Понятие топологии сети и базовые топологии ЛВС.

 

Термин топология сети означает способ соединения компьютеров в сеть. Вы также можете услышать другие названия – структура сети или конфигурация сети (это одно и то же). Кроме того, понятие топологии включает множество правил, которые определяют места размещения компьютеров, способы прокладки кабеля, способы размещения связующего оборудования и многое другое. На сегодняшний день сформировались и устоялись несколько основных топологий. Из них можно отметить “ шину ”, “ кольцо ” и “ звезду ”.

Топология “шина”

Топология шина (или, как ее еще часто называют общая шина или магистраль) предполагает использование одного кабеля, к которому подсоединены все рабочие станции. Общий кабель используется всеми станциями по очереди. Все сообщения, посылаемые отдельными рабочими станциями, принимаются и прослушиваются всеми остальными компьютерами, подключенными к сети. Из этого потока каждая рабочая станция отбирает адресованные только ей сообщения.

Достоинства топологии “шина”:

· простота настройки;

· относительная простота монтажа и дешевизна, если все рабочие станции расположены рядом;

· выход из строя одной или нескольких рабочих станций никак не отражается на работе всей сети.

Недостатки топологии “шина”:

· неполадки шины в любом месте (обрыв кабеля, выход из строя сетевого коннектора) приводят к неработоспособности сети;

· сложность поиска неисправностей;

· низкая производительность – в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть, с увеличением числа рабочих станций производительность сети падает;

· плохая масштабируемость – для добавления новых рабочих станций необходимо заменять участки существующей шины.

Именно по топологии “шина” строились локальные сети на коаксиальном кабеле. В этом случае в качестве шины выступали отрезки коаксиального кабеля, соединенные Т-коннекторами. Шина прокладывалась через все помещения и подходила к каждому компьютеру. Боковой вывод Т-коннектора вставлялся в разъем на сетевой карте. Вот как это выглядело: Сейчас такие сети безнадежно устарели и повсюду заменены “звездой” на витой паре, однако оборудование под коаксиальный кабель еще можно увидеть на некоторых предприятиях.

Топология “кольцо”

Кольцо – это топология локальной сети, в которой рабочие станции подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутое кольцо. Данные передаются от одной рабочей станции к другой в одном направлении (по кругу). Каждый ПК работает как повторитель, ретранслируя сообщения к следующему ПК, т.е. данные передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Если компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера – он передает их дальше по кольцу, в ином случае они дальше не передаются.

Достоинства кольцевой топологии:

· простота установки;

· практически полное отсутствие дополнительного оборудования;

· возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети.

Однако “кольцо” имеет и существенные недостатки:

· каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации; в случае выхода из строя хотя бы одной из них или обрыва кабеля – работа всей сети останавливается;

· подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, поскольку во время установки нового ПК кольцо должно быть разомкнуто;

· сложность конфигурирования и настройки;

· сложность поиска неисправностей.

Кольцевая топология сети используется довольно редко. Основное применение она нашла в оптоволоконных сетях стандарта Token Ring.

Топология “звезда”

Звезда – это топология локальной сети, где каждая рабочая станция присоединена к центральному устройству (коммутатору или маршрутизатору). Центральное устройство управляет движением пакетов в сети. Каждый компьютер через сетевую карту подключается к коммутатору отдельным кабелем. При необходимости можно объединить вместе несколько сетей с топологией “звезда” – в результате вы получите конфигурацию сети с древовидной топологией. Древовидная топология распространена в крупных компаниях. Мы не будем ее подробно рассматривать в данной статье.

Топология “звезда” на сегодняшний день стала основной при построении локальных сетей. Это произошло благодаря ее многочисленным достоинствам:

· выход из строя одной рабочей станции или повреждение ее кабеля не отражается на работе всей сети в целом;

· отличная масштабируемость: для подключения новой рабочей станции достаточно проложить от коммутатора отдельный кабель;

· легкий поиск и устранение неисправностей и обрывов в сети;

· высокая производительность;

· простота настройки и администрирования;

· в сеть легко встраивается дополнительное оборудование.

Однако, как и любая топология, “звезда” не лишена недостатков:

· выход из строя центрального коммутатора обернется неработоспособностью всей сети;

· дополнительные затраты на сетевое оборудование – устройство, к которому будут подключены все компьютеры сети (коммутатор);

· число рабочих станций ограничено количеством портов в центральном коммутаторе.

Звезда – самая распространенная топология для проводных и беспроводных сетей. Примером звездообразной топологии является сеть с кабелем типа витая пара, и коммутатором в качестве центрального устройства. Именно такие сети встречаются в большинстве организаций.

33.Методы доступа к передающей среде и протоколы передачи данных ЛВС.

 

В различных сетях существуют различные процедуры обмена данными между рабочими станциями. Эти процедуры называют протоколами передачи данных.

Протокол — набор правил (язык), определяющий взаимодействие двух одно­именных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских ЭВМ.

В соответствии с семиуровневой структурой модели можно говорить о необходимости существования протоколов для каждого уровня.

Концепция открытых систем предусматривает разработку стандартов для протоколов различных уровней. Легче всего поддаются стандартизации протоколы трех нижних уровней модели архитектуры открытых систем, так как они определяют действия и процедуры, свойственные для вычислительных сетей любого класса.

Труднее всего стандартизовать протоколы верхних уровней, особенно прикладного, из-за множественности прикладных задач и в ряде случаев их уникальности. Если по типам структур, методам доступа к физической передающей среде, используемым сетевым технологиям и некоторым другим особенностям можно насчитать примерно десяток различных моделей вычислительных сетей, то по их функциональному назначению пределов не существует.

Протоколы сетевого уровня

Для работы в конкретной сети компьютер должен "разговаривать" на определенном языке. Такой язык называется сетевым протоколом. Протоколы позволяют компьютерам «обмениваться» информацией и поддерживать целостность передаваемых данных. Большинство сетевых операционных систем для связи со своим сервером используют следующие протоколы:

1. IPX/SPX-Novell NetWare, Windows NT Server.

2. NetBIOS-Windows NT Server, OS/2 LAN Server.

3. TCP/IP-UNIX. Windows NT Server. Windows 95 поддерживает все перечисленные протоколы.

Протокол — это не программа. Правила и последовательность выполнения действий при обмене информацией, определенные протоколом, должны быть реализованы в программе. Обычно функции протоколов различных уровней реализуются в драйверах для различных вычислительных сетей.

Основные типы протоколов

Проще всего представить особенности сетевых протоколов на примере протоколов канального уровня, которые делятся на две основные группы: байт-ориентированные и бит-ориентированные.

Байт-ориентированный протокол обеспечивает передачу сообщения по информационному каналу в виде последовательности байтов. Кроме информационных байтов в канал передаются также управляющие и служебные байты. Такой тип протокола удобен для ЭВМ, так как она ориентирована на обработку данных, представленных в виде двоич­ных байтов. Для коммуникационной среды байт-ориентированный протокол менее удобен, так как разделение информационного потока в канале на байты требует использования до­полнительных сигналов, что в конечном счете снижает пропускную способность канала связи.

Бит-ориентированный протокол предусматривает передачу информации в виде потока битов, не разделяемых на байты. Поэтому для разделения кадров используются специальные последовательности — флаги. В начале кадра ставится флаг открывающий, а в конце — флаг закрывающий.

Бит-ориентированный протокол удобен относительно коммуникационной среды, так как канал связи как раз и ориентирован на передачу последовательности битов. Для ЭВМ он не очень удобен, потому что из поступающей последовательности битов приходится вы­делять байты для последующей обработки сообщения. Впрочем, учитывая быстродействие ЭВМ, можно считать, что эта операция не окажет существенного влияния на ее производи­тельность. Потенциально бит-ориентированные протоколы являются более скоростными по сравнению с байт-ориентированными, что обусловливает их широкое распространение в со­временных вычислительных сетях.

Методы доступа

Международный институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) разработал стандарты для протоколов передачи данных в локальных сетях. Наибольшее распространение получили конкретные реализации методов доступа: ETHERNET, ARCNET и TOKEN RING.

Метод доступа ETHERNET разработан фирмой XEROX в 1975 году. Он обеспечивает высокую скорость передачи данных и надежность. Ethernet является наиболее популярной сетью за счет дешевизны сетевых адаптеров, кабеля. Кроме того, скорость 10Мбит/с и выше приемлема для большинства приложений.

Ethernet использует шинную или звездообразную топологию. Ethernet 10Base2 и 10Base5 работает на основе коаксиального кабеля в шинных сетях, a Ethernet 10BaseT — на основе витой пары в звездообразных схемах. Для определения моментов, когда можно послать данные, в Ethernet применяется метол, называемый "доступ к среде с контролем несущей частоты и обнаружением коллизий" — CSMA/CD (Carrier-Sense Media-Access/Collision-Detect). Перед каждой пересылкой информации компьютер прослушивает сигналы в кабеле, чтобы удостовериться в его незанятости. Если другая станция ведет передачу, то остальным станциям необходимо ждать пока кабель не станет свободным. Сообщение, отправляемое одной рабочей станцией, принимается одновременно всеми остальными станциями, подключенными к общей шине. Но сообщение предназначено только для одной станции (оно включает в себя адрес станции назначения и адрес отправителя). Та станция, которой предназначено сообщение, принимает его, остальные игнорируют.

ETHERNET не исключает возможности одновременной передачи сообщений двумя или несколькими станциями. Аппаратура автоматически распознает такие конфликты, называемые коллизиями. После обнаружения конфликта станция задерживает передачу на некоторое время. Это время небольшое и для каждой станции свое. После задержки передача возобновляется.

Реально конфликты приводят к уменьшению быстродействия сети только в том случае, если работает порядка 80 - 100 станций.

Метод доступа ARCNET разработан фирмой DATAPOINT CORP. Он тоже получил широкое распространение, в основном благодаря тому, что оборудование ARCNET дешевле, чем оборудование ETHERNET и TOKEN RING.

ARCNET используется в локальных сетях с топологией типа ЗВЕЗДА. Один из компьютеров создает специальный маркер (сообщение специального вида), который последовательно передается от одного компьютера к другому. Если станция желает передать сообщение другой станции, она должна дождаться маркера и добавить к нему сообщение, дополненное адресами отправителя и назначения. Когда пакет дойдет до станции назначения, сообщение будет "отцеплено" от маркера и передано станции.

Метод доступа TOKEN RING разработан фирмой IBM и рассчитан на кольцевую топологию сети. Этот метод напоминает ARCNET, так как тоже используется маркер, передаваемый от одной станции к другой. В отличие от ARCNET при методе доступа TOKEN RING имеется возможность назначить разные приоритеты разным рабочим станциям.

В противоположность Ethernet, где время ожидания передачи случайно, компьютеры в сети Ring посылают данные по очереди. Token Ring — это кольцо из компьютеров, по которому циркулирует служебный пакет, называемый маркером (token). Когда рабочая станция получает маркер, она может передавать данные в течении заданного промежутка времени. После этого она посылает маркер соседней по сети станции. Такой механизм обеспечивает высокую пропускную способность.