3.4.2. Технология «клиент-сервер»

Клиент-сервер (Сlient/Server) — сетевая архитектура, в которой устройства являются либо клиентами, либо серверами. Клиентом является запрашивающий компьютер, сервером - компьютер, который отвечает на запрос. Оба термина (клиент и сервер) могут применяться как к физическим устройствам, так и к программному обеспечению.

Сеть с выделенным сервером (Сlient/Server network) — это локальная вычислительная сеть (LAN), в которой сетевые устройства централизованно управляются одним или несколькими серверами. Индивидуальные рабочие станции (клиенты) обращаются к ресурсам сети через сервер. Сервер осуществляет централизованное управление активностью клиентов и их доступом к ресурсам сети, что исключает возникновение конфликтов, повышает ее работоспособность и безопасность сети.

3.4.3. Структуризация сети

Небольшие сети, до 30 – 40 компьютеров, обычно используют разделяемую среду передачи данных. В соответствии с технологиями компьютерных сетей в них используются типовые топологии – общая шина, звезда и кольцо, которые являются однородными, т.е. все компьютеры в сети неразличимы на уровне физических связей. Это ведет к упрощению процесса наращивания числа узлов в сети и облегчает ее эксплуатацию. Но при увеличении числа узлов однородность налагает ограничения на длину связи между узлами, на интенсивность трафика в сети и на количество узлов в сети. Например, технология Ethernet на тонком кабеле позволяет использовать кабель длиной не более 185 м, при подключении к нему не более 30 компьютеров, причем, если трафик большой, число компьютеров уменьшается до 10.

Для снятия этих ограничений используют структуризацию сети, т.е. изменение ее топологии, физической или логической.

Структуризация сети – это процесс разбиения сети на сегменты с локализованным трафиком.

Физическая структуризация сети производится на основе коммуникационного оборудования, - повторителей, концентраторов, мостов, коммутаторов. Добавление коммуникационного оборудования в сеть всегда изменяет ее физическую топологию, но может и не затронуть логическую. Физическая структуризация позволяет снять только ограничение на длину связи между компьютерами, но не на пропускную способность сети, и не позволяет использовать различную нагрузку в разных сегментах сети.

Логическая структуризация топологии сети производится с помощью мостов, коммутаторов и шлюзов, а также организуется при помощи маркеров (токенов), и логическим конфигурированием сетевых карт. Коммуникационное оборудование использует для локализации аппаратные адреса (MAC) узлов.

Структуризация сети экономит трафик и повышает безопасность сети.

3.5. Сетевые технологии локальных сетей .5.1. Технология Ethernet

Технология Ethernet является самой распространенной технологией, используемой в работе компьютерных сетей. Именно сети типа Ethernet мы будем рассматривать, в основном, в данном пособии. Протокол Ethernet был разработан в 1970 годах фирмами DEC, Intel и Xerox для работы с толстым коаксиальным кабелем. В начале 80-х годов он был доработан международной организацией IEEE для использования также тонкого коаксиального кабеля и неэкранированной витой пары (стандарт IEEE 802.3), позже ввели дополнительные стандарты IEEE 802.3u, IEEE 802.3z – для использования скоростных модификаций Ethernet – до 1000 Мбит/с.

Ethernet – это торговая марка фирмы DEC, так что правильнее называть эту технологию согласно стандарту - IEEE 802.3, но традиционное название все же более распространено. По стандарту IEEE 802.3, данные передаются со скоростью 10 Мбит/с.

В сети Ethernet для передачи информации обычно используется разделяемая среда.

Кадр Ethernet содержит адрес назначения, адрес источника, поле типа и данные. Важной особенностью интерфейса Ethernet явля­ется то, что каждая интерфейсная карта имеет свой уникальный адрес. Каждому производителю карт выделен свой пул (набор) адресов в рамках которого он может выпускать карты. Согласно протоколу Ethernet, каждый интерфейс имеет свой уникальный шестибайтовый адрес. Адрес записывается в виде шести групп цифр по две в каждой (шестнадцатеричная запись байта). Пер­вые три байта называются префиксом, они закреплены за произ­водителем, однозначно его определяют. Каждый байт префикса определяет 224 различных комбинации, что дает более 16 мил­лионов вариантов адресов. Остальные три байта адреса индиви­дуально назначаются производителем каждому экземпляру вы­пускаемого устройства.

Адаптер прослушивает сеть, принимает адресованные ему кадры и широковещательные кадры с адресом FF:FF:FF:FF:FF:FF, (здесь – F это цифра в шестнадцатеричном формате) и отправляет кадры в сеть.

Понятно, что чем больше компьютеров подключено в сегменте Ethernet, тем больше будет вероятность возникновения кон­фликтов, и тем медленнее будет работать сеть. Кроме того, если в сети выделен сервер, к которому часто обращаются, то это также снизит общую производительность сети.

Управление доступом к среде в технологии Ethernet децентра­лизовано, в нем участвуют все сетевые интерфейсы. В технологии Ethernet реализуется метод множественного доступа с контро­лем несущей и обнаружением коллизий (конфликтов), CSMA/CD. Этот метод предполагает, что все устройства взаи­модействуют в одной среде. В каждый момент времени переда­вать может только одно устройство, а все остальные только слушают. Если два или более устройств пытаются передать кадр одновременно, то фиксируется столкновение (конфликт) и каж­дое устройство возобновляет попытку передачи кадра через слу­чайный промежуток времени. В каждый момент времени в сег­менте узла сети может находиться только один кадр. Это оп­ределяющий элемент технологии Ethernet. Работа метода со­стоит в следующем:

• Узлы, направляя служебные запросы, проверяют, свободен ли сетевой канал.

• Если канал свободен, узел начинает передавать данные, «захватывает среду». Время захвата среды одним устройством ограничено временем передачи одного кадра (пакета).

• Все остальные узлы в этом сегменте локальной сети анализируют адрес назначения, содержащийся в пакете. Если адрес назначения «чужой», то узел просто игнорирует получаемое сообщение, если кадр предназначен ему – помещает его в приемный буфер.

Затем процесс повторяется. В случае, когда два или более узла начнут передачу – возникает коллизия. При обнаружении коллизии («фаза обнаружения коллизий») узлы прекращают передачу и начинают заново прослушивать среду. Если, по прошествии некоторого, случайного для каждого узла, промежутка времени, среда свободна – процесс передачи возобновляется. Такая схема действенна при небольшом числе пользователей или незначительном количестве передаваемых в сегменте сообщений. При увеличении числа пользователей в сети, число возникающих конфликтов между узлами лавинообразно растет, и эффективность работы сети резко снижается. Таким образом, технология Ethernet накладывает ограничения на количество узлов в сети (до 10-30, в зависимости от величины трафика), на интенсивность обмена в сети и на длину связей между узлами. Для снятия этих ограничений применяется структуризация (сегментирование) сети на основе коммуникационного оборудования (повторителей, концентраторов, мостов, коммутаторов и т.п.).

Увеличение числа сегментов сети производится также для обслуживания групп с меньшим числом пользователей.

Другой способ преодоления этих ограничений в одноранговой сети с равноправным доступом - метод детерминированного доступа, который присущ технологиям Token Ring и FDDI, рассматриваемым ниже.

В сети Fast Ethernet применяется та же базовая технология, что и в Ethernet – CSMA/CD. Обе технологии основаны на стандарте IEEE 802.3. В результате, для создания сетей обоих типов можно использовать (в большинстве случаев) один и тот же тип кабеля, одинаковые сетевые устройства и приложения. Сети Fast Ethernet позволяют передавать данные со скоростью до 100 Мбит/с, то есть в десять раз быстрее Ethernet.

Недавно появилось новое решение, обеспечивающее одновременно широкую совместимость решений 10-Мбит/с Ethernet и 100-Мбит/с Fast Ethernet. "Двухскоростная" технология 10/100-Мбит/с, Ethernet/Fast Ethernet позволяет таким устройствам, как сетевые платы, концентраторы и коммутаторы, работать с любой из этих скоростей, в зависимости от того, к какому устройству они подключены. Это дает возможность постепенно, в нужном темпе переходить на более высокую производительность. Кроме того, такой вариант позволяет упростить оборудование сетевых клиентов и серверов для поддержки нового поколения приложений, интенсивно использующих сетевые службы и технологии.

Сети Gigabit Ethernet совместимы с сетевой инфраструктурой Ethernet и Fast Ethernet, но функционируют со скоростью 1000 Мбит/с - в 10 раз быстрее, чем Fast Ethernet. Gigabit Ethernet - технология, позволяющая устранить "узкие места" основной сети (куда подключаются сетевые сегменты, и где находятся серверы), возникающие из-за разработки и применения приложений, предъявляющих высокие требования к полосе пропускания и все большего увеличения непредсказуемых потоков трафика интрасетей и приложений мультимедиа. Gigabit Ethernet предоставляет способ плавного перевода рабочих групп Ethernet и Fast Ethernet на новую технологию. Такой переход оказывает минимальное влияние на их деятельность и позволяет достичь более высокой производительности.

Кадр протокола Ethernet. Передаваемые в сетях Ethernet всех модификаций кадры могут иметь переменную длину, но состав их строго определен.

• Преамбула (Preamble) – 7 байт, вида 10101010, используемая системой для синхронизации. Эти байты затем сбрасываются.

• Начальный ограничитель кадра (Start of Frame Delimiter, SFD) – 1 байт, вида 10101011. Он указывает на то, что начинается передача данных, которые необходимо поместить в буферную память. Его называют еще – стартовый сигнал.

• Адрес назначения (Destination Address, DA) – 6 байт, шестнадцатеричный адрес (MAC address) сетевой карты узла назначения.

• Адрес источника (Source Address, SA) – 6 байт, MAC адрес сетевой платы узла - источника.

• Длина поля данных (Length) – 2 байт, исключая заполнитель (см. ниже).

• Данные и заполнение (Data and Padding) – от 46 до 1500 байт. Если размер этого поля менее 46 байт, тогда Ethernet адаптер дополняет его незначащими битами до величины 46 байт.

• Контрольная последовательность кадра (Frame Check Sequence, FCS) – 4 байт, значение контрольной суммы кадра, вычисленной отправляющим узлом в соответствии с алгоритмом CRC-32. Применяется для контроля правильности передачи. Одновременно служит в качестве завершителя кадра («стопового» сигнала).