seti

•логическая, определяющая потоки данных и порядок получения права на их передачу: шина (Bus) или кольцо (Ring).

3.Соединительные элементы:

•кабели: коаксиальные, витые пары, оптические:

•кабельные центры (Wiring center): хабы (Hub), концентраторы,

MALI (Multistation access unit) — многостанционные устройства доступа:

•внутрисетевые соединители: разъемы, повторители, трансиверы

MAU (Media Attachment Unit);

•межсетевые соединители: мосты (Bridge), маршрутизаторы

(Router), шлюзы (Gateway);

•компоненты беспроводной (Wireless) связи: трансиверы

(радиочастотные и инфракрасные), антенны.

4.Дополнительные компоненты:

•периферийные устройства: принтеры, модемы, факс-модемы, CDROM, стриммеры и другие, используемые как разделяемые ресурсы;

•средства обеспечения надежности: источники бесперебойного питания (Uninterrupptible Power Supply, UPS) и резервного питания (Standby Power Supply, SPS), стабилизаторы (Line Conditioner),

ограничители перенапряжений (Surge Protector);

•инструментальные средства: монтажный инструмент (Crimping Tools), измерительные приборы, анализаторы линий. Эти средства не являются собственно элементами сети, но должны быть доступными по мере необходимости.

2.1.Логическая топология и методы доступа к среде

Логическая топология и тесно связанный с ней метод доступа (Media Access Method) привязаны к двум нижним уровням модели

OSI.

Влогической шине информация одновременно доступна для всех узлов, подключенных к одному сегменту. Реальное считывание производит только тот узел, которому адресуется данный пакет. Реализуется на физической топологии шины, звезды, дерева или сетки. Метод доступа — вероятностный (Probabilistic), основанный на прослушивании сигнала в шине.

Влогическом кольце информация передается последовательно от узла к узлу. Каждый узел принимает пакеты только от предыдущего и посылает только последующему узлу по кольцу. Узел транслирует все пакеты и обрабатывает те, которые адресованы ему. Реализуется на физической топологии кольца или звезды с внутренним кольцом в концентраторе. Метод доступа —

11

детерминированный (Deterministic), базирующийся на сетевом адресе узла.

При вероятностном методе доступа узел, желающий послать пакет в сеть, прослушивает линию. Если линия занята или обнаружена коллизия (столкновение сигналов от двух передатчиков), попытка передачи откладывается на случайный интервал времени.

Основные разновидности вероятностных методов:

1.CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) —

множественный доступ с прослушиванием несущей и избежанием коллизий. Узел, готовый послать пакет, прослушивает линию. При отсутствии несущей он посылает короткий сигнал запроса на передачу (RTS) и определенное время ожидает ответ (CTS) от адресата. При отсутствии ответа (подразумевается возможность коллизии) попытка передачи откладывается, при получении ответа в линию посылается пакет. При запросе на широковещательную передачу (RTS содержит адрес 255) CTS не ожидается. Метод не позволяет полностью избежать коллизий, но они обрабатываются на более высоких уровнях протокола. Метод применяется в сети Apple LocalTalk, характеризуется простотой и низкой стоимостью цепей доступа;

2.CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect) —

множественный доступ с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий. Узел, готовый послать пакет, прослушивает линию. При отсутствии несущей он начинает передачу пакета, одновременно контролируя состояние линии. При обнаружении коллизии (по повышению активности линии) передача прекращается и повторная попытка откладывается на случайное время. Коллизии — нормальное, хотя и не очень частое, явление для CSMA/CD. Их количество зависит от количества и активности подключенных узлов. При нормальной работе коллизии возникают в определенном временном окне пакета, ранние или запоздалые коллизии сигнализируют об аппаратных неполадках в кабеле или узлах. Метод эффективнее, чем CSMA/CA, но требует более сложных и дорогих схем цепей доступа. Применяется во многих сетевых архитектурах: Ethernet, Ether-Talk (реализация Ethernet

фирмы Apple), G-Net, IBM PC Network, AT&T StarLAN. Общий недостаток вероятностных методов доступа — неопределенное и существенно возрастающее при увеличении нагрузки на сеть время прохождения пакета, что ограничивает их применение в системах реального времени.

12

Протоколы CSMA/CD

Протоколы CSMA/CD не только прослушивают кабель перед передачей, но также обнаруживают коллизии и инициализируют повторные передачи. Протоколы CSMA/CD чрезвычайно популярны. Примером протоколов CSMA/CD являются сети Ethernet, которые будут рассмотрены позднее.

Протоколы CSMA/CA

CSMA/CA использует такие схемы, как доступ с квантованием времени (time slicing) или посылка запроса на получение доступа к среде. Примером CSMA/CA является протокол LocalTalk фирмы

Apple Computer.

Системы на основе метода состязания больше всего подходят для использования при импульсном трафике (т.е. при передаче больших файлов) в сетях с небольшим количеством пользователей.

При детерминированном методе узлы получают доступ к среде в предопределенном порядке.

Основные типы детерминированных методов:

1. доступ с передачей маркера (Token Passing), применяемый

всетях ARCnet, Token Ring, FDDI;

2.поллинг (Polling) — опрос готовности, применяемый в больших машинах (Mainframes). Основное преимущество метода — ограниченное время прохождения пакета, мало зависящее от нагрузки в сети.

Сети с большой нагрузкой требуют более эффективных методов доступа. Один из способов повышения эффективности — перенос управления доступом от узлов в кабельные центры (хабы). При этом узел посылает пакет в интеллектуальный хаб по своей готовности. Задача хаба — обеспечить пересылку пакета к адресату с оптимизацией общей производительности сети, возможно, используя коммутацию каналов.

Передача маркера

В системах с передачей маркера (token passing) небольшой фрейм (маркер) передается в определенном порядке от одного устройства к другому. Маркер — это специальное сообщение, которое передает временное управление средой передачи устройству, владеющему маркером. Передача маркера распределяет управление доступом между устройствами сети.

Каждое устройство знает, от какого устройства оно получает маркер и какому устройству его следует передать. Каждое устройство периодически получает контроль над маркером, выполняет свои обязанности, а затем передает маркер для

13

использования следующему устройству. Протоколы ограничивают время контроля каждого устройства над маркером.

Имеется несколько типов сетей, использующих метод передачи маркера для управления доступом к среде передачи. Например,

сети IEEE 802.4 Token Bus и 802.5 Token-Ring.

В сети Token Bus используется управление доступом с передачей маркера и физическая или логическая шинная топология, в то время как в сети Token-Ring используется управление доступом с передачей маркера и физическая или логическая кольцевая топология.

Другим стандартом передачи маркера (для волоконно-

оптических ЛС) являются сети FDDI (Fiber-distributed data interface).

Сети с передачей маркера следует использовать при наличии зависящего от времени приоритетного трафика, типа цифровых аудиоили видеоданных, или же при наличии с очень большого количества пользователей.

Сравнительная эффективность систем с передачей маркера и систем с методом состязаний является предметом больших дискуссий в сетевых кругах. Ни одна радикально не превосходит другую, с точки зрения производительности. Однако в определенных конкретных обстоятельствах та или другая могут продемонстрировать превосходящую производительность.

Вообще говоря, при большой нагрузке (уровни трафика высоки), методы доступа передачи маркера обеспечивают более высокую сетевую производительность. В таких условиях производительность методов состязания намного скромнее. С другой стороны, благодаря ограничению на непроизводительные затраты в условиях малой загрузки, методы состязания могут превосходить по быстродействию методы передачи маркера.

Опрос

Опрос (Polling) — это метод доступа, при котором выделяется одно устройство (называемое контроллером, первичным или мастерустройством) в качестве арбитра доступа к среде. Это устройство опрашивает все остальные устройства (именуемые здесь вторичными) в некотором предопределенном порядке, чтобы узнать, имеют ли они информацию для передачи.

Чтобы получить данные от вторичного устройства, первичное устройство направляет ему соответствующий запрос, а затем получает данные от вторичного устройства и направляет их устройству-получателю. Затем первичное устройство опрашивает другое вторичное устройство и принимает данные от него, и так

14

далее. Протокол ограничивает количество данных, которое может передать после опроса каждое вторичное устройство.

Опросные системы идеальны для сетевых устройств, чувствительных ко времени, например, при автоматизации оборудования.

2.2.Соединительные элементы сетей

Кабельный сегмент сети — цепочка отрезков кабелей, электрически соединенных друг с другом.

Сеть (логическая сеть) — совокупность сегментов, связанных между собой повторителями. Все узлы сети имеют непосредственную связь друг с другом через среду передачи.

Кабельный центр — хаб (Hub) — устройство физического подключения нескольких сегментов или лучей.

Интеллектуальный хаб (Intelligent Hub) имеет специальные средства для диагностики и управления, что позволяет оперативно получать сведения об активности и исправности узлов, отключать неисправные узлы и т. д. Стоимость существенно выше, чем у обычных.

Активный хаб (Active Hub) усиливает сигналы, требует источника питания.

Пассивный хаб (Passive Hub) только согласует импедансы линий (в сетях ARCnet).

Peer Hub — хаб, исполненный в виде платы расширения PC, использующей только источник питания PC. Распространен в сетях

ARCnet.

Standalone Hub — самостоятельное устройство с собственным источником питания (обычный вариант).

Наращиваемый хаб (Stackable Hub) имеет специальные средства соединения нескольких хабов в стек, выступающий в роли единого целого. Существуют модели, у которых интеллектуальность одного хаба делает интеллектуальным весь стек. Связь между хабами в стеке может быть короткой (локальный стек) и длинной, до сотен метров (распределенный стек, более гибкий элемент для оптимизации кабельной системы).

Концентратор — более сложный хаб, обычно с возможностью соединения сетей различных архитектур. Четкой границы между хабами и концентраторами нет, и те и другие могут являться повторителями, мостами или маршрутизаторами.

Повторитель (Repeater) — устройство для соединения сегментов одной сети, обеспечивающее промежуточное усиление и

15

формирование сигналов. Оперирует на физическом уровне модели OSI. Позволяет расширять сеть по расстоянию и количеству подключенных узлов.

Мост (Bridge) — средство передачи пакетов между сетями (локальными), оперирует на двух нижних уровнях модели OSI, для протоколов сетевого уровня прозрачен.

Осуществляет фильтрацию пакетов, не выпуская из сети пакеты для адресатов, находящихся внутри сети, а также переадресацию — передачу пакетов в другую сеть в соответствии с таблицей маршрутизации или во все другие сети при отсутствии адресата в таблице. Таблица маршрутизации обычно составляется в процессе самообучения по адресу источника приходящего пакета. Мосты классифицируются по нескольким признакам:

По уровню протокола:

•MAC-Layer Bridges работают на подуровне управления доступом к среде, позволяют связывать сети одинаковой архитектуры (с одинаковыми форматами пакетов);

•LLC-Layer Bridges работают на подуровне управления логической связью, позволяют связывать сети с различными архитектурами (Ethernet — Token Ring — Arcnet).

По алгоритму маршрутизации:

•Transparent routing (прозрачный) — мост сам определяет трассу для каждого пакета, запоминая местоположение всех узлов. Используется в сетях Ethernet;

•Source Routing — трасса пакета вводится в адресную часть самим источником пакета. Используется в Token Ring.

По отношению к серверу.

•внутренний мост (Internal Bridge) — часть программного обеспечения сервера, обеспечивающая пересылку пакетов между сегментами, подключенными к разным сетевым адаптерам;

•внешний мост (External, Stand-alone Bridge) — отдельное устройство.

По расстоянию между соединяемыми сетями:

•локальный мост (Local Bridge) соединяет рядом расположенные локальные сети;

•удаленный мост (Remote Bridge) соединяет географически разнесенные локальные сети через средства телекоммуникации (выделенные или коммутируемые телефонные линии и т. д.). Телекоммуникация является узким местом моста, для повышения производительности возможно параллельное использование нескольких каналов связи.

Маршрутизатор (Router) — средство обеспечения связи между узлами различных сетей, оперирует на сетевом уровне

16

модели OSI, использует сетевые (логические) адреса. Сети могут находиться на значительном расстоянии, и путь, по которому передается пакет, может проходить через несколько маршрутизаторов. Сетевой адрес интерпретируется как иерархическое описание местоположения узла. Маршрутизаторы поддерживают протоколы сетевого уровня: IP, IPX, X.25, UDP. Мультипротокольные маршрутизаторы (более сложные и дорогие) поддерживают несколько протоколов одновременно для гетерогенных сетей.

Brouter (Bridging router) — комбинация моста и маршрутизатора, оперирует как на сетевом, так и на канальном уровне.

Основные характеристики маршрутизатора:

Тип: одноили многопротокольный, LAN или WAN, Brouter.

1.Поддерживаемые протоколы.

2.Пропускная способность.

3.Типы подключаемых сетей.

4.Поддерживаемые интерфейсы (LAN и WAN).

5.Количество портов.

6.Возможность управления и мониторинга сети.

Шлюз (Gateway) — средство предоставления ресурсов или соединения существенно разнородных сетей, оперирующее на верхних (5-7) уровнях модели OSI. В отличие от повторителей, мостов и маршрутизаторов, прозрачных для пользователя, присутствие шлюза заметно. Шлюз выполняет преобразование форматов и размеров пакетов, преобразование протоколов, преобразование данных, мультиплексирование. Обычно реализуется на основе компьютера с большим объемом памяти.

Примеры шлюзов:

1.Fax: обеспечивает доступ к удаленному факсу, преобразуя данные в факс-формат.

2.E-mail: обеспечивает почтовую связь между локальными сетями. Шлюз обычно связывает MHS, специфичный для сетевой операционной системы с почтовым сервисом no X.400.

3.Internet: обеспечивает доступ к глобальной сети Internet.

4.Mainframe: подключает локальную сеть к большим машинам. Выделение одного компьютера под шлюз позволяет любой станции эмулировать терминал без установки дополнительных интерфейсных карт.

17

2.3.Методы передачи данных в сетях

Передача данных в сетях производится с помощью трех основных методов:

1)Коммутация каналов. В сети устанавливается физическое соединение между пунктами отправителя и получателя. Источник и адресат связаны путем образования составного канала состоящего из ряда канальных сегментов. Установление связи между и адресатом производиться путем посылки источником специального сигнализирующего сообщения, которое перемещается от одного узла коммутации канала к другому и занимает пройденные канальные участки т.о. прокладывая путь от источника к адресату. О том, что соединение установлено, из адресата в источник посылается т.н. сигнал обратной связи. После этого из источника передается сообщение по установленному пути с одновременным использованием всех каналов. При этом каналы оказываются недоступными для других передач. Такая ситуация сохраняется, пока источник не освободит каналы специальным сигналом.

2)Коммутация сообщений. При коммутации сообщений, информация запоминается в промежуточных узлах сети. При подобном способе передачи данных, физическое соединение устанавливается только между соседними узлами сети, и только на время передачи сообщения. Каждое сообщение снабжается заголовком и передается как единое целое. Поступившее в узел сообщение запоминается в буферной памяти и в подходящий момент, когда освободиться канал связи, передается в следующий узел. При этом занимаются каналы, только между соседними узлами.

3)Коммутация пакетов. Сообщение разбивается на отдельные части - пакеты, каждый из которых снабжен заголовком и специальной служебной информацией. Пакеты передаются независимо друг от друга.

Основные этапы коммутации пакетов:

1)поступающее от абонента сообщение подвергается в интерфейсных процессорах пакетированию (разбитию на пакеты фиксированной длины);

2)пакеты помечаются служебной информацией, к каждому пакету добавляется заголовок;

3)пакеты транспортируются в сети как независимые сообщения;

4)поступают в узел коммутации пакетов и накапливаются в буферной памяти канала связи;

5)пакеты передаются в выходной буфер, где перемешаны пакеты разных сообщений, и и выдаются на скоростной канал связи для передачи в соседний узел;

18

6)в пункте назначения интерфейсный процессор формирует из пакетов исходное сообщение.

Всетях, обычно используются два режима передачи пакетов: режим виртуальных каналов и режим дейтаграмм.

Режим виртуальных каналов предполагает, что передаче сообщения предшествует организация виртуального канала, по которому затем строго в порядке номеров передаются пакеты сообщения. Этот метод называется также метод ненумерованных пакетов.

Режим дейтаграмм допускает независимое перемещение по сети пакетов сообщения. В этом случае - пакеты называются дейтограммами. Логического соединения не требуется т.к. все пакеты перемещаются по сети независимо, и порядок следования номеров не важен. По реализации это более сложный метод, т.к. сборка пакетов представляет собой более сложную задачу. Но данный метод считается более надежным и более скоростным. Иногда метод называют - метод нумерованных пакетов.

3. АДРЕСАЦИЯ В СЕТЯХ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

При сетевом взаимодействии объектам сети нужен некоторый способ распознавания различных устройств и процессов. Это делается с помощью адресации.

Адрес сетевого устройства состоит из двух частей:

физического адреса устройства, идентифицирующего объект в рамках сегмента сети,

логического (сетевого) адреса, идентифицирующего объект в сетевой ассоциации.

3.1.Физический адрес устройства

Вкачестве физического адреса устройства используются, так называемые МАС-адреса, назначаемые производителем оборудования. Каждый сетевой порт устройства имеет уникальный МАС-адрес, который назначается при его изготовлении и не может быть изменен.

МАС-адрес представляет собой шестибайтовое число, в котором закодирована информация о производителе оборудования

иизделии.

Код производителя уникален и назначается международной стандартизующей организацией. В свою очередь, производитель следит за уникальностью второй части МАС-адреса.

19

Данная система назначения МАС-адресов гарантирует, что во всем мире нет двух сетевых портов с одинаковыми физическими адресами.

Физические адреса устройств используются протоколами канального уровня для доставки пакетов в сети. При этом, как правило, пакет получается всеми сетевыми устройствами сегмента сети, но обрабатывается только тем, чей физический адрес совпадает с адресом получателя пакта. Физические адреса также используются при работе мостов (bridge) для пересылки пакетов между сегментами сети.

3.2.Логический адрес устройства

Физические адреса идентифицируют объекты только в одной сети. Для доставки данных в сетевой ассоциации используются логические адреса, (другое название – сетевые адреса) определяющие адрес сети и адрес сетевого устройства. В отличие от физических адресов, логические адреса назначаются администратором сети и могут быть изменены при необходимости.

При подключении к локальной или глобальной сети необходимо следовать соглашениям по наименованию и нумерации для Вашей сети. В зависимости от реализации Вам, возможно, потребуется обеспечить уникальность назначаемого сетевого адреса устройства или его имени в сети.

Логический адрес, как правило, состоит из двух частей:

Адреса сети

Адреса устройства

Для передачи данных между устройствами сетевой ассоциации физические адреса устройств и логические (сетевые) адреса используются совместно. Однако каждый компьютер или другое сетевое устройство может осуществлять несколько функций одновременно (термин объект—entity— идентифицирует оборудование и программное обеспечение, которое выполняет каждую индивидуальную функцию).

Для передачи и приема данных, каждый объект должен иметь собственный адрес. Этот адрес можно назвать адресом сервиса

20