Кабели и топологии

Сети и сетевые комплексы

Изначально локальные сети предназначались для объединения сравнительно небольшого количества компьютеров в систему, названную позже рабочей группой. Владельцы сетей пришли к выводу о более существенной выгоде приобретения нескольких компьютеров и соединения их между собой для выполнения большинства необходимых вычислительных операций, нежели вложения средств в мэйнфрейм и систему его функциональной поддержки. Вместе с ростом возможностей персональных компьютеров и исполняемых приложений совершенствовались и вычислительные сети, построенные на их основе, а также методы проектирования таких сетей.

Большинство ЛВС созданы с использованием медных кабелей, применяю­щих обычный электрический ток для передачи сигналов. Изначально боль­шинство ЛВС состояли из компьютеров, соединенных коаксиальным кабе­лем, но в итоге прокладка кабеля типа "витая пара" (ТР, twisted pair), используемого в телефонных системах, стала наиболее популярной и здесь. Еще один альтернативный тип кабеля — оптоволоконный кабель, не ис­пользующий электрические сигналы, при прохождении по нему двоичная информация кодируется импульсами света. Также существуют виды сетевых решений, в принципе не использующие кабеля, и, соответственно, пере­дающие сигналы по так называемым неограниченным средам, таким как ра­диоволны, инфракрасные волны и излучение микроволнового диапазона.

Примечание

Для получения более подробной информации о различных видах кабелей, применяемых для построения сетей, см. главу 4.

Различные способы конфигурации соединения кабелей для объединения компьютеров в ЛВС называются топологиями (рис. 1.1). Они зависят от типа употребляемого кабеля и поддерживаемого протокола. Наиболее распро­странены следующие топологии.

Шина. Шинная топология реализуется кабелем, прокладываемым от од­ного компьютера к другому в виде последовательной цепочки, напоми­нающей гирлянду на новогодней елке. Все сигналы, передаваемые лю­бым компьютером в сеть, идут по шине в обоих направлениях ко всем остальным компьютерам. Два конца шины должны быть "закрыты" при помощи электрических сопротивлений, обнуляющих напряжения, при­ходящие на эти концы, для того, чтобы сигналы не отражались и не ухо­дили в обратном направлении. Основной недостаток шинной топологии состоит в том, что, подобно елочной гирлянде, дефект кабеля в любом месте его протяженности делит сеть на две части, не способные общаться между собой. Большая часть сетей, построенных на коаксиальных кабе­лях, таких как сети Ethernet, используют шинную архитектуру.

□ Звезда. Топология "звезда" использует отдельный кабель для каждого компьютера, проложенный от центрального устройства, называемого хабом (hub) или концентратором. Концентратор транслирует сигналы, поступающие на любой из его портов, на все остальные порты; в результате чего сигналы, посылаемые одним узлом, достигают остальных компьюте­ров. Сеть на основе "звезды" более устойчива к повреждениям, нежели сеть на базе шинной архитектуры, так как повреждение кабеля затрагива­ет непосредственно только тот компьютер, к которому он подсоединен, а не всю сеть. Большинство сетей, использующих кабель типа "витая пара", монтируются по топологии "звезда", например, l0BaseT Ethernet.

□

Кольцо. Топология кольца функционально эквивалентна шине, у которой концы соединены друг с другом; таким образом, сигналы передаются от одного компьютера к другому, двигаясь по кругу. Однако коммуникационное кольцо — это только логическая абстракция, а не физическая конструкция. Фактически сеть представляет собой звезду, но при этом специальный концентратор реализует логическое кольцо путем пересылки входящего сигнала только через следующий нисходящий порт (вместо передачи через все порты, как это делает концентратор при применении топологии "звезда"). Каждый компьютер, получив входящий сигнал, об­рабатывает его (если это необходимо) и посылает обратно концентратору для передачи следующей рабочей станции в сети. В соответствии с дан­ным принципом работы, система, передающая сигнал в сеть, должна также удалить его после того, как он обошел все кольцо полностью. Се­ти, сконструированные на основе топологии "кольцо", могут использо­вать различные типы кабеля. Например, сети Token Ring используют ви­тую пару, в то время как FDDI-сети реализуют топологию "кольцо" с помощью оптоволоконных кабелей.

Шина-звезда. Данная топология — один из способов расширения оди­ночной "звезды". Эта схема формируется из множества "звезд", концен­траторы которых соединяются отдельными сегментами общей шины. Каждый компьютер по-прежнему может связываться с любым другим в сети, поскольку связанный с ним концентратор передает входящий тра­фик через порты "звезды". Разработанная для расширения сетей Ethernet lOBaseT, архитектура "шина-звезда" сейчас мало распространена в связи с ограничениями информационной емкости шин на коаксиальном кабеле. Коаксиальный кабель становится "узким местом" подобной сетевой орга­низации, снижая скорость передачи данных в быстрых сетях, собранных на основе топологии "звезда", таких как Fast Ethernet.

Управление доступом к среде передачи данных

Когда множество компьютеров подключены к одной и той же среде с узко­полосной передачей, то должен быть реализован механизм управления дос­тупом к среде (MAC, Media Access Control) для осуществления арбитража дос­тупа и предотвращения одновременной передачи данных системами. Механизм управления доступом к среде является основой всех протоколов для любых ЛВС. Два наиболее распространенных механизма: множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMS/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), применяемый в сетях Ethernet, и передача маркера, которая используется сетями Token Ring, FDDI и другими типами ЛВС. Эти два механизма принципиально различны, но выполняют одну и ту же задачу, обеспечивая каждую систему в сети равными возмож­ностями для приема/передачи данных. Более подробную информацию о ме­ханизмах управления доступом к среде см. в разд. "CSMD/CD" главы 8 и разд. "Передача маркера" главы 9.

Дата добавления: 2015-04-25