Топология сети технологии протоколы

Протоколы и технологии локальных сетей

В локальных сетях основная роль в организации взаимодействия узлов принадлежит протоколу канального уровня, который ориентирован на вполне определенную топологию ЛКС. Так, самый популярный протокол этого уровня — Ethernet — рассчитан на топологию «общая шина», когда все узлы сети параллельно подключаются к общей для них шине, а протокол Token Ring — на топологию «звезда». При этом применяются простые структуры кабельных соединений между РС сети, а для упрощения и удешевления аппаратных и программных решений реализовано совместное использование кабелей всеми РС в режиме разделения времени. Такие простые решения, характерные для разработчиков первых ЛКС во второй половине 70-х годов ХХ века, наряду с положительными имели и отрицательные последствия, главные из которых — ограничения по производительности и надежности.

Поскольку в ЛКС с простейшей топологией (общая шина, кольцо, звезда) имеется только один путь передачи информации — моноканал, производительность сети ограничивается пропускной способностью этого пути, а надежность сети — надежностью пути. Поэтому по мере развития и расширения сфер применения локальных сетей с помощью специ-альных коммуникационных устройств (мостов, коммутаторов, маршрутизаторов) эти ограничения постепенно снимались. Базовые конфигурации ЛКС (шина, кольцо) превратились в элементарные звенья, из которых формируются более сложные структуры локальных сетей, имеющие параллельные и резервные пути между узлами.

Однако внутри базовых структур локальных сетей продолжают работать все те же протоколы Ethernet и Token Ring. Объединение этих структур (сегментов) в общую, более сложную локальную сеть осуществляется с помощью дополнительного оборудования, а взаимодействие РС такой сети — с помощью других протоколов.

В развитии локальных сетей, кроме отмеченных, наметились и другие тенденции:

• отказ от разделяемых сред передачи данных и переход к использованию активных коммутаторов, к которым РС сети присоединяются индивидуальными линиями связи;
• появление нового режима работы в ЛКС при использовании коммутаторов — полнодуплексного (хотя в базовых структурах локальных сетей РС работают в полудуплексном режиме, т. к. сетевой адаптер станции в каждый момент времени либо передает свои данные, либо принимает другие, но не делает это одновременно). Сегодня каждая технология ЛКС приспособлена для работы как в полудуплексном, так и в полнодуплексном режимах. Стандартизация протоколов ЛКС осуществлена комитетом 802, организованном в 1980 в институте IEEE. Стандарты семейства IEEE 802.Х охватывают только два нижних уровня модели ВОС — физический и канальный. Именно эти уровни отражают специфику локальных сетей, старшие уровни, начиная с сетевого, имеют общие черты для сетей любого класса.

• логической передачи данных (LLC — Logical Link Control);
• управления доступом к среде (МАС — Media Access Control).

• номинальная пропускная способность — 10 Мбит/с;
• максимальное число РС в сети — 1024;
• максимальное расстояние между узлами в сети — 2500 м;
• максимальное число коаксиальных сегментов сети — 5;
• максимальная длина сегмента — от 100 м (для 10Base-T) до 2000 м (для 10Base-F);
• максимальное число повторителей между любыми станциями сети — 4.

• структура физического уровня технологии Fast Ethernet — более сложная, что объясняется использованием трех вариантов кабельных систем: волоконно-оптический кабель, витая пара категории 5 (используются две пары), витая пара категории 3 (используются четыре пары). Отказ от коаксиального кабеля привел к тому, что сети этой технологии всегда имеют иерархическую древовидную структуру;
• диаметр сети сокращен до 200 м, время передачи кадра минимальной длины уменьшено в 10 раз за счет увеличения скорости передачи в 10 раз;
• технология Fast Ethernet может использоваться при создании магистралей локальных сетей большой протяженности совместно с коммутаторами (полудуплексный вариант работы для этой технологии является основным);
  

  Таблица 17.1. Сравнение сетей различных топологий
  Характеристики	Тип технологии
  FDDI	Ethernet	Token Ring
  Пропускная способность Мбит/с	100	10	16
  Топология	Двойное кольцо	Шина, звезда	Звезда, кольцо
  Метод доступа	Маркерный, доля от времени оборота маркера	CSMA/CD	Маркерный, приоритетная система резервирования
  Среда передачи данных	Оптоволокно, неэкранированная витая пара	Толстый коаксиал, тонкий коаксиал, витая пара, оптоволокно	Экранированная и неэкранированная витая пара, оптоволокно
  Максимальная длина сети (без мостов)	200 км (100 км на кольцо)	2500 м	4000 м
  Максимальное расстояние между узлами	2 км	2500 м	100 м
  Максимальное количество узлов	500	1024	260

• для всех трех спецификаций физического уровня, отличающихся типом применяемого кабеля, форматы кадров отличаются от форматов кадров технологий 10-мегабитного Ethernet;
• признаком свободного состояния передающей среды является не отсутствие сигналов, а передача по ней специального символа в кодированном виде;
• применяется метод кодирования 4В/5В, хорошо себя зарекомендовавший в технологии FDDI. В соответствии с этим методом каждые 4 бита передаваемых данных представляются 5 битами, т.е. из 32 комбинаций 5-битных символов для кодирования исходных 4-битных символов используются только 16 комбинаций, а из ос-тавшихся 16 комбинаций выбираются несколько кодов, которые используются как служебные. Один из служебных кодов постоянно передается в течение пауз между передачей кадров. Если он в линии связи отсутствует, то это свидетельствует об отказе физической связи;
• кодирование и синхронизация сигналов осуществляются с помощью биполярного кода NRZ;
• технология Fast Ethernet рассчитана на применение концентраторов-повторителей для образования связей в сети (то же самое имеет место для всех некоаксиальных вариантов Ethernet).

• на уровне протокола не поддерживаются (так же, как и у его предшественников): качество обслуживания, избыточные связи, тестирование работоспособности узлов и оборудования. Что касается качества обслуживания, то считается, что высокая скорость передачи данных по магистрали и возможность назначения пакетам приоритетов в коммутаторах вполне достаточны для обеспечения качества транспортного обслуживания пользователей сети. Поддержка избыточных связей и тестирование оборудования осуществляются протоколами более высоких уровней;
• сохраняются все форматы кадров Ethernet;
• имеется возможность работы в полудуплексном и полнодуплексном режимах. Первый из них поддерживает метод доступа CSMA/CD, а второй — работу с коммутаторами;
• поддерживаются все основные виды кабелей, как и в предшествующих технологиях этого семейства: волоконно-оптический, коаксиальный, витая пара;
• минимальный размер кадра увеличен с 64 до 512 байт, максимальный диаметр сети тот же — 200 м. Можно передавать несколько кадров подряд, не освобождая среду.

• возможность развертывания сети без прокладки кабеля, что уменьшает стоимость ее создания и расширения;
• Wi-Fi-устройства достаточно широко представлены на рынке, а устройства разных производителей могут взаимодействовать на базовом уровне сервисов;
• для клиентских станций возможно перемещение в пространстве;
• Wi-Fi — это набор глобальных стандартов, поэтому Wi-Fi-оборудование может работать в разных странах по всему миру.

• наличие ограничений в частотном диапазоне в различных странах;
• довольно высокое по сравнению с другими стандартами потребление энергии;
• ограниченный радиус действия (до 100 м);
• возможность наложения сигналов от различных точек доступа, что затрудняет связь клиентов друг с другом;
• недостаточно высокая информационная безопасность. Отметим, что Microsoft Windows полностью поддерживает Wi-Fi посредством драйверов.

Источник

3.10. Современные сетевые технологии

В качестве промежуточного итога выполним краткий обзор современных сетевых технологий. Их можно условно разделить на технологии локальных сетей, технологии глобальных сетей и технологии удаленного доступа.

В таблице 8 приведены основные сводные характеристики сетевых технологий: сетевые топологии, среды передачи, сетевое оборудование, средняя пропускная способность сетей и используемые в них протоколы различных уровней ISO/OSI.

Таблица 8. Сетевые технологии

Активное оборудование

Пропускная способность

Шина, звезда, кольцо, дерево, смешанная

Витая пара, коаксиальный кабель

Сетевые карты, концентраторы, коммутаторы, реже маршрутизаторы

1-2 уровни: Ethernet, Token Ring, FDDI; 3-7 уровни: TCP/IP, Net-BIOS/SMB, IPX/SPX

Маршрутизаторы, спутники связи, антенны

1-2 уровни: X.25, ISDN, ATM, frame relay; 3-7 уровни: TCP/IP, ATM

1-2 уровни: ISDN, SLIP, PPP, RS-232, V.34, V.90; 3-7 уровни: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB

Итак, мы рассмотрели общие принципы механизмов сетевой передачи данных. Напомним, что передача данных необходима для выполнения различных сетевых задач. Их решение достигается чаще всего с помощью сетевых служб. Прежде чем их перечислить и описать, необходимо общее понятие о модели «клиент-сервер».

Вопросы и задания

1. 1) Осветите понятия «узел», «линия связи», «топология сети.
2. 2) Перечислите типовые и производные сетевые топологии.
3. 3) Классификация компьютерных сетей по диаметру сети.
4. 4) Являются ли понятия трафика и пропускной способности идентичными? Ответ обоснуйте.
5. 5) Опишите основные среды передачи данных в современных компьютерных сетях.
6. 6) Модель ISO/OSI. Назначение уровней.
7. 7) Сетевые блоки данных на различных уровнях OSI. Понятие инкапсуляции.
8. 8) Сходства и различия понятий протокола и интерфейса.
9. 9) Сходства и отличия повторителя и моста, моста и маршрутизатора, маршрутизатора и шлюза. Уровни OSI, на которых работают эти устройства.
10. 10) Назначение и типы адресации в компьютерных сетях.
11. 11) Основные протоколы стека TCP/IP и их назначение.
12. 12) Основные характеристики современных сетевых технологий: топологии, пропускная способность, протоколы.

Источник

Протоколы для сетей сложных топологий.

Основными функциями протоколов данного уровня являются:

1. Выделение во всем множестве компьютеров подключенных сети, конкретного абонента с которым осуществляется информационный обмен.
2. Упорядочивание доступа к среде передачи в случае, когда нескольким парам абонентов требуется осуществить передачу данных.

Адресация абонентов.

1. Адрес отправителя. Некоторое число позволяющее идентифицировать сетевой адаптер, который осуществил передачу кадра данных в сеть. Адреса присваиваются сетевым адаптером на заводе изготовителя (MAC-адрес. Media Access Control).
2. Адрес получателя. Он определяет ПК который должен принять и обработать кадр.

1. Метод обнаружения коллизий. Полное название- множественный доступ к сетям с проверкой несущей и обнаружением коллизий. (Carrier Sense Multiple Access width Collision detection, CSMA/CD). Данный метод предполагает, что перед передачей данных, передающий ПК должен убедиться в свободном состоянии линии, а в процессе передачи прослушивать канал. При обнаружении коллизий (это столкновение с чужими данными) он должен прекратить передачу и попытаться возобновить ее через определенный промежуток времени. Данный метод используется в сетях с топологией шина.
2. Метод предупреждений коллизий. Полное название- множественный доступ к сетям с проверкой несущей и предупреждением коллизий. (Carrier Sense Multiple Access width Collision avoidance, CSMA/CA). Этот метод предполагает, что передающий ПК перед началом передачи определяет занятость канала. Убедившись, что канал свободен он оповещает другие ПК о начале передачи.
3. Метод передачи маркера. Для того чтобы передать данные ПК должен получить разрешение, для этого он должен поймать данный специального вида (маркер). Маркер перемещается по замкнутому кругу от одного ПК к другому ПК. Получив маркер, ПК может передать его дальше или отправить пакет с данными.

Протоколы канального уровня и сетевые технологии.

1. AppleTalk. FDDI и ATM –локальная сеть.
2. ATM, FrameRelay, ISDN и SMDS- глобальная сеть.
3. RadioEthernet- беспроводные технологии.

• Обеспечить единую систему адресации, не зависящую от сетевой технологии, позволяющую адресовать отдельные узлы.
• Определять путь (последовательность сетей), по которому должны пройти данные, чтобы достичь получателя.
• Обеспечить сквозную передачу данных через сети с разной технологией.

Источник