Локальные и глобальные сети, сетевое окружение

Сетевая архитектура соответствует реализации физического и канального уровня модели OSI и определяет кабельную систему, кодирование сигналов, скорость передачи, формат сетевых кадров (фреймов), топологию и метод доступа. Каждой архитектуре соответствуют свои компоненты – кабели, разъемы, интерфейсные карты, кабельные центры и так далее

Первое поколение архитектур обеспечивало низкие и средние скорости передачи: LocalTalk – 230 кбит/с, ARCnet – 2.5 Мбит/с, Ethernet – 10 Мбит/с и Token Ring – 16 Мбит/с. Исходно они были ориентированы на электрические кабели (Copper-based).

Второе поколение – FDDI (100 Мбит/с), ATM (155 Мбит/с и выше), Fast Ethernet (100 Мбит/с) в основном ориентировано на оптоволоконный кабель (Fiber-based).

В локальных и широкомасштабных сетях применяются различные сетевые технологии, выбор которых зависит от многих факторов. Решающими факторами являются следующие:

- требования к пропускной способности сети и скорости отклика;

- расположение узлов, расстояния и условия прокладки коммуникаций;

- требования надежности и конфидециальности связи;

- ограничения на стоимость аппаратуры и коммуникаций.

Наиболее распространенными решениями для локальных сетей являются архитектуры Ethernet и Token Ring, нередко еще используется ARCnet, для Macintosh характерно использование Apple Talk и Ether Talk. Для широкомасштабных сетей высокоэффективным, но пока весьма дорогостоящим решением является применение FDDI, ATM, ISDN, BISDN. Для удаленных коммуникаций применяются протоколы PPP, SLIP, обеспечивающие связь по телефонным каналам через модемы, а также сети с протоколом X.25.

Ethernet – архитектура сетей с разделяемой средой и широковещательной передачей (все узлы получают пакет одновременно) и методом доступа CSMA/CD. Стандарт определен документом IEEE802.3. Физическая топология: шина – для коаксиала, звезда – для витой пары, двухточечное соединение – для оптоволокна. Существуют следующие 10 Мбит/с стандарты Ethernet.

10Base5 – Thick (толстый) Ethernet. Синонимы: ThickNet, Yellow (желтый кабель), Standard Ethernet. Классический вариант, введенный в 60-х годах, использует толстый коаксиальный кабель RG-8 или RG-11 с посеребренной центральной жилой и двойной экранной оплеткой. Кабель имеет волновое сопротивление 50 Ом и малое затухание. Для подключения каждого узла на кабель устанавливается трансивер, от которого к адаптеру идет кабель-спуск длиной до 50 м. Толстый кабель сложен в монтаже, его аксессуары теперь весьма дороги (комплект, состоящий из трансивера со спуском, стоит около $150). Основное преимущество – высокая помехозащищенность и напряжение изоляции трансивера. Применяется для прокладки базовых сегментов (Backbone).

10Base2 – Thin (тонкий) Ethernet. Синонимы: ThinNet, CheaperNet (дешевая сеть). Популярный вариант, использует тонкий коаксиальный кабель RG-58, имеющий волновое сопротивление 50 Ом, среднее затухание и помехозащищенность. Широко применяется для подключения станций и прокладки базовой сети между хабами. Пока самый дешевый вариант сети.

10BaseT – Twisted-pair Ethernet – на неэкранированной витой паре 3-5 категории. Топология – звезда, в центре которой находится хаб, обеспечивающая ряд преимуществ по сравнению с шиной:

- к каждому узлу подходит только один гибкий кабель;

- повреждение одного лучевого кабеля приводит к отказу соединения только одного узла;

- несанкционированное «прослушивание» пакетов в сети затруднено.

Является перспективной альтернативой тонкому Ethernet во многих случаях.

10BaseF – несколько вариантов сети на оптоволоконном кабеле. Обычно используется как двухточечная связь на большие расстояния. Среда передачи – две нити одномодового или многомодового оптоволокна. Оптоволоконная аппаратура при основном своем недостатке – высокой цене – имеет ряд преимуществ:

- нечувствительность к электрическим и электромагнитным помехам;

- гальваническая развязка узлов на любое требуемое напряжение;

- исчисляемое километрами расстояние передачи без повторителей и тысячами километров – с промежуточными ретрансляторами;

- высокая степень конфиденциальности каналов связи;

- широкополосность каналов.

Конструктивно оптический трансивер – FOIRL, FIRL (Fiber-Optic Inter-Repeater Link) – представляет собой устройство чуть больше спичечного коробка, подключаемое непосредственно к DIX-разъему AUI-адаптера. Оконечные отрезки волоконного кабеля заводятся в специальные оптические разъемы, соединяя выход передатчика Tx на одном конце со входом приемника Rx на другом конце. Некоторые модели хабов уже имеют порты с оптическими разъемами.

Возможны следующие 100 Мбит/с версии Ethernet: 100BaseTX, 100BaseT4, 100BaseFX.

Среда передачи для 100BaseTX (наиболее распространенный Fast Ethernet) – две неэкранированные витые пары (UTP) категорий 3, 4 или 5; для 100BaseT4 – четыре пары UTP категории 5 или экранированные витые пары STP (Shielded Twisted Pair); для 100BaseFX – оптоволоконный кабель. Несмотря на высокую цену, аппаратура на 100 мбит/с находит все более широкое применение там, где 10 мбит/с является уже узким местом.

1Base5 – StarLAN Ethernet – старый вариант на витой паре и 10Broad36 – сеть на широкополосном 75-омном коаксиальном кабеле – упомянем только для исторической справки.

Switched Ethernet (коммутирующий) – развитие технологии Ethernet, направленное на повышение производительности сети. В этом случае управление доступом к среде практически переносится с узлов в центральное коммутирующее устройство, обеспечивающее установление виртуальных выделенных каналов между парами портов – источниками и получателями пакетов. От узлов-передатчиков коммутирующий хаб почти всегда готов принять пакет либо в свой буфер, либо практически без задержки передать его в порт назначения (коммутация «на лету» – On-the-fly).

Ethernet в настоящее время является самой распространенной сетевой архитектурой. Ряд современных системных плат PC имеет встроенный адаптер с разъемом RJ-45. Каждый адаптер имеет свой уникальный 6-байтный физический адрес (MAC-Address), зашитый в одну из микросхем. Области адресов поделены между фирмами-производителями. Некоторые адаптеры и драйверы позволяют изменять адрес, при этом ответственность за его уникальность в сети перекладывается на администратора.

Сетевые адаптеры или сетевые интерфейсные карты (Network Interface Card, NIC) для PC, выпускаемые многими производителями в широком ассортименте, различаются поддерживаемыми средами передачи, типом системной шины (ISA, EISA, MCA, PCI, реже VLB), архитектурой и производительностью. Для блокнотных ПК существуют адаптеры Ethernet в стандарте PCMCIA (PC CARD). Выпускаются также адаптеры, подключаемые к стандартному LPT-порту PC («Paraport»), их главное преимущество – отсутствие потребностей в системных ресурсах (порты, прерывания и т. п.) и легкость подключения без вскрытия компьютеров – оборачивается и существенным недостатком – при обмене они очень сильно загружают процессор.

ARCnet (Attached Resource Computer Network – компьютерная сеть соединенных ресурсов) – архитектура сетей с разделяемой средой и широковещательной передачей. Метод доступа маркерный (Token passing), логическая топология – шина, физическая – комбинация шины и звезды (дерево). Скорость передачи 2.5 Мбит/с.

Кабель коаксиальный RG-62 с волновым сопротивлением 93 Ом, возможно применение кабеля с волновым сопротивлением 50-110 Ом и соответствующими терминаторами. Кабельные петли (кольца через хабы) недопустимы. Мало распространенные варианты – неэкранированная витая пара и скорость 20-100 Мбит/с.

Адаптеры: высокоимпедансные (Bus), низкоимпедансные (Star) и переключаемые, использующиеся в различных топологиях. Каждому адаптеру в сети при инсталляции назначают свой уникальный восьмибитный адрес, задающийся переключателями в диапазоне 1-254. Потребляемые системные ресурсы аналогичны адаптерам Ethernet.

Хабы: активные (с усилением сигнала) от 4 до 64 портов, применяются в высоко- и низкоимпедансных сетях; пассивные четырехпортовые резистивные согласователи импедансов применяются только для низкоимпедансных сетей.

Терминаторы: устанавливаются на концах шинных сегментов и неиспользуемых портах пассивных хабов.

Высокоимпедансные сети. Максимальная длина сегмента 305 м, узлы подключаются через BNC T-коннекторы, ответвления недопустимы, минимальное расстояние между узлами 1 м, допускается до 8 узлов в сегменте. Используются только активные хабы. Сегменты должны заканчиваться терминатором или активным хабом (адаптером).

Низкоимпедансные сети. Активный хаб может соединяться кабелем с адаптером (610 м), активным хабом (610 м) или пассивным хабом (30 м). Пассивный хаб может стоять только между активными узлами. На неиспользуемые порты пассивных хабов должны, а активных – могут устанавливаться терминаторы.

Основные преимущества ARCnet перед Ethernet, обеспечивавшие его былую популярность: низкая стоимость схем присоединения (по сравнению с CSMA/CD), меньшая критичность к кабелю, более гибкая топология, легкость диагностики сети при звездообразной топологии, менее резкая (по сравнению с Ethernet) чувствительность пропускной способности к количеству и активности узлов сети.

Недостатки: малоэффективное использование и без того низкой пропускной способности канала из-за избыточности кода и административных пакетов. Реальная производительность, даже для небольших сетей не превышающая 65% от максимальной, с увеличением числа узлов падает. Однобайтное ограничение на адрес создает неудобства при объединении сетей. Ошибочное задание совпадающих адресов локализуется исключительно методом последовательного отключения узлов. Малый размер фрейма (252 байта данных в оригинальном варианте и 508 байтов в расширенном) трудно стыкуем с вышестоящими уровнями (Novell IPX передает пакет длиной 576 байт).

Token Ring (маркерное кольцо) – архитектура сетей с кольцевой логической топологией и детерминированным методом доступа с передачей маркера. Стандарт определен документом IEEE802.5, но IBM – основной проводник этой архитектуры – использует несколько отличающуюся спецификацию.

Логическое кольцо реализуется на физической звезде, в центре которой находится MAU (Multistation Access Unit) – хаб с портами подключения каждого узла. Для присоединения кабелей используются специальные разъемы, обеспечивающие замыкание кольца при отключении узла от сети. При необходимости сеть может расширяться за счет применения дополнительных хабов, связанных в общее кольцо. Требование безразрывности кольца усложняет кабельное хозяйство Token Ring, использующее четырехпроводные экранированные и неэкранированные витые пары и специальные коммутационные средства.

Облегченный вариант разводки обеспечивает подключение до 96 станций к 12 восьмипортовым хабам с максимальным удалением станции от хаба не более 45 м. Длина кабеля между хабами может достигать 45 м при их суммарной длине не более 120 м.

Стационарная разводка обеспечивает подключение до 260 станций и 33 хабов с расстоянием между устройствами до 100 м при общей длине кольца хабов до 200 м.

Оптоволоконный кабель увеличивает длину сегмента до 1 км.

Информация по кольцу передается только в одном направлении по цепочке от станции к станции, скорость передачи 4 или 16 Мбит/с. Адаптер узла копирует в свой буфер только адресованные ему пакеты.

Использование системных ресурсов PC и конфигурирование адаптеров аналогичны Ethernet. Программное обеспечение кроме обычного для всех сетевых адаптеров содержит дополнительные модули-агенты как на сервере, так и на рабочей станции.

Основное преимущество Token Ring – заведомо ограниченное время ожидания обслуживания узла (в отличии от Ethernet не возрастающее при усилении трафика), обусловленное детерминированным методом доступа и возможностью управления приоритетом. Это свойство позволяет использовать Token Ring в системах реального времени. Кроме того, сети Token Ring легко соединяются с сетями на больших машинах (IBM Mainframe).

Недостатками Token Ring являются высокая стоимость оборудования и сложность построения больших сетей (WAN).

Дата добавления: 2014-01-07