Адресация узлов в компьютерных сетях

Линии связи

Физическая и логическая топологии сети

В компьютерной сети принято различать физические и логические связи.

Физическая топология – это конфигурация физических соединений компьютеров (например, кабельная система).

Логическая топология – это маршруты информационных потоков между узлами сети.

Логическая и физическая топологии сети могут совпадать (например, физическая топология «кольцо», в которой данные передаются по кругу). Однако они могут и быть различными (например, физическая топология «звезда» с концентратором, а логическая – «общая шина», так как данные, получаемые от любого компьютера, рассылаются концентратором всем остальным компьютерам).

Линии связи подразделяются на:

• Индивидуальные
• Разделяемые

Индивидуальные линии связывают пары устройств, обменивающихся между собой данными. При этом скорость обмена данными между этими устройствами будет максимально возможной, но какую-то часть времени линия будет не использоваться (так как не всегда есть данные для передачи). Кроме того, на организацию индивидуальных линий связи расходуется больше кабеля, чем на организацию разделяемых.

Разделяемые линии связи – это линии, которые попеременно используются разными устройствами. Они вводились исходя из экономических соображений. Для их организации необходимо разрешить ряд проблем:

Обеспечение электрических характеристик сигнала при подключении нескольких приемников и передатчиков к одному проводу.

Разделение во времени данных, передаваемых разными устройствами, то есть определение порядка доступа станций к общей линии связи, поскольку в один момент времени может передавать данные только одна станция.

При большом количестве компьютеров быстродействие разделяемой среды оказывается ниже, чем среды с индивидуальными линиями, так как устройствам приходится ожидать доступа к общей линии. Однако при этом более эффективно используются сами линии (отсутствуют простои).

Поскольку решение перечисленных выше проблем, связанных с организацией разделяемой среды, в глобальных сетях резко усложняется, то в этих сетях разделяемые среды не используются.

В пределах одной компьютерной сети адреса всех узлов должны быть уникальными. Выделяют три типа адресов, которые можно использовать одновременно в ЛВС.

1. Аппаратные или MAC-адреса. Они применяются для идентификации узлов ЛВС и жестко связаны с аппаратурой, например, сетевыми адаптерами. Они выглядят, например, так: 0081005e24a8. Уникальность адресов гарантируется фирмой-изготовителем, каждой из которых выделяется определенный диапазон адресов.

При замене аппаратуры изменяется и адрес узла, например, при замене адаптера – адрес компьютера.

2. Числовые адреса применяются для структурированных сетей, то есть таких, которые состоят из подсетей. Эти адреса назначаются программным путем при настройке узлов и легко могут быть изменены. Такие адреса имеют иерархическую структуру. Типичными примерами иерархических числовых адресов являются сетевые адреса IP и IPX. В них поддерживается двухуровневая иерархия, адрес делится на старшую часть – номер сети и младшую часть – номер узла. Такое деление позволяет передавать сообщения между сетями только на основании номера сети, а номер узла используется после доставки сообщения в нужную сеть – точно так же, как название улицы используется почтальоном только после того, как письмо доставлено в нужный город. Пример IP-адреса – 126.82.11.103.

3. Символьные адреса и имена предназначены для запоминания людьми и поэтому обычно являются осмысленными. Они могут использоваться как в небольших сетях, где за их уникальность отвечает сетевой администратор (например, cad, dragon2), так и в крупных сетях. В крупных сетях такие адреса имеют многоуровневую иерархическую организацию. Пример такого адреса – www.jpl.nasa.gov.

За уникальность числовых и символьных адресов в крупных сетях ответственен ряд специальных организаций, например, в Internet – InterNIC, IANA.

В современных сетях, как правило, используются все типы адресов. Пользователи адресуют компьютеры символьными именами, которые автоматически заменяются в передаваемых сообщениях на числовые. С помощью числовых адресов сообщения передаются из одной сети в другую, а после доставки сообщения в сеть-адресат вместо числового адреса используется аппаратный адрес компьютера-адресата.

Проблема установления соответствия между адресами различных типов, которой занимаются протоколы разрешения адресов, может решаться как централизованными, так и распределенными средствами. В случае централизованного подхода в сети выделяются один или несколько компьютеров (серверов имен), в которых хранится таблица соответствия друг другу имен различных типов, например, символьных и числовых. Все остальные компьютеры обращаются к серверам имен, чтобы по символьному имени определить числовое имя компьютера, с которым необходимо обменяться данными.

При другом, распределенном, походе, каждый компьютер сам решает задачу установления соответствия между адресами. Например, если пользователь указал в качестве узла назначения числовой номер, то перед началом передачи данных компьютер-отправитель посылает всем компьютерам сети широковещательное сообщение с просьбой опознать это числовое имя. Все компьютеры, получив это сообщение, сравнивают полученное имя с собственным. Компьютер, обнаруживший совпадение, посылает ответ, содержащий его аппаратный адрес, после чего становится возможным обмен данными.

Хотя распределенный подход упрощает организацию разрешения адресов, но сильно загружает сеть широковещательными запросами и потому пригоден лишь для небольших локальных сетей. В качестве примера можно привести протокол ARP (ARP – Address Resolution Protocol), который применяется для нахождения соответствия между сетевыми и аппаратными адресами. Централизованный подход может использоваться в сетях любого масштаба. Наиболее известная служба централизованного разрешения адресов – это служба доменных имен (DNS – Domain Name Service) в Internet, который применяется для нахождения соответствия между символическими и сетевыми адресами.

Перечисленные три типа адресов могут быть индивидуальными, то есть идентифицировать конкретный порт узла сети (компьютера или коммуникационного устройства). Также они могут быть групповыми – то есть адресами нескольких узлов, которым одновременно передаются данные, или широковещательными – данные, направленные по таким адресам, должны быть переданы всем узлам сети. Групповые и широковещательные адреса при необходимости назначаются узлам в дополнение к их индивидуальным адресам.

После того, как пересылаемые по сети данные достигают узла-адресата, ПО компьютера - адресата должно направить их соответствующей программе – процессу, адрес которого прилагается к адресу узла. Уникальность адреса процесса должна обеспечиваться только в пределах компьютера. Примерами адресов процессов являются номера портов протоколов TCP и UDP из стека TCP/IP.