3.1.3. Базовые технологии локальных сетей
Архитектуры или технологии локальных сетей можно разделить на два поколения. К первому поколению относятся архитектуры, обеспечивающие низкую и среднюю скорость передачи информации: Ethernet 10 Мбит/с), Token Ring (16 Мбит/с) и ARC net (2,5 Мбит/с).
Для передачи данных эти технологии используют кабели с медной жилой. Ко второму поколению технологий относятся современные высокоскоростные архитектуры: FDDI (100 Мбит/с), АТМ (155 Мбит/с) и модернизированные версии архитектур первого поколения (Ethernet): Fast Ethernet (100 Мбит/с) и Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с). Усовершенствованные варианты архитектур первого поколения рассчитаны как на применение кабелей с медными жилами, так и на волоконно-оптические линии передачи данных. Новые технологии (FDDI и ATM) ориентированы на применение волоконно-оптических линий передачи данных и могут использоваться для одновременной передачи информации различных типов (видеоизображения, голоса и данных). Сетевая технология – это минимальный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения вычислительной сети. Сетевые технологии называют базовыми технологиями. В настоящее время насчитывается огромное количество сетей, имеющих различные уровни стандартизации, но широкое распространение получили такие известные технологии, как Ethernet, Token-Ring, Arcnet, FDDI.
Методы доступа к сети
Ethernet является методом множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий (конфликтов). Перед началом передачи каждая рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен, станция начинает передачу данных. Реально конфликты приводят к снижению быстродействия сети только в том случае, когда работают 80–100 станций. Метод доступа Arcnet. Этот метод доступа получил широкое распространение в основном благодаря тому, что оборудование Arcnet дешевле, чем оборудование Ethernet или Token -Ring. Arcnet используется в локальных сетях с топологией «звезда». Один из компьютеров создает специальный маркер (специальное сообщение), который последовательно передается от одного компьютера к другому. Если станция должна передать сообщение, она, получив маркер, формирует пакет, дополненный адресами отправителя и назначения. Когда пакет доходит до станции назначения, сообщение «отцепляется» от маркера и передается станции. Метод доступа Token Ring. Этот метод разработан фирмой IBM; он рассчитан па кольцевую топологию сети. Данный метод напоминает Arcnet, так как тоже использует маркер, передаваемый от одной станции к другой. В отличие от Arcnet при методе доступа Token Ring предусмотрена возможность назначать разные приоритеты разным рабочим станциям.
Базовые технологии лвс
Технология Ethernet сейчас наиболее популярна в мире. В классической сети Ethernet применяется стандартный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий). Однако все большее распространение получила версия Ethernet, использующая в качестве среды передачи витые пары, так как монтаж и обслуживание их гораздо проще. Применяются топологии типа “шина” и типа “пассивная звезда”. Стандарт определяет четыре основных типа среды передачи.
10BASE5 (толстый коаксиальный кабель);
10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель);
10BASE-F (оптоволоконный кабель).
Fast Ethernet – высокоскоростная разновидность сети Ethernet, обеспечивающая скорость передачи 100 Мбит/с. Сети Fast Ethernet совместимы с сетями, выполненными по стандарту Ethernet. Основная топология сети Fast Ethernet — пассивная звезда.
Стандарт определяет три типа среды передачи для Fast Ethernet:
100BASE-T4 (счетверенная витая пара);
100BASE-TX (сдвоенная витая пара);
100BASE-FX (оптоволоконный кабель).
Gigabit Ethernet – высокоскоростная разновидность сети Ethernet, обеспечивающая скорость передачи 1000 Мбит/с. Стандарт сети Gigabit Ethernet в настоящее время включает в себя следующие типы среды передачи:
1000BASE-SX – сегмент на мультимодовом оптоволоконном кабеле с длиной волны светового сигнала 850 нм.
1000BASE-LX – сегмент на мультимодовом и одномодовом оптоволоконном кабеле с длиной волны светового сигнала 1300 нм.
1000BASE-CX – сегмент на электрическом кабеле (экранированная витая пара).
1000BASE-T – сегмент на электрическом кабеле (счетверенная неэкранированная витая пара).
В связи с тем, что сети совместимы, легко и просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в единую сеть.
Сеть Token-Ring предложена фирмой IBM. Token-Ring предназначалась для объединение в сеть всех типов компьютеров, выпускаемых IBM (от персональных до больших). Сеть Token-Ring имеет звездно-кольцевую топологию. Сеть Arcnet — это одна из старейших сетей. В качестве топологии сеть Arcnet использует “шину” и “пассивную звезду”. Сеть Arcnet пользовалась большой популярностью. Среди основных достоинств сети Arcnet можно назвать высокую надежность, низкую стоимость адаптеров и гибкость. Основным недостаткам сети является низкая скорость передачи информации (2,5 Мбит/с). FDDI (Fiber Distributed Data Interface) – стандартизованная спецификация для сетевой архитектуры высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи – 100 Мбит/с. Основные технические характеристики сети FDDI следующие:
Максимальное количество абонентов сети – 1000.
Максимальная протяженность кольца сети – 20 км
Максимальное расстояние между абонентами сети – 2 км.
Среда передачи – оптоволоконный кабель
Скорость передачи информации – 100 Мбит/с.
Сетевая технология Ethernet, TokenRing, FDDI и X.25
Сетевая(базовая) технология – это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети.
Сетевая технология Ethernet. Принят в 1980 г. Основ. принцип — случайный метод доступа к разделяемой среде передачи данных. В качестве такой средыможет исп-ся толстый или тонкий коаксиальный кабель, витая пара,оптоволокно или радиоволны.В стандарте Ethernet строго зафиксирована топология электрич. связей. Компы подключаются к разделяемой среде в соответствии стиповой структурой «общая шина».
С пом. разделяемой во времени шины любые 2 компа могут обмениваться данными. Управление доступом к линии связи осуществляется специальными контроллерами — сетевыми адаптерами Ethernet. Каждый комп, точнее, каждый сетевой адаптер, имеет уникальный адрес. Передача данных происходит со скоростью 10 Мбит/с. Эта величина явл-ся пропускной способностью сети.
Суть случайного метода доступа. Комп в сети Ethernet может передавать данные по сети, только если сеть свободна, т.е. если никакой др. комп в данный момент не занимается обменом. После того как комп убедился, что сеть свободна, он начинаетпередачу, при этом «захватывает» среду.
Времямонопольного исп-ия разделяемой среды 1 узлом ограничивается временем передачи 1 кадра. Кадр — единица данных, которыми обмениваются компы в сети Ethernet. При попадании кадра в разделяемую среду передачи данных все сетевые адаптеры одновременно начинают принимать этот кадр. Иногда может возникать ситуация, когда одновременно 2 или более компа решают, что сеть свободна, и начинают передавать инфо. Такая ситуация, называемая коллизией, препятствуетправильной передаче данных по сети. В стандарте Ethernet предусмотрен алгоритм обнаружения и корректной обработки коллизий.
Достоинствами сетей Ethernet являются
• экономичность: для построения сети достаточно иметь по одному сетевому адаптеру для каждого компа + 1 физ. сегмент коаксиального кабеля нужной длины.
• простота логики работы сети
• обладают высокой надежностью;
• хорошая расширяемость, т.е. легкость подключения новых узлов.
Сетевая технология TokenRing разработана компанией IBM в 1984 г. Компания IBM исп-еттехнологию TokenRing в качестве своей основной сетевой технологии дляпостроения локальных сетей на основе компов различных классов –мэйнфреймов, мини-компов и ПК.
Сети TokenRingхар-ет разделяемая среда передачи данных, кот. состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему требуется детерминированный алгоритм, основанный на передаче станциям права на исп-ие кольца в опред. порядке. Это право передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном (token). Сеть TokenRing может включать до 260 узлов. Сети TokenRing работают с двумя битовыми скоростями – 4 и 16 Мбит/с. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в 1 кольце не допускается.Технология TokenRing обладает св-ми отказоустойчивости. В сети TokenRing определены процедуры контроля работы сети, кот. исп-ют обратную связь кольцеобразной структуры – посланный кадр всегда возвращается в станцию-отправитель. Для контроля сети одна из станций выполняет роль так называемого активного монитора. Чтобы сеть могла обнаружить отказ активного монитора, последний в работоспособном состоянии каждые 3сек генерирует специальный кадр своего присутствия. Если этот кадр не появляется в сети более 7 сек, то остальные станции сети начинают процедуру выборов нового активного монитора.
Сетевая технология FDDI (FiberDistributedDataInterface) – оптоволоконныйинтерфейс распределенных данных – это 1 технология локальныхсетей, в кот. средой передачи данных является волоконно-оптическийкабель. Обеспечивает передачу кадров со скоростью 100 Мбит/с по двойному волоконно-оптическому кольцу длиной до 100 км. Технология FDDI во многом основывается на технологии TokenRing.Сеть FDDI строится на основе 2 оптоволоконных колец, кот. образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие 2 колец – это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят воспользоваться этим повышеннымпотенциалом надежности, д.б. подключены к обоим кольцам. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного кольца, этот режим назван «сквозным» или «транзитным». Вторичное кольцо в этом режиме не исп-ся. В случае какого-л. вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным, вновь образуя единое кольцо. Этот режим работы сети называется «свертывание» или «сворачивание» колец.
Сетевая технология X.2 являются на сегодняшний момент самымираспространенными сетями с коммутацией пакетов, используемыми дляпостроения корпоративных сетей. Основная причина в том, что долгое времясети X.25 были единственными доступными сетями с коммутацией пакетов
коммерческого типа, в которых давались гарантии коэффициента готовностисети. Кроме того, X.25 хорошоработают на ненадежных линиях благодаря протоколам с установлениемсоединения и коррекцией ошибок на 2 уровнях – канальном и сетевом.Сеть X.25 состоит из коммутаторов, называемых также центрамикоммутации пакетов, расположенных в различных географических точках исоединенных высокоскоростными выделенными каналами. Выделенныеканалы м.б. как цифровыми, так и аналоговыми.