Ирина Эланс
Построение сетей с прозрачными мостами
Тема: Построение сетей с прозрачными мостами
План рассказа:
1.1 Понятие Комп.Сети
1.2 Мосты и для чего они нужны
1.2Какие мосты есть на данный момент
1.4На каком стандарте их используют (IEEE), что это за стандарт
1.5 Типы мостов
1.6 Стандарты IEEE
1.7 Принцип работы прозрачных мостов
1.8
2. Практическая часть
2.1 Построение схемы
Введение
Цель работы, реализовать построение сетей по методу прозрачных мостов. Узнать, как они работают и для чего они нужны. Сначала расскажем, что такое прозрачные мосты и из чего себя представляют? Какое оборудование нужно для схемы? А чтобы было все понятно , коротко разъясним определения, которые будут использоваться на протяжении всей темы.
Прозрачные мосты - один из часто используемых методов построения по типу мостов. Используют MAC-адреса. на канальном уровне, причем каждый набор связан с определенным портом моста.
Глава 1.Прозрачные мосты
1.1 Тема
Компьютерная сеть - это соединение двух или более компьютеров для решения следующих задач:
- обмен информацией;
- общее использование программного обеспечения;
- общее использование оборудования (принтеры, модемы, диски и т.п.).
Соединение, как правило, создается с помощью кабеля, но существуют и другие, более сложные средства.
Преобразование информации для передачи по кабелю осуществляют устройства, встраиваемые в компьютер - сетевые адаптеры. Такие местные сети получили название - локальные сети.
Целесообразность создания компьютерной сети обуславливается следующим:
- возможностью использования территориально распределенного программного обеспечения, информационных баз данных и баз знаний, находящихся у различных пользователей;
- возможностью организации распределенной обработки данных путем привлечения ресурсов многих вычислительных машин;
- оперативному перераспределению нагрузки между компьютерами, включенными в сеть и ликвидации пиковой нагрузки за счет перераспределения ее с учетом часовых поясов;
- специализацией отдельных машин на работе с уникальными программами, которые нужны ряду пользователей сети;
- коллективизации ресурсов, в особенности дорогостоящего периферийного оборудования, которым экономически нецелесообразно укомплектовывать каждую ЭВМ.
Основные требования, предъявляемые к современным компьютерным сетям:
- Простота эксплуатации и доступа пользователя к сети.
- Открытость – возможность подключения разнотипных ЭВМ.
- Развиваемость – возможность наращивания ресурсов сети и абонентов.
- Автономность – работа пользователя на своей ЭВМ не должна ограничиваться тем, что ЭВМ включена в сеть.
- Интегральность – возможность обработки и передачи информации различного вида: символьной, графической и др.
- Защищенность – возможность пресечения несанкционированного доступа к сети.
- Небольшое время ответа обеспечивает эффективную работу пользователя в диалоговом режиме в соответствии с назначением сети.
- Непрерывность работы – возможность отключения и подключения компонентов сети без прерывания ее работы.
- Помехоустойчивость – способность достоверно передавать информацию в условиях помех.
- Высокая надежность и приемлемая стоимость услуг сети.
Часть этих требований заложена в международных или национальных стандартах, другие служат предметом межфирменных соглашений и дополнений.
Сетьможно рассматривать как систему с распределенными по территории аппаратурными, программными и информационными ресурсами. То есть, компьютерные сети представляют собой комплекс технических, программных и информационных средств.
Самое распространенное соединение – это простая витая пара (twistedpair), представляющая собой два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода. Локальные компьютерные сети в основном создаются на базе витой пары или тонкого кабеля.
Подлинией связи обычно понимают
совокупность технических устройств,
и физической среды, обеспечивающих передачу
сигналов от передатчика к приемнику.
В реальной жизни примерами линий связи
могут служить участки кабеля и усилители,
обеспечивающие передачу сигналов между
коммутаторами телефонной сети. На основе
линий связи строятся каналы связи.
Каналом связи обычно называют систему
технических устройств и линий связи,
обеспечивающую передачу информации между
абонентами. Соотношение между понятиями
"канал" и "линия" описывается
следующим образом: канал связи может
включать в себя несколько разнородных
линий связи, а одна линия связи может
использоваться несколькими каналами
Одним из двух имеющихся стандартов на мосты является TransparentBridging. Разработчики этого стандарта ставили перед собой задачу определения полностью прозрачного моста. С их точки зрения, купив мост для объединения двух локальных сетей, вам остается только подсоединить коннекторы к мосту, и все тут же должно начать работать. Никаких изменений в программном и аппаратном обеспечении, никакой настройки адресов, никакой загрузки маршрутных таблиц. Просто подключаете кабели, и готово.
Прозрачный мост работает в режиме приема всех пакетов (promiscuousmode).
Прозрачные мосты передают в другую сеть только пакеты, адресат которых находится за пределами сети, из которой пакет получен.
При получении кадра мост должен принять решение об отбрасывании или пересылке кадра, причем в последнем случае многопортовый мост должен также решить, в какую локальную сеть переслать кадр. Последнее решение принимается на основе неупорядоченной таблицы адресов. Эта таблица устанавливает соответствие между всеми известными мосту адресами получателей и линиями (портами, сетями), по которым кадр надо отправить, чтобы он достиг адресата.
Прозрачные мосты
Топология сети
Таким образом, то, как мост поступает с кадром, зависит от того, из какой сети кадр получен и кому он адресуется:
- Если отправитель и получатель находятся в одной сети, то кадр отбрасывается.
- Если отправитель и получатель находятся в разных сетях, то кадр пересылается в сеть, через которую он может достигнуть получателя.
- Если получатель неизвестен, то кадр рассылается во все сопредельные сети.
Типы мостов
- Обычный мост, связывающий однотипные сетевые сегменты в пределах одного помещения, называется локальным мостом(localbridge). Это простейший мост: он не модифицирует данные в пакетах, а про сто считывает адреса в заголовках протоколов канального уровня и передает или не передает пакеты дальше. Для объединения разнородных и удаленных друг от друга сегментов используются мосты двух других видов.
- Мост-транслятор (translationbridge), представляет собой устройство канального уровня, связывающее сегменты сети, в которых используются разные сетевые среды или разные протоколы. Мост этого типа сложнее локального, поскольку он не просто считывает заголовок, но и удаляет данные канального уровня из пакета, который предстоит передать в другой сегмент сети, а затем формирует кадр канального уровня заново. Таким образом , мост может связать сегмент Ethernet с сегментом FDDI или объединить сегменты Ethernet разных типов (например 100BaseTX и 100BaseT4), сохраняя целостность широковещательного домена. Из-за дополнительных манипуляций с пакетами мост-транслятор работает медленнее локального, а стоит гораздо дороже. Поскольку сети разных типов можно связывать и с помощью других устройств, например маршрутизаторов, мосты-трансляторы используются относительно редко.
- Удаленный мост (remotebridge) с помощью технологий ГВС связывает два сетевых сегмента, расположенные на значительном расстоянии друг от друга. Связь может осуществляться с помощью модемов, выделенной телефонной линии и др. Преимущество использования моста такого типа состоит в сокращении трафика по ГВС, которая, как правило, гораздо медленнее и значительно дороже ЛВС.
IEEE - Институт инженеров
по электротехнике и
- IEEE 802 —стандарт содержит общие принципы
построения распределенных локальных
и городских сетей. Принят в 2001 г.
- IEEE 802.1B —стандарт 1992 г. содержит разделы:
Информационная технология, Сети связи
и информационный обмен между системами,
Локальные и территориальные сети, Общие
спецификации, Управление локальными
и городскими сетями.
- IEEE 802.1D —стандарт 1998 г. является обновленной
версией стандарта IEEE 802.1В. Дополнен разделом,
который посвящен мостам, работающим по
протоколу MAC, обеспечивающему функцию
управления доступом к среде.
- IEEE 802.1F —стандарт 1993 г. содержит общие
определения и процедуры стандартов IEEE
802, связанные с управленческой информацией
в локальных и городских сетях.
- IEEE 802.1G — стандарт 1998 г., дополняющий
стандарт 802.1D в части обеспечения связей
между сетями по протоколу MAC.
- IEEE 802.1Н—стандарт 1995 г., посвященный практическим
рекомендациям по установлению связей
при использовании Ethernet 2.0 в локальных
распределенных сетях IEEE 802.
Принцип работы прозрачных мостов
Прозрачные мосты незаметны для сетевых адаптеров конечных узлов, так как они самостоятельно строят специальную адресную таблицу, на основании которой можно решить, нужно передавать пришедший кадр в какой-либо другой сегмент или нет. Сетевые адаптеры при использовании прозрачных мостов работают точно так же, как и в случае их отсутствия, то есть не предпринимают никаких дополнительных действий, чтобы кадр прошел через мост. Алгоритм прозрачного моста не зависит от технологии локальной сети, в которой устанавливается мост, поэтому прозрачные мосты Ethernet работают точно так же, как прозрачные мосты FDDI.
Прозрачный мост строит свою адресную таблицу на основании пассивного наблюдения за трафиком, циркулирующим в подключенных к его портам сегментах. При этом мост учитывает адреса источников кадров данных, поступающих на порты моста. По адресу источника кадра мост делает вывод о принадлежности этого узла тому или иному сегменту сети. Рассмотрим процесс автоматического создания адресной таблицы моста и ее использования на примере простой сети, представленной на рис. 1.1
Рис. 1.1 Принцип работы прозрачного моста
Мост соединяет два логических сегмента. Сегмент 1 составляют компьютеры, подключенные с помощью одного отрезка коаксиального кабеля к порту 1 моста, а сегмент 2 - компьютеры, подключенные с помощью другого отрезка коаксиального кабеля к порту 2 моста.
Каждый порт моста работает как конечный узел своего сегмента за одним исключением - порт моста не имеет собственного МАС - адреса. Порт моста работает в так называемом неразборчивом (promisquous) режиме захвата пакетов, когда все поступающие на порт пакеты запоминаются в буферной памяти. С помощью такого режима мост следит за всем трафиком, передаваемым в присоединенных к нему сегментах, и использует проходящие через него пакеты для изучения состава сети. Так как в буфер записываются все пакеты, то адрес порта мосту не нужен.
В исходном состоянии мост ничего не знает о том, компьютеры с какими МАС - адресами подключены к каждому из его портов. Поэтому в этом случае мост просто передает любой захваченный и буферизованный кадр на все свои порты за исключением того, от которого этот кадр получен. В нашем примере у моста только два порта, поэтому он передает кадры с порта 1 на порт 2, и наоборот. Отличие работы моста в этом режиме от повторителя в том, что он передает кадр не побитно, а с буферизацией. Буферизация разрывает логику работы всех сегментов как единой разделяемой среды. Когда мост собирается передать кадр с сегмента на сегмент, например с сегмента 1 на сегмент 2, он заново пытается получить доступ к сегменту 2 как конечный узел по правилам алгоритма доступа, в данном примере - по правилам алгоритма CSMA/CD.
Одновременно с передачей кадра на все порты мост изучает адрес источника кадра и делает новую запись о его принадлежности в своей адресной таблице, которую также называют таблицей фильтрации или маршрутизации. Например, получив на свой порт 1 кадр от компьютера 1, мост делает первую запись в своей адресной таблице: МАС - адрес 1 - порт 1. Если все четыре компьютера данной сети проявляют активность и посылают друг другу кадры, то скоро мост построит полную адресную таблицу сети, состоящую из 4 записей - по одной записи на узел.
После того как мост прошел этап обучения, он может работать более рационально. При получении кадра, направленного, например, от компьютера 1 компьютеру 3, он просматривает адресную таблицу на предмет совпадения ее адресов с адресом назначения 3. Поскольку такая запись есть, то мост выполняет второй этап анализа таблицы - проверяет, находятся ли компьютеры с адресами источника (в нашем случае - это адрес 1) и адресом назначения (адрес 3) в одном сегменте. Так как в нашем примере они находятся в разных сегментах, то мост выполняет операцию продвижения (forwarding) кадра - передает кадр на другой порт, предварительно получив доступ к другому сегменту.
Если бы оказалось, что компьютеры принадлежат одному сегменту, то кадр просто был бы удален из буфера и работа с ним на этом бы закончилась. Такая операция называется фильтрацией (filtering).
Если же адрес назначения неизвестен, то мост передает кадр на все свои порты, кроме порта - источника кадра, как и на начальной стадии процесса обучения.
На самом деле мы несколько упростили алгоритм работы моста. Его процесс обучения никогда не заканчивается. Мост постоянно следит за адресами источника буферизуемых кадров, чтобы быть в состоянии автоматически приспосабливаться к изменениям, происходящим в сети, - перемещениям компьютеров из одного сегмента сети в другой, появлению новых компьютеров. С другой стороны, мост не ждет, когда адресная таблица заполнится полностью (да это и невозможно, поскольку заранее не известно, сколько компьютеров и адресов будут находиться в сегментах моста). Как только в таблице появляется первый адрес, мост пытается его использовать, проверяя совпадение с ним адресов назначения всех поступающих пакетов.
Входы адресной таблицы могут быть динамическими, создаваемыми в процессе самообучения моста, и статическими, создаваемыми вручную администратором сети. Динамические входы имеют срок жизни - при создании или обновлении записи в адресной таблице с ней связывается отметка времени. По истечении определенного тайм-аута запись помечается как недействительная, если за это время мост не принял ни одного кадра с данным адресом в поле адреса источника. Это дает возможность автоматически реагировать на перемещения компьютера из сегмента в сегмент - при его отключении от старого сегмента запись о его принадлежности к нему со временем вычеркивается из адресной таблицы. После включения этого компьютера в работу в другом сегменте его кадры начнут попадать в буфер моста через другой порт, и в адресной таблице появится новая запись, соответствующая текущему состоянию сети.
Статические записи не имеют срока жизни, что дает администратору возможность подправлять работу моста, если это необходимо.
Кадры с широковещательными МАС - адресами передаются мостом на все его порты, как и кадры с неизвестным адресом назначения. Такой режим распространения кадров называется затоплением сети (flood). Наличие мостов в сети не препятствует распространению широковещательных кадров по всем сегментам сети, сохраняя ее прозрачность. Однако это является достоинством только в том случае, когда широковещательный адрес выработан корректно работающим узлом. Однако часто случается так, что в результате каких-либо программных или аппаратных сбоев протокол верхнего уровня или сам сетевой адаптер начинают работать некорректно и постоянно с высокой интенсивностью генерировать кадры с широковещательным адресом в течение длительного промежутка времени. Мост в этом случае передает эти кадры во все сегменты, затапливая сеть ошибочным трафиком. Такая ситуация называется широковещательным штормом (broadcaststorm).
К сожалению, мосты не защищают сети от широковещательного шторма, во всяком случае, по умолчанию, как это делают маршрутизаторы. Максимум, что может сделать администратор с помощью моста для борьбы с широковещательным штормом - установить для каждого узла предельно допустимую интенсивность генерации кадров с широковещательным адресом. Но при этом нужно точно знать, какая интенсивность является нормальной, а какая - ошибочной. При смене протоколов ситуация в сети может измениться, и то, что вчера считалось ошибочным, сегодня может оказаться нормой. Таким образом, мосты располагают весьма грубыми средствами борьбы с широковещательным штормом.
Прозрачные мосты используются в сетях Ethernet/IEEE 802.3 и названы так потому, что они в определенном смысле являются "прозрачными" для машин сети. После подачи питания на прозрачный мост он анализирует адрес назначения каждого поступающего блока данных и определяет топологию сети следующим образом: если, например, блок данных отправителя - машины с физическим адресом 15 - поступил через порт PN 1, то это фиксируется в таблице (рис. 2.3). Предполагается, что порт PN1 связан с сегментом 1. Таким образом, после включения питания заполняются аналогичные таблицы во всех прозрачных мостах многосегментной сети.
Информация, содержащаяся в таблице, используется для продвижения трафика. Предположим, через порт PN2 моста принят блок данных для пункта назначения - машины с адресом 4. Используя таблицу, мост определяет, что полученный блок надо отправить в сегмент 3 и направляет этот блок данных в порт PN3, обслуживающий сегмент 3.
Если таблица не содержит адреса пункта назначения, то принятый блок данных отправляется лавинной адресацией во все порты, кроме порта, через который получен блок данных. Аналогичным образом пересылаются широковещательные сообщения и сообщения многопунктовой адресации.
Достоинством прозрачных мостов является следующее:
они изолируют внутрисегментный трафик, пропускают только необходимый транзитный трафик и тем самым сокращают суммарный трафик в каждом отдельном сегменте. Для сетей работающих на пределе пропускной способности среды это заметно улучшает время реакции сети;
прозрачные мосты позволяют создавать сети с резервными избыточными связями между сегментами. Граф такой сети содержит циклы, поэтому в активном состоянии должны быть только связи, формирующие топологию сети без циклов - древовидный граф, или дерево. Дело в том, что при наличии циклов сначала возникает циркуляция пакетов, которая приводит к нарушению всей работы сети.
Для любого связного графа можно построить связный древовидный подграф, содержащий все вершины исходного графа - остовное дерево. Для этого используется алгоритм построения остовного дерева (STA = Spanning-TreeAlgoritm).
Рис 1.2 Пример сети
На рис. 1.2 изображен пример сети, содержащей циклы “мост 1 - мост 3-мост 5” ,“мост 1 - мост 4 - мост 5” и “мост 3 - мост 4” до прогона STA. На рис. 2.5 показана та же сеть после прогона STA. Таким образом, устраняются все мосты, непосредственно соединенные с каждым сегментом, кроме одного, и, следовательно, разрываются все циклы исходного графа.
Построение остовного дерева начинается при подаче питания на мост, а также во всех случаях, когда обнаруживается изменение топологии сети, вызванное отказом какого-либо моста. Для этого мосты через регулярные интервалы времени (1-4 секунды) обмениваются так называемыми сообщениями конфигурации, формат которых приведен на рис. 2.6. Если какой-нибудь мост отказывает, то соседние мосты, не получившие ожидаемое сообщение, инициируют процесс перестроения топологии сети, чтобы восстановить ее связность.
Прозрачные мосты разработаны компанией DigitalEquipmentCorporationв начале 1980-х гг. и включены в стандарт IEEE 802.1.
Глава 2. Компьютерная сеть с прозрачными мостами
2.1. Проектирование КС с прозрачными мостами
Для построения сети,будем использовать программу Cisco Packet Tracer . Сначала, мы поставим шесть роутеров. 4 из 6 будем использовать, как отдельные «комнаты» (области). Пятый роутер будет общим для всех четырех областей. А шестой - доступ к сети. Подключать шестой роутер с помощью облака. Остальные роутеры разделим по одной комнате, добавив по два устройства (например, компьютеры). Можно и больше, но для примера достаточно двух.
Pис. 2 Схема построения сетей прозрачных мостов
Поскольку, мы не можем подключиться к роутеру напрямую, нам необходимо подключать компьютер через устройство switch. Он помогает переключать адрес компьютера на адрес роутера и отправлять пакеты. Добавляем к общему роутеру дополнительныемодули для подсоединения по FastEthernet. Изначально, дается только FastEthernet 0/0 и 0/1.Также, для подключения главного роутера, который будет раздавать сеть, понадобится модуль Serial. Обычно он используется для подключения любого роутера.
Прописываем IP-адреса. Класс Cнапишем в комнатах (областях), Класс Bв общем роутере, а класс A в главном роутере. Чтобы IP-адреса были рабочими, их нужно написать в RIPRouting. Он перехватывает адреса от других устройств.
Рис 2.1 Интерфейс приложения Routing
Циско схема + описание схема + необходимость данной сети
2.2. Построение КС(как физически построить сеть )
Прозрачныемосты - один из подвидов сетевых мостов. Также существуют транслирующие мосты: они объединяют сети с разными протоколами уровня сетевого доступа модели TCP/IP. И инкапсулирующие мосты, они объединяют сети с одинаковыми протоколами уровня сетевого доступа модели TCP/IP через сети с другими протоколами. Обычно сетевые мосты используют, где требуется соединить сети разного типа, для совместного использования файлов всеми узлами сети. Хорошим примером применения моста, является необходимость соединения проводной и беспроводной сети одного офиса. Для того чтобы построить прозрачные мосты, нам потребуются маршрутизаторы для создания сети, роутеры для адрессации, коммутаторы и конечно же персональный компьютер.
Коммутатором является switch, а маршрутизатором – роутер.
Мосты можно реализовать и программно, например, в Windows есть такая функция.
Выбор оборудования, количество станций и прочее, выбор сервисов
2.3. Реализация прозрачных мостов (как настраивать)
Нужно прописывать Ip-адреса, так же как в программе симулятора Cisco Packet Tracer. Только здесь нужно заходить в приложение для устройства, который мы собираемся настроить. У каждой фирмы, приложения разные. В этой работе мы будем рассматривать приложения Cisco:
2.4. Работа КС с прозрачными мостами (для чего было сделано, пример, как будет работать)
Заключение.
Мы познакомились с работой сетей, способом построения сетей с помощью прозрачных мостов.
