 |
Физическая и логическая топология
|
|
|
|
РЕФЕРАТ
на тему: «Структуризация телекоммуникационных сетей»
Особенности структуризации сетей
Структура связей и процедуры организации взаимодействия наиболее просты в локальных сетях. С точки зрения технологий передачи данных локальные сети, как правило, однородны, т.е. все узлы используют одни и те же алгоритмы и средства передачи данных. Эта однородность обеспечивает высокий уровень стандартизации, что существенно облегчает как создание сетей, так и их эксплуатацию. Технология сети в основном определяется процедурами MAC – уровня, от этих процедур зависят ее основные свойства. Основной сетевой ресурс – разделяемая среда передачи данных (канал связи), и эффективность управления им (МАС – процедуры) в значительной степени определяют общую эффективность работы. Локальные сети предназначены для работы при относительно малых расстояниях и небольшом числе узлов. Благодаря однородности технологии и разделяемой среде передачи данных с простой топологией связей локальные сети обладают высокой функциональной гибкостью, легко модернизируются, не требуют сложных коммуникационных устройств. Очень распространены в современных системах управления техническими объектами.
Но, при определенных требованиях к системе передачи данных, их достоинствами могут превратиться в недостатки и существенные ограничения. Наиболее важные ограничения – это ограничения на длину связей, количество узлов и производительность (трафик). Кроме того, однородность технологии передачи данных тоже может быть существенным ограничением, В распределенных системах управления могут существенно различаться задачи, решаемые различными подсистемами, а, следовательно, и требования к средствам передачи данных. Возникает необходимость создавать всю телекоммуникационную сеть по самым жестким требованиям, а это приводит к существенным дополнительным затратам. Большинство указанных ограничений можно обойти, если однородную локальную сеть разделить на несколько структурных компонентов.
|
|
|
Первым уровнем структуризации является разделение сети на логические сегменты, в пределах сегмента элементы образуют отдельную самостоятельную локальную сеть со всеми необходимыми атрибутами и свойствами. Каждый логический сегмент может даже использовать свою, независимую от других сегментов сетевую технологию. Естественно, что для нормальной работы возникает необходимость организации передачи данных между логическими сегментами. Эта связь между сегментами реализуется дополнительными коммуникационными устройствами, они специально создаются для решения именно этих задач. Логические сегменты тоже могут образовывать свои топологические структуры и т.д.
При дальнейшем усложнении топологии для логических сегментов могут действовать те же ограничения, что и для узлов локальной сети, усложняются задачи коммуникационных устройств. Возникает необходимость в дальнейшей структуризации, а это приводит к тому, что канальный уровень уже не может справиться с возрастающими требованиями. При сложной топологии сети требуется решать задачи определения путей (маршрутов) передачи данных, для этого необходимы специальные алгоритмы и средства, которые и являются основным содержанием сетевого уровня. Все эти процедуры выходят за рамки технологий локальных сетей и составляют основу, так называемых, глобальных сетей.
Физическая и логическая топология
Как уже отмечалось, физическая топология сети определяется структурой физических линий связи, а логическая топология зависит от путей передачи данных. Если специальные коммуникационные устройства не используются, физическая и логическая топологии совпадают. Например, в CAN – сети и физическая, и логическая топологии – общая шина. Достаточно часто в локальных сетях требуется применение концентраторов (хабов), а они преобразуют топологию сети. В Ethernet и Token ring физическая топология – звезда, а логическая топология – общая шина и кольцо соответственно (рис. 1). Структуризация локальной сети производится применением специальных коммуникационных устройств: мостов, коммутаторов, маршрутизаторов и шлюзов. Мосты и коммутаторы предназначены для разделения сети на логические сегменты. Маршрутизаторы являются основными средствами решения задач сетевого уровня. Шлюзами обычно называют коммуникационные устройства для объединения сетей с разными сетевыми технологиями, могут одновременно с этим выполнять функции мостов или маршрутизаторов.
|
|
|
В рамках канального уровня возможно только разделение локальной сети на логические сегменты. Т.е. мосты и коммутаторы являются средствами канального уровня, и используемые ими алгоритмы и процедуры не должны выходить за пределы задач канального уровня. В логический сегмент объединяют узлы по функциональному или территориальному признаку. Наиболее эффективным считается выделение в логический сегмент рабочих групп – узлов с преимущественным трафиком между элементами внутри группы (например, 80% – внутренний трафик, 20% – внешний трафик). Используемые алгоритмы работы мостов и коммутаторов обеспечивают для логических сегментов локализацию потока данных.
Рис. 1. Физическая и логическая топология сети
Логические сегменты только частично изолированы друг от друга. Трафик между узлами одного сегмента не должен выходить за пределы этого сегмента, а сообщения, направленные в другие сегменты, должны поступать к получателям. Сеть сохраняет связь между элементами разных сегментов, и в то же время изолирует поток данных внутри каждого сегмента. Таким образом, все возможности локальной сети по передаче данных между узлами сохраняются, и одновременно уменьшается суммарный трафик в разделяемом канале связи. Полная изоляция сегментов достигается только в виртуальных локальных сетях, в этом случае реализуется полный запрет передачи данных между сегментами.
|
|
|
Локализация трафика в логических сегментах позволяет существенно снизить нагрузку на канал связи. Например, если трафик сегментов соответствует правилу 80/20, при разделении сети на 5 сегментов получим следующие результаты. При суммарном трафике 5Т 80% являются внутренним для каждого сегмента (0,8Т) и только 20% поступают во все сегменты (1,0Т), т.е. трафик каждого сегмента 0,8Т+1,0Т=1,8Т (1,2Т если «внешние» сообщения поступают только в один сегмент). Для неструктурированной сети трафик всех сегментов составляет 5Т и примерно в 2,8 (4) раза больше. Для Ethernet в определенных условиях при перегрузке канала связи и меньшее снижение нагрузки может во много раз снизить вероятность коллизий и существенно повысить эффективность системы передачи данных.
|
|
|
