 |
Общая характеристика локальных сетей.
|
|
|
|
I вариант(книга)
Локальными сетями называют частные сети, размещающиеся, как правило, в одном здании или на территории какой-либо организации площадью до нескольких квадратных километров. Их часто используют для объединения компьютеров и рабочих станций в офисах компании или предприятия для предоставления совместного доступа к ресурсам (например, принтерам) и обмена информацией.
Локальные сети отличаются от других сетей тремя характеристиками: размерами, технологией передачи данных и топологией. Локальные сети ограничены в размерах — это означает, что время пересылки пакета ограничено сверху и этот предел заранее известен. Знание этого предела позволяет применять определенные типы разработки, которые были бы невозможны в противоположном случае. Кроме того, это упрощает управление локальной сетью.
В локальных сетях часто применяется технология передачи данных, состоящая из единственного кабеля, к которому присоединены все машины. Это подобно тому, как раньше в сельской местности использовались телефонные линии. Обычные локальные сети имеют пропускную способность канала связи от 10 до 100 Мбит/с, невысокую задержку (десятые доли микросекунды) и очень мало ошибок. Наиболее современные локальные сети могут обмениваться информацией на более высоких скоростях, доходящих до 10 Гбит/с. В этой книге мы будем придерживаться традиции и указывать скорость линий в мегабитах в секунду (1 Мбит состоит из 1 000 000 бит) и в гигабитах в секунду (1 Гбит равен 1 000 000 000 бит).
В широковещательных локальных сетях могут применяться различные топологические структуры. В сети с общей шиной (линейный кабель) в каждый момент одна из машин является хозяином шины (master) и имеет право на передачу. Все остальные машины должны в этот момент воздержаться от передачи. Если две машины захотят что-нибудь передавать одновременно, то возникнет конфликт, для разрешения которого требуется специальный механизм. Этот механизм может быть централизованным или распределенным.
|
|
|
Вторым типом широковещательных сетей является кольцо. В кольце каждый бит передается по цепочке, не ожидая остальной части пакета. Обычно каждый бит успевает обойти все кольцо, прежде чем будет передан весь пакет. Как и во всех широковещательных сетях, требуется некая система арбитража для управления доступом к линии. Применяемые для этого методы будут описаны далее в этой книге. Стандарт IEEE 802.5 (маркерное кольцо) описывает популярную кольцевую локальную сеть, работающую на скоростях 4 и 16 Мбит/с. Еще одним примером кольцевой сети является FDDI (оптоволоконная сеть).
В зависимости от способа назначения канала широковещательные сети подразделяются на статические и динамические. При статическом назначении используется циклический алгоритм и все время делится между всеми машинами на равные интервалы, так что машина может передавать данные только в течение выделенного ей интервала времени. При этом емкость канала расходуется неэкономно, так как временной интервал предоставляется машинам независимо от того, есть им что сказать или нет. Поэтому чаще используется динамическое (то есть по требованию) предоставление доступа к каналу.
Методы динамического предоставления доступа к каналу также могут быть централизованными либо децентрализованными. При централизованном методе предоставления доступа к каналу должен существовать арбитр шины, определяющий машину, получающую право на передачу. Арбитр должен принимать решение на основании получаемых запросов и некоего внутреннего алгоритма. При децентрализованном методе каждая машина должна сама решать, передавать ей
|
|
|
что-нибудь или нет. Можно подумать, что подобный метод обязательно приводит к беспорядку, однако это не так. Далее мы рассмотрим различные алгоритмы, специально созданные для внесения порядка в возможный хаос.
Базовые технологии канального уровня. Технология Ethernet. Метод управления доступом к разделяемой среде, используемый в технологии. Понятие коллизии. Соотношение для надежного распознавания коллизий.
Канальный уровень (Data Link layer) обеспечивает надежную передачу данных через физический канал. Канальный уровень оперирует блоками данных, называемых кадрами. Основной задачей канального уровня является прием кадра из сети и отправка его в сеть. При выполнении этой задачи канальный уровень осуществляет физическую адресацию передаваемых сообщений, контролирует соблюдение правил использования физического канала, выявляет неисправности, управляет потоками информацию. Следует отметить, что протоколы канального уровня зависят от структуры связей между компьютерами и способов их адресации. Кадр может быть доставлен по сети к другому компьютеру только в том случае, если протокол соответствует той топологии, для которой он был разработан. К таким топологиям относятся указанные выше топологии общая шина, кольцо и звезда. Примерами протоколов канального уровня для локальных сетей являются протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI, 100 VG – AnyLAN, для глобальных – PPP, SLIP, LAP-B, LAP- D.
Для реализации протоколов канального уровня используется специальное оборудование: концентраторы, мосты, коммутаторы.
Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей, реализуемый на канальном уровне модели OSI. Общее количество работающих по протоколу Ethernet сетей оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров с установленными адаптерами Ethernet – более чем в 50 миллионов. Ethernet – это сетевой стандарт, разработанный фирмой Xerox в 1975 году и принятый комитетом IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).
Указанный стандарт использует метод разделения среды – метод CSMA/ CD - метод коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий. Этот метод используется исключительно в сетях с топологией “общая шина”. Все компьютеры в такой топологии имеют доступ к общей шине, все компьютеры имеют возможность немедленно получить данные, которые любой из компьютеров начал передавать на общую шину. Простота подключения предопределяет успех технологии Ethernet. Базовый cтандарт Ethernet предписывает передачу двоичной информации для всех вариантов физической среды со скоростью 10 Мбит/с.
|
|
|
Управление доступом в сеть, т.е. захватом среды, осуществляется специальными устройствами – сетевыми адаптерами NIC (Network Interface Card), установленными на каждом компьютере.
На случай попытки захвата среды сразу несколькими компьютерами в сегменте Ethernet предусмотрен специальный алгоритм обнаружения и разрешения коллизий. Прием данных организован следующим образом. При попадании пакета данных в общую среду передачи все сетевые адаптеры одновременно начинают анализировать этот пакет на предмет совпадения содержащегося в нем адреса с их собственными адресами. В случае совпадения адаптер компьютера-адресата записывает пакет данных в свою память. Конфликтов между компьютерами при этом не происходит. Особенностью технологии Ethernet является то, что подключать компьютеры можно и без использования концентратора – напрямую к общей линии передачи.
Первый стандарт Ethernet был принят в 1982 году. Он был рассчитан на скорость передачи до 10 Мбит/с. В качестве среды передачи Ethernet могла использоваться любая линия – тонкий или толстый коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно и радиолиния. В начале 90-х годов стала ощущаться нехватка пропускной способности 10 Мбит/с и новый стандарт Fast Ethernet, принятый в 1995 году, уже обеспечивал передачу со скоростью 100 Мбит/с. Достоинствами технологии Ethernet являются простота, экономичность и легкость подключения к сети новых компьютеров. Метода доступа – набор правил, определяющих как узел будет передавать данные в сеть и получать их по кабелю, т. е. алгоритм использования общей среды.
Коллизия – ситуация, когда 2 и более компьютеров передают данные в сеть.
|
|
|
Существует три основных метода доступа к разделяемой среде передачи:
1) Множественный доступ (разработан в конце 60-х годов. Используется в сетях Ethernet, т.е. в сетях с логической топологией «общая шина»)
с обнаружением коллизий (CSMA/CD);
с предотвращением коллизий (CSMA/CA);
2)Маркерный метод доступа;
3)Доступ по приоритету запроса.
Для надежного распознавания коллизий должно выполняться следующее соотношение:
Tmin > RTT.
Здесь Tmin — время передачи кадра минимальной длины, a RTT — время оборота, то есть время, за которое сигнал коллизии успевает распространиться до самого дальнего узла сети. В худшем случае сигнал должен пройти дважды между наиболее удаленными друг от друга станциями сети (в одну сторону проходит неискаженный сигнал, а в обратном направлении — сигнал, уже искаженный коллизией).
При выполнении этого условия передающая станция должна успеть обнаружить коллизию, которую вызвал переданный ее кадр, еще до того, как она закончит передачу этого кадра. Очевидно, что выполнение этого условия зависит, с одной стороны, от минимальной длины кадра и скорости передачи данных протокола, а с другой стороны, от длины кабельной системы сети и скорости распространения сигнала в кабеле (для разных типов кабеля эта скорость несколько отличается).
Все параметры протокола Ethernet подобраны таким образом, чтобы при нормальной работе сети коллизии четко распознавались.
45. Физические спецификации технологии Ethernet. Правила для увеличения диаметра коаксиальных вариантов сетей, для сетей на витой паре и для волоконно-оптических вариантов сетей. Нагруженный и ненагруженный сегменты сети. Примеры использования этих правил в различных стандартах Ethernet: 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T. Домен коллизий.
В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3 определяет различные спецификации: 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-F. Для каждой спецификации определяются тип кабеля, максимальные длины непрерывных отрезков кабеля.
l0Base-5 –толстый кокс с разъемами N-типа, на концах терминаторы, один из которых заземлен, повторители.
К достоинствам стандарта 10Base-5 относятся:
- хорошая защищенность кабеля от внешних воздействий;
- сравнительно большое расстояние между узлами;
- возможность простого перемещения рабочей станции в пределах длины кабеля AUI.
Недостатками:
- высокая стоимость кабеля;
-сложность его прокладки из-за большой жесткости;
- плохо гнется
l0Base-2 - «тонким» коаксиалом. Максимальная длина сегмента - 185 метров (без повторителей). На концах BNC-конекторы.
Достоинства:
легче в прокладке, чем 10Base-5
дешевле
Недостатки:
хуже защищает от помех
менее прочный
|
|
|
недостатки общей шины
Правило применения повторителей “5-4-3”.
l0Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары. Используется категория 3 и 5. Образует звездообразную топологию на основе концентратора. Дуплексная топология. Расстояние между концентратором и конечным узлом - не более 100 м для 3 и 150 м для 5.
Правило «4 хабов»: макс кол-во концентраторов между 2 узлами =4.
Преимущества: большое кол-во компов в сети, топология – звезда, надежность, простота монтажа.
l0Base-F - волоконно-оптический кабель.Хар-но следующее: макс кол-во компов 1024, топология – звезда, скорость 10 Мб/с, немодульная передача. Имеется несколько вариантов этой спецификации - FOIRL (определяет связь между концентраторами, макс расстояние 1000м, используется правило 4 хабов), l0Base-FL (предназначена для соединения компов между собой, компа и концентратора, расстояние до 2000 м, используется правило 4 хабов), l0Base-FB (предназначена только для соединения повторителей между собой, расстояние до 2000 м). Максимальная длина сети - 2500 м.
Достоинства: большая длина сегмента;
Недостатки:- дороговизна.
Число 10 обозначает битовую скорость передачи данных, а слово Base - метод передачи(цифровое кодирование). Последний символ в названии стандарта физического уровня обозначает тип кабеля.
В технологии Ethernet, независимо от применяемого стандарта физического уровня, существует понятие домена коллизий.
Домен коллизий (collision domain) - это часть сети Ethernet, все узлы которой распознают коллизию независимо от того, в какой части этой сети коллизия возникла. Сеть Ethernet, построенная на повторителях, всегда образует один домен коллизий. Домен коллизий соответствует одной разделяемой среде. Мосты, коммутаторы и маршрутизаторы делят сеть Ethernet на несколько доменов коллизий.Узлы, образующие один домен коллизий, работают синхронно, как единая распределенная электронная схема.
|
|
|
