Характеристика и особенности локальных компьютерных сетей

• Сложная локализация неисправностей;
• С добавлением новых рабочих станций падает производительность сети.

Второй тип локальных сетей — это звездообразные локальные сети. «Звезда» - это тип соединения с явно выделенным центром, к которому подключаются все остальные абоненты. Весь обмен информацией идет исключительно через центральное устройство, которое осуществляет все управление обменом в сети, и через который идет вся информация в сети. В этом сила и слабость такой топологии. Любое жесткое централизованное управление (не только в сетях) по своей сути без конфликтов (все выполняют команды единого центра), но нарушения в работе центра приводят к выходу из строя всей системы. Данная сеть не будет работать при любой неисправности центрального абонента. Поэтому центральный компьютер должен быть гораздо надежнее (а значит, и дороже) всех остальных. К тому же центральный компьютер будет сильно загружен работой с сетью и не сможет заниматься другими задачами. Зато сеть с такой конфигурацией мало чувствительна к выходу из строя соединительного кабеля. Разрыв кабеля в любом месте всегда нарушает связь только с одним абонентом, вся остальная сеть остается работоспособной. Что касается сложности аппаратуры сетевых адаптеров, то очевидно, что один адаптер (центральный) должен быть очень сложным, остальные (периферийные) — довольно простые.

В отличие от шины, в «звезде» на каждой линии связи находятся только два абонента. 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.

Достоинства:

• Выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;

• Хорошая масштабируемость сети;
• Лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;
• Высокая производительность сети;
• Гибкие возможности администрирования.

Недостатки:

• Выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети в целом;
• Для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;
• Конечное число рабочих станций, т.е. число рабочих станций ограничено количеством портов в центральном концентраторе;

Одна из наиболее распространённых топологий, поскольку проста в обслуживании. В основном используется в сетях, где носителем выступает кабель витая пара.

Третий тип локальной сети – кольцевая сеть, где 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.

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. Наиболее широкое применение получила в оптоволоконных сетях.

Достоинства:

• Простота установки;
• Практически полное отсутствие дополнительного оборудования;

• Возможность работы на высоких скоростях, поскольку данные передаются только в одном направлении.

Недостатки:

• Выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети;

• Сложность конфигурирования и настройки;
• Сложность поиска неисправностей.

Четвертым типом локальной сети является полносвязная топология. Она соединяет каждую рабочую станцию сети со всеми другими рабочими станциями этой же сети. Отправитель сообщения по очереди соединяется с узлами сети, пока не найдёт нужный, который примет у него пакеты данных.

Достоинства

• надёжность, при обрыве кабеля у компьютера в сети остаётся достаточно путей соединения.

Недостатки

• большая стоимость установки;
• сложность настройки и эксплуатации;

В проводных сетях данная топология используется редко, поскольку из-за преизбыточного расхода кабеля становится слишком дорогой. Однако, в беспроводных технологиях сети на основе ячеистой технологии встречаются всё чаще, поскольку затраты на сетевой носитель не увеличиваются и на первый план выходит надёжность сети.

Типы построения сетей

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 компании, как DEC и Intel (объединение этих компаний назвали DIX по первым буквам их названий). Их стараниями в 1985 году сеть Ethernet стала международным стандартом, ее приняли крупнейшие международные организации по стандартам: комитет 802 IEEE и ECMA (European Computer Manufacturers Association).

Стандарт получил название IEEE 802.3. Он определяет два режима работы:

• полудуплексный (half duplex), в котором используется множественный доступ к моноканалу типа шина с обнаружением конфликтов и контролем передачи – метод доступа CSMA/CD – в любой момент времени абонент сети может выполнять либо прием, либо передачу данных, но не обе эти задачи

• полнодуплексный (full duplex) - в любой момент времени абонент сети может одновременно выполнять прием и передачу данных.

Этому стандарту удовлетворяли и некоторые другие сети, так как уровень его детализации невысок. В результате сети стандарта IEEE 802.3 нередко были несовместимы между собой как по конструктивным, так и по электрическим характеристикам. Однако в последнее время стандарт IEEE 802.3 считается стандартом именно сети Ethernet.

Основные характеристики первоначального стандарта IEEE 802.3:

• топология – шина

• среда передачи – коаксиальный кабель

• скорость передачи – 10 Мбит/с

• максимальная длина сети – 5 км

• максимальное количество абонентов – до 1024

• длина сегмента сети – до 500 м

• количество абонентов на одном сегменте – до 100

• метод доступа – CSMA/CD

Сеть Ethernet сейчас наиболее популярна в мире (более 90% рынка), предположительно таковой она и останется в ближайшие годы. Этому в немалой степени способствовало то, что с самого начала характеристики, параметры, протоколы сети были открыты, в результате чего огромное число производителей во всем мире стали выпускать аппаратуру Ethernet, полностью совместимую между собой.

Следует отметить, 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 выгодно выделяется среди других стандартных сетей, и поэтому любую другую сетевую технологию принято сравнивать именно с Ethernet.

В 1995 году появился дополнительный 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. В 1997 году появилась и версия на скорость 1000 Мбит/с (Gigabit Ethernet, стандарты IEEE 802.3z и 802.3ab), а в 2002 году появилась версия на скорость 10 Гбит/с (10G Ethernet, стандарты IEEE 802.3ae и 802.3an).

Развитие технологии Ethernet идет по пути все большего отхода от первоначального стандарта. Применение новых сред передачи и коммутаторов позволяет существенно увеличить размер сети. Отказ от старого способа кодирования (в сети Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) обеспечивает увеличение скорости передачи данных и снижение требований к кабелю. Отказ от метода управления CSMA/CD (при полнодуплексном режиме обмена) дает возможность резко повысить эффективность работы и снять ограничения с длины сети. Тем не менее, все новые разновидности сети также называются сетью Ethernet.

Сеть Token-Ring

Сеть Token-Ring (маркерное кольцо) была предложена компанией IBM в 1985 году (первый вариант появился в 1980 году). Она предназначалась для объединения в сеть всех типов компьютеров, выпускаемых IBM. Token-Ring является в настоящее время международным стандартом IEEE 802.5 (хотя между Token-Ring и IEEE 802.5 есть незначительные отличия).

Разрабатывалась Token-Ring как надежная альтернатива Ethernet, но сейчас Ethernet вытеснил все остальные сети, и Token-Ring можно считать безнадежно устаревшей. Уже в 1999 году большинством производителей оборудования было прекращено производство новых устройств для сетей Token-Ring

Сеть Token-Ring имеет топологию кольцо, хотя внешне она больше напоминает звезду. Это связано с тем, что отдельные абоненты (компьютеры) присоединяются к сети не напрямую, а через специальные концентраторы или многостанционные устройства доступа (MSAU или MAU – Multistation Access Unit). Физически сеть образует звездно-кольцевую топологию. В действительности же абоненты объединяются все-таки в кольцо, то есть каждый из них передает информацию одному соседнему абоненту, а принимает информацию от другого.

Для каждого абонента в составе концентратора применяется специальный блок подключения к магистрали (TCU – Trunk Coupling Unit), который обеспечивает автоматическое включение абонента в кольцо, если он подключен к концентратору и исправен. Если абонент отключается от концентратора или же он неисправен, то блок TCU автоматически восстанавливает целостность кольца без участия данного абонента.

Основные технические характеристики классического варианта сети Token-Ring:

• максимальное количество концентраторов типа IBM 8228 MAU – 12;

• максимальное количество абонентов в сети – 96;

• максимальная длина кабеля между абонентом и концентратором – 45 метров;

• максимальная длина кабеля между концентраторами – 45 метров;

• максимальная длина кабеля, соединяющего все концентраторы – 120 метров;

• скорость передачи данных – 4 Мбит/с и 16 Мбит/с.

Сеть Token-Ring в классическом варианте уступает сети Ethernet как по допустимому размеру, так и по максимальному количеству абонентов. Также по сравнению с аппаратурой Ethernet аппаратура Token-Ring заметно дороже, так как используется более сложный метод управления обменом. По скорости передачи – хотя и имеются версии Token-Ring на скорость 100 Мбит/с (High Speed Token-Ring, HSTR) и на 1000 Мбит/с (Gigabit Token-Ring), однако еще в 1999 году все производители оборудования, изначально поддержавшие эту инициативу, отказались от нее.

Сеть Arcnet

Сеть Arcnet (или ARCnet от английского Attached Resource Computer Net, компьютерная сеть соединенных ресурсов) – это одна из старейших сетей. Она была разработана компанией Datapoint Corporation еще в 1977 году. Международные стандарты на эту сеть отсутствуют, хотя именно она считается родоначальницей метода маркерного доступа. Несмотря на отсутствие стандартов, сеть Arcnet до недавнего времени (в 1980 – 1990 г.г.) пользовалась популярностью, даже серьезно конкурировала с Ethernet. Большое количество компаний (например, Datapoint, Standard Microsystems, Xircom и др.) производили аппаратуру для сети этого типа. Но сейчас производство аппаратуры Arcnet практически прекращено.

Среди основных достоинств сети Arcnet по сравнению с Ethernet можно назвать ограниченную величину времени доступа, высокую надежность связи, простоту диагностики, а также сравнительно низкую стоимость адаптеров. К наиболее существенным недостаткам сети относятся низкая скорость передачи информации (2,5 Мбит/с), система адресации и формат пакета.

В качестве среды передачи в сети используется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 93 Ом, к примеру, марки RG-62A/U. Варианты с витой парой (экранированной и неэкранированной) не получили широкого распространения. Были предложены и варианты на оптоволоконном кабеле, но и они также не спасли Arcnet.

Основные технические характеристики сети Arcnet следующие.

• Среда передачи – коаксиальный кабель, витая пара.

• Максимальная длина сети – 6 километров.

• Максимальная длина кабеля от абонента до пассивного концентратора – 30 метров.

• Максимальная длина кабеля от абонента до активного концентратора – 600 метров.

• Максимальная длина кабеля между активным и пассивным концентраторами – 30 метров.

• Максимальная длина кабеля между активными концентраторами – 600 метров.