Мандрыкин А.В. Информационные технологии в экономике

Подождите немного. Документ загружается.

150

Кольцевая топология

При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны

одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей стан-

цией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Послед-

няя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная

связь замыкается в кольцо.

Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой

может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно ес-

ли географически станции расположены далеко от кольца (на-

пример, в линию).

Сообщения циркулируют регулярно по кругу (обычно

только в одном направлении). Пересылка сообщений является

очень эффективной, т.к. большинство сообщений можно от-

правлять “в дорогу” по кабельной системе одно за другим.

Очень просто можно реализовать кольцевой запрос на все

станции. Продолжительность передачи информации увеличи-

вается пропорционально количеству рабочих станций, входя-

щих в вычислительную сеть.

Файловый сервер

Рис. 21. Кольцевая топология

Основная проблема при кольцевой топологии заключает-

ся в том, что каждая рабочая станция должна активно участво-

вать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя

151

бы одной из них вся сеть парализуется. Однако неисправности

в таких соединениях локализуются легко.

Подключение новой рабочей станции требует кратко-

срочного выключения сети, т.к. во время установки кольцо

должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вы-

числительной сети не существует, т.к. оно, в конечном счете,

определяется исключительно расстоянием между двумя рабо-

чими станциями.

Логическая кольцевая топология

Специальной формой кольцевой топологии является ло-

гическая кольцевая сеть.

Физически она монтируется как соединение звездных то-

пологий. Отдельные звезды включаются с помощью специаль-

ных коммутаторов. Разрыв соединения происходит только для

нижерасположенного (ближайшего) узла сети, так что лишь в

редких случаях может нарушаться работа всей сети.

Пассивный

Файловый сервер концентратор

Пассивный Активный

концентратор концентратор

Активный

концентратор

Рис. 22. Логическая кольцевая топология

Шинная топология

При шинной топологии среда передачи информации

представляется в форме коммуникационного пути, доступного

для всех рабочих станций и к которому они все должны быть

152

подключены. Все рабочие станции могут непосредственно

вступать в контакт с любой другой рабочей станцией, имею-

щейся в сети.

Файловый сервер

Рис. 23. Шинная топология

Основным преимуществом такой схемы являются деше-

визна и простота разводки кабеля по помещениям. Также

обеспечивается возможность почти мгновенного широковеща-

тельного обращения ко всем станциям сети. Самые серьезные

недостатки – низкая надежность (любой дефект кабеля полно-

стью парализует всю сеть) и невысокая производительность,

т.к. при таком подключении в каждый момент времени только

один компьютер может передавать данные в сеть.

Благодаря тому, что рабочие станции можно включать

без прерывания сетевых процессов и коммуникационной сре-

ды, очень легко прослушивать информацию, т.е. ответвлять

информацию из коммуникационной среды.

Древовидная структура ЛВС

Для крупных сетей характерно наличие произвольных

связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить

отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети),

имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со

смешенной топологией. Примером может служить древовид-

ная структура. Она образуется в основном путем комбинаций

вышеназванных топологий вычислительных сетей. Основание

дерева вычислительной сети располагается в точке (корень), в

которой собираются коммуникационные линии информации

(ветви дерева).

153

Файловый сервер

Рис. 24. Древовидная топология

Вычислительные сети с древовидной структурой приме-

няются там, где невозможно непосредственное применение

базовых сетевых структур в чистом виде.

7.9. Типы построения сетей

по методам передачи информации

В проектировании локальных сетей основная роль отводит-

ся протоколам физического и канального уровней модели OSI. Ка-

нальный уровень подразделяют на два подуровня: логической пе-

редачи данных LLC (Logical Link Control) и управления доступом

к сети MAC (Media Access Control). В современных вычислитель-

ных сетях имеют распространение несколько протоколов уровня

MAC: Token Ring, Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet,

100VG-AnyLAN, FDDI.

Локальная сеть Arcnet

Эта сетевая технология разработана фирмой Datapoint

Corp. в середине 80-х годов. Она получила широкое распро-

странение, в основном благодаря тому, что оборудование

Arcnet дешевле, чем оборудование Ethernet или Token Ring.

В качестве доступа к передающей среде используется

одна из разновидностей детерминированного метода – мар-

154

керный метод, а именно маркерная шина (Token Bus). Один из

компьютеров создает специальный маркер (сообщение специ-

ального вида), который последовательно передается от одного

компьютера к другому. Если станция желает передать сообще-

ние другой станции, она должна дождаться маркера и добавить

к нему сообщение, дополненное адресами отправителя и на-

значения. Когда пакет дойдет до станции назначения, сообще-

ние будет "отцеплено" от маркера и передано станции, а мар-

кер продолжит движение.

Локальная сеть Token Ring

Технология Token Ring была разработана в 1984 году фирмой

IBM.

В общем случае сеть Token Ring имеет комбинированную

звездно-кольцевую конфигурацию. Конечные узлы подключаются

к концентратору (MSAU) по топологии звезда, а сами концентра-

торы объединяются по кольцу. Все станции работают на одной

скорости – либо 4 Мбит/с, либо 16 Мбит/с.

Для доступа к среде передачи данных, как и в технологии Ar-

cnet, также применяется разновидность маркерного метода – мар-

керное кольцо (Token Ring). При использовании этого метода мар-

кер передается от узла к узлу путем ретрансляции. Если нет необ-

ходимости в передаче, то узел передает маркер следующему узлу.

Если такая необходимость есть, то маркер изымается из сети и

узел посылает свой кадр данных по кольцу. Получив обратно

посланный кадр с подтверждением получения, узел-

отправитель отправляет в сеть новую копию маркера для переда-

чи доступа к сети. Время доступа к сети ограничивается временем

удержания маркера, в течение которого узел может послать не-

сколько кадров данных и после чего узел обязан передать маркер

в сеть. Этот алгоритм маркерного доступа используется в сетях

Token Ring, которые работают на скорости 4 Мбит/с. В сетях Token

Ring, которые работают на скорости 16 Мбит/с, используется алго-

ритм раннего освобождения маркера, суть которого заключается в

отправке маркера сразу после передачи кадра данных. В этом

случае по сети одновременно могут продвигаться кадры не-

скольких станций.

155

Контроль за работой сети, за наличием маркера в сети

осуществляет активный монитор. Функции активного монитора

выполняет один из узлов сети. В частности, в случае отсутствия

маркера в сети в течение достаточно длительного времени, актив-

ный монитор генерирует новую копию маркера. Одновременно в

сети не может быть больше одной копии маркера.

Стандарт Token Ring поддерживает экранированную и неэк-

ранированную витую пару, оптоволоконный кабель. При исполь-

зовании экранированной витой пары в кольцо допускается объе-

динять до 260 станций при длине ответвительных кабелей до 100

метров; расстояние между пассивными концентраторами до 100

метров, активными – 730 метров. При использовании неэкрани-

рованной витой пары максимальное количество станций сокра-

щается до 72 при длине ответвительных кабелей до 45 метров;

расстояние между пассивными концентраторами до 45 метров,

активными – 365 метров. Максимальная длина кольца 4000 м.

Компания IBM предложила новую технологию High-Speed

Token Ring, которая поддерживает скорости 100 и 155 Мбит/с и

сохраняет основные особенности технологии Token Ring.

Локальная сеть Ethernet

Сетевой стандарт Ethernet был разработан фирмой Xerox в

1975 году. В 1980 году фирмы DEC, Intel, Xerox разработали стан-

дарт Ethernet DIX на основе коаксиального кабеля. Эта последняя

версия фирменного стандарта послужила основой стандарта

IEEE 802.3. Стандарт IEEE 802.3 имеет модификации, которые

различаются типом используемой физической среды:

• 10Base-5 — «толстый» коаксиальный кабель диаметром

0,5 дюйма. Позволяет создавать сегменты до 500 м (без повторите-

лей). С их использованием – до 2500 м. Максимальное число

станций в сегменте – 100;

• 10Base-2 — «тонкий» коаксиальный кабель диаметром 0,25

дюйма. Позволяет создавать сегменты до 185 м (без повторите-

лей). С их использованием – 925 м. Максимальное число стан-

ций в сегменте – 30;

• 10Base-T — неэкранированная витая пара (UTP). Этот

стандарт принят в 1991 году и имеет обозначение 802.3i. Позво-

156

ляет создавать сеть по топологии «звезда». Расстояние от концен-

тратора до конечного узла — не более 100 м. При использовании

повторителей – до 500 м. Максимальное число станций в сег-

менте – 1024;

• 10Base-F — волоконно-оптический кабель. Топология

аналогична топологии предыдущей модификации. Расстояние

от концентратора до конечного узла — от 1000 до 2000 м в за-

висимости от варианта спецификации (FOIRL, 10Base-FL,

10Base-FB). С использованием повторителей – до 2500 м (2740 м

для спецификации 10Base-FB). Максимальное число станций в

сегменте – 1024.

Локальные сети, построенные по всем перечисленным

стандартам, обеспечивают пропускную способность до 10

Мбит/с. На логическом уровне используется топология «логи-

ческая общая шина». На физическом уровне используемая то-

пология — общая шина, «звезда» и смешанные структуры.

Максимальное количество повторителей между любыми стан-

циями сети – 4 (для 10Base-FB - 5).

В стандарте 802.3, включая Fast Ethernet (IEEE 802.3u)

и Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) (они рассмотрены ниже), в

качестве метода доступа к среде передачи данных использу-

ется недетерминированный метод - метод коллективного дос-

тупа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий

(carrier-sense-miltiply-access with collision detection), метод

CSMA/CD.

Этот метод используется в сетях, где все компьютеры

имеют непосредственный доступ к общей шине (логическая

топология) и могут немедленно получить данные, которые по-

сылаются любым компьютером.

В сети Ethernet данные передаются кадрами. Каждый

кадр снабжается преамбулой (8 байт), которая позволяет син-

хронизировать работу приемника и передатчика. В заголовках

кадра указывается адрес узла-получателя, который позволяет

узлу-получателю распознать, что предаваемый кадр предна-

значен ему, и адрес узла-отправителя для отправки сообщения,

подтверждающего факт получения кадра. Минимальная длина

157

кадра — 64 байта, максимальная — 1518 байт. Передача кадра

возможна, когда никакой другой узел сети не передает свой

кадр. Стандарт Ethernet не позволяет одновременную переда-

чу/прием более одного кадра. На практике в сетях Ethernet

возможны ситуации, когда два узла пытаются передать свои

кадры. В таких случаях происходит искажение передаваемых

данных, потому что методы стандарта Ethernet не позволяет вы-

делять сигналы одного узла из общего сигнала и возникает так

называемая коллизия. Передающий узел, первым обнаружив-

ший коллизию, временно прекращает передачу кадра, делает

паузу случайной длины и повторяет попытку захвата пере-

дающей среды и передачи кадра. После 16 неудачных попыток

передачи кадра данный кадр отбрасывается.

При увеличении количества коллизий, когда передающая

среда заполняется повторными кадрами, реальная пропускная

способность сети резко уменьшается. В этом случае необхо-

димо уменьшить трафик сети любыми доступными метода ми

(уменьшение количества узлов сети, использование приложе-

ний с меньшими затратами сетевых ресурсов, реструктуриза-

ция сети).

Технологии Fast Ethernet и 100VG-AnyLAN

Развитие локальных сетей, появление новых более быстрых

компьютеров привело к необходимости совершенствования стан-

дарта Ethernet с целью увеличения пропускной способности сети

до 100 Мбит/с.

В 1995 году было принято два стандарта: IEEE 802.3u - Fast

Ethernet, основанный на разработке некоммерческого объедине-

ния Fast Ethernet Alliance во главе компаний SynOptics, 3Com и

др., и IEEE 802.12 - 100VG-AnyLAN, основанный на разработке

компаний Hewlett-Packard, AT&T и др.

Технология Fast Ethernet использует метод доступа

CSMA/CD, такой же, как в технологии Ethernet.

Отличия Fast Ethernet от Ethernet наблюдаются только на

физическом уровне. На канальном уровне изменений нет. Ус-

тановлены три спецификации для физического уровня:

• 100Base-TX — неэкранированная витая пара 5 катего-

158

рии (две пары в кабеле) и экранированная витая пара. Макси-

мальная длина сегмента – 100 м;

• 100Base-T4 — неэкранированная витая пара 3, 4 или 5

категорий (четыре пары в кабеле). Максимальная длина сег-

мента – 100м. Одновременно только три пары используются

собственно для передачи данных , а четвертая пара – для обна-

ружения коллизий;

• 100Base-FX — многомодовое оптоволокно (два во-

локна в кабеле). Максимальная длина сегмента – 412 м (полу-

дуплекс) и 2 км (полный дуплекс).

Стандарты 100Base-TX и 100Base-FX могут работать в

полнодуплексном режиме.

В технологии 100VG-AnyLAN для доступа к разделяемой

среде используется также недетерминированный метод - при-

оритетный доступ по требованию Demand Priority, который

может поддерживать кадры технологий как Ethernet, так и To-

ken Ring. Сеть состоит из корневого концентратора и присое-

диненных к нему узлов и других концентраторов. Концентра-

тор играет роль арбитра доступа к сети. Узел запрашивает у

концентратора разрешение на передачу кадра. Если сеть сво-

бодна, концентратор отправляет кадр узлу назначения. Если

сеть занята, то запрос ставится в очередь.

Для определения занятости сети корневой концентратор

циклически выполняет опрос портов. Если порт связан с дру-

гим концентратором, то опрос задерживается до момента за-

вершения опроса портов концентратора нижнего уровня (воз-

можны три уровня). Решение о предоставлении доступа при-

нимается на основе опроса всеми концентраторами всех своих

портов.

В сети поддерживаются два уровня приоритетов: высокий

уровень соответствует кадрам данных, которые чувствительны

к временным задержкам передачи, и низкий уровень — обыч-

ные данные. Узел, имеющий низкий приоритет, может получить

высокий приоритет, если достаточно долго не может получить

доступ к сети. Концентратор отправляет кадр только узлу назна-

чения, а не всем узлам. Адрес каждого узла сети ставится в соот-

159

ветствие с портом концентратора при установлении физическо-

го контакта и запоминается в специальной таблице концен-

тратора.

Передача данных осуществляется одновременно по 4 па-

рам UTP кабеля 3, 4 или 5 категории. По каждой паре данные

передаются со скоростью 25 Мбит/с, что дает в сумме 100

Мбит/с. Сейчас появились модификации, рассчитанные на две

неэкранированные витые пары 5 категории, две экранирован-

ные витые пары 1 категории или два оптических многомодо-

вых оптоволокна.

Технология Gigabit Ethernet

Стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet был принят в 1998

году на основе согласованных усилий группы компаний, обра-

зовавших объединение Gigabit Ethernet Alliance. Скорость пе-

редачи данных до 1000 Мбит/c. Разработчики стандарта мак-

симально сохранили преемственность предыдущих стандар-

тов Ethernet: сохраняются все форматы кадров; полудуплекс-

ная и полнодуплексная версии протоколов; поддерживается тот

же метод доступа CSMA/CD с минимальными изменениями;

поддерживаются коаксиальный кабель, волоконно-оптический

кабель, витая пара категории 5 (стандарт IEEE 802.3ab).

Для многомодового оптоволокна стандарт IEEE 802.3z оп-

ределил две спецификации:

• 1000Base-SX – используется многомодовое оптическое

волокно с несущим сигналом 850 нм. Максимальная длина сег-

мента – 220 м (в полнодуплексном режиме);

• 1000Base-LX - используется многомодовое оптическое

волокно с несущим сигналом 1300 нм. Максимальная длина сег-

мента – 500 м (в полнодуплексном режиме).

Приведенные расстояния рассчитаны на кабели невысокого

качества, поэтому на практике обычно возможно увеличение

длины кабеля до 800 м.

Для полудуплексной передачи максимальный размер

сегментов для оптоволокна не должен превышать 100 м.