Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Структура и принцип работы вычислительных сетей АСУ: Учебное пособие

Голосов: 1

В учебном пособии рассмотрены основные структуры и принципы работы вычислительных сетей АСУ. Учебное пособие предназначено для использования студентами специальности 220200 при изучении дисциплин "Вычислительные сети АСУ", "Проектирование автоматизированных систем", "Автоматизация технологических процессов", а также при выполнении курсовых проектов и выпускных квалификационных работ. Подготовлено на кафедре информационно-измерительных технологий и систем управления Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
    НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ




                                                                                                                                                               Команда   PING                                        как и при ручном назначении, существует постоянное соответствие. Оно

                                                                                                                                Для проверки наличия в сети узла предназначена команда          PING.                устанавливается в момент первичного назначения сервером              DHCP IP-aдpeca
                                                                                                                          Чтобы воспользоваться данной командой, необходимо выбрать пункт                            клиенту. При всех последующих запросах сервер возвращает тот же самый
                                                                                                                          «выполнить»- из меню «пуск». После чего ввести необходимую команду,                        IP-aдpec.

                                                                                                                          например:                                                                                      При динамическом распределении адресов DHCP-сервер выдает адрес

                                                                                                                                                    PING 192.168.0.1                                                 клиенту     на    ограниченное    время,    что    дает    возможность       впоследствии


                                                                                                                                                    PING rambIer.ru                                                  повторно использовать IP-aдpeca другими компьютерами. Динамическое

                                                                                                                                                                                                                     разделение адресов позволяет-строить IP-сеть, количество узлов в которой

                                                                                                                                4.2. Протокол DHCP
                                                                                                                                                                                                                 )   намного превышает количество имеющихся в распоряжении администратора


                                                                                                                                Как уже было сказано, IP-aдpeca могут назначаться администратором                )   IP-адресов.

                                                                                                                         сети    вручную.    Это     представляет для        администратора утомительную                 DHCP         обеспечивает надежный и простой способ конфигурации сети

                                                                                                                         процедуру. _Ситуация усложняется еще тем, что многие пользователи не                        TCPIIP,       гарантируя      отсутствие         конфликтов      адресов        за   счет

                                                                                                                         обладают достаточными знаниями для того, чтобы конфигурировать свои                         централизованного        управления        их     распределением.        Администратор

                                                                                                                         компьютеры для работы в интерсети и должны поэтому полагаться на                            управляет        процессом·    назначения        адресов    с   помощью         параметра


                                                                                                                         администраторов.                                                                            "продолжительности аренды" (lease duration), которая определяет, как долго

                                                                                                                                Протокол Dynamic Host .Configuration Protocol (DHCP) был разработан                  компьютер может использовать назначенный IP-aдpec, перед тем как снова

                                                                                                                         для того, чтобы освободить администратора от этих проблем. Основным                         запросить его от сервера      DHCP в аренду.
                                                                                                                         назначением    DHCP   является динамическое назначение IP-адресов. Однако,                      Примером работы протокола              DHCP     может служить ситуация, когда

                                                                                                                         кроме динамического,       DHCP     может поддерживать и более простые способы              компьютер, являющийся клиентом             DHCP,    удаляется из подсети. При этом

                                                                                                                         ручного и автоматического статического назначения адресов.                                  назначенный ему IР-адрес автоматически освобождается. Когда компьютер

                                                                                                                             В ручной процедуре назначения адресов активное участие принимает
                                                                                                                                                                                                                 )   подключается к другой подсети, то ему автоматически назначается новый

                                                                                                                         администратор,     который         предоставляет    DHCP-серверу     информацию     о   )   адрес. ни пользователь, ни сетевой администратор не вмешиваются в этот

                                                                                                                         соответствии IР-адресов физическим адресам или другим идентификаторам                       процесс. Это свойство очень важно для мобильных пользователей.

                                                                                                                         клиентов. Эти адреса сообщаются клиентам в ответ на их запросы к                DHCP-           Протокол       DHCP использует модель клиент-сервер. Во время старта
                                                                                                                         серверу.                                                                                    системы          компьютер-клиент      DHCP,         находящийся         в      состоянии

                                                                                                                             При автоматическом статическом способе DHCP-сервер присваивает                IP-       "инициализация",       посылает     сообщение       discover (исследовать), которое
                                                                                                                         адрес (и,    возможно, другие параметры            конфигурации     клиента) из пула        широковещательно распространяется по локальной сети и передается всем

                                                                                                                         наличных      IP-адресов     без     вмешательства     оператора.     Границы    пула       DHCP-серверам частной интерсети. Каждый DHCP-сервер, получивший это

                                                                                                                         назначаемых адресов задает администратор при конфигурировании                   DHCP-       сообщение, отвечает на него сообщением offer (предложение), которое

                                                                                                                         сервера. Между идентификатором клиента и его IP-адресом по-прежнему,                        содержит IР-адрес и конфигурационную информацию.


                                                                                                                                                                    38                                                                                           39


НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ




                                                                                                                                 Компьютер-клиент           DHCP     переходит в состояние "выбор" и собирает                 расчетом на статичность IP-адресов. Аналогичные проблемы возникают и

                                                                                                                         конфигурационные предложения от DHCP-серверов: Затем он выбирает одно                                при конфигурировании фильтров маршрутизаторов, которые оперируют с                        IP-
                                                                                                                         из    этих      предло~ений,       . переходит   в    состояние    "запрос"   и       отправляет     адресами.


                                                                                                                         сообщение         request (запрос) тому DHCP-серверу, чье предложение было                                  Наконец,    централизация      процедуры     назначения         адресов     снижает
                                                                                                                         выбрано.                                                                                             надежность системы: при отказе DHCP-сервера все его клиенты оказываются

                                                                                                                                 Выбранный DHCP-сервер посылает сообщение                    DHCP-acknowledgment              не в состоянии получить IР-адрес и другую информацию о конфигурации.

                                                                                                                         (подтверждение), содержащее тот же IP-aдpec, который уже был послан                                  Последствия такого отказа могут быть уменьшены путем использовании в

                                                                                                                         ранее на стадии          исследования, а также        параметр    аренды для этого адреса.           сети нескольких серверов       DHCP,    каждый из которых имеет свой пул                  IP-
                                                                                                                         Кроме того, DHCP-сервер посылает параметры сетевой конфигурации. После                               адресов.


                                                                                                                         того,     как   клиент      получит   это   подтверждение,   он    переходит      в   состояние             4.3. Протокол ICMP
                                                                                                                         "СВЯЗЬ", находясь в котором он может принимать участие в работе сети                                        ICMP (Internet Control Message Protocol) -              протокол управляющих

                                                                                                                         ТСРЛР. Компьютеры-клиенгы, которые имеют локальные диски, сохраняют                                  сообщений.

                                                                                                                         полученный адрес для использования при последующих стартах системы.                                         Компьютер получает их постоянно, а иногда и отправляет, например:

                                                                                                                         При     приближении          момента     истечения    срока аренды     адреса,        компьютер         •    Если адрес не доступен, ВЫ получаете сообщение ICМP.

                                                                                                                         пытается обновить параметры аренды у DHCP-сервера, а если этот IP-aдpec                                 •    Если порт не доступен, вы получаете сообщение            ICl\.1P.
                                                                                                                         не может быть выделен снова, то ему возвращается другой IP-aдpec.                                       •    Если пользуетесь командой     ping, вы получаете       сообщение      ICMP.
                                                                                                                              .В   протоколе         DHCP   опиёывается несколько типов сообщений, которые                       •    и Т.д.

                                                                                                                         используются для обнаружения и выбора DHCP-серверов, для запросов                                           Сообщение ICМP инкапсулируется прямо в            IP-   пакет (поле данных), т.е,

                                                                                                                         информации о конфигурации, для продления и досрочного прекращения                                    протоколы транспортного уровня не используются.


                                                                                                                         лицензии на IP-aдpec. Все эти операции направлены на то, чтобы освободить                                   Протокол ICМP представляет собой механизм передачи сообщений об

                                                                                                                         администратора              сети    от      утомительных     рутинных         операций          по   ошибках, которые возникают в процессе информационного обмена в сети

                                                                                                                         конфигурированию сети.                                                                               Intemet.    На данный    протокол     не   возлагаются        функции       локализации и

                                                                                                                               Однако использование            DHCP    несет в себе и некоторые проблемы. Во­                 устранения причин, которые привели к возникновению этих ошибок.

                                                                                                                         первых, это        проблема        согласования информационной           адресной        базы    в          Сообщения делятся на два типа:

                                                                                                                         службах         DHCP    и   DNS.    Как известно,     DNS   служит для преобразования                   •    Парные (вопрос/ответ)

                                                                                                                         символьных имен в IP-aдpeca. Если IР-адреса будут динамически изменяться                                •    Непарные    (например:   посылаете      запрос    к    серверу,     но   сервер   не

                                                                                                                         сервером        DHCP,   то эти изменения необходимо также динамически вносить в                              доступен, и последний маршрутизатор (или сервер) отправляет ICМP­

                                                                                                                         базу данных сервера          DNS.                                                                            сообщение   (Destination Unreachable) вам)
                                                                                                                               Во-вторых, нестабильность IP-адресов усложняет процесс управления                                     Сообщение Тiтe    Exceeded -    (истекло время) принадлежит к непарным

                                                                                                                         сетью. Системы управления, основанные на протоколе SNМP, разработаны с                               сообщениям ICМP. Это сообщение должно быть сформировано в том случае,


                                                                                                                                                                          40                                                                                             41


НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ



                                                                                                                         если    в   процессе    передачи           дейтаграммы          истекло       допустимое       время   её          4.4.   Протокол   EIGRP
                                                                                                                         существования в сети или на хосте.                                                                                 EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) - дистанционно
                                                                                                                                Непарное   сообщение,              формируется, если заголовок IР-дейтограммы                         векторный протокол маршрутизации             [4], разработанный фирмой Cisco на
                                                                                                                         содер)«ит неверный параметр.                                                                                основе протокола IGRP той же - фирмы. Протокол IGRP был создан как
                                                                                                                                Непарное    сообщение,               формируется,              если    возникла        перегрузка    альтернатива протоколу ЮР (см. разд.          4.5),   до того, как был разработан       OSPF
                                                                                                                         маршрутизатора,        пакет не           может        быть помещен в буфер,               так    как он    (см.    разд.     4.6). После появления OSPF Cisco представила EIGRP _
                                                                                                                         переполнен.                                                                                                 переработанный и улучшенный вариант IGRP, свободный от основного

                                                                                                                                Непарное сообщение, формируется, если изменен маршрут для пакета.                                    недостатка        дистанционно-векторных       протоколов         -    особых   ситуаций     с

                                                                                                                                Например    (рис        4.3)       хост   A(l0.40.0.2)          отравляет дейтаграмму            в   зацикливанием          маршрутов         благодаря          специальному            алгоритму

                                                                                                                         направлении хоста            B(lO.lO.0.2)        используя           для   этого   в   качестве    шлюза    распространения информации об изменениях в топологии сети. Несмотря на

                                                                                                                         маршругизатор          R2.      После        того,      как      маршрутизатор           R2      получает   то, что в общем случае протоколы состояния связей (OSPF) отрабатывают

                                                                                                                         дейтаграмму,      он     определяет,             что    данная         дейтаграмма       адресована     в   изменения в топологии сети быстрее, чем               EIGRP,     а также   OSPF     имеет ряд

                                                                                                                         направлении     10.10.0.0.      Кратчайший маршрут для достижения этой сети для                             дополнительных возможностей,          EIGRP     более прост в реализации и менее

                                                                                                                         маршрутизатора         R2     лежит через маршрутизатор                      R4,   который в данном         требователен к вычислительным ресурсам маршрутизатора.

                                                                                                                         случае подключен к тому сегменту сети, из которого была получена принятая                                          ЕIGRP-маршрутизатор          обнаруживает            своих         соседей       путем

                                                                                                                         дейтаграмма.                                                                                                периодической         рассылки     сообщений          "Неllо".        Эти. же       сообщения

                                                                                                                                                                                                                                     используются для мониторинга состояния                 связи     с соседом (рассылаются

                                                                                                                                                               в                                                                     каждые      5   секунд в сетях с большой пропуск ной способностью               -   например,
                                                                                                                                                      1 0 . 2 0 . 0 . 0 - - - -......-,..--
                                                                                                                                                                                                                                     Ethemet -       и каждые   60   секунд в "медленных" сетях). Такой мониторинг

                                                                                                                                                                                                                                     позволяет рассылать в сети векторы расстояний не периодически, а только
                                                                                                                                                      10.30.0'0-......- - - - -

                                                                                                                                                                                                                                     при изменении топологии сети.


                                                                                                                                                                                                                                            EIGRP      использует    комплексное     значение         метрики    (цены      связи),

                                                                                                                                                                                                                                     вычисляемое на основании показателей пропускной способности и задержки

                                                                                                                                                                                                                                     при передаче данных в сети. Также в расчет метрики могут быть включены

                                                                                                                                                         Рис.   4.3. Принцип работы ICМP                                             показатели загрузки и надежности сети. В отличие от протокола ЮР метрика

                                                                                                                                Маршрутизатор           R2 направляет дейтаграмму по направлению R4                                  в   EIGRP     не является фактором, ограничивающим размер системы.

                                                                                                                         (красная стрелка на рисунке) и одновременно формирует сообщение ICМP                                               При получении от соседей векторов расстояний,                    маршрутизатор для

                                                                                                                         Redirect, в котором он рекомендует хосту А впредь для передачи дейтаграмм                                   каждой сети назначения не только выбирает соседа, через которого лежит

                                                                                                                         в направлении сети использовать в качестве шлюза маршрутизатор R4.                                          кратчайший путь в эту сеть, но также запоминает и вероятных заместителей

                                                                                                                                                                                                                                     (feasibZe successors).     Вероятным заместителем становится маршрутизатор,


                                                                                                                                                                                42                                                                                            43


НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ




                                                                                                                          объявивший метрику маршрута от себя до данной сети меньшую, чем полная                                   Сосед отвечает на запрос только тогда, когда у него есть либо готовый

                                                                                                                                                                                                                                   маршрут в А, либо вероятный заместитель                     -    в любом из этих случаев сосед
                                                                                                                          метрика установленного маршрута. Рассмотрим пример на рис.                                 4.4    (для

                                                                                                                          простоты метрики всех связей, кроме                      (4)-(5),     считаем равными единице;           присылает в узел       (3)      свое расстояние до А. Иначе сосед сам переходит в

                                                                                                                          метрика связи   (4 )-(5) равна 0,5).                                                                     активное состояние и процесс повторяется (разумеется, с той разницей, что к

                                                                                                                                                                                                                                   маршрутизатору        (3)       запрос не        посылается;       кроме того,       маршрутизатор,

                                                                                                                                                                                                                                   находящийся в активном состоянии, сам может отве-чать на запросы, посылая

                                                                                                                                                                                                                                   в ответ свое текущее значение расстояния до А). Таким образом область

                                                                                                                                                                                                                                   "активизированных" маршругизаторов расширяется до тех пор, пока не будет

                                                                                                                                                                                                                                   обнаружен маршрут в сеть А или доказано его отсутствие, после чего волна

                                                                                                                                                                                                                                   сходится в обратном направлении к инициировавшему процесс узлу, при

                                                                                                                                                    Рис   4.4.   Пример ЕIGRP-системы                                              этом все маршрутизаторы вносят в свои таблицы надлежащие изменения.

                                                                                                                               Кружками       обозначены         маршрутизаторы,                прямоугольником      -      сеть       В этом простом примере, после того как                              (3)    переходит в активное

                                                                                                                         назначения' А.        Маршрутизатор            (3) получает от (5) элемент вектора                        состояние, узлы       (1)   и    (2)   получают от него запрос о маршруте в сеть А с

                                                                                                                         расстояний    (A=l), а от (4) - (A=1,5). В таблице маршрутизатора (3) узел (5)                            пометкой, что расстояние Щ'             (3)   до А теперь равно бесконечности. Каждый из

                                                                                                                         становится следующим маршрутизатором на пути в сеть А, а узел                                     (4) -   них, поскольку ранее он добирался в А через                      (3),   помечает этот маршрут как

                                                                                                                         вероятным заместителем, так              как заявленное                им расстояние до А         (1,5)   недостижимый,         и,    не    найдя       вероятного        заместителя,       активизируется       и

                                                                                                                         меньше полной метрики установленного маршрута (3)-(5)-А, которая равна                               2.   опрашивает своего соседа. Получив эти запросы, (1) и (2) отвечают друг

                                                                                                                              Обратим внимание на маршругизаторы                          (1)   и   (2). Они присылают узлу        другу,   что   сеть        Анедостижима,            переходят           в    пассивное   состояние      и

                                                                                                                         (3) элемент (А=3) и, следовательно, не являются вероятными заместителями                                  возвращают узлу (3) информацию о недостижимости сети А.
                                                                                                                         маршрута из    (3)   в А, что, безусловно, разумно.                                                           4.5. Протокол          ЮР
                                                                                                                              Если связь между узлами             (3)    и   (5)    обрывается, то        (3)   ищет в своей           Протокол          ЮР          является         дистанционно-векторным                  протоколом

                                                                                                                         ЕIGRP-таблице        вероятного заместителя                (4)    и    немедленно устанавливает           внутренней      маршрутизации             [4].    Процесс       работы         протокола      состоит   в

                                                                                                                         маршрут в сеть А через него. Таким образом время, в течение которого                                      рассылке,      получении и             обработке         векторов           расстояний   до    IР-сетей,
                                                                                                                         маршрут в сеть А отсутствовал,· существенно сокращается по сравнению с                                    находящихся в области действия протокола, то есть в данной RIР-системе.

                                                                                                                         протоколами,     где    требуется       ждать,       когда        соседи      пришлют    очередные        Результатом работы протокола                     на конкретном              маршрутизаторе     является

                                                                                                                         векторы расстояний.                                                                                       таблица, где для каждой сети данной RIP-системы указано расстояние до

                                                                                                                              Если же ни одного вероятного заместителя не найдено (допустим, связь                                 этой сети (в хопах) и адрес следующего маршрутизатора.

                                                                                                                         (3)-(4)   тоже обрывается), то маршрутизатор переходит в активное состояние                                   Алгоритм построения таблицы маршрутов

                                                                                                                         и начинает опрос всех своих соседей на предмет наличия маршрута в сеть А,                                     В этом разделе для простоты будем называть таблицей маршрутов

                                                                                                                         сообщая при зтом что его собственное расстояние до А равно бесконечности.                                 таблицу, являющуюся результатом деятельности протокола                              RIP, как описано

                                                                                                                                                                                                                                                                                       45
                                                                                                                                                                         44


НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ




                                                                                                                         выше, т.е. состоящую из строк с полями "Сеть", "Расстояние", "Следующий

                                                                                                                         маршрутизатор" . Записывать строку в таблице маршрутов будем следующим

                                                                                                                         образом:

                                                                                                                                                                           А=27®

                                                                                                                              Это означает, что расстояние от данного маршрутизатора до сети А

                                                                                                                         равно     2,   а    дейтаграммы,         следующие            в    сеть       А,    надо     пересылать

                                                                                                                         маршрутизатору.                                                                                                                              Рис.   4.5.   Пример ЮР-системы

                                                                                                                             Вектором расстояний называется пара ("Сеть", "Расстояние до этой
                                                                                                                                                                                                                                            Здесь Ф, Ф, 0), @) - маршрутизаторы, А, В, С, О, Е              - сети. Хосты в сетях
                                                                                                                         сети"), извлеченная из таблицы маршрутов. Каждую такую пару называют
                                                                                                                                                                                                                                        не показаны за не надобностью. мы будем следить за формированием
                                                                                                                         элементом вектора расстояний. Будем записывать вектор расстояний в виде
                                                                                                                                                                                                                                        таблицы маршрутов в узле Ф.
                                                                                                                         (А.==2,В=I): это означает, что расстояние от данного маршрутизатора до сети                                        В    начальный момент времени (например, после подачи питания на
                                                                                                                         А равно   2, до    сети В равно     1.                                                                         маршрутизаторы) таблица маршрутов                    в узле   <D   выглядит    следующим
                                                                                                                             Расстояние            до     сети,   к        которой          маршрутизатор             подключен
                                                                                                                                                                                                                                        образом   (т.к.   узел   <D   знает только       о тех   сетях,    к которым   подключен
                                                                                                                         непосредственно, примем равным               1.
                                                                                                                                                                                                                                        непосредственно)    :
                                                                                                                             Каждый маршрутизатор, на котором запущен модуль                                RlP,    периодически

                                                                                                                         широковещательно               распространяет          свой       вектор       расстояний.           Вектор
                                                                                                                                                                                                                                                                                     k=1 ~ф
                                                                                                                                                                                                                                                                                     В=1~ф
                                                                                                                         распространяется через все-интерфейсы маршрутизатора, подключенные к
                                                                                                                                                                                                                                            Следовательно, узел (j) рассылает в сети А и В вектор расстояний
                                                                                                                         сетям, входящим в RlP-систему.

                                                                                                                             Каждый          маршрутизатор         также         периодически               получает         векторы    (А=I,В=I).

                                                                                                                                                                                                                                            Аналогично узел Ф рассылает в сети А, С, D вектор (A=I,C=I,D=I).
                                                                                                                         расстояний     от     других       маршрутизаторов.           Расстояния            в    этих       векторах
                                                                                                                                                                                                                                        Узел (j) получает этот вектор из сети А, увеличивает расстояния на 1
                                                                                                                         увеличиваются        на    1,    после   чего сравниваются                с   данными           в   таблице
                                                                                                                                                                                                                                        (A=2,C=2,D=2) и сравнивает с данными в своей таблице маршрутов. Новое
                                                                                                                         маршрутов, и, если расстояние до какой-то из сетей в полученном векторе
                                                                                                                                                                                                                                        расстояние до сети А оказывается больше, чем уже внесенное в таблицу
                                                                                                                         оказывается меньше расстояния, указанного в таблице, значение из таблицы

                                                                                                                         замещается         новым        (меньшим)     значением,            а   адрес           маршрутизатора,
                                                                                                                                                                                                                                        (А=I), следовательно, новое значение игнорируется. Поскольку сети С и D

                                                                                                                         приславшего вектор с этим значением, записывается в поле "Следующий
                                                                                                                                                                                                                                        вовсе не фигурируют в его таблице маршрутов, они туда вносятся. В узле                 (j)

                                                                                                                         маршрутизатор" в этой строке таблицы. После этого вектор расстояний,                                           имеем:



                                                                                                                         рассылаемый данным маршрутизатором, соответственно изменится.
                                                                                                                                                                                                                                                                                      А=1~Ф
                                                                                                                                                                                                                                                                                      В=I~Ф
                                                                                                                                              Пример построения таблицы маршрутов                                                                                                     С"'2~Ф
                                                                                                                                                                                                                                                                                      D=2~Ф
                                                                                                                         Рассмотрим этот процесс на примере следующей сети (рис                             4.5).


                                                                                                                                                                           46                                                                                                           47


НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ




                                                                                                                               Узел @) в свою очередь рассылает вектор (D=l,E=l) в сети D и Е. Узел Ф .
                                                                                                                                                                                                                         составления       таблицы    маршрутов       работает    и    сходится       на    других
                                                                                                                          получает этот вектор из сети О, увеличивает расстояния на                    1,   после чего
                                                                                                                                                                                                                         маршрутизаторах. Отметим, что несмотря на то, что таблицы маршрутов
                                                                                                                          добавляет себе в таблицу данные о сети Е (Е=2~Ф). Ранее из узла <D он
                                                                                                                                                                                                                         построены,         векторы      расстояний          продолжают              периодически

                                                                                                                          получ~ информацию о сети В и добавил себе в таблицу строку В=2~Ф.
                                                                                                                                                                                                                         широковещательно рассылаться каждым маршрутизатором. это требуется
                                                                                                                          Узел Ф рассылает в сети А, С, D свой обновленный вектор расстояний
                                                                                                                                                                                                                         ДЛЯ оперативного реагирования на внезапные изменения топологии системы.
                                                                                                                          (A=1,B=2,C=I,D=I,E=2).
                                                                                                                                                                                                                                Очевидно, что вид построенной таблицы маршрутов может зависеть от
                                                                                                                              Узел CD получает этот вектор от Ф из сети А, увеличивает расстояния на
                                                                                                                                                                                                                         порядка получения маршрутизатором векторов расстояний. Например, если
                                                                                                                          1: (А=2,В=3,С=2,О=2,Е=3) и замечает, что все указанные расстояния, кроме
                                                                                                                                                                                                                         бы узел (j) получил вектор от узла Ф раньше, чем от узла Ф, то дейтаграммы
                                                                                                                          расстояния до сети Е,· больше, либо равны значениям, имеющимея в его
                                                                                                                                                                                                                         в сеть С посылались бы от Ф через Ф.
                                                                                                                          таблице. Сеть Е в таблице узла Ф отсутствует, следовательно, она туда
                                                                                                                          вносится, и в узле CD мы получаем:                                                                                      Изменение состояния RIР-системы


                                                                                                                                                                                                                                Выясним,    что    происходит    в    случае,    когда    состояние        системы
                                                                                                                                                               A=l~<D
                                                                                                                                                               B=l~<D                                                    неожиданно изменяется, например, маршрутизатор Ф отключается от сети А
                                                                                                                                                               С=2~Ф
                                                                                                                                                                                                                         (рис   4.6).
                                                                                                                                                               D=2~Ф
                                                                                                                                                               Е=3~Ф

                                                                                                                              Далее маршругизатор Ф'ранее не работавший по каким-либо причинам,

                                                                                                                         рассылает в сети В, С, Е свой вектор         (B=l,C=l,E=l).      Узел   <D   получает этот

                                                                                                                         вектор   из сети   В,   увеличивает    расстояния    на    1     и   обнаруживает,       что

                                                                                                                         расстояние Е=2 меньше имеющегося в таблице Е=3, следовательно запись о

                                                                                                                         сети Е в таблице заменяется на E=2~(2). Остальные элементы полученного

                                                                                                                         от а> вектора не вызывают обновления таблицы.                                                                      Рис. 4.6. Изменение состояния !UР-системы
                                                                                                                             Итоговая таблица маршрутов маршрутизатора             <D :
                                                                                                                                                                                                                                Узел (j) обнаруживает свое отсоединение от сети А и меияет uтаблицу
                                                                                                                                                                                                                         маршрутов,      устанавливая   бесконечное       расстояние     до   всех    сетеи, r aн ee
                                                                                                                                                               А=1 ~ф                                                    достижимых через маршрутизаторы, подключенные к сети А (то есть Ф ). В
                                                                                                                                                               В=1 ~Ф                                                    протоколе RIP значение бесконечности равно 16.
                                                                                                                                                               С=2~Ф
                                                                                                                                                               D=2~Ф                                                                                            A=16~(j)
                                                                                                                                                               E=2~a>                                                                                           В=1~Ф
                                                                                                                                                                                                                                                                С=16~Ф
                                                                                                                             На этом алгоритм сходится, то есть при неизменной топологии системы                                                                D==16~Ф
                                                                                                                         никакие векторы расстояний, получаемые маршрутизатором Ф, больше не
                                                                                                                                                                                                                                                                E=2~a>

                                                                                                                         внесут изменений в таблицу маршрутов. Аналогичным образом алгоритм                                     Вектор   расстояний,     построенный       на    основании      этой       таблицы,
                                                                                                                                                                                                                         рассылается в сеть В, чтобы маршрутизаторы, направлявшие свои данные
                                                                                                                                                                 48                                                                                                  49


НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ




                                                                                                                          через CD в ставшие недоступными сети, если таковые маршрутизаторы                                  Мы предполагали, что узел          cr> не отправлял дейтаграмм через узел Ф (и,
                                                                                                                          существуют, соответственно изменили свои маршрутные таблицы.                                следовательно,    изменение таблицы маршрутов в узле               CD не повлияло на
                                                                                                                               Допустим, в узле cr> имелась следующая таблица маршрутов:                             таблицу узла Ф ). Предположим теперь, что Ф отправлял дейтаграммы в сеть
                                                                                                                                                                                                                     А через CD , то есть таблица в узле cr> имела вид:
                                                                                                                                                                       А=2~Ф
                                                                                                                                                                       В=l ~cr>                                                                                 . А=2-7ф
                                                                                                                                                                       С=l ~cr>                                                                                  в-г-эс
                                                                                                                                                                       о-з-э е                                                                                   C=I-7®
                                                                                                                                                                       Е=l ~cr>                                                                                  D=2-7@
                                                                                                                                                                                                                                                                 Е=l-7Ф
                                                                                                                              Узел cr> периодически и широковещательно рассылает в сети В, С, Е
                                                                                                                          свой вектор расстояний (A=2,B=1,C=1,D=2,E=1). Узел CD получает этот                             После отсоединения Ф'от сети А узел cr> получает от Ф вектор
                                                                                                                          вектор, увеличивает расстояния на             1: (A=3,B=2,C=2,D=3,E=2)   и замечает, что   (A=16,B=I,c=16,D=16,E=2).Проанализировав этот вектор, Ф делает вывод,
                                                                                                                         расстояния      А=3,         С=2     и    D=3 меньше бесконечности следовательно,           что все указанные в нем расстояния больше значений, содержащихся в его
                                                                                                                         соответствующие           записи         таблицы    маршрутов   модифицируются    и   она   маршрутной таблице, на основании чего этот вектор узлом   cr> игнорируется.
                                                                                                                         принимает вид:                                                                                  В свою        очередь          узел
                                                                                                                                                                                                                                                      cr> рассылает в сети В, С, Е вектор
                                                                                                                                                                                                                     (А=2,В=1 ,С=l    ,D=2,E=I).         Узел
                                                                                                                                                                                                                                                         CD получает этот вектор, увеличивает
                                                                                                                                                                       A=3~cr>                                       расстояния     на 1: (A=3,B=2,C=2,D=3,E=2) и замечает, что расстояния А=3,
                                                                                                                                                                       B=l~CD                                        С=2 и    D=3   меньше бесконечности, следовательно, соответствующие записи
                                                                                                                                                                       с-э-э е                                       таблицы маршрутов в узле Ф модифицируются и она принимает вид:
                                                                                                                                                                       п-з-э е
                                                                                                                                                                       E=2~cr>                                                                                   A=3-7cr>
                                                                                                                                                                                                                                                                 B=l~CD
                                                                                                                              Таким образом, узел Ф построил маршруты в обход поврежденного                                                                      C=2~cr>
                                                                                                                         участка и восстановил достижимость всех сетей.
                                                                                                                                                                                                                                                                 D=3~cr>
                                                                                                                                                                                                                                                                 E=2~cr>
                                                                                                                                                                   Особые случаи
                                                                                                                                                                                                                         Очевидно, после этого содержимое таблиц узлов Ф и                      cr>
                                                                                                                                                                    Заци~ливаllие                                    стабилизируется.
                                                                                                                                                                                                                         Рассмотрим теперь записи о достижении сети А в таблицах
                                                                                                                             к сожалению, поведение дистанционно-векторных протоколов (и в
                                                                                                                                                                                                                     маршругизаторов     CD   и Ф   .
                                                                                                                         частности, протокола ЮР) при изменении топологии системы не всегда
                                                                                                                         корректно и предсказуемо.
                                                                                                                                                                                                                                                                В узле Ф: A=3'~cr>
                                                                                                                             Рассмотрим вышеописанную ситуацию с отсоединением узла                        CD от                                                В узле     cr>:   А=2 ~ CD
                                                                                                                         сети А (рис   4.7).
                                                                                                                                                                                                                         Таким образом, возникло зацикливание: данные, адресованные в сеть А,
                                                                                                                                                                                                                     будут пересылатъся между узлами             CD   и Ф до тех пор, пока не истечет время
                                                                                                                                                                                                                     жизни дейтаграмм и они не будут уничтожены.
                                                                                                                                                                                                                         Для того, чтобы избежать зацикливания, в алгоритм рассылки векторов
                                                                                                                                                                                                                     расстояний вносятся дополнения. Тем не менее и в этом случае особые
                                                                                                                                                                                                                     ситуации все еще остаются.

                                                                                                                                                                                                                         4.6. Протокол OSPF
                                                                                                                                                                                                                         Протокол маршрутизации OSFP (Орел Shortest Path First) представляет
                                                                                                                                                                                                                     собой    протокол состояния связей,              использующий           алгоритм   SPF   поиска
                                                                                                                                               Рис.   4.7.   Изменение состояния ЮР-системы

                                                                                                                                                                        50                                                                                            51


НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ




                                                                                                                                кратчайшего пути в графе [4]. OSPF применяется для внутренней               Порядок     расчета    метрик,      оценивающих       надежность,       задержку    и

                                                                                                                                маРШрутизации в системах сетей любой СЛОжности.                        стоимость,     не     определен.     Администратор,       желающий          поддерживать

                                                                                                                                                                                                       маршрутизацию по этим типам сервисов, должен сам назначить разумные и


                                                                                                                                                             Построение маршрутов                      согласованные метрики по этим параметрам.


                                                                                                                                   Рассмотрим работу алгоритма SPF и построение маршрутов на примере        В нашем примере мы будем использовать метрики, указанные на

                                                                                                                               системы, изображенной на рис. 4.8. для простоты будем рассматривать     рисунке, без учета типов сервиса. Следует заметить, что маршрутизация по

                                                                                                                               ОSРF-систему, состоящую только из маршрутизаторов, соединенных          типам сервиса крайне редка, более того, она исключена из последних версий

                                                                                                                               линиями связи ТИПа "точка-точка".                                       стандарта    OSPF.


                                                                                                                                                                                                                                 База данных состояния связей

                                                                                                                                                                                                           Для работы алгоритма           SPF   на каждом маршрутизаторе строится база

                                                                                                                                                                                                       данных состояния связей. Базы данных на всех маршрутизаторах идентичны.

                                                                                                                                                                                                           База данных состояния связей для рассмотренного примера приведена в

                                                                                                                                                                                                       табл.4.2.


                                                                                                                                                       Рис. 4.8. Пример OSPF -системы:
                                                                                                                                                                                                                            База данных состояния связей                     Таблица
                                                                                                                                  CD,Ф, Ф,   @) -   маршрутизаторы; A,B,C,D - линии связи                                                                                                4.2

                                                                                                                                  (или просто связи). цифры означают метрику каждой связи
                                                                                                                                                                                                             i~~~~_3.~._. ~_ ._._~~ ~~----~г=.--~- M~~~~~._._ -1
                                                                                                                                                                                                             г-------- CD7ФI         А'                                  2
                                                                                                                                                                                                                                                                                   ...
                                                                                                                                                                                                                                                                                          . J
                                                                                                                                                                 Метрики

                                                                                                                                 Метрика представляет собой оценку качества связи в данной сети (на
                                                                                                                                                                                                             i             Ф7®I                      с                   3


                                                                                                                          данном физическом канале); чем меньше метрика, тем лучше качество                  г---          ф~~- -------1        . . .~ . . .   ~, ,Н.·   •    .•           I
                                                                                                                          соединения. Метрика маршрута равна сумме метрик всех связей (сетей),
                                                                                                                          входящих в маршрут. В простейшем Случае (как это имеет место в протоколе
                                                                                                                         ЮР) метрика каждой сети равна единице, а метрика маршрута тогда просто
                                                                                                                                                                                                             f--:~~-- .~ --~-+----~--l
                                                                                                                                                                                                             1          ®7@)Г D                                ~---------                  "
                                                                                                                         является его длиной в хопах,


                                                                                                                                Метрика сети, оценивающая пропускную способность, определяется как
                                                                                                                                                                                                                        @)7Ф
                                                                                                                                                                                                                                    I
                                                                                                                                                                                                                                           I
                                                                                                                                                                                                                               ----f---~-----c
                                                                                                                                                                                                                                                    в                               - - 1I
                                                                                                                                                                                                                                                                                           :
                                                                                                                         количество секунд, требуемое для передачи 100 Мбит через физическую                 1          ®7®               .1.       D                                      I
                                                                                                                                                                                                             j

                                                                                                                         среду данной сети. Например, метрика сети на базе 1OBase-Т Ethemet равна
                                                                                                                         1О,   а метрика выделенной линии 56 кбит/с равна 1785. Метрика канала со
                                                                                                                         скоростью передачи данных 100 Мбит/с и выше равна единице.

                                                                                                                                                                   52                                                                              53


НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ



                                                                                                                                                                                                                       обеих    участвующих     сторон.    Формализованные             правила,   определяющие
                                                                                                                             5. МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ                                                  последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые

                                                                                                                               С    появлением      вычислительных       сетей       возникла   необходимость      в   компоненты,    лежащие    на   одном    уровне,      но   в   разных   узлах,   называются


                                                                                                                          разработке        концепции,      устанавливающей                стандартные       правила   протоколом.



                                                                                                                          взаимодействия разнотипных станций (узлов) входящих в состав сети. Для                               Модули, реализующие протоколы соседних уровней и находящиеся в

                                                                                                                          этого была создана многоуровневая архитектура с выделением                     7   уровней   одном узле, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко

                                                                                                                          иерархии.     Разработчики            ряд     международных           организаций      по    определенными       правилами   и   с   помощью           стандартизованных      форматов

                                                                                                                         стандартизации      180, IEEE и   др. назвали созданную ими в начале 80-х годов               сообщений.    Эти    правила    принято     называть          интерфейсом.      Интерфейс

                                                                                                                         структуру     моделью     взаимодействия       открытых           систем    (Ореп    System   определяет набор сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему

                                                                                                                         Interconnection, 081).      Согласно    модели       081,    функции       взаимодействия     уровню. В сущности, протокол и интерфейс выражают одно и то же понятие,

                                                                                                                         об~ектов в сети разделены на следующие уровни: физический, канальный,                         но традиционно в сетях за ними закрепили разные области действия.

                                                                                                                         сетевой, транспортный, сеансовый, представительный и прикладной.
                                                                                                                                                                                                                                                                  Узел В
                                                                                                                               Модель       OS/   описывает только системные функции, реализуемые

                                                                                                                         операционной         системой,      системными             сетевыми        компонентами,                                               '--------,г-------.J Интерфейс 3В-4В

                                                                                                                         системными         аппаратными      средствами         и     не     включает    средства                          Протокол 3А-3В

                                                                                                                         взаимодействияприложгнийконечных пользователей.

                                                                                                                               Приложения конечны~ пользователей взаимодействуют, обращаясь к                                              Протокол 2А-2В                            Интерфейс 2В-3В
                                                                                                                                                                                                                                                                г--....L..---,
                                                                                                                         системным средствам.


                                                                                                                               Поскольку в процессе обмена сообщениями в сети участвуют две                                                                                          Интерфейс Ш-2В

                                                                                                                         стороны,      то   необходимо      организовать       согласованную         работу    двух

                                                                                                                         «иерархий», работающих на разных узлах. Оба участника сетевого обмена

                                                                                                                         должны принять множество соглашений. Например, они должны согласовать                                       Рис.5 .1. Иллюстрация места протоколов и интерфейсов
                                                                                                                         уровни и      форму электрических сигналов, способ определения размера                                             в иерархии взаимодействия открытых систем

                                                                                                                         сообщений, договориться о методах контроля достоверности и т. п. Другими
                                                                                                                                                                                                                            Протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного
                                                                                                                         словами, соглашения должны быть приняты для всех уровней, начиная от
                                                                                                                                                                                                                       уровня в разных узлах, а интерфейсы            -   правила взаимодействия модулей
                                                                                                                         самого низкого - уровня передачи битов        - до   самого высокого, реализующего
                                                                                                                                                                                                                       соседних уровней в одном узле. Средства каждого уровня должны
                                                                                                                         сервис для пользователей сети.
                                                                                                                                                                                                                       отрабатывать, во-первых, свой собственный протокол, а во-вторых,
                                                                                                                              В качестве примера на рис.        5.1   показана модель взаимодействия двух
                                                                                                                                                                                                                       интерфейсы с соседними уровнями.
                                                                                                                         узлов. С каждой стороны средства взаимодействия представлены четырьмя
                                                                                                                                                                                                                            Иерархически организованный набор протоколов, достаточный
                                                                                                                         уровнями. Процедура взаимодействия этих двух узлов может быть описана в

                                                                                                                         виде набора правил взаимодействия каждой пары соответствующих уровней
                                                                                                                                                                                                                                                                 55
                                                                                                                                                                  54


НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ


                                                                                                                                                                                                                                 кабеле, а также некоторые другие характеристики среды и электрических
                                                                                                                          для организации взаимодействня узяев в сети, называется стеком
                                                                                                                                                                                                                                 сигналов.
                                                                                                                          номмуникашюниых протоколов.

                                                                                                                                                                                                                                         Канальный уровень
                                                                                                                               Коммуникационные                    протоколы        могут     быть     реализованы         как
                                                                                                                                                                                                                                         На физическом уровне просто пересылаются биты. При этом не
                                                                                                                         программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней часто реализуются
                                                                                                                                                                                                                                 учитывается, что в некоторых сетях, в которых линии связи используются
                                                                                                                         комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних
                                                                                                                                                                                                                                 (разделяются)    попеременно     несколькими        парами     взаимодействующих
                                                                                                                         уровней   - как правило,          чисто программными средствами.
                                                                                                                                                                                                                                 станций, физическая среда передачи может быть занята. Поэтому одной из
                                                                                                                               Протоколы            реализуются           различными        сетевыми     устройствами
                                                                                                                                                                                                                                 задач канального уровня     (Dat.a Link.   Гауег) является проверка доступности
                                                                                                                         концентраторами,            мостами,          коммутаторами,       маршругизаторами           и   пр.
                                                                                                                                                                                                                                 среды передачи.      Другой задачей   канального     уровня является реализация
                                                                                                                         Действительно, в общем случае связь узлов в сети осуществляется не
                                                                                                                                                                                                                                 механизмов обнаружения       и коррекции        ошибок. для этого на канальном
                                                                                                                         напр!!мую, а через различные коммуникационные устройства.
                                                                                                                                                                                                                                 уровне биты      группируются     в наборы,       называемые    кадрами    (frames).
                                                                                                                              5J. Уровни модели OSI                                                                              Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра,

                                                                                                                              Физический уровеиь                                                                                 помещая специальную последовательность битов в начало и конец каждого

                                                                                                                              Физический уровень               (Physical layer)     имеет дело с передачей битов по              кадра    для   его   выделен~,    а   также     вычисляет    контрольную    сумму,

                                                                                                                         физическим каналам связи, таким, например, как коаксиальный кабель, витая                               обрабатывая все байты кадра определенным способом и добавляя кон­
                                                                                                                         пара, оптоволоконный кабель или цифровой территориальный канал. К этому                                 трольную сумму к кадру. Когда кадр приходит по сети, получатель снова

                                                                                                                         уровню    имеют        отношение.             характеристики      физических     сред       передачи    вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с

                                                                                                                         данных,   такие,   как       полоса       пропускания,      помехозащищенность,             волновое    контрОЛЬНОЙ суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается пра­

                                                                                                                         сопротивление      и       др.    На этом же           уровне   определяются характеристики             вильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то

                                                                                                                         электрических сигналов, передающих дискретную информацию, например                                      фиксируется ошибка. Канальный уровень может не только обнаруживать
                                                                                                                         крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения или тока передаваемого                                    ошибки, но и исправлять их за счет повторной передачи поврежденных

                                                                                                                         сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме этого, здесь                                кадров. Необходимо отметить, что функция исправления ошибок не является
                                                                                                                         стандартизуются типы разъемов и назначение каждого контакта                          [5].               обязательной для канального уровня, поэтому в некоторых протоколах этого

                                                                                                                              Функции       физического                УРОвня    реализуются    во     всех   устройствах,       уровня она отсутствует, например в Ethemet [5].
                                                                                                                         подключенных           к      сети        и     выполняются        сетевым     адаптером          или           Хотя канальный уровень и           обеспечивает доставку     кадра между

                                                                                                                         последовательным портом. Примером протокола физического уровня может                                    любыми двумя узлами локальной сети, он это делает только в сети с

                                                                                                                         служить спецификация              1OBase- Т     технологии      Ethemet,   которая определяет в         совершенно определенной топологией связей, именно той топологией, для
                                                                                                                         качестве используемого кабеля неэкранированную витую пару категории                               3с    которой он был разработан. К таким типовым топологиям, поддерживаемым

                                                                                                                         волновым сопротивлением                   100   Ом,    разъем Ю-45,        максимальную длину            протоколами канального уровня локальных сетей, относятся общая шина,
                                                                                                                         физического сегмента             100 м,   манчестерский код для представления данных в                   кольцо и звезда, а также структуры, полученные из них с помощью мостов и

                                                                                                                                                                                                                                                                            57
                                                                                                                                                                            56



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика