logo search
курсовая1

Cетевые технологии

В сетях применяются различные сетевые технологии, из которых в локальных сетях наиболее распространены Ethernet, Token Ring, 100VG-AnyLAN, ARCnet, FDDI. Каждой технологии соответствуют свои типы оборудования.

Ethernét — пакетная технология компьютерных сетей, преимущественно локальных. Применяется полудуплексный канал передачи: передачу и прием данных сетевой адаптер выполняет попеременно.

Каждый узел сети имеет сетевой адаптер — схему, реализующую метод CSMA/CD на аппаратном (или микропрограммном) уровне. Адаптер имеет приемопередатчик — трансивер, подключенный к общей (разделяемой) среде передачи, в оригинале — к коаксиальному кабелю. Адаптер узла (для краткости — узел), нуждающийся в передаче информации, прослушивает линию и дожидается «тишины» — отсутствия сигнала. Далее он формирует кадр (frame, фрейм), начинающийся с синхронизирующей преамбулы, за которой следует поток двоичных данных в самосинхронизирующемся (манчестерском) коде. Все остальные узлы принимают этот сигнал, синхронизируются по преамбуле и декодируют его в последовательность бит, помещаемую в свой приемный буфер. Окончание кадра определяется по пропаданию несущей, и по этому событию приемники анализируют принятый кадр. Этот кадр контролируется на отсутствие ошибок (с помощью контрольной последовательности бит и по длине), после чего в «хорошем» кадре проверяется адресная информация. В каждом кадре имеется заголовок с МАС-адресами узла-источника и узла его назначения. Если адрес назначения кадра соответствует МАС-адресу данного узла, то кадр поступает на дальнейшую обработку протоколами вышестоящих уровней. Кадры, не адресованные данному узлу, им игнорируются на аппаратном уровне адаптера, не отвлекая центральный процессор узла. Теперь предположим, что два узла хотят передать данные почти одновременно: оба дождались «тишины» и стали передавать преамбулу. Столкновение двух сигналов — коллизия — приведет к их искажению, которое обнаруживается передатчиком. Передающие узлы, обнаружив коллизию, прекращают передачу кадра, после чего повторную попытку передачи сделают через случайный интервал времени (каждый через свой) после освобождения линии. Если повторная попытка также не удалась, делается следующая (и так до 16 раз), причем интервал увеличивается. Приемник обнаруживает коллизию по ненормально короткой длине (в «хорошем» кадре она не может быть меньше 64 байт, не считая преамбулы) и такие кадры отбрасывает.

Коллизии являются нормальным, хотя и нежелательным явлением в сети Ethernet. Метод CSMA/CD хорошо работает лишь при общей загрузке канала (среды передачи) до 30 %. При большей загрузке коллизии приводят к прогрессирующей деградации производительности, что является слабым местом технологии Ethernet. Ethernet допускает наличие в одном сегменте сотен (даже тысяч) узлов, при их высокой активности разумный размер домена коллизий - группы узлов, связанных общей средой (кабелями и повторителями), — ограничен лишь несколькими десятками узлов.

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet и Token Ring.

В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с и появилась возможность работы в режиме полный дуплекс. В 1997 году был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с для передачи по оптоволокну и еще через два года для передачи по витой паре. В настоящее время наибольшей популярностью пользуются Ethernet-платы 100 Мбод (100-мегабитовая Ethernet), а в некоторых случаях применяются более новые платы 1000 Мбод (или гигабитовая Ethernet). Разрабатываются также Ethernet-карты 10 Гбод.

Ethernet-сети различаются не только по скорости обмена данными, но и по типу кабеля. Для соединения устройств применяются коаксиальные кабели (в некоторых типах 10 мегабитовых Ethernet-сетей), витые пары (во всех 100-мегабитовых Ethernet-сетях, а также в некоторых типах 10-мегабитовых и гигабитовых Ethernet-сетей) и волоконно-оптические кабели (в некоторых типах гигабитовых Ethernet-сетей). Витые пары обеспечивают соединение на расстоянии до 100 метров (обычно такое соединение устанавливается между компьютером и концентратором либо коммутатором). Волоконно-оптические соединения допускают обмен данными на расстоянии до 5 километров.

Технология Gigabit Ethernet со скоростью передачи данных 1000 Мбит/с разработана для ускорения передачи данных. Однако повышение скорости на порядок при сохранении всех пропорций предыдущих технологий привело бы к сужению диаметра домена коллизии до неприемлемого размера — 0,26 мкс задержки соответствует примерно 50 м кабеля, а еще задержку вносит и повторитель. По этой причине минимально допустимый размер кадра, определяющий максимально допустимую задержку передачи, был увеличен до 512 байт. С учетом задержек в повторителе и адаптерах диаметр домена коллизий может достигать 200 м, то есть вписываться в стандартную концепцию построения СКС.

Допустимые размеры сети Ethernet определяются рядом факторов:

Преимущества: относительная дешевизна оборудования, большая пропускная способность сети, легкость подключения новых узлов.

Недостатки: при росте нагрузки полезная пропускная способность сети резко падает (из-за увеличения количества коллизий).

Token Ring (маркерное кольцо). В течение многих лет технология Token Ring, разработанная IBM, была главным конкурентом Ethernet, однако начиная с 1990 г. преимущество Ethernet стало очевидным. Большинство карт Token Ring поддерживают скорость обмена до 16 Мбод, но в настоящее время появились модели 100 Мбод. Максимальное расстояние между устройствами в сети Token Ring составляет 150-300 метров. Кольцевая логическая топология, как правило, реализуется на основе физической звезды, в центре которой находится устройство MSAU (Multi-Station Access Unit — многостанционное устройство доступа). В любой момент време­ни передачу данных может вести только одна станция, захватившая маркер доступа (token). При передаче данных в заголовке маркера делается отметка о занятости, и маркер превращается в обрамление начала кадра. Остальные станции побитно транслируют кадр от предыдущей (upstream) станции к последующей (downstream). Станция, которой адресован текущий кадр, сохраняет его копию в своем буфере для последующей обработки и транслирует его далее по кольцу, сделав отметку о получении. Таким образом, кадр по кольцу достигает передающей станции, которая удаляет его из кольца (не транслирует дальше). Когда станция заканчивает передачу, она помечает маркер как свободный и передает его дальше по кольцу. Время, в течение которого станция имеет право пользоваться маркером, регламентировано. Захват маркера осуществляется на основе приоритетов, назначаемых станциям. За порядком в кольце следит активный монитор AM (Active Monitor) — одна из станций в сети, взявшая на себя эти функции. За активным монитором слепят резервные — остальные станции сети, всегда готовые взять на себя функции активного. Основное преимущество Token Ring — заведомо ограниченное время ожидания обслуживания узла (и отличие от Ethernet, не возрастающее при увеличении трафика), обусловленное детерминированным методом доступа и возможностью управления приоритетом. Топологические ограничения гораздо мягче, чем в Ethernet, — в одном кольце могут находиться станции, удаленные друг от друга на километры (медный кабель) и даже десятки километров (оптика). Встроенные функции управления и самовосстановления без дополнительных средств придают сети надежность более высокую, чем у обычных сетей Ethernet. Архитектура позволяет строить сети произвольной конфигурации (ячеистые) — с избыточными связями, используемыми для повышения пропускной способности и надежности — с применением обычных коммутаторов второго уровня. Расплатой за эти преимущества является сложность реализации адаптеров сети, обусловливающая высокую цепу оборудования. Кольцевая сеть строится на основе концентраторов (хабов) MSAU.

Преимущества: надежность и безопасность, гарантированная доставка сообщений, при передачи данных не возникает потери сигнала, не возникает коллизий, простота коммуникационного оборудования локальной сети.

Недостатки: необходимы дорогостоящие устройства доступа к сети, высокая сложность технологии реализации сети, высокая стоимость (160-200% от Ethernet), отказ одного узла может привести к неработоспособности всей сети, добавление/удаление узла вынуждает разрывать сеть;

FDDI и CDDI. FDDI (Fiber Distributed Data Interface — волоконно-оптический интерфейс распределенных данных) и CDDI (Copper Distributed Data Interface — "медный" интерфейс распределенных данных) предназначены для создания сетей со скоростью обмена информацией порядка 100 Мбод. Преимущество FDDI перед 10 мегабитовой Ethernet состоит в том, что данная технология обеспечивает связь на расстоянии до 2 километров. Гигабитовая Ethernet с передачей данных по волоконно-оптическому кабелю обеспечивает дальность до 5 километров. Логическая топология — кольцо (двойное), метод доступа — детерминированный, с передачей маркера (token passing). Маркер доступа передается от станции к станции по кольцу, правом на передачу данных обладает станция, захватившая маркер. При единственности маркера в кольце может одновременно продвигаться множество кадров. Технология обеспечивает передачу синхронного и асинхронного трафика. Для передачи синхронного трафика на этапе инициализации кольца определяется полоса пропускания, отводимая каждой станции для передачи. Для асинхронного трафика может отводиться вся остающаяся полоса пропускания кольца. Реальная пропускная способность кольца может достигать 95 Мбит/с, но при значительных задержках в обслуживании. При минимизации задержек пропускная способность может падать и до 20 Мбит/с. Максимальное количество станций в сети — до 500 с двойным кольцом и до 1000 с одинарным, расстояние между станциями до 2 км при многомодовом и до 45-60 км при одномодовом кабеле, длина двойного кольца до 100 км, одинарного — до 200 км. Технологию FDDI можно рассматривать как развитие Token Ring, направленное на повышение производительности, отказоустойчивости и увеличения размеров сети как по количеству узлов, так и по расстоянию. Повышение отказоустойчивости достигается за счет применения двух колец — вторичное (резервное) кольцо замыкает цепочку станций в случае обрыва (отказа) пинии связи между парой соседних станций или отказа станции. Технология FDDI относительно легко интегрируется с Ethernet и Token Ring, благодаря ему ее широко используют в качестве высокоскоростной магистрали для этих технологий. Цена оборудования высокая, что не позволяет применять данную технологию для рядовых рабочих мест. Хотя FDDI считается технологией локальных сетей, в основном она применяется для высокоскоростных магистралей (backbone) кампусных и городских сетей. FDDI используется и для объединения больших и мини-компьютеров, мощных рабочих станций, подключения периферии с интенсивным обменом.

Преимущества: высокая отказоустойчивость, очень высокая скорость передачи, большая протяженность(кольцо может быть окружностью до 200 км. и включать до 1000 устройств).

Недостатки: высокая стоимость.