В этом разделе речь пойдет о растеризации двумерных графических примитивов, таких как отрезки, окружности, эллипсы. Мы попробуем разобраться, в чем отличие идеальных математических объектов от реальных отрезков и окружностей, рисуемых на экране.
При этом рассматриваются реальные задачи отрисовки графики, поэтому предложенные алгоритмы должны работать с приемлемой скоростью и использовать различные оптимизации.
Далее, на базе рассмотренных методов, будут построенны алгоритмы заливки фигур.
Связность
Идеальная математическая линия представляет собой бесконечное количество точек, удовлетворяющих определенному уравнению, или задана другим образом. Реальный экран это всегда конечное количество точек. Изображение представляет из себя прямоугольную сетку, узлы которой имеет целочисленные координаты. Появляется законный вопрос: как определить связность линии на экране?
Традиционно вводятся два понятия связности.
4-связность: пикселы p1(x1, y1) и p2(x2, y2) называются соседними, если либо разность их координат по оси x, либо разность их координат по оси y равна 1 (либо исключающее):
|x2 – x1| + |y2 – y1| <= 1
8-связность: пикселы p1(x1, y1) и p2(x2, y2) называются соседними, если разность их координат по оси x и разность их координат по оси y не больше 1:
|x2 – x1| <= 1, |y2 – y1| <= 1
8-связность(рис 1.) и 4-связность (рис 2.)
Линией на растровой сетке будем считать последовательность пикселов {P1, …, Pn}, таких, что любые два пиксела Pi, Pi+1 являются соседними в смысле заданной связности.
Прим. Отметим, что любая четырехсвязная линия одновременно является восьмисвязной, но не наоборот. Таким образом 4-связность является более сильным понятием.
Отсечение
Понятие связности, введенное выше, позволяет обойти требование на целочисленность координат всех точек. С помощью этого понятия можно судить о связности дискретной линии. Другая проблема состоит в том, что область вывода всегда имеет ограниченные размеры. Область формы, на которую делался вывод в предыдущих разделах, имеет форму прямоугольника. Таким образом появляется задача отсечения выводимых геометрических примитивов по границе некоторой области. Алгоритмы отчесения будут рассмотрены ниже.
Переход к оконным координатам
В предыдущем разделе не акцентировалось внимание, где именно стоит перейти из логических координат в оконные. Дискретность сетки, на которую выводится изображение, имеет определенные преимущества. А именно, за счет целочисленности коорднат пикселей можно создать алгоритмы, которые будут также работать только с целыми числами. Более того, во многих случаях основной цикл из числа арифметических операций содержит только сложения!
Становится ясно, что переход к оконным коодинатам нужно осуществить до начала работы основного алгоритма. В общем случае схема работы будет выглядеть следующим образом:
Это то, что касается базовых понятий. В последующих статьях будут рассмотрены математические основы задания графических примитивов и алгоритмы их построения (растеризации).
В кабельной инфраструктуре традиционным решением по организации кабельных трасс является прокладка кабелей и проводов в системах кабельных каналов, при этом все большее внимание производители уделяют технологичности монтажа.
Ни одно современное здание нельзя представить без кабельной канализации, куда укладываются кабели для различных типов сетей (электрических, телефонных, компьютерных, телевизионных, систем оповещения, сигнализации и др.). Она должна обеспечивать простоту прокладки и обслуживания, надежную и удобную коммутацию, простое наращивание кабельных систем, их последующую модернизацию и реконфигурацию, а также обладать достаточной емкостью для размещения резервных кабельных линий. Кроме того, необходимо соответствие нормам пожарной безопасности, госстандарта, эпидемиологической службы.
Для решения этих задач разработчики совершенствуют системы укладки кабелей с использованием гофрированных и жестких труб, кабель-каналов и коробов, а первостепенными требованиями становятся удобство и быстрота монтажа СКС, электропроводки и кабеленесущих систем. Поставщики кабеленесущих систем адаптируют свои продукты к изменениям в технологиях СКС и нуждам заказчиков, пытаясь найти оптимальное соотношение между себестоимостью и качеством продукции.
Современные кабеленесущие системы позволяют быстро добавлять электроустановочные изделия и кабель, а специальные решения помогают в несколько раз ускорить монтаж силовых розеток. По данным «Остек-Ком», время монтажа кабеленесущих систем от разных поставщиков может различаться в полтора раза.
Между тем российские потребители становятся все более требовательными к качеству изделий, пожаростойкости, долговечности, а отечественные нормы пересматриваются с целью их унификации в соответствии с международными стандартами. В числе первоочередных требований к кабеленесущим системам на российском рынке в «Остек-Ком» называют невысокую стоимость (особенно для регионов) и наличие большого складского запаса, а также полноту системы — ассортимент необходимых аксессуаров для построения и монтажа кабельной трассы. Среди качественных параметров системы наиболее существенными являются удобство, надежность и быстрота организации кабельной проводки, поскольку это непосредственно отражается на экономичности решения. Как отмечают в компании ДКС, сегодня эталон кабеленесущей системы — удобный в монтаже и эксплуатации продукт, эстетичный, долговечный, соответствующий нормам пожарной и экологической безопасности. По мнению специалистов DNA Trading, легкость и быстрота монтажа кабеленесущих систем, прочность и долговечность материала, разнообразие и совместимость решений — все, что позволяет снизить стоимость и повысить надежность системы, — остаются насущными требованиями.
Многие работающие на рынке инженерных коммуникаций российские компании и системные интеграторы, занимающиеся монтажом СКС и локальных сетей, дополняют спектр предлагаемых решений в области СКС кабеленесущими и электроустановочными изделиями известных зарубежных и российских поставщиков, а также собственных производственных подразделений.
ОТ СИСТЕМЫ К СИСТЕМЕ
Скрытая проводка электрических силовых, а иногда и слаботочных систем осуществляется при помощи гофрированных труб. Они обеспечивают не только защиту от механических повреждений, проникновения влаги и возгорания, но и удобство монтажа, позволяя впоследствии проложить дополнительную проводку или заменить ее. В отличие от металлорукава, гофротруба не подвержена коррозии, не требует заземления, монтируется намного быстрее, существенно дешевле и легче. Для крепежа труб выпускается широкий ассортимент коробок и компонентов. Вместе с аксессуарами такие изделия образуют систему, куда входит все необходимое для монтажа на объектах. Цель разработки подобных систем — создание надежного комплекса для прокладки электропроводки с гарантированной экономией за счет удешевления материалов и сокращения времени монтажа, ведь, по данным ДКС, затраты на монтажные работы составляют до 70% от стоимости системы.
Гофрированная труба — массовый продукт, широко применяемый при прокладке силовой проводки и слаботочных кабелей. Трубы из ПНД «Октопус» серии 7’’ компании ДКС при сохранении прочностных и изоляционных свойств не содержат дорогостоящих добавок, препятствующих горению, и чаще всего используются при монолитном строительстве.
Для скрытой проводки внутри жилых и рабочих помещений ДКС предлагает систему «Октопус». Это гофротрубы нескольких серий, корпуса встраиваемых щитков и транзитных коробок, а также аксессуары для монтажа. Материал труб различается по цвету: в голубой окрашены полипропиленовые трубы (ПП) с повышенной эластичностью и устойчивостью к воздействию низких и высоких температур (от –40 до +100°C), в серый — негорючие трубы из поливинилхлорида (ПВХ), а в оранжевый и черный — трубы из полиэтилена низкого давления (ПНД). Компания планирует расширить спектр продукции и уже в этом году представить систему двустенных труб для прокладки кабельных трасс в грунте.
Предприятие «Экопласт» ориентируется на профессиональный рынок. Гофрированные трубы из композиций ПВХ и ПНД легкого и тяжелого типов изготавливаются на оборудовании немецких и итальянских производителей. Под системой в компании понимают весь спектр оборудования, необходимого для монтажа кабельной трассы, с дополнительными элементами. Она должна быть универсальна и обеспечивать реализацию всевозможных вариантов кабельной проводки. Системы «Экопласт» включают гофротрубы для прокладки кабелей в различных помещениях и средах, в том числе серию FL (легкая) и FH (тяжелая) с внешним диаметром от 16 до 50 мм, наружные и внутренние распределительные коробки и щитки. Они имеют степень защиты IP55 (по ГОСТ 14254/МЭК 529).
По данным статистики, до 95% пожаров происходит из-за электропроводки, поэтому особое внимание уделяется требованиям безопасности и качеству материалов. Чтобы исключить возгорание кабеля от короткого замыкания в силовой проводке и распространение пламени по трубе и кабелю, применяются самозатухающие композиции ПВХ, однако в соответствии с действующими в России нормативами при скрытой установке каналов в стенах и потолках из горючих материалов монтажники нередко вынуждены использовать металлические трубы.
Тем не менее, как отмечают в ДКС, сфера применения гофротруб очень широка: они могут использоваться при заливке в бетон или укладке под штукатурку, в конструкциях теплых полов, в длинных трассах. Гофротрубы из полиэтилена высокого давления (ПВД) прокладывают под землей и на наружных негорючих поверхностях. В тяжелом варианте (для заливки в бетон) они имеют утолщенную стенку.
Традиционное практичное решение — система гладких пластиковых жестких труб. По данным «Экопласт», фитинги (соединительные элементы) обеспечивают степень защиты от IP54 до IP65. Гладкие жесткие трубы из ПВХ широко применяются для магистральной прокладки кабеля, скрытой и открытой электропроводки в стенах жилых, административных и промышленных помещений. Такие решения тяжелее гофрированных труб на 40%, но их вес можно назвать средним, а значит, удобным для монтажа и транспортировки. Прокладка кабеля в гладкой трубе не представляет особых трудностей, времени затрачивается меньше, а негорючий материал исключает распространение пламени по трубе. Удобство и скорость монтажа системы гладких труб нашли отражение в названиях несущих систем ДКС — «ЭКСПРЕСС 4» (IP40) и «ЭКСПРЕСС 6» (IP65). В число аксессуаров входят корпуса для наружного монтажа электроустановочных изделий ВИВА от ДКС. Система гладких труб серии RIG от «Экопласт» обычно используется для электропроводки в подвалах и гаражах зданий, в промышленных цехах и на открытых площадках.
Иногда система должна быть не только прочной, но и гибкой. В этом случае используются гибкие армированные трубы из модифицированного пластиката. Трубы от «Экопласт», армированные спиралью из ПВХ, применяются для защиты кабелей машин, станков и промышленного оборудования с подвижными частями. Они устойчивы к агрессивным средам и влаге (IP64), выдерживают динамические нагрузки. ДКС выпускает гибкие армированные трубы с прочным спиралевидным каркасом, залитым пластикатом ПВХ для герметизации. В комплексе с гладкой жесткой трубой и аксессуарами для монтажа такие изделия позволяют строить информационные и силовые сети на любых сложных участках.
Гофротрубы из ПВХ, ПНД и полиэтилена высокого давления (ПВД) выпускает также завод «Рувинил». Это жесткие и гладкие трубы 16—63 мм, а также двустенные трубы (ПНД/ПВД), цвет которых указывает на область их применения (прокладка электрокабеля, системы связи и телекоммуникаций или кабельные линии общего назначения). Аналогичную продукцию производит и ряд других предприятий. Поставщики стараются учитывать требования, предъявляемые российскими компаниями к кабеленесущим системам, и стремятся быть в курсе зарубежных технологий, дабы предложить качественную продукцию с улучшенными монтажными свойствами, тем более что на их заводах установлено высокотехнологичное европейское оборудование. Освоив технологии производства пластиковых изделий, они переходят к выпуску более сложных видов продукции — системам пластиковых кабель-каналов.
КАЖДОМУ ПО ПОТРЕБНОСТЯМ
Способы прокладки кабелей в административных и офисных помещениях различны. Они могут располагаться в подвесных потолках, фальшполах или в залитых в бетон желобах и разводиться до рабочих мест с помощью лючков и мини-колонн. Однако с начала 90-х гг. на отечественном рынке наиболее широкое распространение получила открытая проводка информационных, телефонных, оптических, силовых и видеокабелей в настенных коробах, что упрощает обслуживание и реорганизацию кабельной системы.
Короб — замкнутый профиль с плоским основанием и с защелкивающейся крышкой — предназначен для монтажа на поверхность (стены, пола или потолка). Системные изделия имеют в своем составе набор совместимых аксессуаров для прокладки трасс различной сложности, включая настенные каналы (короба), соединительные и ответвительные аксессуары, элементы крепления электроустановочных изделий, телефонные и компьютерные розетки.
Кроме соответствия ГОСТам и ТУ, а также стандартам на проводку электрических силовых и слаботочных кабелей, рынок диктует и другие требования, а именно — широкий спектр аксессуаров, конкурентная цена и эстетичный вид. Дополнение системы коробов полным набором аксессуаров вкупе с продуманностью конструкции помогает быстро и легко монтировать их и прокладывать кабельные сети. Как отмечают в DNA Trading, наряду с традиционными требованиями к дизайну, долговечности самого пластика и его окраски, разнообразию типоразмеров и фитингов для всевозможных вариантов соединения, производители выпускают все более удобные и разнообразные решения. Это фитинги с изменяемым углом поворота короба и автоматическим обеспечением необходимого радиуса изгиба кабеля; короба со специальной конструкцией, чтобы кабель не приходилось фиксировать при монтаже; розетки, установку которых можно осуществить без специальных инструментов и навыков и т. д. Накладные аксессуары с защелками (без винтов) упрощают монтаж, к тому же они дешевле сборных.
Среди других требований — возможность различных соединений с переходом от короба одного сечения к другому для создания разветвленной сети, модульная конструкция в расчете на установку розеток различных типов, наличие креплений, например суппортов быстрой фиксации, простой и удобный доступ к проводке. Кабельные каналы должны быть устойчивыми к агрессивным средам и загрязнению, легко очищаться от пыли, обладать такими свойствами, как высокая гибкость и пластичность, способность выдерживать механические нагрузки, химическая стабильность в цветности, негорючесть.
Короба используют не только для подвода комбинированных сетей к рабочим местам, но и для создания магистральных каналов. Кабели прокладывают с учетом 30—50% запаса по сечению (на случай модернизации и развития кабельной системы), с соблюдением необходимого расстояния между информационной и силовой проводкой.
На российском рынке популярны пластиковые установочные короба. Этот материал отличается хорошими диэлектрическими параметрами, прочностью, химической стойкостью, а главное — ценой. При необходимости некоторые виды коробов можно окрасить. Выпускаются и цветные их модели, но стоят они значительно дороже — производители относят такие решения к категории эксклюзивных. По оценке «Экопласт» около 90% рынка составляют короба белого цвета.
[pagebreak]
Алюминиевые и стальные короба, как считают в ДКС, — специфическая продукция, применяемая там, где к электроустановке предъявляются особые требования. Они тяжелее, в три-четыре раза дороже пластиковых, их труднее монтировать. Поэтому до 90% уже установленных коробов изготовлены из композиций ПВХ с добавлением различных модификаторов. Такие системы не требуют заземления, обладают высокими электроизолирующими свойствами, малым весом и гибкостью. Вместе с тем, системным интеграторам подчас приходится сталкиваться с проектами, где требуется применение алюминиевых коробов. В «Сонет Текнолоджис» отмечают такие их качества и свойства, как пожаробезопасность, прочность и износостойкость. По мнению специалистов «Остек-Ком», спрос на подобные короба, весьма распространенные за рубежом, может вырасти, однако в DNA Trading полагают, что электропроводящие короба вряд ли составят конкуренцию пластиковым по причине дороговизны, сложности монтажа и требований к заземлению.
Сегодня на российском рынке представлено большое число популярных зарубежных марок кабельных каналов — Aesma, Efapel, GGK, Iboco, LAP, Marshall Tufflex, MITA, MK Electric, Quintela, Niedax, Rehau, Thorsman, Panduit и ряда других. Аналогичную продукцию выпускают и российские производители — ДКС, «Экопласт», «Электропласт», «Техпласт», «Рувинил» и др. Несмотря на внешнее сходство, изделия различаются стоимостью, качеством, долговечностью, удобством монтажа и эксплуатации, дизайном, разнообразием аксессуаров и типоразмеров. Экономия времени и затрат во многом зависит от применяемых технологических подходов и конструктивного исполнения продукции.
На отечественном рынке пластиковых коробов по-прежнему наиболее известна продукция французской компании Legrand. Она начала поставки этой продукции в Россию одной из первых, и ее марка стала здесь синонимом кабельного канала. Компания и сегодня предлагает одну из самых полных и удобных систем коробов DLP с широким выбором типоразмеров для монтажа СКС любой сложности, но ее продукция не относится к разряду дешевых решений, поэтому системные интеграторы и компании, специализирующиеся на проектных решениях, часто пытаются найти альтернативные продукты, оптимальные по соотношению цена/качество.
Некоторые поставщики дополняют зарубежную продукцию недорогой отечественной. Как отмечают в «Остек-Ком», изделия Thorsman и MITA способны удовлетворить любые требования, но довольно дороги, поэтому компания расширила продуктовую линейку кабель-каналами из ПВХ от «Экопласт», обладающими надлежащим качеством и привлекательной ценой. «Веритек Дистрибьюшн» и «Сонет Текнолоджис» в качестве поставщика кабельных каналов выбрали португальскую компанию Efapel, продукция которой, по их мнению, в своем ценовом сегменте выгодно отличается от конкурентов качеством пластика, большим выбором аксессуаров и полным соответствием распространенным в России стандартам. При сопоставимой с другими известными марками цене за короб, стоимость аксессуаров Efapel заметно ниже, поэтому и готовое решение оказывается дешевле. Среди наиболее интересных новинок — модульные короба Efapel серии 16 с возможностью установки модулей типа 45х45 непосредственно в короб, что помогает быстро расширять кабельные сети. Подобное удобство представляют и короба Consort от MITA, их жесткая конструкция с двойной боковой стенкой позволяет монтировать электроустановочные изделия прямо в короб, а затем устанавливать крышку нужной длины. Тем самым экономится и время, и деньги.
Серию DLP продолжает совершенствовать и Legrand. Новинка года — кабель-каналы с гибкой крышкой. Такое решение обеспечивает быстроту и удобство монтажа короба, поскольку крышку не нужно резать при обходе углов. Среди других решений, нацеленных на сокращение сроков работ, — заранее нарезанные отверстия в задней стенке, благодаря чему короб не нужно сверлить, и защелкивающиеся в кабель-канал суппорты, на которые крепятся лицевые панели и рамки. Для системы DLP разработаны розетки Mosaic с боковым подключением провода. Это экономит не только время, но и место, отведенное для прокладки кабеля. В системе INLINER от ДКС с этой целью применяют электроустановочные изделия ВИВА, где кабель присоединяется к боковой части розеток, а также «выдвинутые» наружу рамки. В результате высвобождается пространство внутри короба, что дает возможность использовать короб меньшего сечения.
В короба Legrand иногда устанавливают электротехнические изделия других производителей. Такой подход удешевляет решения, практически не ухудшая параметров качества и надежности. В частности, один из крупнейших в России производителей электроустановочных изделий компания WESSEN предлагает для установки в кабельные каналы продукцию серии Wessen45. Она состоит из универсальных модулей типоразмера 45х45 мм, включая информационные (Категории 5е), телефонные, силовые розетки, розетки для защищенного питания, одно- и двухклавишных выключателей и выключателей-переключателей (скоро к ним должны добавиться светорегуляторы). Все изделия серии монтируются в кабель-каналы с помощью суппорта. В системе INSTA от «Экопласт» применяются решения для крепления розеток евростандарта (60 мм) или модульных систем 45х45 от WESSEN, Legrand и SOLERA.
У испанской компании Quintela (входит в концерн Legrand) установочные короба EUROQUINT снабжены скобами для фиксации кабеля. От двух до четырех разделительных перегородок крепятся на рейку DIN на дне короба. Такой подход используют большинство производителей. В компании «Кросс Линк» отличительной особенностью EUROQUINT считают систему соединяемых в ряд суппортов, позволяющую организовать рабочие места на любое число пользователей. Для монтажа слаботочных розеток разных производителей предусмотрены адаптеры и переходники. В частности, как отмечают в компании «Тайле», при использовании переходников MMI и MMI/B со стандарта 47х47 на стандарт Mosaic (45х45) возможна установка в коробах Quintela любых модулей 45х45 для компьютерных и электрических розеток, что помогает подобрать экономичные варианты.
Американская компания Panduit применяет для установки коммуникационных и силовых розеток разных поставщиков лицевые панели, защелкивающиеся на основании короба или устанавливаемые на выносные коробки. Розетки могут монтироваться и непосредственно в канал. Конструкция короба обеспечивает защиту от несанкционированного доступа и возможность добавления, перемещения и замены элементов. Panduit предлагает системы кабель-каналов четырех цветов (белый, кремовый, бежевый и серый).
Специалисты DNA Trading в отношении кабельных каналов Panduit отмечают ограничение минимального радиуса изгиба кабеля, возможность использования для СКС других производителей, наличие лицевых панелей для модулей Keystone. У коробов малого сечения LD крышка соединяется с базой при помощи пластичного шарнира, поэтому при прокладке удерживаемый ею кабель не выпадает из короба, что облегчает монтаж. Panduit расширяет ассортимент принадлежностей и выпускает новые серии коробов. Среди новинок — потолочные короба. Интерес представляет и система коробов для офисных перегородок.
По мере создания все более сложных сетей, где кабеля требуется очень много, появляются короба увеличенного сечения. Если средние имеют сечение от 50х50 до 100х50 мм, то большие — от 50х170 до 50х254 мм. Quintela предлагает сдвоенные установочные каналы NETQUINT. Они изготавливаются как из ПВХ, так и из алюминия и допускают использование установочных механизмов Quintela, Legrand, BTicino и др.
Одна из новинок Efapel — расширяемые модульные короба со специальной конструкцией основания. С помощью соединителей несколько коробов стыкуется параллельно, что можно делать и при первоначальной установке, и в ходе эксплуатации в случае расширения сетей. Однако, по данным «Сонет Текнолоджис», популярность такого решения невелика, поскольку трассировка кабельного канала обычно рассчитывается с запасом.
MK Electric производит серию двухсекционных разноцветных коробов Prestige 2Com, обеспечивающих максимальную вместимость: углы фиксируют радиус изгиба кабеля, а сам короб, подобно системе Quintela, состоит из основы и двух крышек. У MK Electric имеется и серия трехсекционных коробов Prestige трех видов из ПВХ и алюминия. Legrand выпускает двухсекционные (65х195) и трехсекционные короба DLP (65x220) с гибкими крышками и внутренними разделителями по длине короба и в углах. Для удобства монтажа на коробах защелкиваются углы и отводы.
Недавно компания Trale приступила к поставкам новых кабельных каналов MK Electric, в большей степени адаптированных для нужд инсталляторов СКС и отвечающих эстетическим запросам требовательных заказчиков. Новая серия коробов Prestige Compact — усовершенствование серии Prestige Plus. Она включает в себя компактные и технологичные трехсекционные короба, специальные регулируемые углы, а монтаж кабеля упрощается благодаря использованию одинарного и двойного установочных мест без дна с двумя боковыми стенками, что позволяет обойтись без дополнительных отверстий. Специальный фиксатор дает возможность соблюсти радиус изгиба.
Гибкость и пластичность коробов из ПВХ облегчают монтаж на неровных поверхностях стен. Угловые соединения (внешние и внутренние) предусматривают различные варианты — от 60—80 до 120°. Регулируемые углы выпускают не только известные зарубежные поставщики, например Legrand и Thorsman, но и отечественные ДКС, «Экопласт» и «Рувинил». У Thorsman подобное решение предусмотрено и для коробов из алюминия.
Британская компания MITA предлагает двухсекционный короб Cableline Duo с возможностью прокладки заземления, а также парапетные короба серии CONSORT SOLO и AMBASADOR. В трехсекционном коробе SOLO съемные крышки имеются только у центральной секции, а перегородки можно снять, создав одно большое пространство. Короб изготовлен из высокопрочного пластика, углы крепятся на защелках. Декоративные короба MITA большого сечения известны на мировом рынке, однако пока мало востребованы в России из-за их высокой стоимости. В «Остек-Ком» отмечают исключительную белизну кабельных каналов MITA из ПВХ — по чистоте и устойчивости цвета эти изделия превосходят продукты многих известных марок.
MITA производит и специальные короба для оптического кабеля FOCUS с выступами на угловых соединениях для обеспечения большего радиуса изгиба кабеля. Для прокладки и распределения массивного пучка оптических кабелей разработан короб серии YS. Набор переходов, аксессуаров и фитингов обеспечивает быструю инсталляцию благодаря специальной системе соединения (clip together). В DNA Trading полагают, что спрос на короба для прокладки оптики в России будет расти. Не так давно новая серия подобных изделий появилась у Panduit, дополнившей серию FiberDuct системой FiberRunner с более широкими возможностями комплектации.
По данным «Кросс Линк», новое решение в этой области разрабатывает и Quintela.
Кабельные короба TWT из ПВХ предлагает российская компания LANMASTER. Это восемь видов коробов с сечением от 15х10 до 100х100 мм, стыкуемых друг с другом с помощью переходников. Они могут использоваться для разводки кабельных сетей по комнатам и рабочим местам или в качестве магистральных (серии больших сечений) и позиционируются как бюджетное решение с хорошим качеством. В компании считают, что эти типоразмеры практически полностью удовлетворяют требованиям рынка. Изделия других типоразмеров поставляются под заказ. В настоящее время в разработке находятся напольные и плинтусные короба, а также короба размера 100х50, повышенной прочности с возможностью установки нескольких разделительных перегородок. В ассортименте продукции TWT есть настенные розетки для установки модуля Mosaic 45x45, что позволяет использовать любые установочные изделия данного типа. Компанией рассматривается и возможность выпуска цветных коробов серого и коричневых цветов, а также расцветок «под дерево».
С зарубежными поставщиками кабель-каналов конкурируют ведущие российские производители, позиционирующие свои продукты как оптимальные по цене решения европейского качества. Например, в ДКС считают, что ее продукция не уступает решениям Legrand и Marshall Tufflex. В компании анализируют тенденции в электротехнической сфере и стараются соответствовать ожиданиям рынка.
Система INLINER от ДКС специально разработана для применения в составе СКС и позволяет монтировать телекоммуникационные розетки большинства поставщиков. Монтажные коробки устанавливаются простым защелкиванием, а далее без дополнительного крепежа в них размещают — опять-таки путем защелкивания — электроустановочные изделия. Экономия времени достигается и за счет широкого спектра аксессуаров. INLINER предусматривает перфорацию на коробе (его не нужно сверлить) и совместима с другими системами ДКС. По данным производителя, ее эксплуатационные характеристики сохраняются в течение длительного времени, а по цене она дешевле зарубежных аналогов.
В ответ на возрастающие требования рынка ДКС выпустила новую систему пластиковых коробов INLINER Front, разработанную и спроектированную с учетом пожеланий монтажников и российской специфики. Линейки продуктов компании развиваются в направлении улучшения функциональности, сервисного обслуживания, удобства использования и простоты инсталляции (в частности, за счет доработки и предложения дополнительных аксессуаров), снижения себестоимости, в том числе благодаря переводу производства большей части продукции в Россию. Сейчас компания импортирует около 20% изделий (в основном аксессуары).
«Экопласт» разрабатывает свои системные решения совместно с ведущими системными интеграторами и электромонтажными организациями, адаптируя их к условиям инсталляции слаботочной и силовой проводки. Ее серия коробов INSTA производится из российского ПВХ, а устойчивость к выцветанию обеспечивают специальные добавки, поставляемые немецкими партнерами. Кроме того, короба не подвержены горению. В «Экопласт» считают, что созданная модульная система хорошо адаптирована к требованиям российского рынка, где популярны модули 45х45, и отвечает евростандарту с посадочным местом 60 мм. Собирается она подобно конструктору, а монтаж розеток не отнимает много времени. Уже установленные розетки легко дополняются новыми или перемещаются. Система укомплектована различными аксессуарами (также российского производства), а замок позволяет многократно открывать и закрывать короб. Короб допускает размещение до трех внутренних разделителей. К концу этого года завод собирается выпустить два новых типоразмера изделий INSTA для малых офисов и муниципальных учреждений. Все компоненты систем каналов и труб «Экопласт» производятся в России.
[pagebreak]
Для открытой проводки в административных, жилых и промышленных помещениях компания выпускает систему пластиковых магистральных каналов TEC с сечением от 60х40 до 230х60 мм и повышенной ударопрочностью (8 Дж). Конструкция замка крышки выполнена в соответствии с немецким стандартом — в нахлест; фиксацию торцевых сторон обеспечивает кабельная скоба, которая одновременно служит распоркой и позволяет многократно открывать и закрывать короб без деформации крышки. Система TEC разработана для применения главным образом в промышленных помещениях или административных зданиях при прокладке кабелей на большие расстояния.
Системы кабель-каналов компании «Рувинил» белого и коричневого цвета изготавливаются на итальянском оборудовании с полным набором аксессуаров сочетаются с различными сериями розеток, устанавливаемых посредством суппорта. Компания готовится выпустить продукты новых типоразмеров. Производство кабельных каналов двух цветов наладил опытно-экспериментальный завод «Техпласт». Они изготавливается на импортном оборудовании с контролем качества; компоненты исходной смеси, кроме ПВХ, закупаются за рубежом.
МИНИ И МИКРО
Когда электропроводка и кабельная сеть уже смонтированы и нужно организовать еще одно рабочее место, подведя к нему телефонную и информационную сеть, часто используют мини- и микроканалы с откидывающейся или полностью открывающейся крышкой. Они позволяют организовать рабочие места там, куда невозможно подвести большой короб. Широкий выбор типоразмеров и полная гамма аксессуаров помогают подобрать наилучший вариант для конкретного случая. К мини-каналам (мини-коробам) обычно относят короба сечением от 8х10 до 40х60.
Интересное решение — микроканалы на самоклеющейся основе. Такую продукцию, предлагают, в частности, Quintela, MITA, MK Electric, Panduit, Aemsa, Niedax и ряд других компаний. Технологию производства мини-каналов с адгезивной пленкой 3М освоил «Экопласт». ДКС также планирует выпуск мини-каналов 10х10 с возможностью использования самоклеющейся ленты. Они легко и быстро монтируются там, где позволяет поверхность.
Мини-каналы отличаются более широким ассортиментом и могут снабжаться встроенными перегородками, однако название зависит от терминологии производителя. MITA предлагает еще и так называемые короба миди размером 50х30 и 50х50 мм. Кроме мини-коробов для телекоммуникаций и охранных сигнализаций стандартного и суперпрочного типа эта компания выпускает мини-канал-трансформер. Он поставляется в рулоне в виде плоской пластиковой ленты. Она легко прибивается или привинчивается к стене, а затем края отгибаются вверх и закрываются крышкой, образуя мини-короб.
Для компактной укладки кабельной проводки в малых сетях компания AESP предлагает в составе системы SignaMax Trunking System серию компактных односекционных коробов Mini, дополняющих полноразмерные серии Office и Solo. Розетки устанавливаются в наружные подрозетники. MK Electric выпускает мини-каналы серии Ega Mini белого и черного цветов. Электроустановочные изделия монтируются с помощью настенных подрозетников, стыкуемых с мини-коробом через адаптеры. Короба серии Ega Communication разработаны для прокладки кабелей малого диаметра (обычно для телефонии и сигнализации). Legrand выпускает мини-каналы (мини-плинтусы) трех цветов (серый, белый, коричневый); мини-плинтусы DLPlus можно монтировать на уровне пола, по стене или под потолком. Благодаря специальному держателю-мембране провод не выпадает из канала. Panduit производит три серии мини-каналов (LD, LDP и LDS) для слаботочной и силовой проводки, сопрягаемых с коробами T45, T70, TG70, Twin-70 и новой серией потолочных коробов.
Трансформируемые углы для мини-каналов Quintela дают возможность по-разному использовать один и тот же элемент. Например, L-образное соединение заменяет четыре детали, что упрощает подбор аксессуаров: путем нескольких простых манипуляций деталь собирается как элемент конструктора. По данным Quintela, такой подход сокращает время монтажа и стоимость проекта, а также позволяет решить многие проблемы несоответствия первоначального проекта с реальными задачами монтажа. Как и у большинства поставщиков, для стыковки с другими типами коробов имеются переходники и адаптеры. Возможность соединения всех серий коробов и мини-каналов INLINER предусматривает и ДКС. Система INLINER включает девять типоразмеров мини-каналов. У «Экопласт» микро- и мини-каналы для слаботочных сетей имеют отдельную или открывающуюся крышку и основу с отверстиями для крепления к стене. Недорогую серию мини-каналов выпускает предприятие «Электропласт». Это бюджетное решение для не очень сложной сети. Белые и коричневые мини-короба предлагает и «Рувинил».
КОРОБ НЕТРАДИЦИОННОЙ ОРИЕНТАЦИИ
Многие производители кабельных коробов выпускают специальные серии для жилых помещений, частных домов, школ и т. д. Они отличаются высоким качеством изготовления и привлекательным дизайном, отвечающим требованиям интерьера. Такие специализированные короба (плинтусные, карнизные, для установки на рабочий стол и проч.) нередко имеют нетрадиционную форму. Как отмечают в «Сонет Текнолоджис», «нетрадиционные» решения пользуются ограниченным спросом, но имеют свой четко выделенный сегмент. Это, например, крупные банки и офисы компаний, специализирующихся на дорогостоящих товарах и услугах, где престиж и дизайн интерьера играют большую роль.
У компании Efapel данная линейка представлена кабельным плинтусом, коробами для внутренней установки розеток, мини-каналами и напольными коробами. Разнообразные аксессуары позволяют устанавливать любые типы механизмов (розетки, выключатели и т. п. в терминологии компании). MK Electric производит короба-наличники и плинтусные короба Lincoln, а также оригинальные короба треугольного сечения Pinnacle, монтируемые в углах помещений и допускающие окрашивание. Для монтажа в качестве карниза (в стыке между стеной и потолком) MK Electric разработала серию коробов Ega Carnice, совместимых с Ega Mini и Lincoln. Похожая продукция треугольного сечения (DLP 3D 80x80) имеется и у Legrand.
Иногда заказчики предпочитают традиционному пластику короба из стали и алюминия. Они обеспечивают дополнительное экранирование, обладают высокой пожаростойкостью и могут окрашиваться. Например, Niedax выпускает такие офисные короба из стали с конца 70-х. Thorsman дополняет собственную систему пластиковых коробов металлическими (стальными и алюминиевыми) и даже деревянными. Marshall Tufflex, наряду с обширным спектром настенных, плинтусных и потолочных коробов из ПВХ, предлагает деревянные системы для организации кабельных трасс. Так, короб Real Wood Trunking способен удовлетворить самый взыскательный вкус. Он поставляется в прямоугольном (панельном) и плинтусном вариантах с совместимыми электрическими компонентами и изготавливается из дуба, бука, вишни, клена или ореха.
Требования к дизайну изделий заставляют производителей расширять спектр продукции за счет цветных изделий или коробов под окраску. Иногда кабельные каналы, короба или плинтусы выпускают в ограниченной цветовой гамме (двух-трех цветов), а под заказ производят окрашенные. По такому пути пошла компания Quintela.
При всем удобстве открытая проводка в настенных коробах не способствует уюту, поэтому в жилых помещениях нередко используются кабельные плинтусы. Они достаточно функциональны и позволяют организовать рабочие места любой сложности. Кабельный плинтус Quintela, включая цветную серию RODAQUINT для жилых помещений, снабжен перегородками, поставляется с аксессуарами и установочными коробками (такими же, как для мини-каналов). Серию кабельных плинтусов CARLTON выпускает MITA, а ее короба AMBASSADOR производятся в цветном варианте. Legrand предлагает декоративные плинтусы округлого сечения в четырех вариантах цветовой отделки. Трехсекционный короб с выносными розетками от Marshall Tufflex хорошо смотрится в городских квартирах и пригоден для прокладки телекоммуникаций и электрики внутри помещений, а короба Sovereign Plus Skirting Trunking этой же компании устанавливаются вместо плинтуса.
ДКС разработала для открытой проводки в административных и жилых зданиях систему EVOLUTION/ART, исполнение которой отличается особой эстетичностью. Она состоит из пластиковых каналов (настенных, напольных и плинтусных), соединительных и ответвительных аксессуаров, элементов крепления электроустановочных изделий, телефонных и компьютерных розеток и предлагается в трех цветовых решениях. Новую линию плинтусной системы с изменяемыми углами и модульными коробками для офисных помещений и квартир внедряет «Экопласт».
По данным «Остек-Ком», популярность приобретают напольные лючки и сервисные стойки, обладающие удобной функциональностью и привлекательным видом. Лючки и мини-колонны системы FrontLine предлагает, в частности, Thorsman, эту компанию на российском рынке представляет концерн Schneider Electric. Мини-колонны часто используются для организации рабочих мест в открытых интерьерах и больших
Волоконная оптика дороже кабелей с медными жилами, но с каждым годом спрос на нее растет. Отчасти это происходит из-за того, что технология монтажа стала намного проще, а стоимость необходимого инструментария постоянно снижается. Без преувеличения можно сказать, что оптическое волокно получило массовое распространение в телекоммуникациях.
Одно из серьезных ограничений в использовании волоконно-оптических кабелей — необходимость особого, аккуратного отношения к их укладке, разделке, соединению и оконцовке, т. е. абсолютно ко всем элементам технического процесса монтажа кабельной линии. Ошибки обходятся весьма дорого — от замены испорченного соединителя до установки соединительной муфты на месте поврежденного кабеля. Тем не менее оптическое волокно активно вытесняет медь не только на магистральных участках сетей связи общего пользования, где почти все новые линии строятся на основе волоконно-оптических линий связи, но даже и на магистральных (вертикальных) участках СКС.
Некоторые особенности работы с волоконно-оптическими кабелями (ВОК) рассматривались в предыдущих номерах, в разделах, посвященных вопросам укладки кабеля. В основном они сводились к набору специальных приемов для захвата кабеля при втягивании в канал, чтобы обеспечить равномерность приложенного тягового усилия, ограничить его максимально допустимым уровнем, а также строго выдержать норму минимального радиуса изгиба. Для успешного выполнения этих задач создан целый набор монтажных приспособлений: кабельные чулки и захваты, электрические и гидравлические тяговые лебедки с электронным управлением и ограничителем усилия, а также защитные устройства, смазка и т. п. «мелочи». Теперь настал черед уделить внимание инструментарию для всех прочих операций.
Основные трудности, которые приходится преодолевать при резке волоконно-оптических кабелей, — броневой покров (стальная лента или стальная проволока) и внутренние силовые элементы (стальной трос). Поскольку оптическое волокно чувствительно к осевым и радиальным деформациям, то волоконно-оптические кабели имеют их в большем количестве, чем медножильные. Это касается не только кабелей для внешней прокладки, но и тех, что предназначены для укладки в зданиях. Правда, последние не всегда содержат силовой элемент из стали. Бронирование, если таковое имеется, осуществляется тонкой стальной или алюминиевой гофрированной фольгой. А так называемые мини-кабели, которые используются для изготовления коммутационных шнуров и выполнения горизонтальных участков СКС, представляют собой одиночное или двойное оптическое волокно в буферном покрытии с одним или двумя защитными слоями полимерной изоляции. Так или иначе, но для большинства волоконно-оптических кабелей недорогие кабелерезы для медных кабелей непригодны. Для них требуется более дорогой инструмент, лезвия которого рассчитаны на резку стали. Впрочем, такой же инструмент необходим и для резки бронированных медножильных.
Первые этапы разделки волоконно-оптических кабелей (удаление верхнего слоя защитных и броневых покровов) выполняются теми же инструментами, что и разделка медножильных кабелей. Никаких особенностей здесь нет — полимерная изоляция и фольга вскрываются резаками, а стальная проволока выкусывается бокорезами. Однако без применения нескольких специальных инструментов не обойтись. Во-первых, это ножницы с керамическими лезвиями или кусачки для удаления нитей из кевлара, которые часто применяются для упрочнения кабеля. Обычные ножницы эти тонкие, гибкие и прочные волокна не режут, а выдавливают или гнут. Во-вторых, это приспособление для снятия полимерной изоляции с мини-кабелей. При выполнении работы не универсальным, а специализированным инструментом риск повреждения оптического волокна существенно снижается, так как его рабочие поверхности имеют фиксированную настройку.
Стоит отметить, что важно хорошо знать конструкцию разделываемого кабеля, так как последний слой защитного покрытия кабеля или изоляцию модулей (групповых элементов, содержащих несколько волокон) нужно удалять с особенной аккуратностью. После удаления всех защитных слоев открывается доступ к одиночным оптическим волокнам в буферном покрытии. На этом сходство заканчивается, и далее работать с волоконно-оптическими кабелями можно только специальным инструментом.
Разделка кабеля может выполняться для оконцовки (монтажа разъемных соединителей) или сращивания (сварки или монтажа неразъемных соединителей).
Разъемные соединители монтируются на мини-кабели или на оптическое волокно в буферном покрытии; для оптического волокна их существует великое множество (ST, SC, SMA, FC, LC, FJ, MT и др.). Некоторые из них выпускаются еще и в нескольких разновидностях, предназначенных для оконцовки различного оптического волокна (многомодового, одномодового, разного диаметра, с различной толщиной оболочки) и отличающихся некоторыми деталями конструкции и технологии монтажа. Такое разнообразие не слишком осложняет работу монтажников. Грамотная техническая политика позволяет резко уменьшить число разновидностей кабелей и соединителей для волоконно-оптических линий связи. Иногда ограничения вытекают из особенностей применяемого оборудования, иногда — оформляются в виде внутреннего стандарта организации. Подобные ограничения и правила просто необходимы, если помнить, что существенная часть достаточно дорогого инструмента и приспособлений предназначена только для оптического волокна или соединителей определенного вида. А в силу высочайших требований к точности обработки и монтажа использование непредусмотренного технологией инструментария почти всегда заканчивается браком в работе. В значительной степени результат зависит и от качества расходных материалов: клеев, растворителей, безворсовых салфеток, шлифовальной и полировальной бумаги.
Итак, после разделки кабеля по шаблону до оптического волокна в буферном покрытии наступает наиболее ответственный момент. С помощью особого инструмента, рассчитанного на оптическое волокно определенного размера, с него удаляют буферное покрытие. Основная проблема — не повредить при этом само волокно, так как при небольшом задире или сколе всю работу придется выполнять еще раз. Поскольку внешне инструменты для этой операции выглядят абсолютно одинаково, производители используют для их маркировки различные цвета.
Затем производится сборка соединителя. Оптическое волокно продевается сквозь отверстие наконечника соединителя и фиксируется с помощью различных видов клея: термоклея (становится пластичным при нагреве), эпоксидного компаунда (полимеризуется благодаря реакции между двумя смешанными компонентами), универсального клея (твердеет после испарения растворителя) или клея с отвердением под воздействием ультрафиолета. Отверстие заполняется клеем с помощью шприца (исключение составляет термоклей, который наносится в процессе производства разъемов). Однокомпонентный клей поставляется уже расфасованным в шприцы, а двухкомпонентный — в отдельной таре. Полученная сборка нагревается в печке (для ускорения процесса отвердения эпоксидного компаунда или разогрева термоклея) или облучается ультрафиолетом.
После склеивания излишки оптического волокна удаляются, а торец сердечника шлифуется и полируется. Для удаления излишков на поверхности волокна резаком (скрайбером) наносится царапина. Резаки могут иметь различный профиль: лезвие (металл, карбид или керамика) либо конус (алмаз или корунд). После нанесения риски волокно отламывается.
Дальнейшая обработка торца выполняется на мате или стекле на нескольких листах наждачной бумаги с убывающим размером абразивного элемента (шлифовальная, полировальная, доводочная). Для фиксации сердечника строго перпендикулярно к поверхности наждака применяется оправка, в которую устанавливается обрабатываемый соединитель. При больших объемах эта операция может быть автоматизирована за счет использования шлифовальной машины.
Качество обработки проверяется с помощью микроскопа. Выпускаемые модели контрольных микроскопов отличаются степенью увеличения и конструкцией. Особенно удобен защитный фильтр для глаз — для блокирования излучения на случай, если оно окажется в подключенном волокне.
Все инструменты для работы с волоконно-оптическими кабелями можно приобрести по отдельности, но чаще всего они поставляются в специально составленных комплектах, куда входит не только инструмент, но и вся необходимая для проведения работ тара, дозаторы, распределители, расходные материалы и защитные средства. Для удобства хранения все это упаковано в органайзер (сумку или чемодан). Восполнение расходных материалов также осуществляется подобранными комплектами.
В зависимости от поставленных задач предлагается как скромный набор минимально необходимых для обработки одного типа оптического волокна средств, так и полный набор для работы с любым оптическим волокном. А вот комплектов, универсальных с точки зрения обрабатываемых разъемных соединителей, очень мало. Объясняется это просто — часть инструмента для их монтажа поставляется только производителями самих соединителей.
Несколько слов тем, кому придется выполнять работы с волоконно-оптическими кабелями на улице. Для защиты от пыли и осадков, а также создания необходимого микроклимата используются теплоизолированные палатки и боксы. Первые легко переносятся и собираются в любом месте; вторые устанавливаются на шасси автомобиля и прицепа.
До появления Windows XP даже самым опытным специалистам отделов ИТ было нелегко добиться корректной работы инфракрасного порта. Приходилось преодолевать многочисленные проблемы с драйверами, и, даже если ИК-порт одной машины функционировал исправно, не действовал порт на другой.
Благодаря Windows XP положение изменилось. Впервые многие пользователи смогли оценить наличие ИК-портов у своих ноутбуков. IrDA-порт ноутбука обеспечивает соединение на линии прямой видимости на расстоянии до 2м.
У большинства новых ноутбуков скорость передачи данных достигает 4Мбит/с.
Какие же выгоды дает исправно функционирующий ИК-порт?
- Синхронизация. Вероятно, самое известное применение - синхронизация устройств Palm и карманных ПК без док-станций. Конечно, с такой станцией время пересылки данных было бы несколько меньше, но важно то, что цель достигается.
- Печать. В некоторых принтерах так же есть ИК-порты, и файлы из ноутбука можно распечатать, не подключая его к сети. Чтобы установить связь с принтером, нужно вызвать «мастера» Add Printer, щелкнув на пиктограмме Printers and Faxes в Панели управления. Следуйте указаниям «мастера» и выберите локальный ИК-порт для загрузки драйвера принтера.
- Пересылка файлов. Через ИК-порт можно пересылать файлы между ноутбуками, неподключенными к сети. Разместите два ноутбука таким образом, чтобы ИК-порт каждого из них находился «в поле зрения» другого.
Затем соберите файлы и перешлите их с одного ноутбука на другой. В качестве меры предосторожности принимающий ноутбук «испросит» у пользователя разрешения принять файлы. Достаточно щелкнуть на кнопке OK, и все остальные действия будут выполнены автоматически.
Многих пользователей интересует Bluetooth. Эта беспроводная технология обладает большей дальностью действия, но максимальная пропускная способность составляет лишь 1Мбит/с. Вероятно, в будущем она вытеснит ИК, но в настоящее время ИК-порт есть почти на каждом ноутбуке, чего не скажешь о Bluetooth.
Все протоколы обмена маршрутной информацией стека TCP/IP относятся к классу адаптивных протоколов, которые в свою очередь делятся на две группы, каждая из которых связана с одним из следующих типов алгоритмов:
* дистанционно-векторный алгоритм (Distance Vector Algorithms, DVA),
* алгоритм состояния связей (Link State Algorithms, LSA).
В алгоритмах дистанционно-векторного типа каждый маршрутизатор периодически и широковещательно рассылает по сети вектор расстояний от себя до всех известных ему сетей. Под расстоянием обычно понимается число промежуточных маршрутизаторов через которые пакет должен пройти прежде, чем попадет в соответствующую сеть. Может использоваться и другая метрика, учитывающая не только число перевалочных пунктов, но и время прохождения пакетов по связи между соседними маршрутизаторами.
Получив вектор от соседнего маршрутизатора, каждый маршрутизатор добавляет к нему информацию об известных ему других сетях, о которых он узнал непосредственно (если они подключены к его портам) или из аналогичных объявлений других маршрутизаторов, а затем снова рассылает новое значение вектора по сети. В конце-концов, каждый маршрутизатор узнает информацию об имеющихся в интерсети сетях и о расстоянии до них через соседние маршрутизаторы.
Дистанционно-векторные алгоритмы хорошо работают только в небольших сетях. В больших сетях они засоряют линии связи интенсивным широковещательным трафиком, к тому же изменения конфигурации могут отрабатываться по этому алгоритму не всегда корректно, так как маршрутизаторы не имеют точного представления о топологии связей в сети, а располагают только обобщенной информацией - вектором дистанций, к тому же полученной через посредников. Работа маршрутизатора в соответствии с дистанционно-векторным протоколом напоминает работу моста, так как точной топологической картины сети такой маршрутизатор не имеет.
Наиболее распространенным протоколом, основанным на дистанционно-векторном алгоритме, является протокол RIP.
Алгоритмы состояния связей обеспечивают каждый маршрутизатор информацией, достаточной для построения точного графа связей сети. Все маршрутизаторы работают на основании одинаковых графов, что делает процесс маршрутизации более устойчивым к изменениям конфигурации. Широковещательная рассылка используется здесь только при изменениях состояния связей, что происходит в надежных сетях не так часто.
Для того, чтобы понять, в каком состоянии находятся линии связи, подключенные к его портам, маршрутизатор периодически обменивается короткими пакетами со своими ближайшими соседями. Этот трафик также широковещательный, но он циркулирует только между соседями и поэтому не так засоряет сеть.
Протоколом, основанным на алгоритме состояния связей, в стеке TCP/IP является протокол OSPF.
Дистанционно-векторный протокол RIP
Протокол RIP (Routing Information Protocol) представляет собой один из старейших протоколов обмена маршрутной информацией, однако он до сих пор чрезвычайно распространен в вычислительных сетях. Помимо версии RIP для сетей TCP/IP, существует также версия RIP для сетей IPX/SPX компании Novell.
В этом протоколе все сети имеют номера (способ образования номера зависит от используемого в сети протокола сетевого уровня), а все маршрутизаторы - идентификаторы. Протокол RIP широко использует понятие "вектор расстояний". Вектор расстояний представляет собой набор пар чисел, являющихся номерами сетей и расстояниями до них в хопах.
Вектора расстояний итерационно распространяются маршрутизаторами по сети, и через несколько шагов каждый маршрутизатор имеет данные о достижимых для него сетях и о расстояниях до них. Если связь с какой-либо сетью обрывается, то маршрутизатор отмечает этот факт тем, что присваивает элементу вектора, соответствующему расстоянию до этой сети, максимально возможное значение, которое имеет специальный смысл - "связи нет". Таким значением в протоколе RIP является число 16.
При необходимости отправить пакет в сеть D маршрутизатор просматривает свою базу данных маршрутов и выбирает порт, имеющий наименьшее расстояния до сети назначения (в данном случае порт, связывающий его с маршрутизатором 3).
Для адаптации к изменению состояния связей и оборудования с каждой записью таблицы маршрутизации связан таймер. Если за время тайм-аута не придет новое сообщение, подтверждающее этот маршрут, то он удаляется из маршрутной таблицы.
При использовании протокола RIP работает эвристический алгоритм динамического программирования Беллмана-Форда, и решение, найденное с его помощью является не оптимальным, а близким к оптимальному. Преимуществом протокола RIP является его вычислительная простота, а недостатками - увеличение трафика при периодической рассылке широковещательных пакетов и неоптимальность найденного маршрута.
При обрыве связи с сетью 1 маршрутизатор М1 отмечает, что расстояние до этой сети приняло значение 16. Однако получив через некоторое время от маршрутизатора М2 маршрутное сообщение о том, что от него до сети 1 расстояние составляет 2 хопа, маршрутизатор М1 наращивает это расстояние на 1 и отмечает, что сеть 1 достижима через маршрутизатор 2. В результате пакет, предназначенный для сети 1, будет циркулировать между маршрутизаторами М1 и М2 до тех пор, пока не истечет время хранения записи о сети 1 в маршрутизаторе 2, и он не передаст эту информацию маршрутизатору М1.
Для исключения подобных ситуаций маршрутная информация об известной маршрутизатору сети не передается тому маршрутизатору, от которого она пришла.
Существуют и другие, более сложные случаи нестабильного поведения сетей, использующих протокол RIP, при изменениях в состоянии связей или маршрутизаторов сети.
Комбинирование различных протоколов обмена. Протоколы EGP и BGP сети Internet
Большинство протоколов маршрутизации, применяемых в современных сетях с коммутацией пакетов, ведут свое происхождение от сети Internet и ее предшественницы - сети ARPANET. Для того, чтобы понять их назначение и особенности, полезно сначала познакомится со структурой сети Internet, которая наложила отпечаток на терминологию и типы протоколов.
Internet изначально строилась как сеть, объединяющая большое количество существующих систем. С самого начала в ее структуре выделяли магистральную сеть (core backbone network), а сети, присоединенные к магистрали, рассматривались как автономные системы (autonomous systems). Магистральная сеть и каждая из автономных систем имели свое собственное административное управление и собственные протоколы маршрутизации. Далее маршрутизаторы будут называться шлюзами для следования традиционной терминологии Internet.
Шлюзы, которые используются для образования подсетей внутри автономной системы, называются внутренними шлюзами (interior gateways), а шлюзы, с помощью которых автономные системы присоединяются к магистрали сети, называются внешними шлюзами (exterior gateways). Непосредственно друг с другом автономные системы не соединяются. Соответственно, протоколы маршрутизации, используемые внутри автономных систем, называются протоколами внутренних шлюзов (interior gateway protocol, IGP), а протоколы, определяющие обмен маршрутной информацией между внешними шлюзами и шлюзами магистральной сети - протоколами внешних шлюзов (exterior gateway protocol, EGP). Внутри магистральной сети также может использоваться любой собственный внутренний протокол IGP.
Смысл разделения всей сети Internet на автономные системы в ее многоуровневом представлении, что необходимо для любой крупной системы, способной к расширению в больших масштабах. Внутренние шлюзы могут использовать для внутренней маршрутизации достаточно подробные графы связей между собой, чтобы выбрать наиболее рациональный маршрут. Однако, если информация такой степени детализации будет храниться во всех маршрутизаторах сети, то топологические базы данных так разрастутся, что потребуют наличия памяти гигантских размеров, а время принятия решений о маршрутизации непременно возрастет.
Поэтому детальная топологическая информация остается внутри автономной системы, а автономную систему как единое целое для остальной части Internet представляют внешние шлюзы, которые сообщают о внутреннем составе автономной системы минимально необходимые сведения - количество IP-сетей, их адреса и внутреннее расстояние до этих сетей от данного внешнего шлюза.
При инициализации внешний шлюз узнает уникальный идентификатор обслуживаемой им автономной системы, а также таблицу достижимости (reachability table), которая позволяет ему взаимодействовать с другими внешними шлюзами через магистральную сеть.
Затем внешний шлюз начинает взаимодействовать по протоколу EGP с другими внешними шлюзами и обмениваться с ними маршрутной информацией, состав которой описан выше. В результате, при отправке пакета из одной автономной системы в другую, внешний шлюз данной системы на основании маршрутной информации, полученной от всех внешних шлюзов, с которыми он общается по протоколу EGP, выбирает наиболее подходящий внешний шлюз и отправляет ему пакет.
Каждая функция работает на основе обмена сообщениями запрос-ответ.
Так как каждая автономная система работает под контролем своего административного штата, то перед началом обмена маршрутной информацией внешние шлюзы должны согласиться на такой обмен. Сначала один из шлюзов посылает запрос на установление соседских отношений (acquisition request) другому шлюзу. Если тот согласен на это, то он отвечает сообщением подтверждение установления соседских отношений (acquisition confirm), а если нет - то сообщением отказ от установления соседских отношений (acquisition refuse), которое содержит также причину отказа.
После установления соседских отношений шлюзы начинают периодически проверять состояние достижимости друг друга. Это делается либо с помощью специальных сообщений (привет (hello) и Я-услышал-тебя (I-heard-you)), либо встраиванием подтверждающей информации непосредственно в заголовок обычного маршрутного сообщения.
Обмен маршрутной информацией начинается с посылки одним из шлюзов другому сообщения запрос данных (poll request) о номерах сетей, обслуживаемых другим шлюзом и расстояниях до них от него. Ответом на это сообщение служит сообщение обновленная маршрутная информация (routing ). Если же запрос оказался некорректным, то в ответ на него отсылается сообщение об ошибке.
Все сообщения протокола EGP передаются в поле данных IP-пакетов. Сообщения EGP имеют заголовок фиксированного формата.
Поля Тип и Код совместно определяют тип сообщения, а поле Статус - информацию, зависящую от типа сообщения. Поле Номер автономной системы - это номер, назначенный той автономной системе, к которой присоединен данный внешний шлюз. Поле Номер последовательности служит для синхронизации процесса запросов и ответов.
[pagebreak]
Поле IP-адрес исходной сети в сообщениях запроса и обновления маршрутной информации обозначает сеть, соединяющую два внешних шлюза.
Сообщение об обновленной маршрутной информации содержит список адресов сетей, которые достижимы в данной автономной системе. Этот список упорядочен по внутренним шлюзам, которые подключены к исходной сети и через которые достижимы данные сети, а для каждого шлюза он упорядочен по расстоянию до каждой достижимой сети от исходной сети, а не от данного внутреннего шлюза. Для примера внешний шлюз R2 в своем сообщении указывает, что сеть 4 достижима с помощью шлюза R3 и расстояние ее равно 2, а сеть 2 достижима через шлюз R2 и ее расстояние равно 1 (а не 0, как если бы шлюз измерял ее расстояние от себя, как в протоколе RIP).
Протокол EGP имеет достаточно много ограничений, связанных с тем, что он рассматривает магистральную сеть как одну неделимую магистраль.
Развитием протокола EGP является протокол BGP (Border Gateway Protocol), имеющий много общего с EGP и используемый наряду с ним в магистрали сети Internet.
Протокол состояния связей OSPF
Протокол OSPF (Open Shortest Path Firs) является достаточно современной реализацией алгоритма состояния связей (он принят в 1991 году) и обладает многими особенностями, ориентированными на применение в больших гетерогенных сетях.
Протокол OSPF вычисляет маршруты в IP-сетях, сохраняя при этом другие протоколы обмена маршрутной информацией.
Непосредственно связанные (то есть достижимые без использования промежуточных маршрутизаторов) маршрутизаторы называются "соседями". Каждый маршрутизатор хранит информацию о том, в каком состоянии по его мнению находится сосед. Маршрутизатор полагается на соседние маршрутизаторы и передает им пакеты данных только в том случае, если он уверен, что они полностью работоспособны. Для выяснения состояния связей маршрутизаторы-соседи достаточно часто обмениваются короткими сообщениями HELLO.
Для распространения по сети данных о состоянии связей маршрутизаторы обмениваются сообщениями другого типа. Эти сообщения называются router links advertisement - объявление о связях маршрутизатора (точнее, о состоянии связей). OSPF-маршрутизаторы обмениваются не только своими, но и чужими объявлениями о связях, получая в конце-концов информацию о состоянии всех связей сети. Эта информация и образует граф связей сети, который, естественно, один и тот же для всех маршрутизаторов сети.
Кроме информации о соседях, маршрутизатор в своем объявлении перечисляет IP-подсети, с которыми он связан непосредственно, поэтому после получения информации о графе связей сети, вычисление маршрута до каждой сети производится непосредственно по этому графу по алгоритму Дэйкстры. Более точно, маршрутизатор вычисляет путь не до конкретной сети, а до маршрутизатора, к которому эта сеть подключена. Каждый маршрутизатор имеет уникальный идентификатор, который передается в объявлении о состояниях связей. Такой подход дает возможность не тратить IP-адреса на связи типа "точка-точка" между маршрутизаторами, к которым не подключены рабочие станции.
Маршрутизатор вычисляет оптимальный маршрут до каждой адресуемой сети, но запоминает только первый промежуточный маршрутизатор из каждого маршрута. Таким образом, результатом вычислений оптимальных маршрутов является список строк, в которых указывается номер сети и идентификатор маршрутизатора, которому нужно переслать пакет для этой сети. Указанный список маршрутов и является маршрутной таблицей, но вычислен он на основании полной информации о графе связей сети, а не частичной информации, как в протоколе RIP.
Описанный подход приводит к результату, который не может быть достигнут при использовании протокола RIP или других дистанционно-векторных алгоритмов. RIP предполагает, что все подсети определенной IP-сети имеют один и тот же размер, то есть, что все они могут потенциально иметь одинаковое число IP-узлов, адреса которых не перекрываются. Более того, классическая реализация RIP требует, чтобы выделенные линии "точка-точка" имели IP-адрес, что приводит к дополнительным затратам IP-адресов.
В OSPF такие требования отсутствуют: сети могут иметь различное число хостов и могут перекрываться. Под перекрытием понимается наличие нескольких маршрутов к одной и той же сети. В этом случае адрес сети в пришедшем пакете может совпасть с адресом сети, присвоенным нескольким портам.
Если адрес принадлежит нескольким подсетям в базе данных маршрутов, то продвигающий пакет маршрутизатор использует наиболее специфический маршрут, то есть адрес подсети, имеющей более длинную маску.
Например, если рабочая группа ответвляется от главной сети, то она имеет адрес главной сети наряду с более специфическим адресом, определяемым маской подсети. При выборе маршрута к хосту в подсети этой рабочей группы маршрутизатор найдет два пути, один для главной сети и один для рабочей группы. Так как последний более специфичен, то он и будет выбран. Этот механизм является обобщением понятия "маршрут по умолчанию", используемого во многих сетях.
Использование подсетей с различным количеством хостов является вполне естественным. Например, если в здании или кампусе на каждом этаже имеются локальные сети, и на некоторых этажах компьютеров больше, чем на других, то администратор может выбрать размеры подсетей, отражающие ожидаемые требования каждого этажа, а не соответствующие размеру наибольшей подсети.
В протоколе OSPF подсети делятся на три категории:
* "хост-сеть", представляющая собой подсеть из одного адреса,
* "тупиковая сеть", которая представляет собой подсеть, подключенную только к одному маршрутизатору,
* "транзитная сеть", которая представляет собой подсеть, подключенную к более чем одному маршрутизатору.
Транзитная сеть является для протокола OSPF особым случаем. В транзитной сети несколько маршрутизаторов являются взаимно и одновременно достижимыми. В широковещательных локальных сетях, таких как Ethernet или Token Ring, маршрутизатор может послать одно сообщение, которое получат все его соседи. Это уменьшает нагрузку на маршрутизатор, когда он посылает сообщения для определения существования связи или обновленные объявления о соседях.
Однако, если каждый маршрутизатор будет перечислять всех своих соседей в своих объявлениях о соседях, то объявления займут много места в памяти маршрутизатора. При определении пути по адресам транзитной подсети может обнаружиться много избыточных маршрутов к различным маршрутизаторам. На вычисление, проверку и отбраковку этих маршрутов уйдет много времени.
Когда маршрутизатор начинает работать в первый раз (то есть инсталлируется), он пытается синхронизировать свою базу данных со всеми маршрутизаторами транзитной локальной сети, которые по определению имеют идентичные базы данных. Для упрощения и оптимизации этого процесса в протоколе OSPF используется понятие "выделенного" маршрутизатора, который выполняет две функции.
Во-первых, выделенный маршрутизатор и его резервный "напарник" являются единственными маршрутизаторами, с которыми новый маршрутизатор будет синхронизировать свою базу. Синхронизировав базу с выделенным маршрутизатором, новый маршрутизатор будет синхронизирован со всеми маршрутизаторами данной локальной сети.
Во-вторых, выделенный маршрутизатор делает объявление о сетевых связях, перечисляя своих соседей по подсети. Другие маршрутизаторы просто объявляют о своей связи с выделенным маршрутизатором. Это делает объявления о связях (которых много) более краткими, размером с объявление о связях отдельной сети.
Для начала работы маршрутизатора OSPF нужен минимум информации - IP-конфигурация (IP-адреса и маски подсетей), некоторая информация по умолчанию (default) и команда на включение. Для многих сетей информация по умолчанию весьма похожа. В то же время протокол OSPF предусматривает высокую степень программируемости.
Интерфейс OSPF (порт маршрутизатора, поддерживающего протокол OSPF) является обобщением подсети IP. Подобно подсети IP, интерфейс OSPF имеет IP-адрес и маску подсети. Если один порт OSPF поддерживает более, чем одну подсеть, протокол OSPF рассматривает эти подсети так, как если бы они были на разных физических интерфейсах, и вычисляет маршруты соответственно.
Интерфейсы, к которым подключены локальные сети, называются широковещательными (broadcast) интерфейсами, так как они могут использовать широковещательные возможности локальных сетей для обмена сигнальной информацией между маршрутизаторами. Интерфейсы, к которым подключены глобальные сети, не поддерживающие широковещание, но обеспечивающие доступ ко многим узлам через одну точку входа, например сети Х.25 или frame relay, называются нешироковещательными интерфейсами с множественным доступом или NBMA (non-broadcast multi-access).
Они рассматриваются аналогично широковещательным интерфейсам за исключением того, что широковещательная рассылка эмулируется путем посылки сообщения каждому соседу. Так как обнаружение соседей не является автоматическим, как в широковещательных сетях, NBMA-соседи должны задаваться при конфигурировании вручную. Как на широковещательных, так и на NBMA-интерфейсах могут быть заданы приоритеты маршрутизаторов для того, чтобы они могли выбрать выделенный маршрутизатор.
Интерфейсы "точка-точка", подобные PPP, несколько отличаются от традиционной IP-модели. Хотя они и могут иметь IP-адреса и подмаски, но необходимости в этом нет.
В простых сетях достаточно определить, что пункт назначения достижим и найти маршрут, который будет удовлетворительным. В сложных сетях обычно имеется несколько возможных маршрутов. Иногда хотелось бы иметь возможности по установлению дополнительных критериев для выбора пути: например, наименьшая задержка, максимальная пропускная способность или наименьшая стоимость (в сетях с оплатой за пакет). По этим причинам протокол OSPF позволяет сетевому администратору назначать каждому интерфейсу определенное число, называемое метрикой, чтобы оказать нужное влияние на выбор маршрута.
Число, используемое в качестве метрики пути, может быть назначено произвольным образом по желанию администратора. Но по умолчанию в качестве метрики используется время передачи бита в 10-ти наносекундных единицах (10 Мб/с Ethernet'у назначается значение 10, а линии 56 Кб/с - число 1785). Вычисляемая протоколом OSPF метрика пути представляет собой сумму метрик всех проходимых в пути связей; это очень грубая оценка задержки пути. Если маршрутизатор обнаруживает более, чем один путь к удаленной подсети, то он использует путь с наименьшей стоимостью пути.
В протоколе OSPF используется несколько временных параметров, и среди них наиболее важными являются интервал сообщения HELLO и интервал отказа маршрутизатора (router dead interval).
HELLO - это сообщение, которым обмениваются соседние, то есть непосредственно связанные маршрутизаторы подсети, с целью установить состояние линии связи и состояние маршрутизатора-соседа. В сообщении HELLO маршрутизатор передает свои рабочие параметры и говорит о том, кого он рассматривает в качестве своих ближайших соседей. Маршрутизаторы с разными рабочими параметрами игнорируют сообщения HELLO друг друга, поэтому неверно сконфигурированные маршрутизаторы не будут влиять на работу сети.
Каждый маршрутизатор шлет сообщение HELLO каждому своему соседу по крайней мере один раз на протяжении интервала HELLO. Если интервал отказа маршрутизатора истекает без получения сообщения HELLO от соседа, то считается, что сосед неработоспособен, и распространяется новое объявление о сетевых связях, чтобы в сети произошел пересчет маршрутов.
Пример маршрутизации по алгоритму OSPF
Представим себе один день из жизни транзитной локальной сети. Пусть у нас имеется сеть Ethernet, в которой есть три маршрутизатора - Джон, Фред и Роб (имена членов рабочей группы Internet, разработавшей протокол OSPF). Эти маршрутизаторы связаны с сетями в других городах с помощью выделенных линий.
Пусть произошло восстановление сетевого питания после сбоя. Маршрутизаторы и компьютеры перезагружаются и начинают работать по сети Ethernet. После того, как маршрутизаторы обнаруживают, что порты Ethernet работают нормально, они начинают генерировать сообщения HELLO, которые говорят о их присутствии в сети и их конфигурации. Однако маршрутизация пакетов начинает осуществляться не сразу - сначала маршрутизаторы должны синхронизировать свои маршрутные базы.
На протяжении интервала отказа маршрутизаторы продолжают посылать сообщения HELLO. Когда какой-либо маршрутизатор посылает такое сообщение, другие его получают и отмечают, что в локальной сети есть другой маршрутизатор. Когда они посылают следующее HELLO, они перечисляют там и своего нового соседа.
Когда период отказа маршрутизатора истекает, то маршрутизатор с наивысшим приоритетом и наибольшим идентификатором объявляет себя выделенным (а следующий за ним по приоритету маршрутизатор объявляет себя резервным выделенным маршрутизатором) и начинает синхронизировать свою базу данных с другими маршрутизаторами.
[pagebreak]
С этого момента времени база данных маршрутных объявлений каждого маршрутизатора может содержать информацию, полученную от маршрутизаторов других локальных сетей или из выделенных линий. Роб, например, вероятно получил информацию от Мило и Робина об их сетях, и он может передавать туда пакеты данных. Они содержат информацию о собственных связях маршрутизатора и объявления о связях сети.
Базы данных теперь синхронизированы с выделенным маршрутизатором, которым является Джон. Джон суммирует свою базу данных с каждой базой данных своих соседей - базами Фреда, Роба и Джеффа - индивидуально. В каждой синхронизирующейся паре объявления, найденные только в какой-либо одной базе, копируются в другую. Выделенный маршрутизатор, Джон, распространяет новые объявления среди других маршрутизаторов своей локальной сети.
Например, объявления Мило и Робина передаются Джону Робом, а Джон в свою очередь передает их Фреду и Джеффри. Обмен информацией между базами продолжается некоторое время, и пока он не завершится, маршрутизаторы не будут считать себя работоспособными. После этого они себя таковыми считают, потому что имеют всю доступную информацию о сети.
Посмотрим теперь, как Робин вычисляет маршрут через сеть. Две из связей, присоединенных к его портам, представляют линии T-1, а одна - линию 56 Кб/c. Робин сначала обнаруживает двух соседей - Роба с метрикой 65 и Мило с метрикой 1785. Из объявления о связях Роба Робин обнаружил наилучший путь к Мило со стоимостью 130, поэтому он отверг непосредственный путь к Мило, поскольку он связан с большей задержкой, так как проходит через линии с меньшей пропускной способностью. Робин также обнаруживает транзитную локальную сеть с выделенным маршрутизатором Джоном. Из объявлений о связях Джона Робин узнает о пути к Фреду и, наконец, узнает о пути к маршрутизаторам Келли и Джеффу и к их тупиковым сетям.
После того, как маршрутизаторы полностью входят в рабочий режим, интенсивность обмена сообщениями резко падает. Обычно они посылают сообщение HELLO по своим подсетям каждые 10 секунд и делают объявления о состоянии связей каждые 30 минут (если обнаруживаются изменения в состоянии связей, то объявление передается, естественно, немедленно). Обновленные объявления о связях служат гарантией того, что маршрутизатор работает в сети. Старые объявления удаляются из базы через определенное время.
Представим, однако, что какая-либо выделенная линия сети отказала. Присоединенные к ней маршрутизаторы распространяют свои объявления, в которых они уже не упоминают друг друга. Эта информация распространяется по сети, включая маршрутизаторы транзитной локальной сети. Каждый маршрутизатор в сети пересчитывает свои маршруты, находя, может быть, новые пути для восстановления утраченного взаимодействия.
Сравнение протоколов RIP и OSPF по затратам на широковещательный трафик
В сетях, где используется протокол RIP, накладные расходы на обмен маршрутной информацией строго фиксированы. Если в сети имеется определенное число маршрутизаторов, то трафик, создаваемый передаваемой маршрутной информацией, описываются формулой (1):
(1) F = (число объявляемых маршрутов/25) x 528 (байтов в сообщении) x
(число копий в единицу времени) x 8 (битов в байте)
В сети с протоколом OSPF загрузка при неизменном состоянии линий связи создается сообщениями HELLO и обновленными объявлениями о состоянии связей, что описывается формулой (2):
(2) F = { [ 20 + 24 + 20 + (4 x число соседей)] x
(число копий HELLO в единицу времени) }x 8 +
[(число объявлений x средний размер объявления) x
(число копий объявлений в единицу времени)] x 8,
где 20 - размер заголовка IP-пакета,
24 - заголовок пакета OSPF,
20 - размер заголовка сообщения HELLO,
4 - данные на каждого соседа.
Интенсивность посылки сообщений HELLO - каждые 10 секунд, объявлений о состоянии связей - каждые полчаса. По связям "точка-точка" или по широковещательным локальным сетям в единицу времени посылается только одна копия сообщения, по NBMA сетям типа frame relay каждому соседу посылается своя копия сообщения. В сети frame relay с 10 соседними маршрутизаторами и 100 маршрутами в сети (подразумевается, что каждый маршрут представляет собой отдельное OSPF-обобщение о сетевых связях и что RIP распространяет информацию о всех этих маршрутах) трафик маршрутной информации определяется соотношениями (3) и (4):
(3) RIP: (100 маршрутов / 25 маршрутов в объявлении) x 528 x
(10 копий / 30 сек) = 5 632 б/с
(4) OSPF: {[20 + 24 + 20 + (4 x 10) x (10 копий / 10 сек)] +
[100 маршрутов x (32 + 24 + 20) + (10 копий / 30 x 60 сек]} x 8 = 1 170 б/с
Как видно из полученных результатов, для нашего гипотетического примера трафик, создаваемый протоколом RIP, почти в пять раз интенсивней трафика, создаваемого протоколом OSPF.
Использование других протоколов маршрутизации
Случай использования в сети только протокола маршрутизации OSPF представляется маловероятным. Если сеть присоединена к Internet'у, то могут использоваться такие протоколы, как EGP (Exterior Gateway protocol), BGP (Border Gateway Protocol, протокол пограничного маршрутизатора), старый протокол маршрутизации RIP или собственные протоколы производителей.
Когда в сети начинает применяться протокол OSPF, то существующие протоколы маршрутизации могут продолжать использоваться до тех пор, пока не будут полностью заменены. В некоторых случаях необходимо будет объявлять о статических маршрутах, сконфигурированных вручную.
В OSPF существует понятие автономных систем маршрутизаторов (autonomous systems), которые представляют собой домены маршрутизации, находящиеся под общим административным управлением и использующие единый протокол маршрутизации. OSPF называет маршрутизатор, который соединяет автономную систему с другой автономной системой, использующей другой протокол маршрутизации, пограничным маршрутизатором автономной системы (autonomous system boundary router, ASBR).
В OSPF маршруты (именно маршруты, то есть номера сетей и расстояния до них во внешней метрике, а не топологическая информация) из одной автономной системы импортируются в другую автономную систему и распространяются с использованием специальных внешних объявлений о связях.
Внешние маршруты обрабатываются за два этапа. Маршрутизатор выбирает среди внешних маршрутов маршрут с наименьшей внешней метрикой. Если таковых оказывается больше, чем 2, то выбирается путь с меньшей стоимостью внутреннего пути до ASBR.
Область OSPF - это набор смежных интерфейсов (территориальных линий или каналов локальных сетей). Введение понятия "область" служит двум целям - управлению информацией и определению доменов маршрутизации.
Для понимания принципа управления информацией рассмотрим сеть, имеющую следующую структуру: центральная локальная сеть связана с помощью 50 маршрутизаторов с большим количеством соседей через сети X.25 или frame relay. Эти соседи представляют собой большое количество небольших удаленных подразделений, например, отделов продаж или филиалов банка.
Из-за большого размера сети каждый маршрутизатор должен хранить огромное количество маршрутной информации, которая должна передаваться по каждой из линий, и каждое из этих обстоятельств удорожает сеть. Так как топология сети проста, то большая часть этой информации и создаваемого ею трафика не имеют смысла.
Для каждого из удаленных филиалов нет необходимости иметь детальную маршрутную информацию о всех других удаленных офисах, в особенности, если они взаимодействуют в основном с центральными компьютерами, связанными с центральными маршрутизаторами. Аналогично, центральным маршрутизаторам нет необходимости иметь детальную информацию о топологии связей с удаленными офисами, соединенными с другими центральными маршрутизаторами.
В то же время центральные маршрутизаторы нуждаются в информации, необходимой для передачи пакетов следующему центральному маршрутизатору. Администратор мог бы без труда разделить эту сеть на более мелкие домены маршрутизации для того, чтобы ограничить объемы хранения и передачи по линиям связи не являющейся необходимой информации. Обобщение маршрутной информации является главной целью введения областей в OSPF.
В протоколе OSPF определяется также пограничный маршрутизатор области (ABR, area border router). ABR - это маршрутизатор с интерфейсами в двух или более областях, одна из которых является специальной областью, называемой магистральной (backbone area). Каждая область работает с отдельной базой маршрутной информации и независимо вычисляет маршруты по алгоритму OSPF.
Пограничные маршрутизаторы передают данные о топологии области в соседние области в обобщенной форме - в виде вычисленных маршрутов с их весами. Поэтому в сети, разбитой на области, уже не действует утверждение о том, что все маршрутизаторы оперируют с идентичными топологическими базами данных.
Маршрутизатор ABR берет информацию о маршрутах OSPF, вычисленную в одной области, и транслирует ее в другую область путем включения этой информации в обобщенное суммарное объявление (summary) для базы данных другой области. Суммарная информация описывает каждую подсеть области и дает для нее метрику. Суммарная информация может быть использована тремя способами: для объявления об отдельном маршруте, для обобщения нескольких маршрутов или же служить маршрутом по умолчанию.
Дальнейшее уменьшение требований к ресурсам маршрутизаторов происходит в том случае, когда область представляет собой тупиковую область (stub area). Этот атрибут администратор сети может применить к любой области, за исключением магистральной. ABR в тупиковой области не распространяет внешние объявления или суммарные объявления из других областей. Вместо этого он делает одно суммарное объявление, которое будет удовлетворять любой IP-адрес, имеющий номер сети, отличный от номеров сетей тупиковой области. Это объявление называется маршрутом по умолчанию.
Маршрутизаторы тупиковой области имеют информацию, необходимую только для вычисления маршрутов между собой плюс указания о том, что все остальные маршруты должны проходить через ABR. Такой подход позволяет уменьшить в нашей гипотетической сети количество маршрутной информации в удаленных офисах без уменьшения способности маршрутизаторов корректно передавать пакеты.
В стеке протоколов TCP/IP протокол TCP (Transmission Control Protocol) работает так же, как и протокол UDP, на транспортном уровне. Он обеспечивает надежную транспортировку данных между прикладными процессами путем установления логического соединения.
Сегменты TCP
Единицей данных протокола TCP является сегмент. Информация, поступающая к протоколу TCP в рамках логического соединения от протоколов более высокого уровня, рассматривается протоколом TCP как неструктурированный поток байт. Поступающие данные буферизуются средствами TCP. Для передачи на сетевой уровень из буфера "вырезается" некоторая непрерывная часть данных, называемая сегментом.
В протоколе TCP предусмотрен случай, когда приложение обращается с запросом о срочной передаче данных (бит PSH в запросе установлен в 1). В этом случае протокол TCP, не ожидая заполнения буфера до уровня размера сегмента, немедленно передает указанные данные в сеть. О таких данных говорят, что они передаются вне потока - out of band.
Не все сегменты, посланные через соединение, будут одного и того же размера, однако оба участника соединения должны договориться о максимальном размере сегмента, который они будут использовать. Этот размер выбирается таким образом, чтобы при упаковке сегмента в IP-пакет он помещался туда целиком, то есть максимальный размер сегмента не должен превосходить максимального размера поля данных IP-пакета. В противном случае пришлось бы выполнять фрагментацию, то есть делить сегмент на несколько частей, для того, чтобы он вместился в IP-пакет.
Аналогичные проблемы решаются и на сетевом уровне. Для того, чтобы избежать фрагментации, должен быть выбран соответствующий максимальный размер IP-пакета. Однако при этом должны быть приняты во внимание максимальные размеры поля данных кадров (MTU) всех протоколов канального уровня, используемых в сети. Максимальный размер сегмента не должен превышать минимальное значение на множестве всех MTU составной сети.
Порты и установление TCP-соединений
В протоколе TCP также, как и в UDP, для связи с прикладными процессами используются порты. Номера портам присваиваются аналогичным образом: имеются стандартные, зарезервированные номера (например, номер 21 закреплен за сервисом FTP, 23 - за telnet), а менее известные приложения пользуются произвольно выбранными локальными номерами.
Однако в протоколе TCP порты используются несколько иным способом. Для организации надежной передачи данных предусматривается установление логического соединения между двумя прикладными процессами. В рамках соединения осуществляется обязательное подтверждение правильности приема для всех переданных сообщений, и при необходимости выполняется повторная передача. Соединение в TCP позволяет вести передачу данных одновременно в обе стороны, то есть полнодуплексную передачу.
Соединение в протоколе TCP идентифицируется парой полных адресов обоих взаимодействующих процессов (оконечных точек). Адрес каждой из оконечных точек включает IP-адрес (номер сети и номер компьютера) и номер порта. Одна оконечная точка может участвовать в нескольких соединениях.
Установление соединения выполняется в следующей последовательности:
* При установлении соединения одна из сторон является инициатором. Она посылает запрос к протоколу TCP на открытие порта для передачи (active open).
* После открытия порта протокол TCP на стороне процесса-инициатора посылает запрос процессу, с которым требуется установить соединение.
* Протокол TCP на приемной стороне открывает порт для приема данных (passive open) и возвращает квитанцию, подтверждающую прием запроса.
* Для того чтобы передача могла вестись в обе стороны, протокол на приемной стороне также открывает порт для передачи (active port) и также передает запрос к противоположной стороне.
* Сторона-инициатор открывает порт для приема и возвращает квитанцию. Соединение считается установленным. Далее происходит обмен данными в рамках данного соединения.
Концепция квитирования
В рамках соединения правильность передачи каждого сегмента должна подтверждаться квитанцией получателя. Квитирование - это один из традиционных методов обеспечения надежной связи. Идея квитирования состоит в следующем.
Для того, чтобы можно было организовать повторную передачу искаженных данных отправитель нумерует отправляемые единицы передаваемых данных (далее для простоты называемые кадрами). Для каждого кадра отправитель ожидает от приемника так называемую положительную квитанцию - служебное сообщение, извещающее о том, что исходный кадр был получен и данные в нем оказались корректными. Время этого ожидания ограничено - при отправке каждого кадра передатчик запускает таймер, и если по его истечению положительная квитанция на получена, то кадр считается утерянным. В некоторых протоколах приемник, в случае получения кадра с искаженными данными должен отправить отрицательную квитанцию - явное указание того, что данный кадр нужно передать повторно.
Существуют два подхода к организации процесса обмена положительными и отрицательными квитанциями: с простоями и с организацией "окна".
Метод с простоями требует, чтобы источник, пославший кадр, ожидал получения квитанции (положительной или отрицательной) от приемника и только после этого посылал следующий кадр (или повторял искаженный). В этом случае производительность обмена данными существенно снижается - хотя передатчик и мог бы послать следующий кадр сразу же после отправки предыдущего, он обязан ждать прихода квитанции. Снижение производительности для этого метода коррекции особенно заметно на низкоскоростных каналах связи, то есть в территориальных сетях.
Во втором методе для повышения коэффициента использования линии источнику разрешается передать некоторое количество кадров в непрерывном режиме, то есть в максимально возможном для источника темпе, без получения на эти кадры ответных квитанций. Количество кадров, которые разрешается передавать таким образом, называется размером окна. Обычно кадры при обмене нумеруются циклически, от 1 до W. При отправке кадра с номером 1 источнику разрешается передать еще W-1 кадров до получения квитанции на кадр 1. Если же за это время квитанция на кадр 1 так и не пришла, то процесс передачи приостанавливается, и по истечению некоторого тайм-аута кадр 1 считается утерянным (или квитанция на него утеряна) и он передается снова.
Если же поток квитанций поступает более-менее регулярно, в пределах допуска в W кадров, то скорость обмена достигает максимально возможной величины для данного канала и принятого протокола.
Этот алгоритм называют алгоритмом скользящего окна. Действительно, при каждом получении квитанции окно перемещается (скользит), захватывая новые данные, которые разрешается передавать без подтверждения.
[pagebreak]
Реализация скользящего окна в протоколе TCP
В протоколе TCP реализована разновидность алгоритма квитирования с использованием окна. Особенность этого алгоритма состоит в том, что, хотя единицей передаваемых данных является сегмент, окно определено на множестве нумерованных байт неструктурированного потока данных, поступающих с верхнего уровня и буферизуемых протоколом TCP.
Квитанция посылается только в случае правильного приема данных, отрицательные квитанции не посылаются. Таким образом, отсутствие квитанции означает либо прием искаженного сегмента, либо потерю сегмента, либо потерю квитанции.
В качестве квитанции получатель сегмента отсылает ответное сообщение (сегмент), в которое помещает число, на единицу превышающее максимальный номер байта в полученном сегменте. Если размер окна равен W, а последняя квитанция содержала значение N, то отправитель может посылать новые сегменты до тех пор, пока в очередной сегмент не попадет байт с номером N+W. Этот сегмент выходит за рамки окна, и передачу в таком случае необходимо приостановить до прихода следующей квитанции.
Выбор тайм-аута
Выбор времени ожидания (тайм-аута) очередной квитанции является важной задачей, результат решения которой влияет на производительность протокола TCP.
Тайм-аут не должен быть слишком коротким, чтобы по возможности исключить избыточные повторные передачи, которые снижают полезную пропускную способность системы. Но он не должен быть и слишком большим, чтобы избежать длительных простоев, связанных с ожиданием несуществующей или "заблудившейся" квитанции.
При выборе величины тайм-аута должны учитываться скорость и надежность физических линий связи, их протяженность и многие другие подобные факторы. В протоколе TCP тайм-аут определяется с помощью достаточно сложного адаптивного алгоритма, идея которого состоит в следующем. При каждой передаче засекается время от момента отправки сегмента до прихода квитанции о его приеме (время оборота).
Получаемые значения времен оборота усредняются с весовыми коэффициентами, возрастающими от предыдущего замера к последующему. Это делается с тем, чтобы усилить влияние последних замеров. В качестве тайм-аута выбирается среднее время оборота, умноженное на некоторый коэффициент. Практика показывает, что значение этого коэффициента должно превышать 2. В сетях с большим разбросом времени оборота при выборе тайм-аута учитывается и дисперсия этой величины.
Реакция на перегрузку сети
Варьируя величину окна, можно повлиять на загрузку сети. Чем больше окно, тем большую порцию неподтвержденных данных можно послать в сеть. Если сеть не справляется с нагрузкой, то возникают очереди в промежуточных узлах-маршрутизаторах и в конечных узлах-компьютерах.
При переполнении приемного буфера конечного узла "перегруженный" протокол TCP, отправляя квитанцию, помещает в нее новый, уменьшенный размер окна. Если он совсем отказывается от приема, то в квитанции указывается окно нулевого размера. Однако даже после этого приложение может послать сообщение на отказавшийся от приема порт. Для этого, сообщение должно сопровождаться пометкой "срочно" (бит URG в запросе установлен в 1). В такой ситуации порт обязан принять сегмент, даже если для этого придется вытеснить из буфера уже находящиеся там данные.
После приема квитанции с нулевым значением окна протокол-отправитель время от времени делает контрольные попытки продолжить обмен данными. Если протокол-приемник уже готов принимать информацию, то в ответ на контрольный запрос он посылает квитанцию с указанием ненулевого размера окна.
Другим проявлением перегрузки сети является переполнение буферов в маршрутизаторах. В таких случаях они могут централизовано изменить размер окна, посылая управляющие сообщения некоторым конечным узлам, что позволяет им дифференцировано управлять интенсивностью потока данных в разных частях сети.
Формат сообщений TCP
Сообщения протокола TCP называются сегментами и состоят из заголовка и блока данных. Заголовок сегмента имеет следующие поля:
* Порт источника (SOURS PORT) занимает 2 байта, идентифицирует процесс-отправитель;
* Порт назначения (DESTINATION PORT) занимает 2 байта, идентифицирует процесс-получатель;
* Последовательный номер (SEQUENCE NUMBER) занимает 4 байта, указывает номер байта, который определяет смещение сегмента относительно потока отправляемых данных;
* Подтвержденный номер (ACKNOWLEDGEMENT NUMBER) занимает 4 байта, содержит максимальный номер байта в полученном сегменте, увеличенный на единицу; именно это значение используется в качестве квитанции;
* Длина заголовка (HLEN) занимает 4 бита, указывает длину заголовка сегмента TCP, измеренную в 32-битовых словах. Длина заголовка не фиксирована и может изменяться в зависимости от значений, устанавливаемых в поле Опции;
* Резерв (RESERVED) занимает 6 битов, поле зарезервировано для последующего использования;
* Кодовые биты (CODE BITS) занимают 6 битов, содержат служебную информацию о типе данного сегмента, задаваемую установкой в единицу соответствующих бит этого поля:
* URG - срочное сообщение;
* ACK - квитанция на принятый сегмент;
* PSH - запрос на отправку сообщения без ожидания заполнения буфера;
* RST - запрос на восстановление соединения;
* SYN - сообщение используемое для синхронизации счетчиков переданных данных при установлении соединения;
* FIN - признак достижения передающей стороной последнего байта в потоке передаваемых данных.
* Окно (WINDOW) занимает 2 байта, содержит объявляемое значение размера окна в байтах;
* Контрольная сумма (CHECKSUM) занимает 2 байта, рассчитывается по сегменту;
* Указатель срочности (URGENT POINTER) занимает 2 байта, используется совместно с кодовым битом URG, указывает на конец данных, которые необходимо срочно принять, несмотря на переполнение буфера;
* Опции (OPTIONS) - это поле имеет переменную длину и может вообще отсутствовать, максимальная величина поля 3 байта; используется для решения вспомогательных задач, например, при выборе максимального размера сегмента;
* Заполнитель (PADDING) может иметь переменную длину, представляет собой фиктивное поле, используемое для доведения размера заголовка до целого числа 32-битовых слов.
Сетевой уровень в первую очередь должен предоставлять средства для решения следующих задач:
* доставки пакетов в сети с произвольной топологией,
* структуризации сети путем надежной локализации трафика,
* согласования различных протоколов канального уровня.
Локализация трафика и изоляция сетей
Трафик в сети складывается случайным образом, однако в нем отражены и некоторые закономерности. Как правило, некоторые пользователи, работающие над общей задачей, (например, сотрудники одного отдела) чаще всего обращаются с запросами либо друг к другу, либо к общему серверу, и только иногда они испытывают необходимость доступа к ресурсам компьютеров другого отдела.
Желательно, чтобы структура сети соответствовала структуре информационных потоков. В зависимости от сетевого трафика компьютеры в сети могут быть разделены на группы (сегменты сети). Компьютеры объединяются в группу, если большая часть порождаемых ими сообщений, адресована компьютерам этой же группы.
Для разделения сети на сегменты используются мосты и коммутаторы. Они экранируют локальный трафик внутри сегмента, не передавая за его пределы никаких кадров, кроме тех, которые адресованы компьютерам, находящимся в других сегментах. Тем самым, сеть распадается на отдельные подсети. Это позволяет более рационально выбирать пропускную способность имеющихся линий связи, учитывая интенсивность трафика внутри каждой группы, а также активность обмена данными между группами.
Однако локализация трафика средствами мостов и коммутаторов имеет существенные ограничения.
С одной стороны, логические сегменты сети, расположенные между мостами, недостаточно изолированы друг от друга, а именно, они не защищены от, так называемых, широковещательных штормов. Если какая-либо станция посылает широковещательное сообщение, то это сообщение передается всем станциям всех логических сегментов сети. Защита от широковещательных штормов в сетях, построенных на основе мостов, имеет количественный, а не качественный характер: администратор просто ограничивает количество широковещательных пакетов, которое разрешается генерировать некоторому узлу.
С другой стороны, использование механизма виртуальных сегментов, реализованного в коммутаторах локальных сетей, приводит к полной локализации трафика - такие сегменты полностью изолированы друг от друга, даже в отношении широковещательных кадров. Поэтому в сетях, построенных только на мостах и коммутаторах, компьютеры, принадлежащие разным виртуальным сегментам, не образуют единой сети.
Приведенные недостатки мостов и коммутаторов связаны с тем, что они работают по протоколам канального уровня, в которых в явном виде не определяется понятие части сети (или подсети, или сегмента), которое можно было бы использовать при структуризации большой сети. Вместо того, чтобы усовершенствовать канальный уровень, разработчики сетевых технологий решили поручить задачу построения составной сети новому уровню - сетевому.
Согласование протоколов канального уровня
Современные вычислительные сети часто строятся с использованием нескольких различных базовых технологий - Ethernet, Token Ring или FDDI. Такая неоднородность возникает либо при объединении уже существовавших ранее сетей, использующих в своих транспортных подсистемах различные протоколы канального уровня, либо при переходе к новым технологиям, таким, как Fast Ethernet или 100VG-AnyLAN.
Именно для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с различными принципами передачи информации между конечными узлами, и служит сетевой уровень. Когда две или более сетей организуют совместную транспортную службу, то такой режим взаимодействия обычно называют межсетевым взаимодействием (internetworking). Для обозначения составной сети в англоязычной литературе часто также используется термин интерсеть (internetwork или internet).
Создание сложной структурированной сети, интегрирующей различные базовые технологии, может осуществляться и средствами канального уровня: для этого могут быть использованы некоторые типы мостов и коммутаторов. Однако возможностью трансляции протоколов канального уровня обладают далеко не все типы мостов и коммутаторов, к тому же возможности эти ограничены. В частности, в объединяемых сетях должны совпадать максимальные размеры полей данных в кадрах, так как канальные протоколы, как правило, не поддерживают функции фрагментации пакетов.
Маршрутизация в сетях с произвольной топологией
Среди протоколов канального уровня некоторые обеспечивают доставку данных в сетях с произвольной топологией, но только между парой соседних узлов (например, протокол PPP), а некоторые - между любыми узлами (например, Ethernet), но при этом сеть должна иметь топологию определенного и весьма простого типа, например, древовидную.
При объединении в сеть нескольких сегментов с помощью мотов или коммутаторов продолжают действовать ограничения на ее топологию: в получившейся сети должны отсутствовать петли. Действительно, мост или его функциональный аналог - коммутатор - могут решать задачу доставки пакета адресату только тогда, когда между отправителем и получателем существует единственный путь. В то же время наличие избыточных связей, которые и образуют петли, часто необходимо для лучшей балансировки нагрузки, а также для повышения надежности сети за счет существования альтернативного маршрута в дополнение к основному.
Сетевой уровень позволяет передавать данные между любыми, произвольно связанными узлами сети.
Реализация протокола сетевого уровня подразумевает наличие в сети специального устройства - маршрутизатора. Маршрутизаторы объединяют отдельные сети в общую составную сеть. Внутренняя структура каждой сети не показана, так как она не имеет значения при рассмотрении сетевого протокола. К каждому маршрутизатору могут быть присоединены несколько сетей (по крайней мере две).
В сложных составных сетях почти всегда существует несколько альтернативных маршрутов для передачи пакетов между двумя конечными узлами. Задачу выбора маршрутов из нескольких возможных решают маршрутизаторы, а также конечные узлы.
Маршрут - это последовательность маршрутизаторов, которые должен пройти пакет от отправителя до пункта назначения.
Маршрутизатор выбирает маршрут на основании своего представления о текущей конфигурации сети и соответствующего критерия выбора маршрута. Обычно в качестве критерия выступает время прохождения маршрута, которое в локальных сетях совпадает с длиной маршрута, измеряемой в количестве пройденных узлов маршрутизации (в глобальных сетях принимается в расчет и время передачи пакета по каждой линии связи).
[pagebreak]
Сетевой уровень и модель OSI
В модели OSI, называемой также моделью взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection - OSI) и разработанной Международной Организацией по Стандартам (International Organization for Standardization - ISO), средства сетевого взаимодействия делятся на семь уровней, для которых определены стандартные названия и функции.
Сетевой уровень занимает в модели OSI промежуточное положение: к его услугам обращаются протоколы прикладного уровня, сеансового уровня и уровня представления. Для выполнения своих функций сетевой уровень вызывает функции канального уровня, который в свою очередь обращается к средствам физического уровня.
Рассмотрим коротко основные функции уровней модели OSI.
Физический уровень выполняет передачу битов по физическим каналам, таким, как коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель. На этом уровне определяются характеристики физических сред передачи данных и параметров электрических сигналов.
Канальный уровень обеспечивает передачу кадра данных между любыми узлами в сетях с типовой топологией либо между двумя соседними узлами в сетях с произвольной топологией. В протоколах канального уровня заложена определенная структура связей между компьютерами и способы их адресации. Адреса, используемые на канальном уровне в локальных сетях, часто называют МАС-адресами.
Сетевой уровень обеспечивает доставку данных между любыми двумя узлами в сети с произвольной топологией, при этом он не берет на себя никаких обязательств по надежности передачи данных.
Транспортный уровень обеспечивает передачу данных между любыми узлами сети с требуемым уровнем надежности. Для этого на транспортном уровне имеются средства установления соединения, нумерации, буферизации и упорядочивания пакетов.
Сеансовый уровень предоставляет средства управления диалогом, позволяющие фиксировать, какая из взаимодействующих сторон является активной в настоящий момент, а также предоставляет средства синхронизации в рамках процедуры обмена сообщениями.
Уровень представления. В отличии от нижележащих уровней, которые имеют дело с надежной и эффективной передачей битов от отправителя к получателю, уровень представления имеет дело с внешним представлением данных. На этом уровне могут выполняться различные виды преобразования данных, такие как компрессия и декомпрессия, шифровка и дешифровка данных.
Прикладной уровень - это в сущности набор разнообразных сетевых сервисов, предоставляемых конечным пользователям и приложениям. Примерами таких сервисов являются, например, электронная почта, передача файлов, подключение удаленных терминалов к компьютеру по сети.
При построении транспортной подсистемы наибольший интерес представляют функции физического, канального и сетевого уровней, тесно связанные с используемым в данной сети оборудованием: сетевыми адаптерами, концентраторами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами. Функции прикладного и сеансового уровней, а также уровня представления реализуются операционными системами и системными приложениями конечных узлов. Транспортный уровень выступает посредником между этими двумя группами протоколов.
Функции сетевого уровня
Протоколы канального уровня не позволяют строить сети с развитой структурой, например, сети, объединяющие несколько сетей предприятия в единую сеть, или высоконадежные сети, в которых существуют избыточные связи между узлами. Для того, чтобы, с одной стороны, сохранить простоту процедур передачи пакетов для типовых топологий, а с другой стороны, допустить использование произвольных топологий, вводится дополнительный сетевой уровень.
Прежде, чем приступить к рассмотрению функций сетевого уровня , уточним, что понимается под термином "сеть". В протоколах сетевого уровня термин "сеть" означает совокупность компьютеров, соединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для передачи пакетов общую базовую сетевую технологию. Внутри сети сегменты не разделяются маршрутизаторами, иначе это была бы не одна сеть, а несколько сетей. Маршрутизатор соединят несколько сетей в интерсеть.
Основная идея введения сетевого уровня состоит в том, чтобы оставить технологии, используемые в объединяемых сетях в неизменном в виде, но добавить в кадры канального уровня дополнительную информацию - заголовок сетевого уровня, на основании которой можно было бы находить адресата в сети с любой базовой технологией. Заголовок пакета сетевого уровня имеет унифицированный формат, не зависящий от форматов кадров канального уровня тех сетей, которые могут входить в объединенную сеть.
Заголовок сетевого уровня должен содержать адрес назначения и другую информацию, необходимую для успешного перехода пакета из сети одного типа в сеть другого типа. К такой информации может относиться, например:
* номер фрагмента пакета, нужный для успешного проведения операций сборки-разборки фрагментов при соединении сетей с разными максимальными размерами кадров канального уровня,
* время жизни пакета, указывающее, как долго он путешествует по интерсети, это время может использоваться для уничтожения "заблудившихся" пакетов,
* информация о наличии и о состоянии связей между сетями, помогающая узлам сети и маршрутизаторам рационально выбирать межсетевые маршруты,
* информация о загруженности сетей, также помогающая согласовать темп посылки пакетов в сеть конечными узлами с реальными возможностями линий связи на пути следования пакетов,
* качество сервиса - критерий выбора маршрута при межсетевых передачах - например, узел-отправитель может потребовать передать пакет с максимальной надежностью, возможно в ущерб времени доставки.
В качестве адресов отправителя и получателя в составной сети используется не МАС-адрес, а пара чисел - номер сети и номер компьютера в данной сети. В канальных протоколах поле "номер сети" обычно отсутствует - предполагается, что все узлы принадлежат одной сети. Явная нумерация сетей позволяет протоколам сетевого уровня составлять точную карту межсетевых связей и выбирать рациональные маршруты при любой их топологии, используя альтернативные маршруты, если они имеются, что не умеют делать мосты.
Таким образом, внутри сети доставка сообщений регулируется канальным уровнем. А вот доставкой пакетов между сетями занимается сетевой уровень.
Существует два подхода к назначению номера узла в заголовке сетевого пакета. Первый основан на использовании для каждого узла нового адреса, отличного от того, который использовался на канальном уровне. Преимуществом такого подхода является его универсальность и гибкость - каков бы ни был формат адреса на канальном уровне, формат адреса узла на сетевом уровне выбирается единым. Однако, здесь имеются и некоторые неудобства, связанные с необходимостью заново нумеровать узлы, причем чаще всего вручную.
Второй подход состоит в использовании на сетевом уровне того же адреса узла, что был дан ему на канальном уровне. Это избавляет администратора от дополнительной работы по присвоению новых адресов, снимает необходимость в установлении соответствия между сетевым и канальным адресом одного и того же узла, но может породить сложную задачу интерпретации адреса узла при соединении сетей с разными форматами адресов.
Протоколы передачи данных и протоколы обмена маршрутной информацией
Для того, чтобы иметь информацию о текущей конфигурации сети, маршрутизаторы обмениваются маршрутной информацией между собой по специальному протоколу. Протоколы этого типа называются протоколами обмена маршрутной информацией (или протоколами маршрутизации). Протоколы обмена маршрутной информацией следует отличать от, собственно, протоколов сетевого уровня. В то время как первые несут чисто служебную информацию, вторые предназначены для передачи пользовательских данных, также, как это делают протоколы канального уровня.
Для того, чтобы доставить удаленному маршрутизатору пакет протокола обмена маршрутной информацией, используется протокол сетевого уровня, так как только он может передать информацию между маршрутизаторами, находящимися в разных сетях. Пакет протокола обмена маршрутной информацией помещается в поле данных пакета сетевого уровня, поэтому с точки зрения вложенности пакетов протоколы маршрутизации следует отнести к более высокому уровню, чем сетевой. Но функционально они решают общую задачу с пакетами сетевого уровня - доставляют кадры адресату через разнородную составную сеть.
С помощью протоколов обмена маршрутной информацией маршрутизаторы составляют карту межсетевых связей той или иной степени подробности и принимают решение о том, какому следующему маршрутизатору нужно передать пакет для образования рационального пути.
На сетевом уровне работают протоколы еще одного типа, которые отвечают за отображение адреса узла, используемого на сетевом уровне, в локальный адрес сети. Такие протоколы часто называют протоколами разрешения адресов - Address Resolution Protocol, ARP. Иногда их относят не к сетевому уровню, а к канальному, хотя тонкости классификации не изменяют их сути.
Поиск
