Физическая структуризация не решает проблему перераспределения передаваемого трафика между различными физическими сегментами сети и, для эффективной работы сети, необходимо учитывать неоднородность информационных потоков. В сетях большого и среднего размера, для обеспечения эффективной работы, невозможно обойтись без логической структуризации сети.
В большой сети информационные потоки неоднородны. Сеть обычно состоит из множества подсетей рабочих групп, отделов, филиалов предприятия. Наиболее интенсивный обмен данными наблюдается между компьютерами, принадлежащими к одной подсети, и только небольшая часть обращений происходит к ресурсам компьютеров, находящихся вне локальных рабочих групп. (эмпирический закон «80/20», в соответствии с которым в каждой подсети 80 % графика является внутренним и только 20 % — внешним.) В связи с широким внедрением технологии intranet характер нагрузки сетей изменился. Многие предприятия имеют централизованные хранилища корпоративных данных, активно используемые всеми сотрудниками, и теперь не редки случаи, когда интенсивность внешних обращений выше интенсивности обмена между компьютерами локальных рабочих групп. Логическая структуризация сети позволяет значительно повысить эффективность обмена особенно в сетях среднего и большого размера, но это связано с использованием дополнительных сетевых средств.
Концентраторы.
Сеть с типовой топологией (шина, кольцо, звезда), в которой все физические сегменты рассматриваются в качестве одной разделяемой среды, оказывается несоответствующей структуре информационных потоков в большой сети. В сети с общей шиной взаимодействие любой пары компьютеров занимает ее на все время обмена, поэтому при увеличении числа компьютеров в сети шина становится узким местом. Необходимость в связи между компьютерами двух разных отделов возникает гораздо реже и требует небольшой пропускной способности, но компьютеры одного отдела вынуждены ждать, когда окончит обмен пара компьютеров другого отдела. Этот случай иллюстрирует рис. 1а. Здесь показана сеть, построенная с использованием концентраторов. Например компьютер А, находящийся в одной подсети с компьютером В, посылает ему данные. Концентраторы распространяют любой кадр по всем ее сегментам сети. Поэтому кадр, посылаемый компьютером А компьютеру В, хотя и не нужен компьютерам отделов 2 и 3, в соответствии с логикой работы концентраторов поступает на эти сегменты тоже. И до тех пор, пока компьютер В не получит адресованный ему кадр, ни один из компьютеров этой сети не сможет передавать данные.
Эта ситуация возникла из-за того, что логическая структура данной сети осталась однородной и она никак не учитывает увеличение интенсивности графика внутри отдела и предоставляет всем парам компьютеров равные возможности по обмену информацией (рис. 1.б).
а)
б)
Рис. 1. Логическая структура сети и структура информационных потоков
Решение проблемы состоит в отказе от использования единой однородной разделяемой среды. Если сделать так, чтобы кадры, которые передают компьютеры отдела 1, выходили бы за пределы этой части сети только в том случае, если эти кадры направлены какому-либо компьютеру из другого отдела, а с другой стороны, в сеть каждого из отделов должны попадать только те кадры, которые адресованы узлам этой сети, то при такой организации работы сети ее производительность может существенно повыситься. Компьютеры одного отдела теперь не будут простаивать в то время, когда обмениваются данными компьютеры других отделов.
В предложенном решении мы отказались от идеи общей разделяемой среды в пределах всей сети, и оставили ее в пределах каждого отдела. Пропускная способность линий связи между отделами не должна совпадать с пропускной способностью среды внутри отделов. Если трафик между отделами составляет только 20 % трафика внутри отдела (как уже отмечалось, эта величина может быть другой), то и пропускная способность линий связи и коммуникационного оборудования, соединяющего отделы, может быть значительно ниже внутреннего трафика сети отдела. Распространение трафика, предназначенного для компьютеров некоторого сегмента сети, только в пределах этого сегмента, называется локализацией трафика. Логическая структуризация сети - это процесс разбиения сети на сегменты с локализованным трафиком. Для логической структуризации сети используются такие коммуникационные устройства, как мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.
Мост (bridge) делит разделяемую среду передачи сети на части (логические сегменты), осуществляя передачу информации из одного сегмента в другой только в том случае, если такая передача действительно необходима (если адрес компьютера назначения принадлежит другому логическому сегменту). То есть мост изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность передачи данных в сети. Локализация трафика экономит пропускную способность и уменьшает возможность несанкционированного доступа к данным, так как кадры не выходят за пределы своего сегмента и их сложнее перехватить. На рис. 2 показана сеть, которая была получена из сети с центральным концентратором (см. рис. 1) путем его замены на мост.
Сети 1-го и 2-го отделов состоят из отдельных логических сегментов, а сеть отдела 3 — из двух логических сегментов. Каждый логический сегмент построен на базе концентратора и имеет простейшую физическую структуру, образованную отрезками кабеля, связывающими компьютеры с портами концентратора.
Рис. 2. Логическая структуризации сети с помощью моста
Мосты используют для локализации трафика аппаратные адреса сетевых адаптеров. Это затрудняет распознавание принадлежности того или иного компьютера к определенному логическому сегменту т.к. сам адрес не содержит никакой информации по этому поводу. Поэтому мост достаточно упрощенно представляет деление сети на сегменты . Он запоминает, через какой порт на него поступил кадр данных от каждого компьютера сети, и в дальнейшем передает кадры, предназначенные для этого компьютера, на этот порт. Точной топологии связей между логическими сегментами мост не знает и из-за этого применение мостов приводит к значительным ограничениям на конфигурацию связей сети (сегменты сети должны быть соединены таким образом, чтобы в сети не образовывались замкнутые контуры).
Коммутатор (switch, switching hub) по принципу обработки кадров ничем не отличается от моста. Но он является своего рода коммуникационным мультипроцессором. Каждый его порт оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста, имеющего один процессорный блок. Коммутаторы — это мосты нового поколения, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме.
Ограничения, связанные с применением мостов и коммутаторов (по топологии связей, а также ряд других), привели к тому, что появился еще один тип коммуникационных устройств— маршрутизатор (router). Маршрутизаторы более надежно и более эффективно, чем мосты, изолируют трафик отдельных частей сети друг от друга. Маршрутизаторы используют не плоские аппаратные, а составные числовые адреса и образуют логические сегменты посредством явной адресации. В этих адресах имеется поле номера сети, так что все компьютеры, у которых значение этого поля одинаково, принадлежат к одному сегменту, называемому в данном случае подсетью (subnet).
Маршрутизаторы выполняют еще много других полезных функций. Они могут работать в сети с замкнутыми контурами, осуществляют выбор наиболее рационального маршрута из нескольких возможных. Сеть, представленная на рис. 3, отличается от своей предшественницы (см. рис. 2) тем, что между подсетями отделов 1 и 2 проложена дополнительная связь, которая может использоваться как для повышения производительности сети, так и для повышения ее надежности.
Рис. 3. Логическая структуризация сети с использованием маршрутизаторов
Важной функцией маршрутизаторов является их способность связывать в единую сеть подсети, построенные с использованием разных сетевых технологий, например Ethernet и Х.25.
Отдельные части сети может соединять шлюз (gateway). Основной причиной, по которой в сети используют шлюз, является необходимость объединить сети с разными типами системного и прикладного программного обеспечения, но шлюз обеспечивает и локализацию трафика в качестве побочного эффекта.
Крупные сети практически всегда строятся путем логической структуризации. Для отдельных сегментов и подсетей характерны типовые однородные топологии базовых технологий, а для их объединения всегда используется оборудование, обеспечивающее локализацию трафика (мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы).
Версия сайта для слабовидящих