Промислові мережі та інтеграційні технології в автоматизованих системах. 2. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОМИСЛОВИХ МЕРЕЖ 2.4.Основні робочі характеристики промислових мереж

2.4.6. Маршрутизація

Більшість промислових мереж функціонують і описані в контексті фізичного, канального та прикладного рівнів. Тим не менше ряд промислових мереж підтримують можливість сегментації на мережному рівні.

Основною функцією мережного рівня є забезпечення передачі кадру з одного фізичного сегменту в інший, навіть якщо ці сегменти відрізняються своєю архітектурою. Вузли, які займаються цією передачею називають маршрутизаторами. Об’єднання сегментів в цьому випадку будемо називати інтермережею\, а самі сегменти – підмережею. Маршрутизатори одночасно підключаються до декількох мереж, тобто мають вихід на декілька фізичних ліній зв’язку. Їх задача отримати пакет з однієї мережі, по необхідності розбити на частини і відправити в іншу мережу по іншій лінії у відповідності з маршрутною таблицею. В маршрутній таблиці міститься інформація про те, яким чином можна попасти в необхідну мережу (мережі). Слід наголосити, що це дуже спрощена схема функціонування, яка не враховує багатьох особливостей.

Розглянемо функціонування інтермережі на декількох прикладах. На рис.2.12 зображені 6 мереж, об’єднаних в одну інтермережу. В середині широкомовних мереж (з #1 по #5) кожен вузол має свою адресу, передбачену протоколом канального рівня для цієї мережі. Цією адресою користуються інші вузли цієї ж мережі для обміну даними. Але для вузлів інших мереж ця адреса не має ніякого значення! Для адресації вузлів в інтермережі використовується своя система, визначена на мережному рівні. Надалі, адресу, визначену на мережному рівні будемо називати мережною адресою\, хоч правильніше б було назвати її міжмережною адресою. На рисунку мережі з #1 по #6 можуть бути різні за природою, але використовують спільний протокол на мережному рівні і єдину міжмережну систему адресації. Таким чином кожний вузол, окрім MAC-адреси на канальному рівні (на рисунку показані на вузлах маленьким шрифтом) має ще унікальну в середині інтермережі мережну адресу. Слід нагадати, що мережний рівень оперує пакетами, в яких і розміщується адреса отримувача і відправника.

Приклад 2.8. Основні концепції. Маршрутизація 1.

Завдання. Пояснити яким чином відправляється запит від Процесу вузла з мережною адресою 1.1 на вузол 1.3 (рис.2.12), якщо система адресації побудована таким чином, що один байт виділяється під номер мережі, а один байт під номер станції в мережі, тобто використовується двохбайтова система адресації. Це значить, якщо вузол має позначення 1.2, то він являє собою станцію 2 в мережі 1 (в першому байті адреси буде значення 1, а в другому – 2).

Рис. 2.12. Приклад функціонування інтермережі

Рішення. Як бачимо, ці вузли знаходяться в одній мережі. Але сутності, вищих за мережний рівень (наприклад транспортна сутність) в даному випадку не вміють працювати з канальним рівнем, щоб напряму відправити кадр на МАС-адресу 103. Їм без різниці знаходиться вузол з адресою 1.3 в локальній мережі, чи в іншій мережі. Верхній рівень просто передає дані для відправки і значення адреси отримувача. Розглянемо як може формуватися кадр на вузлі відправника з адресою 1.1 (рис.2.13).

Рис.2.13. Приклад формування пакету та кадру

Сутність, яка вище мережного рівня (наприклад, транспортна сутність) сформувала дані для передачі на вузол 1.3. Через інтерфейс мережного рівня вона передала «що» відправляти і «куди» відправляти. Сутність мережного рівня бачить, що номер мережі отримувача співпадає з власним номером мережі (свою адресу вона знає). Отже необхідно знайти МАС-адресу отримувача і відправити пакет безпосередньо йому. В нашій мережі мережна сутність кожного вузла має таблицю відповідності, в якій вона знаходить відповідну МАС-адресу до заданої мережної. Разом з МАС-адресою отримувача, вона передає сформований пакет канальному рівню. Той в свою чергу вставляє в заголовок свою адресу та адресу отримувача, а в кінцевик – контрольну суму.

Приклад 2.9. Основні концепції. Маршрутизація 2

Завдання. Пояснити яким чином відправляється запит від Процесу вузла з мережною адресою 1.1 на вузол 2.3 (рис.2.12).

Рішення. В цьому випадку мережна сутність бачить, що адреса отримувача лежить не в зоні її досяжності. В такому випадку вона відправляє кадр маршрутизатору М1, який має МАС-адресу 105. Кадр, який буде направлений маршрутизатору буде виглядіти так як показано на рис.2.14. Як бачимо, адреса отримувача в пакеті залишилась 2.3, хоча маршрутизатор має мережну адресу 1.4. Тим не менш кадр відправляэться на МАС-адресу маршрутизатора. Коли маршрутизатор отримає цей кадр, його мережна сутність побачить, що пакет в кадрі не призначений безпосередньо для неї, отже його треба відправити далі. Оскільки маршрутизатор підключений до декількох мереж, то він перевіряє, чи належить адреса отримувача в кадрі одній із цих мереж. М1 являється вузлом в мережах #1, #3, #4 і #6, а мережа отримувача - #2. Якби вони співпали то ситуація б пішла далі як у попередньому прикладі. Але у цьому випадку - маршрутизатор шукає в своїй маршрутній таблиці по мережі #2 наступний маршрутизатор, через який можна вийти на дану мережу. Запис буде знайдено з мережною адресою 6.2 (тобто М3). У своїй таблиці відповідності по цій адресі М1 знаходить лінію зв’язку, це буде лінія 2. Далі він вилучає повністю пакет, інкапсулює його в кадр, і відправляє по мережі #6. Мережа #6 має інший формат кадру і не потребує адресації на канальному рівні.

Рис.2.14. Транспортування пакету за допомогою маршрутизаторів

Коли маршрутизатор М3 отримує кадр, він виявляє, що підключений до тієї мережі, куди повинен попасти пакет (тобто #2). Знаходить в таблиці відповідності необхідну лінію зв’язку (2) та по мережній адресі необхідну МАС-адресу (теж 2), вилучає пакет і інкапсулює пакет в кадр з цією адресою.

Приклад 2.10 Основні концепції. Маршрутизація 3

Завдання. Пояснити яким чином відправляється запит від Процесу вузла з мережною адресою 1.1 вузлу з адресою 5.2 (рис.2.12).

Рішення. Все сказано в прикладі 2.9 підходить і для цього випадку, окрім одного кроку. Оскільки мережа #6 представляє собою на фізичному рівні з’єднання точка-точка, адресація на канальному рівні тут не потрібна, тому в попередньому прикладі достатньо було знайти лінію зв’язку (канал). Але в нашому випадку на каналі 4 два маршрутизотора. Тому, окрім номера лінії треба ще вказати МАС-адресу маршрутизотора.

У розглянутих прикладах показаний один з принципів маршрутизації, який навмисно, для його простоти, не враховує багато нюансів. На практиці використовуються дещо схожі алгоритми, наприклад в протоколі IP\, на якому базується Internet. В промислових мережах можуть використовуватись зовсім інші підходи, але мета залишається та сама – прозорий обмін пакетами між однорідними або різнорідними мережами.

Разом з маршрутизацією пакетів, мережний рівень підтримує ще ряд сервісів:

• маршрутизація пакетів;

• побудова маршрутних таблиць;

• роздача мережних адрес.

<– 2.4.5. Фізичні інтерфейси передачі даних

–> 2.4.7. Транспортування даних