Учебники Онлайн


§ 2 Классификация компьютерных сетей

На сегодняшний день известны и достаточно распространены следующие виды конфигурации связи между отдельными рабочими станциями локальных вычислительных сетей, именуемых топологией сети:

топология сети с единой шиной (bus network);

кольцевая топология сети (ring network);

звездообразная топология сети (star network);

гибридная топология сети;

очаговая топология сети

Топология локальной вычислительной сети с единственной шиной - это конфигурация компьютерной сети, в которой все узлы (рабочие станции) подключены к основной линии связи (шины). Характерной особенностью ро. Оботе такой сети является то, что каждая рабочая станция самостоятельно следит за работой линии связи, регистрируя абсолютно все сообщения, проходящие по сети, но принимает к обработке только адресованные бы езпосередньо данной рабочей станции. Поскольку шинная топология базируется на общей магистрали данных, отключение одного из узлов не нарушает общего ритма и технологию работы. Чтобы избежать проблем при попытке двух или более узлов сети одновременно воспользоваться линией связи, в сетях с подобной топологией применяется специальный механизм выявления и разрешения конфликтов передачи данных (collis ion detection). Этот процесс выполняется на каждом узле компьютерной сети. Он отслеживает состояние линии связи для определения момента возникновения конфликта, когда два или более узла пытаются вести пер едачу данных одновременно. При возникновении конфликта вовлечены в него узлы ожидают в течение определенного интервала времени, а затем возобновляют попытку передачи даны даних.

Кольцевая топология локальной вычислительной сети - это конфигурация компьютерной сети, в которой все узлы сети соединены в замкнутый контур (кольцо). Сообщение в кольцевой сети проходят в одно м направлении от узла к узлу. Каждый узел сети проверяет адрес пункта назначения, содержащегося в сообщении. Если адрес совпадает с адресом данного узла, то сообщение принимается, если нет - узел регенерирует сигнал и направляет уведомление к следующему узлу сети по кругу. Данный способ передачи сетевых сообщений позволяет охватить кольцевой сетью значительном расстояниитані.

Звездообразная топология локальной вычислительной сети - это конфигурация компьютерной сети, в которой каждый узел сети соединен с центральным компьютером отдельной линией связи, образуя подибнис во лучей звезды. Сообщения в звездообразной сети проходят непосредственно от узла к центральному компьютеру (hub - концентратор), который производит дальнейший маршрут передачи сообщения безпосер едньо адресату. Надежность такой конфигурации сети достигается тем, что каждый узел сети практически не влияет на всю сеть при выходе из строя. Однако выход из строя центрального компьютера приводит к остановке всей сетиежі.

Гибридная топология локальной вычислительной сети - это одна из наиболее сложных конфигураций компьютерных сетей, объединяющая в своем составе различные топологии в виде сложной комбинации разнообразных них сетевых коммуникационных и программных систем. Взаимодействие всех типов сетей при таком подходе к построению общей топологии осуществляется путем использования дополнительного оборудования - маршрутизаторов которые организуют корректную работу различных сетевых технологий в едином комплексі.

Очаговая топология локальной вычислительной сети - это наиболее устойчивая относительно отказов топология сети, при которой каждая рабочая станция сети непосредственно соединяется со всеми другими станциями. Стой йкисть такой сети обеспечивается за счет того, что передача данных от одного узла сети к другому может осуществляться как непосредственно, так и через другие узлы сети, что существенно повышает общую надежность сети. Однако сети с подобной топологией очень дорогие и требуют огромных финансовых и производственных затрат при монтаже. Поэтому применение такой топологии должно быть оправданно высокие мы требованиями к надежности всей сетейежі.

Еще одним существенным элементом общей классификации современных компьютерных сетей является так называемая архитектура сети. На сегодняшний день широкую известность получили такие типы сетевой архитектуры:

Ethernet;

Token Ring;

ARCnet;

FDDI;

CDDI;

ATM;

100VG - AnyLAN;

lOOBaseX

Рассмотрим представлены сетевые архитектуры несколько подробнее, поскольку без понимания способов организации передачи данных в локальных вычислительных сетях невозможно говорить о понимании элементарных х принципов их построения и использования.

Архитектура Ethernet - это технология передачи данных в компьютерных сетях, разработанная компанией Xerox Corporation в 1976 году. На сегодняшний день, несмотря на свой возраст, данная архитектура наиболее п распространяются при построении сравнительно небольших локальных вычислительных сетей благодаря низкой стоимости и приемлемой производительности. Скорость передачи данных в сетях Ethernet достигает 10. Мбит в секду.

Сеть Ethernet использует шинную топологию сети и основана на использовании в качестве метода управления доступом нескольких сетевых устройств к одному кабеля протокол в CSMA / CD Ethernet (Carrier Sense M Multiple Access with Collision Detection - множественный доступ с обнаружением носителя и разрешением конфликтов.

Во время работы Ethernet с протоколом CSMA / CD каждый узел сети"прослушивает"канал связи, перед тем как передать что-нибудь по сети. Если линия связи занята другим сетевым устройством, то в ней пр рисутний специальное сигнал, свидетельствующий о занятости кабеля. Узел сети может передать свой кадр информации в сеть, только если она не занята другими узлами только кабель освобождается я, узел передает в сеть свой кадр и"прослушивает"кабель для выявления возможных конфликтов с другими узлами, которые передают свою информацию. Если при передаче кадра возникает столкновение кадров, то оба узлы, вовлеченные в конфликт, прекращают передачу информации, ожидая течение некоторого случайного интервала времени, после чего возобновляют попытку передачи информации в сетирежу.

Каждый информационный пакет Ethernet включает помимо прочей информации адрес узла-получателя, однако при использовании метода CSMA / CD каждый узел сети Ethernet обязательно самостоятельно проверяет все ин рмацийни пакеты, проходящие через него. Если данный пакет не предназначен для этого узла, он передается следующему. Если узел сети обнаружил пакет, адресованный ему, то выполняется такая последовательность ь действий по приему и обработке полученного информационного пакетаа:

проверяется целостность полученного пакета;

проверяется длина пакета, она не должна превышать 1500 бит;

проверяется циклический избыточный код;

проверяется, не является пакет очень коротким, меньше 64 байт;

пакет передается для дальнейшей обработки

Подобная организация приема / передачи информации полностью оправдывает себя в небольших по масштабу и количеству подключенных рабочих станций локальных вычислительных сетях. С ростом размера сети и соответственно возрастает и количество столкновений информационных пакетов в линии связи, что неизбежно приводит к падению производительности сетейі.

зависимости от физической среды передачи данных используется в настоящее время, различают несколько разновидностей сетевой архитектуры Ethernet: Ethernet 10Base2, Ethernet 10Base5 и Ethernet lOBaseT

Архитектура Ethernet 10Base2 - наиболее простая из представленных разновидностей. Узлы локальной вычислительной сети соединяются коаксиальным кабелем RG58A / U диаметром 5 мм в виде общей шины. Подключ ния рабочих станций осуществляется с помощью специальных соединителей (connector) непосредственно к передающего кабелиля.

Архитектура Ethernet 10Base5 - это разновидность Ethernet, подобно lOBase2, основан на шинной топологии, но как физическая среда передачи информации используется коаксиальный кабель RG8 или RG1 11. Диаметр 10 мм. Подключение рабочих станций к передающей кабеля осуществляется через специальные ответвления (Attachment Unit Interface,. АШ - кабель интерфейсного модуля) и с помощью специальног в зажиме - (Medium Attachment Unit, MAU модуль подключения к среде или трансивер).

Архитектура Ethernet 10BaseT - это разновидность Ethernet не имеет общей шины передачи данных. Соединение узлов сети осуществляется через специальное устройство - концентратор, поэтому для построения сетей на базе с Ethernet 10BaseT применяется звездообразная топологийя.

Архитектура Token Ring - это технология передачи данных в компьютерных сетях, разработанная компанией IBM. Данная технология использует кольцевую топологию компьютерной сети и основанная на так называемом ма аркерному протоколе передачи даных.

Передача данных в сетях Token Ring осуществляется в строгом порядке и основана на циркуляции внутри кольца, образованного физическими каналами связи с подключенными к ним рабочими станциями специальное ного 24-битного информационного пакета - маркера качестве среды передачи данных используются неэкранированная витая пара (UTP) и экранированная витая пара (STP). Скорость передачи данных в сетях Token-Ring м оже достигать зависимости от типа линий связи от 4 до 16. Мбит в секунду. Хотя данная сеть базируется на кольцевой топологии, она использует звездообразные рабочие группы, присоединенные к специализированному конц ентратора линий (MSAU - Multi Access Unit), который в свою очередь подключен к основного кольца сети. При организации сети на основе маркерного протокола передачи данных как средство регулирования потока др. формации используется маркер, дающий право на передачу данных и переходит от одной станции к следующей по физическому кольцу. Если станция имеет какую-либо информацию для передачи, она"захватывает"м аркер, обозначает его как используемый, и передает свою информацию"Занят"маркер и сообщения, передаваемого движутся по кольцу и копируются адресату, после чего возвращаются отв. Равники. Отправитель удаляет добавлено сообщение и передает маркер, освободившийся на следующую станцию ??по линиио лінії.

Отличительной чертой сетей, построенных по архитектуре Token Ring, является их высокая стоимость и сложность, что компенсируется высокой отказоустойчивостью. Это достигается тем, что сетевые адаптеры Token Ring имеют встроенные средства контроля и управления сетью, что существенно уменьшает вероятность полного отказа сетейі.

Архитектура ARCnet - это технология передачи данных в локальной вычислительной сети, которая разработана компанией Datapoint Corporation в 1977 году. Сеть ARCnet может быть организована и по топологии с общей шиной и по звездообразной топологией, но по сути это сеть с передачей маркера, работающий со скоростью 2,5. Мбит в секунду. Данная технология не получила распространения по целому ряду причин, среди как их основными можно считатьи:

низкую скорость передачи данных;

отсутствие стандарта, регламентирующего работу сети;

рост популярности и снижение цен на другую сетевую архитектуру, в частности Ethernet

Локальная вычислительная сеть ARCnet использует так называемую эстафетную технологию передачи маркера от одной рабочей станции сети к другой", обходя узлы в порядке возрастания их сетевых адресов. При получении маркера каждый узел сети регенерирует его подобно тому, как это происходит в сети с кольцевой топологиейлогією.

Бурное развитие в последние годы новых средств коммуникаций и сетевых информационных технологий обусловило появление различных высокоскоростной архитектуры сетей. Наличие большого количества территориально ро озьеднаних локальных вычислительных сетей, использующих в своей работе различную сетевую архитектуру и протоколы передачи данных, требует эффективного метода их объединения. Такое объединение имеет бы удуватися не только через специализированные программно-аппаратные мосты и маршрутизаторы, но и путем организации так называемой базовой сети работающий с гораздо большей скоростью и производительностью, ни же отдельные под сетейжі.

На сегодня для организации сетей наивысшей производительности используется сетевая архитектура:

FDDI (Fiber Optic Distributed Data Interface - оптоволоконный интерфейс передачи данных) - 100. Мбит / с;

CDDI (Copper Distributed Data Interface - ведущий интерфейс передачи данных) - 100. Мбит / с;

Ethernet 100. Мбит / с;

• ATM (Asynchronous Transfer Method - асинхронный метод передачи) - до 622. Мбит / с

Оптоволоконная сеть FDDI и ее аналог для неэкранированных и экранированных витых пар CDDI близкие по стандарту к сетям с передачей маркера, но с некоторыми существенными отличиями. Сети FDDI / CDDI исполь стовують два кольца передачи данных для повышения устойчивости сети к отказам. Повышенная устойчивость является существенным преимуществом таких сетей, но, кроме этого, локальные вычислительные сети, построенные на основе стандарта FDDI, могут иметь длину до 200 км и иметь в своем составе до 1000 узлеів.

Для передачи данных используется оптоволоконный кабель как физическая среда, где носителем данных выступает не электрический ток, а световые импульсы линии связи, не подвержены влиянию электромагнитных х полей, которые часто создают значительные препятствия в канале связи.

Архитектура сетей. А. ТМ была разработана комитетом. ССИТТ (Consultative Committee for International Telegraph and Telephone) в 1991 году. Сегодня ATM - это мощная и гибкая технология, обеспечивающая висок кошвидкисний связь и предназначена для наиболее оптимальной обработки данных и голосовых сообщенийь.

В отличие от традиционной сетевой архитектуры, которая передает информационные пакеты достаточно большого размера, ATM использует при передаче данных маленькие блоки данных - до 10 байт. Благодаря малым размерам и информационных блоков становится возможной их передача по различных носителях. Поэтому технологию ATM можно использовать для создания как локальных вычислительных сетей, так и глобальных сетей. Сегодня архитектуру сетей ATM можно рассматривать как архитектуру сетей майбутньогого.

При рассмотрении различных технологий построения локальных вычислительных сетей неоднократно упоминались стандарты IEEE. Поэтому было бы целесообразно остановиться на данных стандартах более детально, поскольку в дальнейшем их к придется вспоминать еще не раз.

Архитектура Ethernet 100. Мбит / с - это технология многократного повышения производительности сетей Ethernet, основана на применении двух независимых архитектур:

100VG-AnyLAN - архитектура Ethernet 100. Мбит / с, предложенная Hewlett Packard и IBM;

lOOBaseX (Fast Ethernet) - архитектура Ethernet 100. Мбит / с, представлена ??Grand Junction Networks

Архитектура lOOVG-AnyLAN основана на принципиально новом протоколе передачи данных, который был предложен вместо протокола CSMA / CD и называется Demand Priority. Данный протокол, в отличие от своего п предшественника, где каждый узел сети самостоятельно определяет, в какое именно время ему необходимо посылать данные, основная нагрузка по разграничению использования среды передачи данных переводит на спец ьный соединительный модуль. Кроме этого, при использовании архитектуры 100VG-AnyLAN значительно увеличивается пропускная способность соединительного кабеля за счет использования четырех пар проводов витой пары и для передачи даныих.

Архитектура lOOBaseX (Fast Ethernet) очень похожа на стандартную архитектуру Ethernet с протоколом CSMA / CD. Увеличение пропускной способности сети достигается путем распределения нагрузки на линии пер редачи данных в сети с помощью специального оборудования Ethernet-коммутаторев.

Сравнительные характеристики различной архитектуры компьютерных сетей приведены в табл 1

Для обеспечения работы оборудования, выпускаемого различными фирма-ми-производителями, жизненно необходимые наборы специальных правил, стандартов, регламентирующих способы взаимодействия различных компонентов в компьютерного аппаратного и программного обеспечения.

Разработкой таких стандартов занимается ряд авторитетных международных организаций, среди которых наиболее известными являются:

ССИТТ (Consultative Committee for International Telegraph and Telephone) - одна из наиболее известных международных организаций в области связи, которой были разработаны такие стандарты, как ATM, серия стандарт тов для передачи данных с помощью модемов (V24, V32, V42,. Х25)5);

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) - крупнейший в мире разработчик стандартов для локальных вычислительных сетей, который занимается разработкой стандартов серии IEEE 802;

ISO (International Organization for Standardization) - организация, занимающаяся разработкой стандартов в самых разных отраслях, наиболее известная разработкой модели сетевых коммуникаций ISO / OSI

Аббревиатура OSI расшифровывается как Open System Interconnection - соединения открытых систем. Модель ISO / OSI предлагает разработчикам набор правил, которых они должны придерживаться в своей работе. Модель ISO / OS SI определяет необходимые области совместимости, разбивая их на легко управляемые группы. В рамках данной модели стандартизируются уровне обслуживания и типы взаимодействия компьютеров, которые обмениваются информацией июня ез коммуникационную сеть. Модель ISO / OSI разделяет коммуникации компьютер - компьютер на семь уровней, каждый из которых основан на стандартах, содержащихся в уровне ниже данный (см. табл 2) низкий ре вень модели относится только к связям аппаратных средств; высокие уровни имеют дело с взаимодействиями прикладного программного обеспеченияпечення.

Если модель ISO / OSI регламентирует набор правил и руководящих указаний разработчикам программного и аппаратного обеспечения для систем коммуникационного взаимодействия, то для более строгой регламентации конкретной a архитектуры компьютерных сетей были разработаны специальные стандарты сетей. Разработкой таких стандартов занимается IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) -. Институт инженеров по электрот ехникы и радиоэлектроники. В настоящее время в структуре данного института существует целый ряд комитетов, которые формируют стандарты для компьютерных сетей (см. табл 3. 3).