Lekc16

1. Lekc16 Tīklu apvienošanas iekārtas un to lietošanas pamati

2. Saturs • Tīklu apvienošanas iekārtu salīdzināšana • Atkārtotāji un centrmezgli • Tilti un komutatori • Maršrutētāji

3. Tīklu apvienošanas iekārtu salīdzināšana Tīklu apvienošanas iekārtas nodrošina komunikāciju starp LT segmentiem un tīklu autonomajām sistēmām (AS) Eksistē 4 galvenie tīklu apvienošanas iekārtu tipi: • Atkārtotāji(repeater) un centrmezgli (hub) • Tilti(bridge) un komutatori (switch) • Maršrutētāji(router) • starptīklu interfeisi (gateway) Šīs iekārtas atšķiras ar to “Atvērto Sistēmu Sadarbības (OSI)” etalonmodeļa slāni, kurā tie veido savienojumu starp tīkliem: • Atkārtotāji un centrmezgli savieno LT 1. OSI slānī; • tilti savieno LT 2. slānī; • maršrutētāji savieno tīklus 3. slānī; • starptīklu interfeisi savieno tīklus 4.-7. slāņos. Katra iekārta nodrošina savam slānim atbilstošas funkcionālās iespējas izmantojot zemāko slāņu funkcionālās iespējas.

4. Tīklu apvienošanas iekārtu funkcionalitāteOSI modeļa slāņos

5. Dažādu iekārtu lietošana tīklā

6. Atkārtotāji un tilti Atkārtotājs ir lētākais līdzeklis paplašināt tīklu, bet nav ieteicams, ja tīkla trafiks ir intensīvs. Atkārtotājs pārsūta no segmenta uz segmentu katru datu bitu, pat ja dati ir klūdaini vai nav paredzēti šim segmentam. Atkārtotājs (repeater) atjauno signālu līmeni (amplitūdu), kas samazinās, signālam izplatoties caur kabeļa vidi (faktiski atkārtotājs ir signālu pastiprinātājs). Tas savieno kabeļa segmentus, ļaujot palielināt pārraides tālumu vai tīklam pieslēgto datoru skaitu. Piezīme. Atkārtotājs var savienot tikai viendabīgus tīklus ar vienādiem 2. slāņa protokoliem. Tas nepilda datu pārveidošanu vai filtrāciju. Tilts (bridge) atšķirībā no atkārtotāja ļauj sadalīt tīklu segmentos, tādā veidā izolējot trafika daļu vai radušās problēmas. Tilti strādā augstākā OSI slānī kā atkārtotāji. Tie ir “gudrāki” par atkārtotājiem, jo var izmantot plašāku (adrešu) informāciju. Piemēram, tilts pārbauda avota un sanēmēja fizikālās adreses katrā datu blokā un veido maršrutēšanas tabulu. Bet vienlaicīgi tilts var uzturēt tikai vienu maršrutu un nespēj to optimizēt.

7. Atkārtotāji • Atkārtotājs (repeater) ir iekārta, kas atklājot signālu vienā kabelī pārraida tā pastiprinātu kopiju uz otru kabeli. • Atkārtotāji darbojas fizikālajā slānī un pastiprina visus pārraidāmos signālus tos nefiltrējot. • Ar atkārtotājiem savienotie segmenti veido kopēju sadursmes apgabalu (collision domain). • Atkārtotājs savieno 2 segmentus, kuru max garums <500m, piem., savienojot 3 segmentus ar 2 atkārtotājiem, var izveidot LT, kas aptver 1500m. • Datori nevar noteikt, vai starp tiem atrodas atkārtotājs. • Katrs atkārtotājs palielina aizkavi, tādēļ to skaits ierobežots • Starp jebkurām tīkla stacijām nedrīkst būt vairāk kā 4 atkārtotāji. Atsevišķu atkārtotāju lieto reti; tā funkcijas liek citās iekārtās.

8. Atkārtotājs savieno 2 segmentus nelietojot raiduztvērējus.Ethernet tīklā paketei, ko sūta viens dators, jāsasniedz saņēmējs pirms būs nosūtīts paketes pēdējais baits. Tādēļ aizkaves limita dēļ nevar lietot daudz atkārtotāju; 10Mbs Ethernet var būt 5 segm. un 4 atk., bet Fast Ethernet līdz 2 atk.

9. Signālu izplatīšanās segmentā

10. Piemērs, kad Ethernet segmenti atrodas ēkas 3 stāvos; vertikālais segments savieno stāvus

11. Centrmezgli (hub) • Centrmezgli (hub) ir iekārtas, kas pilda savienojošā posma funkcijas lokālajā tīklā ar zvaigznes topoloģiju un darbojas fizikālajā slānī. • Centrmezglus iedala: • Pasīvajos (passive hub) – tie nemodificē signālus • Aktīvajos (active hub) – tie arī pastiprina signālus • Atkarībā no tīkla vides centrmezglu iekārtās lieto: • Elektriskās shēmas • Optiskos komponentus (piem., spoguļus gaismas impulsu sadalei • Bezvadu vides

12. Centrmezgla struktūra

13. Retranslējošie centrmezgli • Retranslējošos centrmezglus, kas pastiprina signālus, sauc arī par daudz portu atkārtotajiem (multiport repeaters) • Tie pieder aktīvajiem centrmezgliem un pieslēdzami barošanas avotam • Iespējams savienot tīklā vairākus centrmezglus, lai veidotu topoloģiju “zvaigzne-kopne”, kam ir kopējs sadursmes apgabals • Tāpat kā atkārtotāju gadījumā, Ethernet tīklā nevar būt vairāk par 4 centrmezgliem.

14. Vairāku centrmezglu savienojums veidojot topoloģiju “zvaigzne-kopne”

15. Marķiergredzena daudzpieejas moduļi • Marķiergredzena daudzpieejas moduļi (MAU – multistation access unit) pilda ārējās funkcijas līdzīgi centrmezgliem, bet to iekšējās funkcijas būtiski atšķiras • MAU secīgi raida datu plūsmu (trafiku) caur katru portu un pēc paketes nosūtījuma gaida marķieri. Tādā veidā iznāk topoloģija “marķiergredzens” • MAU rīcībā ir pārslēgi, kas ļauj izslēgt no gredzena tos portus, kas var izsaukt gredzena darbības traucējumus.

16. Autonomie centrmezgli • Autonomais centrmezgls (standalone hub) parasti ir neliela iekārta ar 4 – 16 portiem un barošanas bloku. • To iespējams savienot ar citiem tīkla paplašināšanai • Tajos izdala augšupsaites (uplink) portus, ko izmanto savienošanai ar citiem centrmezgliem. • Augšupsaites bieži lieto centrmezglu savienošanai un tīkla maģistrāles (backbone) izveidošanai. • Centrmezglu savienojumu ar kopnēm sauc arī par jaukto segmentu (mixing segment); pie tā var pieslēgt > 2 iekārtas • No 5 segmentiem, kas ļauti tīklā 10BaseT, tikai 2 var būt jaukti; šis ierobežojums ir pazīstams kā • likums Ethernet 5-4-3

17. Modulārie centrmezgli • Modulārie centrmezgli (modular hubs) ir tādi, kurus veidotiem pievienojot dažādus moduļus, kuri katrs atbalsta konkrētu topoloģiju, piem., Ethernet vai Token Ring. • Gandrīz vienmēr tiem ir vadības iespējas un tie spēj elastīgi apvienot dažādas tehnoloģijas. • Lietojot dažādus moduļus iespējams savietot vienā mezglā dažādas pārraides vides, piem., 100BaseTX un 100BaseFX vai arī ielikt plates, kas veic tilta, centrmezgla vai maršrutētāja funkcijas. • Modulārie centrmezgli ir dārgi un paredzēti lieliem un nemaināmiem tīkliem.

18. Tilti (bridge) • Tilti arī savieno 2 segmentus, bet, atšķirībā no atkārtotāja,pārraida tikai pilnus kadrus un nepārraida traucējumus un kadru sadursmes signālus • Tilts darbojas datu posma slānī. • Segmentiem jeb tīkliem, ko savieno tilts, ir vienādi loģiskā posma vadības protokoli, bet var būt dažādi vides piekļuves protokoli. • Saņemot kadru, tilts pārbauda kadra veselumu un raida tikai kadrus bez kļūdām. • Tiltiem ir plašāks pielietojums nekā atkārtotājiem.

19. Tilta struktūra

20. Tīklu apvienošana ar tiltiem Slānis, kurā lieto apvienošanu ar tiltu palīdzību (t.i. kanāla slānis): • kontrolē informācijas plūsmu, • apstrādā pārraides kļūdas, • nodrošina fizisko (atšķirībā no lōģiskās) adresāciju un • pārvalda pieeju fiziskai videi. Tilti nodrošina šo funkciju izpildi, atbalstot dažādus kanāla slāņa protokolus, kas noteic: • informacijas plūsmu, • kļūdu apstrādi, • adresāciju un • pieejas pie nesēja algoritmus. populāri2. slāņa protokoli -Ethernet, Token Ring un FDDI.

21. Tiltu funkcijas Tilti nav sarežģītas iekārtas. Tie: • analizē pienākošos kadrus, • pieņem lēmumus par to virzīšanu, balstoties uz informāciju, ko satur kadrs, un • pārsūta tos ierādītajā vietā. Dažreiz (piem, avota maršruta savienojums) katrs kadrs satur informāciju par visu ceļu uz gala punktu. Citos gadījumos (piemēram, caurspīdīgs savienojums) kadrus virza uz norādīto vietu ar atsevišķiem pārsūtījumiem, pa vienam katrā reizē.

22. Apvienošanas ar tiltu palīdzību priekšrocības Galvenā apvienošanas ar tiltu palīdzību priekšrocība ir augstāko slāņu protokolu caurspīdīgums. Tādēļ, ka tilti kanāla slānī, no tiem neprasa augstāko slāņu informācijas pārbaudi. Tas nozīmē, ka tie var ātri virzīt trafiku, kas pārstāv jebkuru tīkla slāņa protokolu. Tilts ir parasta lieta Apple Talk, DECnet, TCP/IP, XNS un citu trafiku virzīšanā starp diviem vai vairākiem tīkliem. Tilti var filtrēt kadrus, lietojot jebkurus 2. slāņa informācijas laukus. Piemēram, tiltu var ieprogrammēt tā, lai tas aizliedz visus kadrus, ko sūta no noteikta tīkla. Tā kā kanāla slāņa informācijā bieži iekļauj norādi uz augstākā slāņa protokolu, tilti parasti filtrē pēc šī parametra. Tāda filtrēšana ir lietderīga, lai aizliegtu neobligāto apraides pakešu informāciju un tātad samazinātu trafiku.

23. Apvienošanas ar tiltu palīdzību priekšrocības Dalot lielos tīklus autonomos blokos, tilti nodrošina virkni priekšrocību: • tā kā tiek pārsūtīts tikai noteikts trafika procents, tīkli mazina trafiku, kas iet cauri visu savienoto segmentu iekārtām. • tilti darbojas kā nepārvarams šķērslis dažiem bojājumiem, kas ir potenciāli bīstami tīkliem. • tilti ļauj uzturēt sakarus vairāku iekārtu starpā, nekā to varētu nodrošināt jebkurā tiltam pievienotā LAN, ja tā būtu patstāvīga. • tilti palielina LAN efektīvo garumu, ļaujot pieslēgt vēl nepieslēgtās attālās stacijas.

24. Tiltu tipiTiltus grupē kategorijās, izejot no dažādiem izstrādājumu raksturojumiem. Saskaņā ar vienu no populārām klasifikācijas shēmām tilti mēdz būt lokālie un distances. Lokālie tilti nodrošina to LAN segmentu kopas tiešu savienojumu vienā teritorijā.

25. Distances tilti Tie savieno LAN segmentu kopu dažādās teritorijās caur telekomunikācijas līnijām. Distances tilta savienošana rada dažas problēmas. Viena no tām ir atšķirība starp LAN un WAN ātrumiem. Lai gan pēdējā laikā ģeogrāfiski izkliedētiem apvienotiem tīkliem radītas dažādas ātrdarbīgo WAN tehnoloģijas, LAN ātrumi bieži ir par kārtu augstāki nekā WAN ātrumi. Liela atšķirība starp LAN un WAN ātrumiem neļauj lietotājiem izmantot caur WAN jutīgus pret aizkavēm LAN pielietojumus. Distances tilti nevar palielināt WAN ātrumu, bet var kompensēt nesaskaņas ātrumos, izmantojot pietiekamas bufera jaudas. Ja kāda LAN iekārta, kas spēj pārraidīt ar ātrumu 3 Mb/sek, grib sazināties ar citu no attāla LAN iekārtām, tad lokālajam tiltam jāregulē informācijas plūsma, ko pārraida ar ātrumu 3Mb/sek, lai nepārpildītu virknes kanālu, kura caurlaide 64Kb/sek. To sasniedz uzkrājot ienākošu informāciju izvietotos uz plates buferos un aizsūtot to caur secīgu kanālu ar ātrumu, kuru tas var nodrošināt. To var realizēt tikai ar īsām informācijas paketēm, kas nepārpilda tilta buferus.

26. OSI datu posma slāņa apakšslāņi IEEE sadalīja OSI kanāla slāni divos atsevišķos apakšslāņos: • MAC (Medium Access Control – vides pieejas vadības) apakšslānis un • LLC (Logical Link Control - loģiskā posma vadības) apakšslānis. MAC atļauj un vada pieeju pie nesēja atkarībā no lietojamās vides pieejas metodes (piemēram, sāncensības, marķiera nodošanas u.tml.), bet LLC apakšslānis darbojas ar kadrēšanu (veido kadrus), informācijas plūsmas vadību, bojājumu vadību un MAC slāņa adresāciju. Daži tilti ir MAC apakšlīmeņa tilti. Šīs iekārtas veido saikni starp homogēniem tīkliem (piemēram, starp IEEE 802.3 un IEEE 802.3 tīkliem). Citi tilti var veikt translēšanu starp dažādiem kanāla slāņa protokoliem (piemēram, starp IEEE 802.3 un IEEE 802.5).

27. Translēšana starp dažādiem kanāla slāņa protokoliem starp IEEE 802.3 un IEEE 802.5

28. Segmentu savienojums ar tiltu

29. Kadru filtrēšana un tiltu darbība Vairums tiltu veic arī sarežģītākus uzdevumus kā kadru pārraide.Parasti tilts ir dators ar 2 tīkla kartēm, kas pilda tikai komunikācijas un kadru filtrēšanas uzdevumus. Filtrēšanai lieto filtrēšanas tabulu (FT) Kadru filtrēšana – kadru pārsūta uz otru segmentu tikai, ja nepieciešams pārbaudot MAC adresi. Tiltam ir zināma katra datora atrašanās vieta LT Tilti parasti ir adaptīvi (pašapmācoši), jo tie automātiski uzkrāj informāciju par datoru atrašanās vietām Saņemot kadru tilts: • Pieliek no galvenes izņemto avota fizisko adresi savam sarakstam • Izmanto saņēmēja fizisko adresi noteicot, vai kadru pārsūtīt

30. Notikumu secība 2 segmentu tīklā

31. Divu ēku LT segmentu savienojums

32. Tiltu lietošana uz lieliem attālumiem

33. Tiltu darbība tos uzstādot un stabilajā režīmā • Sākumā pēc uzstādīšanas tiltam nav adrešu saraksta • Stabilais režīms ir tad, kad visi datori ir ko sūtījuši • Datora OS sūta ne mazāk par 1 kadru ieslēdzoties • Saite starp datoriem divpusēja – saņemot kadru dators atbild uz to • Stabilajā režīmā adrešu saraksti ir izveidojušies • Stabilajā režīmā tilti pārsūta katru kadru pēc minimāli nepieciešamo segmentu skaita

34. 8 segmentu savienošana ar tiltiem

35. Bezgalīgas ciklošanas iespējas problēma izmantojot tiltus

36. Komutatora lietošana centrmezglu vietā;procesors lieto koordinātu meklētāju, lai atrastu izejas adresi. Atšķirībā no CM komutatora lietošana ļauj vienlaikus paralēli sadarboties vairākiem portiem

37. Komutatora struktūra

38. Komutatora apraides struktūra

39. Maršrutētāji un starptīklu interfeisi Maršrutētājus (router) izmanto autonomo sistēmu un dažādu tipu tīklu savienošanai. Komplicētos tīklos nepieciešams, lai savienošanas iekārta ne tikai zinātu katra segmenta adresi, bet arī varētu noteikt labāko maršrutu datu pārraidei un filtrētu apraides (broadcast) ziņojumus, samazinot trafiku. Maršrutētāji atbilst šīm prasībām. Starptīklu interfeisi (saskarnes) (gateways) nodrošina sakarus starp tīkliem ar dažādām arhitertūrām, protokolu kopām, datu formātiem un struktūrām. Daži starptīklu interfeisi izmanto visus septiņus slāņus, bet parasti tie pārveido protokolus lietojumu slānī.

40. Maršrutēšanas un tiltu funkcijas Vārda maršrutēšana nozīmē informācijas (datu) pārvietošanu no avota uz tās gala saņēmēju caur apvienotu tīklu. Parasti datu ceļā ir vismaz viens mezgls. Maršrutēšanu bieži pretstata tīklu apvienošanai ar tilta (bridge) palīdzību, kura it kā pilda tieši tādas pašas funkcijas. Atšķirība ir tā, ka: • apvienošana ar tiltu notiek ISO etalonmodeļa 2. slānī, • maršrutēšana - 3. slanī. Ar šo atšķirību ir skaidrojams, ka maršrutēšana un apvienošana pēc tilta shēmas izmanto atšķirīgu informāciju tās pārvietošanas procesā no avota līdz tās gala saņēmējam. Rezultātā maršrutēšana un apvienošana ar tilta palīdzību pilda katra savu uzdevumu ar dažādiem paņēmieniem. Pastāv vairāki dažādi maršrutēšanas un ar tiltu palīdzību veiktas apvienošanas veidi.

41. Maršrutēšanas procesa komponenti Maršrutēšana ietver sevī divus pamata komponentus: • optimālo maršrutēšanas traktu (maršrutu) noteikšanu un • informācijas bloku (ko parasti sauc par paketēm) transportēšanu. Pēdējo no šiem diviem komponentiem dēvē par komutāciju. Komutācija ir relatīvi vienkārša, bet maršruta noteikšana var būt sarežģīts process. Optimālaismaršruts(maršrutēšanas trakts) ir vislabākā pēc kāda kritērija vai metrikas (piem., pēc pārraides ātruma) kanālu posmu secība no nosūtītāja līdz gala saņēmējam.

42. Pakešu komutācijas tīkla koncepcija

43. Maršruta noteikšana Maršruta noteikšana balstās uz dažādu rādītāju vai rādītāju kombināciju aprēķiniem (t.i. algoritmisku aprēķinu rezultātā iegūtiem lielumiem atsevišķiem mainīgiem, piemēram, maršruta garumam). Maršrutēšanas algoritmu programmu realizācijas rēķina maršruta rādītājus optimālo maršrutu noteikšanai. Maršrutēšanas algoritmi inicializē un uztur maršrutēšanas tabulas (MT) , kas satur maršruta informāciju. Šīs tabulas atrodas tīkla mezglos, kurus sauc par maršrutētājiem (router). Maršruta informācija var mainīties atkarībā no izmantojamā maršrutēšanas algoritma veida.

44. Maršrutētāja struktūra

45. MT piemērs

46. Maršrutēšanas algoritmi Tie aizpilda maršrutēšanas tabulas ar specifisku informācijas kopu, kas ietver sevī asociācijas (saites) "Saņēmējs/Nākošā pārsūtīšana". Katrā asociācijā "Saņēmējs" norāda informācijas gala punktu, bet "Nākošā pārsūtīšana" nosaka to maršrutētāju, kam tālāk jāpārsūta informācija ceļā uz gala punktu, lai norādīto saņēmēju varētu sasniegt pēc optimālā maršruta. Saņemot katru paketi, maršrutētājs pārbauda saņēmēja adresi un asociē (saista) to ar nākošo maršrutētāju, kam jāpārsūta dati.

47. Maršrutētāji tīklā savstarpēji sazinās MT var saturēt arī citu informāciju, piemēram, par kāda kanāla vai trakta vēlamību. Maršrutētāji salīdzina rādītājus, lai noteiktu optimālo maršrutu. Rādītāji atšķiras viens no otra atkarībā no lietotā maršrutēšanas algoritma. Maršrutētāji tīklā savstarpēji sazinās (uztur savas MT) pārraidot dažādus ziņojumus. Viens no ziņojumu veidiem ir ziņojums par "maršrutu atjaunošanu". Maršrutu atjaunošana parasti aptver visu MT vai tās daļu. Analizējot no maršrutētājiem pienākošo informāciju par maršrutu atjaunošanu, katrs no tiem veido tīkla topoloģijas detalizētu ainu. Cits ziņojumu veids, ar ko apmainās maršrutētāji, ir "ziņojums par kanāla stāvokli", kas informē citus maršrutētājus par nosūtītāja kanālu virknes stāvokli. Šo informāciju izmanto arī tīkla topoloģijas pilnas ainas izveidošanai. Kad tīkla topoloģija kļūst skaidra, maršrutētāji noteic optimālos maršrutus līdz adresātiem.

48. Komutācija Komutācijas algoritmi ir samērā vienkārši un vienādi maršrutēšanas protokolu vairākumam. • Hostdators (host computer) (galvenais dators) izlemj paketes sūtīšanu uz citu hostdatoru. • Saņēmis tuvākā maršrutētāja adresi, hostdators-avots sūta paketi uz maršrutētāja fizikālo adresi (kas atrodas kanāla slāņa MAC apakšslānī, MAC - medium access control), norādot paketē arī hostdatora-saņēmēja protokola adresi (tīkla slāņa adresi). • Pēc saņēmēja adreses pārbaudīšanas maršrutētājs pārbauda, vai tas 1)zin, vai 2)nezin, kā nosūtīt paketi nākošajam maršrutētājam. 1. gadījumā maršrutētājs sūta paketi nākošajam maršrutētājam, aizstājot paketē fizikālo adresi ar nākošā maršrutētāja fizikālo adresi un tad pārraidot paketi. 2. gadījumā (kad maršrutētājs nezina, kā pārsūtīt paketi) pakete parasti tiek ignorēta.

49. Gala sistēmas, starpsistēmas, autonomās sistēmas (domeni) ISO izstrādājusi terminoloģiju maršrutēš. procesa aprakstīšanai. Tīkla iekārtas, kas nespēj pārsūtīt paketes starp a/tīkliem, sauc par gala sistēmām (End System - ES), bet tīkla iekārtas, kas to spēj - par starpsistēmām (Intermediate System - IS). Starpsistēmas dala: • sistemās, kas var sazināties "maršrutēšanas domenu" robežās ("iekšdomenu" IS), • un sistēmās, kas var sazināties kā maršrutēšanas domena robežās, tā arī ar citiem maršrutēšanas domeniem ("starpdomenu" IS). "maršrutēšanas domens" ir apvienotā tīkla daļa ar kopējo administratīvo vadību, ko regulē ar noteiktu administratīvo vadošo principu kopu. Maršrutēšanas domenus dēvē par "autonomām sistēmām" (AS). Noteiktiem protokoliem maršrutēšanas domeni var būt papildus iedalīti "maršrutēšanas iecirkņos", taču komutācijai kā iecirkņu iekšpusē, tā arī starp tiem izmanto iekšdomenu maršrutēšanas protokolus.

50. Maršrutēšanas veidi Maršrutēšanas uzdevums – izvēlēties vislabāko (optimālo) maršrutu (ceļu grafā) atkarībā no izvēlētā maršrutēšanas veida, kas var būt: • Datagrammu maršrutēšanā - pakešu avota-saņēmēja pāriem • Virtuālo savienojumu (ķēžu) maršrutēšanā – sakaru seansiem • Statiskajā maršrutēšanā – maršrutu iepriekš noteic operators