8.3. Топология локальных сетей.

Топология локальной сети определяет способ, которым организованы сетевые устройства. Существуют четыре основные топологии локальных сетей (рис. 1):

г

Рис. 1. Основные топологии сетей:

а – магистраль (шина); 6 – кольцо; в – звезда; г – дерево

• шинная (магистральная) топология – линейная архитектура локальной сети, в которой узлы соединены с шиной и могут устанавливать связь со всеми другими узлами на этом сегменте кабеля. Обрыв где-нибудь в магистрали (кабеле) означает полный выход сегмента из строя, пока связь не восстановлена. Такая топология применяется в сетях стандартный Еthernet;

• кольцевая топология - архитектура локальной сети, в которой все устройства связаны друг с другом петлей, так чтобы каждое устройство было связано непосредственно с двумя соседними. Данная топология используется в сетях Token Ring и FDDI;

• звездообразная топология – архитектура, в которой оконечные узлы сети связаны с общим центральным концентратором или переключателем выделенными связями. Сети 10BaseT Ethernet используют звездообразную топологию. Основное преимущество этого типа сети – надежность: если один из «двухточечных» сегментов имеет разрыв, это затронет только узлы на этой связи; другие пользователи на сети продолжают работать, как будто этот сегмент не существует;

• топология «дерева» – архитектура локальной сети, которая является идентичной шинной топологии, за исключением того, что в этом случае возможны ветви с множественными узлами.

Рассмотрим наиболее популярные технологии.

8.4. Технологии доступа к локальным сетям

8.4.1. Технология Ethernet

Ethernet – это самый распространенный сегодня стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, работающих по протоколу Ethernet в настоящее время, оценивается в несколько миллионов [1,2].

Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов этой технологии, в которую входят сегодня также Fast Ethernet, Gigabit Ethernet и 10G Ethernet. В более узком смысле Ethernet — это сетевой стандарт передачи данных со скоростью 10 Мбит/с, который в начале 80-х был стандартизован рабочей группой IЕЕЕ 802.3, и с тех пор он является международным стандартом.

Технология Ethernet была первой технологией, которая предложила использовать разделяемую среду для доступа к сети. В стандарте Ethernet строго зафиксирована топология физических связей – общая шина. На рис. 2 показан простейший вариант топологии, состоящей из одного сегмента, – все компьютеры сети (ПК) подключены к общей разделяемой среде.

Рис. 2. Сеть Ethernet

"Коммутатор" в такой сети виртуальный, его функции выполняют сетевые адаптеры и разделяемая среда.

Разделяемая среда Ethernet представляет собой полудуплексный канал передачи данных. Попеременный прием и передачу данных реализует сетевой адаптер. Обычно сетевой адаптер Ethernet имеет два разъема, один для подключения коаксиального кабеля, другой – для кабеля типа "витая пара".

Реализуется коллективный доступ к сети. Если сеть занята, то станция ожидает её освобождения. Если случайно два устройства попытаются передать данные точно в одно и то же время и возникает коллизия, то механизм разрешения коллизий заставляет оба устройства перейти в ожидание на случайный интервал времени, а затем повторить передачу.

Быстрый Ethernet. Быстрый Ethernet был официально принят летом 1995 г., спустя два года после того, как группа ведущих сетевых компаний сформировала Союз Быстрого Ethernet. Обеспечивает более высокую полосу пропускания и вводит новые возможности типа полнодуплексной передачи и автоматического установления связи.

Гигабит- Ethernet. Следующий шаг в развитии Ethernet был сделан летом 1999 г., и он определил физический уровень использования комплекса проверенных технологий (технологию взаимосвязи для подключения рабочих станции, суперЭВМ, накопителей информации и периферийных устройств, использования волоконно-оптических и проводных каналов).

Гигабит- Ethernet является преемственной по отношению к 10 Мбит/с и 100 Мбит/с предшественникам, позволяя прямое перемещение к работе с сетями более высокой скорости. Все три скорости Ethernet используют один и тот же формат кадра передачи данных (протокол IEEE 802.3), полнодуплексные операции и методы управления потоком данных. В полудуплексном режиме гигабит-Ethernet использует тот же самый метод множественного доступа с опросом несущей и разрешением конфликтов.

Байты 8	6	6	2	0-1500
Преамбула	Адрес назначения	Исходящий адрес	Длина бло-ка данных	Заголовок протокола, данные

Рис. 3. Формат кадра (фрейма) IЕЕЕ 802.3

Использование одного и того же формата кадра (фрейма) переменной длины (от 64 до 1514 байт) IЕЕЕ 802.3 как в Ethernet, так и быстром Ethernet (рис. 3) является ключом к совместимости. Этим обеспечивается то, что существующие устройства Ethernet малого быстродействия могут быть связаны с устройствами гигабит-Ethernet, используя сетевые коммутаторы или маршрутизаторы, чтобы приспособить одну физическую скорость линии к другой.

Показанная на рис. 2 схема является одноранговой ЛВС. Она включает в себя до 10-ти ПК, каждый из которых имеет эквивалентные возможности и обязанности. Такой сети присущи значительные недостатки. Главные из них [1, 3]:

• ограниченность общей длины сети;

• дефицит пропускной способности;

• взаимодействие любой пары компьютеров занимает сеть на все время обмена данными (используется одна разделяемая среда);

• невозможность использования в разных частях сети линий связи разной пропускной способности.

О т этих недостатков достаточно просто избавляются путем отказа от использования одной общей для всех разделяемой среды. На рис. 4 показана упрощенная схема разделения с помощью коммутатора (моста) единой среды передачи на две части (логические сегменты).

Рис. 4. Преобразование единой разделяемой среды.

На рисунке каждый логический сегмент составляют рабочие станции, которые с помощью отрезков витых пар подключены к концентраторам, называемых на инженерном жаргоне хабами (Hub - хаб). Внутри логического сегмента используется отдельная "собственная" разделяемая среда. Концентратор (Hub) является многопортовым повторителем. Он осуществляет функции повторителя сигналов на всех отрезках витых пар, подключенных к его портам, так что образуется единая среда передачи данных и реагирует на возникающие коллизии в своем сегменте. Этим обеспечивается равноправное подключение компьютеров (рабочих станций) к общей разделяемой среде.

Коммутатор (мост) изолирует трафик одного сегмента от трафика другого, повышая общую производительность сети.