Тема Комутация в локални мрежи

Катедра „Комуникационна техника и технологии”

Комутационна техника

Локалните мрежи (Local Area Network – LAN) позволяват да се обменя информация с висока скорост между евтините персонални компютри. Те дават възможност на независими цифрови устройства (терминали, персонални компютри, големи компютри, входно-изходни устройства и др.), да комуникират на малки разтояния и да използват общи ресурси (процесорно време, памет, файлове с данни и програми, принтери, скенери и др.). Локалните мрежи имат следните особености: покриват ограничена географска област, обикновено от няколко метра до няколко километра; собственост са на една организация; имат проста мрежова топология; вероятността за грешка е много малка.

Локалната мрежа представлява комуникационна система, поддържаща на ограничено разтояние един или няколко високоскоростни канала за предаване на цифрова информация, предоставени на включените компютърни устройства за кратковременно монополно използване. Следователно за тях не е характерно едновременното предаване на информация от различните изоточници, както е при комутацията на канали и на пакети. При локалните мрежи са необходими специални алгоритми, за да се реши проблема с използването общия високоскоростен канал.

Компютърните устройства, които са включени към локалната мрежа (елетронно-изчислителни машини, персонални компютри, терминали, външни запомнящи устройства, принтери, контролно и управляващо оборудване и др.) и които осъществяват достъп до мрежовите ресурси, в литературата обикновено се наричат станции. Компютрите, грижещи се за предоставяне на мрежови ресурси и обслужващи мрежата, се наричат сървъри. Освен крайните възли (станции и сървъри) в локалните мрежи може да има и междинни мрежови възли – повторители, мостове, концентратори, комутатори, маршрутизатори, шлюзове).

Локалните мрежи трябва да изпълняват различни функции по предаване на данни, включително пренасяне на файлове, поддържане на терминалите, електронна поща, обмен с външните запомнящи устройства, достъп до файлове и база данни, обработка и предаване на съобщения и т.н. Те трябва да поддържат комплексот страндартни интерфейси и да работят с всяко устройства, предназначено за работа в мрежата. Стойността на локалната мрежа трябва да е ниска, а също така стойността на устройствата за вклщчване към мрежата трябва да е ниска в сръвнение със стоийността на включената станция. Главните аргументи за използване на локални мрежи са съвместното изпозване на ресурсите и бърз обмен на информация. Локалните мрежи са основа за построяване на ефективни комуникационни системи като: терминално обслужване: мрежа от работни станции: мрежа от учрежденски машини: разпределени изчислителни машини. Мрежата от работни станции предтсавлява разпределена система за обработка и е изградена от работни станции за персонално обслужване на абонатите от локалната мрежа и от сървърите, поддържащи и координиращи работата на отделните станции. Чрез мрежата от учрежденски мапини се интергрират различни компютърни и комуникационни устройства (включително телефон и факс) и на абонатите се предоставят голям брой услуги.

Информацията в локалните мрежи обикновено се обменя чрез пакети. Обменът може да се отнесе към пакетната комутация с дейтаграма. Тук обаче, най-често, само една станция може да предава пакети в даден момент. Предаваните пакети съдържат адресите и на подателя и на получателя. Всички станции приемат всеки пакет и по адреса на получателя разбират дали информацията е предназначена за тях, за да я запомнят.

Общата среда, която свурзва отделните станции, може да бъде изградена от коаксиален кабел, симетричен кабел, оптично влакно, радиоканал. Скоростта, с която се предава информацията по общата преносна среда, е от 1 до 1000 Mbit/s за различните локални мрежи.

Управлението на локалните мрежи е пример за разпределено управление. Някои локални мрежи изискват централизирани функции в допалнение към разпределените, които се изпълняват от някоя от станциите (сървър).

От структурата на цикъла и свръхцикъла на 30/32 каналната система с ИКМ. Всеки цикъл има продължителност 125 μs и съдържа 32 канала (от канален интервал К0 до К31).Тридесет канала (К1 – К15 и К17 – К31) се използват за предаване на разговорна информация. Канал К0 се използва за синхронизация на системата, а канал К16 за сигнализация. Продължителността на всеки канален интервал е приблизително 3,9 μs. Във всеки времеинтервал се разполага една кодова група, съдържаща 8 бита.

Основните предимства на цифровата комутация пред аналоговата са следните :

1. 
   премахва се аналого-цифровото преобразуване;
   

1. 
   по-голяма шумоустойчивост;
   

1. 
   по-голяма използваемост;
   

1. 
   по-ниска цена;
   

1. 
   по-голямо бързодействие;
   

1. 
   лесно процесорно управление;
   

1. 
   лесно проектиране, производство и настройка;
   

1. 
   занижени изисквания за затихване.
   

Фиг.1. Структурна схема на цифрово комутационно устройство.

В/ИК се разделят на линийни и служебни. Към линийните комплекти са свързани абонатните линии, съединителните линии или комуникационните канали и те са предназначени да приемат и предават сигналите за обмен на полезната информация. Служебните комплекти служат за обмен на управляваща информация (повикване, набиране, таксуване, маршрутизация и др.).

КП изгражда връзките между входовете и изходите, към които са включени В/ИК.

УУС управлява всички процеси в комутационния възел, а така същи обработва постъпилата сигнална информация и формира такава, необходима за съвместната работа на всички елементи в мрежата.

Принципът на комутацията по време е показан на Фиг.2, като в случая кому-тационният възел работи с цифрови потоци със скорост 2048 kbit.s^-1 (цикъл от 32 времеинтервала).

На Фиг.3 е показана структурна схема на цифров комутатор по време в едната посока с използването на цифрови потоци (входящ и изходящ) 2048 kbit.s^-1, с използването на полупроводникови памети.

Разговорната информация от входящия поток постъпва на серийно-паралелен преобразувател (СПП) и се записва циклично, дума по дума (1 дума е 8 бита) в 32-те клетки на разговорната памет (РП), като номера на входния канал се записва в клетка със същия номер. Адресната и сигналната информация се извлича от входящия поток (16 времеинтервал) и на нейна основа в управляващото устройство (УУ) се формират управляващи сигнали, които се въвеждат в изходния поток, а така също и управляват последователността на прочитане на кодовите думи от клетките и подаването им към паралелно-серийния преобразувател (ПСП).

Фиг.3. Структурна схема на цифров комутатор по време.

Принципът на пространствената комутация е показан на Фиг.4, като в случая комутационният възел работи с цифрови потоци със скорост 2048 kbit.s^-1 (цикъл от 32 времеинтервала).

В този случай информацията, която се съдържа в даден канал (времеинтервал) на един цифров поток се прехвърля в канал (времеинтервал) със същия номер на друг цифров поток.

На Фиг.5 е показана структурна схема на цифров пространствен комутатор в едната посока с използването на цифрови потоци 2048 kbit.s^-1.

Пространственият цифров комутатор има N входящи цифрови потока и M изходящи цифрови потока. Броят на субкомутаторите (СК) е равен на броя на изходните цифрови потоци. Субкомутаторите могат да превключват към своя изход в даден момент от време информация, съдържаща се в произволен времеинтервал от произволен входен цифров поток, като се спазва правилото да се запазва номера на съответния времеинтервал (канал).


Фиг.4. Принцип на пространствена цифрова канална комутация.

Обикновено броят на входните и изходните потоци е равен, т. е. M=N, но това не е задължително.

Ако пространственият комутатор има по-малко изходи от входове (MN), тогава той работи като разширител.

Фиг. 6. Структурна схема на цифров пространствен комутатор.

Комутационните полета на реалните централи се строят с многозвенни схеми (комбинация от разгледаните еднозвенни схеми – комутация по време и пространст-вена комутация), с което се прави значителна икономия на комутационно оборудване. В резултат на това обаче в многозвенните схеми се появяват вътрешни блокировки (състояния, при които не могат да се свържат свободен вход и изход, поради заети междинни пътища). Друг недостатък на многозвенните схеми е задържането на сигна-лите (поради наличието на комутация по време), което може да варира от 0 до 125 s (дължина на ИКМ цикъла).

При изграждането на многозвенни цифрови комутатори се използват различни комбинации от описаните по-горе схеми, като звената с комутация по време се означават с В, а звената с пространствена комутация се означават с П. При това могат да се построят различни комутатори с В и П звена – ВП, ПВ, ПВП, ВПВ и др.

На Фиг.6 е показан комутатор ВПВ, а на Фиг.7 – ПВП.

Фиг.6. Цифров комутатор ВПВ.

Фиг.7. Цифров комутатор ПВП.

Съгласуването на две мрежи, различаващи се само в използваните на долните слоеве протоколи, става с помощта на включени между тях допълнителни устройства: повторители и концентратори на физическия слой; мостове на каналния; маршрутизатори и комутатори на мрежовия.

Маршрутизаторите (routers) са устройства, които идентифицират протокола на мрежово ниво, анализират условията на трафика, избират оптимален път за пакетите, откриват грешки и актуализират таблиците за избор на път. При повреда или претоварване се избира нов маршрут и пакетите се насочват по него.

Маршрутизаторите се наричат и междинните възли на някои глобални компютърни мрежи (например IP), при които маршрутизиращата функция доминира над комутиращата. Те се използват за обединяеане на няколко локални мрежи в глобална и за връзка на локална с глобална мрежа.

Маршрутизаторите са много по-сложни устройства от мостовете. Те обикновено се реализират софтуерно, което води до по-ниска скорост на обработка и изисква бързи процесори (RISC, секционни). Някои маршрутизатори поддържат различни протоколи и се наричат многопротоколни.

Съгласуването на мрежи в горните слоете е по-сложна задача и се извършва по два начина: чрез шлюз – възел между двете мрежи с инсталиран софтуер, който транслира протоколите и чрез инсталиране на различни протоколни стекове в крайните възли.

Локалните мрежи обикновено имат собствено изградени връзки – структурни кабелни системи, а не наети линии. Структурна кабелна система е набор проводници – захранващи, свързващи, помощни.

• 
  Файлов – програма позволяваща достъп до файловата система на компютъра за съхранение и извличане на файлове и програми;
  
• 
  Сървър за печат – програма осигуряваща достъп до принтера на компютъра, на който е стартирана;
  
• 
  Сървър за асинхронни комуникации – програма стартирана на компютър с няколко модема, позволяващи използването им от всички потребители;
  
• 
  Сървър за отдалечен достъп (RAS) – програма стартирана на компютър, осигуряваща достъп до локалната мрежа от отдалечен компютър чрез модем и телефонна линия;
  
• 
  Сървър за електронна поща – програма, управляваща електронните пощенски кутии на потребителите;
  
• 
  Факс сървър – програма, управляваща изпращането и получаването на факс съобщения;
  
• 
  Сървър за база данни – програма, реализираща функциите на ядрото на системата за управление на база данни;
  
• 
  Сървър за приложни програми – подава копие на приложната програма до работната станция по мрежата;
  

- методи за достъп;

- скорост на предаването - 10 Mbps, 100 Mbps;

- максимално разстояние между възлите (от мрежовия адаптер зависи на какво разстояние трябва да бъдат компютрите);

- адресиране на възлите;

- размер на приеманите / предаваните пакети от данни;

- възможности за междумрежови връзки.

Фиг.1. 3Com LAN карта

в) кабели

- коаксиален кабел - състои се от меден проводник и няколко слоя за защита (екраниране). Има два вида коаксиален кабел - 0,5” и 0,25”;

- усукана двойка проводници УДП (UTP) - Състои се от две до хиляди двойки проводници със съответни изолации. Позволяват по-голяма скорост на предаване на информацията;

- оптичен кабел - състои се от сноп стъклени нишки. Информацията се предава чрез лазерен или светлинен лъч. Позволява най-голяма скорост на предаване на информацията, но са и най-скъпи.
г) свързващи елементи:

- накрайник;

- тетка (T-connector);

- муфа (B-connector);

- тапа (Terminator).
3. Софтуерни компоненти на ЛМ

а) приложно-програмно осигуряване.
б) системно-програмно осигуряване - основна част е мрежовата операционна система.
4. Потребители. Права на достъп до информацията

а) потребител – всеки, който има право да работи с ресурси на ЛМ се нарича потребител. На всеки потребител се дава предварително уникално потребителско име и парола. За да започне работа всеки потребител трябва да се идентефицира. Това става като се използва командата:

Login (Logon)

- Username:

- Password:

Като завърши работа всеки потребител трябва да излезе чрез Logout (Logoff).

На всеки потребител се предоставят определени права. Правата в текстовите системи се характеризират с една буква.

- r - право за четене.

- w - право за модифициране, създаване, редактиране.

- x - право за изпълнение.

- d - файлова директория.
б) група потребители - с цел минимизиране ресурсите на ЛМ се създава група потребители на които се предоставят общи групови права. Всеки член на групата онаследява груповите права като запазва индивидуалните си.
в) групов администратор - отговаря за целостта на информацията в групата и работоспособността на файловете. Може да включва или изключва потребители от групата. Не може да променя индивидуалните права на потребителя.
г) системен администратор - отговаря за работоспособността на цялата локална мрежа. Може да включва или изключва потребител. Да създава или отменя групи. Да назначава групови администратори и т. н. Не може да променя индивидуалните права на потребители.
5. Слоеве на ЛМ

Международната организация по стандартизация (ISO) е разработила модел OSI (Open System Interface) определящ слоевете на локалната мрежа.

1) физически слой - дефинира електрическите и механични характеристики на мрежата.

• 
  IEEE 802.3 Ethernet – описва LAN с логическа топология тип “шина”. Скоростта на предаване е 10 Мb/s, а в последните версии на стандарта - 100 Mb/s, 1 Gb/s.
  
• 
  IEEE 802.4 Token Bas - Използва се по-рядко от стандартите ІЕЕЕ 802.3,802.5. По-сложен е.
  

- физическа топология тип “шина”

- коаксиален кабел

Използва два режима на предаване:

- немодулирано аналогово предаване

- модулирано аналогово предаване

• 
  IEEE 802.5 Token Ring – на базата на стандарта Token Ring на фирмата ІВМ
  

Логическа топология – тип “кръг”.

• 
  IEEE 802.6 MAN (градски мрежи)
  
• 
  IEEE 802.11 - Wireless LAN/WLAN – безжични мрежи. Най често срещаните техники за модулация при този протокол са вариациите на оригиналния стандарт 802.11a, 802.11b и 802.11g. Достъпът до такава мрежа се осъществява чрез безжична мрежова карта.
  

Фиг.1. Безжична мрежова карта

Връзката между 2 абоната се обслужва от протоколи на канален слой. В локалните мрежи съществуват особености - наличието на обща съобщителна среда дава въможност за реализация на общо достъпно предаване на физическо ниво.

Локална мрежа – компютърна мрежа, разположена на географски ограничена площ.

Три са основните отличителни белега:

• 
  географско разположение на не повече от няколко километра
  
• 
  висока скорост на предаване на информация (от няколко MBit до 1GBit)
  
• 
  единен собственик.
  

Междумрежовия протокол IP(Internet Protocol) е неотделима част от фамилията TCP/IP. Макар че, в името му има думата Интернет, той се използва не само в тази мрежа. Истина е, че всички машини в Интернет работят с IP или съвместими протоколи, но той може да се използва и в отделни мрежи нямащи нищо общо с Интернет. IP е много добро средство за комуникация между машини в произволна мрежа. Той обаче има и конкуренти в лицето на протокола IPX на мрежовата операционна система Novell NetWare, която се използва в неголеми локални мрежи.

Главната задача на IP се заключава в това да обезпечи предаването на дейтаграмите от компютър до компютър, а така също и разделянето им на фрагменти. Той дава формално описание на структурата на деитаграмите и реда за формиране на заглавната им част със служебна информация. IP отговаря за маршрутизацията на деитаграмите, т.е. определя пътя им като при възникване на неизправности в мрежата ги пренасочва.

Важно е да се има в предвид, че IP не гарантира сигурно получаване. Това значи че деитаграма може да се забави, да не пристигне до получателя или да се повреди при разделянето и събирането на фрагментите. IP не управлява потока от данни и не осъществява контрол на трансфера - тази задача се решава на други нива. Контрол се осъществява само на заглавната част а не на целия пакет от данни. Маршрута по които се предават данните може да не е оптимален. Оптимизацията се осъществява локално тоест между съседни възли но няма никаква гаранция за оптимизация на маршрута като цяло.

Част от протокола IP определя как да се обработват деитаграмите при достигането им до шлюзовете. В нея е зададен реда и условията за подаване на съобщение за грешка и реда за възстановяване след сбой. Максималния размер на IP пакета е 65 535 баита, което значително превъзхожда възможностите на повечето мрежи следователно се налага фрагментация. В IP тя се реализира автоматически в съответствие с определен набор от правила.

Заглавната част на IP пакета съдържа информация в която е указан реда за събиране на съобщенията от машината получател. Когато деитаграма с първия фрагмент от голямо съобщение пристигне в компютъра за който е адресирана, в него се задейства програма на ниво мреждумрежови връзки наречена таимер на сбора. Ако в указаното време съобщението не бъде прието изцяло, всички постъпили деитаграми се унищожават. Поради това разбиването на фрагменти намалява вероятността за получаване на цялото съобщение и повечето програми се опитват да изпращат съобщението като едно цяло ако това е възможно.

Връзката по протокола IP се поддържа без предварителна заявка от подателя към получателя и за него е безразличен пътя по който ще мине информацията и даже началната и крайната точка от маршрута. IP работи с 32 разрядни адреси, като в новата версия 6 или т.нар. IPng (IP next generation) е предвидена възможност за по-голяма разрядност на адреса.

Ще разгледаме най – използваната в момента версия 4 на протокола IP (IPv.4).

Протоколът, IР (Internet Protokol) предава данните във вид на IР-дептаграми (пакети). Всяка IР-дейтаграма се състои от заглавна част и поле <данни>. Размерът на IР-дейтаграмата е променлив, като максималният й размер е ограничен на 64 КВ.
1.1. Заглавна част на IР-деитаграма.

Нормалният размер на заглавната част (header) на IР-дейтаграмата е 20 байта (табл. 1). Допълнително могат да бъдат включени полетата <опции> и <пълнеж> (

Такава е и дължината използвана в повечето операционни системи с изключение на някои напр. при мини и големите изчислителни системи където се работи с 64 битови думи. Тъй като баита се състой от 8 бита то 32 битовата дума се състои от 4 байта. При отчитане на всички възможни полета максималната дължина на IP заглавната част е шест 32-разрядни думи (24 байта). Най-кратката IP заглавна част се състой от 5 думи (20 байта). За да се разбере предназначението на полетата на IP заглавната част следва да се отбележи, че протокола IP не зависи от апаратурата, но осигурява обратна съвместимост с програмната реализация на всички свой предишни версии. Структурата на IP заглавна част е показана на следната фигура:

Фиг. 1.
Поле Версия - Полето версия има дължина 4 бита. То съдържа номера на версията на IP протокола, използван от подателя. Формата на заглавието се изменя заедно с версиите на IP, и това поле указва на програмата на получателя как да декодира останалите полета. Най-често се среща версия 4, като в някои системи се използва версия 6, но в Интернет и в болшинството локални системи още не е внедрена. Протокола IP изисква програмата на получателя да започне обработката на деитаграмата от полето версия. Ако програмата не работи със зададената версия на IP деитаграмата се отхвърля.

Поле Дължина на заглавието - Полето има размер 4 бита. В него се съдържа пълната дължина на IP заглавната част, формирана от машината на подателя. Тя е изразена в 32-битови думи. Най-краткото заглавие се състой от 5 думи (20 байта), като използването на допълнителни полета увеличава дължината му до 6 думи (24 байта). Това поле е необходимо за правилно декодиране на заглавието трябва да се знае къде то свършва, тъй като началото на даните никъде не се споменава а се изчислява само от дължината на заглавието.
Поле Тип на обслужването - Полето се състои от 8 бита (1 байт). В него се указва как да се обработва дейтаграмата. Структурата на това поле е показана на фиг.2. Първите 3 бита са заети от подполето за приоритет, което приема стойности от 0 (обичайно) до 7(мрежово управление). Колкото по-голям е приоритета толкова за по-важна се счита дейтаграмата и толкова по-бързо тя се доставя. Въпреки това, полето се игнорира от голяма част от програмите за обслужване на IP и практически от всички апаратни средства, които не различават дейтаграмите по приоритет. Следващите 4 бита са заети от еднобитови флагове които характеризират задръжката, пропусквателната способност, надеждността на метода за доставка на дейтаграмите. Стойност "1" съответства на малка задръжка, висока пропусквателна способност и висока надеждност. Последните 2 бита не се използват и повечето съвременни реализации на IP ги игнорират.

Поле Дължина на дейтаграмата - Полето съдържа пълната дължина на дейтаграма в байтове включително и заглавието. Дължината на областта с данните се изчислява като разлика между общата дължина и дължината на заглавието. Размера на полето е 16 бита поради което максималната дължина на дейтаграма включително заглавието е 65 535 байта. Това поле трябва да определи дължината по която протоколите от по-ниско ниво да установят пълния размер на кадъра.

Поле Идентификатор - Това поле е с дължина 16 бита и съдържа уникален идентификатор присвоен му в предишния възел. Това число се използва за правилно събиране на частите на съобщението. То изключва възможността за събиране на части от различни съобщения. Идентификатора получен в IP от по-високо ниво се присвоява на всеки пакет от данни. При разбиване на дейтаграма на различни части всяка от тях получава един и същи идентификатор.

Поле Флагове - Полето се състои от 3 бита. Първия от тях не се използва а останалите са означени като DF (Don't fragment - нефрагментиран) и MF (More fragments - още фрагменти). Ако флага DF има стойност "1", фрагментацията е забранена. Ако междинен възел не може да прехвърли дейтаграмата цяла той я отхвърля а подателя получава съобщение за грешка. Ако флага MF е равен на 1 това значи че за дадената дейтаграма трябва да има и други фрагменти от това съобщение, като последния фрагмент от такова съобщение има стойност MF=0. Тъй като фрагментите могат да не постъпят в реда в който са изпратени, то това поле се използва заедно с полето за номер на фрагмента.

Поле Номер на фрагмента - Полето се използва при разбиване и събиране на фрагментите на дейтаграма. То съдържа номера на фрагмента считано от началото на съобщението и позволява правилно подреждане на фрагментите. Дължината му е 13 бита а стоиността на номера се указва в единици кратни на 8 байта. Машината получател събира съобщението изхождайки от неговия идентификатор и номера.

Поле Време на живот - В полето време на живот(TTL - Time to Live), с размер 8 бита се съдържа времето на живот (в секунди) след получаването на дейтаграма от получателя. След неговото изтичане деитаграма се унищожава. Полето се запълва от възела на подателя. Обикновенно времето на живот се избира в диапазона от 15 до 30 секунди. Според стандарта TCP/IP всеки възел обработвещ дейтаграм трябва да намали стойността на това поле с не по-малко от 1, дори и обработката да е взела по-малко от 1 секунда. Освен това се отчита и времето за изчакване в шлюза. Ако деитаграма попадне в силно натоварен шлюз неговото време на живот може да изтече преди тя да бъде обработена. Когато времето на живот стане 0 възела в който се намира дейтаграма го унищожава, като съобщава за това на машината-подател. Този ред предотвратява безкраино лутане на деитаграми в мрежата.

Поле Протокол - Това поле с дължина 8 бита съдържа кода на протокола на транспортния слой, според който трябва да се обработват данните в дейтаграма. В Интернет този код се определя от информационен център на Интернет - InterNIC. Зададени са кодове приблизително за 50 протокола, като най-важните от тях са ICMP (код 1) и TCP (код 6). С повечето от тях обикновенния потребител никога не се среща поради което няма да представяме пълен списък.

Поле Контролна сума на заглавието - Служи за повишаване надеждността на предаване на дейтаграмите, като в 16 бита се записва контролна сума изчислена по данните от заглавната част, като се променя във всеки възел поради промяната на полето "Време за живот". Сумата се изчислява като се съберат всички 16-разрядни думи в заглавието и допълване на резултата с единица. Този алгоритъм работи бързо, но допуска макар и редки грешки например загуба на цяло 16-разрядно число състоящо се само от нули.

Полета за IP адреси на подателя и получателя - Тези полета заемат по 32 разряда. Попълват се при създаване на дейтаграма и остават непроменени по време на предаването му по мрежата.

Поле Опции - Това поле не е задължително т.е. то може да отсъства. Състои се от един или няколко кода с променлива дължина, следващи един след друг без разделител. Всеки заема по байт които обикновенно се дели на три подполета: копия, клас на опцията и номер на опцията. Първото заема 1 бит, второто - 2 бита, а третото - 5 бита. Флага за копие определя как да се обработва опцията при фрагментация. Ако то има стойност "0", опцията се копира само в първия фрагмент, а ако е "1" - във всички фрагменти. Подполето Клас на опцията и Номер на опцията указват типа на опцията и нейното значение. В момента се използват два класа опции - клас 0 съответства на управление на дейтаграми или мрежи, а клас 2 е предназначен за отчет и администрация. Описание на класовете и номерата на опциите са дадени в следната таблица:

Опциите предполагат два вида маршрутизиране: съвместна маршрутизация (loose sourse routing) и маршрутизация на подателя (strict source routing). В първия случай част от маршрута се задава от подателя а останалата се определя от шлюзовете, а във втория - целия маршрут се задава оот подателя и ако той не може да бъде спазен дейтаграма се унищожава.

Понастоящем се използват следните два флага:

(4 байта) - специфицира IР-адреса па хоста-подател;

- специфицира IР-адреса на хоста- , получател.
1.2. Управление на фрагментацията.

В повечето локални и глобални мрежи се дефинира понятието „максимален размер на полето <данни>" на кадъра (пакета) на мрежата. Тази величина се нарича „максимална транспортна, единица" (МTU – Maximum Transport Unit). За различните мрежи тя има различно значение: за Еthernet -около 1500 В, за FDDI - около 4500 В, за Х.25 - 4096 В (по подразбиране 128 В), за Frame Relay - 1600 В, за АТМ - 48 В и т.н.

Тъй като маршрутът на IР-дейтаграмите може да преминава през различни подмрежи, една от функциите на протокола IР е фрагментирането на дейтаграмите (които са с дължина по-голяма от MTU на следващата подмрежа) на по-малки пакети (фрагменти) със създаване на съответните служебни полета, необходими за дефрагментирането им в хоста-получател.

Нека разгледаме случай, когато компютър 1, свързан към мрежа 1 (тип FDDI), трябва да предаде данни към компютър 2, свързан към мрежа 2 (тип Ethernet), а двете мрежи са свързани чрез IР-маршрутцзатор (фиг. 1).

В мрежовия слой на компютър 1 постъпват ТСР-сегменти от транспортния му слой с размер, по-малък от размера на MTU на мрежа 1 (FDDI), към която е свързан компютър 1, за да могат да бъдат пренесени в последствие от нейните кадри. Нека поредният ТСР-сегмент е с размер 3900 В < 4500 В = MTUFDDI. Мрежовият слой вмъква този ТСР-сегмент в полето <данни> на една IР-дейтаграма. Така общият размер на тази дейтаграма става 20 В (заглавна част) + 3900 В (поле <данни>) = 3920 В < 4500 В = MTUFDDI, т.е. тази дейтаграма може да бъде пренесена от един FDDI-кадър. По-нататък каналният слой (К1) опакова тази дейтаграма в FDDI-кадър и след получаване на достъп до общата среда (захващаме на маркера) изпраща този кадър към IР-маршрутизатора.

Каналният слой (модул К1) на маршрутизатора извлича IР-дейтаграмата от полето <данни> на получения FDDI-кадър и я предава към мрежовия му слой. По указания в заглавната част на дейтаграмата IР-адрес на хоста-получател (компютър 2) мреженият слой разбира, че тази деитаграма трябва да се предаде към мрежа 2 (Ethernet), която има MTU = 1500 В, което е по-малко от размера на дейтаграмата (3920В).

Фиг. 1. Фрагментиране на IP- дейтаграми при предаване между мрежи с различни MTU

Затова мрежовият слой на маршрутизатора разделя тази дейтаграма (по-точно нейното поле <данни>) на три равни части (фрагменти) по 1300 В, след което установява в първите два фрагмента признак за фрагментация (MF=1), а в третия - MF=0, с което показва, че това е последният фрагмент на изходната IР-дейтаграма. Освен това мрежовият слой присвоява едно и също значение (например, 567) на полето < идентификатор на пакета> (в заглавната част на отделните фрагменти), показващо, че това са фрагменти на една и съща изходна IР-дейтаграма. В първия фрагмент полето <изместване на фрагмента > има значение 0, във втория - 1300, а в третия - 2600. Всеки фрагмент представлява една нова (по-малка) IР-дейтаграма със собствена заглавна част, чиито полета имат, същите значения както полетата на заглавната част на изходната дейтаграма, с изключение, на полетата < идентификатор на пакета > и < изместване на фрагмента>. Така общият размер на всеки един фрагмент става 1300 + 20 = 1320 В < 1500 В, т.е. всеки фрагмент се вмества в полето <данни> на кадъра на мрежа 2 (Ethernet).

След това каналният слой (модул К2) на маршрутизатора опакова всеки един от тези фрагменти в съответен Еспегпе1-кадър и по мрежа 2 тези кадри достигат до компютър 2. Каналният слой (К2) на този компютър извлича отделните фрагменти, от полето <данни> на съответните кадри и ги предава към мрежовия слой, който ги обединява в изходната IР-дейтаграма, след което възстановява формирания от компютър 1 ТСР-сегмент, конто се предава към транспортния слой на компютър 2 за по-нататъшна обработка.

Ако фрагментите са пристигнали в разбъркан ред, то полето <изместване на фрагмента> ще покаже правилния ред за тяхното обединение. След пристигане на първия фрагмент на изходната IР-дейтаграма в компютъра 2 се стартира таймер, който определя максимално допустимото време за пристигане на останалите фрагменти на дейтаграмата. Ако времето изтече преди пристигането на последния фрагмент, то всички останали получени фрагменти се отхвърлят, и на компютър 1 се изпраща IСМР -съобщение за грешка.

Необходимо е да се отбележи, че IР-маршрутизаторите не обединяват фрагментите в по-големи пакети, даже ако следващата мрежа позволява такова действие (т.е. ако е с по-голяма MTU от предходната мрежа). Това е следствие на факта, че отделните фрагменти на съобщението могат да се предават в интермрежата по различни маршрути, т.е. няма гаранция, че всички фрагменти преминават през един н същ маршрутизатор.

1.3 Развитие на протокола IР - IР версия 6 (IРv.6)

Съществуват ред обстоятелства, налагащи модифицирането на протокола IР:

	повишаване на производителността на компютрите и комуникационната техника;
	появата на нови приложения (мултимедийни), за които трябва да има механизми за резервиране на честотната лента (както при WAN-стандартите АТМ и Frame Relay);
	необходимост от разширяване на адресното пространство на Internet (при IР-версия 4 то е само 232);
	появата на нови стратегии за администриране.

В тази връзка е разработена нова (шеста) версия на протокола IР - [Ру.б (или IРп§). Тя използва основните принципи на старата версия IV.4, т.е. дейтаграмен режим на предаване, фрагментация на дейтаграмите, разрешение подателят да задава максимален брой скокове за своите пакети. Разликите - между двете версии са в детайлите. Някои от нововъведенията на IРv.б са следните:

използват се 4 пъти по-дълги адреси (т.е. 16-байтови адреси), благодарение на което адресното пространство се увеличава 2⁹⁶ пъти;

използва се гъвкав формат на заглавната част. Вместо фиксирани полета с фиксиран размер (както с при IРv.4 с изключение на полето <опции>), IРv.б използва базова заглавна част с фиксиран формат плюс набор от незадължителни полета с различен формат;

има възможност за резервиране на пропускателна способност, което заменя механизма с класове на обслужване на четвъртата версия;

поддържане на бъдещо разширяване на IР-протокола във вид на допълнителни функции;

не се използва контролна сума за проверка на грешки, възникнали при предаването, т.е. отсъства контрол на грешките.
В IРv.б се използват следните типове адреси:

1) индивидуален адрес тип „unincast” - определя отделен възел (компютър или порт на маршрутнзатор). IР-деитаграмата трябва да се достави на възела по най-краткия маршрут;

2) групов адрес тип „cluster” - определя група възли, които имат обща адресна представка (например, включенн са в една и съща физическа мрежа). IР-дейтаграмата трябва Да се достави до групата по най-краткия път, а след това да се предаде само на един от членовете на групата (например, най-близкия);

3) групов адрес тип „multicast” - определя набор от възли, възможно от различни мрежи. Копие от IР-дейтаграмата трябва да се достави до всеки възел.

IРv.б-адресите се делят на класове в зависимост от значенията на старшите битове на адреса (както при IРv.4), като голяма част от класовете са запазени за бъдещо използване. Най-интересен е класът на доставчиците на Internet (Provider-Assigned Uncast):

010

Идентификатор на доставчика

Индетификатор на абоната

Идентификатор на подмрежата

Идентификатор на хоста

Табл. 2. Разделение на IPv.6 адресите на класове в зависимост от
значението на старшите битове на адреса

На всеки Internet - доставчик се назначава уникален идентификатор, с който се маркират всички поддържани от него мрежи. След това доставчикът сам назначава уникални идентификатори на своите абонати, а абонатът сам дава идентификатори на своите подмрежи и техните хостове. Абонатът може да използва и техниката на подмрежовите маски за по-нататъшно деление на полето < идентификатор на подмрежата> на по-малки полета. По този начин схемата на адресация се доближава до телефонната номерация и Х.25-адресит.

Йерархията на адресните полета дава възможност на магистралните маршрутизатори да работят само със старшите части на адреса, с което се повишава производителността им. В същото време останалите полета се обработват от маршрутизаторите на абоната. В полето < идентификатор на хоста > може да се записва направо МАС-адреса му (6 байта). За съвместимост с IРv.4-адресите има отделен клас, съдържащ двоични нули в старшите 12 байта, и IРv.4-адреса - в младшите 4 байта. Между две IР- мрежи (едната поддържаща v.6, а другата - v.4) трябва да се намира маршрутизатор, транслиращ единия вид адреси в другия и обратно. Друга възможност е да се използва мултиплексиране на протоколите IРv.4 и IРv.б в крайните възли.

Когато разтоянието между възлите в една локална мрежа е голямо, се използват повторители, които възтановяват по форма и усилват сигналите, преминаващи от един сегмент на мрежата в друг. При физическа топология „звезда” отделните мрежови възли се свързват към концентратор (преобразувател – hub), който изпълнява ролята на множествен повторител. Концентраторите могат да се свързват помежду си йерархично по нива (максимум 3 нива).

На първо ниво трябва да има само един концентратор, наречен главен, който работи като множествен повторител. Останалите концентратори имат горен порт за свързване към концентратор от по-високо ниво и няколко долни порта за свързване към концентратор от по ниско-ниво, сървър или работна станция. Когато постъпи кадър от горния порт, той се предава към всички долни портове. Когато постъпи кадър от някой долен порт, той се предава към горния порт. По този начин се съхранява топологията логическа шина. При това трябва да се спазва правилото, че между всеки два възела в мрежата трябва да има масксимално 4 концентратора. Този брой е различен за различните стандарти. Когато това правило се наруши, концетраторът се заменя с комутатор.

Една от най-важните възможности на локалните мрежи по стандарта Ethernet е, че могат да използват комутатори, при което преносната среда престава да бъде обща. Комутаторите се използват, когато локалната мрежа е претоварена. Чрез тях се увеличава капацитета на локалната мрежа.

Комутаторът е устройство с високоскоростното вътрешна комутационна матрица, състояща се обикновено от 4 до 32 линийни платки, всяка с до 8 порта за свързване на отделни мрежови възли – сървъри, работни станции, мултиплексори или сегменти от локална мрежа. Когато постъпи кадър на някои от портовете, комутаторът проверява адреса на получателя и ако той е на същата платка се предава директно, а когато е от друга платка го комутира. За да се реши въпросът с конфликтите, се разрешава в един момент от времето всяка платка да участва само в една комуникация. Понякога портовете на платките се буферират и при конфликт записаните кадри изчакват следващ интервал.

Във всеки момент комутаторът създава динамични съединения между отделните портове с определена скорост (10 или 100 Mb/s), по които се предават кадрите. Възможно е да има стотици паралелни съединения без те да си влияят.

Каталог: files -> files
files -> Р е п у б л и к а б ъ л г а р и я
files -> Дебелината на армираната изравнителна циментова замазка /позиция 3/ е 4 см
files -> „Европейско законодателство и практики в помощ на добри управленски решения, която се състоя на 24 септември 2009 г в София
files -> В сила oт 16. 03. 2011 Разяснение на нап здравни Вноски при Неплатен Отпуск ззо
files -> В сила oт 23. 05. 2008 Указание нои прилагане на ксо и нпос ксо
files -> 1. По пътя към паметник „1300 години България
files -> Георги Димитров – Kreston BulMar
files -> В сила oт 13. 05. 2005 Писмо мтсп обезщетение Неизползван Отпуск кт

Изтегляне 325.33 Kb.

Сподели с приятели: