2.3 Проблемы сетей с кп и пути решения

2.3.1 Проблемы связи нескольких компьютеров

Топология физических связей. Как только компьютеров делается более 2-ух, посчитается проблема выбора конфигурации физических связей, либо топологии.

Рисунок 2.8. Типовые топологии сетей

а - полносвязная топология, в ней любой компьютер конкретно связан со всеми остальными. Невзирая на закономерную простоту, данный вариант как оказалось слишком большим и малоэффективным

б - ячеистая топология, получается из полносвязной маршрутом удаления неких вероятных связей. Данная топология дозволяет слияние огромного численности компьютеров и отличительна, как правило. для больших сетей [18].

в - общая шина, тут в качестве центрального элемента выступает пассивный кабель, к которому по схеме "монтажная ИЛИ" подключается несколько компьютеров. Передаваемая информация распространяется по кабелю и доступна сразу всем компьютерам, присоединенным к данному кабелю. Главными преимуществами таковой схемы считается ее невысокая стоимость и простота наращивания - то есть присоединение новейших узлов к сети. Самый-самый большой недостаток единой шины считается ее невысокая надежность: хоть какой недостаток кабеля либо какого-нибудь из многочисленных разъемов вполне парализует сеть.

г - топология звездочка появляется в случае, когда любой компьютер подключается отдельным кабелем к всеобщему центральному устройству, называемому концентратором. В качестве концентратора может выступать как компьютер, так и спец приспособление, это как многовходовой повторитель, коммутатор либо маршрутизатор. К недочетам предоставленной топологии относится наиболее высочайшая цену сетевого оснащения из-за надобности покупки спец центрального прибора.

д - топология дерево получается маршрутом применения нескольких концентраторов, иерархически объединенных меж собой взаимосвязями вида звездочка. В данное время данная топология считается лично разнесенной. как в локальных, так и в массовых сетях [29].

е - кольцевая конфигурация. В предоставленной топологии данные передаются по кольцу от 1-го компьютера к иному. Основным плюсом кольца считается то, будто оно по собственной природе владеет свойством резервирования связей, любая пара узлов объединена здесь 2-мя способами - по часовой стрелке и против нее.

Рисунок 2.9. Смешанная топология

Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети (к примеру, компьютеры) и коммуникационное оснащение (к примеру, маршрутизаторы), а ребрам - электрические и информационные связи меж ними. Рассмотрим главные топологии сетей [5].

Небольшие сети традиционно имеют стандартную топологию - звездочка, кольцо либо общая шина, однако для больших сетей типично присутствие случайных связей меж компами. В таковых сетях позволительно отметить отдельные, произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие стандартную топологию, потому их именуют сетями со смешанной топологией [5].

2.3.2 Методы доступа

При применении хоть какой топологии, когда 2 компьютера начнут сразу передавать данные, в сети происходит стычка (коллизия) (рисунок 2.10) [29].

Рисунок 2.10. Коллизия в сети

Для решения этих проблем действуют методы доступа - набор правил, по которым РС выяснят, когда шина свободна, и допустимо отдавать данные [29].

Наибольшее расположение при проектировании и построении ЛВС получили 2 метода доступа:

- неоднократный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизии (CSMA/CD - Carrier-Sense Multiple Access and Collision Defection).

- доступ с передачей маркера.

Алгоритм работы рабочей станции, а точнее ее сетевого адаптера при применении главного способа доступа содержится в последующем:

- рабочая станция слушает канал, устремляясь найти передачу данных.

- если услышит передачу, ждет ее завершения.

- если канал свободен, происходит передача пакета.

- при обнаружении коллизии во время передачи заканчивает передачу.

- через случайный промежуток времени все повторяется (т.е. осуществляется переход к п. 1) [18].

Вдумайтесь в название этого доступа. Компьютеры "прослушивают" канал, отсюда - контроль несущей. Чаще всего сразу несколько РС сети хотят передать данные, отсюда - множественный доступ. При передаче прослушивается канал с целью выявления коллизии - обнаружение коллизий.

CSMA/CD - состязательный метод, при котором РС конкурируют за право передачи данных по каналу. Он кажется достаточно громоздким, но современные CSMA/CD настолько быстры, что пользователи даже не замечают, что применяется состязательный метод [29].

Суть маркерного доступа заключается в том, что пакет особого типа (маркер) перемещается по замкнутому кругу, минуя по очереди все РС, до тех пор, пока его не получит тот, который хочет передать данные (рис. 3.9). Алгоритм взаимодействия рабочих станций ЛВС при использовании маркерного метода заключается в следующем:

- передающая рабочая станция изменяет состояние маркера на занятое и добавляет к нему пакет данных.

- занятый маркер с пакетом данных проходят через все РС сети, пока не достигнет адресата.

- после этого, принимающая РС посылает передающей сообщение, где подтверждается факт приема.

- после получения подтверждения, передающая РС создает новый свободный маркер и возвращает его в сеть (рисунок 2.11) [33].

Рисунок 2.11. Маркерный доступ (занятый маркер)

На первый взгляд кажется, что передача маркера занимает много времени, однако на самом деле он перемещается с очень большой скоростью. В кольце диаметром 200 м маркер может циркулировать с частотой 10000 оборотов в секунду [18].

Рассмотренный выше методы доступа широко используются в современных сетевых технологиях. Они реализуются на аппаратном уровне в платах сетевых адаптеров того или иного сетевого стандарта. Первый из рассмотренных метод используется в сетевой технологии Ethernet, второй - в Token Ring и ArcNet.

Адресация узлов сети. При объединении трех и более компьютеров, посчитается новая проблема. Еще одной новой проблемой, которую нужно учитывать при объединении трех и более компьютеров, считается проблема их адресации. Адреса могут быть числовыми (например, 129.26.255.255) и символьными (site.domen.ru). Один и тот же адрес может быть записан в разных форматах, например, числовой адрес в предыдущем примере 129.26.255.255 может быть записан и шестнадцатеричными цифрами - 81.1а.ff.ff [28].

Рисунок 2.12. Маркерный доступ (свободный маркер)

Множество всех адресов, которые являются допустимыми в рамках некоторой адресации, называется адресным пространством. Адресное пространство может иметь плоскую (линейную) организацию или иерархическую организацию. В первом случае множество адресов никак не структурировано. При иерархической схеме адресации оно организовано в виде вложенных друг в друга подгрупп, которые, последовательно сужая адресуемую область, в конце концов, определяют отдельный сетевой интерфейс [33].

Примером плоского числового адреса считается MAC-адрес, предназначенный для однозначной идентификации сетевых интерфейсов в локальных сетях. Такой адрес стараются сделать по возможности компактным и записывают в виде двоичного или шестнадцатеричного значения, например, 0081005е24а8. Типичными представителями иерархических числовых адресов являются сетевые IP- и IPX-адреса. В них поддерживается двухуровневая иерархия, адрес делится на старшую часть - номер сети и младшую - номер узла [28].

2.3.3 Коммутация каналов и пакетов

Обобщенная задача коммутации

Рисунок 2.13. Коммутация абонентов через сеть транзитных узлов

Если топология сети не полносвязная, то обмен данными между произвольной парой конечных узлов (абонентов) должен идти в общем случае через транзитные узлы. Например, в сети, показанной на рис. ниже, узлы 2 и 4, не связанные непосредственно, вынуждены передавать данные через транзитные узлы, в качестве которых могут выступить, например, узлы 1 и 5. Узел 5 - интерфейса F на В. Последовательность транзитных узлов (сетевых интерфейсов) на пути от отправителя к получателю называется маршрутом [21].

В самом общем виде задача соединения конечных узлов через сеть транзитных узлов называется задачей коммутации. Она может быть представлена в виде нескольких взаимосвязанных частных задач:

- определение информационных потоков, для которых требуется прокладывать пути.

- определение маршрутов для потоков

- сообщение о найденных маршрутах узлам сети.

- продвижение потоков, то есть распознавание потоков и их локальная коммутация на каждом транзитном узле.

- мультиплексирование и демультиплексирование потоков [18].

Рисунок 2.14. Общая структура сети с коммутацией абонентов

В общем случае решение каждой из частных задач коммутации - определение потоков и соответствующих маршрутов, фиксация маршрутов в конфигурационных параметрах и таблицах сетевых устройств, распознавание потоков и передача данных между интерфейсами одного устройства. От того, какой механизм прокладки маршрутов, продвижения данных и совместного использования каналов связи заложен в той или иной сетевой технологии, зависят ее фундаментальные свойства [5].

Среди множества возможных подходов к решению задачи коммутации абонентов в сетях выделяют два основополагающих:

- коммутация каналов

- коммутация пакетов

Коммутация каналов. В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал. И исключительно после этого можно начинать передавать данные.

Например, если сеть, изображенная на рис. выше, работает по технологии коммутации каналов, то узел 1, чтобы передать данные узлу 7, прежде всего должен передать специальный запрос на установление соединения коммутатору А, указав адрес назначения 7. Коммутатор А должен выбрать маршрут образования составного канала, а затем передать запрос следующему коммутатору, в данном случае Е. Далее коммутатор Е передает запрос коммутатору F, а тот, в свою очередь, передает запрос узлу 7. Если узел 7 принимает запрос на установление соединения, он направляет по уже установленному каналу ответ исходному узлу, после чего составной канал считается скоммутированным и узлы 1 и 7 могут обмениваться по нему данными, например, вести телефонный разговор [11].

Преимущества коммутации каналов:

- постоянная и известная скорость передачи данных по установленному между конечными узлами каналу.

- низкий и постоянный уровень задержки передачи данных через сеть.

Недостатки коммутации каналов.

- отказ сети в обслуживании запроса на установление соединения. Такая ситуация может сложиться из-за того, что на некотором участке сети соединение нужно установить вдоль некоторого физического канала, через который уже проходит максимальное для данной техники мультиплексирование и для данного канала количество информационных потоков [6].

- нерациональное использование пропускной способности физических каналов.

- обязательная задержка перед передачей данных из-за фазы установления соединения.

Коммутация пакетов. Техника коммутации пакетов была специально разработана для эффективной передачи компьютерного трафика. При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Пакеты обычно могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например, от 46 до 1500 байт [16].

Рисунок 2.15. Разбиение сообщения на пакеты

Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения. Пакеты транспортируются в сети как независимые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной сведении передают их друг другу, а в конечном итоге - узлу назначения [16].

Недостатки сетей с коммутацией пакетов.

- Неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети.

- Переменная величина задержки пакетов данных, которые могут достигать значительных величин в моменты перегрузок сети.

- Возможные потери данных из-за переполнения буферов.

В будущем вполне возможно появление новых технологий коммутации, в том или ином виде комбинирующих принципы коммутации пакетов и каналов [5].