Беспроводные сети являются одним из самых перспективных направлений развития современных телекоммуникационных технологий. Перспективы их использования связаны, во-первых, с заменой кабельной инфраструктуры на радиоэфир; во-вторых, с новыми возможностями коммуникаций между различными устройствами. При этом наряду с построением централизованных сетей, интерес представляет использование элементов децентрализации, которые присутствуют в ячеистых (mesh) сетях.
Особенности ячеистой топологии
Беспроводная ячеистая сеть (Wireless Mesh Network - WMN) образуется на основе множества соединений «точка–точка» узлов, находящихся в области радиопокрытия друг друга (mesh peertopeer, multi-hop). Ключевое свойство самоорганизации ячеистых сетей заключается в том, что, во-первых, соединения между узлами устанавливаются автоматически; во-вторых, любой узел может выполнять функции транзитной передачи пакетов (маршрутизации) для других участников сети.
Сеть на основе ячеистой топологии характеризуется высокой надежностью, большой пропускной способностью и сниженным энергопотреблением. Высокая надежность обеспечивается избыточностью узлов (при отказе одного узла данные будут передаваться в обход, по другому пути). Использование нескольких альтернативных маршрутов повышает пропускную способность сети. Снижение энергопотребления достигается снижением мощности сигналов посредством передачи данных через большее количество узлов, разделенных меньшими расстояниями.
Рис. 1. Ячеистая (mesh) топология
Одноранговые mesh-сети способны стихийно возникать в тех местах, где необходимо взаимодействие между пользователями, и исчезать, когда эта потребность отпадает. Такие сети могут быть построены на основе только клиентского беспроводного оборудования. Однако большинство существующих mesh-технологий в беспроводных сетях используются на уровне устройств доступа к сети (инфраструктурные сети).
Область применения ячеистой топологии
Общепринята классификация беспроводных сетей по функционально-территориальному признаку (по аналогии с проводными сетями) на персональные (Wireless Personal Area Network - WPAN), локальные (Wireless Local Area Network - WLAN), городские (Wireless Metropolitan Area Network - WMAN) и глобальные (Wireless Wide Area Network - WWAN). При этом сопоставление беспроводных технологий соответствующим классам сетей достаточно условно, так как современные разработки в сфере беспроводных коммуникаций имеют широкие возможности использования. Область применения каждой конкретной технологии определяется множеством связанных друг с другом параметров, таких как пропускная способность, энергопотребление, стоимость оборудования, дальность передачи, диапазон частот, возможные топологии, качество обслуживания, безопасность и т. д.
Ячеистая топология для экономичных низкоскоростных сетей успешно реализована в технологии ZigBee. Низкое энергопотребление позволяет использовать эту технологию в беспроводных сетях датчиков (Wireless Sensor Network) и различных бытовых устройств в рамках концепции цифрового дома (Digital Home), в компьютерных устройствах беспроводных персональных сетей WPAN, не предъявляющих высоких требований к скорости каналов связи (пульты управления, джойстики, мыши и т. д.). Низкая пропускная способность (до 250 кбит/c) ограничивает применение ZigBee для передачи больших объемов данных и мультимедиа-трафика.
С беспроводными локальными сетями WLAN традиционно связывают технологию Wi-Fi, построенную на основе семейства стандартов IEEE 802.11. В настоящее время для данной технологии стандартизирована пропускная способность 54 Мбит/c (IEEE 802.11a/g), которая приемлема для решения многих задач, не требующих сверхскоростных каналов связи. Использование 802.11 не ограничивается только локальными сетями. Технологии семейства IEEE 802.11 успешно применяются как в персональных сетях для соединения устройств в рамках личного пространства пользователя, так и для соединения разделенных многими километрами сетей. Ячеистая топология реализована в исследовательских проектах по организации сетей MANET (Mobile Ad Hoc Network), использующих режим Ad hoc IEEE 802.11b.
Вопросы использования ячеистой топологии в беспроводных глобальных (WWAN) и городских (WMAN) сетях также активно изучаются. Например, в рамках рабочей группы IEEE 802.16, которая занимается стандартизацией технологии WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), ведутся исследования mesh-технологий.
Ячеистая топология в беспроводных локальных сетях
Ячеистая топология в WLAN используется для объединения точек доступа в беспроводную систему распределения сообщений (Wireless Distribution System - WDS). WDS предназначена для замены проводных каналов взаимодействия устройств доступа к сети на беспроводные.
Очевидно, что для представленной организации сети необходимы изменения в протоколах физического, канального уровней и маршрутизации. Беспроводные ячеистые сети имеют определенные особенности, связанные с применением как беспроводной среды передачи, так и ячеистой топологии.
Использование беспроводной системы распределения увеличивает трафик, передаваемый по каналам, что повышает требования к физическому уровню. Одним из путей решения данной проблемы для существующих протоколов радиопередачи является разделение взаимодействия точек доступа между собой (5 ГГц IEEE 802.11a) и точек доступа с клиентами (2,4 МГц IEEE 802.11g/b), что и сделано в большинстве реализаций. Альтернативный подход заключается в использовании одного частотного диапазона для всех коммуникаций, что требует от разработчиков протоколов физического уровня усовершенствования и оптимизации технологий модуляции, кодирования и передачи (Multiple Input Multiple Output - MIMO, многоканальные и многоантенные системы и т. д.).
Классический протокол 802.11 MAC также имеет ограничения для применения в mesh-сети. Во-пер вых, данный протокол ориентирован на одно соединение, а ячеистая топология подразумевает множество одновременных соединений с соседними узлами. Во-вторых, 802.11 MAC описывает только передачу данных между двумя узлами (onehope), и транзитная доставка сторонним узлам (multi-hop) выходит за рамки его применения.
Рис. 2. Инфраструктурная mesh-сеть
Решение последней задачи (схожей с маршрутизацией в обычных сетях) возможно как на сетевом, так и на канальном уровнях. При этом протокол транзитной доставки должен эффективно использовать множество возможных маршрутов, иметь интеллектуальный механизм выбора оптимального пути, быть надежным и отказоустойчивым, в то же время быть масштабируемым и совместимым с различными технологиями радиопередачи.
Маршрутизация на сетевом уровне обладает высокой совместимостью и расширяемостью в силу независимости от нижележащих протоколов. На сетевом уровне работает протокол PWRP (Predictive Wireless Routing Protocol), разработанный компанией Tropos Networks. PWRP во многом аналогичен известному протоколу маршрутизации для проводных сетей OSPF (Open Shortest Path First). Другими протоколами маршрутизации для mesh-сетей являются TBRPF (Topology Broadcast Reverse Path Forwarding) компании Firetide Networks, LQSR (Link Quality Source Routing) от Microsoft, AODV (Ad hoc On-demand Distance Vector) и др.
Однако максимальная эффективность достижима при тесном взаимодействии с используемыми технологиями радиопередачи, что возможно на канальном уровне. Примером может служить AWPP (Adaptive Wireless Path Protocol) компании Cisco Systems.
В настоящее время решения разных производителей несовместимы друг с другом. Однако работы по стандартизации ведутся в рамках рабочей группы IEEE 802.11s (ESS Mesh Networking Task Group). Областью исследования этой группы является разработка расширенного набора служб (Extended Service Set - ESS) для mesh-топологии в беспроводной системе распределения сообщений на базе протоколов IEEE 802.11 для физического и канального уровней.
Очевидно, что функциональность, связанная с реализацией ячеистой топологии, породит новые уязвимости и возможности для атак. Поэтому защищенность протоколов транзитной доставки пакетов является актуальной темой для исследований.
В то же время для централизованно управляемых, корпоративных mesh-сетей применимы концепции надежно защищенной сети (Robust Security Network - RSN), описываемые в стандарте IEEE 802.11i. Концепция RSN основана на существовании только надежно защищенных сетевых соединений (RSN Association - RSNA) между всеми участ никами сетевых взаимодействий в беспроводной среде на уровне доступа к сети.
RSNA использует защищенную аутентификацию, принцип контроля доступа по порту и управление криптографическими ключами (протокол аутентификации IEEE 802.1X). Конфиденциальность и целостность передаваемой информации обеспечивают протоколы TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) или CCMP (Counter Mode with CBC-MAC).
Вместо заключения
Дальнейшее развитие беспроводных ячеистых технологий независимо от типа и архитектуры сети определяется следующими факторами:
- совершенствованием технологий радиопередачи;
- адаптацией существующих и разработкой новых беспроводных протоколов MAC-уровня для многоточечных мобильных соединений;
- повышением надежности и преодолением ограничений к расширяемости и мобильности протоколов маршрутизации для mesh-сетей;
- обеспечением качества обслуживания (Quality of Service - QoS), чувствительного к задержкам трафика;
- обеспечением безопасности mesh-технологий.
Именно эти вопросы должны решить разработчики стандарта IEEE 802.11s, издание которого может стать отправной точкой повсеместного внедрения mesh-технологий в компьютерных сетях.
Литература
- Akyildiz I. Wang X. Wang W. Wireless Mesh Networks: a survey // ScienceDirect. 2004. http:// www.sciencedirect.com.
- http://www.zigbee.org.
- http://www.wi-fi .org.
- http://www.wimaxforum.org.
- Построение беспроводных сетей будущего. Intel. http://www.intel.com.
- Cisco Wireless Mesh Networking Solution. http://www.cisco.com.
- Nortel - Wireless Mesh Network Solution. Nortel. http://www.nortel.com.
- Self-Organizing Neighborhood Wireless Mesh Networks - Microsoft Networking Research Group. 2005. http://research.microsoft.com/mesh/.
- http://www.fi retide.com/.
- http://tropos.com.
- http://strixsystems.com.
- http://belairnetworks.com.
- IEEE Std 802.11i – 2004
При создании компьютерной сети передачи данных, когда соединяются все компьютеры сети и другие сетевые устройства, формируется топология компьютерной сети .
Сетевая топология (от греч. τоπος, - место) - способ описания конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств.
Физическая топология сети передачи данных
Исторически сложились определённые типы физических топологий сети. Рассмотрим некоторые, наиболее часто встречающиеся топологии.
«Общая шина»
Общая шина являлась до недавнего времени самой распространенной топологией для локальных сетей. В этом случае компьютеры подключаются к одному коаксиальному кабелю по схеме «монтажного ИЛИ». Передаваемая информация, в этом случае, распространяется в обе стороны.
Применение топологии «общая шина» снижает стоимость кабельной прокладки, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного широковещательного обращения ко всем станциям сети. Основными преимуществами такой схемы являются дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям. Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть.
Другим недостатком общей шины является ее невысокая производительность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть. Поэтому пропускная способность канала связи всегда делится здесь между всеми узлами сети.
Рисунок 5. Схема подключения компьютеров по схеме «общая шина».
Топология «звезда»
В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому коммутатором (концентратором, хабом) который находится в центре сети. В функции коммутатора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. Главное преимущество этой топологии перед общей шиной - значительно большая надежность. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность коммутатора может вывести из строя всю сеть. Кроме того, коммутатор может играть роль интеллектуального фильтра информации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещенные администратором передачи.
Сетевой концентратор илиХаб (жарг. от англ. hub - центр деятельности)- сетевое устройство, предназначенное для объединения нескольких устройствEthernetв общий сегмент сети. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна. Термин концентратор (хаб)применим также к другим технологиям передачи данных:USB, FireWire и пр.
В настоящее время сетевые хабы не выпускаются- им на смену пришли сетевые коммутаторы (switch), выделяющие каждое подключённое устройство в отдельный сегмент.
Рисунок 6. Схема подключения компьютеров по схеме «звезда»
Топология «кольцо»
В информационно вычислительных сетях с кольцевой конфигурацией данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. Если компьютер распознает данные как «свои», то он копирует их себе во внутренний буфер. Кольцо представляет собой очень удобную конфигурацию для организации обратной связи - данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому этот узел может контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это свойство кольца используется для тестирования связности сети и поиска узла, работающего некорректно. Для этого в сеть посылаются специальные тестовые сообщения.
В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями.
Поскольку такое дублирование повышает надёжность системы, данный стандарт с успехом применяется в магистральных каналах связи.
Данная физическая топология с успехом реализуется в сетях, созданных с использованием технологии FDDI.
FDDI(англ. Fiber Distributed Data Interface - распределённый волоконный интерфейс данных) - стандарт передачи данных в локальной сети, протяжённостью до 200 километров. Стандарт основан на протоколеToken Bus . В качестве среды передачи данных вFDDIрекомендуется использовать волоконно-оптический кабель, однако можно использовать и медный кабель, в таком случае используется сокращениеCDDI(Copper Distributed Data Interface). В качестве топологии используется схемадвойного кольца , при этом данные в кольцах циркулируют в разных направлениях. Одно кольцо считается основным, по нему передаётся информация в обычном состоянии; второе - вспомогательным, по нему данные передаются в случае обрыва на первом кольце. Для контроля за состоянием кольца используется сетевой маркер, как и в технологииToken Ring.
Рисунок 7. Схема подключения компьютеров по схеме «кольцо»
Полносвязная топология
Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый компьютер сети связан со всеми остальными. Несмотря на логическую простоту, этот вариант оказывается громоздким и неэффективным. Действительно, каждый компьютер в сети должен иметь большое количество коммуникационных портов, достаточное для связи с каждым из остальных компьютеров сети. Для каждой пары компьютеров должна быть выделена отдельная электрическая линия связи. Полносвязные топологии применяются редко, так как не удовлетворяют ни одному из приведенных выше требований. Чаще этот вид топологии используется в многомашинных комплексах или глобальных сетях при небольшом количестве компьютеров.
Рисунок 8.Схема подключения компьютеров по схеме «полносвязная топология»
Ячеистая топология
Ячеистая топология (англ. mesh-ячейка сети ) получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для глобальных сетей.
Рисунок 9. Схема подключения компьютеров по схеме «ячеистая топология»
В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию - звезда, кольцо или общая шина, для крупных сетей характерен симбиоз различных топологий. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.
Топология «дерево»
Такая топология является смешанной, здесь взаимодействуют системы с различными топологиями. Такой способ смешанной топологии чаще всего применяется при построении ЛВСс небольшим количеством сетевых устройств, а также при создании корпоративныхЛВС. Данная топология совмещает в себе относительно низкую себестоимость и достаточно высокое быстродействие, особенно при использовании различных сред передачи данных - сочетании медных кабельных систем,ВОЛС, а также применяя управляемые коммутаторы.
Рисунок 10. Схема подключения компьютеров по схеме «дерево»
В топологиях типа «общая шина» и «кольцо» линии связи, соединяющие элементы сети (компьютеры, сетевые устройства и пр.), являются распределёнными (англ. shared) . При совместном использовании ресурс линии делится между сетевыми устройствами, т.е. они являются линиями связи общего использования.
Помимо распределённых , существуютиндивидуальные линии связи , когда каждый элемент сети имеет свою собственную (не всегда единственную) линию связи. Пример - сеть, построенная по топологии «звезда», когда в центре располагается устройство типа коммутатор, а каждый компьютер подключён отдельной линией связи.
Общая стоимость сети построенной с применением распределённых линий связи будет гораздо ниже, однако и производительность такой сети будет ниже, потому что сеть с распределённой средой при большом количестве узлов будет работать всегда медленнее, чем аналогичная сеть с индивидуальными линиями связи, так как пропускная способность индивидуальной линии связи достается одному компьютеру, а при ее совместном использовании - делится на все компьютеры сети.
В современных сетях, в том числе глобальных, индивидуальными являются только линии связи между конечными узлами и коммутаторами сети, а связи между коммутаторами (маршрутизаторами) остаются распределёнными, так как по ним передаются сообщения разных конечных узлов.
Рисунок 11. Индивидуальные и распределённые линии связи в сетях на основе коммутаторов
Логическая топология сети передачи данных
Помимо физической топологии сети передачи данных, предполагается и логическая топология сети . Логическая топология определяет маршруты передачи данных в сети. Существуют такие конфигурации, в которых логическая топология отличается от физической. Например, сеть с физической топологией «звезда» может иметь логическую топологию «шина» – все зависит от того, каким образом устроен сетевой коммутатор или интернет-шлюз, маршрутизатор (VLAN, наличиеVPN, и т.п.).
Чтобы определить логическую топологию сети, необходимо понять, как в ней принимаются сигналы:
в логических шинных топологиях каждый сигнал принимается всеми устройствами;
в логических кольцевых топологиях каждое устройство получает только те сигналы, которые были посланы конкретно ему.
Кроме того, важно знать, каким образом сетевые устройства получают доступ к среде передачи информации.
Разделение сети на логические сегменты
Кабельная система информационно вычислительной сети - 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 сетевой конфигурации реализуется путем создания виртуальных сетей (англ. Virtual local area network,VLAN).
VLANпредставляет собой логически (программно) обособленный сегмент основной сети. Обмен данными происходит только в пределах однойVLAN. Сетевые устройства разныхVLANне видят друг друга. Самое главное, что из однойVLANв другую не передаются широковещательные сообщения.
VLANможно создать только на управляемых устройствах. ОднаVLANможет объединять порты нескольких коммутаторов (VLANс одинаковым номером на разных коммутаторах считаются одной и той жеVLAN).
Варианты создания VLAN
На практике существует несколько технологий создания VLAN.
В простейшем случае порт коммутатора приписывается к VLANопределенного номера (port basedVLANили группировка портов). При этом одно физическое устройство логически разбивается на несколько: для каждойVLANсоздается «отдельный» коммутатор. Очевидно, что число портов такого коммутатора можно легко изменить: достаточно добавить или исключить изVLANсоответствующий физический порт.
Второй, часто используемый способ, заключается в отнесении устройства к той или инойVLANна основеМАС-адреса. Например, так можно обособить камеры видео наблюдения,IP-телефоны и т.п. При переносе устройства из одной точки подключения в другую, оно останется в прежнейVLAN, никакие параметры настройки менять не придется.
Третий способ заключается в объединении устройств в сеть VLANпо сетевым протоколам. Например, можно «отделить» протокол IPX отIP, «поместить» их в разныеVLANи направить по различным путям.
Четвертый способ создания VLANсостоит в многоадресной группировке.
VLANоткрывают 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 однуVLANи т. п. Обычно рекомендуется включать магистральные порты коммутаторов (порты, соединяющие коммутаторы) во всеVLAN, 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 данныхVLAN. Важно помнить, что ошибка в таком анализе, неправильный учет какого-либо фактора приведет к разрывуVLAN.
На рисунке 12 показан пример построения VLANиз компьютеров, подключенных к различным коммутаторам. Обратите внимание, что при использовании агрегированных каналов (на рисунке для связи устройствSwitch2 иSwitch3) в составVLANна каждом коммутаторе должны включаться именно агрегированные порты (обычно получают названия AL1, AL2 и т. д.).
Агрегация каналов (англ. Link aggregation, trunking) или IEEE 802.3ad - технология объединения нескольких физических каналов в один логический. Это способствует не только значительному увеличению пропускной способности магистральных каналов коммутатор-коммутатор или коммутатор-сервер, но и повышению их надежности.
Рисунок 12. Пример построения VLAN
Теги 802.1Q
В соответствии со стандартом IEEE 802.l Q номерVLANпередается в специальном поле кадраEthernet, которое носит названиеTAG. Поэтому пакеты, содержащие такое поле, стали называть тегированными (англ. tagged ), а пакеты без этого поля - не тегированными (англ. untagged ). ПолеTAGвключает в себя данныеQoS(поэтому все пакеты, содержащие информацию о качестве обслуживания, являются тегированными) и номерVLAN, на который отведено 12бит. Таким образом, максимально возможное числоVLANсоставляет 4096.
Сетевые адаптеры рабочих станций обычно не поддерживают теги, поэтому порты коммутаторов уровня доступа настраиваются в варианте не тегированными (untagged). Для того, чтобы через один порт можно было передать пакеты нескольких VLAN, он включается в соответствующиеVLANв режиме тегирования (обычно это магистральные порты или порты соединения двух коммутаторов).Коммутаторбудет анализировать поляTAGпринятых пакетов, и пересылать данные только в туVLAN, номер которой содержится в поле. Таким образом, через один порт можно безопасно передавать информацию сразу для несколькихVLAN.
При соединениях «точка - точка» порты для одинаковых VLANдолжны быть либо оба тегированными, либо оба не тегированными.
IEEE 802.1Q - открытый стандарт, который описывает процедуру тегирования трафика для передачи информации о принадлежности кVLAN.
Так как 802.1Q не изменяет заголовки кадра, то сетевые устройства, которые не поддерживают этот стандарт, могут передавать трафик без учёта его принадлежности к VLAN.
Рисунок 13. ФреймEthernetс тегом 802.1Q
IEEE 802.1Q помещает внутрь фрейма тег, который передает информацию о принадлежности трафика кVLAN. Размер тега - 4байта. Он состоит из таких полей:
TagProtocol Identifier (TPID)- Идентификатор протокола тегирования. Размер поля - 16 бит. Указывает, какой протокол используется для тегирования. Для 802.1 Q используется значение 0x8100.
Priority - приоритет . Размер поля - 3 бита. Используется стандартомIEEE 802.1p для задания приоритета передаваемого трафика.
Canonical Format Indicator (CFI) -Индикатор канонического формата. Размер поля - 1 бит. Указывает на форматMAC-адреса. 1 - канонический, 0 - не канонический.
VLANIdentifier (VID) - идентификатор VLAN . Размер поля - 12 бит. Указывает, к какомуVLANпринадлежит фрейм. Диапазон возможных значений VID от 0 до 4095.
При использовании стандарта EthernetII, 802.1Q вставляет тег перед полем «Тип протокола». Так как фрейм изменился, пересчитывается контрольная сумма.
VLAN1
При создании VLANследует учитывать тот факт, что служебная сетевая информация пересылается не тегированными пакетами. Для правильной работы сети администратору необходимо обеспечить передачу таких пакетов по всем направлениям. Самый простой способ настройки заключается в использованииVLANпо умолчанию (VLAN1). Соответственно, все порты компьютеров необходимо включать вVLANс другими номерами.
В VLAN1 по умолчанию находятся интерфейсы управления коммутаторами, причем ранее выпускавшиеся модели коммутаторов не позволяют сменить номер дляVLANуправления. Поэтому администратору следует тщательно продумать систему разбиения наVLAN, чтобы не допустить случайного доступа к управлению коммутаторами посторонних лиц, например, можно переместить все порты доступа коммутатора в другуюVLAN, оставив дляVLAN1 только магистральный порт. Таким образом, пользователи не смогут подключиться к управлению коммутатором.GVRP
Протокол GVRP предназначен для автоматического создания VLAN802.1Q. С его помощью можно автоматически назначать порты во все вновь создаваемыеVLAN. Несмотря на определенные удобства, такое решение является существенной брешью в системе обеспечения сетевой безопасности. Администратор должен представлять структуруVLANи производить назначения портов ручными операциями.
Сетевые устройства локальных сетей в топологии
При построении любой информационно вычислительной сети нельзя обойтись без специальных сетевых устройств, разнообразных по своему предназначению и функциональным возможностям. Рассмотрим некоторые из них.
Одной из главных задач, которая стоит перед любой технологией транспортировки данных, является возможность их передачи на максимально большое расстояние. Физическая среда накладывает на этот процесс свои ограничения - рано или поздно мощность сигнала падает, и приём становится невозможным. Но ещё большее значение имеет то, что искажается «форма сигнала» - закономерность, в соответствии с которой мгновенное значение уровня сигнала изменяется во времени. Это происходит в результате того, что физическая среда, например металлические провода, по которым передаётся сигнал, имеют собственную ёмкость и индуктивность. Электрические и магнитные поля одного проводника наводят ЭДС в других проводниках (длинная линия).
В случае передачи данных решение было найдено в ограничении сегмента сети передачи данных и применением повторителей. При этом повторитель на входе должен принимать сигнал, далее распознавать его первоначальный вид, и генерировать на выходе его точную копию. Такая схема в теории может передавать данные на сколь угодно большие расстояния (если не учитывать особенности разделения физической среды вEthernet).
Сегментсети - логически или физически обособленная часть сети (подсеть).
Повторитель - предназначен для увеличения расстояния сетевого соединения путём повторения электрического сигнала «один в один». Бывают одно и много портовые повторители.
Первоначально в Ethernetиспользовался коаксиальный кабель с топологией «шина», и нужно было соединять между собой всего несколько сегментов. Для этого обычно использовались повторители (англ. repeater ), имевшие два порта. Несколько позже появились многопортовые устройства, называемыеконцентраторами (англ. concentrator ). Их физический смысл точно такой же, но восстановленный сигнал транслируется на все активные порты, кроме того, с которого пришёл сигнал.
С появлением протокола 10baseT (витой пары) для избегания терминологической путаницы многопортовые повторители для витой пары стали называтьсясетевыми концентраторами (хабами), а коаксиальные -повторителями (репитерами) , по крайней мере, в русскоязычной литературе. Эти названия хорошо прижились и используются в настоящее время очень широко.
Термин концентратор (хаб) применим также к другим технологиям передачи данных: USB, FireWire и пр.
Мост, сетевой мост, бридж (жарг., калька с англ.bridge) - сетевое устройство, предназначенное для объединения сегментов (подсети) компьютерной сети разных топологий и архитектур.
Мосты «изучают» характер расположения сегментов сети путем построения адресных таблиц, в которых содержатся адреса всех сетевых устройств и сегментов, необходимых для получения доступа к данному устройству. Мост рассматривается как устройство с функциями хранения и дальнейшей отправки, поскольку он должен проанализировать поле адреса пункта назначения пакета данных и вычислить контрольную сумму CRCв поле контрольной последовательности пакета данных перед отправкой его на все порты. Если порт пункта назначения в данный момент занят, то мост может временно сохранить фрейм до освобождения порта. Для выполнения этих операций требуется некоторое время, что замедляет процесс передачи и увеличивает латентность.
В настоящее время мосты практически не используются, за исключением ситуаций, когда связываются сегменты сети с разной организацией физического уровня, например, между xDSLсоединениями, оптикой,Ethernet.
Сетевой коммутатор или свитч (жарг. от англ.switch- переключатель) - устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента сети. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.
Коммутаторы иногда рассматриваются как многопортовые мосты, поскольку были разработаны с использованием мостовых технологий. В случаеSOHO-оборудования, режим прозрачной коммутации часто называют «мостовым режимом» (bridging).
Традиционно разделяют две категории коммутаторов: неуправляемые и управляемые. Однако компания D - Link предлагает еще одну, промежуточную категорию – настраиваемые коммутаторы (smartswitches ). Эти коммутаторы предназначены для использования на уровне доступа сетей малых и средних предприятий (Small-to-MediumBusiness ,SMB ).
Рисунок 14. КоммутаторDES-1210-28.
Сетевой шлюз (англ. gateway) - аппаратный маршрутизатор или программное обеспечение для сопряжения компьютерных сетей, использующих разные протоколы (например, локальной и глобальной).
Сетевой шлюз конвертирует протоколы одного типа физической среды в протоколы другой физической среды (сети). Например, при соединении локального компьютера с сетью Интернетиспользуется сетевой шлюз.
Сетевой шлюз - это точка сети, которая служит выходом в другую сеть. В сети Интернетузлом или конечной точкой может быть или сетевой шлюз, или хост.Интернет-пользователи и компьютеры, которые доставляют веб-страницы пользователям - это хосты, а узлы между различными сетями - это сетевые шлюзы.
Сетевой шлюз часто объединен с маршрутизатором, который управляет распределением и конвертацией пакетов в сети.
Рисунок 15. Беспроводной маршрутизатор 802.11g DIR-320
Маршрутизатор или роутер (от англ.router) - сетевое устройство, на основании информации о топологии сети и определённых правил принимающее решения о пересылке пакетов сетевого уровня между различными сегментами сети.
Роутеры (маршрутизаторы) являются одним из примеров аппаратных сетевых шлюзов. Основная задача сетевого шлюза - конвертировать протокол между сетями. Роутер сам по себе принимает, проводит и отправляет пакеты только среди сетей, использующих одинаковые протоколы.
Современные тенденции развития и построения информационно вычислительных сетей таковы, что применение беспроводных технологий стало повсеместным явлением. Беспроводные устройства создают сегменты (подсети) компьютерных сетей и имеют в своём составе различное по назначению оборудование. Особенно это характерно для сетевого оборудования класса SOHO.
Сетевые устройства этого класса часто совмещают в себе функции сетевого шлюза, маршрутизатора, беспроводной точки доступа, коммутатора, принт-сервера и др. В частности, беспроводной 802.11g интернет маршрутизатор DIR-320 позволяет создать проводную/беспроводную сеть в доме и (или) малом офисе.
В качестве примера применения вышеупомянутого сетевого оборудования, рассмотрим схему построения информационной вычислительной сети класса SOHO.
SOHO (от англ. Small Office / Home Office - малый/домашний офис) - название сегмента рынка электроники, предназначенного для домашнего использования. Как правило, характеризует устройства, не предназначенные для производственных нагрузок и довольно хорошо переживающие длительные периоды бездействия.
Пример построения простой информационно вычислительной сети
Простые информационно вычислительные сети класса SOHO, как правило, имеют топологию типа «звезда». Центральным устройством такой сети является интернет-шлюз, совмещающий в себе функции нескольких устройств.
Рисунок 16. Схема информационно вычислительной сети SOHO
В приведённой схеме (рис.16) центральным устройством является интернет-маршрутизатор DIR-320 . Основное предназначение этого устройства – распределение услуги «доступ вИнтернет» между пользователями информационно вычислительной сети классаSOHO.
Подключив DIR -320 к выделенной линии или широкополосному модему, пользователи могут совместно использовать высокоскоростное соединение с Интернет, подключившись к встроенному в устройство коммутатору или посредством беспроводной технологии 802.11g. Функция «Guest Zone» предоставляет второй «канал» беспроводного соединения и второй домен маршрутизации, что отделяет гостевую зону от главной сети для наилучшей защиты и управления.
Интернетмаршрутизатор D-Link DIR-320 содержит портUSBдля подключенияUSB-принтера, что позволяет пользователям совместно использовать принтер. Кроме того, встроенный 4-х портовыйEthernet-коммутатор позволяет подключать компьютеры, оснащенныеEthernet-адаптерами, игровые консоли и другие устройства к сети
DIR-320 оснащен встроенным межсетевым экраном, что защищает пользовательскую сеть от вредоносных атак. Это минимизирует угрозы от действий хакеров и предотвращает нежелательные вторжения в сеть. Дополнительные функции безопасности такие, как например, фильтрМАС-адресов, предотвращают неавторизованный доступ к сети. Функция «родительского контроля» позволяет запретить пользователям просмотр нежелательного контента. Также беспроводной маршрутизатор 802.11g поддерживает стандарты шифрованияWEPи WPS. Благодаря поддерживаемому функционалу маршрутизации и безопасности, беспроводной маршрутизатор D-Link DIR-320 позволяет создать беспроводную сеть для дома или офиса.
Кроме выше перечисленных возможностей, к USBпорту DIR-320 возможно подключить EVDO/3G/WiMaxмодуль, тем самым получить резервный канал подключения кИнтернет.
Сетевой дисковый массив DNS-323 с 2 отсеками для жестких дисков SATA предоставляет пользователям возможность совместного использования документов, файлов, и цифровых медиафайлов в домашней или офисной сети. Благодаря встроенномуFTP-серверу возможен удаленный доступ к файлам черезИнтернет.DNS-323 обеспечивает защиту данных, предоставляя доступ к файлам по локальной сети или черезИнтернеттолько определенным пользователям или группам пользователей с правом чтения или чтения/записи каталогов.
В DNS-323 доступны 4 различных режима работы с жесткими дисками (Standart, JBOD, RAID 0, RAID 1), позволяющих пользователям выбрать необходимую конфигурацию. В режиме Standart для использования доступны два отдельных жестких диска. Режим JBOD объединяет оба диска в один. Режим RAID 0 обеспечивает высокую производительность за счет разделения записи и чтения между двумя жесткими дисками. При использовании режима RAID 1 содержимое одного жесткого диска дублируется на другой, что обеспечивает максимальную надежность. Если один из жестких дисков выходит из строя, второй продолжает функционировать в полном объеме.
Функциональные возможности приведённой на рис.16 схемы информационно вычислительной сети можно расширить, включив в её состав устройства IPTV,IP-телефонии, видео наблюдения и т.п. Принципиально структура данной сети, от включения в её состав дополнительных сервисов, не изменится.
Это распределенная, одноранговая, самоорганизующаяся сеть с ячеистой топологией. На английском меш означает «ячейка».
Меш-сети отличаются от привычных централизованных сетей тем, что в них все узлы равноправны, каждый узел является и провайдером, и роутером, и мостом (cетевым коммутатором).
Чтобы стать полноценным узлом в сети, достаточно установить программное обеспечение Меш-сети у себя на роутере/телефоне/ноутбуке. Для подключения клиента к Меш-сети не потребуется никакого дополнительного ПО, кроме dhcp-клиента и поддержки ipv6 системой.
В меш-сети вы «сам себе провайдер», вас нельзя отключить от этой сети, вас нельзя подслушать специальным оборудованием.
Сети Меш - это путь, по которому человечество построит свободный, устойчивый к цензуре, децентрализованный интернет с End-to-End шифрованием трафика по умолчанию. А криптовалюты - это недостающий элемент уравнения.
В чем ценность глобальной Меш-сети?
В Меш-сети невозможно контролировать трафик и узлы, обслуживающие сеть, потому что там нет единого центра для получения IP-адресов (DHCP), все маршруты распределенные и динамические, и DNS также может быть децентрализован;
Меш-сеть опционально анонимна и всегда приватна. Весь трафик шифруется по умолчанию. Нет централизованных логов сессий пользователей и активности узлов. Прощай, Большой Брат.
Трафик невозможно приоритезировать. Network Neutrality - это закон, который прописан в коде. Прощай, приоритезация трафика и лоббирование интересов корпораций и правительств.
Сеть невозможно заблокировать или закрыть, потому что она соединяется по принципу «каждый с каждым», что создает большое количество связей. Обрыв одного или нескольких соединений не нарушит функционирование сети в целом. Прощайте, государственные фаерволы.
Если произошло стихийное бедствие, то с помощью Меш-сети можно быстро построить сеть на месте происшествия для связи, а при поддержке извне - соединить ее с глобальной сетью.
При этом такая сеть может быть дешевой и самоорганизующейся, то есть подключил кабель/Wi-Fi/сотовую связь к девайсу, нажал на кнопку - и ты автоматически становишься участником сети. Также такая сеть может работать в режиме «оверлея », то есть поверх существующей инфраструктуры, например, интернета.
Меш это сложно?
При запуске Меш-сети нужно решать много задач по маршрутизации, одновременно совмещая это с шифрованием и возможностью оверлейного режима работы.
Тем не менее протокол с открытым исходным кодом cjdns и основанный на нем проект Hyperboria решают все эти задачи достаточно эффективно.
Есть множество других протоколов для построения Меш-сетей. Ниже приведена сравнительная таблица :
Авто-назначение адреса - клиент сам выбирает себе адрес и может не менять его, переходя из одной подсети в другую, так как нет единого центра выдачи адресов;
Авто-конф. Маршрутизация - нет необходимости вручную настраивать маршрутизацию в сети;
Распределенная маршрутизация - узлы обмениваются информацией о маршрутизации;
Объединение сетей - способность объединять сети через обычный интернет;
IPv4/v6 - по какому протоколу работает сеть;
Авто-настройка - позволяет пользоваться сетью без установки какого-либо другого ПО;
Разработка - статус разработки сети;
Поддержка - какие операционные системы могут быть полноценными участниками сети.
Проблемы и препятствия для глобальной Меш-сети
В сравнении с привычным интернетом, Меш-сети часто неэффективны, потому что не гарантируют ширину канала и качество связи. Внутри мало контента и нет огромного количества привычных сайтов и сервисов. В самом начале запустить Меш-сеть очень сложно, а эффективность достигается только при большом количестве пользователей (узлов).
Тем не менее cjdns и другие протоколы разрабатываются и функционируют уже около 15 лет. А на нашей планете организовано множество различных Меш-сетей: от Нью-Йорка до Афганистана . Люди строят «свой» интернет, чтобы уйти от контроля правительств и интернет-провайдеров, чтобы защищать свою свободу слова и свободу доступа к информации по всему миру.
Самая крупная Меш-сеть в мире называется Guifi , находится в Испании и насчитывает на момент написания статьи 34,593 активные ноды.
Этот проект стартовал в 2004 году с одной Wi-Fi ячейки. Рамон Рока, один из инженеров компании Oracle, устал ждать, пока в его городок Гурб проведут интернет. Изначально он хотел решить проблему для себя. Но затем помог и соседям. Настроив роутеры Linksys определенным образом, он смог объединить их в Меш-сеть, к которой смогли присоединиться остальные при наличии подключения к интернету.
Первый узел сети заработал, когда Рока установил на самом высоком здании городка роутер с направленной антенной. Это было единственное здание в регионе с подключением к сети. Роутер при помощи направленной антенны связывал с интернетом дом инженера, находящийся в 6 километрах от здания. Вскоре о подключении к интернету начали просить соседи. А потом и соседи соседей, знакомые, коллеги. Все желающие смогли подключиться - доступ был бесплатным, нужно было лишь приобрести роутер. Сеть постепенно увеличивалась в размерах год за годом. Рока и его команда волонтеров работают до сих пор, даже по ночам. Развивать сеть им стоит больших трудов. Все пожертвования уходят на покупку оборудования. По сути, сеть держится только на добровольных началах ее создателей.
Но как заинтересовать всех остальных людей присоединиться к сети, если для них проблемы контроля интернета пока не так актуальны или просто не важны? Как заинтересовать пользователей, которые не понимают, что такое меш и каковы его преимущества, начать наполнять сеть контентом и сервисами, если внутри пусто и нет никого, кроме ранних последователей? Как заинтересовать узлы, лучше обслуживать сеть и предоставлять более качественный канал связи?
С одной стороны, государства, интернет-провайдеры и корпорации сами создают стимулы для развития свободного альтернативного интернета. Вспомнить хотя бы последнюю , когда РКН заблокировал более 18 миллионов ip-адресов, в том числе и адреса серверов Google и Amazon. Пострадали многие сайты и сервисы, среди которых - Microsoft Office 365, обновления Windows, Xbox, Viber, Одноклассники и многие другие. Были проблемы с проведением платежей через 3DSecure MasterCard.
Но одних только негативных стимулов недостаточно для создания сетевого эффекта для перехода из привычного интернета в свободную глобальную Меш-сеть.
До появления криптовалют реализация «позитивных» экономических стимулов в Меш-сетях во всей их гибкости и мощности была невозможна. Просто потому, что вам бы пришлось под каждое устройство писать код для процессинга банковско-фиатных платежей, что очень сложно и небезопасно, а также проходить бюрократические барьеры и идентификацию по паспорту. По сути, сейчас у нас уже есть все технологии для реализации глобальной Меш-сети. Но будем реалистами - скорее всего, ее альфа-версии.
Что такое меш + криптовалюты? Глобальная Меш-сеть
Допустим, система экономических стимулов может выглядеть как-то так:
Я плачу пирам (пиры - это соседние узлы в Меш-сети ) за трафик, который они маршрутизируют для меня;
Пиры платят мне за трафик, который я маршрутизирую для них;
Я делаю криптовалютный депозит на свой аккаунт-узел, когда баланс нулевой;
Нет никаких сомнений в том, что такая сеть принесет огромную пользу абсолютно всем. Посмотрим, найдется ли тот, кому хватит огня, чтобы реализовать это.
Примеры криптовалютных проектов, которые делают Меш-сети : Skycoin, RighMesh, Ammbr, Altheamesh.
Например, проект Skycoin разрабатывают свою Меш-сеть Skywire , и планы очень амбициозные. Команда хочет построить глобальную Меш-сеть, а блокчейн Skycoin будет использоваться в ней как платежная система.
Производители постоянно работают над улучшением характеристик своих WLAN-роутеров. Появляются новые функциональные возможности, увеличивается пропускная способность, но при этом устройства становятся все дешевле и дешевле.
Проблема: большие расстояния и такие массивные препятствия, как стены, зачастую оставляют от теоретически возможной скорости передачи данных лишь небольшую её долю. Связь между роутером и компьютером в жилой комнате может быть великолепной, но смогут ли воспользоваться ей ваши дети в спальне, расположенной на верхнем этаже или, например, достанет ли сигнал до умной морозилки в подвале - вот в чем вопрос.
Ответ на него есть обычно такой: надо использовать повторитель WLAN-сигнала, так называемый WLAN-репитер. Он создает более широкий радиус действия роутера и, как правило, работает безупречно. Альтернативным решением для увеличения радиуса действия роутера является . Но они не везде могут быть применимы и иногда им не хватает надежности.
Многие расширители зоны покрытия WLAN-сети довольно компактны и могут быть с легкостью размещены повсюду в квартире, как приведенные здесь станции TP-Link Deco
Неприхотливые WLAN-расширители
Еще больший успех в этом деле обещают так называемые Mesh-WLAN-системы. Они могут состоять в принципе из сколь угодно большого количества «радиостанций», которые вы стратегически размещаете по дому или квартире.
Все WLAN-системы могут быть - при необходимости - очень просто настроены через приложение. Там же находятся советы по оптимизации, как у приведенной на иллюстрации Asus Lyra
Станции соединяются друг с другом через собственную сеть и каждая служит точкой доступа к общей, домашней WLAN-сети. При этом важно, что система управляет сама собой и передачей данных между отдельными точками и оконечными устройствами практически самостоятельно.
От пользователя не требуется вмешательств в конфигурацию при начале работы, нужны лишь минимальные действия в Andoid- или iOS-приложении. Лишь при выборе местоположения точек нужно будет немного подумать.
Наш совет, исходя из практического опыта: чем выше, тем лучше . На верхней стороне шкафа или на самом верху книжных полок система получает возможность обеспечить наиболее высокую скорость передачи данных.
Google Wifi: трендсеттер
Самый известный представитель этого нового семейства устройств - система . Кроме того, она принадлежит к числу самых недорогих систем: примерно 130 евро стоит «радиостанция», которая быстро настраивается, хотя при этом и не предлагает практически никаких возможностей для конфигурирования, причем делается все только через приложение.
От номинальной пропускной способности на 300 Мбит в диапазоне 2,4 ГГц при практических измерениях на планшете в хороших условиях остаются все-таки еще хорошие 165 Мбит/с. За толстой стеной и на удалении 19 метров этот показатель опускается до 72 Мбит/с, но обычная WLAN-связь при таких же условиях вряд ли была бы способна на большее. В сравнении с другими системами это в любом случае средне-хорошая производительность.
Несколько раздражающим здесь является принуждение к использованию облачного сервиса. Чтобы задействовать Google Wifi, вам обязательно понадобится аккаунт в Google Cloud, что будет обходиться вам в несколько евро в месяц, а также сделает открытыми вопросы безопасности личных данных.
Netgear Orbi: задает темп
Из всех систем, которые мы протестировали, больше всего нам понравилась , и прежде всего из-за производительности в области скорости передачи данных: даже при сложных условиях она достигала по меньшей мере 124 Мбит/с. Во время тестовых испытаний ни один из конкурентов и близко не подобрался к таким показателям. В самом лучшем случае мы намерили рекордные 191 Мбит/с.
Кроме того, настройка системы является действительно простой, у пользователя есть выбор между управлением через приложение или веб-интерфейс. А еще Netgear предлагает дополнительные функциональные возможности, которых нет у других решений. В частности, вы можете организовать дополнительную домашнюю сеть или интегрировать Orbi в качестве точки доступа в уже существующую сеть. Более того, никакие облачные сервисы здесь не нужны. Зато само по себе решение является действительно дорогостоящим: базовое оснащение с роутером и одним сателлитом обойдется приблизительно в 27 000 рублей.
WLAN-Mesh-системы: обзор всех протестированных моделей
Обзор показывает все «чистые» Mesh-системы, которые мы рассмотрели во время практического тестирования и содержит в себе сравнение измеренной скорости передачи данных с номинальной, а также данные о стоимости и протестированной конфигурации.
| Модель | Тестовая конфигурация | Стоимость (примерно) | Номинальная скорость (2,4/5 GHz) | Максимальная скорость десктоп/планшет |
| Asus Lyra | 3 x Lyra | 30 000 руб. | 400/867 MBit/s | 165/74 MBit/s |
| Google Wifi | 3 x Wifi | 25 000 руб. | 300/867 MBit/s | 197/165 MBit/s |
| Linksys Velop | 3 x Velop | 34 000 руб. | 400/867 MBit/s | 196/138 MBit/s |
| Netgear Orbi | 1 x роутер/2 адаптера | 40 000 руб. | 400/1.733 MBit/s | 191/124 MBit/s |
| TP-Link Deco | 3 x Deco | 20 000 руб. | 400/867 MBit/s | 186/150 MBit/s |
Фото: компании-производители
Сходил я в IRC. Лог под спойлером. Вам перевести? Жирным куски выделить? Да, я не во всем был прав - признаю, но
Вычислить местоположение человека в fullmesh hyberboria не то что реально, а проще, чем в оверлейном варианте.
подробнее
* Now talking on #cjdns
* Topic for #cjdns is: https://github.com/cjdelisle/cjdns/ | +menu +peers !r ? | #cjdns-ru | Tips for cjd: 18T72PGZGsGNc5JKhTdDdErijM1Erv1CY4 | Parental Discression Adviced on all Int
* Topic for #cjdns set by [email protected] (Sun Aug 4 11:35:35 2013)
-Bridget13- DCC send XXX-PORNO-LIBRARY.rar (drone.chop PRIVMS)
* Bridget13 has offered "XXX-PORNO-LIBRARY.rar" (128689 bytes)
* DCC RECV "XXX-PORNO-LIBRARY.rar" to Bridget13 aborted.
Убирай уже кусок про «не посадят» - не позорься, серьезно. Можешь этот лог прикрепить вместо и на будущее использовать в ответ на вопросы по анонимности.
Loading...