Основные проблемы построения сетей
1 Проблемы физической передачи данных по линиям связи.
Внешние линии гораздо большей протяженности, чем внутренние, поэтому необходимо решать проблему помехозащищенности линий, которые могут быть решены с помощью кабельных систем (путем использования специальных экранированных кабелей), с помощью методов кодирования (потенциально – импульсный способ кодирования), сокращение количества жил в кабельных системах (путем использования последовательных методов передач).
2 Проблема синхронизации.
Решается либо специальными синхроимпульсами, либо передачей специальной последовательности байт.
3 Проблема искажения кадров.
Кроме всего прочего решается программными средствами. Для этого в кадр включается специальный элемент сигнал квитанция, в котором передается, рассчитанная по специальному алгоритму, контрольная сумма кадров.
4 Проблема объединения нескольких компьютеров.
Топология физических связей. Под ней понимается конфигурация графов, вершинами которого являются хосты или сетевое оборудование, а ребрами – физические связи между ними. То есть конфигурация физических связей определяется электрическим соединением.
Логическая топология. Представляет собой маршрут передачи данных между узлами. И образуется путем настройки соответствующего коммуникационного оборудования.
Основные типы топологий
Полно-связная топология. Преимущества: логическая простота. Недостатки: громоздкость и неэффективность. В основном реализуется для надежного межмашинного обмена, при очень маленьком количестве хостов.
Ячеистая топология. Связывает только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен. Данная топология характерна для глобальных систем.
Общая шина. Является самой экономичной топологией. Снижает стоимость проводки, монтажных работ до чрезвычайно низких значений. Но есть один недостаток: легко повреждаемые соединения. А также низкая пропускная способность.
Топология «Звезда». Все хосты подключаются к общему концентратору. Более того концентратор может выполнять некоторые интеллектуальные функции. Недостатки: количество хостов, ограничивается количеством разъемов на концентраторе. Более высокая стоимость оборудования.
Кольцевая топология. Недостатки: необходимо обеспечивать возможность функционирования сети при выходе одного хоста из строя, или повреждения сегмента сети.
Наличие определенной сетевой топологии характерно только для небольших локальных сетей. Более того это еще и экономически целесообразно. Во-первых, обеспечивается структуризация сети, во-вторых снижается стоимость.
Структуризация как средство построения больших сетей
В сетях с небольшим количеством хостов, как правило, используется одна типовая топология. Такая однородная структура сети делает простой процедуру наращивания хостов, а так же обслуживание.
При построении больших сетей, использование однородных структур связи, из преимущества превращается в недостатки, важнейшим из которых является ограничение связи на длину между узлами, а так же ограничение на количество узлов в сети, и ограничение на интенсивность трафика. Для снятия этих ограничений используются специальные методы структуризации сети и специальное структура-образующее оборудование: повторители, коммутаторы, мосты, маршрутизаторы.
Физическая структуризация: позволяет увеличивать расстояние между узлами сети и повысить надежность передачи данных.
Логическая структуризация: позволяет решить проблему перераспределения трафика.
Вставить лекцию
Типы кабельных систем:
BNC (расстояние 180м), UTP (100м), Оптоволокно (2 типа: с одним лучом и многолучевой), Двухжильный кабель (телефонный).
Технология Token Ring (стандарт 802.5). Данную технологию характеризует разделяемая среда передачи данных, которая соединяет все станции в сети по логической топологии «Кольцо». Для передачи данных используется детерминированный метод доступа, основанный на передачи станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером (тукеном).
Разработана кампанией IBM, скорость передачи 4-16 М\бит.
Для контроля сети одна из станций выполняет роль активного монитора. При инициализации сети происходит назначение активного монитора по максимальному MAC адресу. При выходе активного монитора из строя, сеть автоматически назначает новый активный монитор. Активный монитор генерирует каждые три секунды специальный кадр, подтверждая свою работоспособность. При отсутствии этого кадра более 7ми секунд, начинается процедура выбора активного монитора. Для соединения компьютера в сеть используется так называемый активный концентратор. Он выполняет функции регенерации сигнала.
Маркерный метод доступа к разделяемой среде
В сетях с маркерным методом доступа право на доступ к среде передается циклически от станции к станции. Две соседние станции называются активными соседями. Получив маркер, станция анализирует его и, при отсутствии у нее данных для передачи, обеспечивает его продвижение к следующей станции. Получив маркер, станция получает право доступа к физической среде и передает свои данные. Для этого в кольцо посылается кадр установленного формата. Все станции кольца ретранслируют кадр побитно как повторители. Если кадр проходит через станцию назначения, то распознав свой адрес, эта станция копирует кадр в свой буфер и выставляет в среду признак подтверждения приема. Станция, выдавшая кадр, при обратном его получении изымает этот кадр и передает в сеть новый маркер для обеспечения возможности другим станциям передавать данные. Время владения разделяемой средой ограничено. После истечения времени, станция должна освободить среду. В интервал передачи она может передать несколько пакетов. Для увеличения производительности используется алгоритм раннего освобождения маркера. Согласно которому станция не дожидается возврата подтверждения, а сразу после передачи последнего бита передает возможность использования среды следующей станции. Таким образом, по кольцу могут перемещаться кадры сразу нескольких станций, что существенно повышает производительность. Но генерировать кадры может только одна станция. Для улучшения функционирования такой сети, в этом стандарте каждому кадру присваивается приоритет, в зависимости от важности: от 0 до 7 (высший приоритет). Соответственно, станция имеет право захватить переданный ей маркер только в том случаем, если приоритет кадра, который она хочет передать выше или равен приоритету маркера.
Технология FDDI
Это первая технология локальных сетей, в которой в качестве инструмента передачи данных использует оптоволокно. Скорость - 100м\бит, диаметр сети - 100км.
Данная технология использует маркерный метод доступа, но имеет высокую отказоустойчивость, так как сеть строится на базе двух оптоволоконных колец, которые образует основной и резервный пути передачи данных. При нормальном режиме работы используется только первичное кольцо. В случае его повреждения, первичное кольцо объединяется с вторичным, образуя таким образом вновь единое кольцо. Такой режим работы называется Wrapping.
Также в этой технологии отсутствует режим приоритета кадров, но используется механизм раннего вхождения кадров.
Также отличие этой технологии от Token Ring, в том, что в управлении кольцом принимает участие каждый узел сети.
Fast Ethernet и 100VG AnyLAN
Fast Ethernet - Начало разработки 92й год. Совместимость с Ethernet предшествующей версией, при этом производительность повышается до 100 мегабит.
100VG – отказ от совместимости с предшествующей технологией, разработка нового метода доступа Demand Priority.
Стандарт Fast Ethernet 802.3e, а 100VG 802.12.
100VG поддерживает кадры двух форматов.
Физический уровень Fast Ethernet – отказ от коаксиального кабеля, использование витой пары и оптоволокна. Формат кадра отличается от 10 мегабитного Ethernet’а. Максимальная длина сегмента – 100 метров.
Особенности технологии 100VG AnyLan: кадры передаются не всем станциям, а только станциям назначения. Поддерживаются кадры двух технологий. Данные передаются одновременно по 4м парам. Метод Demand Priority основан на передачи концентратору функций арбитра. Концентратор циклически выполняет опрос портов. Станция, желающая передать пакет, посылает специальный низкочастотный сигнал концентратору, запрашивая передачу кадра и указывая его приоритет. Используется два уровня приоритетов: высокий и низкий. Низкий уровень соответствует обычным данным, а высокий приоритет соответствует данным чувствительным к временным задержкам, например, мультимедиа. Приоритеты запросов имеют статическую и динамическую составляющую. То есть станция с низким уровнем приоритета, долго не имеющая доступа к сети, получает низкий приоритет. Станции, подключенные к концентраторам различного уровня иерархий, не имеют преимуществ по доступу к разделяемой среде, так как решение предоставления доступа принимается после проведения опроса всеми концентраторами всех своих портов.
Высокоскоростная технология Gigabit Ethernet
Старт проекта 1996 год. Комитет 802.3z. Этот альянс поддержали Cisco, 3COM.
Основная идея разработчиков этого стандарта состоит в максимальном сохранении идей классического Ethernet’а, при достижении скорости 1000 мегабит. Этого добились за счет снижения качества обслуживания, отказа от избыточной связи и отказ от тестирования работоспособности узлов для оборудования. Сохраняется поддержка форматов кадров предыдущих технологий и соответственно метод доступа. Поддерживаются существующие кабельные системы. Используется многомодовое оптоволокно с длинами волн 1300 и 850. Максимальная длина сегмента для оптоволокна составляет 220-500 метров. В качестве среды используется твин коаксиальный кабель.