Физическая структуризация сетей ЭВМ

Построение больших сетей ЭВМ, объединяющих более 30-ти абонентских систем, на основе унифицированных типовых топологических структур порождает различные ограничения, наиболее существенными из которых являются:

- ограничения на длину связи между узлами;

- ограничения на количество узлов в сети;

- ограничения на интенсивность трафика, порождаемого узлами сети.

Например, технология Ethernet на тонком коаксиальном кабеле позволяет использовать кабель длиной не более 185 метров, к которому можно подключить не более 30 сетевых ЭВМ (рис. 1.10). Однако, если абонентские системы интенсивно обмениваются информацией между собой, то приходится снижать число подключенных к каналу компьютеров до 10 ‑ 20, чтобы каждой абонентской системе доставалась приемлемая доля общей пропускной способности сети.

Для снятия этих ограничений используются специальные методы структуризации сети и специальное структурообразующее оборудование ‑ повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы. Такое оборудование также называют коммуникационным.

Простейшим из коммуникационных устройств является повторитель (repeater). Повторители используются для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети ЭВМ с целью увеличения общей длины сети. Повторитель передает сигналы, приходящие из одного сегмента сети, в другие ее сегменты (см.рис. 1.10). Повторитель позволяет преодолеть ограничения на длину линий связи за счет улучшения качества передаваемого сигнала ‑ восстановления его мощности и амплитуды, улучшения фронтов и т. п.

 

Рис.1.10. Увеличение сети ЭВМ на основе повторителей

 

Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов, называется концентратором или хабом. В данном устройстве сосредоточиваются все связи между сегментами сети.

Концентраторы характерны практически для всех базовых технологий локальных сетей ‑ Ethernet, ArcNet, Token Ring, FDDI и т.п.

В работе концентраторов различных типов и технологий много общего ‑ они повторяют сигналы, пришедшие с одного из своих портов, на других своих портах. Разница состоит в том, на каких именно портах повторяются входные сигналы. Так, концентратор Ethernet повторяет входные сигналы на всех своих портах, кроме того, с которого сигналы поступают (рис. 1.11, а). А концентратор Token Ring (рис. 1.11, б)повторяет входные сигналы, поступающие с некоторого порта, только на одном порту ‑ на том, к которому подключена следующая в кольце АС.

 

 

а

 

 

б

 

Рис. 1.11. Концентраторы технологий: а ‑ Ethernet; б ‑ Token Ring

 

Концентратор всегда изменяет физическую топологию сети, но при этом оставляет без изменения ее логическую топологию.

Под физической топологией понимается конфигурация связей, образованных отдельными частями кабеля, а под логической ‑ конфигурация информационных потоков между компьютерами сети. Во многих случаях физическая и логическая топологии сети совпадают (рис. 1.12, а). Однако это выполняется не всегда. Сеть на рис. 1.12, б демонстрирует пример несовпадения физической и логической топологии. Физически компьютеры соединяет по топологии общая шина, а логически ‑ по кольцевой топологии.

 

Рис. 1.12. Физическая и логическая топологии сети

 

Физическая структуризация сети с помощью концентраторов целесообразна не только для увеличения расстояния между узлами сети, но и для повышения ее надежности. Например, если какая-либо абонентская система сети Ethernet с физической общей шиной из-за сбоя начинает непрерывно передавать данные по общему кабелю, то вся сеть выходит из строя, и для решения этой проблемы остается только один выход ‑ вручную отсоединить сетевой адаптер этой абонентской системы от кабеля.

В сети Ethernet, построенной с использованием концентратора, эта проблема может быть решена автоматически ‑ концентратор отключает свой порт, если обнаруживает, что присоединенный к нему узел слишком долго монопольно занимает сеть. Концентратор может блокировать некорректно работающий узел и в других случаях, выполняя роль некоторого управляющего узла.