Основа_пректа

ЛОКАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ
Оглавление
История развития ЛВС
Преимущества использования ЛВС
Требования к ЛВС
Общие требования
Требования к взаимодействию устройств в сети
Информационные требования
Требования к надежности и достоверности
Специальные требования
Архитектура локальных сетей
ЛВС с выделенным сервером
Одноранговые ЛВС
Классификация ЛВС
Физическая среда
Витая пара
Многожильные кабели
Коаксиальный кабель
Волоконно-оптический кабель
Эфир
Топология ЛВС
Широковещательные топологии
Последовательностные топологии
Древовидная структура ЛВС
Сравнительные характеристики
Метод доступа к среде
Метод обнаружения коллизий
Метод передачи маркера сообщения
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов
компьютеров и более 80% из них объединены в различные информационновычислительные сети, начиная от малых локальных сетей в офисах до
глобальных сетей типа Internet. Всемирная тенденция к объединению
компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение
передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена
информацией между пользователями, получение и передача сообщений
(факсов, электронной почты и т.п.), не отходя от рабочего места,
возможность мгновенного получения любой информации из любой точки
земного шара, а также обмен информацией между компьютерами разных
производителей, работающих под управлением различного программного
обеспечения.
Среди существующих концепций вычислительных комплексов
вышеназванным требованиям наиболее полно отвечают локальные
вычислительные сети, или ЛВС (LAN – Local Area Network). "Локальность"
сети определяют некие средние параметры, являющиеся основными
характеристиками существующих в настоящее время ЛВС. В основном, это
касается расстояний между абонентами (от нескольких десятков до
нескольких сотен метров) и случаев максимального удаления абонентов (до
нескольких километров).
Понятие локальная вычислительная сеть относится к географически
ограниченным
(территориально
или
производственно)
аппаратнопрограммным реализациям, в которых несколько компьютерных систем друг
с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря
такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими
рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.
Основное отличие ЛВС от глобальных систем заключается в том, что
для всех абонентов имеется единый высокоскоростной канал передачи
данных, к которому ЭВМ и другое периферийное оборудование
подключаются через специальные блоки сопряжения. Поэтому схемы
соединения ЭВМ по линиям связи, а также системы телеобработки
различных конфигураций не могут считаться ЛВС, даже если они
обслуживают такую же по размерам территорию.
В производственной практике ЛВС играют очень большую роль.
Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры,
расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые совместно
используют оборудование, программные средства и информацию. Рабочие
места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в
единую систему.
История развития ЛВС
Работы по созданию ЛВС начались еще в 60-х годах с попытки внести
новую технологию в телефонную связь. Эти работы не имели серьезных
результатов вследствие дороговизны и низкой надежности электроники. В
начале 70-х годов в исследовательском центре компании "Xerox",
лабораториях при Кембриджском университете и ряде других организаций
было предложено использовать единую цифровую сеть для связи мини-ЭВМ.
Использовалась шинная и кольцевая магистрали, данные передавались
пакетами со скоростью более 2 Мбит/с.
В конце 70-х годов появились первые коммерческие реализации ЛВС:
компания "Prime" представила ЛВС "RingNet", компания "Datapoint" - ЛВС
"Attached Resourse Computer" (ARC) с высокоскоростным коаксиальным
кабелем. В 1980 году в институте инженеров по электротехнике и
электронике IEEE (Institute of Eleсtrical and Eleсtronic Engeneers) организован
комитет "802" по стандартизации ЛВС. В дальнейшем темпы развития
ускорились, и на сегодняшний день имеется большое количество
коммерческих реализаций ЛВС.
Преимущества использования ЛВС
Объединение персональных компьютеров
вычислительной сети дает ряд преимуществ:
в
виде
локальной
разделение ресурсов, которое позволяет экономно использовать
дорогостоящее оборудование, например, лазерные принтеры, со всех
присоединенных рабочих станций;
 разделение данных, которое предоставляет возможность доступа и
управления базами данных и элементами файловой системы с периферийных
рабочих мест, нуждающихся в информации. При этом обеспечивается
возможность администрирования доступа пользователей соответственно
уровню их компетенции;
 разделение
программного обеспечения, которое предоставляет
возможность одновременного использования централизованных, ранее
установленных программных средств;
 разделение ресурсов процессора, при котором возможно использование
вычислительных мощностей для обработки данных другими системами,
входящими в сеть.

Требования к ЛВС
Требования к ЛВС опубликованы в 1981 году комитетом "802" IEEE в
виде стандарта. Эти требования сформулированы по пяти различным
направлениям:
1.
2.
3.
4.
5.
Общие требования.
Требования к взаимодействию устройств в сети.
Информационные требования.
Требования к надежности и достоверности.
Специальные требования.
Общие требования
Выполнение разнообразных функций по передаче данных, включая
пересылку файлов, поддержку терминалов (в том числе и скоростных
графических), электронную почту, обмен с внешними запоминающими
устройствами, обработку сообщений, доступ к файлам и базам данных,
передачу речевых сообщений.<
 Подключение
большого набора "стандартных" и специальных
устройств, в том числе больших, малых и ПЭВМ, терминалов, внешних
запоминающих устройств, алфавитно-цифровых печатающих устройств,
графопостроителей, факсимильных устройств, аппаратуры контроля и
управления и другого оборудования.
 Подключение ранее разработанных и перспективных устройств с
различными программными средствами, архитектурой, принципами работы.
 Доставка пакетов адресату с высокой достоверностью, с обеспечением
виртуальных соединений (сеансов) и поддержкой датаграммной службы.
 Обеспечение непосредственной взаимосвязи между подключенными
устройствами без промежуточного накопления и хранения информации
(возможны промежуточные функции преобразования потоков или функции
регистрации потока).
 Простота монтажа, модификации и расширения сети, подключение
новых устройств и отключение прежних без нарушения работы сети
длительностью более 1 с, информирование всех устройств сети об изменении
ее состава.
 Поддержка в рамках одной ЛВС не менее 200 устройств с охватом
территории не менее 2 км.

Требования к взаимодействию устройств в сети
Возможность для каждого устройства связываться и взаимодействовать
с другим устройством.
 Обеспечение равноправного доступа к физической среде для всех
коллективно использующих ее устройств.
 Возможность адресации пакетов одному устройству, группе устройств,
всем подключенным устройствам.
 Обеспечение возможности некоторым пользователям назначать и
менять свой адрес в сети (без нарушения целостности сети).

Информационные требования
o Должны
быть обеспечены "прозрачный" режим обслуживания,
возможность приема, передачи и обработки любых сочетаний битов, слов и
символов, в том числе и не кратных 8.
o Пропускная способность сети не должна существенно снижаться при
достижении полной загрузки и даже перегрузки сети во избежание ее
блокировки.
o Скорости передачи данных должны быть 1 - 20 Мбит/с.
o Максимальная задержка передачи пакета через ЛВС должна быть
небольшой по величине, постоянной и детерминированной (предварительно
рассчитанной).
Требования к надежности и достоверности
o Отказ
или отключение питания подключенного устройства должны
вызывать только переходную ошибку.
o ЛВС не должна находиться в состоянии неработоспособности более
0,02% от полного времени работы (это составляет около 20 минут простоя в
год для учрежденческой системы и около 2 часов для непрерывно
функционирующей системы).
o Средства обнаружения ошибок должны выявлять все пакеты,
содержащие до четырех искажений битов. Если же достоверность передачи
достаточно высока, сеть не должна сама исправлять обнаруженные ошибки.
Функции анализа, принятия решения и исправления ошибки должны
выполняться подключенными устройствами.
o Появление пакета с обнаруженной ошибкой не чаще одного раза в год
(для сети со скоростью 5 Мбит/с это составит вероятность 10-14). Частота
обнаруживаемых ошибок может иметь порядок 10-8;
o ЛВС должна обнаруживать и индицировать все случаи совпадения
сетевых адресов у двух абонентов.
Специальные требования
o Простота
подключения
к
другому
телекоммуникационному
оборудованию.
o Простота интерфейсов между ЛВС и абонентами.
o Защита обмена данными по сети от несанкционированного или
случайного доступа.
o Наличие средств сопряжения с другими ЛВС.
Архитектура локальных сетей
На аппаратном уровне локальная вычислительная сеть представляет из
себя совокупность компьютеров и других средств вычислительной техники
(активного сетевого оборудования, принтеров, сканеров и т.п.),
объединенных с помощью кабелей и сетевых адаптеров и работающих под
управлением сетевой операционной системы. Каждое устройство в сети
оснащается сетевым адаптером, адаптеры соединяются с помощью
специальных кабелей и тем самым связывают оборудование в единую сеть.
Компьютер, подключенный к вычислительной сети, называется рабочей
станцией или сервером, в зависимости от выполняемых им функций.
Эффективно использовать ресурсы ЛВС позволяет применение технологии
"клиент-сервер".
“Клиент-сервер” - это модель взаимодействия компьютеров в сети. Как
правило, компьютеры не являются равноправными. Каждый из них имеет
свое, отличное от других, назначение, играет свою роль. Некоторые
компьютеры в сети владеют и распоряжаются информационновычислительными ресурсами, такими как процессоры, файловая система,
почтовая служба, служба печати, база данных. Другие компьютеры имеют
возможность обращаться к этим ресурсам, пользуясь услугами первых.
Компьютер, управляющий тем или иным ресурсом, принято называть
сервером этого ресурса, а компьютер, желающий им пользоваться, клиентом. Конкретный сервер определяется видом ресурса, которым он
владеет. Так, если ресурсом являются базы данных, то речь идет о сервере
баз данных, который обслуживает запросы клиентов, связанные с обработкой
данных. Если ресурс - файловая система, то говорят о файловом сервере
(файл-сервере), и т.п. В сети один и тот же компьютер может выполнять роль
как клиента, так и сервера.
Этот же принцип распространяется и на взаимодействие программ. Если
одна из них выполняет некоторые функции, предоставляя другим
соответствующий набор услуг, то такая программа выступает в качестве
сервера. Программы, которые пользуются этими услугами, принято называть
клиентами.
Различают сети с одним или несколькими выделенными серверами и
сети без выделенных серверов, называемые одноранговыми сетями.
ЛВС с выделенным сервером
В сетях с выделенным сервером ресурсы сервера (серверов), чаще всего
дисковая память, доступны всем пользователям. Сервер обычно используется
только администратором сети и не предназначен для решения прикладных
задач. Сервер должен быть высоконадежным, посколь<ку выход его из строя
приведет к остановке работы всей сети. На файловом сервере, как правило,
устанавливается сетевая операционная система например, NT Server или
Novell Netware.
При выборе конфигурации сервера необходимо учитывать следующие
факторы:
o быстродействие
процессора;
o скорость доступа к файлам, размещенным на жестком диске;
o емкость жесткого диска;
o объем оперативной памяти;
o уровень надежности сервера;
o степень защищенности данных.
На рабочих станциях устанавливается обычная операционная система,
например DOS, Windows или Windows NT Workstation Полноправным
владельцем всех ресурсов рабочей станции является пользователь. В то же
время ресурсы файл-сервера всеми пользователями.
Одноранговые
В одноранговых сетях любой компьютер может быть и сервером, и
рабочей станцией одновременно. В принципе, любой пользователь в такой
сети имеет возможность использовать все данные, хранящиеся на других
компьютерах сети, и устройства, подключенные к ним. Основной недостаток
работы одноранговой сети заключается в значительном увеличении времени
решения прикладных задач. Это связано с тем, что каждый компьютер сети
отрабатывает все запросы, идущие к нему со стороны других пользователей.
Следовательно, в одноранговых сетях каждый компьютер работает
значительно интенсивнее, чем в автономном режиме.
Затраты на организацию одноранговых вычислительных сетей
относительно небольшие. Однако при уменьшении числа рабочих станций
эффективность их использования резко уменьшается. Пороговое значение
числа рабочих станций составляет, по оценкам компании Novell. Поэтому
одноранговые сети используются только для относительно небольших
рабочих групп.
Классификация ЛВС
В качестве классифицирующих признаков ЛВС используются такие
категории, как сфера применения, функциональное назначение, размеры, вид
трафика, топология, физическая среда, метод доступа к среде, используемое
программное обеспечение.
Физическая среда
Физическая среда представляет собой физический материал, на котором
размещается и по которому передается информация:
o витая
пара;
o многожильный кабель;
o коаксиальный кабель;
o волоконно-оптический
кабель;
o радиоканал;
o инфракрасный
канал;
o микроволновый канал.
При выборе типа физической среды учитывают следующие показатели:
o стоимость
монтажа и обслуживания;
o скорость передачи информации;
o ограничения на величину расстояния передачи информации без
дополнительных усилителей;
o безопасность передачи данных.
Главная проблема заключается в одновременном обеспечении этих
показателей. Например, наивысшая скорость передачи данных ограничена
максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще
обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость
и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость.
Характеристики наиболее распространенных типов физической среды
ЛВС приводятся в следующей таблице:
Показатели
1 Скорость
передачи, Мбит/с
2 Дальность
передачи
Тип физической среды
Ви
Мн
Коак
ВО
тая
огож.
сиал.
линия
пара кабель кабель
до
300
до 10
до
10
- 500
1000
0,0
до
до
до
1-0,1 300
2,5
200
Эф
ир
до
20000
до
20
по
одному
сегменту, км
3 Типичное число
10
сот
до
2
узлов в сети
-100
ни
на 100
кольцевы
канал
е точки
4 Сложность
ни
выс
средн
очен
ни
соединения
зкая
окая
яя
ь высокая зкая
5 Помехозащище
ср
выс
очень
высо
вы
нность
едняя окая
высокая кая
сокая
6 Относительная
1
5
10
50
стоимость
Витая пара
Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное
проводное соединение, называемое "витой парой" (twisted pair).
Конструктивно такая среда представляет из себя оболочку, внутри которой
содержится одна или несколько свитых в виде спирали пар проводников.
Витая пара позволяет передавать информацию со скоростью до 10
Мбит/с, легко наращивается, однако является помехонезащищенной. Длина
кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с.
Преимуществами являются низкая цена и простота монтажа. Обычно
применяются в кольцевых сетях с использованием усилителей, или
повторителей (repeater).
Для повышения помехозащищенности информации часто используют
экранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую
оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость
витой пары и приближает ее по цене к коаксиальному кабелю.
Достоинства:
o надежность;
o простота
конструкции и монтажа;
o низкая цена.
Недостатки:
o простота
несанкционированного доступа;
o чувствительность к электромагнитным помехам.
Многожильные кабели
Отдельные жилы такого кабеля могут использоваться для различных
целей. Передача данных по параллельным линиям увеличивает пропускную
способность среды, что позволяет увеличить скорость передачи по всему
кабелю. При этом скорость передачи по одному проводу сохраняется
небольшой, что снимает проблемы отражения сигналов, упрощает и
удешевляет схемы интерфейсов.
Недостатки:
o необходимость
экранирования;
o высокая стоимость.
Коаксиальный кабель
Состоит
из
центрального
проводника,
окруженного
слоем
изоляционного материала, проводящего экрана и внешней оболочки.
Экранирование помогает решить проблемы с излучением проводников, так
как провод может действовать как антенна.
Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащитен и
применяется для связи на большие расстояния (несколько километров).
Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях
может достигать 50 Мбит/с.
Достоинства:
o надежность;
o простота
конструкции;
o умеренная масса.
Существует несколько модификаций коаксиального кабеля.
Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам,
легко наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации
равна 500 Мбит/с. При передачи информации в базисной полосе частот на
расстояние более 1,5 км требуется повторитель. Поэтому суммарное
расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для
вычислительных сетей с конфигурацией "шина" или "дерево" коаксиальный
кабель должен иметь на конце согласующий резистор (терминатор).
Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым
сопротивлением 50 Ом. Его называют еще "толстый Ethernet" (thick Ethernet)
или "желтый кабель" (yellow cable). Он использует 15-контактное
стандартное включение. Вследствие помехозащищенности является дорогой
альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Максимально доступное
расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общая протяженность
сети Ethernet составляет около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей
магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный
резистор.
Более дешевым, чем "толстый Ethernet", является Cheapernet-кабель, или,
как его часто называют, "тонкий Ethernet" (thin Ethernet). Это также 50-омный
коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в десять
миллионов бит в секунду.
При соединении сегментов Сhеарегnеt-кабеля также требуются
повторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую
стоимость и требуют минимальных затрат при наращивании. Соединения
сетевых плат производится с помощью широко используемых
малогабаритных
байонетных
разъемов
(СР-50).
Дополнительного
экранирования не требуется. Кабель присоединяется к ПК с помощью
тройниковых соединителей (T-connectors).
Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может
достигать максимум 300 м, а общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеле
составляет около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен на
сетевой плате и используется как для гальванической развязки между
адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала
Волоконно-оптический кабель
Проводящей средой кабеля является сверхпрозрачное стекловолокно.
Такой тип среды называют также оптопроводником или стекловолоконным
кабелем. Применяется в кольцевой и звездообразной конфигурациях ЛВС.
Скорость распространения информации по ним достигает нескольких
гигабит в секунду. Допустимое удаление - более 50 км. Внешнее воздействие
помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее
дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются там, где возникают
электромагнитные поля помех или требуется передача информации на очень
большие расстояния без использования повторителей. Конструкция кабелей
предусматривает противоподслушивающую защиту, так как техника
ответвлений в волоконно-оптических кабелях очень сложна.
Достоинства:
o высокая
скорость передачи;
o высокая помехозащищенность;
o защита от несанкционированного доступа.
Недостатки:
o высокая
стоимость;
o сложность подключения новых станций;
o невозможность передачи электроэнергии для питания повторителей;
o ослабление сигналов;
o однонаправленность передачи.
Эфир
Физическая среда может быть организована
инфракрасных и микроволновых каналов.
в
виде
радио-,
Радиоканалы. Мало используются в ЛВС из-за экранированности
зданий, узкой полосы частот, низких скоростей. Достоинством является
отсутствие кабелей, и следовательно, возможность обслуживать мобильные
станции.
Инфракрасный канал. Основное достоинство - нечувствительны к
электромагнитным помехам. Недостаток такого канала ? работа только на
расстоянии прямой видимости.
Микроволновый канал. По сравнению с инфракрасными каналами
микроволновые обеспечивают более высокую скорость на расстоянии 15-20
км (при прямой видимости).
Топология ЛВС
Абоненты ЛВС могут быть соединены между собой носителем
информации (например, кабельной сетью) в виде:
o шины;
o кольца;
o звезды;
o петли;
o дерева;
o гибридное.
Термин "топология сети" относится к физическому размещению
компьютеров, кабелей, активного сетевого оборудования и других
компонентов сети. Рассмотрим существующие топологии элементов ЛВС,
которые используют и для одноранговых сетей, и для сетей с выделенным
файл-сервером:
Все существующие конфигурации можно разделить на два основных
класса: широковещательные и последовательностные.
Широковещательные топологии
В случае широковещательной конфигурации ЛВС сигналы,
передаваемые одним устройством подключения к физической среде,
воспринимаются всеми остальными. В широковещательной ЛВС в
произвольный момент времени может работать только одна станция. Все
рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей
станцией, имеющейся в сети.
Для построения широковещательной конфигурации необходимо
применение сравнительно мощных приемников и передатчиков.
Следовательно, появляется необходимость ограничения длины кабельных
сегментов и числа подключений. В случае превышения ограничений
применяется аналоговый усилитель или цифровой повторитель. Кроме того,
средства подключения к физической среде выбираются такими, которые не
вызывают значительного ослабления сигнала.
Основные типы широковещательных топологий "шина", "дерево" и
"звезда" показаны на схемах (рис. 1).
Рис. 1. Типы широковещательных топологий:
а) "шина"; б) "дерево"; в) "звезда"
Топология "шина"
В случае реализации шинной топологии все компьютеры связываются в
цепочку путем подключения к магистральному кабельному сегменту
(стволу). Причем на его концах надо разместить так называемые
терминаторы (или оконечную нагрузку), служащие для гашения сигнала,
распространяющегося в обе стороны.
В сетях с шинной топологией для объединения компьютеров
используется тонкий и толстый коаксиальный кабель с тройниковым
соединителем. Максимальная теоретически возможная пропускная
способность таких сетей составляет 10 Мбит/с. Такой пропускной
способности для современных приложений, активно использующих видео и
мультимедийные данные, явно недостаточно.
Достоинствами этой топологии являются низкая стоимость проводки и
унификация подключений.
Шинная топология является пассивной. Сбой одного компьютера не
влияет на работоспособность сети. Повреждение магистрального кабеля
(шины) ведет к отражению сигнала и вся сеть в целом становится
неработоспособной. Выключение и особенно подключение к такой сети
требуют разрыва шины, что вызывает нарушение циркулирующего потока
информации и зависание системы.
Новые технологии предлагают пассивные штепсельные коробки, через
которые можно отключать и включать рабочие станции во время работы
вычислительной сети. С другой стороны, благодаря тому, что рабочие
станции можно включать без прерывания сетевых процессов и
коммуникационной среды, очень легко прослушивать информацию, т.е.
ответвлять информацию из коммуникационной среды.
Топология "дерево"
Топология "дерево" представляет собой более развитую конфигурацию
типа "шина". Присоединение нескольких простых шин к общей
магистральной шине происходит через активные повторители или пассивные
размножители.
Топология "звезда" (star)
Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших
ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с
периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот
принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной
почте RELCOM. Вся информация между двумя периферийными рабочими
станциями проходит через центральный узел вычислительной сети.
Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая
станция связана только с центральным узлом. Затраты на прокладку кабелей
достаточно высокие, особенно когда центральный узел географически
расположен не в центре топологии. При расширении вычислительных сетей
не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому
рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.
Конфигурация в виде звезды является наиболее быстродействующей из
всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между
рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей
производительности) по отдельным линиям, используемым только этими
рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной
станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других
топологиях.
Центральный узел управления - файловый сервер может реализовать
оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к
информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.
Последовательностные
В случае последовательностной конфигурации ЛВС каждое устройство
подключения к физической среде передает информацию только одному
устройству. При этом снижаются требования к передатчикам и приемникам,
поскольку все станции активно участвуют в передаче.
Основные типы последовательных топологий: "кольцо", "цепочка",
"снежинка" и "сетка" показаны на схеме (рис. 2).
Рис. 2.типы широковещательных топологий
Топология "кольцо" (ring)
При кольцевой топологии сети компьютеры соединяются сегментами
кабеля, имеющего форму кольца. Топология "кольцо" принципиально мало
чем отличается от шинной. Так же в случае неисправ-ности одного из
сегментов сети вся сеть выходит из строя. Правда, отпадает необходимость в
использовании терминаторов.
Сигналы передаются только в одном направлении. Каждая станция
непосредственно соединена с двумя соседними, но прослушивает передачу
любой станции. Кольцо составляют несколько приемопередатчиков и
соединяющая их физическая среда. Все станции могут иметь права равного
доступа к физической среде. При этом одна из станций может выполнять
роль активного монитора, обслуживающего обмен информацией.
Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть
довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие
станции расположены далеко от кольца (например, в линию).
Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает
по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив
из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как
большинство сообщений можно отправлять по кабельной системе одно за
другим. При такой топологии сети очень просто организовать кольцевой
запрос на все станции. Продолжительность передачи информации
увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в
вычислительную сеть.
Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что
каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке
информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть
парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.
Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного
выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть
разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не
существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно
расстоянием между двумя рабочими станциями.
Логическая кольцевая сеть
Специальной формой кольцевой топологии является логическая
кольцевая сеть. Физически она монтируется как соединение звездных
топологий. Отдельные "звезды" включаются с помощью специальных
коммутаторов, называемых концентраторами (hub). В зависимости от числа
рабочих станций и длины кабеля между рабочими станциями применяют
активные или пассивные концентраторы. Пассивный концентратор является
исключительно разветвительным устройством. Активные концентраторы
дополнительно содержат усилитель.
Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети
происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей
станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается
управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому
старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного
(ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях
может нарушаться работа всей сети.
Топология "цепочка"
При использовании топологии "цепочка" передача произво-дится в
обоих направлениях, каждая станция активно принимает уча-стие в передаче.
Топология "снежинка"
Топология "снежинка" требует меньшей длины кабеля, чем "звезда", но
больше элементов.
Топология "сетка"
Эта топология применяется главным образом в глобальных
вычислительных сетях для обеспечения наиболее дешевого соединения
абонентов. Применяется также в ЛВС для обеспечения отказоустойчи-вых
коммуникаций.
Древовидная структура ЛВС
Наряду с известными топологиями вычислительных сетей "кольцо",
"звезда" и "шина", на практике применяются комбинированные (гибридные)
конфигурации, например, "древовидная структура". Она образуется в
основном в виде комбинаций вышеназванных топологий вычислительных
сетей. Основание "дерева" вычислительной сети располагается в точке
(корень), в которой собираются коммуникационные линии информации
(ветви дерева).
Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где
невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в
чистом виде. Для подключения большого числа рабочих станций
соответственно адаптерным платам применяют сетевые усилители и (или)
коммутаторы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями
усилителя, называют активным концентратором.
Сравнительные характеристики
Сравнительные характеристики
топологий
приведены
Таблица 2
Характерис
тики
трех наиболее
ниже
распространенных
в
табл.2.
Топология
"Звезда"
"Кольцо"
"Шина"
Стоимость
Незначите
Средняя
Средняя
расширения
льная
Присоединен
Пассивное
Активное
Пассивное
ие абонентов
Защита
от
Незначите
Незначительная
Высокая
отказов
льная
Размеры
Любые
Любые
Ограничен
системы
ы
Защищенност
Хорошая
Хорошая
Незначите
ь
от
льная
прослушивания
Стоимость
Незначите
Незначительная
Высокая
подключения
льная
Поведение
Хорошее
Удовлетворите
Плохое
системы
при
льное
высоких
нагрузках
Возможность
Очень
Хорошая
Плохая
работы в реальном хорошая
режиме времени
Разводка
Хорошая
Удовлетворите
Хорошая
кабеля
льная
Обслуживани
Очень
Среднее
Среднее
е
хорошее
Методы доступа к среде:
o опрос;
o передача
маркера;
o соперничество;
o сегментированная передача;
o вставка регистра;
o резервирование времени;
o радиочастотная модуляция.
Связь между компьютерами ЛВС физически осуществляется на основе
одной из двух схем: обнаружения коллизий (полное название CSMA/CD множественный доступ с проверкой несущей частоты и обнаружением
коллизий) и передачи маркера. Метод обнаружения коллизий используется
стандартами Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, а передачи маркера
стандартом Token Ring и FDDI. Институт инженеров по электротехнике и
электронике IEEE определил и опубли-ковал в качестве стандарта наборы
физических характеристик, которым должны удовлетворять ЛВС с
обнаружением коллизий и ЛВС с переда-чей маркера. Эти документы
называются стандартами IEEE 802.3 (Ethernet) и IEEE 802.5 (Token Ring).
Метод обнаружения коллизий
В сетях, работающих по принципу обнаружения коллизий, все адаптеры
непрерывно находятся в состоянии прослушивания сети. Для передачи
данных сервер или рабочая станция должны дождаться освобождения ЛВС и
только после этого приступить к передаче. Однако не исключено, что
передача может начаться несколькими узлами одного сегмента сети
одновременно, что приведет к коллизии. В случае возникновения коллизии
узлы должны повторить свои сообщения. Повторная передача производится
адаптером самостоятельно без вмешательства процессора компьютера.
Время, затрачиваемое на преодоление коллизии, обычно не превышает одной
микросекунды. Передача сообщений в сетях Ethernet производится пакетами
со скоростью 10, 100 и 1000 Мбит/с. Естественно, реальная загрузка сети
меньше, поскольку требуется время на подготовку пакетов. Все узлы
сегмента сети принимают сообщение, передаваемое компьютером этого
сегмента, но только тот узел, которому оно адресовано, посылает
подтверждение о приеме. Основными поставщиками оборудования для сетей
Ethernet являются фирмы ЗCom, CISCO, Bay Networks (недавно компания
Nortel купила Bay Networks), CNet.
Метод передачи маркера сообщения
В ЛВС с передачей маркера сообщения передаются последовательно от
одного узла к другому вне зависимости от того, какую топологию имеет сеть
- кольцевую или звездообразную. Каждый узел сети получает пакет от
соседнего. Если данный узел не является адресатом, то он передает тот же
самый пакет следующему узлу. Передаваемый пакет может содержать либо
данные, направляемые от одного узла другому, либо маркер. Маркер - это
короткое сообщение, являющееся признаком незанятости сети. В том случае,
когда рабочей станции необходимо передать сообщение, ее сетевой адаптер
дожидается поступления маркера, а затем формирует пакет, содержащий
данные, и передает этот пакет в сеть. Пакет распространяется по ЛВС от
одного сетевого адаптера к другому до тех пор, пока не дойдет до
компьютера-адресата, который произведет в нем стандартные изменения.
Эти изменения являются подтверждением того, что данные достигли
адресата. После этого пакет продолжает движение дальше по ЛВС, пока не
возвратится в тот узел, который его сформировал. Узел-источник убеждается
в правильности передачи пакета и возвращает в сеть маркер. Важно
отметить, что в ЛВС с передачей маркера функционирование сети
организовано так, что коллизии возникнуть не могут.
На физическом уровне организации ЛВС с передачей маркера
представляет из себя кольцо. Даже если сеть соединена кабелями в виде
звезды, пакет в ней передается от узла к узлу по кольцу до тех пор, пока не
вернется в точку, где был порожден. Для этого рабочая станция передает
пакет к устройству MSAU (Multistation Access Unit - Устройство для доступа
к множеству станций), которое осуществляет маршрутизацию пакета к
следующему узлу.
Пропускная способность сетей Token Ring равна 16 Мбит/с.
Оборудование для сетей Token Ring производит IBM, ЗCom и некоторые
другие фирмы. FDDI является гораздо более современным протоколом, чем
Ethernet и Token Ring. Протокол FDDI (Fiber Distribution Data Interface оптоволоконный интерфейс распределения данных) работает по схеме
передачи маркера в логическом кольце с оптоволоконными кабелями и имеет
производительность 100 Mb в секунду. Этот протокол задумывался таким
образом, чтобы максимально соответствовать стандарту IEEE 802.5 Token
Ring.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Нанс Б. Компьютерные сети. - М.: Восточная книжная компания, 1996. 400
с.
2. Чаппел Л., Хейке Д. Анализатор локальных сетей NetWare. М.: Лори, 1996.
3. Казаков С.И. Основы сетевых технологий. M.: Лори, 1997.
4. Иванов М. Структурированные кабельные системы // Компьютер Пресс.
1996.
№10.
С.7-18.
5. Сергиевский М.Сетевые технологии и стандарты // Компьютер Пресс,
1999. №10. С.15-20.