Общая характеристика протоколов локальных сетей
Технология Ethernet принадлежит к семейству технологий локальных сетей, в которое входят также такие технологии, как TokenRing, FDDI, IEEE 802.11 и lOOVG-AnyLAN. Несмотря на определенную специфику, все эти технологии имеют единое назначение – создание локальных сетей. Поэтому полезно начать изучение Ethernet с рассмотрения общих принципов, использованных при разработке технологий LAN.[2]
2.1 Стандартная топология и разделяемая среда
Для упрощения и, соответственно, удешевления аппаратных и программных решений разработчики первых локальных сетей остановились на совместном использовании общей среды передачи данных.
Основной принцип, положенный в основу Ethernet, – случайный метод доступа к разделяемой среде передачи данных. В качестве такой среды может использоваться толстый или тонкий коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно или радиоволны (кстати, первой сетью, построенной на принципе случайного доступа к разделяемой среде, была радиосеть Aloha Гавайского университета).
Роберт Меткалф осуществил идею разделяемой среды для проводного варианта технологии LAN. Непрерывный сегмент коаксиального кабеля стал аналогом общей радиосреды. Все компьютеры присоединялись к этому сегменту кабеля по схеме монтажного ИЛИ (рис.2.1), поэтому при передаче сигналов одним из передатчиков все приемники получали один и тот же сигнал, как и при использовании радиоволн.
Разделяемая среда
Рисунок 2.1 – Разделяемая среда на коаксиальном кабеле
Простые стандартные топологии физических связей (звезда у коаксиального кабеля Ethernet и кольцо у TokenRing и FDDI) обеспечивают простоту разделения кабельной среды.
Использование разделяемых сред позволяет упростить логику работы узлов сети. Действительно, поскольку в каждый момент времени выполняется только одна передача, отпадает необходимость в буферизации кадров в транзитных узлах. Транзитных узлов также нет. Соответственно, отпадает необходимость в сложных процедурах управления потоком и борьбы с перегрузками.
Основной недостаток разделяемой среды – плохая масштабируемость. Этот недостаток является принципиальным, так как независимо от метода доступа к среде ее пропускная способность делится между всеми узлами сети.
2.2 Стек протоколов локальных сетей
Технологии локальных сетей реализуют, как правило, функции только двух нижних уровней модели OSI– физического и канального (рис. 2.2). Функциональности этих уровней достаточно для доставки кадров в пределах стандартных топологий, которые поддерживают LAN– звезда (общая шина), кольцо и дерево.
Рисунок 2.2 – Соответствие протоколов LAN уровням модели OSI
Однако из этого не следует, что компьютеры, связанные в локальную сеть, не поддерживают протоколы уровней, расположенных выше канального. Эти протоколы также устанавливаются и работают на узлах локальной сети, но выполняемые ими функции не относятся к технологии LAN. Сетевой и транспортный протоколы нужны узлу локальной сети для того, чтобы взаимодействовать с компьютерами, подключенными к другим локальным сетям, путь к которым проходит, возможно, через глобальные сети. Если бы нужно было обеспечить взаимодействие компьютеров только в пределах одной локальной сети, то прикладные протоколы могли бы работать непосредственно над канальным уровнем. Но так как такое ограниченное взаимодействие не устраивает пользователей, то каждый компьютер локальной сети поддерживает полный стек протоколов, так что над канальным уровнем работает один из сетевых протоколов, например IP или IPX.
Кроме того, установка на конечных узлах LAN полных стеков протоколов, а не только физического и канального, необходима для обеспечения совместимости приложений – приложения должны корректно исполняться в любой сетевой среде, во всяком случае, не зависеть от того, является сеть односегментной локальной сетью или крупной локальной сетью, построенной на маршрутизаторах.
Канальный уровень локальных сетей делится на два подуровня, которые часто также называют уровнями:
уровень управления логическим каналом (LogicalLinkControl, LLC);
уровень управления доступом к среде (MediaAccessControl, MAC).
Функции уровня LLC обычно реализуются программно, соответствующим модулем операционной системы, а функции уровня MAC реализуются программно-аппаратно: сетевым адаптером и его драйвером.