Типы компьютерных сетей (классификация компьютерных сетей). ЧТо такое объединенная сеть? Принципы объединения сетей на основе протоколов сетевого уровня

Аладышев О. С., Биктимиров М. Р. , Жижченко М. А., Овсянников А. П. , Опалев В. М., Шабанов Б. М., Шульга Н. Ю.

Смирнов С. Н. , Захаров А. В., Рачков Р. В. и др. Финансовая инженерия, риск-менеджмент и актуарная наука. WP16. Высшая школа экономики, 2007. № WP16/2007/03.

Sablin I. , Kuchinskiy A. , Korobeinikov A. et al. Heidelberg: HeiDATA: Heidelberg Research Data Repository, University of Heidelberg, 2015.

The geographic information system (GIS) is based on the first and only Russian Imperial Census of 1897 and the First All-Union Census of the Soviet Union of 1926. The GIS features vector data (shapefiles) of allprovinces of the two states. For the 1897 census, there is information about linguistic, religious, and social estate groups. The part based on the 1926 census features nationality. Both shapefiles include information on gender, rural and urban population. The GIS allows for producing any necessary maps for individual studies of the period which require the administrative boundaries and demographic information.

Брюно А. Д. , Парусникова А. В. Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наук, 2011. № 18.

В данной работе рассматривается пятое уравнение Пенлеве, которое имеет 4 комплексных параметра. Методами степенной геометрии ищутся асимптотические разложения его решений в окрестности его неособой точки z=z0, z0≠0, z0≠∞, при любых значениях параметров уравнения. Показано, что имеется ровно 10 семейств разложений решений уравнения. Все они - по целым степеням локальной переменной z - z0. Из них одно новое; у него произвольный коэффициент при четвертой степени локальной переменной. Одно из семейств однопараметрическое, остальные - двухпараметрические. Доказано, что все разложения сходятся в окрестности (а являющиеся полюсами - в проколотой окрестности) точки z=z0.

В работе рассмотрены два варианта калибровок валков для прокатки прутка круглого сечения диаметром 20 мм из прутка диаметром 55 мм. Первый – классическая калибровка «овал - круг». Второй – комбинация прокатки на гладкой бочке и в круглых калибрах. С помощью аналитических уравнений были рассчитаны черновые варианты калибровок. Полученные формы калибровок использовались при моделировании процесса прокатки в программном комплексе SPLEN(Rolling). По результатам моделирования производилась корректировка зазоров между валками с целью улучшения силовых характеристик и предотвращения переполнения или невыполнение калибров на последнем переходе.

Парусникова А. В. , Брюно А. Д. Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наук, 2010. № 39.

В данной работе рассматривается пятое уравнение Пенлеве, которое имеет 4 комплексных параметра α, β, γ, δ. Методами степенной геометрии ищутся асимптотические разложения его решений при x → ∞. При α≠0 найдено 10 степенных разложений с двумя экспоненциальными добавками каждое. Шесть из них - по целым степеням x (они были известны), и четыре по полуцелым (они новые). При α=0 найдено 4 однопараметрических семейства экспоненциальных асимптотик y(x) и 3 однопараметрических семейства сложных разложений x=x(y). Все экспоненциальные добавки, экспоненциальные асимптотики и сложные разложения найдены впервые. Также уточнена техника вычисления экспоненциальных добавок.

Особенности объединенной сети

Безусловно, сама идея создания набора универсальных служб очень важна. Однако на ней не оканчивается список идей, которые было бы неплохо реализовать в объединенной сети, поскольку универсальным службам можно найти множество применений. При постановке задачи преследовалась цель скрыть от пользователя особенности низкоуровневой структуры объединенной сети. Другими словами, мы не хотим заставлять конечного пользователя или прикладную программу учитывать низкоуровневые особенности аппаратного обеспечения при использовании объединенной сети. Кроме того, нежелательно, чтобы взаимодействие зависело от топологии объединенной сети. В частности, добавление новой сети к системе не должно быть связано с ее подключением к центральному узлу коммутации или с прокладкой физических каналов связи ко всем существующим сетям. Идея заключается в том, чтобы можно было передавать данные между компьютерами отправителя и получателя по промежуточным сетям, даже если последние напрямую не соединены с сетями, в которых находятся взаимодействующие абоненты. Также желательно, чтобы всем компьютерам объединенной сети назначался универсальный набор идентификационных параметров, которые можно считать их именами , или адресами .

В концепцию унифицированной объединенной сети также следует включить идею независимости пользовательского интерфейса от сети. Другими словами, нужно сделать так, чтобы набор действий, выполняемых при установке соединения или передаче данных, всегда оставался однотипным и не зависел от типа используемой сетевой технологии и компьютера получателя. Само собой разумеется, что при создании или использовании прикладных программ, взаимодействующих друг с другом, пользователь не должен вникать в тонкости топологии связанной сети.

Структура объединенной сети

В предыдущих разделах были рассмотрены способы подключения компьютеров к самостоятельным сетям. Теперь возникает закономерный вопрос: “Как соединить между собой эти сети, чтобы они составляли единую сеть?” Ответ на него состоит из двух частей. Физически две сети можно соединить только при помощи компьютера, который подключен к обеим из них. Однако физическое соединение не обеспечивает межсетевое взаимодействие, идея которого была высказана выше. Причина в том, что подобное соединение не может гарантировать взаимодействие компьютеров, находящихся в разных сетях. Для того чтобы объединенная сеть заработала, необходимо выделить специальный компьютер, который будет передавать пакеты из одной сети в другую. Компьютеры, связывающие две сети и выполняющие пересылку пакетов между ними, называются межсетевыми шлюзами (internet gateways) или маршрутизаторами 1 (internet routers) .

В качестве примера рассмотрим объединение двух физических сетей, изображенных на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Пример объединения двух физических сетей с помощью маршрутизатора R (1Р-шлюза)

Как видно из рисунка, маршрутизатор R подключен как к сети 1, так и к сети 2. Поскольку R является маршрутизатором, он должен перехватывать все пакеты, посланные из сети 1 компьютеру, находящемуся в сети 2, и выполнять передачу этих пакетов между сетями. Аналогично, маршрутизатор R должен перехватывать пакеты, посланные из сети 2 компьютеру находящемуся в сети 1, и выполнять передачу этих пакетов между сетями.

На рис. 5.1. физические сети обозначены в виде облака; этим подчеркивается, что не имеет значения, какое сетевое оборудование в них используется. Эти сети могут быть как локальными, так и глобальными, причем количество компьютеров в них может быть любым.
1. Раньше в литературе часто можно было встретить термин IP- шлюз (IP gateway) . Поскольку этот термин прижился у производителей сетевого оборудования, мы иногда будем им пользоваться как синонимом.

Объединение сетей с помощью IP-маршрутизаторов

Хотя на рис. 5.1 продемонстрирован основной принцип объединения сетей, все же показанную конфигурацию сетей можно считать очень упрощенной. На самом деле сложные объединенные системы состоят из большого количества сетей и маршрутизаторов. При этом каждый маршрутизатор должен обладать информацией о топологии объединенной системы, находящейся за пределами той сети, к которой он подключен.

Давайте рассмотрим в качестве примера объединение трех сетей с помощью двух маршрутизаторов (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Пример объединения трех сетей с помощью двух маршрутизаторов

В этом примере маршрутизатор R 1 должен передавать из сети 1 в сеть 2 все пакеты, предназначенные для компьютеров, которые подключены как к сети 2, так и к сети 3. А теперь представьте себе большую объединенную сеть, состоящую из множества сетей. Очевидно, что в последнем случае принятие решения маршрутизатором о том, куда направлять пакеты, становится более сложной задачей.

На первый взгляд маршрутизаторы кажутся очень простыми устройствами, но от этого их значение не становится меньше, поскольку они обеспечивают средства для объединения сетей, а не просто отдельных компьютеров. Таким образом, только что мы установили важный принцип создания объединенной сети.

При создании объединенной сети на основе семейства протоколов TCP/IP, взаимодействие между сетями обеспечивают специальные компьютеры, называемые IP- маршрутизаторами , или I Р - шлюзами .

Может показаться, что устройства, направляющие пакеты к получателям, должны быть мощными компьютерами с достаточным объемом внутренней и внешней памяти для хранения информации о каждой подключенной к объединенной сети машине. На самом деле маршрутизаторы, используемые в сетях TCP/IP, как правило, являются небольшими компьютерами. Часто они имеют жесткий диск небольшого размера и весьма скромный объем оперативной памяти. Это возможно благодаря тому, что маршрутизация пакетов выполняется в соответствии с приведенным ниже правилом.

При перенаправлении пакетов маршрутизаторы, используют не адрес получателя пакета, а адрес сети, в котором расположена машина получателя.

Таким образом, если при перенаправлении пакетов исходить из адреса сети, то количество информации, которое должен хранить маршрутизатор, будет пропорционально количеству сетей в объединении, а не количеству подключенных к ним машин.

Поскольку маршрутизаторы играют основную роль в межсетевом взаимодействии, мы еще вернемся к ним в следующих разделах и подробнее опишем принцип их работы и методы, с помощью которых они получают маршрутную информацию. А пока можно считать, что существует реальная возможность хранить в каждом маршрутизаторе объединенной сети информацию о маршрутах следования пакетов ко всем ее сетям. Кроме того, мы будем полагать, что средства взаимодействия между физическими сетями обеспечиваются только с помощью маршрутизаторов.

Преимущества взаимодействия на сетевом уровне

Напомним, что семейство протоколов TCP/IP было разработано для обеспечения универсального взаимодействия между компьютерами, не зависящего от типов конкретных сетей, к которым эти компьютеры подключены. Поэтому с точки зрения пользователя такая объединенная сеть выглядит как единая виртуальная сеть, к которой подключаются все компьютеры. При этом детали конкретного физического подключения не имеют значения. Поэтому, чтобы облегчить конечному пользователю понимание механизма взаимодействия, объединенная сеть должна представляться в виде единой сети, а не совокупности отдельных сетей, как показано на рис. 5.3 (а). Для реализации такого подхода маршрутизаторов, связывающих физические сети, недостаточно. На каждом компьютере объединенной сети должно быть установлено также специальное программное обеспечение, с помощью которого прикладные программы смогут использовать объединенную сеть так, как если бы это была одна физическая сеть.

Рис. 5.3. Объединенная сеть TCP/IP с точки зрения конечного пользователя - предполагается, что каждый компьютер подключен к одной большой сети (а); схема подключения физических сетей с помощью маршрутизаторов (б)

Таким образом, преимущества взаимодействия на сетевом уровне понятны. Поскольку для прикладных программ, взаимодействующих между собой по объединенной сети, не имеет значения какова внутренняя структура механизма организации соединений, они могут запускаться без каких бы то ни было изменений на любом компьютере. Кроме того, так как детали физического подключения каждого компьютера к сети обрабатывает специальное межсетевое программное обеспечение, то при изменении топологии сети (добавлении или удалении каналов связи), изменения вносятся только в сетевые программы. Фактически становится возможным оптимизировать внутреннюю структуру объединенной сети за счет изменения топологии физических каналов связи даже без остановки выполнения прикладных программ.

Второе преимущество взаимодействия на сетевом уровне заключается в его удобстве. Пользователи не должны знать структуру сетевых подключений и какие потоки данных по ним передаются. При написании прикладных программ, взаимодействующих по сети, физическую структуру сетевых подключений можно не учитывать. По сути, сетевые администраторы могут свободно изменять внутреннюю структуру объединенной сети, не изменяя прикладное программное обеспечение на большинстве компьютеров, подключенных к ней. Естественно, что при перемещении компьютера в другую физическую сеть придется изменить настройки его сетевого программного обеспечения.

Как видно из рис. 5.3 (б) между некоторыми парами сетей может не быть прямого соединения, обеспечиваемого маршрутизаторами. Поэтому для взаимодействия двух компьютеров, расположенных в таких сетях, нужно передавать пакеты через несколько маршрутизаторов и несколько промежуточных сетей.

Таким образом, взаимодействующие сети можно сравнить с большой автомагистралью между городами. Каждая сеть берет на себя обязательство передавать транзитные потоки данных по своим каналам связи в обмен на право посылать в объединенную сеть собственный трафик. При этом рядовые пользователи могут и не подозревать, что по их локальной сети проходит дополнительный трафик.

Все сети равноправны

Ранее был приведен краткий обзор сетевого оборудования, которое может использоваться для создания взаимодействующих между собой сетей TCP/IP, и продемонстрировано большое разнообразие существующих сетевых технологий. Выше отмечалось, что объединенная сеть состоит из набора связанных между собой равноправных сетей. На данный момент важно уяснить основной принцип: с точки зрения объединенной сети любая коммуникационная система, способная передавать пакеты, рассматривается как одна сеть, независимо от ее пропускной способность, задержек при передаче пакетов, максимального размера пакета и географической протяженности. В частности, на рис. 5.3 (б) физические сети обозначены небольшими облачками одинакового размера, поскольку, несмотря на их отличия, с точки зрения семейства протоколов TCP/IP они считаются равноправными. Следовательно можно сделать важный вывод.

С точки зрения семейства протоколов TCP/IP все сети являются равноправными. Одной сетью считается и локальная сеть Ethernet, и глобальный магистральный канал и двухточечное соединение между двумя компьютерами.

Пользователь, не разбирающийся в структуре межсетевых взаимодействий, может не понять такого упрощенного подхода к сетям. По существу в семействе протоколов TCP/IP определено абстрактное понятие “сети”, которое не зависит от физических особенностей конкретной сети. Ниже будет показано, что подобная абстракция делает протокол TCP/IP чрезвычайно мощным средством взаимодействия.

Проверка знаний: Основы и структура межсетевого взаимодействия

Задание 1

Все ли сети являются равноправными с точки зрения семейства протоколов TCP/IP?

Задание 2

Продолжите верно фразу.

Системы, использующие промежуточные программы для реализации механизма взаимодействия, не могут гарантировать...

безопасность данных

надежный обмен данных

высокую пропускную способность

Задание 3

При перенаправлении пакетов маршрутизаторами, какой адрес они используют?

адрес отправителя пакета

адрес получателя пакета

адрес сети

Задание 4

Как называются компьютеры, связывающие две сети и выполняющие пересылку пакетов между ними?

администраторы

межсетевые шлюзы

концентраторы

Задание 5

Что делает чрезвычайно эффективным сетевой механизм?

низкоуровневое сетевое аппаратное обеспечение

наличие сильной системы безопасности

надежный обмен данных

Перемещение данных маршрутизаторами

Цель этого раздела - дать представление о процессах, происходящих при перемещении данных от системы к системе.

Мы обсудим роль протоколов в процессе маршрутизации и то, как они используются при передаче данных по сети.

В разделе рассматриваются следующие темы:

Маршрутизаторы и сетевые уровни.
Протоколы маршрутизации.
Механизмы маршрутизации.
Маршрутизируемые протоколы и протоколы маршрутизации.

Эти темы представляют широкий диапазон концепций, лежащих в основе процессов передачи данных в сетях. Понимание этих процессов поможет в усвоении материала последующих разделов, непосредственно касающихся маршрутизации и маршрутизируемых протоколов.

После прочтения данного раздела вы должны представлять себе полную картину процессов маршрутизации на многих уровнях. Мы будем рассматривать маршрутизацию с точки зрения модели OSI (Open Systems Interconnect - взаимодействие открытых систем) на уровне протоколов, пакетов и аппаратуры.

Этот раздел открывает путь к пониманию материала последующих разделов. Поняв, как маршрутизаторы перемещают данные, вы легко справитесь с настройкой Cisco IOS для работы с различными протоколами и обеспечения маршрутизации между разными средами.

Маршрутизаторы и сетевые уровни
Маршрутизация протокола
Заголовки протокола
Пакетирование данных
Механизм маршрутизации
Маршрутизация в простой сети
Маршрутизация в сложной сети
Таблицы маршрутов
Достижение конвергенции
Маршрутизируемые протоколы и протоколы маршрутизации
Проверка знаний: Перемещение данных маршрутизаторами

Маршрутизаторы и сетевые уровни

Все применяемые ныне сетевые протоколы передачи данных соответствуют одной общей спецификации. Эти протоколы были разработаны в соответствии с набором требований модели OSI.

Модель OSI - это универсальный каркас, на основе которого различные разработчики создают протоколы, способные взаимодействовать друг с другом. Благодаря такому общему набору правил компьютеры и другие устройства способны общаться между собой независимо от их производителей, разработчиков и платформ.

В обсуждении технологий маршрутизации основополагающей концепцией является способность к взаимодействию. При том количестве различных систем, протоколов и типов данных, которые встречаются в Интернете, производитель не в состоянии предугадать, где и как будут использоваться его маршрутизаторы.

Есть две фундаментальные причины, заставляющие строить все протоколы по одной общей схеме. Во-первых, разработчик, следуя заранее определенным указаниям по реализации протокола, не упустит из вида важных функций. Если, например, команда разработчиков начинает работу над новым транспортным протоколом, она должна следовать правилам, определенным для транспортного уровня модели OSI. Согласно правилам, этот протокол должен быть ориентированным на соединение и уметь (среди прочего) управлять потоком. Выполнив все эти требования, разработчики могут быть уверены в том, что их новый транспортный протокол сможет работать с любым устройством, совместимым с транспортным уровнем OSI. В скоординированной подобным образом среде облегчается создание сетей.

Маршрутизаторы тоже используют преимущества общего подхода. Процесс перемещения данных из одного места в другое полностью основан на принципах модели OSI и инкапсуляции протоколов. Маршрутизаторы Cisco работают на сетевом уровне модели OSI. Это позволяет им взаимодействовать с любым протоколом, соответствующим этой спецификации.

Способность маршрутизировать протоколы, относящиеся к определенному сетевому уровню, и фактическая маршрутизация каждого протокола - далеко не одно и то же. Другими словами, даже если маршрутизаторы Cisco теоретически и могут работать с любыми протоколами сетевого уровня OSI, это не означает, что IOS каждого конкретного маршрутизатора может быть настроена на выполнение таких операций. Маршрутизатор Cisco может оказаться неспособным обрабатывать некоторый протокол просто потому, что в IOS не предусмотрены необходимые настройки.

То, что все маршрутизаторы работают на сетевом уровне, имеет одно простое объяснение. Именно сетевой уровень отвечает за адресацию протокола. Следовательно, каждый протокол сетевого уровня должен иметь возможность обратиться (адресоваться) к любой доступной системе. Такие адреса и лежат в основе маршрутизации.

Чтобы лучше разобраться в концепциях маршрутизации, адресации и протоколов, приведем пример из повседневной жизни. Например, адрес в протоколе можно сравнить с адресом дома. Этот адрес определяет номер дома, улицу, город и штат:

123 Maple Street

Anytown, Massachusetts

Адрес дома однозначно определяет его местонахождение. Точно так же и компьютеры адресуются протоколами.

Адрес компьютера в некотором протоколе очень похож на адрес дома. Адрес определяет сеть, в которой находится компьютер и его номер. Для доставки любой информации, предназначенной этому компьютеру, достаточно знать его адрес.

Давайте рассмотрим сценарий, определяющий передачу информации от одного компьютера к другому. Если некто хочет послать письмо другу, живущему в соседнем штате, он должен выполнить определенные действия. Отправитель письма должен положить его в конверт. На лицевой стороне конверта следует написать адрес. Затем письмо необходимо отнести в ближайшее почтовое отделение.

В почтовом отделении, получив письмо, прочитают адрес, чтобы определить, куда его следует отправить. Местное почтовое отделение отправляет письмо в почтовое отделение получателя. Затем почтальон приносит письмо адресату на дом.

Не путайте протокольные адреса с физическими адресами. За физическую адресацию отвечает канальный уровень модели OSI. Физические адреса, в частности MAC-адрес, служат уникальными идентификаторами устройств и обычно назначаются аппаратно. Протокольные адреса, в свою очередь, назначаются протоколами и могут совпадать у различных устройств (желательно, чтобы эти устройства находились в разных сетях).

В то время как физический адрес устройства остается неизменным, протокольные адреса зависят от протоколов и могут меняться. Некоторые протоколы, например IPX, используют физический адрес как часть протокольного адреса. И все же не путайте их.

В нашем сценарии почтовое отделение соответствует маршрутизатору. Маршрутизатор читает адрес пункта назначения, присутствующий в каждом пакете, чтобы определить, куда должны отправиться данные. Но, как и почтовое отделение, маршрутизатор сможет прочитать адрес пункта назначения, только если он записан в определенном формате. Формат адреса определяется протоколом.

То есть в то время как маршрутизатор занимается доставкой информации из одного места в другое, протокол отвечает за то, чтобы эта информация была представлена в правильном формате.

Это поверхностное описание процесса маршрутизации выглядит не очень сложным. В действительности процесс не отличается от описанного. Но если бы все было так просто, не возникло бы необходимости в этом курсе.

Сложность процессов, связанных с маршрутизацией, начинает проявляться, когда мы решаем добавить к базовому алгоритму метрики и другие правила. Дополнительные правила - это то, за что маршрутизацию считают трудной для понимания. Рассмотрим базовые правила, оставив пока в стороне все сложности; вернемся к ним позже.

Далее поясняет назначение протоколов с точки зрения маршрутизации. Одна из функций, выполняемых протоколами, заключается в инкапсуляции передаваемых данных. Это значительно облегчает процедуру маршрутизации.

Компьютерные сети принято классифицировать по типам передачи данных (широковещательные, сети с передачей от узла к узлу) и по размеру (локальные, муниципальные и глобальные сети). Далее эти типы сетей рассматриваются более подробнее.

Классификация компьютерных сетей по типу передачи данных

Если смотреть в общих чертах, существует два типа технологии передачи:

широковещательные сети;
сети с передачей от узла к узлу.

Широковещательные сети

Широковещательные сети обладают единым каналом связи, совместно используемым всеми машинами сети. Короткие сообщения, называемые в некоторых случаях пакетами, которые посылаются одной машиной, получают все машины. Поле адреса в пакете указывает, кому направляется сообщение. При получении пакета машина проверяет его адресное поле. Если пакет адресован этой машине, она его обрабатывает. Пакеты, адресованные другим машинам, игнорируются.

В качестве иллюстрации представьте себе человека, стоящего в конце коридора с большим количеством комнат и кричащего: «Ватсон, идите сюда. Вы мне нужны». И хотя это сообщение может быть получено (услышано) многими людьми, ответит только Ватсон. Остальные просто не обратят на него внимания. Другим примером может быть объявление в аэропорту, предлагающее всем пассажирам рейса 644 подойти к выходу номер 12.

Широковещательные сети также позволяют адресовать пакет одновременно всем машинам с помощью специального кода в поле адреса. Когда передается пакет с таким кодом, его получают и обрабатывают все машины сети. Такая операция называется широковещательной передачей . Некоторые широковещательные системы также предоставляют возможность посылать сообщения подмножеству машин, и это называется многоадресной передачей . Одной из возможных схем реализации этого может быть резервирование одного бита для признака многоадресной передачи. Оставшиеся n-1 разрядов адреса могут содержать номер группы. Каждая машина может «подписаться» на одну, несколько или все группы. Когда пакет посылается определенной группе, он доставляется всем машинам, являющимся членами этой группы.

Сети с передачей от узла к узлу

Сети с передачей от узла к узлу, напротив, состоят из большого количества соединенных пар машин. В сети подобного типа пакету, чтобы добраться до пункта назначения, необходимо пройти через ряд промежуточных машин. Часто при этом существует несколько возможных путей от источника до получателя, поэтому алгоритмы вычисления таких путей играют очень важную роль в сетях с передачей от узла к узлу. Обычно (хотя имеются и исключения) небольшие, географически локализованные в одном месте сети используют широковещательную передачу, тогда как в более крупных сетях применяется передача от узла к узлу. В последнем случае имеется один отправитель и один получатель, и такую систему иногда называют однонаправленной передачей .

Классификация компьютерных сетей по размеру

Другим признаком классификации сетей является их размер. На рис. ниже приведена классификация мультипроцессорных систем в зависимости от их размеров. В верхней строке таблицы помещаются персональные сети, то есть сети, предназначенные для одного человека. Примером может служить беспроводная сеть, соединяющая компьютер, мышь, клавиатуру и принтер. Устройство типа PDA, контролирующее работу слухового аппарата или являющееся кардиостимулятором, тоже попадает в эту категорию. Далее в таблице следуют более протяженные сети. Их можно разделить на следующие типы: локальные, муниципальные и глобальные сети. И замыкают таблицу объединения двух и более сетей. Хорошо известным примером такого объединения выступает Интернет. Размеры сетей являются весьма важным классификационным фактором, поскольку в сетях различного размера применяется различная техника.

Локальные сети

Локальными сетями (Local Area Network - LAN) называют частные сети, размещающиеся, как правило, в одном здании или на территории какой-либо организации площадью до нескольких квадратных километров. Их часто используют для объединения компьютеров и рабочих станций в офисах компании или предприятия для предоставления совместного доступа к ресурсам (например, принтерам) и обмена информацией. Локальные сети отличаются от других сетей тремя характеристиками:

размерами,
технологией передачи данных,
топологией.

Локальные сети ограничены в размерах - это означает, что время пересылки пакета ограничено сверху и этот предел заранее известен. Знание этого предела позволяет применять определенные типы разработки, которые были бы невозможны в противоположном случае. Кроме того, это упрощает управление локальной сетью.

Локальная сеть создается для того, чтобы:

функционировать в ограниченной географической области;
обеспечить доступ многих пользователей к передающей среде с широкой полосой пропускания;
обеспечить постоянную доступность удаленных ресурсов, подсоединенных к локальным службам;
обеспечить физическое соединение смежных сетевых устройств.

Типичными технологиями локальных сетей являются следующие:

Ethernet;
Token Ring;
FDDI.

В локальных сетях часто применяется технология передачи данных, состоящая из единственного кабеля, к которому присоединены все машины. Это подобно тому, как раньше в сельской местности использовались телефонные линии. Обычные локальные сети имеют пропускную способность канала связи от 10 до 100 Мбит/с, невысокую задержку (десятые доли микросекунды) и очень мало ошибок. Наиболее современные локальные сети могут обмениваться информацией на более высоких скоростях, доходящих до 10 Гбит/с.

В широковещательных локальных сетях могут применяться различные топологические структуры. На рис. ниже показаны две из них. В сети с общей шиной (линейный кабель) в каждый момент одна из машин является хозяином шины (master) и имеет право на передачу.

Все остальные машины должны в этот момент воздержаться от передачи. Если две машины захотят что-нибудь передавать одновременно, то возникнет конфликт, для разрешения которого требуется специальный механизм. Этот механизм может быть централизованным или распределенным. Например, стандарт IEEE 802.3, называемый Ethernet, описывает широковещательную сеть с топологией общей шины с децентрализованным управлением, работающую на скоростях от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с. Компьютеры в сети Ethernet могут выполнять передачу в любое время. При столкновении двух или более пакетов каждый компьютер просто ждет в течение случайного интервала времени, после которого снова пытается передать пакет.

Вторым типом широковещательных сетей является кольцо. В кольце каждый бит передается по цепочке, не ожидая остальной части пакета. Обычно каждый бит успевает обойти все кольцо, прежде чем будет передан весь пакет. Как и во всех широковещательных сетях, требуется некая система арбитража для управления доступом к линии. Применяемые для этого методы будут описаны далее в этой книге. Стандарт IEEE 802.5 (маркерное кольцо) описывает популярную кольцевую локальную сеть, работающую на скоростях 4 и 16 Мбит/с. Еще одним примером кольцевой сети является FDDI (оптоволоконная сеть).

В зависимости от способа назначения канала широковещательные сети подразделяются на статические и динамические. При статическом назначении используется циклический алгоритм и все время делится между всеми машинами на равные интервалы, так что машина может передавать данные только в течение выделенного ей интервала времени. При этом емкость канала расходуется неэкономно, так как временной интервал предоставляется машинам независимо от того, есть им что сказать или нет. Поэтому чаще используется динамическое (то есть по требованию) предоставление доступа к каналу.

Методы динамического предоставления доступа к каналу также могут быть централизованными либо децентрализованными. При централизованном методе предоставления доступа к каналу должен существовать арбитр шины, определяющий машину, получающую право на передачу. Арбитр должен принимать решение на основании получаемых запросов и некоего внутреннего алгоритма. При децентрализованном методе каждая машина должна сама решать, передавать ей что-нибудь или нет. Можно подумать, что подобный метод обязательно приводит к беспорядку, однако это не так.

Муниципальные, региональные или городские сети

Муниципальные, региональные или городские сети (metropolitan area network - MAN) объединяют компьютеры в пределах города. Самым распространенным примером муниципальной сети является система кабельного телевидения. Она стала правопреемником обычных антенных телесетей в тех местах, где по тем или иным причинам качество эфира было слишком низким. Общая антенна в этих системах устанавливалась на вершине какого-нибудь холма, и сигнал передавался в дома абонентов.

Вначале стали появляться специализированные, разработанные прямо на объектах сетевые структуры. Затем компании-разработчики занялись продвижением своих систем на рынке, начали заключать договоры с городским правительством и в итоге охватили целые города. Следующим шагом стало создание телевизионных программ и даже целых каналов, предназначенных только для кабельного телевидения. Зачастую они представляли какую-то область интересов. Можно было подписаться на новостной канал, спортивный, посвященный кулинарии, сацу-огороду и т. д. До конца 90-х годов эти системы были предназначены исключительно для телевизионного приема.

Когда Интернет стал привлекать к себе массовую аудиторию, операторы кабельного телевидения поняли, что, внеся небольшие изменения в систему, можно сделать так, чтобы по тем же каналам в неиспользуемой части спектра передавались (причем в обе стороны) цифровые данные. С этого момента кабельное телевидение стало постепенно превращаться в муниципальную компьютерную сеть. В первом приближении систему MAN можно представить себе такой, как она изображена на рис. ниже. На этом рисунке видно, что по одним и тем же линиям передается и телевизионный, и цифровой сигналы. Во входном устройстве они смешиваются и передаются абонентам. Мы еще вернемся к этому вопросу позднее.

Впрочем, муниципальные сети - это не только кабельное телевидение. Недавние разработки, связанные с высокоскоростным беспроводным доступом в Интернет, привели к созданию других MAN, которые описаны в стандарте IEEE 802.16.

MAN-сеть может быть создана с использованием беспроводной мостовой технологии путем передачи сигналов через открытые телекоммуникационные инфраструктуры. Широкая полоса пропускания, предоставляемая доступными в настоящее время оптическими каналами, делает MAN-сети более функциональным и экономически доступным средством, чем раньше. MAN-сети отличаются от LAN- и WAN-сетей следующими функциями:

MAN-сети соединяют друг с другом пользователей, находящихся в географической зоне или области большей, чем область LAN-сети, но меньшей, чем WAN-сети;
MAN-сети соединяют сети города в одну сеть большего размера (которая может также обеспечивать эффективное соединение с WAN-сетью);
MAN-сети также используются для соединения между собой нескольких локальных сетей LAN путем создания мостовых соединений через магистральные линии.

Глобальные сети

Глобальная сеть (wide area network - WAN) охватывает значительную географическую область, часто целую страну или даже континент. Она объединяет машины, предназначенные для выполнения программ пользователя (то есть приложений). Мы будем следовать традиционной терминологии и называть эти машины хостами. Хосты соединяются коммуникационными подсетями, называемыми для краткости просто подсетями. Хосты обычно являются собственностью клиентов (то есть просто клиентскими компьютерами), в то время как коммуникационной подсетью чаще всего владеет и управляет телефонная компания или поставщик услуг Интернета. Задачей подсети является передача сообщений от хоста хосту, подобно тому как телефонная система переносит слова от говорящего слушающему. Таким образом, коммуникативный аспект сети (подсеть) отделен от прикладного аспекта (хостов), что значительно упрощает структуру сети.

Распределенные сети WAN предназначены для выполнения следующих функций:

осуществления связи в больших, географически разделенных областях;
предоставления пользователям возможности коммуникации в реальном времени с другими пользователями;
непрерывного обеспечения доступа к удаленным ресурсам через соединения с локальными службами;
обеспечения службы электронной почты, World Wide Web, передачи файлов и средств электронной коммерции в сети Internet.

Типовые технологии распределенных сетей включают в себя:

соединения через модемы;
цифровую сеть с комплексным обслуживанием (Integrated Services Digital Network - ISDN);
цифровые абонентские каналы (Digital Subscriber Line - DSL);
технологию, основанную на использовании протокола Frame Relay;
линии носителей T-типа (США) и E-типа (Европа) - T1, E1, T3, E3 и т.д.;
синхронную оптическую сеть (Synchronous Optical Network - SONET) - синхронный транспортный сигнал 1-го уровня (STS-1) (оптический носитель
-1), STS-3 (OC-3) и т.д.

В большинстве глобальных сетей подсеть состоит из двух раздельных компонентов: линий связи и переключающих элементов. Линии связи, также называемые каналами или магистралями , переносят данные от машины к машине. Переключающие элементы являются специализированными компьютерами, используемыми для соединения трех или более линий связи. Когда данные появляются на входной линии, переключающий элемент должен выбрать выходную линию - дальнейший маршрут этих данных. В прошлом для названия этих компьютеров не было стандартной терминологии. Сейчас их называют .

В модели, показанной на рис. ниже, каждый хост соединен с локальной сетью, в которой присутствует маршрутизатор, хотя в некоторых случаях хост может быть связан с маршрутизатором напрямую. Набор линий связи и маршрутизаторов (но не хостов) образует подсеть.

Следует также сделать замечание по поводу термина «подсеть» (subnet). Изначально его единственным значением являлся набор маршрутизаторов и линий связи, используемый для передачи пакета от одного хоста к другому. Однако спустя несколько лет этот термин приобрел второй смысл, связанный с адресацией в сети. Таким образом, имеется некая двусмысленность, связанная с термином «подсеть». К сожалению, этому термину в его изначальном смысле нет никакой альтернативы, поэтому нам придется использовать его в обоих смыслах. По контексту всегда будет ясно, что имеется в виду.

Большинство глобальных сетей содержат большое количество кабелей или телефонных линий, соединяющих пару маршрутизаторов. Если какие-либо два маршрутизатора не связаны линией связи напрямую, то они должны общаться при помощи других маршрутизаторов. Когда пакет посылается от одного маршрутизатора другому через несколько промежуточных маршрутизаторов, он получается каждым промежуточным маршрутизатором целиком, хранится на нем, пока требуемая линия связи не освободится, а затем пересылается дальше. Подсеть, работающая по такому принципу, называется подсетью с промежуточным хранением (store-and-forward) или подсетью с коммутацией пакетов (packet-switched) . Почти у всех глобальных сетей (кроме использующих спутники связи) есть подсети с промежуточным хранением. Небольшие пакеты фиксированного размера часто называют ячейками (cell) .

О принципе организации сетей с коммутацией пакетов стоит сказать еще несколько слов, поскольку они используются очень широко. В общем случае, когда у процесса какого-нибудь хоста появляется сообщение, которое он собирается отправить процессу другого хоста, первым делом отправляющий хост разбивает последовательность на пакеты, каждый из которых имеет свой порядковый номер. Пакеты один за другим направляются в линию связи и по отдельности передаются по сети. Принимающий хост собирает пакеты в исходное сообщение и передает процессу. Продвижение потока пакетов наглядно показано на рис. ниже.

На рисунке видно, что все пакеты следуют по пути АСЕ, а не ABDE или ACDE. В некоторых сетях путь всех пакетов данного сообщения вообще является строго определенным. В других сетях путь пакетов может прокладываться независимо.

Решения о выборе маршрута принимается на локальном уровне. Когда пакет приходит на маршрутизатор А, именно последний решает, куда его перенаправить - на В или на С. Метод принятия решения называется алгоритмом маршрутизации . Их существует огромное множество.

Не все глобальные сети используют коммутацию пакетов. Второй возможностью соединить маршрутизаторы глобальной сети является радиосвязь с использованием спутников. Каждый маршрутизатор снабжается антенной, при помощи которой он может принимать и посылать сигнал. Все маршрутизаторы могут принимать сигналы со спутника, а в некоторых случаях они могут также слышать передачи соседних маршрутизаторов, передающих данные на спутник. Иногда все маршрутизаторы соединяются обычной двухточечной подсетью, и только некоторые из них снабжаются спутниковой антенной. Спутниковые сети являются широковещательными и наиболее полезны там, где требуется широковещание.

В этой записи были использованы материалы книги Э. Танненбаума «Компьютерные сети», 4-е издание.

Главная > Документ

Межсетевое взаимодействие

В предыдущей лекции вы познакомились с основными функциями и сервисами, предоставляемыми на канальном уровне.

В целом канальный уровень представляет собой весьма мощный и законченный инструмент по пересылке сообщений между узлами сети. Но для обеспечения качественной транспортировки сообщений в сетях любых топологий и технологий функций канального уровня оказывается недостаточно, поэтому в модели OSI решение этой задачи возлагается на два следующих уровня - сетевой и транспортный.

Основная идея введения сетевого уровня состоит в следующем. Сеть в общем случае рассматривается как совокупность нескольких сетей и называется составной сетью , объединенной сетью или интерсетью (internetwork или internet).

Рис. 5. Пример архитектуры объединенной сети

Подсети соединяются между собой маршрутизаторами. Компонентами составной сети могут являться как локальные, так и глобальные сети. Все узлы в пределах одной подсети взаимодействуют, используя единую для них технологию. Так, в составную сеть, показанную на рисунке, входит несколько сетей разных технологий: локальные и глобальные сети. Каждая из этих технологий достаточна для того, чтобы организовать взаимодействие всех узлов в своей подсети, но не способна обеспечить информационную связь между произвольно выбранными узлами, принадлежащими разным подсетям, например между узлом сети 5 и узлом сети 3. Следовательно, для организации взаимодействия между любой произвольной парой узлов этой «большой» составной сети требуются дополнительные средства. Такие средства и предоставляет сетевой уровень.

Данный раздел познакомит Вас с основами организации межсетевого взаимодействия и базовыми принципами передачи данных в объединенных сетях.

1.3Роль сетевого уровня

Сетевой уровень маршрутизирует пакеты или сообщения через объединенную сеть. Для обеспечения этого сервиса протокол сетевого уровня должен задавать:

формат блоков данных (пакетов)

структуру адресов сетевого уровня

виды сервисов, предоставляемых вышележащим уровням (с установлением соединения, без установления соединения)

механизмы для запроса и достижения определенных характеристик качества предоставляемых услуг (QoS, Quality of Service)

механизмы для принятия решения о маршрутизации

Кроме того, он должен управлять загрузкой канала связи.

Для разных сетевых архитектур было разработано множество протоколов сетевого уровня, каждый из которых обладает своими собственными характеристиками, а также достоинствами и недостатками. В подавляющем большинстве современных сетей (99%) используется протокол IP (Internet Protocol - Межсетевой Протокол), реализующий сервис без установления соединения. Однако так было не всегда. Многие сетевые протоколы, как с установлением, так и без установления логических соединений появлялись и со временем уходили, не получив широкого распространения.

В сетях без установления соединений каждый пакет маршрутизируется независимо от остальных. Разные пакеты одного информационного потока могут следовать разными маршрутами. Продвижение по разным маршрутам может требовать разное время. Однако вследствие такой организации сеть более надежна и способна гибко реагировать на ошибки и сбои в работе каналов связи и отдельных сетевых устройств.

Каждый пакет в сети без установления соединений должен содержать достаточно информации для определения его конечного пункта назначения, т.е. полный адрес доставки. Опираясь на эту информацию, каждый узел принимает решение о том, куда далее направить пакет. При таком способе передачи информации каждое сетевое устройство, обрабатывающее информацию на сетевом уровне (маршрутизатор), определяет направление передачи каждого блока данных (пакета) самостоятельно.

В сетях без установления соединений процесс перенаправления пакетов называется маршрутизацией (routing). Маршрутизацию можно разделить на две части: построение таблицы маршрутизации (иногда употребляют термин таблица пересылок - Forwarding Table) и собственно операцию перенаправления (маршрутизацию) отдельных пакетов.

1.4Маршрутизаторы и маршрутизация

Важнейшей задачей сетевого уровня является маршрутизация - передача пакетов между двумя конечными узлами в составной сети. В сетях без установления соединений для блока данных сетевого уровня, обычно называемого пакетом, есть также специальное название - дейтаграмма .

Маршрутизация - это процесс, при котором блоки информации передаются от источника к месту назначения. Существует множество форм информации, которая может быть маршрутизирована, например: письма, телефонные вызовы, пакеты данных. В сетевых технологиях маршрутизатор является устройством, которое используется для маршрутизации сетевого трафика (т.е. пакетов данных). В данном разделе рассматриваются основные операции, выполняемые маршрутизатором или другим устройством, осуществляющим маршрутизацию.

Процесс маршрутизации состоит в определении следующего узла (next hop) в пути следования дейтаграммы и пересылке дейтаграммы этому узлу, который является либо узлом назначения, либо промежуточным маршрутизатором (задача которого - определить следующий узел и переслать ему дейтаграмму). Ни узел-отправитель, ни любой промежуточный маршрутизатор не имеют информации обо всей цепочке, по которой пересылается дейтаграмма; каждый маршрутизатор, а также узел-отправитель, основываясь на адресе назначения дейтаграммы, находит только следующий узел ее маршрута.

Маршрутизаторы собирают, обрабатывают и хранят информацию о маршрутизации, что позволяет определять маршруты дальнейшей передачи пакетов данных. В общих чертах, маршрутная информация сохраняется на устройстве в форме записей таблицы маршрутов, по одной записи для каждого идентифицированного маршрута. Запись в таблице маршрутов в общем случае состоит из следующих полей:

адрес сети назначения

адрес следующего маршрутизатора (то есть узла, который знает, куда дальше отправить дейтаграмму, адресованную в сеть назначения)

вспомогательные поля

Сетевой администратор может статически (вручную) создавать записи таблицы маршрутизации, либо маршрутизатор может создавать и поддерживать записи в этой таблице динамически, чтобы отображать изменения в состоянии сети, когда бы они ни произошли.

1.4.1Процесс маршрутизации

Рассмотрим процесс маршрутизации на примере, не углубляясь в формат сетевых адресов.

Допустим, хосты А и В находятся в сети 1, сеть 1 соединяется с сетью 2 с помощью маршрутизатора M1. К сети 2 подключен маршрутизатор M2, соединяющий ее с сетью 3, в которой находится хост С.

Рис. 6. Пример маршрутизации

Таблица маршрутов хоста А выглядит, например, так:

Это означает, что дейтаграммы, адресованные узлам сети 1, отправляет сам хост А (так как это его локальная сеть), а дейтаграммы, адресованные в любую другую сеть хост А отправляет маршрутизатору M1, чтобы тот занялся их дальнейшей судьбой.

Предположим, хост А посылает дейтаграмму хосту В. В этом случае, поскольку адрес хоста В принадлежит той же сети, что и А, из таблицы маршрутов хоста А определяется, что доставка осуществляется непосредственно самим хостом А. Такой метод доставки дейтаграммы называется прямая маршрутизация .

Если хост А отправляет дейтаграмму хосту С, то он определяет по его IP-адреcу, что хост С не принадлежит к сети 1. Согласно таблице маршрутов А, все дейтаграммы с пунктами назначения, не принадлежащими сети 1, отправляются на маршрутизатор M1. Это называется маршрут по умолчанию (default route), а маршрутизатор в данном случае является шлюзом по умолчанию (default gateway). При этом хост А не знает, что маршрутизатор М1 будет делать с его дейтаграммой, и каков будет ее дальнейший маршрут, - это забота исключительно М1. Такой тип маршрутизации называется косвенной .

M1, в свою очередь, по своей таблице маршрутов определяет, что все дейтаграммы, адресованные в сеть 3, должны быть переданы на маршрутизатор M2. Это может быть как явно указано в таблице, находящейся на M1, в виде:

так и указано в виде маршрута по умолчанию.

На этом функции М1 заканчиваются, дальнейший путь дейтаграммы ему неизвестен и его не интересует. Маршрутизатор М2, получив дейтаграмму, определяет, что она адресована в одну из сетей (№3), к которой он присоединен непосредственно, и доставляет дейтаграмму хосту С.

Таким образом, при осуществлении маршрутизации маршрутизатор (или другое устройство, осуществляющее маршрутизацию) должен:

Узнать адрес места назначения. Каково место назначения (или адрес), куда необходимо передать информацию?

Определить источники получения маршрутной информации. Из какого источника маршрутизатор может извлечь сведения о пути к данному месту назначения?

Найти маршруты доставки. Каковы возможные исходные маршруты, или пути, к предполагаемому месту назначения?

Выбрать маршруты. Какой путь к предполагаемому месту назначения является наилучшим?

Поддерживать и проверять правильность сведений о маршруте. Не устарели ли сведения об известных путях к месту назначения?

Маршрутную информацию, которую маршрутизатор получает от других маршрутизаторов, он сохраняет в своей таблице маршрутизации. Маршрутизатор будет извлекать из этой таблицы все сведения о том, какие интерфейсы необходимо использовать для продвижения пакетов с определенными адресами назначения.

Если пакеты предназначены для сети, непосредственно подключенной к маршрутизатору, то ему уже известен исходящий интерфейс, который нужно использовать для передачи пакетов.

Если же сеть назначения не присоединена непосредственно, маршрутизатор должен выявить наилучший маршрут, который он будет использовать для передачи пакетов к месту назначения.

Эту информацию он может получить следующим образом:

Ее может ввести вручную сетевой администратор.

Ее можно собрать в процессе динамической маршрутизации, выполняющейся на маршрутизаторах.

1.4.2Статические и динамические маршруты

Статические маршруты

Маршрутизатор получает сведения о маршруте в тот момент, когда администратор вручную добавляет статический маршрут в конфигурацию устройства. Администратор может вручную обновить запись этого статического маршрута, как только возникнет такая необходимость ввиду изменений в топологии объединенной сети.

Статические маршруты - это маршруты, определяемые пользователем, задающие путь, по которому пакеты данных должны передаваться от источника к получателю. Такие маршруты позволяют очень точно управлять функционированием маршрутизации в объединенной сети. При изменении топологии сети эти маршруты не меняются автоматически, а должны быть изменены администратором.

Динамические маршруты

В отличие от ситуации со статическими маршрутами, после того как администратор задействует динамическую маршрутизацию, процесс маршрутизации автоматически обновляет сведения о маршрутах при получении новой информации о сетевой топологии. Маршрутизатор собирает и поддерживает информацию о состоянии маршрутов к удаленным сетям при помощи обмена обновлениями маршрутизации (т.е. информацией об известных маршрутах) с другими маршрутизаторами объединенной сети.

Для распространения информации о маршрутах динамическая маршрутизация использует протокол маршрутизации . Он определяет правила, которые маршрутизатор использует в процессе связи и обмена маршрутной информацией с соседними маршрутизаторами.

Протоколы динамической маршрутизации различаются по способу получения информации (например, от соседних маршрутизаторов, от всех маршрутизаторов в сети и т.д.), моменту изменения маршрутов (через регулярные интервалы, при изменении топологии и т.д.) и используемой метрике. Метрика - это параметр, характеризующий качество маршрута, или, другими словами, затраты на пересылку дейтаграммы в удаленную сеть. Метрика маршрута может быть выражена в виде: стоимости пересылки дейтаграммы по маршруту, числом транзитных узлов, пропускной способностью, задержкой каналов связи и т.д.

Двумя наиболее популярными алгоритмами динамической маршрутизации являются дистанционно-векторный алгоритм и алгоритм состояния канала связи .

1.4.3Дистанционно-векторные протоколы маршрутизации

Дистанционно-векторные протоколы реализуют алгоритм Беллмана-Форда (Bellman-Ford). Общая схема их работы такова: каждый маршрутизатор периодически рассылает информацию о расстоянии от себя до всех известных ему сетей («вектор расстояний»). В начальный момент времени, разумеется, рассылается информация только о тех сетях, к которым маршрутизатор подключен непосредственно.

Также каждый маршрутизатор, получив от кого-либо вектор расстояний, в соответствии с полученной информацией корректирует уже имеющиеся у него данные о достижимости сетей или добавляет новые, указывая маршрутизатор, от которого получен вектор, в качестве следующего маршрутизатора на пути в данные сети. Через некоторое время алгоритм сходится, и все маршрутизаторы имеют информацию о маршрутах до всех сетей.

Одним из основных недостатков этого алгоритма является медленное распространение информации о недоступности той или иной линии или выходе того или иного маршрутизатора из строя. Данный алгоритм используется в таких протоколах, как RIP (Routing Information Protocol), IGRP (Interior Gateway Routing Protocol) и др.

Протоколы состояния связей

При работе протоколов состояния связей каждый маршрутизатор контролирует состояние своих связей с соседними маршрутизаторами и при изменении состояния (например, при обрыве связи) рассылает сообщение, предназначенное для всех остальных маршрутизаторов сети, после получения которого все остальные маршрутизаторы корректируют свои базы данных и пересчитывают маршруты. В отличие от дистанционно-векторных протоколов, протоколы состояния связей создают на каждом маршрутизаторе базу данных, описывающую полную схему объединенной сети и позволяющую локально и, следовательно, быстро производить расчет маршрутов.

Распространенный протокол такого типа, OSPF (Open Shortest Path First), базируется на алгоритме SPF (Shortest Path First) поиска кратчайшего пути в графе, предложенном голландским математиком Дейкстрой (E.W. Dijkstra).

Протоколы состояния связей существенно сложнее дистанционно-векторных, но обеспечивают более быстрое, оптимальное и корректное вычисление маршрутов.

Внутренняя и внешняя маршрутизация

В зависимости от области применения существует разделение на протоколы внешней (exterior) и внутренней (interior) маршрутизации.

Протоколы внутренней маршрутизации (например, RIP, OSPF; собирательное название - IGP - Interior Gateway Protocols) применяются на маршрутизаторах, действующих внутри автономных систем.

Автономная система - это наиболее крупное деление всего множества сетей, представляющее объединение сетей с одинаковой маршрутной политикой и общей администрацией, например, совокупность сетей поставщика услуг Интернета и его клиентов. Область действия того или иного протокола внутренней маршрутизации может охватывать не всю автономную систему, а только некоторое объединение сетей, являющееся частью автономной системы.

Комитет по присвоению номеров в Интернете (Internet Assigned Numbers Authority - IANA) является ответственным за присвоение номеров автономным системам. Конкретнее, назначение номеров для автономных систем Америки, Африки и Карибского бассейна входит в компетенцию Американской регистратуры интернет-номеров (American Registry for Internet Numbers - ARIN). Европейский сетевой информационный центр (Reseaux IP Europeennes-Network Information Center - RIPE-NIC) занимается администрированием номеров для Европы, а Азиатско-Тихоокеанский сетевой информационный центр (Asia Pacific Network Information Center - APNIC) администрирует номера автономных систем для Азиатско-Тихоокеанского региона. Номера этих автономных систем являются 16-битовыми величинами (т.е. имеют значения от 0 до 65535).

Маршрутизация между автономными системами осуществляется пограничными (border) маршрутизаторами, таблицы маршрутов которых составляются с помощью протоколов внешней маршрутизации (собирательное название EGP - Exterior Gateway Protocols). Особенность протоколов внешней маршрутизации состоит в том, что при расчете маршрутов они должны учитывать не только топологию графа сети, но и политические ограничения, вводимые администрацией автономных систем на маршрутизацию через свои сети трафика других автономных систем. В настоящее время наиболее распространенным протоколом внешней маршрутизации является BGP (Border Gateway Protocol).

На рисунке приводится пример применения внутренних и внешних протоколов маршрутизации.

Рис. 7. Пример применения внутренних и внешних протоколов маршрутизации

1.5Принципы объединения сетей на основе протоколов сетевого уровня

В стандартной модели взаимодействия открытых систем в функции сетевого уровня входит решение следующих задач:

передача пакетов между конечными узлами в составных сетях; выбор маршрута передачи пакетов, наилучшего по некоторому критерию; согласование разных протоколов канального уровня, использующихся в отдельных подсетях одной составной сети. Протоколы сетевого уровня реализуются, как правило, в виде программных модулей и выполняются на конечных узлах-компьютерах, называемых хостами, а также на промежуточных узлах - маршрутизаторах, называемых шлюзами. Функции маршрутизаторов могут выполнять как специализированные устройства, так и универсальные компьютеры с соответствующим программным обеспечением.

1.5.1Ограничения мостов и коммутаторов

Создание сложной, структурированной сети, интегрирующей различные базовые технологии, может осуществляться и средствами канального уровня: для этого могут быть использованы некоторые типы мостов и коммутаторов. Мост или коммутатор разделяет сеть на сегменты, локализуя трафик внутри сегмента, что делает линии связи разделяемыми преимущественно между станциями данного сегмента. Тем самым сеть распадается на отдельные подсети, из которых могут быть построены составные сети достаточно крупных размеров. Однако построение сложных сетей только на основе повторителей, мостов и коммутаторов имеет существенные ограничения и недостатки.

отсутствовать петли.

слабо изолированы

виртуальной сети

В современном бизнесе все большую популярность получают различные формы объединений и партнерства. В числе таких актуальных для многих компаний схем сотрудничества находится конгломерат. Этот термин стал неотъемлемой частью бизнес-будней в самых разных странах.

Эффективный принцип объединения

Если обратиться к значению данной формы сотрудничества, то можно будет узнать, что конгломерат - это такая схема организации деятельности различных компаний, при которой происходит интеграция нескольких юридических лиц при едином финансовом контроле. Подобное объединение, как правило, является результатом поглощения или слияния.

Фактически это означает, что одной компании или холдингу принадлежит большое количество разнопрофильных фирм, в том числе тех, которые не имеют производственной общности. Такая интеграция может происходить как горизонтально, так и вертикально.

Раскрывая значение слова конгломерат,стоит отметить и тот факт, что компания, осуществляющая финансовый контроль объединения, может выглядеть скромно по сравнению с фирмами, являющимися частью сети. Особенность подобных небольших холдингов заключается в том, что они имеют достаточный потенциал для эффективного управления и финансирования, поэтому и являются доминирующими.

Причины появления

Такая форма монополии, как интеграция под единым финансовым управлением, начала активно развиваться в конце 50-х годов двадцатого века на территории капиталистических государств. Конгломераты быстро стали популярными по той причине, что позволяли эффективно аккумулировать капитал в то время, когда многие компании переживали отраслевой кризис.

Ценность данной стратегии заключается в том, что доминирующий холдинг может выйти за рамки собственной деятельности и осуществлять инвестиции в новые перспективные направления, которыми занимаются фирмы, ставшие частью структуры. Это позволяет монополиям существенно снизить риск потери прибыли и получать высокий доход от развития современных отраслей производства.

Ключевые особенности объединенной сети

Учитывая, что конгломерат - это организационная форма, при которой происходит эффективная интеграция различных компаний, принцип действия подобной структуры является особенно интересным.

Особенности такой сети выглядят следующим образом:

Компании, которые объединяются под финансовым руководством конкретного холдинга, часто сохраняют свою производственную и юридическую автономию, но при этом полностью зависят от его инвестиций;

В большинстве случаев конгломерат - это структура, в которой нет преобладающей сферы производства, другими словами, отсутствует ориентирование на конкретный профиль деятельности;

Доминирующий холдинг для эффективной системы контроля использует различные финансово-экономические инструменты управления, которые имеют косвенный характер регулирования деятельности фирм;

В большинстве случаев объединение редко финансирует одна фирма, конгломерат часто развивается на основе ресурсов нескольких инвестиционных компаний помимо чистого холдинга.

Подобный принцип организации доказал свою эффективность и позволил многим мелким производствам получить необходимые ресурсы, которые им ранее не были доступны. Холдинги, в свою очередь, посредством монополии, основанной на интеграции, открывают для себя возможности выгодного и безопасного инвестирования.

Виды конгломератов

Если обратить внимание на различные формы слияния во многих цивилизованных странах, то можно заметить, что они имеют некоторые различия.

Например, в Западной Европе конгломерат - это интеграционная форма, при которой от компаний требуется определенная взаимосвязь в направлении развития производства.

Заокеанский опыт

Если обратить внимание на США, то можно будет увидеть противоположный подход к вопросу объединения компаний: американские структуры, основанные на принципе слияния под управлением конкретного холдинга, не делают акцент на общности деятельности различных фирм.

В сущности, конгломератом в США называются крупные концерны, которые за короткий промежуток времени поглощают большое количество компаний. На данный момент действуют монополии, объединяющие в себе производственные мощности на нескольких континентах.

Яркие примеры удачной интеграции

Современной истории известно немало случаев, когда была успешно использована такая схема управления, как интеграция фирм с различным профилем деятельности в структуру под единым финансовым управлением.

Изучая удачные примеры конгломератов, стоит обратить внимание на британскую компанию Hadson pic., в состав которой входило более 600 дочерних фирм во многих странах мира.

Руководство этого бизнес-гиганта использовало следующую стратегию: они приобретали конгломераты, которые уже не вели активную деятельность, после чего начинали продавать каждую компанию отдельно. Идея заключалась в том, что распродажа фирм, являющихся частью структуры, принесет больше денег, чем было потрачено на приобретение монополии.

В данный момент на Нью-Йоркской фондовой бирже торгуются акции 40 компаний, которые официально признаются конгломератами. В их числе находится Phillips Electronics, Montedison, General Electric, Hanson, United Technologies, Textron Inc. и другие.

Интересным является тот факт, что в условиях современного рынка указанные конгломераты изменили приоритеты в своей деятельности, сделав акцент на развитии и приобретении тех предприятий, которые развиваются в ключевых для них направлениях.

Причины снижения прибыльности монополий

Фактически возможность получения сверхприбыли является основной причиной, по которой до сих пор существует такая форма интеграции различных фирм, как конгломерат. Компания, берущая на себя финансовый контроль, изначально рассчитывает на максимально выгодные инвестиции. Но это не меняет того факта, что на данный момент фиксируется значительное снижение прибыли многих монополий, и на это есть объективные причины.

Прежде всего, эффективность конгломератов снижается из-за чрезмерной диверсификации, которая приводит к ощутимой потере качества продукции, и, как следствие, к низкой конкурентоспособности.

Свою негативную роль играет и недостаточно грамотная система мотивации персонала компаний, являющихся частью монополии.

В роли еще одного препятствия на пути к стабильной и высокой прибыли выступает постоянная инициатива со стороны многих фирм по поводу повышения их трансферной стоимости. В итоге продукция большинства компаний, принадлежащих центральному холдингу, получается слишком дорогой для успешной конкуренции на современном рынке. Более того, головной компании постоянно приходится иметь дело с претензиями касательно справедливости определения трансферной цены той или иной фирмы.

Нельзя забывать и о высокой стоимости многих производств, которые становятся целью конгломератов: многие из них требуют значительных вложений. Помимо того, что сами фирмы могут стоить очень дорого, монополия нередко вынуждена предоставить финансовую компенсацию акционерам, утратившим возможность контролировать поглощенную компанию.

Учитывая, что многие предприятия, являющиеся частью конгломерата, имеют разный профиль деятельности, их высокая стоимость лишь усложняет процесс повышения прибыли.

Заключение

Можно сделать следующий вывод: те монополии, которые действуют сегодня, имеют шансы на успешное будущее лишь при наличии высококвалифицированной команды топ-менеджеров, способных грамотно составить и реализовать стратегию развития конгломерата.

Типы компьютерных сетей (классификация компьютерных сетей). ЧТо такое объединенная сеть? Принципы объединения сетей на основе протоколов сетевого уровня