29. Сетевая архитектура. Физическая и логическая топология
Топология – конфигурация связей.
Под физической топологией понимается конфигурация физических связей между отдельными компонентами ЛВС.
Логическая топология – конфигурация информационных потоков между различными узлами сети.
Каждая физическая топология стремится поддержать ее логическую топологию.
Не всегда логическая и физическая топологии совпадают.
Виды топологий
Полносвязная топология
Используется в многопроцессорных системах. Каждый узел соединен с другим напрямую.
Достоинства:
простота установления связи между узлами.
Недостатки:
нет возможности расширения, т.к на каждом узле должен быть дополнительный свободный порт для связи.
Звезда
Существует один мощный центральный узел, который имеет возможность к расширению, а вокруг него может располагаться любое число узлов, у которых существует только один порт.
Достоинства:
быстрота связи;
надежность обеспечивается центральным узлом; если не работает один из остальных узлов, то это не влияет на остальных;
логическая топология полностью определяется физической топологией.
Недостатки:
высокие требования к центральному узлу.
Кольцо
Для связи с сетью каждый из узлов должен иметь как минимум 2 порта, один – на вход, другой – на выход.
Достоинства:
большая территориальная протяженность, каждый узел является ретраслятором сигнала;
большая скорость передачи, но также существуют большие задержки;
если сеть работоспособна, то сигнал всегда доходит до узла назначения.
Недостатки:
выход из строя одного узла ведет к нарушению работы всей сети, поэтому существует вторая связь в обратную сторону.
Общая шина
Все узлы соединены на равных основаниях. Самая распространенная топология, к ней относятся 80% сетей.
Достоинства:
простота;
дешевизна;
простота расширения.
Недостатки:
очень медленная связь.
Иерархическая топология
Узлы соединены между собой в виде дерева. Каждый нижележащий узел зависит от вышележащего. Используется в задачах управленческой связи.
30. Сети Ethernet. Сетевые карты
Ethernet – самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, работающих по протоколу Ethernet в настоящее время, оценивается в несколько миллионов.
Существует множество модификаций технологии Ethernet, различающихся в основном на физическом уровне.
В зависимости от типа физической среды Ethernet может быть:
Широкополосный коаксиальный кабель - 10BASE-5
Тонкий Ethernet – 10BASE-2.
Стандарт, описывающий способы передачи по витой паре – 10BASE-T.
Волоконно-оптический кабель – 10BASE-F.
В узком смысле Ethernet – это сетевой стандарт, основанный на экспериментальной сети Ethernet Nework, разработанной в 1957 году компанией Xerox.
Ethernet II (Ethernet DIX) – версия Ethernet для сети, построенной на основе коаксиального кабеля (DEC, Intel, Xerox - 1980). На его основе разработан стандарт IEEE 802.3, имеющий небольшие отличия.
Fast Ethernet (1995) – дополнительный раздел к стандарту 802.3 (802.3u).
Gigabit Ethernet (1998) – дополнительный раздел к стандарту 802.3 (802.3z).
Для передачи двоичной информации по кабелю для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet, обеспечивающих пропускную способность 10 Мбит/с используется манчестерский код. В более скоростных версиях Ethernet применяются более эффективные в отношении полосы пропускания избыточные логические коды.
На уровне управления доступом к среде (MAC-уровень), Ethernet характеризуется методом CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов).
Топология физической среды – общая шина.
Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) вместе со своим драйвером реализует второй, канальный уровень модели открытых систем в конечном узле сети – компьютере. Более точно, в сетевой операционной системе пара адаптер и драйвер выполняет только функции физического и MAC-уровней, в то время как LLC-уровень обычно реализуется модулем операционной системы, единым для всех драйверов и сетевых адаптеров. Например, в ОС Windows NT уровень LLC реализуется в модуле NDIS.
Сетевой адаптер совместно с драйвером выполняют две операции: передачу и прием кадра.
Передача кадра из компьютера в кабель состоит из перечисленных ниже этапов:
Прием данных LLC через межуровневый интерфейс вместе с адресной информацией MAC-уровня.
Оформление кадра данных MAC-уровня, в который инкапсулируется кадр LLC (с отброшенными флагами 01111110). Заполнение адресов назначения и источника, вычисление контрольной суммы.
Выдача сигналов в кабель в соответствии с принятым линейным кодом – манчестерским, NRZI, MLT-3 и т.д.
Прием кадра из кабеля в компьютер включает следующие действия.
Прием из кабеля сигналов, кодирующих битовый поток.
Выделение сигналов на фоне шума.
Проверка контрольной суммы кадра. Если она неверна, то кадр отбрасывается, а через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC передается соответствующий код ошибки. Если контрольная сумма верна, то из MAC-кадра извлекается кадр LLC и передается через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC. Кадр LLC помещается в буфер оперативной памяти.
Обычно сетевые адаптеры делятся на адаптеры для клиентских компьютеров и адаптеры для серверов.
В адаптерах для клиентских компьютеров большая часть работы перекладывается на драйвер, тем самым адаптер оказывается проще и дешевле. Недостатком такого подхода является высокая степень загрузки ЦП.
Адаптеры для серверов обычно снабжаются собственными процессорами, которые самостоятельно выполняют большую часть работы по передаче кадров из оперативной памяти в сеть и в обратном направлении.
В зависимости от того, какой протокол реализует адаптер, адаптеры делятся на Ethernet-адаптеры, Token Ring-адаптеры, FDDI-адаптеры и т.д.
Многие адаптеры Ethernet сегодня поддерживают две скорости работы и имеют в своем названии приставку 10/100.
В современные сетевые адаптеры обязательно входит интегральная схема ASIC, выполняющая функции MAC-уровня, а также большое количество высокоуровневых функций (поддержка агента удаленного мониторинга RMON, схема приоретизации кадров, функции дистанционного управления компьютером и т.д.). В серверных вариантах адаптеров почти обязательно наличие мощного процессора, разгружающего центральный процессор.
Лидером в области адаптеров Ethernet считается фирма 3Com.