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 передачеюTCP (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.

ПротоколSNMP (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.