Тема 5. Лекция. Локальные сети (LAN) и их компоненты. Коммутаторы и принципы коммутации в локальных сетях

Локальные сети

Локальная вычислительная сеть (ЛВС, англ. LAN, Local area Network) – компьютерная сеть предприятия (равно как и домашняя, офисная и т.д.), все хосты которой объединены территориальным признаком. Однако, бывают и разнесенные локальные сети. В этом случае основными признаками такой сети будут единая структура адресации, принадлежность одному владельцу, единая доверенная зона. В общем случае, локальная сеть – это сеть, до всех хостов которой можно добраться, не используя сеть Интернет.

Компоненты, составляющие локальную сеть:

· хосты (конечные устройства);

· хабы;

· мосты (bridge);

· коммутаторы;

· точки доступа wi-fi;

Главную роль в локальных сетях играет коммутация данных – процесс передачи информации в пределах одной подсети. Представим следущую ситуацию:

Рис. 1. Процесс передачи данных в пределах одной подсети

Допустим, ПК1 хочет передать информацию ПК3. Однако, как видно из рисунка 1, у этих двух хостов нет прямой связи, они соединены посредством концентратора (см. топологию типа «Звезда»), роль которого играет коммутатор Cisco Cat 2960-24TT.

Чтобы инициировать процесс передачи данных, ПК1 необходимо запаковать данные в пакет и присвоить этому пакету свои MAC и IP-адреса. Это необходимо сделать для последующей идентификации отправителя, без этого шага процесс передачи данных запущен не будет. Также обязательно проставить IP- и MAC- адрес получателя пакета, иначе данные просто некуда будет отправить. IP-адрес задаётся вручную (например, при использовании протокола ICMP “Ping”) или выдаётся программно. Грубо говоря, этот адрес заранее известен, иначе в передаче данных нет смысла. Но откуда же взять MAC-адрес? Изначально, ПК-отправитель не знает ничего про физический адрес получателя пакета. Для получения искомого MAC-адреса ПК1 рассылает широковещательный ARP-запрос. В качестве IP-адреса узла назначения в IP-пакет с этим запросом будет помещён адрес искомого хоста. Сетевая карта при инкапсуляции указывает MAC-адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF — это значит, что кадр предназначен всем устройствам. Далее он уходит на ближайший коммутатор и копии рассылаются на все порты нашей подсети:

Получатели видят, что запрос широковещательный и они могут оказаться искомым хостом, поэтому извлекают данные из кадра. Все те устройства, которые не обладают указанным в ARP-запросе IP-адресом, просто игнорируют запрос, а вот устройство-настоящий получатель ответит на него и вышлет первоначальному отправителю свой MAC-адрес. Отправитель (в данном случае, наш компьютер) помещает полученный MAC в свою таблицу соответствия IP и MAC адресов ака ARP-кэш. ARP-кэш - таблица соответствия физических и логических адресов на ПК, она является аналогом таблицы MAC-адресов на коммутаторах:

Теперь отправитель знает и физический, и логический адрес получателя. Можно приступать к отправке данных. Как только даные упакованы в пакет и соответствующие адреса проставлены, пакет отправляется на коммутатор. Коммутатор просматривает свою MAC-таблицу и находит нужный адрес, на который и отправляется пакет с данными:

Таким образом, ПК3 получает искомую информацию, а в следующий раз, когда ПК1 нужно будет передать информацию ПК3, процесса отправки ARP-запроса инициализировано не будет: в ARP-таблице ПК1 уже будет иметься соответствующая запись и MAC-адрес отправителя будет проставлен в соответствии с ней. Если коммутатор получает пакет с MAC-адресом получателя, которого нет в его MAC-таблице, он сам отправит широковещательный запрос на все доступные порты, и, получив ответ от нужного, добавит его в свою талицу соответствия. Если никто не ответит, пакет с данными будет сброшен.

Необходимо отметить, что в коммутации IP-адреса не играют особой роли, так как классические коммутаторы, рассмотренные выше, работают на втором уровне модели OSI.