Характеристика и особенности локальных компьютерных сетей

Маршрутизаторы локальных сетей (коммутаторы 3-го уровня) предназначены для разделения крупных локальных сетей на подсети. Основное требование, предъявляемое к ним - высокая скорость маршрутизации. Технологии локальных сетей высокоскоростные, поэтому в таких устройствах отсутствуют низкоскоростные модемные порты.

Коммутаторы

Широкому применению коммутаторов, способствовало то обстоятельство, что внедрение технологии коммутации не требует замены установленного в сетях оборудования - сетевых адаптеров, концентраторов, кабельной системы. Каждый из портов коммутатора обслуживается отдельным процессором. В случае сети Ethernet - ЕРР (Ethernet Packet Processor). Для 8 портов матрица может обеспечить 8 одновременных внутренних каналов при полудуплексном режиме работы портов и 16 при полнодуплексном, когда передатчик и приемник каждого порта работают независимо друг от друга. Этим объясняется основной прирост производительности при использовании коммутатора. Кроме того, коммутатор может дополнительно повысить скорость обработки данных за счет специальных режимов работы. Всего используются три режима:

• Cut-trough (другое название этого режима on-the-fly), обработка кадров «на лету» - кадр транслируется на приемный порт коммутатора, как только прочитан адрес назначения (первые 14 байт). Максимально быстрая обработка кадров;
• Store-and-Forward - выполняется буферизация кадра, проверяется контрольная сумма и кадр транслируется по назначению только если он не поврежден. Самый медленный режим работы;
• Fragment Free - компромиссный режим работы, в котором буферизуется заголовок кадра (первые 64 байт), благодаря этому большинство ошибочных кадров могут быть отфильтрованы, после чего выполняется его направление по адресу назначения.

Кадры, поступающие на каждый порт, могут обрабатываться на скорости, максимальной для технологии, поддерживаемой коммутатором. Но наличие нескольких портов может привести к ситуации, когда на один из них будут поступать кадры от двух или более других портов, создавая более интенсивный поток данных, чем предусмотрено используемой технологией. Коммутаторы, способные обрабатывать поток данных на своих портах с той же скоростью, с какой они поступают, называются неблокирующими (non-blocking).

Коммутаторы первого поколения строились на центральном процессоре общего назначения, связанном с интерфейсными портами по внутренней скоростной шине. Такие устройства не обеспечивают необходимой скорости обработки данных и в настоящее время не используются. Современные коммутаторы используют в качестве базовой одну из трех схем, на которой строится такой узел обмена:

• коммутационная матрица;
• разделяемая многовходовая память;
• общая шина.

Наибольшее распространение получили коммутаторы на основе коммутационной матрицы, работающей по принципу коммутации каналов. Основные достоинства таких матриц - высокая скорость коммутации и регулярная структура, которую удобно реализовывать в интегральных микросхемах.

Известным недостатком этой технологии является отсутствие буферизации данных внутри коммутационной матрицы.

В коммутаторах с общей шиной процессоры портов связывают высокоскоростной шиной, используемой в режиме разделения времени. Чтобы шина не блокировала работу коммутатора, ее производительность должна равняться по крайней мере сумме производительности всех портов коммутатора. Кадр передается по шине небольшими частями, по нескольку байт, чтобы передача кадров между несколькими портами происходила в псевдопараллельном режиме, не внося задержек в передачу кадра в целом. Шина, так же как и коммутационная матрица, не может осуществлять промежуточную буферизацию, но так как данные кадра разбиваются на небольшие ячейки, то задержек с начальным ожиданием доступности выходного порта в такой схеме нет.

В коммутаторах с разделяемой памятью входные порты (точнее процессоры, ими управляющие) соединяются с переключаемым входом разделяемой памяти, а выходные - с переключаемым выходом этой памяти. Переключением входа и выхода разделяемой памяти управляет менеджер очередей выходных портов. В разделяемой памяти менеджер организует несколько очередей данных, по одной для каждого выходного порта. Входные порты передают менеджеру портов запросы на запись данных в очередь того порта, который соответствует адресу назначения пакета. Менеджер по очереди подключает вход памяти к одному из входных блоков процессоров и тот переписывает часть данных кадра в очередь определенного выходного порта. По мере заполнения очередей менеджер производит также поочередное подключение выхода разделяемой памяти к выходным блокам процессоров портов, и данные из очереди переписываются в выходной буфер процессора.

Применение общей буферной памяти, гибко распределяемой менеджером между отдельными портами, снижает требования к размеру буферной памяти порта.

У каждой из описанных архитектур есть свои преимущества и недостатки, поэтому часто в сложных коммутаторах эти архитектуры применяются в комбинации друг с другом.

Заключение

На сегодняшний день разработка и внедрение ЛКС является одной из самых интересных и важных задач в области информационных технологий. Все больше возрастает необходимость в контроле информации в режиме реального времени, постоянно растет трафик сетей всех уровней. В связи с этим появляются новые технологии передачи информации в ЛКС. Постоянно возникает необходимость модернизации существующих сетей.

Сетевые технологии очень быстро развиваются, в связи с чем они начинают выделяться в отдельную информационную отрасль. Ученые прогнозируют, что ближайшим достижением этой отрасли будет полное вытеснение других средств передачи информации (телевидение, радио, печать, телефон и т.д.). На смену этим «устаревшим» технологиям придет компьютер, он будет подключен к некоему глобальному потоку информации, возможно даже это будет Internet, и из этого потока можно будет получить любую информацию в любом представлении. Хотя нельзя утверждать, что все будет именно так, поскольку сетевые технологии, как и сама информатика - самые молодые науки, а все молодое - очень непредсказуемо.

 

 

Глоссарий

№ п/п	Понятие	Определение
1.	Сетевая топология	способ описания конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств.
2.	Сетевой адаптер	периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети.
3.	Сетевой концентратор	устройство для объединения компьютеров в сеть Ethernet c применением кабельной инфраструктуры типа витая пара.
4.	Сетевой коммутатор	устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети.
5.	Сетевой мост	сетевое устройство, предназначенное для объединения сегментов (подсети) компьютерной сети в единую сеть.
6.	Аппаратные средства	электронные и механические части вычислительного устройства, входящие в состав системы или сети, исключая программное обеспечение и данные (информацию, которую вычислительная система хранит и обрабатывает).
7.	Абонент сети	1. Пользователь, имеющий доступ к  ресурсам сети ЭВМ или к  компьютерной связи. 2. Терминал, компьютер  или рабочая станция, подключенные  к вычислительной сети или сети компьютерной связи.
8.	Рабочая станция	комплекс аппаратных и программных средств, предназначенных для решения определённого круга задач.
9.	Витая пара	вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой.
10.	Коаксиальный кабель	электрический кабель, состоящий из расположенных соосно центрального проводника и экрана. Обычно служит для передачи высокочастотных сигналов.

 

Список использованных источников

1	Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. СПб.: Питер. 2001
2	Столлингс В. Современные компьютерные сети. СПб.: Питер. 2003
3	Основы сетевых технологий : учеб. пособие для нач. проф. образования / С.В.Киселев, И.Л.Киселев. — М. : Издательский центр «Академия», 2008
4	Сети ЭВМ: протоколы стандарты, интерфейсы. Ю. Блэк; перев. с англ. - М.: Мир, 1990
5	Основы сетевых технологий: Учеб пособие. А.В Горячев, Н.Е. Новакова, А. В. Нисковский, С.В. Полехин., СПб.: Изд-во СПбГЭТУ«ЛЭТИ», 2000
6	Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы: Учебно-методический комплекс. Пятибратов А.П., Гудыно Л.П., Кириченко А.А. – М.: Изд. центр ЕАОИ. 2009
7	Ю. В. Новиков, С. В. Кондратенко, Основы локальных сетей, Интернет - Ун-т Информ. Технологий, 2007
8	Wikipedia – Свободная энциклопедия [Электронный ресурс] - http://ru.wikipedia.org
9	С.И.Казаков, Основы сетевых технологий. Санкт-Петербург: «БХВ-Петербург», 2006
10	Герасименко В.Г., Нестеровский И.П., Пентюхов В.В. и др. Вычислительные сети: Учебное пособие/ Герасименко В.Г., Нестеровский И.П., Пентюхов В.В. и др. – Воронеж: ВГТУ, 2005
11	Курносов А.П.  Практикум по информатике/Под ред. Курносова А.П. Воронеж: ВГАУ, 2001

 

Приложения

1