Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Локальные вычислительные сети - файл 1.doc


Локальные вычислительные сети
скачать (331.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc332kb.19.12.2011 07:11скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО « Санкт-Петербургский государственный инженерно - экономический университет »

Реферат на тему:

«Локальные вычислительные сети »

Выполнила: студентка 1 курса

Крикунова С. В.

Специальность: «Финансы и кредит»


Санкт – Петербург

2008 год

Содержание

Исторический обзор

Основные особенности локальных сетей

Определения и основные свойства

Типы локальных сетей

Топологии сетей

Звездообразная (радиальная) структура

Кольцевая структура

Шинная структура

Петлевая структура

Древовидная структура

Сети Ethernet и Fast Ethernet

Заключение
Локальная вычисли́тельная сеть (ЛВС, локальная сеть; (англ. Local Area Network, LAN) — компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Также существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояние более 14 тыс. км (космические станции и орбитальные центры). Несмотря на такое расстояние, подобные сети относят к локальным.
^ Исторический обзор

Локальные сети впервые возникли главным образом в университетах и научно-исследовательских институтах. Они являются частью развивающихся сетей передачи данных в целом и используют етоды пакетной коммутации.

Методы пакетной коммутации приобрели огромное значение после х реализации в исследовательской сети ARPA (США) и сети Национальной физической лаборатории (Великобритания). Большинство администраций национальных систем связи в настоящий момент планирует или уже внедрило сети, использующие методы пакетной коммутации. Следует ожидать, что идеи пакетной коммутации получат свое оплощение ва локальных и частных системах связи.

Как ни странно, методы, которые теперь ассоциируются с локальными сетями, впервые были использованы в широкомасштабной сети, для которой стоимость и трудоемкость прокладывания обычного соединительного кабеля были непомерно высоки Это была сеть ALOHA, созданная на гавайских островах для обеспечения простого доступа большого количества пользователей с терминалов к центральным вычислительным средствам. Существенной особенностью сети ALOHA является использование для передачи данных широковещательного радиоканала, так что все пользователи "состязаются" друг с другом за доступ к нему.

Пакеты с данными посылаются терминалами в радиоканал в любой момент в широковещательном режиме и принимаются центральной вычислительной системой. Последняя, используя находящуюся в пакете информацию для выявления ошибок, определяет, произошло ли наложение двух или более пакетов. Такой метод доступа, известный под названием Простая ALOHA (Pure ALOHA) неэффективно использует пропускную способность канала и в лучшем случае приводит к загрузке канала менее чем на 20%.

Исследование причин низкого использования пропускной способности канала привело к разработке метода под названием Тактированная ALOHA (Slotted ALOHA), при котором пакетные терминалы не могут совершенно свободно посылать пакеты. Время поделено на такты и каждому терминалу разрешается начать передачу только в начале временного такта. Все терминалы в такой сети синхронизированы главными часами в центральной вычислительной системе. При этом пропускная способность канала составляет около 40%.

Вслед за первым опытом с сетью ALOHA другие группы исследователей начали проявлять интерес к различным методам передачи данных в ограниченной географической области. Наиболее заметной среди них была исследовательская лаборатория фирмы Хегох в ПалоАльто (США). Она заимствовала основную идею сети ALOHA, состоящую в разделении использования общей передающей среды, названной

Ether. В данном случае Ether является сетью, использующей один коаксиальный кабель. Система, которую они разработали, сейчас широко известна как сеть Etherhet. Сеть более детально обсуждается в последующих разделах описания.

Подобно сети ALOHA, сеть Etherhet использует разделяемую передающую среду, но реализует другие алгоритмы доступа к передающей среде, обнаружения и предотвращения наложений (конфликтов) пакетов. Считают, что алгоритмы сети Etherhet обеспечивают более высокую степень ее использования. В лабораторных условиях использование пропускной способности сети достигает 90%.

Сеть Etherhet была не единственной, разработанной в исследовательских институтах в начале 70-х годов. Фирма Haslex в Швейцарии и вычислительная лаборатория Кембриджского университета проводили эксперименты с использованием других подходов. В их разработках все пользователи также разделяли одну передающую среду. В отличие от шинной конфигурации сети Etherhet, к которой все имели одинаковое право доступа в любое время, упомянутые системы использовали кольцевой кабель, а пользователи могли начать передачу данных только после получения соответствующего разрешения.

Последние разработки в области локальных сетей базируются на системах с передачей модулированных сигналов. Эти сети используют метод разделения имеющейся полосы пропускания на отдельные каналы, каждый из которых имеет очень высокую скорость передачи информации и не перекрывается другими каналами. Применение данного метода для локальных сетей впервые осуществила фирма Mitte (США).
^ Основные особенности локальных сетей

Локальная сеть отличается от других сетей площадью, на которой она функционирует, скоростью передачи информации, простотой изменения конфигурации и простотой самой среды передачи.

Локальная сеть может работать только на ограниченной территории. Как правило, это территория одного здания или рабочего участка, а ее протяженность - от нескольких сотен метров до километра.

Скорость передачи данных в больших сетях может меняться от нескольких сотен до нескольких тысяч бит в секунду, а локальные сети способны передавать информацию со скоростью в несколько миллионов бит в секунду.

Многие администраторы систем передачи данных мечтают о возможности подключения нового устройства без необходимости всякий раз прокладывать новые кабели и реализовывать новые протоколы и процедуры в главной ЭВМ. На современном этапе остается спорным вопрос: достаточно ли высоким будет уровень "интеллектуальности" локальных сетей, чтобы удовлетворить этим требованиям? Почти все существующие разработки локальных сетей используют очень простой вид соединения, обычно в виде провода, проложенного по зданию, иногда с повторителями через определенные интервалы.

Такая простая структура соединения является очевидной и привлекательной особенностью локальных сетей. Однако для потенциальных покупателей локальных сетей простота связи и процедур подключения - это только полдела. Пользователю более важно иметь эффективный механизм передачи информации, не требующий знания технических деталей интерфейса с сетью.
^ Определения и основные свойства

Локальная сеть представляет собой систему передачи данных, которая позволяет независимым устройствам взаимодействовать между собой. В этом она ничем не отличается от других сетей передачи данных. Отличительной особенностью локальной сети является ее размещение на ограниченной территории. Это может быть здание учреждения, отдельный этаж учреждения, завод, университетский комплекс и т.д. Число обслуживаемых устройств ограничено, а вся сеть находится под контролем одной организации.

Лучшим описанием локальной сети служит перечисление ее основных особенностей. К ним относятся:

- размещение локальной сети целиком на ограниченной территории;

- соединение в локальной сети независимых устройств;

- обеспечение высокого уровня взаимосвязи устройств сети;

- использование локальной сети для передачи информации обычно в цифровой форме;

- дешевые средства передачи в интерфейсные устройства;

- возможность взаимодействия каждого устройства с любым другим.

Большинство локальных сетей (но не все) передает информацию последовательно по битам, а не параллельными потоками бит. Вышеприведенные особенности относятся не только к сетям, использующим последовательную передачу потоков бит.

Более детально необходимо определить следующие характеристики локальной сети:

- размер сети;

- используемые устройства;

- скорость передачи информации;

- топологию сети;

- физическую среду, используемую для передачи информации;

- используемые протоколы и методы доступа;

- наличие или отсутствие управляющего узла.
^ Типы локальных сетей

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) - это 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.

Вычислительные сети создаются для того, чтобы группа пользователей могла совместно задействовать одни и те же ресурсы: файлы, принтеры, модемы, процессоры и т. п. Каждый компьютер в сети оснащается сетевым адаптером, адаптеры соединяются с помощью сетевых кабелей и тем самым связывают компьютеры в единую сеть. Компьютер, подключенный к вычислительной сети, называется рабочей станцией или сервером, в зависимости от выполняемых им функций. Эффективно эксплуатировать мощности ЛВС позволяет применение технологии «клиент/сервер». В этом случае приложение делится на две части: клиентскую и серверную. Один или несколько наиболее мощных компьютеров сети конфигурируются как серверы приложений: на них выполняются серверные части приложений. Клиентские части выполняются на рабочих станциях; именно на рабочих станциях формируются запросы к серверам приложений и обрабатываются полученные результаты.

Различают сети с одним или несколькими выделенными серверами и сети без выделенных серверов, называемые одноранговыми сетями. Рассмотрим сначала локальные сети с выделенным сервером. В сетях с выделенным сервером именно ресурсы сервера, чаще всего дисковая память (винчестер), доступны всем пользователям. Серверы, разделяемым ресурсом которых является дисковая память, называются файл-серверами. Можно сказать, что сервер обслуживает все рабочие станции. Файловый сервер обычно используется только администратором сети и не предназначен для решения прикладных задач. Поэтому он может быть оснащен недорогим, даже монохромным дисплеем. Однако файловые серверы почти всегда содержат несколько быстродействующих накопителей. Сервер должен быть высоконадежным, поскольку выход его из строя приведет к остановке работы всей сети. На файловом сервере, как правило, устанавливается сетевая операционная система.

На рабочих станциях, как правило, устанавливается обычная операционная система, например, Windows. Рабочая станция - это индивидуальное рабочее место пользователя. Полноправным владельцем всех ресурсов рабочей станции является пользователь. В то же время ресурсы файл-сервера разделяются всеми пользователями. В качестве рабочей станции может использоваться компьютер практически любой конфигурации. Но в конечном счете все зависит от тех приложений, которые этот компьютер используют.

Существует несколько признаков, по которым можно узнать, работает компьютер в составе сети или автономно. Если компьютер является сетевой рабочей станцией, то, во-первых, после его включения появляются соответствующие сообщения, во-вторых, для входа в сеть необходимо пройти процедуру регистрации и, в-третьих, после регистрации в нашем распоряжении оказываются новые дисковые накопители, принадлежащие файловому серверу. Отметим еще одну важную функцию файлового сервера - управление работой сетевого принтера. Сетевой принтер подключается к файл-серверу, но пользоваться им можно с любой рабочей станции. То есть каждый пользователь может отправить на сетевой принтер материалы, предназначенные для печати. Регулировать очередность доступа к сетевому принтер будет файловый сервер.
^ Топологии сетей

Топология сети определяет размещение узлов и соединений между ними. Узлы могут быть соединены в сеть следующими способами.

Звездообразная (радиальная) структура. Организуется центральный узел, к которому или через который посылаются все сообщения (Рис 1).



Рис. 1. Топология звезда

«Звезда» - это топология с явно выделенным центром, к которому подключаются все остальные абоненты. Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким образом ложится очень большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центрального абонента должно быть существенно более сложным, чем оборудование периферийных абонентов. О равноправии абонентов в данном случае говорить не приходится. Как правило, именно центральный компьютер является самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией «звезда» в принципе невозможны, так как управление полностью централизовано, конфликтовать нечему.

Если говорить об устойчивости звезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера никак не отражается на функционировании оставшейся части сети, зато любой отказ центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной. Поэтому должны приниматься специальные меры по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры. Обрыв любого кабеля или короткое замыкание в нем при топологии «звезда» нарушает обмен только с одним компьютером, а все остальные компьютеры могут нормально продолжать работу.

В отличие от шины, в звезде на каждой линии связи находятся только два абонента: центральный и один из периферийных. Чаще всего для их соединения используется две линии связи, каждая из которых передает информацию только в одном направлении. Таким образом, на каждой линии связи имеется только один приемник и один передатчик. Все это существенно упрощает сетевое оборудование по сравнению с шиной и избавляет от необходимости применения дополнительных внешних терминаторов. Проблема затухания сигналов в линии связи также решается в «звезде» проще, чем в «шине», ведь каждый приемник всегда получает сигнал одного уровня.

Серьезный недостаток топологии «звезда» состоит в жестком ограничении количества абонентов. Обычно центральный абонент может обслуживать не более 8-16 периферийных абонентов. Если в этих пределах подключение новых абонентов довольно просто, то при их превышении оно просто невозможно. Правда, иногда в звезде предусматривается возможность наращивания, то есть подключение вместо одного из периферийных абонентов еще одного центрального абонента (в результате получается топология из нескольких соединенных между собой звезд).

Звезда, носит название активной, или истинной, звезды. Существует также топология, называемая пассивной звездой, которая только внешне похожа на звезду. В настоящее время она распространена гораздо больше, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в самой популярной на сегодняшний день сети Ethernet.

В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а концентратор, или хаб (hub), выполняющий ту же функцию, что и репитер. Он восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их в другие линии связи. Хотя схема прокладки кабелей подобна истинной или активной звезде, фактически мы имеем дело с шинной топологией, так как информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем остальным компьютерам, а центрального абонента не существует. Естественно, пассивная звезда получается дороже обычной шины, так как в этом случае обязательно требуется еще и концентратор. Однако она предоставляет целый ряд дополнительных возможностей, связанных с преимуществами звезды. Именно поэтому в последнее время пассивная звезда все больше вытесняет истинную шину, которая считается малоперспективной топологией.

Можно выделить также промежуточный тип топологии между активной и пассивной звездой. В этом случае концентратор не только ретранслирует поступающие на него сигналы, но и производит управление обменом, однако сам в обмене не участвует.

Большое достоинство звезды (как активной, так и пассивной) состоит в том, что все точки подключения собраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности сети путем простого отключения от центра тех или иных абонентов (что невозможно, например, в случае шины), а также ограничивать доступ посторонних лиц к жизненно важным для сети точкам подключения. К каждому периферийному абоненту в случае звезды может подходить как один кабель (по которому идет передача в обоих направлениях), так и два кабеля (каждый из них передает в одном направлении), причем вторая ситуация встречается чаще.

Общим недостатком для всех топологий типа «звезда» является значительно больший, чем при других топологиях, расход кабеля. Например, если компьютеры расположены в одну линию, то при выборе топологии «звезда» понадобится в несколько раз больше кабеля, чем при топологии «шина». Это может существенно повлиять на стоимость всей сети в целом.

^ Кольцевая структура. Все узлы соединяются друг с другом в кольцо, причем ни один из них не может полностью контролировать доступ к сети (Рис. 2).


Рис. 2. Топология кольцо

«Кольцо» — это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов. Важная особенность кольца состоит в том, что каждый компьютер ретранслирует (восстанавливает) приходящий к нему сигнал, то есть выступает в роли репитера, поэтому затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Четко выделенного центра в данном случае нет, все компьютеры могут быть одинаковыми. Однако довольно часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует обмен. Понятно, что наличие такого управляющего абонента снижает надежность сети, так как выход его из строя сразу же парализует весь обмен.

Строго говоря, компьютеры в кольце не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шинной топологии). Одни из них обязательно получают информацию от компьютера, ведущего передачу в данный момент, раньше, а другие - позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на «кольцо». В этих методах право на следующую передачу (или, как еще говорят, на захват сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру.

Подключение новых абонентов в «кольцо» обычно совершенно безболезненно, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае топологии «шина», максимальное количество абонентов в кольце может быть довольно велико (до тысячи и больше). Кольцевая топология обычно является самой устойчивой к перегрузкам, она обеспечивает уверенную работу с самыми большими потоками передаваемой по сети информации, так как в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды).

Так как сигнал в кольце проходит через все компьютеры сети, выход из строя хотя бы одного из них (или же его сетевого оборудования) нарушает работу всей сети в целом. Точно так же любой обрыв или короткое замыкание в любом из кабелей кольца делает работу всей сети невозможной. Кольцо наиболее уязвимо к повреждениям кабеля, поэтому в этой топологии обычно предусматривают прокладку двух (или более) параллельных линий связи, одна из которых находится в резерве.

В то же время крупное преимущество кольца состоит в том, что ретрансляция сигналов каждым абонентом позволяет существенно увеличить размеры всей сети в целом (порой до нескольких десятков километров). Кольцо в этом отношении существенно превосходит любые другие топологии.

Недостатком кольца (по сравнению со звездой) можно считать то, что к каждому компьютеру сети необходимо подвести два кабеля.

Иногда топология «кольцо» выполняется на основе двух кольцевых линий связи, передающих информацию в противоположных направлениях. Цель подобного решения — увеличение (в идеале - вдвое) скорости передачи информации. К тому же при повреждении одного из кабелей сеть может работать с другим кабелем (правда, предельная скорость уменьшится).

^ Шинная структура. Все узлы имеют одну линию связи, но эта линия не замкнута в петлю. Каждый узел использует шину, чтобы связаться с любым другим узлом (Рис. 3).



Рис. 3. Топология шина

Топология «шина» (или, как ее еще называют, «общая шина») самой своей структурой предполагает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов. При таком соединении компьютеры могут передавать только по очереди, так как линия связи единственная. В противном случае передаваемая информация будет искажаться в результате наложения (конфликта, коллизии). Таким образом, в шине реализуется режим полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно).

В топологии «шина» отсутствует центральный абонент, через которого передается вся информация, что увеличивает ее надежность (ведь при отказе любого центра перестает функционировать вся управляемая этим центром система). Добавление новых абонентов в шину довольно просто и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании шины требуется минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другими топологиями. Правда, надо учесть, что к каждому компьютеру (кроме двух крайних) подходит два кабеля, что не всегда удобно.

Так как разрешение возможных конфликтов в данном случае ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента, аппаратура сетевого адаптера при топологии «шина» получается сложнее, чем при других топологиях. Однако из-за широкого распространения сетей с топологией «шина» (Ethernet, Arcnet) стоимость сетевого оборудования получается не слишком высокой.

Шине не страшны отказы отдельных компьютеров, так как все остальные компьютеры сети могут нормально продолжать обмен. Может показаться, что шине не страшен и обрыв кабеля, поскольку в этом случае мы получим две вполне работоспособные шины. Однако из-за особенностей распространения электрических сигналов по длинным линиям связи необходимо предусматривать включение на концах шины специальных согласующих устройств - терминаторов. Без включения терминаторов сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. Так что при разрыве или повреждении кабеля (например, мышами, которые почему-то очень любят грызть кабели сети) нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой. Подробнее о согласовании будет рассказано в специальном разделе книги. Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть. Любой отказ сетевого оборудования в шине очень трудно локализовать, так как все адаптеры включены параллельно, и понять, какой из них вышел из строя, не так-то просто.

При прохождении по линии связи сети с топологией «шина» информационные сигналы ослабляются и никак не восстанавливаются, что накладывает жесткие ограничения на суммарную длину линий связи, кроме того, каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зависимости от расстояния до передающего абонента. Это предъявляет дополнительные требования к приемным узлам сетевого оборудования. Для увеличения длины сети с топологией «шина» часто используют несколько сегментов (каждый из которых представляет собой шину), соединенных между собой с помощью специальных восстановителей сигналов - репитеров, или повторителей

Однако такое наращивание длины сети не может продолжаться бесконечно, так как существуют еще и ограничения, связанные с конечной скоростью распространения сигналов по линиям связи.

^ Петлевая структура. Все узлы соединены друг с другом в кольцо, но один из них управляет остальными и определяет, какой из узлов должен использовать канал связи (Рис 4).



Рис.4. Топология петлевая

Древовидная структура. Узлы связаны друг с другом разветвленным каналом связи. В этом случае в сети нет петель. дерево может быть активным, или истинным (рис. 5), и пассивным (рис. 6).

При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном - концентраторы (хабы).

Могут использоваться различные комбинации вышеперечисленных сетей, например несколько звездообразных сетей, объединенных в кольцо. Важность той или иной топологии обусловливается назначением сети.

Локальные сети обычно создаются для разделения общих ресурсов - ресурсов вычислительных устройств, базовой передающей среды, иногда - коммутационного устройства. Из сетевых топологий, перечисленных выше, звездообразная, кольцевая и шинная наиболее часто встречаются в локальных сетях. Они обеспечивают при малых затратах соединение вычислительных машин и связанных с ними устройств, облегчая одновременное подсоединение новых устройств и отключение существующих.

В звездно-шинной (star-bus) топологии используется комбинация шины и пассивной звезды. В этом случае к концентратору подключаются как отдельные компьютеры, так и целые шинные сегменты, то есть на самом деле реализуется физическая топология «шина», включающая все компьютеры сети. В данной топологии может использоваться и несколько концентраторов, соединенных между собой и образующих так называемую магистральную, опорную шину. К каждому из концентраторов при этом подключаются отдельные компьютеры или шинные сегменты. Таким образом, пользователь получает возможность гибко комбинировать преимущества шинной и звездной топологий, а также легко изменять количество компьютеров, подключенных к сети.

В случае звездно-кольцевой (star-ring) топологии в кольцо объединяются не сами компьютеры, а специальные концентраторы (изображенные на рис. 7 в виде прямоугольников), к которым в свою очередь подключаются компьютеры с помощью звездообразных двойных линий связи. В действительности все компьютеры сети включаются в замкнутое кольцо, так как внутри концентраторов все линии связи образуют замкнутый контур (как показано на рис. 7). Данная топология позволяет комбинировать преимущества звездной и кольцевой топологий. Например, концентраторы позволяют собрать в одно место все точки подключения кабелей сети.

Узлы в сетях шинной и кольцевой топологии имеют общую передающую среду, соединяющую все узлы. Используется только одна линия, и все сообщения, передаваемые между узлами, должны пройти по ней.

В звездообразной сети проблема решается использованием центрального узла, который или обрабатывает все сообщения, посылаемые радиально подключенными устройствами, или действует как устройство выбора маршрута передачи из одного радиального канала в другой.

Петлевая конфигурация сети наиболее часто применяется для управления терминалами, работающими с большой вычислительной машиной. В петлевой структуре совместно используются общий контроллер и соединительный кабель.

В других топологиях отсутствует разделение передающей среды связи между всеми пользователями сети, однако часто топологии проектируются для разделения ресурсов вычислительной системы или дорогого периферийного устройства.

Основные топологии локальных сетей будут рассмотрены более подробно. В соответствующих разделах описания приводятся типичные примеры и детали программного и аппаратного обеспечения, необходимого для работы локальных сетей. Описаны преимущества и недостатки каждой сетевой топологии. Смешанные и полносвязные конфигурации в локальных сетях обычно не используются, поэтому они в дальнейшем не обсуждаются.
^ Сети Ethernet и Fast Ethernet

За время, прошедшее с появления первых локальных сетей, было разработано несколько сотен самых разных сетевых технологий, однако заметное распространение получили всего несколько сетей, что связано прежде всего с поддержкой этих сетей известными фирмами и с высоким уровнем стандартизации принципов их организации. Далеко не всегда стандартные сети имеют рекордные характеристики, обеспечивают наиболее оптимальные режимы обмена, но большие объемы выпуска их аппаратуры и, следовательно, ее невысокая стоимость обеспечивают им огромные преимущества. Немаловажно и то, что производители программных средств также в первую очередь ориентируются на самые распространенные сети. Поэтому пользователь, выбирающий стандартные сети, имеет полную гарантию совместимости аппаратуры и программ.

В настоящее время тенденция уменьшения количества типов используемых сетей все усиливается. Дело в том, что увеличение скорости передачи в локальных сетях до 100 и даже до 1000 Мбит/с требует применения самых передовых технологий, проведения серьезных и дорогих научных исследований. Естественно, это могут позволить себе только крупнейшие фирмы, которые, конечно же, поддерживают свои стандартные сети и их более совершенные разновидности. К тому же большинство потребителей уже установило у себя какие-то сети и вовсе не желает сразу и полностью заменять все сетевое оборудование на другое, пусть даже в чем-то лучшее. Поэтому в ближайшем будущем вряд ли стоит ожидать принятия принципиально новых стандартов.

На рынке имеются стандартные локальные сети всех возможных топологий, так что выбор у пользователей имеется. Стандартные сети обеспечивают большой диапазон допустимых размеров сети, допустимого количества абонентов сети и, что не менее важно, большой диапазон цен на аппаратуру. Но проблема выбора той или иной сети все равно остается непростой. Ведь в отличие от программных средств, заменить которые совсем не трудно, выбранная аппаратура обычно служит многие годы, так как ее замена ведет не только к большим затратам средств, но и к необходимости перекладки кабелей, а то и к пересмотру всей системы компьютерных средств фирмы. Поэтому ошибки в выборе аппаратуры гораздо дороже ошибок в выборе программных средств.

Мы остановимся в данной главе на основных особенностях аппаратуры наиболее популярных локальных сетей, что, как мы надеемся, поможет читателю сделать правильный выбор.

Наибольшее распространение среди стандартных сетей .получила сеть Ethernet. Впервые она появилась в 1972 году (разработчиком выступила известная фирма Xerox). Сеть оказалась довольно удачной, и вследствие этого ее в 1980 году поддержали такие крупнейшие фирмы, как DEC и Intel (объединение этих фирм, поддерживающих Ethernet, назвали DIX по первым буквам их названий). Стараниями этих фирм в 1985 году сеть Ethernet стала международным стандартом, ее приняли крупнейшие международные организации по стандартам: комитет 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) и ЕСМА (European Computer Manufacturers Association).

Стандарт получил название IEEE 802.3 (по-английски читается как «eight oh two dot three»). Он определяет множественный доступ к моноканалу типа «шина» с обнаружением конфликтов и контролем передачи, то есть с уже упоминавшимся методом доступа CSMA/CD. Вообще-то надо сказать, что этому стандарту удовлетворяют и некоторые другие сети, так как он не очень сильно детализирован. В результате сети стандарта IEEE 802.3 нередко несовместимы между собой как по конструктивным, так и по электрическим характеристикам. Основные характеристики стандарта IEEE 802.3 следующие: топология — шина, среда передачи - коаксиальный кабель, скорость передачи - 10 Мбит/с, максимальная длина — 5 км, максимальное количество абонентов — до 1024, длина сегмента сети - до 500 м, количество абонентов на одном сегменте — до 100, метод доступа -CSMA/CD, передача узкополосная, то есть без модуляции (моноканал).

Строго говоря, между стандартами IEEE 802.3 и Ethernet существуют небольшие отличия, но о них обычно предпочитают не вспоминать.

Сеть Ethernet сейчас наиболее популярна в мире (более 70 миллионов абонентов сети в 1996 году, свыше 100 миллионов абонентов в 1997 году, или более 80% рынка), и нет сомнения, что таковой она и останется в ближайшие годы. Этому в немалой степени способствовало то, что с самого начала все характеристики, параметры, протоколы сети были открыты для всех, в результате чего огромное число производителей во всем мире стали выпускать аппаратуру Ethernet, полностью совместимую между собой.

В классической сети Ethernet применяется 50-омный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий). Однако в последнее время (с начала 90-х годов) все большее распространение получает версия Ethernet, использующая в качестве среды передачи витые пары. Определен также стандарт для применения в сети оптоволоконного кабеля. В стандарты были внесены соответствующие добавления. В 1995 году появился стандарт на более быструю версию Ethernet, работающую на скорости 100 Мбит/с (так называемый Fast Ethernet, стандарт IEEE 802.3u), использующую в качестве среды передачи витую пару или оптоволоконный кабель. Появилась и версия на скорость 1000 Мбит/с (Gigabit Ethernet, стандарт IEEE 802.3z).

Помимо стандартной топологии «шина» применяются также топологии типа «пассивная звезда» и «пассивное дерево». При этом предполагается использование репитеров и пассивных (репитерных) концентраторов, соединяющих между собой различные части (сегменты) сети (рис. 5.1). В качестве сегмента может также выступать единичный абонент. Коаксиальный кабель используется для шинных сегментов, а витая пара и оптоволоконный кабель — для лучей пассивной звезды (для присоединения к концентратору одиночных компьютеров). Главное - чтобы в полученной в результате топологии не было замкнутых путей (петель). Фактически получается, что абоненты соединены в физическую шину, так как сигнал от каждого из них распространяется сразу во все стороны и не возвращается назад (как в кольце). Максимальная длина кабеля всей сети в целом (максимальный путь сигнала) теоретически может достигать 6,5 км, но практически не превышает 2,5 км.

В сети Fast Ethernet не предусмотрена физическая топология «шина», используется только «пассивная звезда» или «пассивное дерево». К тому же в Fast Ethernet гораздо более жесткие требования к предельной длине сети. Ведь при увеличении в 10 раз скорости передачи и сохранении формата пакета его минимальная длина становится в десять раз короче (5,12 икс против 51,2 мкс в Ethernet). Допустимая величина двойного времени прохождения сигнала по сети уменьшается в 10 раз.

Рис. 8. Топология сети Ethernet

Для передачи информации в сети Ethernet применяется стандартный код Манчестер-П. При этом один уровень сигнала нулевой, а другой - отрицательный, то есть постоянная составляющая сигнала не равна нулю. При отсутствии передачи потенциал в сети нулевой. Гальваническая развязка осуществляется аппаратурой адаптеров, репитеров и концентраторов. При этом приемопередатчик сети гальванически развязан от остальной аппаратуры с помощью трансформаторов и изолированного источника питания, а с кабелем сети соединен напрямую.

Доступ к сети Ethernet осуществляется по случайному методу CSMA/ CD, обеспечивающему полное равноправие абонентов. В сети используются пакеты переменной длины со структурой, представленной на рис. 9. Длина кадра Ethernet (то есть пакета без преамбулы) должна быть не менее 512 битовых интервалов, или 51,2 мкс (именно такова предельная величина двойного времени прохождения в сети). Предусмотрена индивидуальная, групповая и широковещательная адресация.

В пакет Ethernet входят следующие поля:

  • Преамбула состоит из 8 байт, первые семь из которых представляют собой код 10101010, а последний восьмой — код 10101011. В стандарте IEEE 802.3 этот последний байт называется признаком начала кадра (SFD - Start of Frame Delimiter) и образует отдельное поле пакета.

  • Адрес получателя (приемника) и адрес отправителя (передатчика) включают по 6 байт и строятся по стандарту, описанному в разделе 3.2. Эти адресные поля обрабатываются аппаратурой абонентов.

  • Поле управления (L/T - Length/Type) содержит информацию о длине поля данных. Оно может также определять тип используемого протокола. Принято считать, что если значение этого поля не больше 1500, то оно определяет длину поля данных. Если же его значение больше 1500, то оно определяет тип кадра. Поле управления обрабатывается программно.

  • Поле данных должно включать в себя от 46 до 1500 байт данных. Если пакет должен содержать менее 46 байт данных, то поле данных дополняется байтами заполнения. Согласно стандарту IEEE 802.3, в структуре пакета выделяется специальное поле заполнения (pad data - незначащие данные), которое может иметь нулевую длину, когда данных достаточно (больше 46 байт).

  • Поле контрольной суммы (FCS — Frame Check Sequence) содержит 32-разрядную циклическую контрольную сумму пакета (CRC) и служит для проверки правильности передачи пакета.

Таким образом, минимальная длина кадра (пакета без преамбулы) составляет 64 байта (512 бит). Именно эта величина определяет максимально допустимую двойную задержку распространения сигнала по сети в 512 битовых интервалов (51,2 мкс для Ethernet, 5,12 мкс для Fast Ethernet). Стандарт предполагает, что преамбула может уменьшаться при прохождении пакета через различные сетевые устройства, поэтому она не учитывается. Максимальная длина кадра равна 1518 байтам (12144 бита, то есть 1214,4 мкс для Ethernet, 121,44 мкс для Fast Ethernet). Это важно для выбора размера буферной памяти сетевого оборудования и для оценки общей загруженности сети.

Для сети Ethernet, работающей на скорости 10 Мбит/с, стандарт определяет четыре основных типа среды передачи информации:

  • 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель);

  • 10 BASE2 (тонкий коаксиальный кабель);

  • 1OBASE-T (витая пара);

  • 10BASE-FL (оптоволоконный кабель).

Обозначение среды передачи включает в себя три элемента: цифра «10» означает скорость передачи 10 Мбит/с, слово BASE означает передачу в основной полосе частот (то есть без модуляции высокочастотного сигнала), а последний элемент означает допустимую длину сегмента: «5» — 500 метров, «2» - 200 метров (точнее, 185 метров) или тип линии связи: «Т» -витая пара (от английского «twisted-pair»), «F» - оптоволоконный кабель (от английского «fiber optic»).

Точно так же для сети Ethernet, работающей на скорости 100 Мбит/с (Fast Ethernet) стандарт определяет три типа среды передачи:

  • 100BASE-T4 (счетверенная витая пара);

  • 100BASE-TX (сдвоенная витая пара);

  • 100BASE-FX (оптоволоконный кабель).

Здесь цифра «100» означает скорость передачи 100 Мбит/с, буква «Т» означает витую пару, буква «F» — оптоволоконный кабель. Типы 1OOBASE-ТХ и 100BASE-FX иногда объединяют под именем 100BASE-X, а 100BASE-T4 и 100BASE-TX - под именем 100BASE-T.

Подробнее особенности аппаратуры Ethernet, а также алгоритма управления обменом CSMA/CD и алгоритма вычисления циклической контрольной суммы (CRC) будут рассмотрены далее в специальных разделах книги. Здесь же мы только отметим, что сеть Ethernet не отличается ни рекордными характеристиками, ни оптимальными алгоритмами, она уступает по ряду параметров другим стандартным сетям. Но благодаря мощной поддержке, высочайшему уровню стандартизации, огромным объемам выпуска технических средств, Ethernet резко выделяется среди других стандартных сетей, и поэтому любую другую сетевую технологию принято сравнивать именно с Ethernet.
Заключение

Локальные сети получили быстрое развитие за короткое время. Однако следует иметь в виду, что методы и средства, используемые при их создании, по всей видимости, долго не будут меняться, так как они в течение многих лет исследовались в научных лабораториях. В дальнейшем область применения локальных сетей будет расширяться. Кроме того, получит распространение сервис, который локальные сети предоставляют пользователю. Этот вопрос коротко рассмотрен в разделе "Достижения и перспективы".

В описании рассмотрен особый класс методов и средств, которые можно использовать для объединения вычислительных машин и связанных с ними устройств. Вычислительные машины могут быть самых разных типов, начиная от микропроцессоров, встроенных, на пример, в печатающее устройство, до супер-ЭВМ. Совокупность этих методов и средств называется локальными вычислительными сетями (ЛВС). Их отличает от других вычислительных сетей то, что они всегда размещаются на ограниченной территории и обычно имеют соединяющий кабель длиной до нескольких километров. Кроме того, при построении не используются средства и возможности национальных сетей передачи данных. Небольшое расстояние, а также отсутствие ограничений, налагаемых организациями, в ведении которых находятся национальные средства электросвязи, дают возможность передавать данные в ЛВС со скоростями, значительно превышающими скорость передачи данных в национальных сетях.

В описании изучаются средства обеспечения взаимодействия в локальной среде указанного типа. Хотя наиболее важной областью применения локальных сетей в настоящее время является передача цифровых данных, некоторые методы могут быть распространены на на передачу речевой, текстовой и видеоинформации, что, например, позволяет объединить многие формы учрежденческой связи в рамках одной сети. Локальные сети начали использоваться с середины 70-х годов. В результате падения цен на электронные компоненты и расширения возможностей терминальных устройств, используемых в вычислительных системах, количество различного вычислительного оборудования, установленного в учреждениях, школах, университетах, на заводах и т.п., возросло. Средства вычислительной техники стали более значимы благодаря возможности взаимодействия этих средств друг с другом, доступа к специальным службам и устройствам, одновременного разделения вычислительных ресурсов. Так, обладатели относительно дешевых "интеллектуальных" устройств, основанных на микропроцессорах, начали поиски таких недешевых методов их соединения между собой. Это стало возможным с появлением локальных сетей, хотя чаще всего они разрабатывались для других целей. В результате локальные сети с успехом стали применяться для решения этих новых задач.

По размерам и структуре локальные сети занимают промежуточное положение между обычными сетями передачи данных и аппаратурой, применяемой для соединения между собой вычислительных устройств, расположенных в одной комнате. Средства, используемые для локальных сетей, заимствованы от обоих классов систем, но в конечном счете локальные сети отличаются от них. Различные решения, используемые при создании локальных сетей на данном этапе, позволяют выделить их как отдельный класс вычислительных сетей. В противном случае локальные сети могли бы рассматриваться в книге, посвященной широкому кругу вопросов взаимодействия вычислительных машин. В действительности существующие средства и реализации локальных сетей требуют их независимого рассмотрения.

Предполагается, что пользователь имеет основные понятия о методах взаимодействия вычислительных машин, хотя детальных знаний в этой области ему и не потребуется. Описание использования обычных вычислительных машин и развития терминалов, рабочих станций и оборудования для учреждений помогут лучше разобраться в принципах построения локальных сетей. Метод пакетной коммутации является основополагающим для большинства современных локальных сетей, а также для многих общедоступных сетей передачи данных. Подробное обсуждение метода пакетной коммутации выходит за рамки описания, хотя конкретная адаптация данного метода для локальных сетей обсуждается достаточно детально; подобным же образом рассматриваются различные методы доступа и передачи данных. Более широкое применение пакетной коммутации, особенно в общедоступных сетях передачи данных, излагается в соответствующих книгах, на которые при необходимости делаются ссылки в тексте.


Скачать файл (331.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации