Базовые технологии локальных сетей

Базовые технологии локальных сетей 

 

1.5.2. Методы  обмена данными в локальных  сетях 

 

 Для управления  обменом (управления доступом  к сети, арбитражу сети) используются  различные методы, особенности которых  в значительной степени зависят  от  топологии сети.

 

 Существует  несколько групп методов доступа,  основанных на временном разделении  канала:

централизованные  и децентрализованные

детерминированные и случайные

 

 Централизованный  доступ управляется из центра  управления сетью, например от  сервера. Децентрализованный метод  доступа функционирует на основе  протоколов без управляющих воздействий  со стороны центра.

 

 Детерминированный  доступ обеспечивает каждой рабочей  станции гарантированное время  доступа (например, время доступа  по расписанию) к среде передачи  данных. Случайный доступ основан  на равноправности всех станций  сети и их возможности в  любой момент обратиться к  среде с целью передачи данных.

 

Централизованный  доступ к моноканалу

 В сетях  с централизованным доступом  используются два способа доступа:  метод опроса и метод передачи  полномочий. Эти методы используются  в сетях с явно выраженным  центром управления.

 

 Метод  опроса.

 Обмен  данными в ЛВС с топологией  звезда с активным центром  (центральным сервером). При данной  топологии все станции могут  решить передавать информацию  серверу одновременно. Центральный  сервер может производить обмен  только с одной рабочей станцией. Поэтому в любой момент надо  выделить только одну станцию,  ведущую передачу.

 

 Центральный  сервер посылает запросы по  очереди всем станциям. Каждая  рабочая станция, которая хочет  передавать  данные (первая из  опрошенных), посылает ответ или  же сразу начинает передачу. После  окончания сеанса передачи центральный  сервер продолжает опрос по  кругу. Станции, в данном случае, имеют следующие приоритеты: максимальный  приоритет у той из них, которая  ближе расположена к последней  станции, закончившей обмен.

 

 Обмен  данными в сети с топологией  шина. В этой топологии, возможно, такое же централизованное управление, как и в “звезде”. Один из  узлов (центральный) посылает  всем остальным запросы, выясняя,  кто хочет передавать, и затем  разрешает передачу тому из  них, кто после окончания передачи  сообщает об этом.

 

 

Метод передачи полномочий (передача маркера)

 Маркер - служебный пакет определенного  формата, в который клиенты  могут помещать свои информационные  пакеты. Последовательность передачи  маркера по сети от одной  рабочей станции к другой задается  сервером. Рабочая станция получает  полномочия на доступ к среде  передачи данных при получении  специального пакета-маркера. Данный  метод доступа для сетей с  шинной и звездной топологией  обеспечиваетcя протоколом ArcNet.

 

Децентрализованный  доступ к моноканалу

 Рассмотрим  децентрализованный детерминированный  и случайный методы доступа  к среде передачи данных.

 К децентрализованному  детерминированному методу относится  метод передачи маркера. Метод  передачи маркера использует  пакет, называемый маркером. Маркер - это не имеющий адреса, свободно  циркулирующий по сети пакет,  он может быть свободным или  занятым.

 

 

Обмен данными  в сети с топологией кольцо (децентрализованный детерминированный метод доступа)

1. В данной  сети применяется метод доступа  “передача маркера”.  Алгоритм  передачи следующий:

 а) узел, желающий передать, ждет свободный  маркер, получив который помечает  его как занятый (изменяет соответствующие  биты),  добавляет к нему свой  пакет и результат отправляет  дальше в кольцо;

 б) каждый  узел, получивший такой маркер, принимает  его, проверяет, ему ли адресован  пакет;

 в) если  пакет адресован этому узлу, то  узел устанавливает в маркере  специально выделенный бит подтверждения  и отправляет измененный маркер  с пакетом дальше;

 г) передававший  узел получает обратно свою  посылку, прошедшую через все  кольцо, освобождает маркер (помечает  его как свободный) и снова  посылает маркер в сеть. При  этом передававший узел знает,  была ли получена его посылка  или нет.

 

 Для нормального  функционирования данной сети  необходимо, чтобы один из компьютеров  или специальное устройство следило  за тем, чтобы маркер не потерялся,  а в случае пропажи маркера  данный компьютер должен создать  его и запустить в сеть.

 

Обмен данными  в сети с топологией шина  (децентрализованный случайный метод доступа)

 

В этом случае все узлы имеют равный доступ к  сети и решение, когда можно передавать, принимается каждым узлом на месте, исходя из анализа состояния сети. Возникает конкуренция между узлами за захват сети, и, следовательно, возможны конфликты между ними, а также искажения передаваемых данных из-за наложения пакетов.

 

 Рассмотрим  наиболее часто применяющийся  метод множественного доступа  с контролем несущей и обнаружением коллизий (столкновений) (CSMA/CD). Суть алгоритма в следующем:

1) узел, желающий  передавать информацию, следит за  состоянием сети, и как только  она освободится, то начинает  передачу;

2) узел передает  данные и одновременно контролирует  состояние сети (контролем несущей  и обнаружением коллизий).  Если  столкновений не обнаружилось, передача  доводится до конца;

3) если столкновение  обнаружено, то узел усиливает  его (передает еще некоторое  время) для гарантии обнаружения  всеми передающими узлами, а затем  прекращает передачу. Также поступают  и другие передававшие узлы;

4) после  прекращения неудачной попытки  узел выдерживает случайно выбираемый  промежуток времени tзад, а затем повторяет свою попытку передать, при этом контролируя столкновения.

 

 При повторном  столкновении tзад  увеличивается. В конечном счете, один из узлов опережает другие узлы и успешно передает данные. Метод CSMA/CD часто называют методом состязаний. Этот метод для сетей с шиной топологией реализуется протоколом Ethernet.

 

 

 

 

 

Сетевые технологии локальных сетей

 

 

 В локальных  сетях, как правило, используется  разделяемая среда передачи данных (моноканал) и основная роль  отводится протоколами физического  и канального уровней, так как  эти уровни в наибольшей степени  отражают специфику локальных  сетей.

 

 Сетевая  технология – это согласованный  набор стандартных протоколов  и реализующих их программно-аппаратных  средств, достаточный для построения  локальной вычислительной сети. Сетевые технологии называют  базовыми технологиями или сетевыми  архитектурами локальных сетей.

 

 Сетевая  технология или архитектура определяет  топологию и метод доступа  к среде передачи данных, кабельную  систему или среду передачи  данных, формат сетевых кадров  тип кодирования сигналов, скорость  передачи в локальной сети. В  современных локальных вычислительных сетях широкое распространение получили такие технологии или сетевые архитектуры, как: Ethernet, Token-Ring, ArcNet, FDDI.

 

Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.3/Ethernet

 В настоящее  время эта сетевая технология  наиболее популярна в мире. Популярность  обеспечивается простыми, надежными  и недорогими технологиями. В  классической локальной сети  Ethernet применяется стандартный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий).

 

 Однако  все большее распространение  получила версия Ethernet, использующая в качестве среды передачи витые пары, так как монтаж и обслуживание их гораздо проще. В локальных сетях Ethernet применяются топологии типа “шина” и типа “пассивная звезда”, а метод доступа CSMA/CD.

 

 Стандарт IEEE802.3 в зависимости от типа  среды передачи данных имеет  модификации:

10BASE5 (толстый  коаксиальный кабель) - обеспечивает  скорость передачи данных 10 Мбит/с  и длину сегмента до 500м;

10BASE2 (тонкий  коаксиальный кабель) - обеспечивает  скорость передачи данных 10 Мбит/с  и длину сегмента до 200м;;

10BASE-T (неэкранированная  витая пара) - позволяет создавать  сеть по звездной топологии.  Расстояние от концентратора  до конечного узла до 100м. Общее  количество узлов не должно  превышать 1024;

10BASE-F (оптоволоконный  кабель) - позволяет создавать сеть  по звездной топологии. Расстояние  от концентратора до конечного  узла до 2000м.

 

 В развитие  сетевой технологии Ethernet созданы высокоскоростные варианты: IEEE802.3u/Fast Ethernet и IEEE802.3z/Gigabit Ethernet. Основная топология, которая используется в локальных сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, пассивная звезда.

 

 Сетевая  технология Fast Ethernet обеспечивает скорость передачи 100 Мбит/с и имеет три модификации:

100BASE-T4 - используется  неэкранированная витая пара (счетверенная  витая пара). Расстояние от концентратора  до конечного узла до 100м;

100BASE-TX - используются  две витые пары (неэкранированная  и экранированная). Расстояние от  концентратора до конечного узла  до 100м;  

100BASE-FX - используется  оптоволоконный кабель (два волокна  в кабеле). Расстояние от концентратора  до конечного узла до 2000м; .

 

 

Сетевая технология локальных сетей Gigabit Ethernet – обеспечивает скорость передачи 1000 Мбит/с. Существуют следующие модификации стандарта:

1000BASE-SX –  применяется оптоволоконный кабель  с длиной волны светового сигнала  850 нм.

1000BASE-LX –  используется оптоволоконный кабель  с длиной волны светового сигнала  1300 нм.

1000BASE-CX –  используется экранированная витая  пара.

1000BASE-T –  применяется счетверенная неэкранированная  витая пара.

 

 Локальные  сети Fast Ethernet и Gigabit Ethernet совместимы с локальными сетями, выполненными по  технологии (стандарту) Ethernet, поэтому легко и просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в единую вычислительную сеть.

 

Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.5/Token-Ring

 Сеть  Token-Ring предполагает использование разделяемой среды передачи данных, которая образуется объединением всех узлов в кольцо. Сеть Token-Ring имеет звездно-кольцевую топологию (основная кольцевая и звездная дополнительная топология). Для доступа к среде передачи данных используется маркерный метод (детерминированный маркерный метод). Стандарт поддерживает витую пару (экранированную и неэкранированную) и оптоволоконный кабель. Максимальное число узлов на кольце - 260, максимальная длина кольца - 4000 м. Скорость передачи данных до 16 Мбит/с.

 

Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.4/ArcNet

 В качестве  топологии локальная сеть ArcNet использует “шину” и “пассивную звезду”. Поддерживает экранированную и неэкранированную витую пару и оптоволоконный кабель. В сети ArcNet для доступа к среде передачи данных используется метод передачи полномочий. Локальная сеть ArcNet - это одна из старейших сетей и пользовалась большой популярностью. Среди основных достоинств локальной сети ArcNet можно назвать высокую надежность, низкую стоимость адаптеров и гибкость. Основным недостаткам сети является низкая скорость передачи информации (2,5 Мбит/с). Максимальное количество абонентов - 255. Максимальная длина сети - 6000 метров.

 

Сетевые технологии локальных сети FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

FDDI– стандартизованная  спецификация для сетевой архитектуры  высокоскоростной передачи данных  по оптоволоконным линиям. Скорость  передачи – 100 Мбит/с. Эта технология во многом базируется на архитектуре Token-Ring и используется детерминированный маркерный доступ к среде передачи данных. Максимальная протяженность кольца сети – 100 км. Максимальное количество абонентов сети – 500. Сеть FDDI - это очень высоконадежная сеть, которая создается на основе двух оптоволоконных колец, образующих основной и резервный пути передачи данных между узлами.

Сравнение технологий и определение конфигурации

 

 На данной  страничке представлены сравнительные  характеристики наиболее распространенных  технологий ЛВС.

Характеристики FDDI Ethernet Token Ring  ArcNet

Скорость  передачи  100 Мбит/с  10 (100) Мбит/с  16 Мбит/с  2,5 Мбит/с

Топология кольцо шина кольцо/звезда шина, звезда

Среда передачи  оптоволокно, витая пара коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно  витая пара, оптоволокно  коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно

Метод доступа  маркер CSMA/CD маркер маркер

Максимальная  протяженность сети  100 км  2500 м  4000 м  6000 м

Максимальное  количество узлов  500 1024 260 255

Максимальное  расстояние между узлами  2 км  2500 м  100 м  600 м

 

 

Определение конфигурации сетей 

 Перед  проектированием ЛВС необходимо  определить цели создания сети, особенности ее организационного  и технического использования:

1. Какие  проблемы предполагается решать  при использовании ЛВС?

2. Какие  задачи планируется решать в  будущем?

3. Кто будет  выполнять техническую поддержку  и обслуживание ЛВС?

4. Нужен  ли доступ из ЛВС к глобальной сети?

5. Какие  требования предъявляются к секретности  и безопасности информации?

 Необходимо  учитывать и другие проблемы, которые влияют на цели создания  сетей и особенности ее организационного  и технического использования.

 

 При построении  сети конфигурация сети определяется  требованиями, предъявляемыми к  ней, а также финансовыми возможностями  компании и базируется на существующих  технологиях и на принятых  во всем мире стандартах построения  ЛВС. 

 

 Исходя  из требований, в каждом отдельном  случае выбирается топология  сети, кабельная структура, протоколы  и методы передачи данных, способы  организации взаимодействия устройств,  сетевая операционная система.

 

 Эффективность  функционирования ЛВС определяется  параметрами, выбранными при конфигурировании  сети: