Тема: Основные технологии локальных и глобальных сетей

Основные технологии корпоративных и локальных сетей

Сетевой технологией (архитектурой) называют комбинацию стандартов, топологий и протоколов, необходимых для создания работоспособной сети.

Существуют следующие основные сетевые технологии по­строения сетей:

- Ethernet - самая популярная в настоящий момент се­тевая технология. Она использует узкополосную передачу со скоростью 10, 100 и 1000 Мбит/с, топологию «шина» и «звезда-шина»,использует метод доступа – CSMA/CD. Ethernet является ветераном сетевых технологий - эта специфи­кация была предложена фирмами DEC, Intel и Xerox в 1980 году и несколько позже на ее основе появился стандарт IEEE 802.3. По первым буквам названий этих фирм образовано сокращение DIX, фигурирующее в описаниях этой техно­логии. Слово Ether (эфир) в названии технологии обозначает многообразие воз­можных сред передачи.

Существует стандарты со скоростью передачи дан­ных 100 Мбит/с:

- 100BaseVG-AnyLAN – поддерживает каскадируемую топологию «звезда» на основе витой пары, где все компью­теры соединены с концентратором, метод доступа поп при­оритету запроса, общая длина кабеля до концентратора не должна превышать 250 м

- 100Base Ethernet (Fast Ethernet) – строится на неэк­ра­нированной витой паре, использует топологию «звезда-шина», метод доступа CSMA/CD. Данный стандарт содер­жит несколько спецификаций, из ко­торых самые распространенные подставлены ниже:

а) 100Base-ТХ – обеспечивает передачу по неэк­рани­рованной витой паре категории 5

б) 100Base-FX – обеспечивает передачу по опто­во­локну

Существует стандарты со скоростью передачи дан­ных 1000 Мбит/с:

- 1000 Base Ethernet (Gigabit Ethernet) – строится на волоконно-оптическом кабеле, витой паре категории 5, коаксиале. Диаметр сети – 200 м. Данный стандарт содер­жит несколько спецификаций, из ко­торых самые распространенные подставлены ниже:

а) 1000 Base-SX – строится на многомодовом кабеле. Предельная длина оптоволоконного сегмента для многомодового кабеля 62,5/125 оставляет 220 м, а для многомодового кабеля 50/125 — 500 м.. Используется длина волны 850 нм (S означает Short Wavelength, короткая волна)

б) 1000 Base-LX - строится на одномодовом или на многомодовом кабеле. Максимальная длина кабеля для одномодового волокна равна 5000 м. Используется длина волны 1300 нм (L — от Long Wavelength, длинная волна).

Разрабатывая технологию Token Ring, фирма IBM ставила цель – обеспечить простоту монтажа кабеля - ви­той пары, - соединяющего компьютер с настенной розеткой. Данная технология использует метод доступа с передачей маркера, топологию «звезда-кольцо», экранированную и неэк­ранированную витую пару, узкополосную передачу и со скоро­стью передачи данных 4 и 16 Мбит/с. Минимальная длина ка­беля между компьютерами в данной технологии 2,5 м, макси­мальная длина кабельного сегмента от 45 до 200 м в зависи­мости от типа кабеля. Сеть Token Ring может включать до 260 узлов. Максимальная длина кольца Token Ring составляет 4000 м. Технология Token Ring обладает элементами отказоустойчивости. За счет об­ратной связи кольца одна из станций — активный монитор — непрерывно конт­ролирует наличие маркера, а также время оборота маркера и кадров данных. При некорректной работе кольца запускается процедура его повторной иници­ализации, а если она не помогает, то для локализации неисправного участка кабеля или неисправной станции используется процедура beaconing. Недавно компания IBM предложила новый вариант технологии Token Ring, названный High-Speed Token Ring, HSTR. Эта технология поддерживает битовые скорости в 100 и 155 Мбит/с, сохраняя основные особенности технологии Token Ring 16 Мбит/с.

- Apple Talk – сетевая технология Apple, предназначен­ная для небольших рабочих групп и которая входит в опера­ционную систему Macintosh. Метод доступа в этой техноло­гии - CSMA/CA, используемая топология «шина» или «де­рево», кабельная система – экранированная и неэкранирован­ная витая пара.

- Arc Net – это простая, гибкая, недорогая сетевая технология для сетей масштаба рабочей группы. В качестве передающей среды используются витая пара, коаксиальный кабель (RG-62) с волновым сопротивлением 93 Ом и оптоволоконный кабель. Скорость передачи данных - 2,5 Мбит/с. При подключении устройств в Аrcnet применяют топологии шина и звезда. Метод управления доступом станций к передающей среде - маркерная шина (Тоken Bus). Этот метод предусматривает следующие правила:

- Все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные

- Только получив разрешение на передачу (маркер)

- В любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом

- Данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети

- FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — оптоволоконный интерфейс распределенных данных — это первая технология локальных сетей, в которой сре­дой передачи данных является волоконно-оптический кабель. Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец — это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам. Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспо­собность в случае единичных отказов ее элементов. Скорость передачи данных 100 Мбит/с. Метод доступа - доля от времени оборота маркера. Максимальная длина сети (без мостов) - 200 км (100км на кольцо). Максимальное количество узлов – 500. Максимальное расстояние между узлами - 2 км (не больше 11 дб потерь между узлами).

Тема: Методы доступа к среде передачи в локальных сетях

Когда сразу несколько сетевых устройств хотят отправить данные, возникает конфликт доступа к среде передачи. Поскольку несколько устройств не могут передавать по сети данные одновременно, требуется метод, позволяющий в каждый момент времени обращаться к сетевой среде передачи данных только одному устройству. Для этого обычно применяется один из двух способов: CSMA/CD и передача маркеров.

В сетях, использующих технологию CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect, множественный доступ с обнаружением несущей/обнаружение коллизий), таких как Ethernet, сетевые устройства "соперничают" за доступ к сетевой среде передачи дан­ных. Когда устройство хочет отправить данные, оно сначала прослушивает сеть, чтобы узнать, не использует ли ее сейчас какое-либо другое устройство. Если сеть свободна, устройство начинает передавать свои данные. После того как передача данных закон­чится, устройство снова прослушивает сеть, чтобы узнать, не возникло ли коллизии. Коллизия возникает, когда два устройства посылают данные одновременно. Тогда каж­дое из этих устройств ожидает в течение некоторого времени, выбираемого случайно, а затем отправляет данные повторно. В большинстве случаев коллизия между этими двумя устройствами не повторится. Из-за такого "соперничества" в сети, чем больше загруже­на сеть, тем больше в ней возникает коллизий. Вот почему при увеличении количества устройств в одной сети производительность Ethernet резко падает.

В сетях с передачей маркера (token-passing), таких как Token Ring и FDDI, по всей сети, от устройства к устройству, передается специальный сетевой пакет, называемый маркером (token). Когда устройство хочет отправить данные, оно ждет, пока не будет получен маркер, и только затем посылает данные. Когда передача данных окончена, маркер освобождается, и тогда другие устройства могут использовать сетевую среду. Основное преимущество таких сетей состоит в том, что процессы в них детерминиро­ваны. Другими словами, легко подсчитать максимальное время, в течение которого устройство должно ожидать возможности отправить данные. Этим объясняется попу­лярность маркерных сетей в некоторых средах, работающих в режиме реального вре­мени, например на заводах, где необходимо обеспечить обмен данными между уст­ройствами через строго определенные интервалы времени.

В сетях CSMA/CD используются коммутаторы, сегментирующие сеть на несколько коллизионных доменов. Это уменьшает количество устройств, "соперничающих" за среду передачи, в каждом сегменте сети. За счет создания более мелких коллизионных доменов можно существенно увеличить производительность сети без изменения сис­темы адресации.

Обычно сети CSMA/CD являются полудуплексными. Другими словами, устройство не может одновременно отправлять и принимать информацию. Пока устройство переда­ет данные, оно не способно следить за остальным трафиком. Это очень напоминает уст­ройство "уоки-токи": когда хочешь что-то сказать, нужно нажать кнопку передачи и, пока говоришь, никто другой не может говорить на той же частоте. Когда все сказано, нужно отпустить кнопку передачи и освободить тем самым частоту для остальных.

При использовании коммутаторов становится возможным режим полного дуплек­са. Полный дуплекс работает так же, как телефон: можно одновременно и слушать, и говорить. Если сетевое устройство подключено непосредственно к порту сетевого коммутатора, эти два устройства смогут работать в режиме полного дуплекса. В таком режиме производительность может увеличиться, но не настолько сильно, как утвер­ждают некоторые. 100-мегабитный сегмент Ethernet способен передать 200 Мбит дан­ных в секунду, но из них только 100 Мбит в одном направлении. Поскольку боль­шинство соединений асимметрично (когда в одном направлении передается больше данных, чем в другом), то выигрыш не настолько велик, как утверждают многие. Од­нако работа в полнодуплексном режиме все же увеличивает пропускную способность многих приложений, потому что тогда сетевая среда передачи уже не является общей.

Два устройства, используя полнодуплексное соединение, могут посылать данные сразу же, как только будут готовы.

В маркерных сетях, таких как Token Ring, также можно извлечь пользу от коммутаторов. В больших сетях задержка между получением маркера может оказаться значительной, из-за того то он передается через всю сеть.