Маршрутизация и коммутация компьютерных сетей

8.2. Коммутация в сетях и маршрутизация пакетов в сетях.

Как только компьютеров становится больше двух, появляется проблема выбора конфигурации физических связей, или топологии. Среди множества конфигураций различают связные и полносвязнные. Если топология сети не полносвязная, то обмен

данными между произвольной парой конечных узлов (абонентов) должен идти в общем случае через транзитные узлы. Например, в сети, показанной на рис. 53 узлы 2 и 4, не связанные непосредственно, вынуждены передавать данные через транзитные узлы, в качестве которых могут выступать, узлы 1 и 5. Узел 1 должен выполнить передачу данных с интерфейса «А» на интерфейс «В», а узел 5 — с интерфейса «F» на «В». Последовательность транзитных узлов (сетевых интерфейсов) на пути от отправителя к получателю называется маршрутом. Организация связи в многоточечном режиме, обеспечивающем экономию на транспортных расходах популярна в компьютерных сетях (особенно в ЛВС) из-за снижения затрат по сравнению с затратами при большом количестве монопольно используемых связных ресурсов в двухточечном режиме.

Коммутируемой транспортной сетью называется сеть, в которой между двумя (или более) конечными пунктами устанавливается связь по запросу.

Существуют соединяющие коммутации:

• Коммутация каналов (цепей);
• Коммутация с промежуточным хранением, в свою очередь разделяемая на коммутацию сообщений и коммутацию пакетов.

Сети с коммутацией каналов используются в вычислительных сетях в основном для удаленного доступа многочисленных домашних пользователей и гораздо реже – для соединения локальных сетей (рис. 54). Рис. 52. Отличительными особенностями всех сетей с коммутацией каналов является: работа в режиме установления соединений; возможность блокировки вызова конечным абонентом или промежуточным коммутатором, необходимость использования на общих концах сети устройств, поддерживающих одну и ту же скорость передачи данных, так как этот вид сетей не выполняет промежуточную буферизацию данных. Сети с коммутацией каналов делятся на аналоговые и цифровые. Аналоговые сети могут использовать аналоговую FDM — Frequency Division Multiplexing и цифровую TDM — Time Division Multiplexing коммутацию, на в них всегда абонент подключен по аналоговому двухпроводному окончанию. В цифровых сетях мультиплексирование и коммутация всегда выполняется по способу коммутации TDM, а абоненты всегда подключаются по цифровому абонентскому окончанию DSL — Digital Subscriber Line. Указанные сети хорошо коммутируют потоки данных постоянной интенсивности, но не могут перераспределять пропускную способность магистральных каналов между потоками абонентских каналов динамически. Общая структура сети с коммутацией каналов представлена на рис. 54. Сети с коммутацией пакетов были специально разработаны для эффективной передачи пульсирующего компьютерного трафика. Буферизация пакетов разных абонентов в коммутаторных позволяет сгладить неравномерности интенсивности трафика каждого абонента и равномерно загрузить каналы связи между коммутаторами. При коммутации пакетов все передаваемые пользователи сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Сообщение — логически завершенная порция данных — запрос на передачу файла, ответ на этот запрос , содержащий весь файл. Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до многих мегабайт. Пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт. Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения (рис. 55). Пакеты трансформируются в сети как независимые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итоге -узлу назначения. Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, когда выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета. Рис. 53.Рис. 54. Структура сети с коммутацией каналов Сети с коммутацией пакетов могут работать в одном из двух режимов: дейтаграммном режиме или режиме виртуальных каналов. Дейтаграммный способ передачи данных основан на том, что все передаваемые пакеты обрабатываются независимо друг от друга, пакет за пакетом. Механизм виртуальных каналов учитывает существование в сети потоков данных и прокладывает для всех пакетов потока единый маршрут. Если предприятие (корпорация) не строит свою территориальную сеть, а пользуется услугами общественной, то внутренняя структура этой сети его не интересует. Для абонента общественной сети главное — это предоставление сетью услуги определение интерфейса взаимодействия с сетью, чтобы его оконечное оборудование и программное обеспечение корректно сопрягались с соответствующим оборудованием и программным обеспечением общественной сети. В глобальной сети с коммуникацией пакетов обычно строго описан и стандартизирован интерфейс «пользователь — сеть» (User-to-Network Interface, UNI). Это необходимо для того, чтобы пользователи могли без проблем подключаться к сети с помощью коммутационного оборудования любого производителя, который соблюдает стандарт UNI данной технологии (например Х.25). Протоколы взаимодействия коммутаторов внутри глобальной сети называется интерфейс «сеть — сеть» (Network-to-Network Interface, NNI) и используется в основном при взаимодействии двух территориальных сетей различных операторов. Коммутация сообщений по своим принципам близка к коммутации пакетов. Под коммутацией сообщений понимается передача единого блока данных между транзитными компьютерами сети с временной буферизацией этого блока по длине для каждого компьютера (Рис. 56). Сообщение в отличие от пакетов имеет произвольную длину, которая определяется не технологическими соображениями, а содержанием информации, составляющей сообщение. Транзитные компьютеры могут соединяться между собой как сетью с коммутацией пакетов, так и сетью с коммутацией каналов. Сообщение хранится в транзитном компьютере на диске, причем время хранения может быть достаточно большим, если компьютер загружен другими работами или сеть временно перегружена. По такой схеме передаются сообщения, не требующие немедленного ответа, чаще всего сообщения электронной почты. Режим передачи с промежуточным хранением на диске называется режим хранения и передачи (store-and-forward) и предназначен для организации взаимодействия пользователей в автономном (off-line) режиме. Рис. 55. Разбиение сообщения на пакетыРис. 56. Коммутация сообщений

Источник

Нужно знать: про маршрутизацию и коммутацию

Сетевая индустрия использует множество терминов и понятий для описания коммутации и маршрутизации, потому что многие термины пересекаются в определениях этих понятий. Это может сбить с толку. Работает ли маршрутизатор маршрутизатором или коммутатором? В чем разница между коммутацией на 3 уровне (L3) и маршрутизацией?

Что бы найти ответы на эти вопросы необходимо разобраться, что происходит с пакетом, когда он проходит через сеть.

Понимание широковещательных и коллизионных доменов

Два основных понятия, которые вы должны понять.

Коммутация. Понятие широковещательного домена и домена коллизий

На рисунке изображена простая сеть, иллюстрирующая эти два понятия.

Домен коллизий определяется как набор хостов, подключенных к сети. В некоторых случаях хосты одновременно не буду передавать пакеты из-за возможного столкновения последних.

Например, если Хост А и хост Б соединены прямым проводом, то они не смогут передавать пакеты одновременно. Однако, если между хостами установлено какое-то физическое устройств, то одновременная передача данных возможна, так как они находятся в отдельных доменах коллизий.

Широковещательный домен-это набор хостов, которые могут обмениваться данными, просто отправляя данные на 2 уровне(L2). Если узел A посылает широковещательный пакет для всех хостов, по локальной сети, и хост B получает его, эти два хоста находятся в одном широковещательном домене.

Широковещательный домен и домен коллизий

Мостовое соединение создает домен коллизий, но не широковещательный домен.

Традиционная коммутация пакетов и мостовое соединение- технически- это одно и то же. Основное различие заключается в том, что в большинстве коммутируемых сред каждое устройство, подключенное к сети, находится в отдельном домене коллизий.

Что же изменяется в формате типичного пакета, когда он проходит через коммутатор?

Рисунок не показывает измения в формате пакетов данных прошедших через коммутатор

Вообще, устройства по обе стороны от коммутатора не «видят», что между ними есть коммутатор, они также не знают назначения своих пакетов; коммутаторы прозрачны для устройств подключенных к сети.

Если узел А хочет отправить пакет на ip-адресс 192.168.1.2 (узел B), он отправляет в эфир широковещательный запрос для всех узлов, подключенных к тому же сегменту сети, запрашивает MAC-адрес хоста с IP-адресом 192.168.1.2 (это называется Address Resolution Protocol (ARP)). Так как узел B находится в том же широковещательном домене, что и узел A, узел A может быть уверен, что узел B получит этот широковещательный запрос и отправит ответный пакет с верным MAC-адресом для обмена пакетами.

Широковещательные домены и домены коллизии в маршрутизации

Сеть построена на основе маршрутизатора не создает широковещательный домен и домен коллизий данная схема приведена на рисунке:

Возникает вопрос, как пакет отправленный с хоста А достигнет хост Б с ip-адресом 192.168.2.1? Хост Ане может отправить широковещательный пакет для обнаружения адреса узла B, поэтому он должен использовать какой-то другой метод чтобы выяснить, как добраться до этого пункта назначения. Откуда узел А знает об этом? Обратите внимание, что после каждого IP-адреса на рисунке выше, есть значение / 24. Это число указывает длину префикса, или количество битов, установленных в маске подсети. Хост А может использовать эту информацию для определения что хост B не находится в том же широковещательном домене (не в том же сегменте), и хост A должен использовать определенный метод маршрутизации для достижения цели, как показано на рисунке ниже.

Теперь, когда хост A знает, что хост B не находится в том же широковещательном домене, что и он, он не может отправить широковещательный запрос для получения адреса хоста B. Как, тогда, пакету, отправленному с узла А, добраться до узла B?

Отправляя свои пакеты к промежуточному маршрутизатору, Хост A помещает в заголовок пакета IP-адрес хоста B, а также еще MAC-адрес промежуточного маршрутизатора, как показано на рисунке.

Узел А помещает MAC-адрес маршрутизатора в заголовок пакета. Маршрутизатор принимает этот пакет, приходящий из сети. Далее маршрутизатор проверяет IP-адрес назначения и определяет, какой наиболее короткий маршрут построить и сравнивает данные из пакета с таблицей маршрутизации (в данном случае сравниваются данные хоста B), и заменяет MAC-адрес правильным MAC-адресом для следующего перехода. Затем маршрутизатор пересылает пакет в другой сегмент, который находится в другом широковещательном домене.

Коммутация L3

Коммутация 3 уровня очень похожа на маршрутизацию, как показано на рисунке ниже (обратите внимание, что это то же самое, что изображено на рисунке выше). Это связано с тем, что коммутация 3 уровня является маршрутизируемой; Нет никакой функциональной разницы между коммутацией 3 уровня и маршрутизацией.

Источник