Отчеты / 1
Цель работы: изучить классификацию, принцип построения ЛКС и ГКС.
Материальное обеспечение ПК и обучающая программа
Порядок выполнения работы
1. Изучить, используя электронный учебник, теоретический материал по предлагаемым разделам, законспектировать в тетрадь:
- Принцип построения компьютерных сетей
- Локальные компьютерные сети (ЛКС)
- Глобальные компьютерные сети
- Как называются сети, перекрывающие территорию не более 10 м 2 ?
- Как называются сети, расположенные на территории города или области?
С помощью чего удлиняется кабельный сегмент шины
Размещение сквозной ссылки
Простые топологии сетей: шина, звезда, кольцо
Термин «топология», или «топология сети», характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Топология — это стандартный термин, который используется профессионалами при описании основной компоновки сети. Кроме термина «топология», для описания физической компоновки употребляют также следующие:
- физическое расположение;
- компоновка;
- диаграмма;
- карта.
Топология сети обуславливает ее характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет:
- на состав необходимого сетевого оборудования;
- характеристики сетевого оборудования;
- возможности расширения сети;
- способ управления сетью.
Если Вы поймете, как используются различные топологии, Вы сумеете понять, какими возможностями обладают различные типы сетей. Чтобы совместно использовать ресурсы или выполнять другие сетевые задачи, компьютеры должны быть подключены друг к другу. Для этой цели в большинстве сетей применяется кабель.
Однако просто подключить компьютер к кабелю, соединяющему другие компьютеры, не достаточно. Различные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми платами, сетевыми операционными системами и другими компонентами требуют и различного взаимного расположения компьютеров.
Каждая топология сети налагает ряд условий. Например, она может диктовать не только тип кабеля, но и способ его прокладки. Топология может также определять способ взаимодействия компьютеров в сети. Различным видам топологий соответствуют различные методы взаимодействия, и эти методы оказывают большое влияние на сеть.
Базовые топологии
Все сети строятся на основе трех базовых топологий:
- шина (bus);
- звезда (star);
- кольцо (ring).
Если компьютеры подключены вдоль одного кабеля [сегмента (segment)], топология называется шиной. В том случае, когда компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки, или концентратора, топология называется звездой. Если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут в кольцо, такая топология носит название кольца.
Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий.
Шина
Топологию «шина» часто называют «линейной шиной» (linear bus). Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все компьютеры сети.
Взаимодействие компьютеров
В сети с топологией «шина» компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов. Чтобы понять процесс взаимодействия компьютеров по шине, Вы должны уяснить следующие понятия:
- передача сигнала;
- отражение сигнала; терминатор.
Передача сигнала
Данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, ‘ зашифрованному в этих сигналах. Причем в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу.
Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, ее производительность зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем их больше, т.е. чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть.
Однако вывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количеством компьютеров в ней нельзя. Ибо, кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество факторов, в том числе:
- характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети;
- частота, с которой компьютеры передают данные;
- тип работающих сетевых приложений;
- тип сетевого кабеля;
- расстояние между компьютерами в сети.
Шина — пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе остальных. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.
Отражение сигнала
Данные, или электрические сигналы, распространяются по всей сети — от одного конца кабеля к другому. Если не предпринимать никаких специальных действий, сигнал, достигая конца кабеля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществлять передачу. Поэтому, после того как данные достигнут адресата, электрические сигналы необходимо погасить.
Терминатор
Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают терминаторы (terminators), поглощающие эти сигналы. Все концы сетевого кабеля должны быть к чему-нибудь подключены, например к компьютеру или к баррел-коннектору — для увеличения длины кабеля. К любому свободному — неподключенному — концу кабеля должен быть подсоединен терминатор, чтобы предотвратить отражение электрических сигналов.
Нарушение целостности сети
Разрыв сетевого кабеля происходит при его физическом разрыве или отсоединении одного из его концов. Возможна также ситуация, когда на одном или нескольких концах кабеля отсутствуют терминаторы, что приводит к отражению электрических сигналов в кабеле и прекращению функционирования сети. Сеть «падает».
Сами по себе компьютеры в сети остаются полностью работоспособными, но до тех пор, пока сегмент разорван, они не могут взаимодействовать друг с другом.
Звезда
При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором (hub). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным. Эта топология возникла на заре вычислительной техники, когда компьютеры были подключены к центральному, главному, компьютеру.
В сетях с топологией «звезда» подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованны. Но есть и недостаток: так как все компьютеры подключены к центральной точке, для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля. К тому же, если центральный компонент выйдет из строя, нарушится работа всей сети.
А если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры в сети это не повлияет.
Кольцо
При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключать терминатор. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.
Передача маркера
Один из принципов передачи данных в кольцевой сети носит название передачи маркера. Суть его такова. Маркер последовательно, от одного компьютера к другому, передается до тех пор, пока его не получит тот, который «хочет» передать данные. Передающий компьютер изменяет маркер, помещает электронный адрес в данные и посылает их по кольцу.
Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя, указанным в данных. После этого принимающий компьютер посылает передающему сообщение, где подтверждает факт приёма данных. Получим подтверждение, передающий компьютер создаёт новый маркер и возвращает его в сеть.
На первый взгляд кажется, что передача маркера отнимает много времени, однако на самом деле маркер передвигается приктически со скоростью света. В кольце диаметром 200 м маркер может циркулировать с частотой 10 000 оборотов в секунду.
Ethernet
Ethernet — доминирующая технология проводных локальных сетей. Роберт Метклаф изобрел её в 1973году в Xerox для того, чтобы к одному лазерному принтеру подключить как можно больше компьютеров.
В последствии Xerox, DEC, Intel решают использовать Ethernet в качестве стандартного сетевого решения (Ethernet II).
В 1982 выходит спецификация IEEE 802.3 для стандартизации Ethernet.
Место Ethernet в модели OSI
| Название | Скорость | Кабель | Стандарт |
|---|---|---|---|
| Ethernet | 10Mb/s | Толстый, тонкий коаксиал, Витая пара, оптика |
802.3 |
| Fast Ethernet | 100Mb/s | Витая пара, оптика | 802.3u |
| Gigabit Ethernet | 1Gb/s | Витая пара, оптика | 802.3z, 802.3ab |
| 10G Ethernet | 10Gb/s | Витая пара, оптика | 802.3ae, 802.3an |
Есть 2 технологии Ethernet:
1. Классический Ethernet
- Разделяемая среда
- Ethernet — Gigabit Ethernet
2. Коммутируемый Ethernet
- Точка-точка
- Появился в Fast Ethernet
- Единственный вариант в 10G Ethernet
Классический Ethernet
В качестве общей шины использовался коаксиальный кабель. В дальнешем такая схема была заменена на концентраторы Ethernet (hub).
- Физическая топология – звезда
- Логическая топология – общая шина
Компьютеры подключаются к концентратору с помощью витых пар, но внутри – общая шина, то есть все данные, которые приходят на один порт, передаются на все остальные порты.
Для идентификации сетевых интерфейсов узлов внутри сети Ethernet используются MAC-адреса. Очевидно, что они должны быть уникальны в одном сегменте сети. Если несколько имеют один и тот же MAC, то один из них работать не будет и какой именно не регламентировано.
Стандарты Ethernet
- Первый вариант – экспериментальная реализация в Xerox
- Ethernet II (Ethernet DIX) – фирменный стандарт Ethernet компани Xerox, Intel, DEC
- IEEE 802.3 – юридический стандарт Ethernet
Ethernet II и IEEE 802.3 незначительно отличаются. Первый из них исторически раньше появился и при появлении второго много оборудования было на Ethernet II. Сейчас поддерживаются оба. (Различие в том, что в Ethernet II передавался тип протокола, а по IEEE 802.3 вместо него передавалась длина поля данных)
Ether Types:
- 0800 — IPv4
- 86DD — IPv6
- 0806 — ARP
Поле данных:
- Максимальная длина в 1500байт была выбрана разработчиками достаточно произвольно. В то время память была дорогая и этого оптимально хватало. Существуют различные расширения (JumboFrame позволяет передавать до 9000байт)
- Минимальная длина в 46байт — ограничение стандарта, об этом будет сказано ниже
Коллизии
| Определение: |
| Коллизия наложение двух и более кадров, передающихся компьютерами в один и тот же момент времени |
Необходимо обеспечить использование канала только одним отправителем
Классический Ethernet использует для этого метод CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, Множественный доступ с прослушиванием несущей частоты и распознаванием коллизий). Компьютеры прослушивают несущую частоту и передают данные только если среда свободна. Классический Ethernet использует манчестерское кодирование. Несущаяя частота 10-20MHz 
Обнаружение коллизий
Компьютер передает и принимает сигналы одновременно и если принятый сигнал отличается от переданного – значит, возникла коллизия. В таком случае компьютеры останавливают передачу данных и передают в среду так называемую Jam-последовательность – специальный сигнал, который очень сильно искажает данные в сети и гарантирует, что все остальные компьютеры распознают коллизию и прекратят передачу данных.
Если в среде нет несущей частоты, то компьютер может начинать передачу данных. При передаче перед данными следует преамбула. Она состоит из 8 байт и служит для синхронизации источника и передатчика. Первые 7 байт – 10101010, последний, 8ой байт – 10101011(последние 2 единицы – ограничитель между преамбулой и данными). После самого кадра следет межкадровый интервал (9.6мкс). Он нужен для предотвращения монопольного захвата канала и приведения сетевых адаптеров в исходное состояние.
Передача кадра
Компьютер передает кадр в общую среду и каждый компьютер, к ней подключенный начинает принимать его и записывать в буффер.
Первые 6 байт – это адрес получателя. Если очередной компьютер узнает в нем свой, то продолжает записывать кадр, остальные – удаляют его из буффера. Но есть специальный режим сетевого адаптера – promiscuous mode (неразборчиый режим), в котором адаптер принимает все кадры в сети, независимо от MAC-адреса назначения. Он используется для мониторинга или диагностики сети.
Период конкуренции
Если компьютер начал передавать данные и обнаружил коллизию, то он делает паузу длительностью L * 512 битовых интервалов (время, необходимое для передачи одного бита, которое при скорости передачи 10 Мбит/с составляет 0,1 мкс). L случайно выбирается из диапазона [0, 2**N – 1], где N – номер попытки. После 10 попыток интервал не увеличивается, а после 16 передача прекращается.
Такой алгоритм хорошо работает при низкой загрузке:
- В сети мало компьютеров
- Компьютеры редко передают данные
Если же нагрузка высокая, то очевидные проблемы:
- Растет число попыток передачи
- Растет интервал, сз которого выбирается L, и следовательно длительность пауз
- Экспоненциально увеличивается задержка
| Определение: |
| Время оборота (Round trip time, RTT) время, за которое сигнал успевает дойти от одного конца сети в другой и вернуться назад. |
Существует классическое ограничение – время оборота должно быть меньше времени передачи самого короткого кадра. Иначе произойдет коллизия, которую не заметит отправитель. (Сигнал о коллизии может прийти уже после того, как компьютер завершил передачу кадра и он будет считать, что кадр передан, а на самом деле произошла коллизия).
Параметры Ethernet подобраны таким образом, чтобы коллизии гарантированно распозновались:
- Минимальная длина – 46 байт (иначе – выравнивание)
- Максимлаьная длина сети 2500м
Недостатки классического Ethernet:
- Плохая масштабируемость:
- Сеть становится неработоспособной при загрузке разделяемой среды больше, чем на 30%
- Работоспособное количество компьютеров – 30
Коммутируемый Ethernet
Это новая усовершенственная технология, появилась в 1995году, спецификация IEEE 802.3u.
В ней нет разделяемой среды и используется топология “точка-точка”. Для этого придумали новый тип сетевых устройств – коммутаторы.
Внешне концентратор(для классического Ethernet) и коммутатор почти не отличаются, но внутренее отличие очень большое: концентратор использует топологию “общая шина”, коммутатор же – полносвязную топологию. Концентратор работает на физическом уровне, он передает электрические сигналы, которые поступают на один порт, на все порты. Коммутатор работает на канальном уровне: он анализирует заголовок канального уровня, извлекает адрес получателя и передает данные только на тот порт, к которому подключен получатель.
Особенности работы коммутаторов
В нем хранится таблица коммутации: соответствие порта и MAC-адреса. Для ее заполнения используется алгоритм обратного обучения. Коммутатор анализирует заголовки канального уровня, извлекает адрес отправителя и заполняет таблицу.Таблица коммутации
Номер порта MAC-адрес 1 A1-B2-C3-D4-C5-F6 2 1A-2B-3C-4D-5C-6F 3 AA-BB-CC-DD-EE-FF В реальности в этой таблице может хранится еще другая мета-информация (например, состояние порта, номер vlan и т.п.)
Для передачи кадров внутри коммутатора используется алгоритм прозрачного моста.Определение: Мост устройство для объединения нескольких сетей. 
Использовались они в классическом Ethernet-e для уменьшения числа коллизий для больших сетей. Принцип был таков: мост подключается к двум сегментам сети и пропускает данные через себя, только если они передаются из одного сегмента сети в другой.
В коммутаторах для передачи данных используется так называемый алгоритм прозрачного моста (мост, который незаметен для сетевых устройств(у него нет своего MAC-адреса) и не требует настройки). По сути, коммутатор и есть некий большой прозрачный мост с множеством портов.
Сам алгоритм предельно прост: на какой-то порт приходят данные, мы извлекаем адрес получателя из заголовка, смотрим в таблицу коммутации:
1. В таблице есть соответствие порту для этого MAC-адреса – передаем даные на него.
2. В таблице нет соответствия порту для этого MAC-адреса (например, с соответствующего компьютера еще не поступало данных) – передаем данные на все порты – по такой же схеме, как работает концентратор.
С такой технологией, очевидно, безлпасность выше, так как данные передаются только непосредственно получателю.Simplex, Half Duplex, Full Duplex
Определение: Симплексная передача передача, которая происходит только в одном направлении. Определение: Полудуплексная передача передача, которая возможна в двух направлениях, но в один момент времени только в одном из них. Определение: Полнодуплексная передача передача, которая возможна в двух направлениях в любой момент времени. Симплексное соединение используют многие, если не все оптоволоконные соединения. Или, например, dial-up модемы.
Полудуплексный режим используется в некоммутируемом Ethernet и описан в IEEE 802.3. Вообще, это довольно распространенный режим для соединений с какой-то разделяемой средой (общей шиной в Ethernet).
Полнодуплексный режим используется в коммутируемом Ethernet и описан в IEEE 802.3u. При полнодуплексной передаче используется топология «точка-точка». Коллизии в этом случае не происходят, так как отправка и получение данных происходит по разным проводам.
Домен коллизий, образуемый компьютером и портом коммутатора
Коллизия возникает, когда передатчики порта коммутатора и сетевого адаптера одновременно или почти одновременно начинают передачу своих кадров, считая, что изображенный на рисунке сегмент свободен. В результате строгого соблюдения правил разделения среды по протоколу Ethernet порт коммутатора и сетевой адаптер используют соединяющий их кабель в полудуплексном режиме, то есть по очереди — сначала кадр или кадры передаются в одном направлении, а затем в другом. При этом максимальная производительность сегмента Ethernet в 14880 кадров в секунду при минимальной длине кадра делится между передатчиком порта коммутатора и передатчиком сетевого адаптера. Если считать, что она делится пополам, то каждому предоставляется возможность передавать примерно по 7440 кадров в секунду.
Способность оборудования работать с максимальной скоростью в каждом направлении использовали разработчики коммутаторов в своих нестандартных реализациях технологий, получивших название полнодуплексных версий Ethernet.
После опробования полнодуплексной технологии на соединениях коммутатор-коммутатор разработчики реализовали ее и в сетевых адаптерах, в основном адаптерах Ethernet и Fast Ethernet. Многие сетевые адаптеры сейчас могут поддерживать оба режима работы, отрабатывая логику алгоритма доступа CSMA/CD при подключении к порту концентратора и работая в полнодуплексном режиме при подключении к порту коммутатора.
Однако, необходимо осознавать, что отказ от поддержки алгоритма доступа к разделяемой среде без какой-либо модификации протокола ведет к повышению вероятности потерь кадров коммутаторами, а, следовательно, к возможному снижению полезной пропускной способности сети (по отношению к переданным данным приложений) вместо ее повышения.Используемые типы соединения
Тип Ethernet Тип соединения Ethernet Half Duplex Fast Ethernet Half Duplex, Full Duplex Gigabit Ethernet Full Duplex 10G Ethernet Full Duplex С помощью чего удлиняется кабельный сегмент шины
Существует большое число способов, которыми можно соединить компьютеры между собой в единую компьютерную сеть. Чем больше разных компьютеров, тем больше таких способов соединения. Каждое соединение — это новый маршрут для передачи данных. Термин «топология сети» или просто «топология» характеризует физическое расположение компьютеров, сетевых сред передачи данных и других компонентов сети. Топология — это стандартный термин, который: -используется при описании основной компоновки сети; -дает способ сравнивать и классифицировать различные сети. Топология сети обуславливает ее технические характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет на: -состав необходимого сетевого оборудования и его характеристики; -возможность расширения сети и ее надежность; -cпособ управления сетью. При построении сети просто подключить компьютер к сетевому кабелю, соединяющему другие компьютеры, недостаточно. Различные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми адаптерами, сетевыми ОС и другими компонентами требуют и различного взаимного расположения компьютеров. Любая топология сети может диктовать не только тип кабеля, но и способ его прокладки, а также определять метод доступа компьютеров в сеть. Все сети строятся на основе трех базовых топологий: шина (bus); звезда (star); кольцо (ring). Если компьютеры подключены вдоль одного кабеля (сегмента), топология называется «шина». В том случае, когда компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки (или концентратора), топология называется «звезда». Если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут, то такая топология носит название «кольцо».
3.2.Топология типа «шина»
Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один сетевой кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все РС сети (рис. 3.1). 1. При передаче пакетов данных каждый компьютер адресует его конкретному компьютеру ЛВС (РСк), передавая его по сетевому кабелю в виде электрических сигналов. 2. Пакет в виде электрических сигналов передается по шине в обоих направлениях всем компьютерам сети. 3. Однако, информацию принимает только тот адрес, который соответствует адресу получателя, указанному в заголовке пакета. Так как в каждый момент времени в сети может вести передачу только одна РС, то производительности ЛВС зависит от количества РС, подключенных к шине. Чем их больше, тем больше ожидающих передачи данных, тем ниже производительности сети. Однако, нельзя указать прямую зависимость пропускной способности сети от количества РС, так как на нее также влияет: -характеристики аппаратного обеспечения РС сети; -частота, с которой передают сообщения РС; -тип работающих сетевых приложений; -тип кабеля и расстояние между РС в сети Шина — пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе всей сети (!). Рис. 3.1. Топология типа «шина». 4. Данные в виде электрических сигналов распространяются по всей сети от одного конца кабеля к другому, и, достигая конца кабеля, будут отражаться и занимать шину, что не позволит другим компьютерам осуществлять передачу. 5. Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливаются терминаторы (Т), поглощающие сигналы, прошедшие по шине. 6. При значительном расстоянии между РС (например, 180 м для тонкого коаксиального кабеля) в сегменте шины может наблюдаться ослабление электрического сигнала, что может привести к искажению или потере передаваемого пакета данных. В этом случае исходный сегмент следует разделить на два, установив между ними дополнительное устройство — репитер (повторитель), который усиливает принятый сигнал перед тем, как послать его дальше (рис.3.2). Рис. 3.2. Подключение репитера (повторителя). Правильно размещенные на длине сети повторители позволяют увеличить длину обслуживаемой сети и расстояние между соседними компьютерами. Следует помнить, что все концы сетевого кабеля должны быть к чему-либо подключены: к РС, терминатору или повторителю. Разрыв сетевого кабеля или отсоединение одного из его концов приводит к прекращению функционирования сети. Сеть «падает». Сами РС сети остаются полностью работоспособными, но не могут взаимодействовать друг с другом. Если ЛВС на основе сервера, где большая часть программных и информационных ресурсов хранится на сервере, то РС, хотя и остаются работоспособными, но для практической работы малопригодны.
3.3.Топология типа «звезда»
При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту — концентратору (Hub) (рис. 3.3). Рис. 3.3. Топология типа «звезда». Пакеты данных от каждого компьютера направляются к центральному концентратору. Он, в свою очередь, перенаправляет пакеты к месту назначения. Основное достоинство этой топологии в том, что если повреждена какая-либо РС или отдельное соединение между РС и концентратором, вся сеть остается работоспособной. Положительным является и то, что подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизовано, а также просто конфигурировать сеть при добавлении новых РС. Как недостатки организации такой топологии следует отметить следующее: -Так как все РС подключены к центральной точке, то для больших ЛВС значительно увеличивается расход кабеля. -Если поврежденным оказался сам концентратор, то нарушится и работа всей сети, хотя РС останутся работоспособными. Концентраторы являются центральным узлом в топологии «звезда». Однако в настоящее время они становятся одним из стандартных компонентов большинства ЛВС. Среди концентраторов выделяют активные и пассивные. Активные концентраторы регенерируют и передают сигналы, также как это делают репитеры. Иногда их называют еще многопортовыми репитерами. Они имеют от 8 до 12 портов для подключения компьютеров. Пассивные концентраторы — это монтажные панели или коммутирующие блоки. Они просто пропускают через себя сигнал, не усиливая и не восстанавливая его. Пассивные, в отличие от активных, не надо подключать к источнику питания. Гибридными называют конденсаторы, к которым можно подключить кабели различных типов. Рис. 3.4. Возможное соединение концентраторов. Концентраторы можно соединить между собой. При такой топологии разрыв кабеля, подключенного к концентратору, нарушит работу только одного конкретного сегмента сети (рис. 3.4).
3.4.Топология типа «кольцо»
При этой топологии сеть замкнута, образуя неразрывное кольцо (рис. 3.5). Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключить терминатор. Начав движение в какой-либо точке кольца (РС1), пакет данных в конце концов попадает в его начало. Из-за такой особенности данные в кольце движутся всегда в одном направлении. Рис. 3.5. Топология типа «кольцо». В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. В отличие от «звезды» «кольцу» необходим неразрывный путь между всеми сетевыми РС. Поэтому при выходе из стоя какой-либо одной РС сеть прекращает функционировать. Другое слабое место «кольца» состоит в том, что данные проходят через каждый сетевой компьютер, давая возможность «не очень хорошим» людям заниматься перехватом информации, не предназначенной посторонним. Кроме того, изменение конфигурации сети или подключение новой РС требует остановки всей сети.
3.5.Комбинированные топологии
В настоящее время используются топологии ЛВС, которые комбинируют компоновку сети по принципу шины, звезды и кольца. При этом широкое применение находят концентраторы, использование которых дает ряд существенных преимуществ: -простота изменения или расширения сети, так как достаточно просто подключить еще один компьютер или концентратор; -возможность подключения кабелей различных типов; -централизованный контроль за работой сети и сетевым трафиком, так как во многих сетях активные концентраторы наделены диагностическими возможностями, позволяющими определить работоспособность соединения. Звезда -шина (star-bus) — это комбинация топологий «шина» и «звезда» (рис. 3.6). Чаще всего это выглядит так: несколько сетей с топологией «звезда» объединяются при помощи магистральной шины. Рис. 3.6. Топология «звезда-шина». В этом случае выход из стоя одного компьютера не окажет никакого влияния на сеть. Остальные компьютеры по-прежнему взаимодействуют друг с другом. Выход из стоя концентратора повлечет за собой остановку подключенных только к нему компьютеров и концентраторов. Такая топология очень удобна даже для небольших офисов, когда компьютеры в одном помещении подключаются к собственным концентраторам с помощью витой пары, а помещения (концентраторы) между собой соединяются только одним сетевым кабелем (витой парой, коаксиальным или оптическим кабелем). Рис. 3.7. Топология «звезда-кольцо». Звезда-кольцо (star-ring) — кажется похожей на звезду-шину (рис. 3.7). И в том, и в другом случае компьютеры подключены к концентратору, который фактически формирует кольцо или шину.
3.6.Сравнительные характеристики топологий
Существует множество факторов, которые необходимо учитывать при выборе подходящей топологии. Однако многие из этих факторов противоречивы. В приведенной ниже табл. 3.1 собраны основные достоинства и недостатки каждой из топологий. Таблица 3.1 Сравнительные характеристики рассмотренных топологий.
3.7.Методы доступа
При использовании любой топологии, когда два компьютера начнут одновременно передавать данные, в сети происходит столкновение (коллизия) (рис. 3.8). Для решения этих проблем служат методы доступа — набор правил, по которым РС узнают, когда шина свободна, и можно передавать данные. Рис. 3.8 Коллизия в сети. Наибольшее распространение при проектировании и построении ЛВС получили два метода доступа, зто: -Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизии (CSMA/CD — Carrier-Sense Multiple Access and Collision Defection). -Доступ с передачей маркера. Алгоритм работы рабочей станции, а точнее ее сетевого адаптера при использовании первого метода доступа заключается в следующем: 1. Рабочая станция прослушивает канал, стремясь обнаружить чью-либо передачу данных. 2. Если слышит чью-либо передачу, ожидает ее окончания. 3. Если канал свободен, начинает передачу пакета. 4. При обнаружении коллизии во время передачи прекращает передачу. 5. Через случайный промежуток времени все повторяется (т.е. осуществляется переход к п. 1). Вдумайтесь в название этого доступа. Компьютеры «прослушивают» канал, отсюда — контроль несущей. Чаще всего сразу несколько РС сети хотят передать данные, отсюда — множественный доступ. При передаче прослушивается канал с целью выявления коллизии — обнаружение коллизий. CSMA/CD — состязательный метод, при котором РС конкурируют за право передачи данных по каналу. Он кажется достаточно громоздким, но современные CSMA/CD настолько быстры, что пользователи даже не замечают, что применяется состязательный метод. Суть маркерного доступа заключается в том, что пакет особого типа (маркер) перемещается по замкнутому кругу, минуя по очереди все РС, до тех пор, пока его не получит тот, который хочет передать данные (рис. 3.9). Алгоритм взаимодействия рабочих станций ЛВС при использовании маркерного метода заключается в следующем: 1. Передающая рабочая станция изменяет состояние маркера на занятое и добавляет к нему пакет данных. 2. Занятый маркер с пакетом данных проходят через все РС сети, пока не достигнет адресата. 3. После этого, принимающая РС посылает передающей сообщение, где подтверждается факт приема. 4. После получения подтверждения, передающая РС создает новый свободный маркер и возвращает его в сеть (рис. 3.10). На первый взгляд кажется, что передача маркера занимает много времени, однако на самом деле он перемещается с очень большой скоростью. В кольце диаметром 200 м маркер может циркулировать с частотой 10000 оборотов в секунду. Рассмотренный выше методы доступа широко используются в современных сетевых технологиях. Они реализуются на аппаратном уровне в платах сетевых адаптеров того или иного сетевого стандарта. Первый из рассмотренных метод используется в сетевой технологии Ethernet, второй — в Token Ring и ArcNet.