Создание логической сети в VMM. Логическая сеть. Определение и реализация булевых функций

На последнем занятии, а это была лекция № 3, мы изучили вопросы, посвященные решению задачи коммутации в сетях ЭВМ. При этом были рассмотрены частные задачи, необходимые для решения обобщенной задачи коммутации в сети, сравнительная характеристика и область использования методов коммутации каналов и пакетов и сущность применяемых в сетях с коммутацией пакетов механизмов продвижения информации через сеть - дейтаграммной передачи и виртуальных каналов.

Для проверки качества усвоения учебного материала лекции проведем контрольный опрос.

Контрольные вопросы:

Какие частные задачи необходимо решить для обеспечения коммутации в сети?

Какие критерии оптимальности нашли применение при определении маршрута?

Поясните сущность операций мультиплексирования и демультиплексирования.

Основные достоинства и недостатки сетей с коммутацией каналов (пакетов).

Сущность дейтаграммного способа передачи данных.

Сущность способа передачи данных с использованием виртуальных каналов.

Сегодня на занятии мы продолжим изучение темы №1: « Архитектура сетей ЭВМ » и рассмотрим тему:« Структуризация и характеристики сетей ЭВМ ».

1. Основная часть

1. Физическая и логическая структуры сети

1.1. Причины структуризации сетей

В сетях с небольшим (10-30) количеством компьютеров чаще всего используется одна из типовых топологий - общая шина, кольцо, звезда или полносвязная сеть. Все перечисленные топологии обладают свойством однородности. Такая однородность структуры делает простой процедуру наращивания числа компьютеров, облегчает обслуживание и эксплуатацию сети. В больших сетях использование типовых структур порождает различные ограничения, важнейшими из которых являются:

ограничения на длину связи между узлами;

ограничения на количество узлов в сети;

ограничения на интенсивность трафика, порождаемого узлами сети.

Для снятия этих ограничений используются специальные методы структуризации сети и специальное структурообразующее оборудование - повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы. Оборудование такого рода также называют коммуникационным, имея в виду, что с его помощью отдельные сегменты сети взаимодействуют между собой.

Различают топологию физических связей (физическую структуру) и топологию логических связей (логическую структуру). Конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров, здесь ребра графа соответствуют отрезкам кабеля, связывающим пары узлов. Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сети и образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.

1.2. Физическая структуризация сети

Простейшее из коммуникационных устройств - повторитель - используется для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети. Повторитель передает сигналы, приходящие из одного сегмента сети, в другие ее сегменты. Повторитель позволяет преодолеть ограничения на длину линий связи за счет улучшения качества передаваемого сигнала - восстановления его мощности и амплитуды, улучшения фронтов и т. п. Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов, часто называютконцентратором , илихабом .

В работе концентраторов любых технологий много общего - они повторяют сигналы, пришедшие с одного из своих портов, на других своих портах (см. рис. 1). Концентраторы характерны практически для всех базовых технологий локальных сетей - Ethernet , ArcNet , Token Ring , FDDI , Fast Ethernet , Gigabit Ethernet . Добавление в сеть концентратора всегда изменяет ее физическую топологию, но при этом оставляет без изменения логическую топологию. Во многих случаях физическая и логическая топологии сети совпадают.

Физическая структуризация сети с помощью концентраторов полезна не только для увеличения расстояния между узлами сети, но и для повышения ее надежности. Например, если какой-либо компьютер сети Ethernet с физической общей шиной из-за сбоя начинает непрерывно передавать данные по общему кабелю, то вся сеть выходит из строя и для решения проблемы остается только один выход - вручную отсоединить сетевой адаптер этого компьютера от кабеля. В сети Ethernet эта проблема может быть решена автоматически - концентратор отключает свой порт, если обнаруживает, что присоединенный к нему узел слишком долго монопольно занимает сеть

Рис. 1. Концентраторы технологий EthernetиTokenRing.

Логическая структура сети

Разбиение сети на сегменты

СКС- самая "консервативная" часть информационной системы предприятия. Любое ее изменение сопряжено с существенными материальными затратами. Однако возможность переконфигурирования инфраструктуры часто может существенно повысить управляемость и надежность всей системы. Например, объединение портов управляемых по сети устройств (коммутаторы, аварийные источники питания и т. п.) в "физически обособленную" сеть существенно повышает уровень безопасности системы, исключая доступ к таким элементам с произвольных рабочих станций. Кроме того, выделение, например, компьютеров бухгалтерии в отдельную сеть исключает доступ к ним по сети всех остальных пользователей.
Подобная возможность изменения конфигурации реализуется путем создания виртуальных сетей (Virtual local area network, VLAN). VLAN представляет собой логически (программно) обособленный сегмент основной сети. Обмен данными происходит только в пределах одной VLAN. Устройства разных VLAN не видят друг друга. Самое главное, что из одной VLAN в другую не передаются широковещательные сообщения.
VLAN можно создать только на управляемых устройствах; самые дешевые модели (часто их называют офисными) такую возможность не поддерживают.

Одна VLAN может объединять порты нескольких коммутаторов (VLAN с одинаковым номером на разных коммутаторах считаются одной и той же VLAN).

Варианты создания VLAN

На практике существует несколько технологий создания VLAN. В простейшем случае порт коммутатора приписывается к VLAN определенного номера (port based VLAN или группировка портов). При этом одно физическое устройство логически разбивается на несколько: для каждой VLAN создается "отдельный" коммутатор. Очевидно, что число портов такого коммутатора можно легко изменить: достаточно добавить или исключить из VLAN соответствующий физический порт.
Второй часто используемый способ заключается в отнесении устройства к той или иной VLAN на основе МАС-адреса. Например, так можно обосабливать камеры видеонаблюдения, IP-телефоны и т. п. При переносе устройства из одной точки подключения в другую оно останется в прежней VLAN, никакие параметры настройки менять не придется.
Третий способ заключается в объединении устройств в сеть VLAN по сетевым протоколам. Например, можно "отделить" протокол IPX от IP, "поместить" их в разные VLAN и направить по различным путям.
Четвертый способ создания VLAN состоит в многоадресной группировке.

Примечание
Обычно рекомендуется включать магистральные порты коммутаторов (порты, соединяющие коммутаторы) во все VLAN, существующие в системе. Это значительно облетает администрирование сетевой структуры, поскольку иначе в случае отказа какого-либо сегмента и последующего автоматического изменения маршрута придется анализировать все варианты передачи данных VLAN. Важно помнить, что ошибка в таком анализе, неправильный учет какого-либо фактора приведет к разрыву VLAN.

VLAN открывают практически безграничные возможности для конфигурирования сетевой инфраструктуры, соответствующей требованиям конкретной организации. Один и тот же порт коммутатора может принадлежать одновременно нескольким виртуальным сетям, порты различных коммутаторов - быть включенными в одну VLAN и т. п.
На рисунке показан пример построения VLAN из компьютеров, подключенных к различным коммутаторам. Обратите внимание, что при использовании агрегированных каналов (на рисунке для связи устройств Switch 2 и Switch 3) в состав VLAN на каждом коммутаторе должны включаться именно агрегированные порты (обычно получают названия AL1, AL2 и т. д.).

Теги 802.1 q

В соответствии со стандартом 802. lq номер VLAN передается в специальном поле кадра Ethernet, которое носит название TAG. Поэтому пакеты, содержащие такое поле, стали называть тегированными (tagged), а пакеты без этого поля - нетегированпыми (untagged). Поле TAG включает в себя данные QoS (поэтому все пакеты, содержащие информацию о качестве обслуживания. являются тегированными) и номер VLAN, на который отведено 12бит. Таким образом, максимально возможное число VLAN составляет 4096.
Сетевые адаптеры рабочих станций обычно не поддерживают теги, поэтому порты коммутаторов уровня доступа настраиваются в варианте untagged. Для того чтобы через один порт (обычно это магистральные порты или порты соединения двух коммутаторов) можно было передать пакеты нескольких VLAN, он включается в соответствующие VLAN в режиме tagged. Коммутатор будет анализировать поля TAG принятых пакетов и пересылать данные только в ту VLAN, номер которой содержится в поле. Таким образом через один порт можно безопасно передавать информацию нескольких VLAN.

Примечание
При соединениях "точка - точка" порты для одинаковых VLAN должны быть либо оба tagged, либо оба untagged.

При создании VLAN следует учитывать тот факт, что служебная сетевая информация пересылается нетегированными пакетами. Для правильной работы сети администратору необходимо обеспечить передачу таких пакетов по всем направлениям. Самый простой способ настройки заключается в использовании VLAN по умолчанию (VLAN 1). Соответственно, все порты компьютеров необходимо включать в VLAN с другими номерами. |
В VLAN 1 по умолчанию находятся интерфейсы управления коммутаторами, причем ранее выпускавшиеся модели коммутаторов не позволяют сменить номер для VLAN управления. Поэтому администратору следует тщательно продумать систему разбиения на VLAN, чтобы не допустить случайного доступа к управлению коммутаторами посторонних лиц, например, можно переместить все порты доступа коммутатора в другую VLAN, оставив для VLAN 1 только магистральный порт. Таким образом, пользователи не смогут подключиться к управлению коммутатором.

Протокол GVRP предназначен для автоматического создания VLAN. С его помощью можно автоматически назначать порты во все вновь создаваемые VLAN. Несмотря на определенные удобства, такое решение является существенной брешью в системе обеспечения сетевой безопасности. Администратор должен представлять структуру VLAN и производить назначения портов ручными операциями.

Маршрутизация в сетях предприятий

Информация внутри локальной сети, которая определяется IP-адресом и маской подсети, пересылается от одного компьютера к другому: отправитель посылает пакет непосредственно на физический адрес получателя. Если отправитель и получатель данных находятся в различных сетях, то данные, предназначенные для компьютера другой сети, передаются на специальное устройство-маршрутизатор, которое должно обеспечить пересылку информации. В малых организациях обычно существует только одна точка подключения к глобальной сети, поэтому правила пересылки данных крайне просты: информация для внешней сети должна пересылаться на один компьютер (обычно назначаемый шлюзом по умолчанию), который пересылает все такие данные на один адрес во внешней сети.
Как уже говорилось, отдельные VLAN изолированы друг от друга. На практике обычно возникает необходимость управляемой передачи данных из одной VLAN в другую, для того чтобы, например, обеспечить доступ компьютеров к серверам организации или в Интернет. В этих случаях необходимо настроить машрутизацшо.
Обычно маршрутизация выполняется средствами активного оборудования сети передачи данных. Коммутаторы, которые могут передавать пакеты из одной сети в другую, называют коммутаторами уровня З. Коммутаторы уровня 2 могут только разбить сеть на несколько VLAN; передать данные из одной VLAN в другую они не могут.

Примечание
Функцию маршрутизации могут выполнить программным образом как серверы, так и рабочие станции Windows. Это допустимо в небольших сетях, но требует установки дополнительных сетевых адаптеров и соответствующей настройки. Обычно функцию маршрутизации возлагают на активное сетевое оборудование, поскольку это более надежное и производительное решение.

Для использования функций маршрутизации на коммутаторах третьего уровня для VLAN необходимо создать интерфейсы и присвоить им IP-адреса. После этого между таким VLAN может быть осуществлена пересылка пакетов.
Если на одном коммутаторе создано несколько интерфейсов VLAN и им присвоены IP-адреса, то такие интерфейсы станут считаться локальными, маршрутизация между ними будет включена сразу же.

Автоматизация настроек маршрутизации

Обычно VLAN распределены по всей сети организации и информация, предназначенная для конкретной VLAN, должна "пройти" через несколько промежуточных сетей. Соответствующие пути могут быть определены вручную (статическая маршрутизация). Но при большом числе VLAN вручную отслеживать изменения, тем более автоматически перестраивать пути в случае повреждения каналов связи, становится практически нереальным. На помощь приходят протоколы автоматической маршрутизации. I
В относительно небольших организациях применяются два протокола: RIP и OSPF.

RIP - самый простой в использовании протокол автоматической маршрутизации. Он не требует никакой настройки от администратора. Достаточно только включить использование RIP для всего маршрутизатора и для каждого отдельного интерфейса VLAN.
RIP периодически рассылает широковещательным (RIP версии 1) или муль-тикастовым (RIP версии 2) образом информацию о собственной таблице маршрутизации. Приняв аналогичный пакет от другого маршрутизатора, RIP производит изменение локальной таблицы маршрутизации. В результате через некоторый промежуток времени коммутаторы будут "знать" маршруты. присутствующие на каждом устройстве.
Недостатками RIP являются излишняя "шумливость" (постоянная рассылка большого количества информации) и плохая масштабируемость для крупных сетей.

Протокол OSPF позволяет создавать таблицы маршрутизации больших сетей. Он требует предварительной настройки, хотя в случае не очень крупной сети эти операции не являются сколько-нибудь сложными.
В самой минимальной конфигурации достаточно включить использование протокола OSPF на коммутаторе, создать одну область (обычно ее называют областью 0- area 0) и активизировать протокол OSPF для каждого интерфейса V LAN.
Протокол OSPF позволяет настроить безопасную передачу данных о таблицах маршрутизации (данные будут приниматься, например, только после идентификации маршрутизатора безопасным способом).
Различным линиям связи можно назначить весовые коэффициенты, что позволит администратору более точно настроить выбираемые коммутатором пути передачи данных. В случае сложной структуры сети можно создать несколько различных зон и настроить их параметры так, чтобы минимизировать служебный трафик и ускорить сходимость таблиц маршрутизации в случае изменения топологии.

DHCP-relay

Запросы на получение IP-адреса являются широковещательными и рассылаются только в пределах одной VLAN. Создание надежной службы DHCP для каждой VLAN обычно нерационально, поскольку один DHCP-сервер может обслуживать большое число сетей.
Для передачи запроса на получение IP-адреса из одной сети в другую необходимо использовать специальную программу, называемую агентом DHCP, которая будет проверять наличие в сети запросов на получение IP-адреса и переправлять их на сервер DHCP уже от своего IP-адреса. Такие пакеты маршрутизируются между сетями, поскольку являются одноадресными (приходит с адреса агента на адрес DHCP-сервера). Сервер DHCP, получив такой запрос, "знает", что нужно предоставить IP-адрес из диапазона адресов, соответствующего адресу агента, сообщает всю информацию агенту и процесс завершается обычным для аренды адреса образом.
DHCP-агента можно реализовать как программным образом на сервере Windows в настройке службы маршрутизации и удаленного доступа, так и на коммутаторах третьего уровня.
В случае настройки коммутатора достаточно включить данную функцию и для каждого интерфейса VLAN указать адреса DHCP-серверов, на которые следует пересылать запросы аренды адреса.
Программная маршрутизация
Рабочие станции Windows могут выступать в качестве маршрутизаторов только при установке специализированных программ третьих фирм, например, WinRoute. Существует большое количество аналогичных программ (многие из которых бесплатны), используемых даже в системах на Windows 9х. Серверы Windows уже включают в себя возможность маршрутизации - в их составе присутствует Служба маршрутизации и удаленного доступа (Routing and Remote Access Server, RRAS).

Служба RRAS осуществляет многопротокольную маршрутизацию пакетов, позволяет создавать соединения по требованию и осуществлять для них маршрутизацию данных. Начиная с Windows 2000, служба RRAS устанавливается автоматически, но находится в отключенном состоянии. Для ее запуска следует открыть консоль управления RRAS и выполнить задачу Настроить и включить маршрутизацию и удаленный доступ.
Сервер RRAS может выполнять как статическую, так и динамическую маршрутизацию. Настройка статической маршрутизации через оснастку RRAS - это просто использование графического интерфейса вместо утилиты route. Больший интерес представляет возможность включения динамических протоколов маршрутизации - Routing Information Protocol (RIP) и Open Shortest Path First (OSPF).

Мост

Частным случаем взаимодействия двух сетей является такой вариант объединения сегментов, когда сигналы из одного сегмента должны без всякого ограничения попадать в другой, и наоборот. Реализовать эту функцию легко даже на рабочих станциях путем создания мостов (bridges).
Создание моста на рабочих станциях Windows XP позволяет "прозрачно" объединить несколько Ethernet-сетей. Например, обеспечить передачу пакетов из беспроводного сегмента сети в локальную сеть или соединить несколько сегментов сети, к которым подключен данный компьютер.
Для создания моста между сегментами следует открыть задачу Сетевые подключения, выделить два соответствующих Ethernet-адаптера и в меню свойств выбрать команду Создать мост .

Примечание
При создании моста используются алгоритм spanning tree algorithm, который предупреждает зацикливание пересылки пакетов, если соединяемые мостом сегменты имеют и другие точки взаимного подключения.

Поскольку мост обеспечивает передачу всех пакетов из одного сегмента сети в другой, то данное решение не следует использовать для интерфейсов доступа в Интернет.

Надежность сетевой инфраструктуры
Необходимым условием надежной работы информационной системы является безотказное функционирование каналов связи. Данная задача решается путем дублирования как собственно каналов связи, так и активного оборудования (коммутаторов). Понятно, что на практике отказоустойчивая конфигурация сети создается только в тех случаях, когда простои в работе информационной системы недопустимы и могут привести к существенным экономическим потерям.
Дублирование каналов связи и оборудования производят как в ядре сети (обязательно), так и на уровне распределения (рекомендуется). Подключение оконечных устройств (рабочих станций пользователей) не дублируется.
Отказоустойчивая топология сети передачи данных
На предыдущих рисунках показаны варианты отказоустойчивой схемы сети передачи данных. Связи между коммутаторами уровня распределения и ядра дублированы, коммутаторы также дублированы. Серверы предприятия отказоустойчивым образом подключены к коммутаторам ядра (один сетевой интерфейс сервера подключен к одному коммутатору, второй - к другому).

Примечание
Отказоустойчивые схемы, несмотря на кажущуюся простоту, требуют тщательной настройки коммутаторов. При этом в зависимости от выбранного варианта конфигурации может потребоваться использование протоколов, которые не поддерживаются относительно дешевыми моделями оборудования.

Простое соединение двух коммутаторов двумя кабелями создаст кольцо, которое недопустимо в сети Ethernet. Результатом станет широковещательный шторм и практическая неработоспобность сегмента сети. Поэтому создание отказоустойчивых решений требует первоначальной настройки активного оборудования.
Существует два варианта построения сети, использующей топологию соединений, изображенную на рисунках. Первый вариант использует протоколы, работающие на втором уровне модели OSI. Второй основан на протоколах маршрутизации третьего уровня модели OSI.

Построение отказоустойчивой сети на основе протоколов второго уровня

Отказоустойчивая конфигурация, построенная с использованием протоколов второго уровня, обеспечивает самое быстрое восстановление в случае аварии. Сеть может восстановиться за 13 секунд или даже еще быстрее в случае использования проприетарных протоколов.

Проприетарным называют протокол, не описываемый открытым стандартом, а являющийся уникальной технологией определенного вендора. Хотя использование проприетарных решений позволяет получить лучшие показатели по сравнению с открытыми стандартами, но такой выбор связан с ориентацией на использование оборудования только одного вендора и с вытекающими из этого рисками.

При математическом описании тех или иных физических объектов, как правило, отвлекаются от целого ряда второстепенных факторов и процессов, действующих в этих физических объектах. Такая абстракция необходима для создания общей математической теории для целого класса родственных между собой физических процессов.

Целью настоящей главы является разработка методов и способов анализа и синтеза физических устройств, предназначенных для переработки дискретной информации.

Мы будем изучать не сами эти устройства, а некоторым образом адекватные им математические схемы. Эта адекватность выражается в том, что работа обеих схем (физической, реально действующей и математической абстрактной) описывается с помощью одних и тех же математических соотношений.

Такую адекватную математическую схему мы будем называть логической сетью.

Дадим более четкое определение понятия логической сети. Пусть мы имеем конечное множество А:

A = {1,2,3, …, m };

И пусть нам задано множество В, элементами которого являются упорядоченные пары элементов множества А:

B = {(i, j )}.

Здесь i , j - любые из элементов множества A, i≠j. Пусть, наконец, нам задано некоторое множество F, элементами которого являются логические функции

F = {f 1 , f 2 , …,f y }

Установим однозначное соответствие между множествами F и A , т. е. сопоставим каждому элементу множества А один из элементов множества F.

Определение 0. Совокупность множеств А и В совместно с однозначным отображением множества F на множество А называется логической сетью.

Определенное таким образом понятие логической сети совпадает с понятием ориентированного нагруженного графа. Геометрической интерпретацией логической сети служит некоторая схема логической сети, которая строится следующим образом. На плоскости в произвольном порядке располагаются элементы множества А. (Для их обозначения будем использовать кружок). Эти элементы называются вершинами графа (рисунок 6.1, a ).

Рисунок 6.1 – Вершины графа

Символ соответствующего данному кружку элемента i (т.е. номер) пишется справа от этого кружка. Внутри кружка вписывается элемент множества F, сопоставленный при отображении F на А элементу, соответствующему данному кружку. Наконец, все кружки соединяются между собой ориентированными стрелками согласно элементам множества В. Элементу (i, j) соответствует стрелка, идущая от кружка, сопоставленного элементу i, к кружку, сопоставленному элементу j. Эти стрелки носят название ребер графа.

Пример 1. Пусть

A = {1,2,3,4,5,6};

B = {(1,2),(3,4),(4,5),(2,5),(3,5)};

F = {f 1 , f 2 , f 3 }

и отображение F на А задано как

f 1 → 1,4,5,6;

f 2 → 2;

f 3 →3.

Соответствующая схема заданной логической сети показана на рисунке 6.1, а..

Введем в рассмотрение множество аргументов

X = {x 1 , x 2 , …, x n }.

Произведем теперь отображение некоторых подмножеств множества X на некоторые элементы множества А

X* → a i ,

где X* некоторое подмножество множества X. При геометрической интерпретации элементы множества X будем изображать жирными точками и называть входами схемы логической сети. Задание отображения подмножества X* на элементы a i эквивалентно заданию множества С следующего вида:

C = {(X *, i )}/

Геометрической интерпретацией множества С являются ребра, проведенные из соответствующих входов схемы к вершинам графа, сопоставленным нужным элементам множества А.

Пример 2. Для логической сети на рисунке 6.1, а задано:

X = {x 1 , x 2 , x 3 , x 4 , x 6 };

C = {( x 1 , x 2 , x 3 ; 1), (x 1 ; 2), (x 3 ; 3), (x 5 ; 4), (x 1 , x 4 , x 5 ; 6)}.

Соответствующая схема логической сети приведена на рисунке 6.1, б.

Потребуем теперь, чтобы элементы множества В обладали тем свойством, что для всякого элемента (i , j ) i < j . Подобную логическую сеть назовем упорядоченной или логической сетью без обратных связей.

Теперь ограничим отображение множества F на А следующим образом. Потребуем, чтобы функция f j , сопоставляемая вершине с номером i, зависела бы от стольких аргументов, сколько ребер входит в данную вершину. Эквивалентным требованием является ограничение на элементы множеств В и С при заданном отображении F на А. Суммарное число пар вида (i , j )и (x i , j) не должно превышать числа аргументов, имеющихся у функции, сопоставленной вершине с номером j . Логическую сеть, для которой выполнено это требование, назовем правильной.

Определение 0. Упорядоченная и правильная логическая сеть называется регулярной логической сетью (РЛС).

В дальнейшем будем рассматривать только правильные логические сети, а на протяжении этого раздела ограничимся рассмотрением только регулярных логических сетей. Рассмотрим, наконец, множество выходов

Y = {y 1 , y 2 , …, y k }.

Произведем теперь взаимно однозначное отображение некоторого подмножества А* множества А на множество Y. Для возможности такого отображения, очевидно, необходимо выполнение неравенства k≤ m*, где m* - число элементов А*. Геометрической интерпретацией этого отображения будут ребра, направленные от элементов множества А* к соответствующим элементам множества Y. Элементы множества Y , как и элементы множества X, будем обозначать жирными точками.

Пример 3. Для логической сети на рисунке 6.1, б определено множество

Y = {y 1 , y 2 }.

и взаимно однозначное отображение

1 ←→ y 1 ,

5 ←→ y 2

Соответствующая схема логической сети приведена на рисунке 6.1, в .

После отображения некоторых вершин графа на множество Y в графе могут остаться вершины, из которых не выходит ни одно ребро. Такие вершины назовем тупиковыми и исключим их, а также ребра, идущие к ним. Оставшуюся после этого схему логической сети будем называть логическим многополюсником. Если множество X содержит п элементов, а множество У - k элементов, то такой логический многополюсник будем называть логическим (п, k )–полюсником.

Пример 4. Для регулярной логической схемы, данной на рисунке 6.1, в , вершина 6 является тупиковой. После ее удаления остается логический (5,2)-полюсник, вход х 4 у которого является фиктивным, и поэтому он опущен на схеме логической сети (рисунок 6.1, г ).

Теория логических сетей включает в себя целый ряд различных разделов. В этих разделах изучаются вопросы, связанные с поисками методов эффективного преобразования информации, оптимальным кодированием, геометрией сетей, проблемами надежности сети и т. д. Из всего множества этих проблем мы рассмотрим только проблемы, связанные с анализом и синтезом логической сети.

Физическая структуризация сети полезна во многих отношениях, однако в ряде случаев, обычно относящихся к сетям большого и среднего размера, без логической структуризации сети обойтись невозможно. Наиболее важной проблемой, не решаемой путем физической структуризации, остается проблема перераспределения передаваемого трафика между различными физическими сегментами сети.

В большой сети естественным образом возникает неоднородность информационных потоков : сеть состоит из множества подсетей рабочих групп , отделов, филиалов предприятия и других административных образований. В одних случаях наиболее интенсивный обмен данными наблюдается между компьютерами, принадлежащими одной подсети , и только небольшая часть обращений происходит к ресурсам компьютеров, находящихся вне локальных рабочих групп . На других предприятиях, особенно там, где имеются централизованные хранилища корпоративных данных, активно используемые всеми сотрудниками предприятия, наблюдается обратная ситуация: интенсивность внешних обращений выше интенсивности обмена между "соседними" машинами. Но независимо от того, как распределяются внешний и внутренний трафик, для повышения эффективности работы сети неоднородность информационных потоков необходимо учитывать.

Сеть с типовой топологией (" шина ", "кольцо", " звезда "), в которой все физические сегменты рассматриваются в качестве одной разделяемой среды , оказывается неадекватной структуре информационных потоков в большой сети . Например, в сети с общей шиной взаимодействие любой пары компьютеров занимает ее на все время обмена, поэтому при увеличении числа компьютеров в сети шина становится узким местом. Компьютеры одного отдела вынуждены ждать, когда завершит обмен пара компьютеров другого отдела.

Рис. 8.5.

Для решения проблемы придется отказаться от идеи единой однородной разделяемой среды . Например, в рассмотренном выше примере желательно было бы сделать так, чтобы кадры, которые передают компьютеры отдела 1, выходили бы за пределы этой части сети в том и только в том случае, если эти кадры направлены какому-либо компьютеру из других отделов. С другой стороны, в сеть каждого из отделов должны попадать только те кадры, которые адресованы узлам этой сети . При такой организации работы сети ее производительность существенно повысится, так как компьютеры одного отдела не будут простаивать в то время, когда обмениваются данными компьютеры других отделов.

Нетрудно заметить, что в предложенном решении мы отказались от идеи общей разделяемой среды в пределах всей сети , хотя и оставили ее в пределах каждого отдела. Пропускная способность линий связи между отделами не должна совпадать с пропускной способностью среды внутри отделов. Если трафик между отделами составляет только 20% трафика внутри отдела (как уже отмечалось, эта величина может быть другой), то и пропускная способность линий связи и коммуникационного оборудования , соединяющего отделы, может быть значительно ниже внутреннего трафика сети отдела.

Распространение трафика, предназначенного для компьютеров некоторого сегмента сети , только в пределах этого сегмента, называется локализацией трафика . Логическая структуризация сети - это процесс разбиения сети на сегменты с локализованным трафиком.

Для логической структуризации сети используются коммуникационные устройства:

• мосты ;
• коммутаторы ;
• маршрутизаторы ;
• шлюзы .

Мост (bridge ) делит разделяемую среду передачи сети на части (часто называемые логическими сегментами), передавая информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если такая передача действительно необходима, то есть если адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети . Тем самым мост изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность передачи данных в сети . Локализация трафика не только экономит пропускную способность, но и уменьшает возможность несанкционированного доступа к данным, так как кадры не выходят за пределы своего сегмента, и злоумышленнику сложнее перехватить их.

На рис. 8.8 показана сеть , которая была получена из сети с центральным концентратором (см. рис. 8.5) путем его замены на мост . Сети 1-го и 2-го отделов состоят из отдельных логических сегментов, а сеть отдела 3 - из двух логических сегментов. Каждый логический сегмент построен на базе концентратора и имеет простейшую физическую структуру , образованную отрезками кабеля, связывающими компьютеры с портами концентратора . Если пользователь компьютера А пошлет данные пользователю компьютера В, находящемуся в одном с ним сегменте, то эти данные будут повторены только на тех сетевых интерфейсах , которые отмечены на рисунке заштрихованными кружками.

Мосты используют для локализации трафика аппаратные адреса компьютеров. Это затрудняет распознавание принадлежности того или иного компьютера к определенному логическому сегменту - сам адрес не содержит подобной информации. Поэтому мост достаточно упрощенно представляет деление сети на сегменты - он запоминает, через какой порт на него поступил кадр данных от каждого компьютера сети , и в дальнейшем передает кадры, предназначенные для данного компьютера, на этот порт . Точной топологии связей между логическими сегментами мост не знает. Из-за этого применение мостов приводит к значительным ограничениям на конфигурацию связей сети - сегменты должны быть соединены таким образом, чтобы в сети не образовывались замкнутые контуры.

Коммутатор (switch ) по принципу обработки кадров от моста практически ничем не отличается. Единственное его отличие состоит в том, что он является своего рода коммуникационным мультипроцессором , так как каждый его порт оснащен специализированной микросхемой, которая обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от микросхем других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста , имеющего один процессорный блок. Можно сказать, что коммутаторы - это мосты нового поколения, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме.

Ограничения, связанные с применением мостов и коммутаторов - по

Логические сети создаются при помощи красных или зеленых проводов и позволяют контролировать устройства-приемники , используя передачу информации в сеть со всех устройств-передатчиков . Большая часть передатчиков – устройства хранения, они транслируют информацию по специальному каналу, в зависимости от предмета или типа жидкости, хранящейся в устройстве хранения. Каждая логическая сеть имеет канал на каждый тип предмета, а также на 45 дополнительных Виртуальных сигналов которые используются как настраиваемые пользовательские каналы.

Contents

Физическая структура сети

Логическая сеть включает в себя только те устройства, которые соединены проводом одного цвета. Провод может быть проятнут напрямую от устройства к устройству, либо через столбы ЛЭП.

Важно понять, что каждый подключенный набор проводов создает отдельную сеть. Например возможно иметь четыре сети с красными проводами и три – с зелеными. Красные и зеленые сети всегда будут отдельными, даже если они соприкоснутся где-либо на столбах ЛЭП или в устройстве.

• Для совединения проводов или кабелей к столбу ЛЭП просто протяните провод до основания столба.
• Чтобы убрать провод или кабель, протяните провод того же цвета над текущим соединением. Провод/кабель назад не возвращается.
• Для того, чтобы убрать все подключения к конкретному столбу ЛЭП, используйте сочетание SHIFT+ЛКМ. Первый щелчок уберет все электрические провода, второй – все зеленые и красные провода. Назад провода вы не получите.
• Во время подключения к арифметическому комбинатору или Сравнивающему комбинатору , внимательно следите за тем, чтобы подключить провод на правильную сторону – на вывод или на ввод. Чтобы узнать это включите детализированный режим (ALT).

Транслируемая информация

Передающие устройства транслируют количество предметов или жидкости которые на данный момент содержатся в них, либо любые другие данные, обозначенные игроком. Каждый транслируемый объем является числовым значением в "канале", соответствующему хранящемуся премету. К пример, Цистерна, содержащая 1000 единиц нефти будет транслировать значение равное 1000 по каналу «Нефть».

Несколько трансляций одного предмета или жидкости складываются: если к сети подключено две цистерны, в которые залито по 1000 единиц нефти, значение канала «нефть» будет равна 2000.

Провода, соединенные вместе будут передавать сигналы по одному цвету. Например, если два красных провода подключнеы к входу одного комбинатора, оба провода будут получать сведения друг от друга. Если не принять мер, может начаться проблема обратной связи. Подробней об этой проблеме ниже.

Использование информации

Условие примера: "Работать только если количество железных пластин ниже, чем количество стальных."

Приемники могут использовать транслируемую информацию, в большинстве случаев, чтобы включить/выключить устройство.

Они могут либо сравнивать значения разных каналов, либо сравнивать значение канала с фиксированным значением. Манипулятор на картинке работает, если количество жлезных пластин ниже, чем количество стальных.

Приемники суммируют все сигналы с каждого провода, подключенного к ним. Даже если это и красные, и зеленые провода. К примеру, если манипулятор подсоединен к красному проводу, по которому идет информация о 20 железных пластинах, к зеленому проводу, несущему сведения о 10 медных пластинах, и еще одному зеленому проводу с информацией о 5 железных пластинах, входящий сигнал на манипулятор будут 25 железных пластин и 10 медных.

Основы

Несложная логическая сеть позволит заполнить сундук заданным количеством предметов.

Простейшую сеть можно создать, соединив програмируемый манипулятор с сундуком рядом. Так можно контролировать количество предметов в сундуке. (обратите внимание, что вам не обязательно использовать столбы ЛЭП для соединения – как показано на картинке. Можете соединить их напрямую)

Комбинаторы

Комбинаторы совмещают в себе возможности приемников и передатчиков, что позволяет логической сети использовать сложные функции.

• Постоянный комбинатор транслирует до 15 значений в любой из каналов, по любой из подключенных к нему сетей. (На данный момент вы не можете уточнять, какое именно значение – красное или зеленое – использовать. Если нужны разные значения – используйте два комбинатора – под каждый цвет). Вы можете использовать канал любого предмета либо каналы виртуальных сигналов .
  • Обратите внимание, что использовать два из 15 слотов для трансляции значений на том же канале – это то же самое, что транслировать сумму двух значений в один слот.

• Арифметический комбинатор выполняет арифметические операции с поступаемыми значениями и транслирует результат на указанном канале вывода. Каналы входа и вывода могут занимать канал любого предмета, либо любой из каналов виртуальных сигналов.
  • Подключение: Арифметический комбинатор подключается к красной или зеленой сети в свою входную сторону (терминалы ставятся на корпус и выглядят как свечи зажигания) и выполняет арифметические вычисления, которые затем транслируются по указанному каналу на стороне выхода (провода на этой стороне как будто слегка вылезают наружу).
  • Обратная связь: Обратите внимание, что входная и выходная сети не являются одной и той же сетью . Соединение выхода к сети, которая направляется на вход приведет к петле обратной связи. К примеру, добавив 1 к значению медных пластин и трансляция в канал медных пластин приводит к тому, что в случае подключения ввода-вывода друг к другу результат создает бесконечный цикл. Количество медных пластин быстро (но не мгновенно) начнет расти. Эту особенность можно использовать с логикой Сравнивающего комбинатора для создания электронных часов, ворот и других систем. Подробней можно ознакомиться вот тут: Combinator Tutorial/ru .
  • Каждый: Этот комбинатор может использовать сигнал "Каждый" и для ввода и для вывода. В данном случае все каналы ввода, не равные нулю будут задействовать комбинатор и транслироваться на вывод. Использование сигнала Каждый для ввода и для вывода при использовании неизменной операции (например прибавление нуля) эквивалентно использованию провода "в одном направлении". Вся информация из сети ввода будет копирована в сеть вывода. Обратное невозможно.
  • Мультисетевая работа: Арифметический комбинатор может быть подключен одновременно к красной и зеленой сети на сторону ввода и будет складывать их значения.

• Функции Сравнивающего комбинатора сильно напоминают функции Арифметического, но он предназначен для сравнения значений. Говоря о соединении, обратной связи и сигнала Каждый его особенности аналогичны описаным выше. Вдобавок он может обрабатывать сигналы Все и Ничего и при подключении к нескольким сетям выполнять более сложные чем сложение функции. Чтобы понять, как лучше его использовать, прочтите эту статью: