Проект локальної мережі для школи (стр. 2 из 6)

Стандартні протоколи Ethernet визначають багато аспектів мережевого обміну даними, включаючи формат і розмір кадру, час і кодування. Коли підключені до мережі Ethernet вузли відправляють повідомлення, вони їх укладають в кадр, відповідний стандартам. Кадри інакше називають протокольними блоками даних (PDU).

Формат кадрів Ethernet визначає положення MAC-адрес одержувача і джерела і додаткову інформацію, зокрема:

- початкові дані послідовності і часу;

- початок роздільника кадрів;

- довжину і тип кадру;

- послідовність перевірки кадру (для виявлення помилок передачі).

Максимальний розмір кадрів Ethernet складає 1518 байт, мінімальний, – 64 байти. Не вхідні в цей діапазон кадри приймаючі вузли не обробляють. Крім форматів, розмірів і часу передачі кадру стандарти Ethernet визначають кодування біт кадру при передачі по каналу. По мідному кабелю біти передаються у вигляді електричних імпульсів, по оптоволоконному кабелю – у вигляді світлових імпульсів.

Уявіть собі, як ускладнилася б система зв'язку, якби повідомлення можна б було відправляти, указуючи тільки ім'я адресата. Якби на конверті не було вулиці, міста або країни, було б практично неможливо доставити лист в потрібну точку миру і потрібній особі.

У мережі Ethernet MAC-адреса вузла грає приблизно ту ж роль, що і ім'я людини. Він ідентифікує конкретний вузол, але не указує, в якій місці мережі він знаходиться. Якби у всіх вузлів (а їх більше 400 мільйонів) була тільки унікальна MAC-адреса, знайти один з них було б украй складно.

Крім того, при обміні даними між вузлами технологія Ethernet генерує багато широкомовного трафіку. Широкомовні розсилки відправляються всім вузлам, підключеним до однієї мережі. Вони займають частину смуги пропускання і уповільнюють роботу мережі. Щоб би трапилося, якби мільйони підключених до Інтернету вузлів входили в одну мережу Ethernet і використовували широкомовні розсилки?

Тому великі мережі Ethernet, що полягають їх багатьох вузлів, неефективні. Крупні мережі краще розділити на дрібніші і більш керовані частині. Один із способів ділення припускає використання ієрархічної моделі конструкції.

При створенні мереж ієрархічна конструкція дозволяє групувати пристрої по декількох мережах, організовуючи рівні. Вони складаються з менших більш керованих груп, в яких локальний трафік залишається локальним. На верхній рівень потрапляє тільки трафік, призначений для інших мереж. Ієрархічна, рівнева конструкція підвищує ефективність, оптимізує систему і збільшує швидкість. Вона дозволяє масштабувати мережу в міру необхідності, дозволяючи додавати локальні мережі, не знижуючи ефективності тих, що існують.

У ієрархічній конструкції є три базові рівні:

· рівень доступу – сполучає вузли в локальній мережі Ethernet;

· рівень розподілу – сполучає невеликі локальні мережі;

· Рівень ядра – високошвидкісне з'єднання між пристроями рівня розподілу.

У такій ієрархічній конструкції необхідна схема логічної адресації, яка дозволяє визначити положення вузла. Така схема адресації називається Інтернет-протоколом (IP).

Як правило, ім'я людини не міняється. Адреса ж залежить від місця проживання і може змінитися. MAC-адреса вузла не міняється, фізично привласнений мережевому адаптеру і відомий як фізична адреса. Він залишається тим самим, незалежно від розташування вузла в мережі.

IP-адреса схожа на адресу місця проживання людини. Він називається логічною адресою, оскільки привласнюється логічно, залежно від місцезнаходження вузла. IP-адреса, або мережева адреса, привласнює вузлу мережевий адміністратор, на основі характеристик локальної мережі.

IP-адреси складаються з двох частин. Одна з них є ідентифікатором локальної мережі. Мережева частина IP-адреси загальна у всіх вузлів в одній локальній мережі. Друга частина IP-адреси є ідентифікатором конкретного вузла. Частина IP-адреси, що відноситься до вузла, в одній локальній мережі не повторюється.

Фізична MAC-адреса і логічна IP-адреса необхідні комп'ютеру для обміну даними в ієрархічній мережі точно так, як і для відправки листа необхідне ім'я і адреса людини.

3. Рівні і пристрої доступу і розподілу

IP-трафік розподіляється залежно від характеристик і пристроїв кожного з трьох рівнів: доступ, розподіл і центр. IP-адреса дозволяє визначити, чи залишиться трафік локальним або переміститься на наступний рівень ієрархічної мережі.

Рівень доступу

Рівень доступу сполучає пристрої кінцевих користувачів з мережею і дозволяє декільком вузлам підключатися до інших вузлів через мережевий пристрій, зазвичай концентратор або комутатор. Зазвичай мережева частина IP-адреси всіх пристроїв одного і того ж рівня доступу співпадає. Якщо повідомлення призначене локальному вузлу, воно залишається на локальному рівні (це залежить від мережевої частини IP-адреси). Якщо повідомлення призначене для іншої мережі, воно передається на рівень розподілу. Концентратори і комутатори забезпечують зв'язок з пристроями рівня розподілу, зазвичай з маршрутизаторами.

Рівень розподілу

Рівень розподілу сполучає різні мережі і контролює потоки інформації між мережами. Зазвичай комутатори цього рівня могутніші, ніж на рівні доступу. Крім того, для маршрутизації даних між мережами використовуються маршрутизатори. Пристрої рівня розподілу контролюють тип і кількість трафіку, що йде з рівня доступу до центрального рівня.

Центральний рівень

Центральним називається основний високошвидкісний рівень з дублюючими (резервними) з'єднаннями. На цьому рівні великі об'єми даних передаються між декількома мережами. Зазвичай на центральному рівні знаходяться дуже могутні, високошвидкісні комутатори і маршрутизатори. Основне завдання центрального рівня – швидка передача даних.

Рівень доступу – це базова частина мережі. Саме звідси люди підключаються до інших вузлів і використовують загальний доступ до файлів і принтерів. Рівень доступу складається з вузлів і першого рівня мережевих пристроїв, до яких вони підключаються.

Мережеві пристрої дозволяють численним вузлам підключатися один до одного і діставати доступ до мережевих служб. На відміну від простій мережі, яка складається з двох сполучених одним кабелем вузлів, на рівні доступу кожен вузол підключається до мережевого пристрою.

У мережі Ethernet кожен вузол може безпосередньо з'єднуватися з мережевим пристроєм рівня доступу за допомогою двоточкового кабелю. Такі кабелі проводяться відповідно до конкретних стандартів Ethernet. Кожен кабель вставляється в роз'єм мережевого адаптера вузла і в порт мережевого пристрою. Для підключення вузлів на рівні доступу (включаючи концентратори і комутатори Ethernet) використовується декілька типів мережевих пристроїв.

Комутатор Ethernet використовується на рівні доступу. Як і концентратор, комутатор сполучає декілька вузлів з мережею. На відміну від концентратора, комутатор в змозі передати повідомлення конкретного вузла. Коли вузол відправляє повідомлення іншого вузла через комутатор, той приймає і декодує кадри і прочитує фізичну (MAC) адресу повідомлення.

У таблиці комутатора, яка називається таблицею MAC-адрес, знаходиться список активних портів і адрес підключених до них вузлів. Коли вузли обмінюються повідомленнями, комутатор перевіряє, чи є в таблиці MAC-адреса. Якщо так, комутатор встановлює між джерелом і адресатом тимчасове з'єднання, яке називається лінією. Ця нова лінія є спеціалізованим каналом, по якому два вузли обмінюються даними. Інші вузли, підключені до комутатора, працюють на різних смугах пропускання каналу і не приймають повідомлення, адресовані не їм. Для кожного нового з'єднання між вузлами створюється нова лінія. Такі лінії дозволяють встановлювати декілька зв'язків одночасно, без зіткнень.

У міру розширення часто доводиться ділити одну локальну мережу на декілька мереж рівня доступу. Це можна зробити по-різному, на основі різних критеріїв, зокрема:

· фізичне місцеположення;

· логічна функція;

· вимоги безпеки;

· вимоги додатку.

Рівень розподілу сполучає ці незалежні локальні мережі і контролює обмін трафіком. Він відповідає за те, щоб трафік між вузлами локальної мережі залишався локальним. Назовні передається тільки трафік, направлений в інші мережі. Крім того, рівень розподілу може фільтрувати вхідний і витікаючий трафік в цілях безпеки і управління.

Мережеві пристрої рівня розподілу покликані зв'язувати не окремі вузли, а мережі. Окремі вузли підключаються до мережі через пристрої рівня доступу, наприклад, комутатори і концентратори. Пристрої рівня доступу зв'язуються один з одним через пристрої рівня розподілу, наприклад, маршрутизатори.

Маршрутизатор – це мережевий пристрій, що зв'язує локальні мережі. На рівні розподілу вони направляють трафік і виконують інші важливі для ефективної роботи мережі функції. Як і комутатори, маршрутизатори можуть декодувати і читати отримані повідомлення.

На відміну від комутаторів, які декодують тільки кадри з MAC-адресою, маршрутизатори декодують пакети, що знаходяться усередині кадру.

У пакеті містяться IP-адреси відправника і одержувача і дані повідомлення, що пересилається. Маршрутизатор прочитує мережеву частину IP-адреси одержувача і з її допомогою визначає, по якій з підключених мереж краще всього переслати повідомлення адресата.

Якщо мережева частина IP-адреси відправника і адресата не співпадає, для пересилки повідомлення необхідно використовувати маршрутизатор. Якщо вузол, що знаходиться в мережі 1.1.1.0, повинен відправити повідомлення вузла до мереж 5.5.5.0, воно переправляється маршрутизатору. Він отримує повідомлення, розпаковує і прочитує IP-адресу одержувача. Потім він визначає, куди переправити повідомлення. Потім маршрутизатор знову упаковує пакет в кадр і переправляє його за призначенням.