Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Другой характеристикой физического уровня ЛВС является структура (топология) сети связи.

В распределенных системах управления применяются в основном три базовые структуры: Звездная, шинная, кольцевая, а также комбинированная–шинно-звездная или древовидная.

Сети радиальной или звездной структуры (рис.1.3) наиболее просты.
Общеизвестно, что звезда – одна из наиболее распространенных топологий, применяемых в процессе построения локальных сетей. В сетях звездообразной топологии все компьютеры соединены с центральным концентратором.

Применяемый в этом случае концентратор может быть активным, пассивным или интеллектуальным. Пассивный концентратор служит для реализации физического соединения, совершенно не потребляя при этом энергии. Наиболее распространен активный концентратор, который фактически является многопортовым повторителем. Этот вид концентраторов выполняет усиление передаваемых сигналов. Если активный концентратор снабжен диагностическим оборудованием, его называют интеллектуальным концентратором. В обычной звездообразной сети сигнал передается от сетевых адаптеров, установленных в компьютерах, к концентраторам.

Централизованный характер определяет их преимущества и недостатки.

К преимуществам следует отнести: простой протокол обмена, низкая стоимость подсоединения станций к физической среде, простое управление и легкость контроля за состоянием канала связи.

Недостатки: высокая стоимость коммутационной станции, малая надежность всей системы, трудности добавления новых станций при переходе на большие скорости передачи информации, сравнительно большой расход кабельной продукции.

Известный выигрыш в затратах кабельной продукции может быть получен мультиплексированием определенной части или всех источников информации системы.

В качестве примера можно привести сеть типа 100VG-AnyLAN со звездообразной топологией и с одним центральным концентратором. Архитектурные решения принадлежат фирмам Hewlett-Packard и IBM и описаны в стандарте IEEE 802.12. При разработке этих сетей ставилась цель удешевить сетевую аппаратуру и сделать ее совместимой с остальными типами локальных сетей. Надо отдать должное разработчикам: результат получился достаточно неплохим. В качестве среды передачи данных применяется четыре кабеля неэкранированной витой пары (категория 3, 4 и 5), два кабеля экранированной витой пары или оптоволоконный кабель.
Скорость передачи данных равна 100 Мбит/с, причем обеспечивается совместимость на уровне сетевых пакетов с двумя самыми распространенными сетями (Ethernet и Token Ring).

Обмен данными в сети управляется централизованным образом (с помощью интеллектуального концентратора), что исключает какие-либо коллизии между передаваемыми пакетами данных. Максимальная длина отдельного сетевого кабеля составляет 100 м (в случае применения кабеля неэкранированной витой пары категории 3), 150 м (неэкранированный кабель витой пары категории 5 и экранированный кабель) и 2 км (оптоволоконный кабель).

Буквы AnyLAN (любая сеть) в названии сетевого стандарта означают совместимость сети с двумя наиболее распространенными локальными сетями (Ethernet и Token Ring).

Сети шинной (магистральной) структуры (рис.1.4) – предназначены для объединения ресурсов локальных систем управления и средств автоматизации, автоматизированных рабочих мест (АРМ) в единую распределенную систему управления (РСУ). Можно организовать коллективный доступ к средствам общего пользования. Сетевой кабель проложен последовательно, от компьютера к компьютеру. В сетях подобного типа обязательно применение терминатора (конечная нагрузка шины). Эго устройство предотвращает возможность отражения сигнала, нарушающего работоспособность сети. Один из концов шины следует заземлять.

Наличие контроллерного преобразования информации на пути ее передачи от одной станции к другой позволяет в рамках единой системы объединять разнотипную аппаратуру, а также объединять или организовывать взаимодействие нескольких сетей. Скорость передачи информации по шине может составлять 1-2 Мбит/с в случае применения витой пары или нескольких десятков Мбит/с при применении коаксиального кабеля или оптоволоконного.

Недостатки такой сети: трудность наблюдения за состоянием сети, а также необходимость специальных методов, позволяющих коллективно (путем разделения во времени случайно или детерминировано) использовать шину всеми станциями.

Достоинства – наличие возможности минимизации расхода кабельной продукции за счет уменьшения длины самих линий связи.

Одной из наиболее интересных структур сетей является сеть шинно-кольцевой структуры (рис. 1.5).Если соединить между собой концы шины, то получим классический пример сети с кольцевой топологией. Каждый компьютер подключен к двум соседним, вследствие чего сигнал циркулирует “по кругу”. В этом случае терминаторы не требуются, поскольку отсутствует изолированный конец сети.

В кольцевой сети также может использоваться коаксиальный кабель. Для специального вида кольцевой сети (Token Ring, представляет логическое кольцо в соответствии со стандартом IEEE 802.5) применяется кабель экранированной витой пары (STP).

В кольцевой сети передача сигнала происходит в одном направлении. Каждый компьютер принимает сигнал от соседа слева и передает его соседу справа. Подобный вид топологии именуется активным, поскольку в процессе передачи происходит дополнительное усиление сигнала.

Чаще всего кольцевая топология реализуется практически в виде архитектуры Token Ring. В этом случае применяется концентратор Token Ring, также именуемый MSAU (Multistation Access Unit – Модуль многостанционного доступа).

Преимущества сети кольцевой структуры:

· Снимается проблема маршрутизации (кольцевое метро), следовательно минимизируются функции сетевых адаптеров, что в свою очередь обуславливает их низкую стоимость (по сравнению со звездной – в 3–5 раз) и минимизирует номенклатуру.

· Расширение кольцевой сети достигается путем простого увеличения числа станций при произвольном их расположении.

· Возможность уменьшения расхода кабеля

К недостаткам такой сети можно отнести следующее – при физическом разрыве линии связи сеть не работоспособна, то есть низкая живучесть сети. Поэтому для повышения надежности работы кольцевых сетей применяют (вводят) второе кольцо с противоположным направлением передачи информации. Например, локальные сети FDDI.

Сети этого типа изначально ориентировались на использование оптоволоконного кабеля в качестве среды передачи данных (Fiber Distributed Data Interface – распределенный оптоволоконный интерфейс передачи данных). Стандарт ANSI, разработанный для этих сетей, изначально оговаривал скорость передачи данных 100 Мбит/с. Топология сети моделируется двойным кольцом (внешнее кольцо именуется первичным, а внутреннее – вторичным).
В обычном режиме функционирования сети осуществляется передача данных по первичному кольцу. Если же имеет место сбой, передачу данных “берет на себя” внутреннее кольцо, при этом направление передаваемых данных реверсируется.

В сетях этого типа применяется маркерный метод доступа, который определен стандартом IEEE 802.5 Token-Ring. Преимущества, предоставляемые отказоустойчивой топологией, суммируются с преимуществами, обеспечиваемыми оптоволоконным кабелем. В результате сети FDDI обеспечивают впечатляющие технические характеристики. В частности, общая длина сетевого кольца может достигать 20 км, а в состав сети могут входить до 500 узлов (компьютеры и другие сетевые компоненты). Однако при этом через каждые 2 км следует устанавливать повторитель, поскольку используемый в этих сетях многомодовый оптоволоконный кабель характеризуется достаточно высоким коэффициентом затухания (11 дБ). Если же применяется одномодовый оптоволоконный кабель, максимальная длина кольца может достигать 100 км, а расстояние между соседними сетевыми компьютерами ограничивается величиной 45 км. Таким образом, сеть подобного типа может служить в качестве магистрали, образующей основу сетевой архитектуры большого города.

Сетям FDD1 присущи некоторые недостатки:

• высокая стоимость установки и модернизации сетей;

• относительно большое затухание сигнала, не позволяющее использовать эту технологию для формирования глобальных сетей.

Существует разновидность сети FDDI, ориентированная на работу со стандартным медным кабелем. Она называется CDDI (Copper Distributed Data Interface, распределенный медный интерфейс передачи данных). Сетям этого типа изначально присущи худшие характеристики (по сравнению с сетями FDDI), поэтому они не получили широкого распространения. Так, расстояние между узлами не превышает 100 м. Главным достоинством является низкая стоимость кабеля витой пары категории 5, используемого для прокладки подобных сетей, но в данном случае “овчинка выделки не стоит”.

В ЛВС шинно-звездной (древовидной) структуры объединяются преимущества ЛВС обеих структур. Древовидная структура сети, по сравнению с шинной, имеет несколько меньшую надежность, поскольку отказ отдельной групповой станции выключает из сети всю соответствующую группу терминалов. Однако, сеть такой структуры экономически более выгодно применять при групповом размещении терминалов (датчиков, исполнительных устройств и т. п.). Причем такая сеть обходится значительно дешевле сети шинной структуры, за счет меньшего количества станций.

Одной из основных характеристик канального уровня является метод доступа к физической среде передачи информации. Реализуется аппаратно на уровне сетевого адаптера.

1. Захват канала связи или КДКН/ОС (CSMA/CD) – коллективный доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений (разрешением конфликтов). Сущность метода: не регламентируется какое устройство (станция) должно передавать информацию. Все станции сети в любой момент времени могут захватить канал связи. Однако на этапе захвата канала связи стартовая информация нормируется по энергетическим и кодовым параметрам так, что одновременный захват канала связи более чем одним терминалом обнаруживается контроллерами станций этих терминалов. При обнаружении такого события каждая сторона, инициирующая связь, освобождает канал. Повторный захват канала связи производится уже с подключением индивидуальных генераторов случайных чисел, вследствие чего резко уменьшается вероятность одновременного захвата общего канала связи несколькими терминалами сети. При его применении производительность системы может составить свыше 90% от пропускной способности канала связи. Этот метод доступа часто называют методом со случайным доступом и используется, например, в сети Ethernet. Скорости передачи в такой сети:
10 Мбит/с; Fast Ethernet – 100 Мбит/с; Gigabit Ethernet – 1Gбит/с.

Поскольку при случайном методе доступа требуется определять факт столкновения в среде передачи, то такая схема фиксации столкновений трудна в наладке и диагностике, так как оборудование контроллера должно быть способным отличить факт столкновения от естественных шумов и сбоев.

2. Метод эстафетной передачи маркера (token) – специальная последовательность символов. Такой метод доступа гарантирует, что все станции будут иметь возможность передавать данные с определенной задержкой. Например, для сети ARCNET. Когда терминальная станция получает маркер, она может передать один пакет данных (до 512 байт). Это выполняется путем добавления к маркеру адреса места назначения, собственного адреса, а также до 508 байт данных и другой информации. Весь этот пакет переходит от узла к узлу последовательно вплоть до достижения адресата. В этом узле данные выводятся из пакета, а маркер передается следующему узлу. Для полной передачи сообщения может потребоваться несколько проходов маркера по сети. Во избежание искажения маркера или его потери предусмотрены средства регенерации маркера. Здесь физическое размещение станций может быть произвольным, так как маркер управления, который разрешает передачу по шине, всегда передается последовательно от станции с номером МА (мой адрес) к станции с номером СА (следующий адрес). Причем каждая станция начинает передачу только после прихода маркера управления. Такая последовательная организация доступа к шине гарантирует, что каждой станции в сети будет обязательно предоставлена возможность передать свое сообщение в рамках рассчитанного временного интервала. Благодаря подобной особенности исключены коллизии данных, имеющие место в сетях Ethernet, когда несколько компьютеров пытаются одновременно получить доступ к сети.

3. Новые узлы сети могут подсоединяться в любом месте шины такой сети, после чего потребуется только повторная инициализация сети и назначение адресов новым станциям.

4. Метод занятия свободного кадра. По сети курсируют кадры. Передающий контроллер сети следит за битом, обозначающим, что кадр свободен. В первый же свободный кадр фиксированной длины загружается сообщение тоже фиксированной длины. Большие сообщения разбиваются на форматы стандартной длины и передаются последовательно.

5. Метод буферизации перегрузки (метод вставки регистра). Суть метода доступа в такую сеть сводится к следующему. Любая станция в произвольное время может передавать информацию в сеть, соблюдая, однако, следующие правила:

· Информация передается на один выход станции и одновременно должна приниматься с одного входа станции;

· передача информации на выход станции может начинаться только при отсутствии поступления информации на вход станции;

· если на вход станции поступает информация, то она немедленно должна ретранслироваться станцией, если сама станция не передает в то же время свою информацию. Если же входная информация поступает во время цикла передачи станцией своей информации, то первая записывается в буфер (сдвиговый регистр);

· после передачи станцией своей информации передается информация, записанная в буфер;

· переполнение буфера должно вызывать прекращение передачи станцией своей информации и немедленную передачу информации из буфера.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒