Распределение коммуникационных устройств в соответствии с семиуровневой моделью OSI. Повторители и концентраторы

2.1.5 Представительный уровень 

Представительный уровень OSI, как правило, является просто проходным  протоколом для информации из соседних уровней. Хотя многие считают, что Abstract Syntax Notation 1 (ASN.1) (Абстрактное представление синтаксиса) является протоколом представительного уровня OSI, ASN.1 используется для выражения форматов данных в независимом от машины формате. Это позволяет осуществлять связь между прикладными задачами различных компьютерных систем способом, прозрачным для этих прикладных задач.

 

2.1.6 Прикладной уровень

 

 

 

 

 

Прикладной уровень ОSI включает действующие протоколы прикладного уровня, а также элементы услуг прикладного уровня (application service elements - ASE). ASE обеспечивают легкую связь протоколов прикладного уровня с низшими уровнями. Тремя наиболее важными ASE являются элементы услуг управления ассоциацией (Association Control Service Element - ACSE), элемент услуг получения доступа к операциям отдаленного устройства (Remote Operations Service Element - ROSE) и элемент услуг надежной передачи (Reliable Transfer Service Element - RTSE). При подготовке к связи между двумя протоколами прикладного уровня ACSE объединяет их имена друг с другом. ROSE реализует родовой механизм "запрос/ответ", который разрешает доступ к операциям отдаленного устройства способом, похожим на вызовы процедуры обращений к отделенной сети (remote procedure calls - RPC). RTSE способствует надежной доставке, делая конструктивные элементы сеансового уровня легкими для использования.

 

2.2 Маршрутизация  OSI

При содействии Международной Организации  по Стандартизации (ISO) уже разработаны  или разрабатываются в настоящее  время несколько протоколов маршрутизации. ISO ссылается на Протокол Обмена Внутридоменной Маршрутизации Промежуточных Систем (Intermediate System to Intermediate System Intra-Domain Routing Exchange Protocol (IS-IS)) как на ISO 10589. Двигательной силой стандартизации ISO документа IS-IS был комитет Х.3S3.3 Американского Национального Института Стандартов (ANSI), занимающийся сетевым и транспортным уровнями.

Объединенные сети OSI используют уникальную терминологию. Термин "конечная система" (end system - ES) относится к любому узлу сети, который не занимается маршрутизацией; термин "промежуточная система" (intermediate system-IS) относится к роутеру. На этих терминах базируются протоколы OSI ES-IS (который позволяет ES и IS находить друг друга) и IS-IS (который обеспечивает маршрутизацию между IS).

 

2.2.1 Протокол ES-IS

 

ES-IS в большей мере является  протоколом обнаружения, чем протоколом  маршрутизации. Через ES-IS системы  ES и IS узнают друг о друге.  Этот процесс известен как  конфигурация (configuration). Т.к. конфигурация должна иметь место прежде, чем может начаться маршрутизация между ES, протокол ES-IS рассматривается в первую очередь.

ES-IS различает три разных типа  подсетей:

• Point-to-point subnetworks

Двухточечные подсети. Обеспечивают непосредственное соединение между двумя системами. Большинство последовательных каналов глобальной сети являются двухточечными сетями.

 

 

 

 

 

• Broadcast subnetworks

Широковещательные подсети. Направляют отдельное физическое сообщение  во все узлы данной подсети. Примерами  широковещательных подсетей являются Ethernet и IEEE 802.3.

• General-topology subnetworks

Подсети с общей топологией. Поддерживают произвольное число систем. Однако в отличие от широковещательных  подсетей, величина затрат на передачу по какому-нибудь маршруту n непосредственно связана с размерами данной подсети в подсети с общей топологией. Примером подсети с общей топологией является Х.25.

Информация конфигурации передается через определенные интервалы времени  с помощью сообщений двух типов. Приветственные сообщения ES (Es hello messages - ESHs) генерируются ES и отправляются в каждую IS данной подсети. Приветственные сообщения IS (IS hello messages - ISH) генерируются IS и отправляются всем ES данной подсети. Эти приветственные сообщения в основном предназначены для переноса адресов подсетей и адресов сетевого уровня тех систем, которые генерируют их.

ES-IS переносит как адреса  сетевого уровня, так и адреса  подсетей. Адреса сетевого уровня OSI идентифицируют либо точку  доступа к услугам сети (NSAP), которая  представляет собой интерфейс между уровнями 3 и 4, либо титул объекта сети (NET), который является объектом сетевого уровня в OSI IS. Адреса подсетей OSI (иногда называемые адресами точки подключения подсети - subnetwork point of attachment - SNPA) являются точками, в которых ES или IS физически подключена к какой-нибудь подсети.

2.2.2 IS-IS

 

IS-IS является протоколом маршрутизации  с указанием состояния канала. В этом роли он передает  по сети лавинной адресацией  информацию о состоянии канала  для построения полной, последовательной  картины топологии сети.

2.2.3 Иерархия маршрутизации

 

Для упрощения схемы и работы роутера IS-IS различает IS уровней 1 и 2. IS уровня 1 могут сообщаться с другими IS уровня 1, находящимися в той же области. IS уровня 2 могут сообщаться с IS других областей. Т.е. IS уровня 1 формируют  области уровня 1; IS уровня 2 осуществляют маршрутизацию между областями  уровня 1.

IS уровня 2 формируют стержень внутридоменной маршрутизации. Другими словами, IS уровня 2 могут попасть в другие IS уровня 2 путем пересечения только IS уровня 2. Наличие такого стержня упрощает схему, т.к. в этом случае IS уровня 1 нужно уметь только попадать в ближайший IS уровня 2, что можно увидеть из рисунка А.6.

 

 

 

 

Протокол стержневой маршрутизации  может также вносить изменения, не оказывая влияния на протокол внутриобластной  маршрутизации.

2.2.4 Сообщение между ES

Маршрутизация OSI выполняется следующим  образом. Каждая ES принадлежит конкретной области. ES обнаруживают ближайшую IS путем прослушивания пакетов ISH. Если какая-нибудь ES захочет отправить пакет в другую ES, она направляет пакет в одну из IS сети, к которой она непосредственно подключена. Роутер просматривает адрес пункта назначения и продвигает пакет по наилучшему маршруту.

Каждая IS генерирует корректировку, определяющую ES и IS, с которыми она соединена, а также связанные с ней показатели. Эта корректировка отправляется во все соседние IS, которые продвигают ее своим соседям, и т.д. (лавинная адресация). Номера последовательностей прекращают лавинную адресацию и отличают старые корректировки от новых. Т.к. каждая IS получает корректировки о состоянии канала от всех других IS, то каждая IS может построить полную базу данных всей топологии сети. При изменении топологии отправляются новые корректировки.

2.2.5 Интегрированный IS-IS

Интегрированный IS-IS является одной  из версий IS-IS, которая использует один алгоритм маршрутизации для поддержки  нескольких протоколов сетевого уровня, а не только одного протокола CLNP. Интегрированный IS-IS иногда называют двойственным IS-IS (Dual IS-IS).

Пакеты IS-IS дополнены несколькими  полями, что позволяет IS-IS поддерживать дополнительные сетевые уровни. Эти  поля сообщают роутерам следующую информацию:

• досягаемость сетевых адресов из других комплектов протоколов;
• какие протоколы поддерживаются, и какими роутерами;
• другую информацию, необходимую для какого-нибудь конкретного комплекта протоколов.

Интегрированный IS-IS представляет один из двух способов поддержки в роутере  нескольких протоколов сетевого уровня.

 

2.3 Повторители и концентраторы

 

2.3.1 Основные характеристики

 

Одной из первых задач, которая  стоит перед любой технологией  транспортировки данных, является возможность  их передачи на максимально большое  расстояние.

 

 

 

Физическая среда накладывает  на этот процесс свое ограничение - рано или поздно мощность сигнала  падает, и прием становится невозможным. При этом не имеет значения абсолютное значение амплитуды - для распознавания  важно соотношение сигнал/шум.

Привычное для аналоговых систем усиление не годится для высокочастотных  цифровых сигналов. Разумеется, при  его использовании какой-то небольшой  эффект может быть достигнут, но с  увеличением расстояния искажения  быстро нарушат целостность данных.

Данная проблема рассматривалась и ранее, и в таких ситуациях применяют не усиление, а повторение сигнала. При этом устройство на входе должно принимать сигнал, далее распознавать его первоначальный вид, и генерировать на выходе его точное подобие. Такая схема в теории может передавать данные на сколь угодно большие расстояния (если не учитывать особенности разделения физической среды в Ethernet).

Первоначально в Ethernet использовался коаксиальный кабель с топологией "шина", и нужно было соединять между собой всего несколько протяженных сегментов. Для этого обычно использовались повторители (repeater), имевшие два порта. Несколько позже появились многопортовые устройства, называемые концентраторами (concentrator). Их физический смысл был точно такой же, но восстановленный сигнал транслировался на все активные порты, кроме того, на тот, с которого пришел сигнал.

С появлением протокола 10baseT (витой пары) для избежания терминологической путаницы многопортовые повторители для витой пары стали называться хабами (hub), а коаксиальные - репитерами.

 

2.3.2 Особенности работы  концентраторов

 

Первое, что необходимо отметить - концентраторы работают на физическом уровне модели OSI. Поэтому для них  совершенно безразлично, какие протоколы  более высоких уровней используются в сети. Идеология проста и поэтому  достаточно надежна. Все порты хаба равноправны, никакой логической обработке сигнал не подвергается, не буферизируется, коллизии не обрабатываются (только фиксируются их наличие на индикации некоторых моделей устройств).

Есть несколько простейших операций, которые делаются большинством концентраторов в автоматическом режиме.

• автосегментация, иначе говоря, автоматическое включение или отключение порта. Порт, к которому подсоединена неисправная линия, или не подключено какое-либо активное устройство, считается свободным и находится в неактивном режиме. При обнаружении устройства работоспособность порта восстанавливается.
• показывают состояние портов (или устройства в целом) на светодиодных индикаторах. Единого подхода к индикации нет, но распространены следующие: состояние портов, наличие коллизий, активность канала передачи и наличие питания;

 

 

 

 

• обнаруживают ошибку полярности (перепутаны проводники внутри пары) при использовании витопарного кабеля, и автоматически ее переключают.

Как повторители, так и  концентраторы можно использовать в качестве отдельного устройства, или соединять друг с другом, увеличивая размер сети и усложняя топологию.

В этом есть некоторые плюсы - полная прозрачность перед протоколами  более высоких уровней и прямая доступность всех узлов. Но недостатки разделяемой среды тоже видны в полной мере. Все устройства, подключенные к сети, построенной на хабах, видят весь сетевой трафик. Данные, адресованные другому узлу, принимаются, анализируются, по крайней мере на уровне заголовка кадра, и только после этого отбрасываются.

По скорости можно различить  хабы 10baseT и 100baseT. Часто встречаются смешанные конструкции, которые работают на полную скорость только в том случае, если соединены только с оборудованием 100baseT. Последнее легко объяснимо - при разных скоростях на разных портах неизбежно придется каким-то образом обрабатывать данные, и накапливать их в специальном буфере.

 

2.3.3 Назначение и классификация  концентраторов

 

Основное назначение концентраторов (хабов) - это объединение территориально сосредоточенных рабочих мест в рабочую группу. Но вполне возможно использование хабов в качестве ретрансляторов между удаленными сетями или связи нескольких рабочих групп. Схема применения хабов указана на рисунке А.8.

Из-за отсутствия в концентраторах каких либо механизмов обеспечения безопасности, гарантированной скорости, их применение рационально только в части сети, где существуют общие требования по этим важным параметрам.

По сложности, можно разделить  концентраторы на следующие классы:

• начальный уровень. 5-ти или 8-ми портовые концентраторы. При небольшой стоимости ($30-50) являются простым и дешевым решением для сети небольшого размера.
• средний уровень. Это 12-ми, 16-ти и 24-х портовые устройства. Такое решение позиционируют для построения средних и малых сетей. Однако, в связи с стремительным снижением цен на коммутаторы, вытеснение хабов из этой технической ниши можно считать завершившимся делом.
• управляемые концентраторы. В настоящее время практически не применяются.
• хабы 10/100.. Поэтому появились хабы, содержащие коммутатор между 10 и 100 мегабитными шинами. Получилось достаточно удобная и не дорогая конструкция. Но широкого распространения она просто не успела получить, так как была полностью вытеснена дешевыми неуправляемыми свитчами.