Локальные сети (лвс) и их типовые топологии

К ним относятся системы ПД, охватывающие ограниченную территорию (здание, предприятие).

Локальные сети можно поделить на два типа: централизованные и децентрализованные. В сетях первого типа имеется некоторый главный узел (центральная станция), который управляет процессом передачи данных между всеми узлами сети и клиентами. В сетях второго типа все узлы имеют равное право на использование каналов связи, и управляются по одним и тем же правилам. Такая сеть называется одноранговой. В этом случае нет иерархии среди компьютеров, и каждый из них функционирует и как клиент, и как сервер. Под топологией сетей понимают физическое расположение компонентов сети. Топологию сети можно представить в виде графа, вершинам которого соответствуют узлы сети, а ребрам – физические связи между ними. При этом конфигурация физических связей между компьютерами, в принципе, может отличаться от конфигурации логических связей между узлами сети. При выборе топологии сети принято учитывать следующие моменты:

1) Состав необходимого сетевого оборудования;

2) Характеристики сетевого оборудования;

3) Возможность расширения сети;

4) Способ управления сетью (способ взаимодействия компьютеров в сети);

Все сети в настоящее время стоятся на основе трех базовых топологий:

1. Шина. 2. Звезда. 3. Кольцо.

Шина. Для топологии типа – «шина» характерно линейное расположение связей между узлами. В такой сети используются один кабель, именуемый магистральный бит/сек, вдоль которого подключены все компьютеры сети. При этом передача сигналов осуществляется в обе стороны. Топология «шина» пассивная топология, то есть когда происходит передача данных по сети от одного из компьютеров, остальные находятся в режиме приема, но сами в передаче данных не участвуют (в этот момент). При этом информацию, передаваемую по сети, воспринимают только тот компьютер, чей адрес соответствует в передаваемых сигналах. Поскольку в этой сети передачу в каждый момент времени может вести только один из ее компьютеров, то чем больше будет их число в рамках данной сети, тем медленнее будет связь. Достоинства: сравнительная дешевизна и простота разводки кабеля по помещению. Недостаток: низкая надежность, поскольку любой дефект кабеля какого-нибудь из разъемов полностью парализует всю сеть.

Звезда. При данной топологии все компьютеры подключаются с помощью сегментов кабеля к центральному узлу. Данный тип топологии – централизованный тип локальной сети. В функции центрального устройства (сервер) входит направление передаваемой каким-либо компьютерам информации всем компьютерам сети. Кроме того, центральный узел может играть роль «фильтра», блокируя, при необходимости, запрещенные администратором передачи. Достоинства: высокая надежность, поскольку, если выйдет из строя один из компьютеров (или соответствующий кабель), то лишь этот компьютер не сможет участвовать в обмене информации по сети; работа остальных не изменится. Недостатки: более высокая стоимость по сравнению с топологией «шины». В первую очередь из-за того, что центральный компонент сети должен быть максимально надежным, а отсюда и дорогим, поскольку при выходе его из строя вся сеть «падает». Кроме того, так как все компьютеры подключены к одному центральному узлу, то в случае больших размеров сети значительно возрастает расход кабеля. К недостаткам этой топологии можно отнести также ограниченное число абонентов (не более 16). Поэтому при необходимости масштабирования сети часто используют топологию – «иерархическая звезда».

В этом случае несколько концентраторов иерархически соединяются между собой связями типа «звезда», что позволяет довести число абонентов до желаемого количества.

Кольцо. При данной топологии компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Сеть с такой топологией может работать как в качестве централизованной сети, так и по типу децентрализованной сети. При работе сети сигналы передаются в одном направлении и проходят через каждый компьютер. «Кольцо» - активная сетевая топология. В активных топологиях компьютеры реагируют на сигналы и передают их по сети, поэтому данные, сделав полный оборот, возвращаются к источнику, который может контролировать процесс доставки данных к адресату. Недостаток: при выходе из строя хотя бы одного из узлов – вся сеть падает. Достоинства: возможность подключения достаточно большого числа абонентов (100 и более).

Помимо рассмотренных базовых вариантов топологий могут быть использованы различные их комбинации. Такая топология называется смешенной.

Методы обмена данными в ЛВС

Каждый узел сети работает самостоятельно и в любой момент времени может обратиться к сети, поэтому возникает необходимость упрощения обменом с целью упорядоченного использования сети различными узлами и для предотвращения или разрешения конфликтов между ними. Для управления обменом (достатком) используются различные методы взаимосвязи от характера топологий сети:

а) Обмен данными в сети типа – «звезда».

Поскольку может возникнуть ситуация, что несколько узлов сети одновременно могут передавать информацию. Так как чаще всего центральный компонент сети только с первым узлом, то возникает необходимость выделить только первый периферийный узел из числа ведущихся передач в данный момент времени. Существует два варианта решения этой проблемы:

- активный центр. Центральный компонент посылает запросы по очереди всем компьютерам. Каждый из компьютеров, желающий передать информацию, посылает ответ или же сразу начинает передачу. После окончания сеанса передачи этим компьютером центральный компонент продолжает опрос по кругу. При этом соблюдают условия приоритета: максимальный приоритет имеет тот периферийный узел, который расположен ближе всего к последнему абоненту, завершившему обмен. Центральный компонент ведет передачу без всякой очереди.

- пассивный центр. В этом случае центральный компонент не опрашивает и слушает все периферийные узлы. Те узлы, которые хотят передать сообщения, периодически посылают запросы и ждут на них ответ. Когда центр принимает запрос, он отвечает запросившему узлу и разрешает ему передачу. Приоритеты такие же, как при режиме активный центр.

б) Обмен данными в сетях типа – «шина». В этой топологии возможность также осуществлять центральное управление, как и в звезде. То есть один из узлов назначений были центральным, посылает всем остальным запросы. Однако гораздо чаще при топологии типа – шина, реализуется нецентральное управление. В этом случае все узлы имеют равный доступ к сети и решение о том, когда можно вести передачу, принимает каждый из узлов на месте, исходя их текущего состояния сети. При этом возможна конкуренция между узлами за захват сети, а от суда следует и конфликты между ними. Кроме того, могут возникать искажения передаваемых данных из-за положения пакетов.

В настоящее время существует множество алгоритмов доступа. Наиболее часто применяется метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружениемстолкновений (коллизий).

Суть алгоритма

• Узел, желающий передать информацию, следит за состоянием сети и как только она освободится, начинает всю передачу.

• Узел передает данные и одновременно контролирует состояние сети. Если столкновений не обнаружилось, передача проводится до конца.

• Если столкновение обнаружилось, то узел усиливает его с таким расчетом, чтобы это столкновение было гарантированно, обнаружено всеми остальными узлами сети. После чего прекращает передачу. Также поступают и все другие передающие узлы.

• После прекращения неудачной попытки узел выдерживает некоторую паузу, а затем повторяет свою попытку передачи, контролируя столкновение.

При наличии повторного столкновения, длительность паузы увеличивается и т.д.

Достоинства метода: после освобождения сети все узлы остаются равноправными, и не один из них не может надолго захватывать сеть, хотя при этом неизбежны конфликты.

в) Обмен данными в сети типа – «кольцо». При этой топологии могут использоваться несколько принципов организации передачи данных:

1) Передача маркеров. Маркер – это особый вид сообщения, которое передается по сети от одного узла к другому. Узел, принявший маркер, получает право на использование сетевого канала.

Алгоритм передачи

- узел, желающий передать сообщение, ждет прихода свободного маркера, получив который, он помечает его как занятый (путем уменьшения соответствующих бит), затем добавляет к нему свой пакет и все это отправляет дальше по кольцу;

- каждый узел, получивший такой занятый маркер, применяет его и проверяет, ему ли адресован этот пакет;

- если пакет адресован этому узлу, узел устанавливает маркеры случайно выделенный и подтверждение отправляет измененный маршрут с пакетами дальше;

- передававший узел получает обратно свое послание, прошедшего через все кольцо, освобождает маркер (получает его как свободный) и снова посылает маркер в сеть, при этом передававший узел знает, дошла посылка или нет.

2) Методы кольцевых сегментов (слотов)

Основное отличие этого метода от метода маркера в том, что в любой момент времени может быть разрешена передача сразу нескольким узлам. При этом вместо маркера используется несколько, так называемых «слотов» (до 8), выполняющих аналогично маркеру функции временных меток. Эти слоты будут идти по кольцу с достаточно большой частотой. Поэтому в интервале между ними может размещаться сравнительно малый объем информации (8-32 байт). При этом состояние слота может быть либо свободным, либо занятым.

Алгоритм работы по данному методу:

• Узел, желающий передать данные, разбивает свое сообщение на маленькие пакеты (слоты) определенного размера.

• При поступлении на данный узел свободного слота, узел загружает его первой частью информации. Затем ожидает следующего слота и размещает в нем вторую часть информации и так до завершения передачи данных.

В каждом слоте есть бит, показывающий свободен ли он, или нет. Он также содержит поле сетевого адреса приемника и передатчика и бит признака окончания передачи. Т.к. время передачи в этом методе дискретизируется, то конфликты в этом методе исключаются.

• Узел, которому адресована информация, внимательно отбирает все слоты, которые ему адресованы и устанавливает в принятом слоте бит подтверждения.

• Передающий узел получает свои слоты обратно к кольцу и помечает их как свободные.

При данном методе передачу могут вести сразу несколько узлов. Как и в методе «маркера», необходимо следить за прохождением слотов и при необходимости их восстанавливать.