутатора 1 и 2, а также портами 3 и 4 происходит частый интенсивный обмен данными, коммутатор с коммутационной матрицей даст лучшую пропускную способность, так как он позволяет независимо соединять порты, тогда как в коммутаторах с шинной функциональной схемой все порты соединены одной шиной, поэтому будут возникать задержки при переключении между портами.

В ситуациях, когда одному компьютеру приходится часто передавать данные разным портам, очевидны преимущества коммутатора с разделяемой многовходовой памятью ввиду наличия буферов для каждого выходного порта и переключателя входных портов. Благодаря наличию буфера также можно избежать задержек времени из-за занятости выходного порта.

_______________

13. Проведите STP протокол для только что включившейся сети, заданной следующими коммутаторами и сегментами со стоимостью (цена одинакова в обе стороны): A-B 3, A-C 1, B-C 1, B-D 5, C-E 1, E-F 2, D-F 1.

Сначала производится выбор корневого моста. Каждый узел считает себя корневым. Далее он рассылает всем соседним узлам свой ID и приоритет. При этом, если он получает пакет с большим приоритетом, то он изменяет мнение о корневом узле и рассылает уже измененную информацию. Если приоритеты совпадают, то берется узел с меньшим ID.

A	B	C	D	E	F
3A	5B	1C	5D	2E	2F
B: 5B C: 1C 5B	A: 3A C: 1C D: 5D 5B	A: 3A B: 5B E: 2E 5B	B: 5B F: 2F 5B	C: 1C F: 2F 2E	D: 5D E: 2E 5D
5B – C		5B – A, E	5B – F		5D – E
C: 5B 5B		A: 5B 5B		C: 5B F: 5D 5B	D: 5B 5B
				5B – F
					E: 5B 5B

На втором шаге определяются корневые порты. Каждый узел, начиная с корневого, рассылает соседним пакеты с ценой порта. Узлы прибавляют к полученной цене цену порта, по которому пришел пакет. Таким образом, вычисляется стоимость пути до корневого узла. На каждом шаге выбирается меньшая цена.

A	B	C	D	E	F
∞		∞	∞	∞	∞
B: 0+3=3 B: 3		B: 0+1=1 B: 1	B: 0+5=5 B: 5
C: 1+1=2 C: 2		A: 3+1=4 B: 1		C: 1+1=2 C: 2	D: 5+1=6 F: 6
					E: 2+2=4 E: 4

В завершение, строится топологическое дерево, в котором отображаются кратчайшие пути до корневого моста, а остальные порты блокируются.

_______________

14. Найти ошибки и неточности в рассуждении, пояснить. Коммутация «на – лету» обеспечивает максимальную скорость передачи кадров, и, следовательно, максимальную скорость работы всей сети. Коммутация с буферизацией, поскольку выполняется проверка контрольных сумм, обеспечивает максимальную надежность сетевого трафика.

Различают следующие виды коммутации:

1. коммутация "на лету",

2. коммутация с буферизацией

3. безфрагментная коммутация (промежуточное положение между первыми двумя: буферизуются только первый 64 байта кадра).

4. На разных портах коммутатора ошибки могут возникать с разной интенсивностью, поэтому получила распространение технология адаптивной коммутации, при которой способ коммутации задается отдельно для каждого порта, кроме того способ коммутации изменяется с течением времени.

При первом способе коммутации коммутатор передает кадр сразу, как только прочел в заголовке адрес (MAC – адрес, а не IP!). Быстро, но не проводится контроль целостности кадра.

Во втором способе кадр сначала полностью читается в буфер, проверяется длина кадра, затем вычисляется циклический избыточный код, то есть идет проверка целостности. «Поломанный» кадр просто отбрасывается. Такой способ коммутации требует больше времени (по сравнению с 1), но не пропускает ошибочные пакеты, не засоряет ими сеть.

В третьем способе пакет не проверяется полностью, но, по крайней мере, проверяется заголовок. Часто реализуется проверку заголовка и первых 64 байтов данных.

Адаптивная коммутация – наилучший вариант, но такие коммутаторы дороже. Здесь интересен вопрос о способе переключения между видами коммутации. Очевидно, что если проходит достаточно большое количество верных кадров, то можно сначала переключиться на коммутацию безфрагментную, если же и далее идут верные кадры, то можно переключиться на коммутацию «на лету». А как узнать о том, что начались сбои в системе, если используется коммутация «на лету»? По-видимому, даже в этом случае следует делать изредка тестовые проверки. Например, проверять каждый 100-ый кадр. Если же он окажется испорченным, то необходимо срочно переключиться в режим «безфрагментной» коммутации и далее, возможно, в режим коммутации с буферизацией.

_______________

Приведите пример работы коммутатора с адаптивной коммутацией, демонстрирующий его преимущества для сети с изменяющимся уровнем ошибок.

Если в сети проходит достаточно большое количество верных кадров, то коммутатор может сначала переключиться на коммутацию безфрагментную, если же и далее идут верные кадры, то можно переключиться на коммутацию «на лету». Таким образом можно обеспечить высокую скорость передачи кадров, так как исключаются задержки на проверку коммутатором контрольных сумм. При использовании таким коммутатором коммутацию «на лету» пакеты, все же, выборочно проверяются (например, каждый сотый) для выявления появления ошибок. Если в сети появляются ошибки, то коммутатор может перейти в режим «безфрагментной» коммутации и далее, возможно, в режим коммутации с буферизацией, таким образом, снизив паразитный трафик в сети.

_______________

16. Найти ошибки и неточности в рассуждении, пояснить. Методы борьбы с перегрузкой, используемые коммутаторами: метод обратного давления и метод агрессивного поведения. Они используются для того, чтобы уменьшить сетевой трафик и повысить его надежность. Коммутаторы с шинной функциональной схемой не могут применять эти методы, т.к. у них нет внутренней памяти для пакетов.

Проблема слишком большого трафика в сети становится ясна из следующего замечания: если у процессора порта коммутатора буфер заполнен, то вновь поступающие кадры просто отбрасываются!

Существует два механизма снижения интенсивности трафика коммутаторами:

- агрессивное поведение порта;

- метод обратного давления.

Первый способ основывается на том, что коммутатор в отличие от компьютеров «нарушает» длительность технологической паузы, пытаясь захватить сетевую среду.

Порт коммутатора для захвата сети должен вести себя агрессивно и при передаче и при коллизии в сети. В первом случае коммутатор оканчивает передачу очередного кадра и делает технологическую паузу в 9.1 мкс вместо положенной паузы в 9.6 мкс. При этом компьютер, выждав паузу в 9.6 мкс, не может захватить среду передачи данных. После коллизии, когда кадры коммутатора и компьютера сталкиваются, компьютер делает стандартную паузу в 51.2 мкс, а коммутатор - в 50 мкс. И в этом случае среда передачи остается за коммутатором.

В основе второго метода лежит передача небольших фиктивных кадров компьютеру до тех пор, пока не освободится место в буфере. Кадры передаются тому компьютеру, который осуществляет большой трафик в текущий момент. В этом случае коммутатор может не нарушать порядок доступа к среде, но в среднем интенсивность передач кадров в коммутатор уменьшается вдвое. Метод обратного давления может использоваться как для разгрузки входного, так и выходного порта.

_______________

Найти ошибки и неточности в рассуждении, пояснить. Мосты соединяют подсети. Каждый узел сети должен знать MAC адрес одного ближайшего моста. Транслирующие мосты, т.е. шлюзы, используются чаще прозрачных мостов, т.к. они работают быстрее. Инкапсулирующие мосты работают еще быстрее, но они дороже и поэтому реже используются.

Мостом называется устройство, служащее для связи между локальными сетями. Для соединяемых сетей мост является узлом (абонентом сети), то есть мосты работают на сетевом уровне модели OSI. По принадлежности к разным типам сетей различают глобальные и локальные мосты. По алгоритму работы мосты делятся на

мосты с "маршрутизацией от источника" (Source routing bridge)

"прозрачные", то есть невидимые для передающих узлов сети, (transparent bridge) мосты.

Прозрачные мосты ведут адресную книгу, в которой для каждого адреса сети записан адрес порта и адрес следующего моста.

В сети с "маршрутизацией от источника" мосты могут не содержать адресную книгу, маршрут задается передающей станцией. Мосты вычисляют маршрут прохождения кадра, исходя из информации, хранящейся в полях самого кадра. Если этой информации недостаточно, то мост обращается к специальному кадру-исследователю (Explorer frame). Мост заносит в этот кадр информацию о том, откуда он получил кадр, о себе и передает кадр по всем возможным направлениям (кроме источника). К узлу-получателю приходит сразу несколько кадров с разными маршрутами, он заносит в ответ информацию о самом быстром маршруте и отправляет ответ. После чего узел-отправитель будет достаточно долго использовать этот маршрут.

Под "прозрачными" мостами объединяют большую группу устройств:

прозрачные мосты (объединяют сети с едиными протоколами канального и физического уровней),

транслирующие мосты (… с различными …),

инкапсулирующие (соединяют сети с едиными протоколами через сети с другими протоколами, эти мосты не преобразуют кадры, а упаковывают их в кадры текущего протокола).

По другой терминологии транслирующие мосты называют шлюзами (по аналогии с речными шлюзами, которые отрабатывают перепад высоты), а способ передачи пакета через сети с другими протоколами, при котором пакет «оборачивается» в упаковку этих протоколов, называется тунелированием.

Прозрачный мост использует проходящие через него кадры для изучения топологии сети (для пополнения своей таблицы адресов). Поэтому к сети могут добавляться новые устройства без реконфигурации моста.

Если запись о каком-либо адресе получателя отсутствует в базе или этот адрес является широковещательным, мост передает кадр во все порты, кроме источника. Вспомним, что этот процесс называется "широковещанием" или "затоплением".

Т.к. рабочие станции могут переноситься из одного сегмента в другой, мосты должны периодически обновлять свои внутренние таблицы. Это происходит с использованием “таймера неактивности”, который связывается с каждой динамической записью таблицы адресов. Если какая-то станция долго не отправляет сигналы, ее адрес может быть стерт из таблицы.

Мосты с маршрутизацией от источника не содержат адресную книгу (таблицу маршрутизации). Путь от источника к получателю должен быть указан в пакете. Таким образом, источник (отправитель пакета, некоторая рабочая станция) должен знать этот маршрут. Откуда он получает эту информацию? Возможны два варианта: маршруты вручную задает администратор, маршрут получается как результат работы

Транслирующие мосты соединяют сети с разными канальными протоколами, конвертируя пакеты (но необходимо, чтобы размеры пакетов были приемлемы для обеих сетей).

Инкапсулирующий мост отличается от прозрачного тем, что передача ведется через некоторую промежуточную сеть, имеющую, возможно, другие канальные протоколы (например, пересылка между Ethernet подсетями через опорную сеть FDDI). Промежуточная сеть работает широковещательно, все подсети-приемники вскрывают инкапcулированные пакеты.

_______________