Компьютерные сети. 6-е изд.

Мы уже говорили о нескольких устройствах для соединения сетей. Среди них повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы и шлюзы. Повторители и концентраторы просто переносят биты с одного кабеля на другой. Чаще всего это аналоговые устройства, не имеющие отношения к протоколам вышележащих уровней. Мосты и коммутаторы работают на канальном уровне. Они могут использоваться для построения сетей, осуществляя по ходу дела минимальные преобразования протоколов, например, между сетями Ethernet со скоростями 10, 100 и 1000 Мбит/с. В этом разделе мы изучим устройства сетевого взаимодействия, работающие на сетевом уровне, то есть маршрутизаторы. Шлюзы — высокоуровневые интеркоммуникационные устройства — будут рассмотрены позднее.

Прежде всего выясним, как взаимодействие через общий сетевой уровень можно использовать для объединения сетей разного типа. На илл. 5.37 (а) изображена интерсеть, состоящая из сетей 802.11, MPLS и Ethernet. Пусть источник в 802.11 хочет отправить пакет получателю в Ethernet. Так как технологии отправки в этих сетях различны и при этом пакету придется пройти через сеть другого типа (MPLS), на границах сетей пакеты должны быть дополнительно обработаны.

Поскольку обычно разные сети используют различные способы адресации, пакет содержит адрес сетевого уровня, который может идентифицировать любой хост трех сетей. Сначала пакет приходит на границу между 802.11 и MPLS. Сеть 802.11 не требует соединения, а MPLS, наоборот, ориентирована на его установление. Это значит, что необходимо создать виртуальный канал. Когда пакет пройдет по этому каналу, он достигнет границы сети Ethernet. На данном этапе пакет может оказаться слишком большим, так как 802.11 работает с более крупными фреймами, чем Ethernet. В таком случае он разделяется на фрагменты, каждый из которых отправляется по отдельности. Фрагменты снова объединяются по прибытии на адрес назначения. Так заканчивается путешествие пакета.

Выполнение протоколов для этого путешествия показано на илл. 5.37 (б). Отправитель получает данные от транспортного уровня и создает пакет с заголовком общего сетевого уровня — в данном случае IP. Адрес получателя в заголовке указывает, что пакет должен быть отправлен через первый маршрутизатор. Пакет вставляется во фрейм 802.11 с адресом этого маршрутизатора и передается. Маршрутизатор извлекает пакет из поля данных и отбрасывает заголовок фрейма. Далее он анализирует содержащийся в пакете IP-адрес. Его нужно найти в таблице маршрутизации. В соответствии с ним принимается решение об отправке пакета на второй маршрутизатор. Для этого нужно установить виртуальный канал MPLS, ведущий ко второму маршрутизатору, а пакет поместить во фрейм с заголовками MPLS. На противоположном конце заголовок MPLS удаляется, и на основании адреса определяется следующий транзитный участок сетевого уровня. Этот участок ведет к получателю. Так как пакет слишком длинный для Ethernet, он делится на две части, каждая из которых помещается в поле данных фрейма Ethernet и передается на адрес назначения. Там заголовки фреймов считываются, и содержимое исходного пакета восстанавливается. Пакет достиг адресата.

Илл. 5.37. (а) Пакет проходит через разные сети. (б) Выполнение протоколов на сетевом и канальном уровнях

Следует отметить, что между коммутацией (установкой моста) и маршрутизацией есть существенная разница. При применении маршрутизатора пакет извлекается из фрейма, и для принятия решения используется адрес, содержащийся в пакете. Коммутатор (мост) пересылает весь пакет, обосновывая свое решение значением MAC-адреса. Коммутаторы (в отличие от маршрутизаторов) не обязаны вникать в подробности устройства протокола сетевого уровня, с помощью которого производится коммутация.

К сожалению, межсетевое взаимодействие не такая простая задача, как может показаться. С появлением мостов предполагалось, что они будут соединять разные типы сетей или, по крайней мере, локальных, преобразовывая фреймы одной LAN во фреймы другой. Однако это не сработало, поскольку трудно преодолеть различия между свойствами LAN: максимальным размером пакета и наличием/отсутствием классов приоритетов. Поэтому сегодня мосты в основном соединяют сети одного типа на канальном уровне; для объединения разных сетей на сетевом уровне используются маршрутизаторы.

Межсетевое взаимодействие успешно применяется в построении крупных сетей, но это возможно только при наличии общего сетевого уровня. Со временем появилось множество различных протоколов. Сложно заставить всех использовать один формат, учитывая, что каждая компания видит коммерческую выгоду в том, чтобы иметь собственный протокол. Помимо IP, который на данный момент является практически универсальным сетевым протоколом, существуют IPX, SNA и AppleTalk. Ни один из них не используется повсеместно, а новые протоколы будут появляться всегда. Наиболее яркий пример —IPv4 и IPv6. И хотя оба они являются версиями IP, они несовместимы (иначе не было бы необходимости в разработке IPv6).