Типы ЛВС

Для деления ЛВС на группы используются определенные классификационные признаки.

По назначению ЛВС делятся на информационные (информационно-по­исковые), управляющие (технологическими, административными, организа­ционными и другими процессами), расчетные, информационно-расчетные, обработку документальной информации и др.

По типам используемых в сети ЭВМ их можно разделить на неодно­родные, где применяются различные классы (микро-, мини-, большие) и мо­дели (внутри классов) ЭВМ, а также различное абонентское оборудование, и однородные, содержащие одинаковые модели ЭВМ и однотипный состав або­нентских средств.

По организации управления однородные ЛВС делятся на сети с цент­рализованным и децентрализованным управлением.

В сетях с централизованным управлением выделяется одна или несколь­ко машин (центральных систем или органов), управляющих работой сети. Диски выделенных машин, называемых файл-серверами или серверами баз данных, доступны всем другим компьютерам (рабочим станциям) сети. На серверах работает сетевая ОС, обычно мультизадачная. Рабочие станции имеют доступ к дискам серверов и совместно используемым принтерам, но, как правило, не могут работать непосредственно с дисками других PC. Сер­веры могут быть выделенными (и тогда они выполняют только задачи уп­равления сетью и не используются как PC) или невыделенными (когда па­раллельно с задачей управления сетью выполняют пользовательские про­граммы, при этом снижаются производительность сервера и надежность работы всей сети из-за возможной ошибки в пользовательской программе, которая может привести к остановке работы сети). Такие сети отличаются простотой обеспечения функций взаимодействия между АС ЛВС, но их при­менение целесообразно при небольшом числе АС в сети. В сетях с централи­зованным управлением большая часть информационно-вычислительных ре­сурсов сосредоточена в центральной системе.

Если информационно-вычислительные ресурсы ЛВС равномерно распре­делены по большому числу АС, централизованное управление малоэффек­тивно из-за резкого увеличения служебной (управляющей) информации. В этом случае эффективными оказываются сети с децентрализованным (распреде­ленным) управлением или одноранговые. В таких сетях нет выделенных сер­веров, функции управления сетью передаются по очереди от одной PC к дру­гой. Рабочие станции имеют доступ к дискам и принтерам других PC. Это облегчает совместную работу групп пользователей, но производительность сети несколько понижается.

По скорости передачи данных в общем канале различают:

• ЛВС с малой пропускной способностью (единицы мегабитов в секун­ду), в которых в качестве физической передающей среды использует­ся витая пара или коаксиальный кабель;

• ЛВС со средней пропускной способностью (десятки мегабитов в секун­ду), в которых используется также коаксиальный кабель или витая пара;

• ЛВС с большой пропускной способностью (сотни мегабитов в секун­ду), где применяются оптоволоконные кабели (световоды).

По топологии, т.е. конфигурации элементов в сети, ЛВС делятся: на общую шину, кольцо, звезду и др. (см. лекцию 16).

18.2. Протоколы передачи данных и методы доступа к передающей среде в ЛВС

Протоколы передачи данных нижнего уровня, получившие распростра­не­ние в ЛВС, приведены на рис. 18.1.

Типичными мето­дами доступа к передаю­щей среде в современных ЛВС являются:

• множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конф­ликтов (CSMA/CD), иначе называемый методом доступа Ethernet, так как именно в этой сети получил наибольшее распространение;

• маркерное кольцо (метод доступа Token Ring);

• маркерная шина (метод доступа Arcnet).

Указанные методы доступа реализованы соответственно на стандартах IEЕЕ802.3, IЕЕЕ802.5, IEEE802.4.

Метод доступа Ethernet (метод случайного доступа) разработан фир­мой Xerox в 1975 г. и используется в ЛВС с шинной топологией, обеспечива­ет высокую скорость передачи данных и надежность. Это метод множествен­ного доступа с прослушиванием несущей и разрешением конфликтов (колли­зий). Каждая PC перед началом передачи определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен, PC начинает передачу данных, осуществляе­мую пакетами, упакованными в кадры. Из-за различных системных задер­жек могут возникнуть коллизии. В этом случае станция задерживает переда­чу на определенное время. Для каждой PC устанавливается свое время ожи­дания перед повторной передачей кадра. Коллизии приводят к снижению быстродействия сети только при сравнительно большом количестве актив­ных PC (до 80-100).

Метод доступа Token Ring разработан фирмой IBM и рассчитан на кольцевую топологию сети. Это селективный метод доступа в кольцевой мо­ноканал, именуемый «маркерное кольцо». В качестве маркера используется уникальная последовательность битов. Маркер не имеет адреса и может на­ходиться в одном из двух состояний - свободном или занятом. Если ни одна PC не готова к передаче данных, свободный маркер циркулирует по кольцу. Станция, имеющая кадр для передачи, ждет подхода свободного маркера, захватывает его, изменяет состояние маркера на «занятый» и добавляет к нему кадр. Занятый маркер с кадром перемещается по кольцу и возвращает­ся к станции-отправителю, причем при прохождении через узел назначения снимается копия кадра. Станция-отправитель удаляет свой кадр из кольца, изменяет состояние маркера на «свободный» и передает его дальше по коль­цу. С этого момента любая станция может изменить состояние маркера на «занятый» и начать передачу данных. Описанная процедура характерна для сети, в которой все станции имеют одинаковый приоритет. В рамках метода «маркерное кольцо» предусматривается возможность передачи кадров стан­ции с учетом их приоритетов. Тогда станции с низким приоритетом могут захватывать кольцо в случае неактивности станций с более высоким приори­тетом.

Метод доступа Arcnet разработан фирмой Datapoint Согр и использует­ся в ЛВС с топологией «звезда» и «общая шина». Это селективный метод доступа в моноканал, называемый «маркерная шина». Маркер создается одной из станций сети и имеет адресное поле, где указывается номер (адрес) станции, владеющей маркером. Передачу производит только та станция, ко­торая в данный момент владеет маркером (эстафетной палочкой). Осталь­ные станции работают на прием. Последовательность передачи маркера от одной станции к другой задается управляющей станцией сети. Станции, пос­ледовательно получающие маркер для передачи кадров, образуют «логичес­кое кольцо». Станция, получившая маркер (полномочия на передачу инфор­мации), передает свой подготовленный кадр в шину. Если кадра для переда­чи нет, она сразу посылает маркер другой станции согласно установленному порядку передачи полномочий. Так продолжается до тех пор, пока управляю­щая станция не инициирует новую последовательность передач маркера. Стан­ция назначения, получившая маркер с кадром, «отцепляет» кадр от маркера и передает маркер следующей станции в установленной последовательности передач. При таком методе доступа в моноканал имеется возможность обес­печить приоритетное обслуживание абонентов, например в течение одного цикла, когда маркер совершает полный оборот по «логическому кольцу», стан­ции с более высоким приоритетом получают маркер не один раз, а несколько.

В качестве примера приведем структуру пакета по стандарту IEEE 802.3 с указанием длины каждого поля в байтах.

Преамбула	Признак начала пакета	Назначение	Источник	Длина	Данные	Набив­ка	CRC-сумма
		2 или 6	2 или 6		0-1500	?

Преамбула - это поле, содержащее семь одинаковых байтов 10101010, предназначенных для синхронизации.

Признак начала пакета - однобайтовое поле для обозначения начала па­кета.

Назначение - поле длиной 2 или 6 байт (в зависимости от типа ЛВС) указывает, для какой PC данный пакет предназначен.

Источник - в этом поле содержится адрес отправителя пакета.

Длина - здесь содержится информация о длине данных в пакете.

Данные - в это поле записываются данные, составляющие передавае­мое сообщение.

Набивка - сюда вставляют пустые символы для доведения длины паке­та до минимально допустимой величины. При достаточно большой длине поля данных поле набивки может отсутствовать.

CRC-сумма - здесь содержится контрольное число, используемое на приемном пункте для выявления ошибок в данных принятого пакета. В каче­стве контрольного числа применяется остаток сум­мы из байтов в поле данные. На приемном пункте также производятся вычисление этого остатка и затем его сравнение с со­держимым рассматриваемого поля с целью обнаружения ошибок в приня­тых данных.

Общая длина пакета стандарта IEЕЕ 802.3 находится в диапазоне от 64 до 1518 байт, не считая преамбулы и признака начала пакета.

Пример 18.1. Найти максимально допустимое расстояние S _max между наиболее удаленными станциями локальной сети Ethernet, если известны величины:

• E _п,min= 512 бит -минимальная длина пакета (кадра);

• V _к =10 Мбит/с - скорость передачи данных по коаксиальному кабелю (переда­ющей среде в сети);

• V c = 50 000 км/с - скорость распространения сигнала в передающей среде;

• T _п ³ 2 T _c,max, т. е. время передачи пакета (T _п) должно быть более чем вдвое боль­ше, чем время распространения сигнала (T _c,max) между наиболее удаленными станциями сети.

Условие T _п ³ 2 T _c,max означает, что от длины пакета значительно зависит общая про­тяженность сети, в которой реализован метод доступа CSMA/CD.

Очевидно, что

или

Пример 18.2. Определить максимальное время реакции на запрос пользователя (T _p,max) в локальной сети с кольцевой топологией, где реализуется ППД типа «маркер­ное кольцо» без приоритетов, если заданы величины:

• N _pc =25- число рабочих станций в сети;

• V c = 50 000 км/с - скорость распространения сигнала по коаксиальному кабелю (передающей среде);

• T _з = 1500 мкс - время задержки маркера с кадром в одном узле (рабочей стан­ции) сети;

• S _k = 12,5 км - длина кольцевого моноканала;

• E _к = 512 байт - общая длина маркера и кадра;

• V _к = 4 Мбит/с - скорость передачи данных по моноканалу;

• все абоненты сети активные, т. е. каждый из них готов к передаче своего кадра и выполняет эту операцию, когда подходит его очередь.

Время реакции на запрос пользователя - это промежуток времени между момен­том готовности подать запрос в сеть (т.е. готовности передать кадр в моноканал) и моментом получения ответа на запрос (т.е. возвращения отправленного кадра, что является подтверждением в получении этого кадра адресатом).

Следовательно,

где T _ож,max - максимальное время ожидания подачи запроса (кадра) в моноканал;

Т _обсл - время собственно обслуживания запроса.

Очевидно, что

где Т _об - время, в течение которого маркер вместе с кадром совершает полный оборот в моноканале. Составляющими этого времени будут:

Т _c - время распространения сигнала в передающей среде через весь моноканал;

Т _к - время передачи кадра через весь моноканал;

Т _сз, - суммарное время задержки передаваемого по кольцу кадра в узлах сети.

Так как

то

Тогда

Т _ож,max = (25 -1)*38774 = 930576 мкс.

Можно считать, что Т _обсл = Т _об поэтому

Т _р,max = 930576 + 38774 = 969350 мкс,

т.е. максимальное время реакции на запрос при заданных условиях равно почти одной секунде.

Пример 18.3. Определить максимальное время (Т _max) на передачу кадра от одной рабочей станции к другой в сети с звездообразной топологией и эстафетной передачей маркера по логическому кольцу (маркер переходит последовательно от одной PC к другой в порядке возрастания их сетевых номеров), если заданы величины:

• S pc = 0,5 км - расстояние между двумя PC сети (для всех PC оно принимается одинаковым);

• V c = 50000 км/с - скорость распространения сигнала в передающей среде (в коаксиальном кабеле);

• Е _к = 512 байт - длина кадра вместе с маркером;

• V _k = 4 Мбит/с - скорость передачи данных в сети;

• Т з =1500 мкс - время задержки кадра в одном узле сети;

• N pc = 32 - число рабочих станций в сети.

Максимальное время на передачу кадра от одной рабочей станции (PC) сети к другой будет в случае, когда станция-отправитель имеет минимальный порядковый номер, а станция-получатель - максимальный номер.

Тогда

(18.1)

где Т _ож,max - время распространения сигнала в передающей среде от одной PC к другой;

Т _обсл - время передачи кадра (вместе с маркером) от одной PC к другой.

Так как

то

До сих пор рассматривались ППД нижнего уровня, работающие на пер­вых трех уровнях семиуровневой модели ВОС и реализующие методы дос­тупа к передающей среде. В соответствии с этими ППД передаются сооб­щения (пакеты) между рабочими станциями, но не решаются вопросы, свя­занные с сетевыми файловыми системами и переадресацией файлов. Эти протоколы не включают никаких средств обеспечения правильной последо­вательности приема переданных данных и средств идентификации приклад­ных программ, нуждающихся в обмене данными.

В отличие от протоколов нижнего уровня, обеспечивающих доступ к пе­редающей среде, протоколы верхнего уровня (называемые также протокола­ми среднего уровня, так как они реализуются на 4-м и 5-м уровнях модели ВОС) служат для обмена данными. Они предоставляют программам интер­фейс для передачи данных методом дейтаграмм, когда пакеты адресуются и передаются без подтверждения получения, и методом сеансов связи, когда устанавливается логическая связь между взаимодействующими станциями (источником и адресатом) и доставка сообщений подтверждается.

Протоколы верхнего уровня подробно рассматриваются в следующей главе. Здесь лишь коротко отметим протокол IPX/SPX, получивший широкое применение в локальных сетях, особенно в связи с усложнением их тополо­гии (вопросы маршрутизации перестали быть тривиальными) и расширением предоставляемых услуг.

Протокол IPX/SPX. Этот протокол является набором протоколов IPX и SPX. Фирма Nowell в сетевой операционной системе NETWARE применяет протокол IPX для обмена дейтаграммами и протокол SPX для обмена в се­ансах связи.

Протокол IPX/SPX относится к программно-реализованным протоколам. Он не работает с аппаратными прерываниями, используя функции драйверов операционных систем. Пара протоколов IBX/SPX имеет фиксированную дли­ну заголовка, что приводит к полной совместимости разных реализаций этих протоколов.

Протокол IPX применяется маршрутизаторами в СОС NETWARE. Он соответствует сетевому уровню модели ВОС и выполняет функции адреса­ции, маршрутизации и переадресации в процессе передачи пакетов сообще­ний. Несмотря на отсутствие гарантий доставки сообщений (адресат не пе­редает отправителю подтверждения о получении сообщения), в 95% случаев не требуется повторной передачи. На уровне IPX выполняются служебные запросы к файловым серверам, и каждый такой запрос требует ответа со стороны сервера. Этим и определяется надежность работы методом дей­таграмм, так как маршрутизаторы воспринимают реакцию сервера на зап­рос как ответ на правильно переданный пакет.

Протокол SPX работает на транспортном уровне модели ВОС, но име­ет и функции, свойственные протоколам сеансового уровня. Он осуществ­ляет управление процессами установки логической связи, обмена и окон­чания связи между любыми двумя узлами (рабочими станциями) ЛВС. После установления логической связи сообщения могут циркулировать в обоих направлениях с гарантией того, что пакеты передаются без ошибок. Протокол SPX гарантирует очередность приема пакетов согласно очеред­ности отправления.

18.3. Сетевое оборудование ЛВС

Рассмотрим подробнее оборудование, используемое в локальных сетях.

Сетевые адаптеры (СА). Указанные в §18.1 основные функции адап­теров и их технические характеристики определяются поддерживаемым уров­нем протокола ЛВС в соответствии с архитектурой семиуровневой эталон­ной модели ВОС.

По выполняемым функциям СА разделяются на две группы:

1. Реализующие функции физического и канального уровней. Такие адаптеры, выполняемые в виде интерфейсных плат, отличаются технической простотой и невысокой стоимостью. Они применяются в сетях с простой топологией, где почти отсутствует необходимость выполнения таких функций, как маршрутизация пакетов, формирование из поступающих па­кетов сообщений, согласование протоколов различных сетей и др.

2. Реализующие функции первых четырех уровней модели ВОС - физи­ческого, канального, сетевого и транспортного. Эти адаптеры, кроме функ­ций СА первой группы, могут выполнять функции маршрутизации, ретрансля­ции данных, формирования пакетов из передаваемого сообщения (при пере­даче), сборки пакетов в сообщение (при приеме), согласования ППД различных сетей, сокращая таким образом затраты вычислительных ресурсов ЭВМ на организацию сетевого обмена. Технически они могут быть выполнены на базе микропроцессоров. Естественно, что такие адаптеры применяются в ЛВС, где имеется необходимость в реализации перечисленных функций.

Адаптеры ориентированы на определенную архитектуру локальной сети и ее технические характеристики, поэтому по топологии ЛВС адаптеры разделяются на следующие группы: поддерживающие шинную топологию, кольцевую, звездообразную, древовидную, комбинированную (звездно-коль­цевую, звездно-шинную).

Дифференциация адаптеров по выполняемым функциям и ориентация их на определенную архитектуру ЛВС привели к большому многообразию ти­пов адаптеров и разбросу их характеристик.

Концентраторы (хабы). Эти устройства удобны для формирования сети произвольной топологии. Выпускается ряд типов концентраторов - пассив­ных и активных с автономным питанием, выполняющих роль повторителя. Они отличаются по количеству, типу и длине подключаемых кабелей и могут автоматически управлять подсоединенными сегментами (включать и вык­лючать их в случае обнаружения сбоев и обрывов).

Дата добавления: 2014-01-04