Архитектура транкинговых сетей

Классификация транкинговых систем радиосвязи

Различные системы транкинговой связи в чем-то похожи, а в чем-то отличаются друг от друга. Транкинговые системы можно классифицировать по нескольким груп­пам признаков. В общем, практически все существующие транкинговые системы свя­зи можно разделить (рисунок 15.1) по следующим параметрам:

§ способ передачи голосовых сообщений; организация доступа к системе;

§ способ предоставления (удержания) канала

§ конфигурация радиосети;

§ способ организации радиоканала;

§ назначение;

§ количество абонентов;

§ применяемые протоколы.

Рисунок 15.1 - Классификация транкинговых систем связи

По способу передачи голосовых сообщений системы транкинговой связи подраз­деляются на аналоговые и цифровые.

В аналоговых системах речевые сообщения передаются в аналоговом режиме (по­добно обычной телефонной связи), а служебная информация – в цифровом. В цифровых системах и речевая, и служебная информация передаются в цифро­вом виде.

По организации доступа к системе транкинговые системы связи подразделяются на:

§ без канала управления (SmarTrunk II, Al-Trunk, Z-Trunk);

§ с распределенным каналом управления (LTR, MultiNet);

§ с выделенным каналом управления (SmartNet, EDACS, MPT 1327, iDEN, ASTRO, TETRA,APCO 25).

Транкинговые системы без канала управления – это наиболее простые транкин­говые системы. В таких системах радиостанция при вызове сама ищет незанятый ка­нал и занимает его. В дежурном режиме радиостанция непрерывно перебирает (ска­нирует) все каналы системы, проверяя, не вызывают ли ее на одном из них. Поэтому подобные системы называют еще сканирующими.

Сканирующие транкинговые системы просты и дешевы. В этих системах обеспе­чивается полная независимость каналов базовых станций друг от друга, поскольку их объединение в общую сеть происходит на уровне абонентской радиостанции. Это обуславливает высокую надежность и живучесть транкинговых систем без канала управления.

Система работает следующим образом. При вызове абонента радиостанция пос­ледовательно сканирует все каналы системы и, найдя свободный, передает сигнал занятия канала. Данный сигнал содержит индивидуальные номера вызываю­щей и вызываемой радиостанции. Ретранслятор проверяет права вызывающей радио­станции и производит соединение с корреспондентом или игнорирует вызов. Если вызываемая радиостанция откликается, ретранслятор организует сеанс связи. Сред­нее время соединения составляет несколько секунд и определяется количеством ка­налов в системе и скоростью их сканирования.

Сканирующим транкинговым системам присущ ряд принципиальных недостатков. Так, с ростом количества каналов в такой системе быстро возрастает длительность установления соединения, которая не может быть меньше длительности полного цик­ла сканирования. Реально к этому добавляется еще и длительность поиска свободно­го канала вызывающей радиостанцией. Кроме того, в этих системах затруднена реа­лизация многих современных требований, в том числе многозоновость, гибкая и надежная система приоритетов, постановка на очередь при занятости системы или вызываемого абонента и т. д.

Эти системы идеально подходят в качестве небольшой (1-8 каналов, до 200 або­нентов) однозоновой системы связи с радиусом действия 30-50 км, к которой предъяв­ляются минимальные требования. Количество абонентов в транкинговых системах без канала управления может достигать до 1000. Среднее время соединения состав­ляет несколько секунд. Основными отличительными характеристиками таких систем являются простота, надежность и невысокая стоимость базового оборудования. К ним относятся распространенная еще в СССР система «АЛТАЙ», а также популярная сейчас в России и СНГ система SmarTrunk II.

В транкинговых систах с распределенным каналом управления управляющая ин­формация передается непрерывно по всем каналам, в том числе и по занятым. Это достигается использованием для ее передачи частот ниже 300 Гц. Каждый канал яв­ляется управляющим для радиостанций, закрепленных за ним. В дежурном режиме радиостанция прослушивает свой управляющий канал.

Служебная информация о состоянии системы, в том числе и о свободных каналах, постоянно передается ретрансляторами (в том числе и занятыми для переговоров) при помощи низкоскоростного сигнала в подтональной части спектра. Базовая станция не­прерывно передает номер свободного канала, который радиостанция может использо­вать для передачи. Если же на каком-либо канале начинается передача, адресованная одной из радиостанций, то информация об этом передается на ее управляющем канале, ' в результате чего эта радиостанция переключается на канал, где происходит вызов. Установление соединения происходит настолько быстро, что оно осуществляется каж­дый раз при включении передатчика станции, т. е. в паузах разговора канал не занят.

Если канал свободен, то базовая станция передает данные о состоянии системы через каждые 10-15 с, чтобы все закрепленные за этим каналом радиостанции имели обновленную информацию. Канал удерживается только на время одной передачи, что позволяет использовать паузы в разговоре другими абонентами. При такой организа­ции управления радиостанциями отпадает необходимость в специальном канале, и все ретрансляторы обслуживают речевой трафик. Если заняты все каналы, то абонент­ская радиостанция сообщает об этом при попытке начать сеанс связи.

При выходе из строя какого-либо канала в системе происходит отказ всех радио­станций, для которых он является управляющим. Кроме того, в таких системах связи скорость передачи управляющей информации невысока. Это затрудняет реализацию многих требований, предъявляемых к современным транкинговым системам, в том числе и к многозоновости. Передача информации на частотах ниже 300 Гц одновре­менно с речью делает такие системы весьма критичными к точности регулировки. Все это привело к тому, что системы с распеределенным управляющим каналом в настоящее время уже не разрабатываются.

К данному классу систем относятся аналоговые системы стандарта LTR, которые работают в диапазоне частот 450 и 800/900 МГц, с шагом 25 кГц. Аналогом LTR явля­ется его разновидность – многозоновая система ESAS (800 МГц), которая считается наиболее эффективной с точки зрения «нарезки частот».

Транкинговые системы с выделенным каналом управления – это наиболее совершенные транкинговые системы, преимущественно многозоно­вые (многосайтовые). В системах такого типа предусмотрен специальный управляю­щий канал, который осуществляет обработку всех вызовов, поступающих от абонен­тских радиостанций. Для аналоговых систем речь идет о выделенном частотном канале, для цифровых с временным разделением каналов – о выделенном временном слоте.

В таких системах радиостанция непрерывно прослушивает управляющий канал ближайшей к ней базовой станции. При включении питания радиостанция передает через управляющий канал информацию о регистрации в системе. С данного момента центральный контроллер определяет права данной радиостанции и знает о ее место­нахождении в системе. При вызове информация от радиостанции передается через управляющий канал в центральный контроллер, который, зная о местонахождении необходимого абонента, выделяет голосовые каналы для переговоров и осуществля­ет соединение. Происходит это следующим образом. Базовая станция передает ин­формацию об этом по управляющему каналу, вызываемая радиостанция подтвержда­ет прием вызова, после чего она выделяет один из разговорных каналов для соединения и информирует об этом по управляющему каналу все участвующие в соединении ра­диостанции. После этого последние переключаются на указанный канал и остаются на нем до окончания соединения.

В то время, когда управляющий канал свободен, радиостанции могут передавать туда свои запросы на установление соединения. Некоторые типы вызовов (например, передача коротких пакетов данных между радиостанциями) могут осуществляться вообще без занятия разговорного канала. В зависимости от режима работы системы разговорный канал предоставляется либо на время сеанса связи, либо на время одной передачи.

При назначении на определенное время сеанса связи канал освобождается по сиг­налу «отбой», но также в любом случае, по окончании четко установленной продол­жительности сеанса связи, изменяемой системой в зависимости от времени суток, загрузки и других критериев.

В некоторых системах при загрузке, близкой к предельной, канал управления пе­реключается на обслуживание речевого трафика и блокирует очередь вызовов.

Наличие центрального контроллера позволяет централизованно управлять систе­мой (с одного операторского места), облегчает сбор информации и многое другое.

Наиболее известными представителями систем с выделенным цифровым каналом управления являются системы стандарта МРТ, разработанные фирмой Zetron. Систе­мы стандарта МРТ 1327 и МРТ 1343 (диапазоны частот 160 и 450 МГц) обеспечивают быстрое установление связи и целый ряд дополнительных удобств, таких как возмож­ность построения многосотовых сетей связи, выявление и эффективное устранение нелегальных абонентов и т. д. Базовая и абонентская аппаратура для системы МРТ 1327 выпускается несколькими производителями в Великобритании, Германии, Фран­ции, Италии, Финляндии, а также в Австралии, Новой Зеландии и Японии.

К системам с выделенным цифровым каналом управления относится открытая многозоновая система стандарта EDACS (Enhanced Digital Access Communications System) фирмы Ericsson. По основным «голосовым» параметрам протокол обмена EDACS сопоставим с ESAS, однако здесь имеется выделенный цифровой управляю­щий канал для передачи служебной информации.

Принцип действия системы рассмотрим на примере соединения двух абонентов. В исходном состоянии все абонентские радиостанции в пределах зоны дей­ствия данной базовой станции находятся на приеме на частоте управляющего канала. На этом канале система постоянно передает сообщения типа ALOHA – приглаше­ние отвечать ей с уведомлением, сколько времени система ждет ответа абонентских станций.

Вызывающий абонент набирает на клавиатуре своей радиостанции номер нужно­го ему абонента и производит вызов. При этом его радиостанция посылает вызывную последовательность в ответ на очередную посылку ALOHA от базовой станции. При­няв вызов, база проверяет абонента по принципу «свой/чужой» и на том же управля­ющем канале вызывает второго абонента. Получив от него подтверждение о готовно­сти к связи, база передает обеим радиостанциям команду перестроиться на один из свободных в этот момент «разговорных» каналов связи (каналов трафика).

Обе радиостанции автоматически перестраиваются на указанный канал и начина­ют переговоры. При нажатии любым из абонентов клавиши «отбой» происходит ав­томатический возврат радиостанций в ждущий режим на управляющем канале. В слу­чае, когда все каналы трафика заняты, база помещает поступающие вызовы в очередь на обслуживание, обрабатывая вызовы по мере освобождения каналов.

Транкинговые системы связи с выделенным управляющим каналом в наибольшей степени отвечают современным требованиям. В них легко реализуются многозоновость и другие функции. Среди них – постановка вызовов на очередь при занятости системы или вызываемого абонента. А это, в свою очередь, переводит такие системы из класса систем с отказом при занятости в класс систем с ожиданием. Тем самым не только повышается комфортность работы пользователя, но и, главное, увеличивается пропускная способность системы.

В системах с отказом при занятости для обеспечения приемлемого качества сер­виса в любой момент времени должен простаивать хотя бы один канал, чтобы або­нент мог произвести вызов. В системе с ожиданием загружены могут быть все кана­лы. При этом правда, вызывающему абоненту придется немного подождать в очереди.

Выделение отдельного управляющего канала имеет и недостатки:

§ худшее использование частотного ресурса (в большинстве систем этот недоста­ток смягчается возможностью перевода управляющего канала в разговорный режим при перегрузке системы);

§ выделенный управляющий канал является уязвимым местом всей транкинговой системы, т. к. при отсутствии специальных мер отказ оборудования базовой станции для этого канала означает отказ всей базовой станции (к тому же ре­зультату приводит и появление помехи на частоте приемника управляющего канала базовой станции).

По этой причине при разработке транкинговых систем с выделенным управляю­щим каналом особое внимание уделяется автоматическому контролю работы обору­дования базовой станции. При обнаружении отказа или длительной помехи на частоте приема базовая станция делает управляющим другой, исправный канал. Выделен­ный управляющий канал предусматривается большинством современных стандартов – как закрытых, так и открытых системы:

По способу удержания канала связи транкинговые системы подразделяются на системы:

§ с удержанием канала на весь сеанс переговоров (Message Trunking);

§ с удержанием канала на время одной передачи (Transmission Trunking).

В первом случае в сети обеспечивается постоянный канал связи с абонентом в течение всего сеанса (оборудование стандартов SmarTrank II и МРТ 1327). Такой спо­соб, обычно называемый транкингом сообщений (message trunking), наиболее традиционен для обычных систем связи и применяется при дуплексной связи и подклю­чении к ТфОП.

Во втором случае в сети канал связи переназначается во время сеанса (EDACS, TETRA). Такой способ называется транкинг передачи (transmission trunking) и реа­лизуется только в полудуплексном режиме. При его использовании канал освобожда­ется почти сразу же после окончания работы передатчика абонента; во время следую­щего включения занимается любой другой свободный канал, выделяемый базовой станцией. Плата за высокую эффективность данного способа – увеличение задержки при высокой загрузке сети, и как следствие фрагментарность и раздробленность раз­говора.

По конфигурации радиосети транкинговые системы подразделяются на однозоновые (односайтовые) и многозоновые (многосайтовые) системы.

Рассмотрим основные эле­менты архитектуры TCP на примере типовой однозоновой ТРС с частотным разделением каналов, рис. 14.2. Назначение элементов схемы очевидно. Рассмотрим структуру основных составляющих схемы.

Рисунок 15.2 - Схема однозоновой транкинговой радиосети

Базовая радиостанция, рисунок 15.3, содержит модули приемопере­датчиков (ПП) (ретрансляторов), каждый из которых настроен на одну пару частот – приема и передачи. Таким образом, в отличие от обычной связи между двумя радиостанциями, где в полудуплексном режиме достаточно одной частоты, в транкинговой системе требу­ются две частоты (от одной мобильной радиостанции передача ведется на частоте f₁ на базовую станцию, а от базовой станции на другую мобильную станцию на частоте f₂), а для работы в дуплекс­ном режиме – четыре (передача от мобильной станции одного направления ведется на частоте f₁ на базовую станцию и на частоте f₂ от базовой станции на мобильную станцию, а в обратном направ­лении соответственно на частотах f₃ и f₄. Каждый из приемопере­датчиков имеет четырехпроводное низкочастотное (звуковое) окончание для сопряжения с коммутатором. Радиочастотные вхо­ды/выходы приемопередатчиков нагружены на устройство объеди­нения/разделения каналов.

Коммутатор осуществляет соединение подвижных абонентов, а также выполняет функции сопряжения с телефонной сетью общего пользования

(ТСОП).

Контроллер (устройство управления) обеспечивает взаимо­действие всех узлов базовой станции. Осуществляет обработку вызовов и управляет процессом установления соединений. Часто контроллер и коммутатор объединяются в одном модуле.

Рисунок 15.3 - Структурная схема базовой радиостанции

Интерфейс с ТСОП предназначен для сопряжения с телефон­ной сетью общего пользования. Обеспечивает электронный стык с окончаниями АТС и согласование протоколов сигнализацией.

Многозоновая ТРС. Многозоновая транкинговая сеть создается с целью увеличения зоны обслуживания. При этом территория обслуживания разбивается на зоны, как правило, шестиугольной формы (соты). На рисунке 15.4 изображена структура трехзоновой сети. Управление сетью осуществляет центральный узел, содержащий центральный коммутатор-контроллер, терминал технического обслуживания и управления, а также интерфейс с ТСОП. Коммутато­ры различных зон связаны между собой каналами управления трафика. Для этой цели применяются как физические (выделенные) линии, так и стандартные аналоговые или цифровые системы пере­дачи.

Необязательно, чтобы каждая зона имела свой собственный коммутатор. Для зон с малым числом абонентов функции коммута­ции могут быть возложены на центральный коммутатор, для чего между ним и базовой радиостанцией организуется необходимое число каналов. В этом случае оборудование строится по модульно­му принципу. Могут отдельно существовать приемопередающее оборудование, обычно называемое базовой станцией, и коммута­тор, в состав которого входит основной контроллер, наделенный функциями управления всей системой.

Непрерывно по специально выделенным каналам осуществля­ется обмен сигналами между контроллерами других зон. Вся ин­формация о вызовах поступает в главный контроллер, который управляет процессом соединения. Чем удаленней друг от друга абоненты и чем в более разнородных сетях они расположены, тем сложнее функции управления сетью и тем больше обмен управляющими сигналами, необходимыми для установления соединения, его поддержки и его освобождения.

Рисунок 15.4 - Структура многозоновой транкинговой сети

В многозоновых ТРС возникает необходимость отслеживания местоположения радиоабонентов при перемещении из зоны в зону. Процедура отслеживания местоположения абонентов называется роумингом. Специфическая особенность ТРС состоит в необходи­мости поддержания группового роуминга для обеспечения возмож­ности работы в группе.

В многозоновых ТРС возникает необходимость частотного пла­нирования для исключения взаимных помех между радиостанциями соседних зон.

Многоуровневая транкинговая сеть. С целью более гибкого управления трафиком и экономии ресурсов системы могут быть реализованы не просто многозоновые, но также и многоуровневые TCP. Последнее означает, что управление частью трафика возлага­ется на контроллеры и коммутаторы подчиненного уровня. Это разгружает ресурсы центрального коммутатора, уменьшает общее число и протяженность речевых каналов, связывающих коммутаторы.

Основы телекоммуникаций

оглавление | вперёд

ГЛАВА 15. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

15.1. История Интернета

Три технологических прорыва стали символами двадцатого века: атомная энергия, выход в космос и создание Интернета. Отчасти Интернет возник как реакция на ракетно-ядерную угрозу. Его история насчитывает более 30 лет, но лишь в последнее десятилетие он начал оказывать на нашу жизнь влияние, сопоставимое с влиянием ядерной и космической технологий.

Предыстория. 1957 год. Советский Союз первым в мире выводит на околоземную орбиту искусственный спутник. Одновременно с восторженной реакцией это событие вызывает в Соединенных Штатах сильное беспокойство – СССР обгоняет Америку в разработке средств доставки ядерного оружия.

Реакцией на угрозу национальной безопасности в числе прочего стало создание в 1958 году Агентства перспективных исследований (ARPA) при министерстве обороны США. По распоряжению президента Эйзенхауэра оно должно было продвигать научные и технологические исследования, которые могут быть использованы в военных целях.

В середине 1960-х в поле зрения руководства ARPA попадают работы в области связи между компьютерами. Некоторые исследователи утверждали, что можно так организовать сеть, что она будет работать, даже если часть узлов и линий связи будет разрушена, например, в результате ядерного удара.

ARPA начинает скромно финансировать теоретические исследования группы Лоуренса Робертса в Массачусетском технологическом университете (MIT). Однако к 1966 году становится ясно, что это направление крайне перспективно. Робертс переходит на работу в ARPA и посвящает два года разработке концепции сети, получившей название ARPANET. К середине 1968 г. был готов проект ARPANET, а уже в сентябре выделено финансирование и начинается конкурсный подбор компании, которая создаст необходимое оборудование.

Несколько корпораций претендовали на этот заказ, и кто знает, каким был бы Интернет, выиграй одна из них этот контракт. Но неожиданно в конкурсе побеждает небольшая компания BBN. Эта фирма, созданная в 1948 г. двумя профессорами MIT, имеет замечательный послужной список. Достаточно сказать, что вскоре после основания она участвовала в проектировании зала Генеральной Ассамблеи ООН, консультируя архитекторов по вопросам акустики. Но подлинным звездным часом BBN стали именно работы в области компьютерных сетей.

Начало. Всего за полгода BBN создает интерфейсный процессор сообщений – первое устройство, управляющее передачей информационных пакетов с компьютера на компьютер. В течение 1969 года при помощи этих устройств в сеть были соединены четыре компьютера, расположенные в университетах Лос-Анджелеса, Санта-Барбары (Калифорния), Стэнфордского исследовательского института и университета штата Юта.

По ходу работ появляются первые технические документы, обозначаемые Request for Comment – RFC (в переводе приблизительно «запрос комментариев»). Чтобы понять происхождение этого несколько необычного названия, представьте, как специалисты в четырех городах занимаются настройкой совместной работы разнотипных компьютеров. Можно только догадываться, сколько денег уходило на телефонные переговоры. В конце концов, по тем вопросам, которые задавались чаще всего, стали писать особого вида технические записки-разъяснения – RFC.

С тех пор каждый год выпускаются десятки новых RFC, регламентирующих техническую сторону работы Интернета. На сегодня их уже более 3200. Интересно отметить, что RFC не являются стандартами в общепринятом смысле. Следование этим рекомендациям и пояснениям является делом доброй воли. Однако тот, кто существенно от них отклоняется, просто теряет связь с Интернетом.

Героический период. Постепенно к сети подключаются все новые удаленные компьютеры. Это было поистине героическое время, когда самые простые идеи воплощались в проект мирового значения. Так, совершенно неожиданно в конце 1971 года появилось новшество, навсегда вошедшее в обиход интернетчиков. В то время большинство компьютеров были многопользовательскими, и на многих уже существовала система передачи сообщений от одного пользователя к другому. А в сети ARPANET была программа для пересылки файлов между компьютерами. Рей Томилсон, работавший в компании BBN, просто объединил их вместе и получился прообраз современной электронной почты.

Для записи адресов он использовал символ @ («at»), ведь надо было как-то отделить имя адресата (кому) от имени компьютера (куда). Впоследствии знак @ стал неформальным символом Интернета. В 1971 году Майкл Харт в качестве оператора получил доступ к ЭВМ Sigma V фирмы Xerox в университете Иллинойса, стоимость ресурсов которой оценивалась в 100 миллионов долларов. Харт все время думал, как бы с пользой употребить простаивающие мощности. Тогда ему и пришла в голову мысль, что компьютеры могут приносить пользу не только выполняя вычисления, но и храня большие массивы библиотечных данных и обеспечивая быстрый поиск в них. И он решил начать создание электронной библиотеки. Первым текстом стала Декларация независимости Соединенных Штатов, которую он набрал и разослал по немногим подключенным к сети компьютерам. Так было положено начало проекту «Гуттенберг» – первому значительному культурному проекту в сети. Электронная библиотека «Гуттенберг» продолжает активно развиваться и сейчас (www.gutenberg.org – именно так, с одной «t»), а Майкл Харт считает, что вполне оправдал те 100 миллионов долларов, поскольку теперь текст Декларации присутствует в личных электронных библиотеках 100 миллионов пользователей.

В 1972 году впервые проводится сеанс сетевого чата, т.е. компьютерной переписки в реальном времени. В одном из первых экспериментов пациент с психическими отклонениями, находящийся в Стэнфорде, получил консультацию врача, пришедшего в офис компании BBN. Трудно удержаться от предположения, что такое символичное начало наложило своеобразный отпечаток на все последующее общение в чатах.

В 1975 году в сети появляется первый инструмент для групповой работы – списки почтовой рассылки. Обычно письма передаются от отправителя к получателю, в рассылке же каждое письмо доставляется сразу всему сообществу подписчиков. Это похоже на совместное обсуждение вопроса на собрании, причем каждый может высказаться и быть услышанным, а все участники автоматически получают стенограмму выступлений. Наряду с рассылками, посвященными различным научным и техническим вопросам, появляются и разнообразные рассылки «по интересам». Одна из самых популярных рассылок SF-Lovers объединяет любителей научной фантастики. Это и понятно – чем еще должны интересоваться люди, своими руками воплощающие идеи фантастов?

Однако у почтовых рассылок есть ряд неудобств. Новым подписчикам недоступны старые сообщения, да и не каждому интересны все рассылаемые письма. Избавиться от этих недостатков помогла созданная в 1979 году система тематических дискуссионных групп USENET. Сообщения, отправляемые в тематические группы, хранятся на сервере, где любой желающий может их прочитать. Сами группы собраны в единую иерархию, что позволяет быстро найти требуемую информацию.

Прощай, оружие! Постепенно героический период заканчивается. Во второй половине 1970-х рост ARPANET происходит уже не столь быстрыми темпами. Идет кропотливая работа по совершенствованию сети и созданию новых служб. Одной из важнейших задач становится создание нового протокола передачи данных, поскольку старый уже не справлялся с ростом сложности сети.

Первую версию нового протокола TCP (протокол управления передачей – transmission control protocol) Роберт Кан и Винтон Серф опубликовали в 1974 году, но для того, чтобы он стал основой глобальной сети, предстояла долгая работа. Лишь через три года протокол TCP начинает использоваться в ARPANET, а компания BBN создает для него первый в мире маршрутизатор. Но окончательный переход на протокол TCP/IP в сети ARPANET происходит только 1 января 1983 года, после того как он был утвержден в качестве стандарта министерством обороны США. С тех пор протокол TCP/IP практически без изменений обеспечивает работу Интернета – всемирной «сети сетей». Правда, в последнее время возможностей TCP/IP становится недостаточно, и в системе Internet-2 с 2000 года уже началось использование обновленного протокола IPv6.

Недостаточная скорость развития сети привела к тому, что в начале 1980-х годов университеты и исследовательские центры устают ждать, когда у них появится доступ к ARPANET, и начали создавать свои собственные сети. Наиболее крупные из них – BITNET и CSNET – появляются в 1981 году. Возникают компьютерные сети и в других странах.

В это же время начинают распространяться первые персональные компьютеры, и число желающих пользоваться компьютерными сетями быстро растет. В 1983 году рождается любительская сеть FidoNet. Ее создатель Том Дженнингс придумал, как организовать передачу электронной почты и дискуссионных групп без всякого специального оборудования – при помощи модема и телефонной линии от узла к узлу. Расплатой за дешевизну стало отсутствие связи в реальном времени. Доставка писем в Fido занимала от нескольких часов до нескольких дней.

В Россию сеть Fido пришла практически одновременно с Интернетом. Внутригородская телефонная связь создала для развития Fido отличные условия, так как кроме абонентской платы за обычный телефон, больше платить ничего не надо было. До конца 1990-х годов дискуссии в Fido были содержательнее и интереснее, чем в русскоязычной части Интернета. В последнее время Fido сдает позиции, но и сейчас сетью можно пользоваться в качестве бесплатной электронной почты.

В чем была причина медленного роста ARPANET в конце 1970-х – начале 1980-х? Во многом это связано с тем, что сеть развивалась в интересах министерства обороны и агентства ARPA, а перед ними просто не стояло задачи создавать всемирную сеть. Более того, чрезмерное расширение сети только увеличивало ее уязвимость. 27 октября 1980 года вся сеть (около 200 компьютеров) полностью остановилась из-за сбоя, который распространялся от одного компьютера к другому. Это не был вирус, хотя принцип распространения и эффект был очень похож. Первый же настоящий вирус появился в Интернете лишь 8 ноября 1988 года, когда «червь Морриса» поразил 10% из 60 000 узлов сети.

Понимая, что рост сети неизбежно сказывается на безопасности, министерство обороны принимает решение отделить свои компьютеры от остальной сети ARPANET. Так в 1983 году появляется сеть MILNET, к которой отходит более половины сетевых узлов. Хотя архитектура у MILNET та же самая, связь с ARPANET поддерживается только по электронной почте, да и то лишь через специальные узлы.

Большой скачок. Казалось бы, сократившись в два с лишним раза, ARPANET должна вовсе затеряться среди сетей-конкурентов. Однако все произошло с точностью до наоборот. К ARPANET начинают активно присоединяться другие сети, в том числе и зарубежные из Европы и Японии. Технологии ARPANET открыты для свободного использования и хорошо документированы. Но, быть может, главным фактором успеха ARPANET стала работа Билла Джоя. Он встроил поддержку основного протокола сети TCP/IP в универсальную операционную систему UNIX, которая была установлена на многих компьютерах.

В результате с 1983 года рост сети ARPANET резко ускоряется. Каждый год число подключенных к ней компьютеров увеличивается в два с лишним раза. Вскоре их становится столько, что приходится автоматизировать систему их именования. В конце 1983 года Джон Постел создает систему доменных имен DNS (domain name sеrvice). Кстати, первые семь доменов верхнего уровня – edu, gov, com, mil, org, net и int – появляются только в конце 1984 года.

Первое время новой системой мало кто пользуется. Однако в 1985 году ARPA настоятельно рекомендует регистрировать имена компьютеров в DNS, и это дает эффект. Некоторые из зарегистрированных в то время имен существуют до сих пор, хотя соответствующие организации уже исчезли. К примеру, первый зарегистрированный домен symbolics.com, фирмы по производству специализированных компьютеров, будет занят до 2007 года, хотя сама фирма прекратила существование в 1998 году. А вот компания BBN процветает поныне, домен bbn.com зарегистрирован до 2011 года, а по адресу www.bbn.com расположен ее сайт.

В 1986 году развитие Интернета получает новый толчок. Национальный научный фонд США (NSF) приступает к развертыванию сети NSFNET. Новая сеть строится по технологии и в контакте с ARPANET. Но NSF в отличие от ARPA ставит своей целью обеспечить доступом к компьютерным сетям широкий круг ученых и студентов, причем не только компьютерных специальностей.

Благодаря щедрому финансированию сеть очень быстро развивается. NSF делает упор на увеличение скорости связи. Если в 1986 году опорная сеть NSFNET работала на скорости всего 56 кбит/с, то спустя всего два года ее пропускная способность возрастает почти в 30 раз – до 1,544 Мбит/с, а в 1991 – еще в 30 раз. С такими темпами развития к 1989 году NSFNET полностью поглощает ARPANET. В объединенной сети тогда насчитывается 100 тыс. узлов, и их число продолжает стремительно расти.

Глобальная сеть. В конце 1980-х годов к NSFNET начинают активно подключаться сети других стран. В системе DNS для них организуются национальные домены. В 1984 году письмо, якобы отправленное в USENET из СССР, стало хорошей первоапрельской шуткой. Но уже в 1990 году Советский Союз получает свой домен в Интернете – su (Soviet Union). Экспансия Интернета не ограничивается географией. Еще в 1980-е годы в USENET были организованы группы для публикации коммерческих предложений и поиска деловых партнеров, но в целом коммерческое использование Интернета не поощрялось, так как он был создан на государственные средства и предназначался в первую очередь для решения научных и образовательных задач.

Но удержать коммерсантов от использования новой системы связи было невозможно. В 1987 г. появляется первая коммерческая служба электронной почты, а в 1990-м – первый провайдер, предоставляющий доступ к Интернету по модему. Тем самым Интернет вышел за рамки научно-университетской среды, где он появился, и превратился в компьютерную сеть общего доступа.

Интернет и бизнес. Возможно, когда в 60-х годах ХХ века Маршал Маклаун ввел понятие глобального города, он не предвидел, что компания General Motors будет управлять сетью, связывающей более 50 000 вычислительных устройств и телефонов в более чем 18 000 районах мира. Или, что сеть бронирования билетов SABER компании American Airplanes объединит более 60 000 видеотерминалов, размещенных по всей планете и подключенных к шести мощным ЭВМ. Эта сеть подчас приносит больше доходов, чем сама авиакомпания.

В любом случае, слияние компьютеров и средств связи с учетом демографии существенно изменяет способы управления любым предприятием и способы выполнения предприятием поставленных задач. Это происходит быстро. Бизнес, игнорирующий эти факторы, обречен плестись в хвосте глобальной гонки за конкурентное преимущество.

В основе этих изменений лежит информация. Уже не как побочный эффект и, во многих случаях, даже не как объект вычислений, информация стала приносить доход тем компаниям, которые приняли технологический вызов от миллионов машин, автоматизирующих многое в нашей жизни.

Мы, несомненно, зависим от компьютеров, средств передачи данных и технологий, их связывающих. Число компьютеров и терминалов, работающих на сегодняшний день во всем мире, превышает 100 миллионов. Они составляют критическую массу: основная задача руководителей и их работников теперь заключается в том, чтобы объединить эти компьютерные системы, обеспечить их интеграцию, упростить доступ к информации. Таким образом, основой успеха в бизнесе является технологии передачи данных

Бизнес сталкивается с такими вызовами, как глобальная конкуренция, слияние коммерческих предприятий, их поглощение. Проверенные временем управленческие структуры тянут корпорации «на дно». В ответ корпорации ломают разделительные перегородки и сносят тяжелые управленческие пирамиды, что бы создать новые корпоративные структуры, которые помогут им эффективнее конкурировать на рынке. Требуемые для этого технологии – это сетевые технологии.

Сетевые технологии помогают компаниям преодолевать три основные организационные сложности:

>§ >Хорошие сети делают географически распределенные компании более управляемыми;

>§ >Компаниям, имеющим слишком много работников на руководящих должностях, сетевые технологии помогают сократить среднее руководящее звено;

>§ >Сетевые технологии позволяют компаниям ломать барьеры между своими подразделениями.

Компьютерные сети, называемые также вычислительными сетями, или сетями передачи данных, являются логическим результатом эволюции двух важнейших научно-технических отраслей современной цивилизации – компьютерных и телекоммуникационных технологий. С одной стороны, сети представляют собой частный случай распределенных вычислительных систем, в которых группа компьютеров согласованно выполняет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме. С другой стороны, компьютерные сети могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах.

15.2. Принципы построения компьютерных сетей

По территориальной распространенности сети могут быть локальными, городскими (региональными) и глобальными. Чаще всего термин «локальные сети» (LAN, Local Area Network) понимают буквально, т.е. под локальными понимаются такие сети, которые имеют небольшие размеры и соединяют близко расположенные компьютеры. Однако достаточно посмотреть на характеристики некоторых локальных сетей, чтобы понять, что такое определение не слишком точно. Например, некоторые локальные сети легко обеспечивают связь на расстоянии нескольких километров или даже десятков километров. Это уже размеры не комнаты, не здания, не близко расположенных зданий, а, может быть, целого города. С другой стороны, по глобальной сети (WAN, Wide Area Network или GAN, Global Area Network) вполне могут связываться компьютеры, находящиеся на соседних столах в одной комнате, но ее почему-то никто не называет локальной сетью.

Неверно и определение локальной сети как малой сети, которая связывает небольшое количество компьютеров. Действительно, в реальности наиболее часто локальная сеть связывает от двух до нескольких десятков компьютеров. Но предельные возможности некоторых локальных сетей гораздо выше: максимальное число абонентов может достигать тысячи. Называть такую сеть малой, наверное, неправильно.

Некоторые авторы определяют локальную сеть как «систему для непосредственного соединения многих компьютеров». При этом подразумевается, что информация передается от компьютера к компьютеру без посредников и по единой среде передачи. Однако говорить о единой среде передачи в современной локальной сети не приходится. Например, в пределах одной сети могут использоваться как электрические кабели различных типов, так и оптоволоконные кабели. Определение передачи «без посредников» также не слишком четко, ведь в современных локальных сетях используются самые разнообразные концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, мосты, которые порой производят довольно сложную обработку передаваемой информации. Не совсем понятно, считать их посредниками или нет.

Наверное, наиболее точно было бы определить как локальную такую сеть, которая позволяет пользователям не замечать связи. Компьютеры, связанные локальной сетью, объединяются, по сути, в один виртуальный компьютер, ресурсы которого могут быть доступны всем пользователям, причем этот доступ не менее удобен, чем к ресурсам, входящим непосредственно в каждый отдельный компьютер. Под удобством в первую очередь понимается в данном случае высокая реальная скорость доступа, при которой обмен информацией между приложениями осуществляется незаметно для пользователя. При таком определении ни медленные глобальные сети, ни медленная связь через последовательный или параллельный порты не подпадают под понятие локальной сети.

Из такого определения сразу же следует, что скорость передачи по локальной сети должна обязательно расти по мере роста быстродействия наиболее распространенных компьютеров. Именно это мы и наблюдаем: если еще сравнительно недавно вполне приемлемой считалась скорость обмена в 1…10 Мбит/с, то сейчас среднескоростной считается сеть, работающая на скорости 100 Мбит/с и активно разрабатываются средства для скорости 1000 Мбит/с и даже больше. При меньших скоростях передачи связь станет узким местом, будет чрезмерно замедлять работу объединенного сетью виртуального компьютера. Таким образом, главное отличие локальной сети от любой другой – высокая скорость обмена.

Но это не единственное отличие, не менее важны и другие факторы.

Например, принципиально необходим низкий уровень ошибок передачи. Ведь даже очень быстро переданная, но искаженная ошибками информация бессмысленна – ее придется передавать еще раз. Поэтому локальные сети обязательно используют специально прокладываемые качественные линии связи.

Принципиальное значение имеет и такая характеристика сети, как возможность работы с большими нагрузками, т.е. с большой интенсивностью обмена (или, как еще говорят, с большим трафиком). Если механизм управления обменом, используемый в сети, не слишком эффективен, то компьютеры могут чрезмерно долго ждать своей очереди на передачу, и даже если передача будет производиться затем на высочайшей скорости и полностью безошибочно, то для пользователя сети это все равно обернется неприемлемой задержкой доступа ко всем сетевым ресурсам.

Любой механизм управления обменом может гарантированно работать только тогда, когда заранее известно, сколько компьютеров (абонентов, узлов) может быть подключено к сети. При включении слишком большого числа абонентов любой механизм вследствие перегрузки забуксует. Наконец, сетью в истинном смысле этого слова можно назвать только такую систему передачи данных, которая позволяет объединять хотя бы до нескольких десятков компьютеров, но никак не два, как в случае связи через стандартные порты.

Таким образом, можно сформулировать следующие отличительные признаки локальной сети:

>§ >высокая скорость передачи, большая пропускная способность;

>§ >низкий уровень ошибок передачи (допустимая вероятность ошибок передачи данных должна быть порядка 10-7…10-8);

>§ >эффективный, быстродействующий механизм управления обменом;

>§ >ограниченное, точно определенное число компьютеров, подключаемых к сети.

При таком определении понятно, что глобальные сети отличаются от локальных тем, что рассчитаны на неограниченное число абонентов и используют, как правило, не слишком качественные каналы связи и сравнительно низкую скорость передачи, а механизм управления обменом в них в принципе не может быть гарантированно быстрым. В глобальных сетях гораздо важнее не качество связи, а сам факт ее существования.

Нередко выделяют еще один класс компьютерных сетей – городские сети (MAN, Metropolitan Area Network), которые обычно бывают ближе к глобальным сетям, хотя иногда имеют некоторые черты локальных сетей, например, высококачественные каналы связи и сравнительно высокие скорости передачи. В принципе городская сеть может быть действительно локальной, со всеми ее преимуществами.

Правда, сейчас уже нельзя провести четкую и однозначную границу между локальными и глобальными сетями. Большинство локальных сетей имеет выход в глобальную сеть, но характер передаваемой информации, принципы организации обмена, режимы доступа к ресурсам внутри локальной сети, как правило, сильно отличаются от тех, что приняты в глобальной сети. И хотя все компьютеры локальной сети в данном случае включены также и в глобальную сеть, специфики локальной сети это не отменяет.

По локальной сети может передаваться самая разная цифровая информация: данные, изображения, телефонные разговоры, электронные письма и т.д. Кстати, именно задача передачи изображений, в том числе и подвижных, предъявляет очень высокие требования к быстродействию сети. Чаще всего локальные сети используются для разделения (т.е. совместного использования) таких ресурсов, как дисковое пространство, принтеры и выход в глобальную сеть, но это всего лишь незначительная часть тех возможностей, которые предоставляют средства локальных сетей. Например, они позволяют осуществлять обмен информацией между компьютерами разных типов. Абонентами (узлами) сети могут быть не только компьютеры, но и другие устройства, например принтеры, плоттеры, сканеры. Локальные сети дают возможность организовать систему параллельных вычислений на всех компьютерах сети, что позволяет многократно ускорить решение сложных математических задач. С их помощью можно также управлять работой сложной технологической системы или исследовательской установки с нескольких компьютеров одновременно.

Однако локальные сети имеют и некоторые недостатки, о которых всегда следует помнить. Помимо дополнительных материальных затрат на покупку оборудования и сетевого программного обеспечения, на прокладку соединительных кабелей и обучение персонала, необходимо также иметь специалиста, который будет заниматься контролем за работой сети, модернизацией сети, управлением доступом к ресурсам, устранением возможных неисправностей –т.е. администратора сети. Сети ограничивают возможности перемещения компьютеров, так как при этом может понадобиться перекладка соединительных кабелей. Кроме того, сети представляют собой прекрасную среду для распространения компьютерных вирусов, поэтому вопросам защиты придется уделять гораздо больше внимания, чем в случае автономного использования компьютеров. Так что ничто не дается даром.

15.3. Топология компьютерных сетей

Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится прежде всего к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по своему собственному пути.

Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, возможные и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках, наверное, надо всем.

Существует три основных топологии сети:

>§ >шина (bus), при которой все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи и информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам;

>§ >звезда (star), при которой к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует свою отдельную линию связи;

>§ >кольцо (ring), при которой каждый компьютер передает информацию всегда только одному компьютеру, следующему в цепочке, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера, и эта цепочка замкнута в «кольцо».

На практике нередко используют и комбинации базовых топологий, но большинство сетей ориентированы именно на эти три. Рассмотрим кратко особенности перечисленных сетевых топологий.

15.3.1. Топология "шина"

Топология «шина» (или, как ее еще называют, «общая шина») самой своей структурой предполагает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов. При таком соединении компьютеры могут передавать только по очереди, так как линия связи единственная. В противном случае передаваемая информация будет искажаться в результате наложения (конфликта, коллизии). Таким образом, в шине реализуется режим полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно).

>

>

Рис. 14.1. Сетевая топология «шина»

В топологии «шина» отсутствует центральный абонент, через которого передается вся информация, что увеличивает ее надежность (ведь при отказе любого центра перестает функционировать вся управляемая этим центром система). Добавление новых абонентов в шину довольно просто и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании шины требуется минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другими топологиями. Правда, надо учесть, что к каждому компьютеру (кроме двух крайних) подходит два кабеля, что не всегда удобно.

Так как разрешение возможных конфликтов в данном случае ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента, аппаратура сетевого адаптера при топологии «шина» получается сложнее, чем при других топологиях. Однако из-за широкого распространения сетей с топологией «шина» (Ethernet, Arcnet) стоимость сетевого оборудования получается не слишком высокой.

Шине не страшны отказы отдельных компьютеров, так как все остальные компьютеры сети могут нормально продолжать обмен. Может показаться, что шине не страшен и обрыв кабеля, поскольку в этом случае мы получим две вполне работоспособные шины. Однако из-за особенностей распространения электрических сигналов по длинным линиям связи необходимо предусматривать включение на концах шины специальных согласующих устройств – терминаторов, показанных на рис. 14.1 в виде прямоугольников. Без включения терминаторов сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. Так что при разрыве или повреждении кабеля (например, мышами, которые почему-то очень любят грызть кабели связи) нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой. Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть. Любой отказ сетевого оборудования в шине очень трудно локализовать, так как все адаптеры включены параллельно, и понять, какой из них вышел из строя, не так-то просто.

>

>

Рис. 14.2. Соединение сегментов сети типа «шина» с помощью репитера

При прохождении по линии связи сети с топологией «шина» информационные сигналы ослабляются и никак не восстанавливаются, что накладывает жесткие ограничения на суммарную длину линий связи, кроме того, каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зависимости от расстояния до передающего абонента. Это предъявляет дополнительные требования к приемным узлам сетевого оборудования. Для увеличения длины сети с топологией «шина» часто используют несколько сегментов (каждый из которых представляет собой шину), соединенных между собой с помощью специальных восстановителей сигналов – репитеров, или повторителей (на рис. 14.2 показано соединение двух сегментов).

Однако такое наращивание длины сети не может продолжаться бесконечно, так как существуют еще и ограничения, связанные с конечной скоростью распространения сигналов по линиям связи.

15.3.2. Топология "звезда"

«Звезда» – это топология с явно выделенным центром (рис.14.3), к которому подключаются все остальные абоненты. Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким образом ложится очень большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центрального абонента должно быть существенно более сложным, чем оборудование периферийных абонентов. О равноправии абонентов в данном случае говорить не приходится. Как правило, именно центральный компьютер является самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты компьютеров в сети с топологией «звезда» в принципе не возможны, так как управление полностью централизовано.

Если говорить об устойчивости звезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера никак не отражается на функционировании оставшейся части сети, зато любой отказ центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной. Поэтому должны приниматься специальные меры по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры. Обрыв любого кабеля или короткое замыкание в нем при топологии «звезда» нарушает обмен только с одним компьютером, а все остальные компьютеры могут нормально продолжать работу.

>

>

Рис. 14.3. Сетевая топология «звезда»

В отличие от шины, в звезде на каждой линии связи находятся только два абонента: центральный и один из периферийных. Чаще всего для их соединения используется две линии связи, каждая из которых передает информацию только в одном направлении. Таким образом, на каждой линии связи имеется только один приемник и один передатчик. Все это существенно упрощает сетевое оборудование по сравнению с шиной и избавляет от необходимости применения дополнительных внешних терминаторов. Проблема затухания сигналов в линии связи также решается в «звезде» проще, чем в «шине», ведь каждый приемник всегда получает сигнал одного уровня.

Серьезный недостаток топологии «звезда» состоит в жестком ограничении количества абонентов. Обычно центральный абонент может обслуживать не более 8…16 периферийных абонентов. Если в этих пределах подключение новых абонентов довольно просто, то при их превышении оно просто невозможно. Правда, иногда в звезде предусматривается возможность наращивания, т.е. подключение вместо одного из периферийных абонентов еще одного центрального абонента (в результате получается топология из нескольких соединенных между собой звезд).

Звезда, показанная на рис. 14.3, носит название активной, или истинной, звезды. Существует также топология, называемая пассивной звездой, которая только внешне похожа на звезду (рис. 14.4). В настоящее время она распространена гораздо больше, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в самой популярной на сегодняшний день сети Ethernet.

>

>

Рис. 14.4. Топология «пассивная звезда»

В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а концентратор, или хаб (hub), выполняющий ту же функцию, что и репитер. Он восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их в другие линии связи. Хотя схема прокладки кабелей подобна истинной или активной звезде, фактически мы имеем дело с шинной топологией, так как информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем остальным компьютерам, а центрального абонента не существует. Естественно, пассивная звезда получается дороже обычной шины, так как в этом случае обязательно требуется еще и концентратор. Однако она предоставляет целый ряд дополнительных возможностей, связанных с преимуществами звезды. Именно поэтому в последнее время пассивная звезда все больше вытесняет истинную шину, которая считается малоперспективной топологией.

Большое достоинство звезды (как активной, так и пассивной) состоит в том, что все точки подключения собраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности сети путем простого отключения от центра тех или иных абонентов (что невозможно, например, в случае шины), а также ограничивать доступ посторонних лиц к жизненно важным для сети точкам подключения.

Общим недостатком для всех топологий типа «звезда» является значительно больший, чем при других топологиях, расход кабеля. Например, если компьютеры расположены в одну линию (как на рис. 14.1), то при выборе топологии «звезда» понадобится в несколько раз больше кабеля, чем при топологии «шина». Это может существенно повлиять на стоимость всей сети в целом.

15.3.3. Топология "кольцо"

«Кольцо» – это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов. Важная особенность кольца состоит в том, что каждый компьютер ретранслирует (восстанавливает) приходящий к нему сигнал, т.е. выступает в роли репитера, поэтому затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Четко выделенного центра в данном случае нет, все компьютеры могут быть одинаковыми. Однако довольно часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует обмен. Понятно, что наличие такого управляющего абонента снижает надежность сети, так как выход его из строя сразу же парализует весь обмен.

>

>

Рис. 14.5. Сетевая топология «кольцо»

Строго говоря, компьютеры в кольце не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шинной топологии). Одни из них обязательно получают информацию от компьютера, ведущего передачу в данный момент, раньше, а другие – позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на «кольцо». В этих методах право на следующую передачу (или, как еще говорят, на захват сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру.

Подключение новых абонентов в «кольцо» обычно совершенно безболезненно, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае топологии «шина», максимальное количество абонентов в кольце может быть довольно велико (до тысячи и больше). Кольцевая топология обычно является самой устойчивой к перегрузкам, она обеспечивает уверенную работу с самыми большими потоками передаваемой по сети информации, так как в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды).

Так как сигнал в кольце проходит через все компьютеры сети, выход из строя хотя бы одного из них (или же его сетевого оборудования) нарушает работу всей сети в целом. Точно так же любой обрыв или короткое замыкание в любом из кабелей кольца делает работу всей сети невозможной. Кольцо наиболее уязвимо к повреждениям кабеля, поэтому в этой топологии обычно предусматривают прокладку двух (или более) параллельных линий связи, одна из которых находится в резерве.

В то же время крупное преимущество кольца состоит в том, что ретрансляция сигналов каждым абонентом позволяет существенно увеличить размеры всей сети в целом (порой до нескольких десятков километров). Кольцо в этом отношении существенно превосходит любые другие топологии.

Недостатком кольца (по сравнению со звездой) можно считать то, что к каждому компьютеру сети необходимо подвести два кабеля.

Иногда топология «кольцо» выполняется на основе двух кольцевых линий связи, передающих информацию в противоположных направлениях. Цель подобного решения – увеличение (в идеале – вдвое) скорости передачи информации. К тому же при повреждении одного из кабелей сеть может работать с другим кабелем (правда, предельная скорость уменьшится).

15.3.4. Другие топологии

Кроме трех рассмотренных основных, базовых топологий нередко применяется также сетевая топология «дерево» (tree), которую можно рассматривать как комбинацию нескольких звезд. Как и в случае звезды, дерево может быть активным, или истинным (рис. 14.6), и пассивным (рис. 14.7). При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном – концентраторы (хабы).

>

>

Рис. 14.6. Топология «активное дерево»

>

>

Рис. 14.7. Топология «пассивное дерево». К - концентраторы

Довольно часто применяются и комбинированные топологии, среди которых наибольшее распространение получили звездно-шинная (рис. 14.8) и звездно-кольцевая (рис. 14.9).

>

>

>

>

Рис. 14.8. Пример звездно-шинной топологии

В звездно-шинной (star-bus) топологии используется комбинация шины и пассивной звезды. В этом случае к концентратору подключаются как отдельные компьютеры, так и целые шинные сегменты, т.е. на самом деле реализуется физическая топология «шина», включающая все компьютеры сети. В данной топологии может использоваться и несколько концентраторов, соединенных между собой и образующих так называемую магистральную, опорную шину. К каждому из концентраторов при этом подключаются отдельные компьютеры или шинные сегменты. Таким образом, пользователь получает возможность гибко комбинировать преимущества шинной и звездной топологий, а также легко изменять количество компьютеров, подключенных к сети.

В случае звездно-кольцевой (star-ring) топологии в кольцо объединяются не сами компьютеры, а специальные концентраторы (изображенные на рис. 14.9 в виде прямоугольников), к которым в свою очередь подключаются компьютеры с помощью звездообразных двойных линий связи. В действительности все компьютеры сети включаются в замкнутое кольцо, так как внутри концентраторов все линии связи образуют замкнутый контур (как показано на рис. 14.9). Данная топология позволяет комбинировать преимущества звездной и кольцевой топологий. Например, концентраторы позволяют собрать в одно место все точки подключения кабелей сети.

>

>

Рис. 14.9. Пример звездно-кольцевой топологии

15.3.5. Многозначность понятия топологии

Топология сети определяет не только физическое расположение компьютеров, но, что гораздо важнее, характер связей между ними, особенности распространения сигналов по сети. Именно характер связей определяет степень отказоустойчивости сети, требуемую сложность сетевой аппаратуры, наиболее подходящий метод управления обменом, возможные типы сред передачи (каналов связи), допустимый размер сети (длина линий связи и количество абонентов), необходимость электрического согласования и многое другое.

Более того, физическое расположение компьютеров, соединяемых сетью, вообще довольно слабо влияет на выбор топологии. Любые компьютеры, как бы они ни были расположены, всегда можно соединить с помощью любой заранее выбранной топологии (рис. 14.10).

В случае, когда соединяемые компьютеры расположены по контуру круга, они вполне могут соединяться звездой или шиной. Когда компьютеры расположены вокруг некоего центра, они вполне могут соединяться между собой шиной или кольцом. Наконец, когда компьютеры расположены в одну линию, они могут соединяться звездой или кольцом. Другое дело, какова будет требуемая для этого суммарная длина кабеля.

Когда в литературе упоминается о топологии сети, то могут подразумевать четыре совершенно разных понятия, относящихся к различным уровням сетевой архитектуры.

>

>

>

>

Рис. 14.10. Примеры использования разных топологий

>§ >Физи

Дата добавления: 2014-01-07