Вопрос 11 — Логическая топология сетей. Отличие физической топологии от логической.
Логическая, или электрическая, топология описывает способ, в соответствии с которым устройства сети передают информацию от одного узла к следующему, но нельзя путать его с теми линиями, которые нарисованы на структурной схеме сети. Физическая топология не имеет прямого отношения к логической топологии. Сеть может иметь физическую звездообразную топологию и логическую кольцевую или физическую звездообразную и логическую шинную и т. д.
Существует два вида логической топологии сети:
Вопрос 12 — Логическая шинная топология
Ethernet — наиболее известный пример сети с логической шинной топологией — является самым популярным типом локальной сети. Топология Ethernet — не то же самое, что физическая шинная топология (эта концепция не всегда легко воспринимается и приходится ее повторять для лучшего усвоения).
Как работает сеть с логической шинной топологией? Говоря простым языком, каждый раз, когда у какого-либо узла сети оказываются данные для другого узла, то первый узел производит «оповещение» всей сети. Все остальные узлы «слушают» сеть и проверяют, предназначены эти данные для них или нет. Если предназначены, то они «оставляют их себе», если нет — игнорируют. Каждая плата Ethernet имеет специфический (выделенный специально для нее) 48-битовый адрес, и каждая «порция» данных, путешествующая по сети, направляется по адресу платы в тот узел, который должен принять данные.
А что произойдет, если пакет предназначен сразу для нескольких рабочих станций? Сетевое программное обеспечение может дать указание плате Ethernet «прослушивать» определенные групповые адреса. Если пакет адресован всей сети, то его целевой адрес должен быть равен 1s, и его должна принять каждая плата.
Кто бы и что бы ни передал в сеть, его услышат все.
В сети с шинной топологией каждая рабочая станция может посылать информацию в модуле сигналов, называемом пакетом. Данные, передаваемые по сети любого типа, должны удовлетворять жестко заданному формату — формату кадра канального уровня (Data Link Layer Frame), который используют для упорядочивания данных. Этот формат определен на канальном уровне модели OSI.
Перед тем как рабочая станция начнет широковещательную передачу в сеть, она прослушивает «эфир» и определяет, не пользуется ли сейчас сетью кто-либо еще. Если сеть свободна, рабочая станция начинает широковещательную передачу.
Наибольшая проблема в методе широковещательной сетевой передачи — расстояние. Если расстояние между двумя компьютерами в одной и той же сети (назовем их Узел А и Узел Б) слишком велико, они могут не услышать сигналов друг друга в линии связи. Если они не могут «слышать» друг друга, то Узел А не может сказать, передает информацию Узел Б или нет. Думая, что все тихо, Узел А может начать свою передачу, когда Узел Б еще передает данные. Если это случится, и два узла будут передавать информацию одновременно, произойдет конфликт пакетов, приводящий к «пульсации» частоты сигнала в кабеле. Первый же узел, который заметит возросшую пульсацию частоты сигнала, пошлет высокочастотный сигнал, отменяющий все другие, и сообщит всем узлам, что случился конфликт, и что все узлы сети должны остановить передачу пакетов. Далее каждый узел «молчит» в течение некоторого промежутка времени, продолжительность которого задается случайным образом, после чего повторно делает попытку широковещательной передачи. Прежде чем отказаться от новых попыток, они делают это до 16 раз.
Использование кабелей, длина которых не превышает допустимой величины, снижает шанс возникновения конфликта, поскольку узлы смогут услышать широковещательную передачу других узлов. (Например, применительно к сети Ethernet это значит, что участок кабеля не должен превышать 185 метров. В противном случае сигнал следует усиливать.) Фактически, метод работы сети с логической шинной топологией увеличивает вероятность возникновения конфликтов пакетов. Если узел не может выполнить широковещательную передачу, пока сеть занята, то что же случится, когда линия связи освободится, а несколько узлов уже будут иметь данные для передачи? Они внезапно начнут одновременно передавать свою информацию, в результате чего снова могут возникнуть конфликты.
Учтите, что описанная выше процедура имеет место в сетевых платах Ethernet. Поэтому, если вы намереваетесь использовать топологию Ethernet, во всех узлах сети должны быть установлены платы Ethernet. Сеть Ethernet может быть построена на базе физической шинной, звездообразной или кольцевой топологии.
Сеть Ethernet не является единственным примером использования логической шинной топологии, однако это наиболее известный ее пример. Другие сети, в которых используется логическая шинная топология, включая LANtastic фирмы Artisoft и LocalTalk/AppleTalk, построены на базе компьютеров Macintosh. Сеть LocalTalk способна передавать только четверть миллионов бит в секунду, но в ней используются многие базовые принципы построения сети Ethernet.
§7. Физическая и логическая топология сети.
Физическая топология — это граф, вершинами которого являются узлы сети, а ребрами — физические связи между ними. Логическая топология описывает, как циркулируют потоки информации между узлами. Физическая и логическая топология сети могут не совпадать между собой. Фактически логическая топология определяет алгоритм, согласно которому сетевые узлы будут получать доступ к среде передачи данных (будет описано далее). Определяют следующие физические топологии:Шинная топологияВ этой топологии все узлы подключены непосредственно к сетевой среды. Сейчас такая топология используется достаточно редко из-за значительных недостатков — физический разрыв между любыми узлами приводит к неработоспособности всей сети. Реализовывалась на коаксиальном кабеле.Кольцевая топологияОбладает теми же недостатками, что и шинная, а поэтому на практике реализуется неявно. При явной реализации выход из строя любого узла или связи между ними приводит к неработоспособности сети.
Физические узлы соединены по топологии линейная шина однако доступ к шине происходит в кольцевом порядке от узла 1 к узлу 2, …., от узла 4 к узлу 1.
_______ физическая ——- логическая.
8. Коммуникационное оборудование
Коммутаторы — это программно – аппаратные устройства, которые делят общую среду передачи данных на логические сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов с помощью концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту коммутатора. Повторители – это аппаратные устройства, предназначенные для восстановления и усиления сигналов в вычислительных сетях с целью увеличения их длины. Мосты – это программно – аппаратные устройства, которые обеспечивают соединение нескольких локальных сетей между собой или несколько частей одной и той же сети, работающих с разными протоколами. Мосты предназначены для логической структуризации сети или для соединения в основном идентичных сетей, имеющих некоторые физические различия. Мост изолирует трафик одной части сети от трафика другой части, повышая общую производительность передачи данных. Логическая структуризация разделяет общую среду передачи данных на логические сегменты и тем самым устраняет столкновения (коллизии) данных в вычислительных сетях. Логические сегменты или подсети могут работать автономно и по мере необходимости компьютеры из разных сегментов могут обмениваться данными между собой. Протоколы управления в вычислительных сетях остаются теми же, какие применяются и в неразделяемых сетях.
9. Типы кабелей
Витая Пара наиболее распространенное средство для передачи данных между компьютерами. В данном типе кабеля используется медный попарно скрученный провод, что позволяет уменьшить количество помех и наводок, как при передаче сигнала по самому кабелю, так и при воздействии внешних помех. Существует несколько категорий этого кабеля. Перечислим основные из них. Cat 3 – был стандартизирован в 1991 г., электрические характеристики позволяли поддерживать частоты передачи до 16 МГц, использовался для передачи данных и голоса. Более высокая категория –Cat 5, была специально разработана для поддержки высокоскоростных протоколов. Поэтому его электрические характеристики лежат в пределах до 100Мгц. На таком типе кабеля работают протоколы передачи данных 10, 100, 1000 Мбит/с. На сегодняшний день кабель Cat5 практически вытеснил Cat 3. Основное преимущество витой пары перед телефонными и коаксиальными кабелями – более высокая скорость передачи данных. Также использование Cat 5 в большинстве случаев позволяет, не меняя кабельную структуру, повысить производительность сети (переходом от 10 к 100 и от 100 к 1000 Мбит/с).
Коаксиальный Кабель использовался в сетях еще несколько лет назад, но сегодня это большая редкость. Такой тип кабеля по строению практически идентичен обычному телевизионному коаксиальному кабелю – центральная медная жила отделена слоем изоляции от оплетки. Некоторые отличия есть в электрических характеристиках (в телевизионном кабеле используется кабель с волновым сопротивлением 75 Ом, в сетевом – 50 Ом).
Основными недостатками этого кабеля является низкая скорость передачи данных (до 10Мбит/с), подверженность воздействиям внешних помех. Кроме того, подключение компьютеров в таких сетях происходит параллельно, а значит, максимальная возможная скорость пропускания делится на всех пользователей. Но, по сравнению с телефонным кабелем, коаксиал позволяет объединять близко расположенные компьютеры с намного лучшим качеством связи и более высокой скоростью передачи данных.
Оптоволоконный кабель используется для соединения больших сегментов сети, которые располагаются далеко друг от друга, или в сетях, где требуется большая полоса пропускания, помехоустойчивость. Оптический кабель состоит из центрального проводника света (сердцевины) – стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла – оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. Световой луч обычно формируется полупроводниковым или диодным лазером. В зависимости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сердечника различают: одномодовое волокно; многомодовое волокно. Физический уровень также отвечает за преобразование сигналов между различными средами передачи данных. Например, при необходимости соединить сегменты сети, построенные наоптоволокне и витой паре, применяют так называемые конверторы (в данном случае они преобразуют световой импульс в электрический).