3 Архитектура сети
Архитектура сети — это реализованная структура сети передачи данных, определяющая её топологию, состав устройств и правила их взаимодействия в сети. В рамках архитектуры сети рассматриваются вопросы кодирования информации, её адресации и передачи, управления потоком сообщений, контроля ошибок и анализа работы сети в аварийных ситуациях и при ухудшении характеристик.
Наиболее распространённые архитектуры:
- Ethernet (англ. ether — эфир) — широковещательная сеть. Это значит, что все станции сети могут принимать все сообщения. Топология — линейная или звездообразная. Скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/сек.
- Arcnet (Attached Resource Computer Network — компьютерная сеть соединённых ресурсов) — широковещательная сеть. Физическая топология — дерево. Скорость передачи данных 2,5 Мбит/сек.
- Token Ring (эстафетная кольцевая сеть, сеть с передачей маркера) — кольцевая сеть, в которой принцип передачи данных основан на том, что каждый узел кольца ожидает прибытия некоторой короткой уникальной последовательности битов — маркера — из смежного предыдущего узла. Поступление маркера указывает на то, что можно передавать сообщение из данного узла дальше по ходу потока. Скорость передачи данных 4 или 16 Мбит/сек.
- FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — сетевая архитектура высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи — 100 Мбит/сек. Топология — двойное кольцо или смешанная (с включением звездообразных или древовидных подсетей). Максимальное количество станций в сети — 1000. Очень высокая стоимость оборудования.
- АТМ (Asynchronous Transfer Mode) — перспективная, пока ещё очень дорогая архитектура, обеспечивает передачу цифровых данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям. Скорость передачи до 2,5 Гбит/сек. Линии связи оптические.
3.2. Как соединяются между собой устройства сети Для этого используется специальное оборудование: 
Рисунок 3.1 — Сетевой интерфейсный адаптер
- Сетевые кабели (коаксиальные, состоящие из двух изолированных между собой концентрических проводников, из которых внешний имеет вид трубки; оптоволоконные; кабели на витых парах, образованные двумя переплетёнными друг с другом проводами, и др.).
- Коннекторы (соединители) для подключения кабелей к компьютеру; разъёмы для соединения отрезков кабеля.
- Сетевые интерфейсные адаптеры для приёма и передачи данных. В соответствии с определённым протоколом управляют доступом к среде передачи данных. Размещаются в системных блоках компьютеров, подключенных к сети.
- К разъёмам адаптеров подключается сетевой кабель.
Рисунок 3.2 Компьютерная сеть
- Трансиверы повышают уровень качества передачи данных по кабелю, отвечают за приём сигналов из сети и обнаружение конфликтов.
- Хабы (концентраторы) и коммутирующие хабы (коммутаторы) расширяют топологические, функциональные и скоростные возможности компьютерных сетей. Хаб с набором разнотипных портов позволяет объединять сегменты сетей с различными кабельными системами. К порту хаба можно подключать как отдельный узел сети, так и другой хаб или сегмент кабеля.
- Повторители (репитеры) усиливают сигналы, передаваемые по кабелю при его большой длине.
Лекция 5. Сетевые архитектуры
Понятие “сетевая архитектура” включает общую структуру сети, т. е. все компоненты, благодаря которым сеть функционирует, в том числе аппаратные средства и системное программное обеспечение. Здесь будут обобщены уже полученные сведения о типах сетей, принципах их работы, средах и топологиях. Сетевая архитектура это комбинация стандартов, топологий и протоколов, необходимых для создания работоспособной сети.
Ethernetсамая популярная в настоящее время архитектура. Она использует узкополосную передачу со скоростью 10 Мбит/с, топологию “шина”, а для регулирования трафика в основном сегменте кабеляCSMA/CD.
Среда (кабель) Ethernet является пассивной, т. е. получает питание от компьютера. Следовательно, она прекратит работу из-за физического повреждения или неправильного подключения терминатора.
Рис. Сеть Ethernet топологии “шина” с терминаторами на обоих концах кабеля
Сеть Ethernet имеет следующие характеристики:
- традиционная топология линейная шина;
- другие топологии звезда-шина;
- тип передачи узкополосная;
- метод доступа CSMA/CD;
- скорость передачи данных 10 и 100 Мбит/c;
- кабельная система толстый и тонкий коаксиальный.
Формат кадра Ethernet разбивает данные на пакеты (кадры), формат которых отличается от формата пакетов, используемого в других сетях. Кадры представляют собой блоки информации, передаваемые как единое целое. Кадр Ethernet может иметь длину от 64 до 1518 байтов, но сама структура кадра Ethernet использует, по крайней мере, 18 байтов, поэтому размер блока данных Ethernetот 46 до 1500 байтов. Каждый кадр содержит управляющую информацию и имеет общую с другими кадрами организацию. Например, передаваемый по сети кадр EthernetIIиспользуется для протоколаTCP/IP. Кадр состоит из частей, которые перечислены в таблице.
| Поле кадра | Описание |
| Преамбула | Отмечает начало кадра |
| Местонахождение и источник | Указывает адрес источника и приемника |
| Тип | Используется для идентификации протокола Сетевого уровня (IPилиIPX) |
| Циклический избыточный код | Поле информации для проверки ошибок |
Ethernet работает с большинством популярных операционных систем, в их числе: Microsoft Windows 95; Microsoft Windows NT Workstation; Microsoft Windows NT Server; Novell NetWare. TokenRing От других сетей Token Ring отличает не только кабельная система, но и использование доступа с передачей маркера. 
Рис. Физическизвезда, логическикольцо Сеть Token Ring имеет следующие характеристики:
| топология | звезда-кольцо; |
| метод доступа | с передачей маркера; |
| кабельная система | экранированная и неэкранированная витая пара |
| скорость передачи данных | 4 и 16 Мбит/c |
| тип передачи | узкополосная |
Архитектура Топология типичной сети Token Ring“кольцо”. Однако в версииIBMэто топология “звезда-кольцо”: компьютеры в сети соединяются с центральным концентратором, маркер передается по логическому кольцу. Физическое кольцо реализуется в концентраторе. Пользователичасть кольца, но они соединяются с ним через концентратор. Формат кадра Основной формат кадра Token Ring показан на рисунке ниже и описан в следующей таблице. Данные составляют большую часть кадра. 
Рис. Кадр данных Token Ring
| Поле кадра | Описание |
| Стартовый разделитель | Сигнализирует о начале кадра |
| Управление доступом | Указывает на приоритет кадра и на то, что передаетсякадр маркера или кадр данных |
| Управление кадром | Содержит информацию Управления доступом к средедля всех компьютеров или информацию “конечной станции”только для одного компьютера |
| Адрес приемника | Адрес компьютера-получателя |
| Адрес источника | Адрес компьютера-отправителя |
| Данные | Передаваемая информация |
| Контрольная последовательность кадра | CRC |
| Конечный разделитель | Сигнализирует о конце кадра |
| Статус кадра | Сообщает, был ли распознан и скопирован кадр (доступен ли адрес приемника) |
Функционирование Когда в сети Token Ring начинает работать первый компьютер, сеть генерирует маркер. Маркер проходит по кольцу от компьютера к компьютеру, пока один их них не сообщит о готовности передать данные и не возьмет управление маркером на себя. Маркерэто предопределенная последовательность битов (поток данных), которая позволяет отправить данные по кабелю. Когда маркер захвачен каким-либо компьютером, другие компьютеры передавать данные не могут. Захватив маркер, компьютер отправляет кадр данных в сеть (как показано на рис. ниже). Кадр проходит по кольцу, пока не достигнет узла с адресом, соответствующим адресу приемника в кадре. Компьютер-приемник копирует кадр в буфер приема и делает пометку в поле статуса кадра о получении информации. Кадр продолжает передаваться по кольцу, пока не достигнет отправившего его компьютера, который и удостоверяет, что передача прошла успешно. После этого компьютер изымает кадр из кольца и возвращает туда маркер. 
Рис. Маркер обходит логическое кольцо по часовой стрелке В сети одномоментно может передаваться только один маркер, причем только в одном направлении. Передача маркерадетерминистический процесс, это значит, что самостоятельно начать работу в сети (как, например, в средеCSMA/CD) компьютер не может. Он будет передавать данные лишь после получения маркера. Каждый компьютер действует как однонаправленный репитер, регенерирует маркер и посылает его дальше. Мониторинг системы Компьютер, который первым начал работу, наделяется системой Token Ring особыми функциями: он должен осуществлять текущий контроль за работой всей сети. Он проверяет корректность отправки и получения кадров, отслеживая кадры, проходящие по кольцу более одного раза. Кроме того, он гарантирует, что в кольце одномоментно находится лишь один единственный маркер. Распознавание компьютера После появления в сети нового компьютера система Token Ring инициализирует его таким образом, чтобы он стал частью кольца. Этот процесс включает: проверку уникальности адреса; уведомление всех сети о появлении нового узла. Аппаратные компоненты Концентратор В сети TokenRingконцентратор, в котором организуется фактическое кольцо, имеет несколько названий, например:
- MAU [Multistation Access Unit (модуль множественного доступа)];
- MSAU (MultiStation Access Unit);
- SMAU[SmartMultistationAccessUnit(интеллектуальный модуль множественного доступа)].
Кабели соединяют клиенты и серверы с MSAU, который работает по принципу других пассивных концентраторов. При подсоединении компьютера он включается в кольцо (см. рис. ниже). 
Рис. Формирование кольца в концентраторе (указано направление движения маркера)Емкость IBMMSAUимеет 10 портов соединения. К нему можно подключить до восьми компьютеров. Однако сетьTokenRingне ограничивается одним кольцом (концентратором). Каждое кольцо может насчитывать до 33 концентраторов. Сеть на базе MSAU может поддерживать до 72 компьютеров — при использовании неэкранированной витой пары и до 260 компьютеров — при использовании экранированной витой пары. Другие производители предлагают концентраторы большей емкости (в зависимости от модели). Когда кольцо заполнено, т.е. к каждому порту MSAU подключен компьютер, сеть можно расширить за счет добавления еще одного кольца (MSAU). Единственное правило, которого следует придерживаться: каждый MSAU необходимо подключить так, чтобы он стал частью кольца. Гнезда “вход” и “выход” на MSAU позволяют с помощью кабеля соединить в единое кольцо до 12 MSAU, расположенных стопкой. 
Рис. Добавляемые концентраторы не нарушают логического кольца