Методы доступа к передающей среде в ЛВС.

 

Типичными методами доступа к передающей среде в современных ЛВС являются:

- множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD), иначе называемой методом доступа Ethernet, так как именно в этой сети он получил наибольшее распространение;

- маркерное кольцо (метод доступа Token Ring);

- маркерная шина (метод доступа ARCnet).

Метод доступа Ethernet (метод случайного доступа) разработан фирмой Xerox в 1975г. и используется в ЛВС с шинной технологией, обеспечивает высокую скорость передачи данных и надежность. Это метод множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением конфликтов (коллизий). Каждая рабочая станция (РС) перед началом передачи определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен, РС начинает передачу данных, осуществляемую пакетами, упакованными в кадры. Из-за различных системных задержек могут возникнуть коллизии. В этом случае станция задерживает передачу на определенное время. Для каждой РС устанавливается свое время ожидания перед повторной передачей кадра. Коллизии приводят к снижению быстродействия сети только при сравнительно большом количестве активных РС (до 80 ¸ 100).

Метод доступа Token Ring разработан фирмой IBM и рассчитан на кольцевую топологию сети. Это селективный метод доступа в кольцевой моноканал, именуемый «маркерное кольцо». В качестве маркеров используется уникальная последовательность битов. Маркер не имеет адреса и может находиться в одном из двух состояний – свободном или занятом. Если ни одна РС не готова к передаче данных, свободный маркер циркулирует по кольцу. Станция, имеющая кадр для передачи, ждет подхода свободного маркера, захватывает его, изменяет состояние маркера на «занятый» и добавляет к нему кадр. Занятый маркер с кадром перемещается по кольцу и возвращается к станции-отправителю, причем при прохождении через узел назначения снимается конец кадра. Станция-отправитель удаляет свой кадр из кольца, изменяет состояние маркера на «свободный» и передает его дальше по кольцу. С этого момента любая станция может изменить состояние маркера на «занятый» и начать передачу данных. Описанная процедура характерна для сети, в которой все станции имеют одинаковый приоритет. В рамках метода «маркерное кольцо» предусматривается возможность передачи кадров станции с учетом их приоритета. Тогда станции с низким приоритетом могут захватывать кольцо в случае неактивности станций с более высоким приоритетом.

Для различных видов сообщений, передаваемых кадрам, могут назначаться различные приоритеты от «0» (низший) до «7» (высший). Решение о приоритете конкретного кадра принимает передающая станция (протокол Token Ring получает этот параметр через межуровневые интерфейсы от протоколов верхнего уровня, например, прикладного). Маркер также всегда имеет некоторый уровень текущего приоритета. Станция имеет право захватить переданный ей маркер только в том случае, если приоритет кадра, который она хочет передать, выше (или равен) приоритета маркера. В противном случае станция обязана передать маркер следующей по кольцу станции.

Метод доступа ARCnet разработан фирмой Datapoint Corp. и используется в ЛВС с топологией «звезда» и «общая шина». Это селективный метод доступа в моноканал, называемый «маркерная шина». Маркер создается одной из станций сети и имеет адресное поле, где указывается номер (адрес) станции, владеющий маркером. Передачу производит только та станция, которая в данный момент владеет маркером (эстафетной палочкой). Остальные станции работают на прием. Последовательность передачи маркера от одной станции к другой задается управляющей станцией сети. Станции, последовательно получающие маркер для передачи кадров, образуют «логическое кольцо». Станция, получившая маркер (полномочия на передачу информации), передает свой подготовленный кадр в шину. Если кадра для передачи нет, она сразу посылает маркер другой станции согласно установленному порядку передачи полномочий. Так продолжается до тех пор, пока управляющая станция не инициирует новую последовательность передач маркера. Станция назначения, получившая маркер с кадром, «отцепляет» кадр от маркера и передает маркер той станции, которая является следующей в установленной последовательности передач. При таком методе доступа в моноканал имеется возможность обеспечить приоритетное обслуживание абонентов, например, в течение одного цикла, когда маркер совершает полный оборот по «логическому кольцу». Станции с более высоким приоритетом получают маркер не один, а несколько раз.

В качестве примера приведем структуру пакета по стандарту IEEE 802.3 с указанием длины каждого поля в байтах.

 

 

Преамбула	Признак начала пакета	Назначение	Длина	Данные	Источник	Набивка	CRC-сумма
		2 или 6		0 – 1500	2 или 6	?

 

Преамбула – это поле, содержащее семь одинаковых байтов 101010110, предназначенных для синхронизации.

Признак начала пакета – однобайтовое поле для обозначения начала пакета.

Назначение – поле длинной 2 или 6 байт (в зависимости от типа ЛВС) указывает, для какой рабочей станции пакет предназначен.

Длина – здесь содержится информация о длине данных а пакете.

Данные – в это поле записываются данные, составляющие передаваемое сообщение.

Источник – в этом поле содержится адрес отправителя пакета.

Набивка – сюда вставляют пустые символы для доведения длины пакета до минимально допустимой величины. При достаточно большой длине поля данных поле набивки может отсутствовать.

CRC-сумма – здесь содержится контрольное число, используемое на приемном пункте для выявления ошибок в данных принятого пакета. В качестве контрольного числа

применяется остаток избыточной циклической суммы, вычисленной с помощью полинома типа CRC-32. На приемном пункте также производится вычисление этого остатка и затем его сравнение с содержимым рассматриваемого поля с целью обнаружения ошибок в принятых данных.

Общая длина пакета стандарта IEEE 802.3 находится в диапазоне от 64 до 1518 байт, не считая преамбулы и признака начала пакета.

 

 

Тема 3. Топология и способы организации ЛВС.

 

Топологии ЛВС.

 

Фирмой Novell была разработана операционная система NetWare. Она может использоваться в любой распространенной в настоящее время физической структуре ЛВС: Поэтому сеть, поддерживаемая сетевой ОС NetWare, может иметь шинную, кольцевую и звездообразную топологию. Из-за большой популярности структуры сети Ethernet в дальнейшем рассматривается использование Novell NetWare для этого типа топологии.

ЛВС фирмы Novell представляет собой сеть шинной топологии, для реализации которой используется аппаратура Ethernet.

ЛВС состоит из файлового сервера и рабочих станций, включенных в сетевой сегмент. Сетевой сегмент представляет собой отрезок коаксиального кабеля с подключенными к нему компьютерами. Он может быть отдельной локальной компьютерной сетью либо частью сети. Основным типом передающей среды для ЛВС является коаксиальный кабель. Максимальная длина сетевого сегмента составляет 185 м, с помощью повторителей можно соединить до пяти сегментов. В состав одного сегмента входит до 30 рабочих станций.

В последнее время большую популярность получил вариант сети на базе витой пары проводов. Он предусматривает подключение рабочих станций к концентратору. Например, один концентратор в состоянии поддержать работу 12 станций, расположенных на расстоянии 120 метров от него. Концентраторы можно соединять каскадами, и максимальное число сегментов в одной сети может составлять 1024.

Таким образом, реализация локальной сети фирмы Novell возможна на двух типах топологии: шинной и звездообразной. За рубежом предпочтение отдается витой паре из-за дешевизны. В России используется главным образом тонкий коаксиальный кабель.

Структурные схемы ЛВС на тонком кабеле и витой паре соответственно приведены на рис. 13.

В локальной сети с централизованным управлением большую роль играет выделенный сервер, который может выполнять разные функции: файл-сервера, сервера печати, сервера баз данных и т.д.

Основным ресурсом ЛВС Novell является файловый сервер. На нем размещается сетевая операционная система, база данных и прикладные программы пользователей. Файл-сервер должен быть самым мощным компьютером в сети, так как него зависят производительность и функциональные возможности сети в целом.

Для реализации файл-сервера необходим персональный компьютер с объемом оперативной памяти не менее 8 Мбайт. Желательно, чтобы объем оперативной памяти составлял 16 ÷ 32 Мбайт с учетом возможности расширения сети. Емкость винчестера файл-сервера – главного разделяемого ресурса поддерживаемой им сети должна составлять 500-800 Мбайт.

Ввиду того, что надежность работы файл-сервера определяет надежность работы всей сети, необходимо принимать специальные меры для защиты информации на жестком диске от сбоев и потерь. Одной из таких мер является зеркальное отображение диска. К контроллеру жесткого диска файл-сервера подключаются два дисковода и информация записывается на оба диска одновременно. При отказе одного из дисководов автоматически осуществляется переход на другой. Но этот способ все же не спасает при выходе из строя контроллера.

Большую надежность обеспечивает способ дублирования дисков. В этом случае на файл-сервере устанавливаются два контроллера, каждый из которых обслуживает свой диск. Таким образом создаются два независимых канала записи на жестких дисках. Информация на обоих дисках дублируется. Поэтому при выходе из строя одного контроллера начинает работать другой. А вероятность отказа двух контроллеров

Станция 2

одновременно очень мала. Используется также включение в состав одного сетевого сегмента двух файловых серверов. Кроме того, файл-серверы подключаются к электрической сети через источник бесперебойного питания.

Необходимым ресурсом в ЛВС является также и принтер, обеспечивающий выполнение функций сетевой печати. Для этой роли можно использовать отдельный компьютер, а можно совмещать функции печати с функциями файл-сервера.

Компьютер, выполняющий функции рабочей станции, должен обеспечить пользователю возможность решение всех его прикладных задач.

Если рабочая станция ориентирована только на сетевой режим работы, то ей, в сущности, не нужны ни винчестер, ни гибкие диски. Появляется возможность использовать бездисковые рабочие станции. Операционная система на такой станции загружается дистанционно из файл-сервера под управлением постоянного запоминающего устройства, установленного в сетевой плате рабочей станции.

Бездисковые рабочие станции значительно дешевле дисковых, работа на них исключает возможность занесения в сеть вируса. В то же время в ЛВС, построенной на базе бездисковых рабочих станций, резко возрастает нагрузка на файл-сервер и исключается возможность работы на станции в автономном режиме. Вполне естественно, что требования к рабочим станциям более скромные, чем к файл-серверу. Большую часть пользователей вполне удовлетворяет объем оперативной памяти 8-16 Мбайт и винчестер 650 Мбайт.

Технические характеристики ЛВС определяются ее функциональным назначением, сложностью прикладных задач пользователей и экономическими возможностями предприятия, использующего ЛВС.

Простейшей физической средой в ЛВС, соединяющей рабочие станции, концентраторы и серверы является витая проводная пара. Ее использование снижает стоимость ЛВС, во-первых, по причине дешевизны самого носителя, а во-вторых, благодаря наличию на многих объектах резервных пар в телефонных кабелях, которые могут быть выделены для передачи данных. К недостаткам витой пары как среды передачи данных относятся плохая защищенность от электрических помех, простота несанкционированного подключения, ограничения на дальность (сотни метров и скорость передачи данных (несколько сотен килобитов в секунду)).

Единая операционная поддержка, включая метод теледоступа, предусмотрена в однородных ЛВС. Сложнее состоит дело с ЛВС, использующих ЭВМ различных классов и моделей, например, мини-ЭВМ и большие вычислительные машины.

Методы теледоступа поддерживают многоуровневые системы интерфейсов. Различают многоуровневые (модель открытых систем и двухуровневые ЛВС). К двухуровневых применяют двухуровневые терминальные комплексы со стандартными методами теледоступа (базисный телекоммуникационный метод доступа – БТМД).

Многожильные кабели значительно дороже, чем витая пара, хотя и обладают примерно такими же свойствами.

Следующей распространенной средой передачи данных в современных ЛВС является коаксиальный кабель. Он прост по конструкции, имеет небольшую массу и умеренную стоимость и в то же время обладает хорошей электрической изоляцией, допускает работу на довольно больших расстояниях (сотни метров – километры) и высоких скоростях (десятки Мегабитов в секунду).

В последнее время все большее применение находят оптоволоконные кабели (световоды), которые обладают рядом преимуществ. Они имеют небольшую массу, способны передавать информацию с очень высокой скоростью (свыше 1 Гбит/сек), невосприимчивы к электрическим помехам, сложны для несанкционированного подключения, пожаро- и взрывобезопасны. В то же время с ними связан ряд проблем: сложность технологии сращивания, возможность передачи данных только по одному направлению, высокая стоимость модемов, ослабление сигнала при подключении ответвлителей и др.

Радиосреда в ЛВС используется мало из-за экранированности зданий, ограничений организационно-юридического плана, низких скоростей передачи (до 2 Мбит/с), слабой помехозащищенности, относительно высокой стоимости оборудования и низкой защищенности от несанкционированного доступа (снятия информации). Основное достоинство радиоканала – отсутствие кабеля, возможность обслуживания мобильных станций, работа с неограниченным количеством рабочих станций.

Для передачи информации в ЛВС может также использоваться инфракрасный диапазон волн, хорошо обеспечивающих передачу цифровых сигналов в пределах одного помещения. Установленная на потолке «интеллектуальная лампочка» служит интерфейсом с сетью здания, а так же управляет сигналами на локальной «инфракрасной шине»

 

Средства реализации ЛВС.

 

Рассмотрим подробнее оборудование, используемое в локальных сетях.

Сетевые адаптеры (СА). Основные функции адаптеров и их технические характеристики определяются поддерживаемым уровнем протокола ЛВС в соответствии с архитектурой семиуровневой эталонной модели ВОС.

Адаптер (adapter) - устройство либо программа, предназначенные для согласования параметров входных и выходных сигналов в целях сопряжения объектов.

По выполняемым функциям СА разделяются на две группы:

1. Реализующие функции физического и канального уровней.

Такие адаптеры, выполненные в виде интерфейсных плат, отличаются технической простотой и невысокой стоимостью. Они применяются в сетях с простой технологией, где почти отсутствует необходимость выполнения таких функций, как маршрутизация пакетов, формирование из поступающих пактов сообщений, согласование протоколов различных сетей и др.

2. Реализующие функции первых четырех уровней модем ВОС – физического, канального, сетевого и транспортного. Эти адаптеры, кроме функций СА первой группы, могут выполнять функции маршрутизации, ретрансляции данных, формирования пакетов из передаваемого сообщения (при передаче), сборки пакетов в сообщение (при приеме), согласование протоколов передачи данных различных сетей, сокращая таким образом затраты вычислительных ресурсов ЭВМ на организацию сетевого обмена. Технически они могут быть выполнены на базе микропроцессоров. Естественно, что такие адаптеры применяются в ЛВС, где имеется необходимость в реализации перечисленных функций.

Адаптеры ориентированы на определенную архитектуру локальной сети и ее технические характеристики, поэтому по топологии ЛВС адаптеры разделяются на следующие группы: поддерживающие шинную топологию, кольцевую, звездообразную, древовидную, комбинированную (звездно-кольцевую, звездно-шинную).

Дифференциация адаптеров по выполненным функциям и ориентация их на определенную архитектуру ЛВС привели к большому многообразию типов адаптеров и разбросу их характеристик.

Концентраторы (хабы) – concentrator – устройство либо функциональный блок, у которого суммарная пропускная способность входных каналов выше пропускной способности выходного канала. Так как потоки входных данных в концентраторе больше выходного потока, то главной его задачей является концентрация данных. При этом случаются ситуации, когда число блоков данных, поступающее на входы концентратора превышает его возможности. Тогда концентратор ликвидирует часть этих блоков. Ядром концентратора является процессор. Для объединения входной информации чаще всего используется множественный доступ с разделением времени (ТДМА). TDMA – Time Division Multiple Access – множественный доступ по принципу временного мультиплексирования каналов. Функции, выполняемые концентратором, близки к задачам, возложенным на мультиплексор. Наращиваемые (модульные) концентраторы позволяют выбирать их компоненты, не думая о совместимости с уже используемыми. Современные концентраторы имеют порты для подключения к разнообразным локальным сетям. Они удобны для формирования сети произвольной топологии. Выпускается ряд типов концентраторов – пассивных и активных с автономным питанием, выполняющих роль повторителя. Они отличаются по количеству, типу и длине подключаемых кабелей и могут автоматически управлять подсоединенными сегментами (включать и выключать их в случае обнаружения сбоев и обрывов).

Концентраторы характерны практически для всех базовых технологий локальных сетей – Ethernet, Arсnet, Token Ring, FDOI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 100VG – AnyLAN.

Следует подчеркнуть, что в работе концентраторов любых 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. 14а). А концентратор Token Ring (рис. 14б) повторяет входные сигналы, поступающие с некоторого порта, только на одном порту – на том, к которому подключен следующий в кольце компьютер. В качестве концентратора может выступать как компьютер, так и специализированное устройство, такое как многовходовой повторитель, коммутатор или Маршрутизатор. Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов, называют концентратором или хабом (hub – основа, центр деятельности), который отражает тот факт, что в данном устройстве сосредотачиваются все связи между сегментами сети.

Приемопередатчики (трансиверы) и повторители (репитеры). С помощью этих устройств можно объединить несколько сегментов сети с шинной технологией, увеличивая таким образом общую протяженность сети.

Трансивер (приемопередатчик) – (transmitter+receiver=transceiver) – это устройство, предназначенное для приема пакетов от контроллера рабочих станций и передачи их в шину. Он также разрешает коллизии в шине. Конструктивно приемопередатчик и контроллер могут объединяться на одной плате или находиться в различных узлах.

Трансивер соединяется с сетевым адаптером интерфейсным кабелем длиной 50 м. Допускается подключение к одному сегменту не более 100 трансиверов, причем расстояние между подключениями трансиверов не должно быть меньше 2,5 м.

Трансивер – это часть сетевого адаптера, которая выполняет следующие функции:

- прием и передача данных с кабеля на кабели;

- определение коллизий на кабеле;

- электрическая развязка между кабелем и остальной частью адаптера;

- защита кабеля от некорректной работы адаптера.

Репитер (повторитель) – (repeater) – устройство с автономным питанием, обеспечивающее передачу данных между сегментами определенной длины. Он служит для объединения в одну сеть нескольких сегментов кабеля и увеличения тем самым общей длины сети. Повторитель принимает сигналы из одного сегмента кабеля и побитно синхронно повторяет их в другом сегменте, улучшая форму и мощность импульсов, а также синхронизируя импульсы. Повторитель состоит из двух или нескольких трансиверов, которые присоединяются к сегментам кабеля, а также блока повторения со своим тактовым генератором.

Разрешается использовать в сети не более 4-х повторителей и, собственно, не более 5 сегментов кабеля. При максимальной длине сегмента кабеля в 500 м это дает максимальную длину сети в 2500 м. только 3 сегмента из 5 могут быть нагруженными, то есть такими, к которым подключаются конечные узлы. Между нагруженными сегментами должны быть ненагруженные сегменты, так что максимальная конфигурация сети представляет собой два нагруженных крайних сегмента, которые соединяются ненагруженными сегментами еще с одним центральным нагруженным сегментом. На рис. 15 приведена сеть Ethernet, состоящая из трех сегментов, объединенных двумя повторителями. Крайние сегменты являются нагруженными, а промежуточные – ненагруженными.

Мосты – это устройства для логической структуризации сети.

Мост (bridge) – ретрансляционная система, соединяющая два канала передачи данных. Они используются для соединения в основном идентичных сетей, имеющих некоторые физические различия на физическом и канальном уровнях. Мост делит разделяющую среду передачи сети на части (часто называемые логическими сегментами), передавая информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если такая передача действительно необходима, то есть если адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети. Тем самым мост изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность передачи данных в сети. Промышленностью выпускается довольно широкая номенклатура мостов.

Мосты используются для локализации трафика аппаратного адреса компьютеров. Это затрудняет распознавание принадлежности того или иного компьютера к определенному логическому сегменту - сам адрес не содержит никакой информации. Поэтому мост достаточно упрощенно представляет деление сети на сегменты – он запоминает, через какой порт на него поступает кадр данных от каждого компьютера сети, и в

дальнейшем передает кадры, предназначенные для этого компьютера, на этот порт.

На рис.16 показана логическая структуризация сети с помощью моста. Сети 1-го и 2-го отделов состоят из отдельных логических сегментов. Каждый логический сегмент построен на базе концентратора и имеет простейшую физическую структуру, образованную отрезками кабеля, связывающими компьютеры с портами концентратора.

В соответствии с базовой эталонной моделью ВОС мост описывается протоколами физического и канального уровней, над которыми располагаются канальные процессы – рис.17 (структура моста). Мост опирается на пару связанных им физических средств соединения, которые в этой модели представляют физические каналы. Мост преобразует физический (1А, 1В) и канальный (2А, 2В) уровни различных типов.

Коммутатор (switch) по принципу обработки кадров ничем не отличается от моста. Основное его отличие от моста состоит в том, что он является своего рода коммуникационным мультипроцессором, так как каждый его порт оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов. За счет этого общая производительность коммутаторов обычно намного выше производительности традиционного моста, имеющего один процессорный блок. Можно сказать, что коммутаторы – это мосты нового поколения, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме. Они обладают большей пропускной способностью, что важно для интерактивного трафика между взаимодействующими рабочими станциями. В сети Ethernet коммутаторы обрабатывают полученный пакет в реальном масштабе времени, обеспечивая нужную латентность и высокую скорость коммутации.

Коммутатор локальной сети (local-area network switch) – устройство, обеспечивающее взаимодействие сегментов одной либо группы локальных сетей. Он, как и обычный коммутатор, обеспечивает взаимодействие подключенных к нему абонентов. Но в дополнение к этому он осуществляет преобразование интерфейса, если соединяются различные типы сегментов локальных сетей. В перечень функций, выполняемых коммутатором локальных сетей, входят:

- обеспечение сквозной коммутации;

- наличие средств маршрутизации;

- поддержка простого протокола управления сетью (SNMP);

- имитация моста либо маршрутизатора;

- организация виртуальных сетей;

- скоростная ретрансляция блоков данных.

Отдельные части локальной сети может соединять шлюз.

Шлюз (gateway) – ретрансляционная система, обеспечивающая взаимодействие двух информационных систем. Шлюзы применяются для различных сетей. Они дают возможность объединить сети с разными типами системного и прикладного программного обеспечения и выполняют протокольные преобразования для всех семи уровней модели ВОС, в частности, маршрутизацию пакетов, преобразование сообщения из одного формата в другой или из одной системы кодирования в другую.

Шлюз – наиболее сложная ретрансляционная система, обеспечивающая взаимодействие двух (рис.18 – структура шлюза) сетей с различными (1А-7А и 1В-7В) наборами протоколов всех семи уровней. В свою очередь наборы протоколов могут опираться на различные типы физических средств соединения. Штабели протоколов и, естественно, информационные сети объединяются в единое целое специальными прикладными процессами шлюза.

Шлюз осуществляет свои функции на уровне выше сетевого. Он не зависит от используемой передающей среды, но зависит от используемых протоколов обмена данными. Обычно шлюз выполняет преобразование между двумя протоколами. С помощью шлюзов можно подключить ЛВС к главному компьютеру или к глобальной сети.

В тех случаях, когда соединяются информационные сети, созданные по стандартам Международной организации по стандартизации (ISO), то в них часть уровней может иметь одни и те же протоколы. Ограничения, связанные с применением мостов и коммутаторов – по топологии связей, а так же ряд других причин приводят к тому, что сети соединяются с еще одним коммуникационным устройством – маршрутизатором.

Маршрутизатор (роутер) – router – ретрансляционная система, соединяющая две коммуникационные сети либо их части. Маршрутизаторы образуют логические сегменты посредством явной адресации, поскольку используют не плоские аппаратные, а составные числовые адреса. В этих адресах имеется поле номера сети, так что все компьютеры, у которых значение этого поля одинаково, принадлежат к одному сегменту, называемому в данном случае подсетью (subnet).

Маршрутизаторы более надежно и более эффективно, чем мосты, изолируют трафик отдельных частей сети друг от друга. Кроме локализации трафика маршрутизаторы выполняют еще много других полезных функций. Они могут работать в сети с замкнутыми контурами, при этом осуществляя выбор наиболее рационального маршрута из нескольких возможных.

Сеть, представленная на рис.19, отличается от сети с мостом (рис.16) тем, что между подсетями отделов 1 и 2 проложена дополнительная связь, которая может использоваться как для повышения производительности сети, так и для повышения ее надежности.

Другой очень важной функцией маршрутизаторов является их способность связывать в единую сеть подсети, построенные с использованием разных сетевых технологий, например, Ethernet и Х.25.

Маршрутизаторы устанавливают соединения на 4-м (транспортном) уровне, при этом верхние уровни сети (5-й, 6-й и 7-й) должны быть одинаковы. Каждый Маршрутизатор (рис.20) реализует протоколы физического уровня (1А, 1В), канального уровня (2А, 2В) и сетевого уровня (3А, 3В). Специальные сетевые процессы соединяют части коммутатора в единое целое. Физические, канальные и сетевые протоколы в разных сетях различны, поэтому соединение пар коммутационных сетей осуществляется через маршрутизаторы, которые при необходимости преобразуют указанные протоколы.

Маршрутизаторы обеспечивают достаточно сложный уровень сервиса: выбор наилучшего маршрута для передачи сообщения, адресованного другой сети; управление сбалансированной нагрузкой в сети путем равномерного распределения потоков данных; защиту данных; буферизацию передаваемых данных; различные протокольные преобразования.

Использование маршрутизаторов при объединении ряда небольших локальных сетей в единую сеть дает следующие преимущества (по сравнению с большой ЛВС, имеющей такое же количество абонентских систем):

- обеспечивается большая безопасность информации, циркулирующей в сети. В большой ЛВС, работающей в широковещательном режиме, информация распространяется по всей кабельной системе, поэтому несанкционированный доступ к ней проще, чем к ЛВС, образованной из нескольких небольших локальных сетей. В этом случае с помощью маршрутизаторов осуществляется межсетевая коммутация, а обычные сетевые потоки данных остаются локальными, то есть работа в широковещательном режиме возможна только в пределах небольшой ЛВС;

- повышается надежность работы сети – выход из строя одной ЛВС не отражается на работе других взаимосвязанных сетей, так как маршрутизаторы, осуществляющие множественное взаимодействие, изолируют отказавшие сети;

- увеличивается производительность в пределах каждой индивидуальной сети, входящей в состав единой сети. В каждой небольшой ЛВС имеются свои средства управления сетью, повышающие степень ее самостоятельности. Кроме того, уменьшаются нагрузки, связанные с потоком данных, генерируемых рабочими станциями;

- увеличивается диапазон действия сети – выполняя функции усилителей сигнала, маршрутизаторы устраняют ограничение по допустимой протяженности длины кабеля.

Модем ЛВС.

Модем (modem) – устройство, которое выполняет функции несущей синусоиды на передающей стороне и демодуляции на приемной стороне (модулятор-демодулятор) в аналоговых каналах связи. Модемы, обеспечивая согласование цифровых сигналов компьютера с аналоговыми сигналами телефонной линии, при передаче данных осуществляют модулирование аналоговых сигналов цифровой информацией, а при приеме – демодулирование. Главное отличие между ними – способ модуляции. Различают модемы с частотной, амплитудной и фазовой модуляцией.

В настоящее время все еще широко используются каналы, по которым передаются аналоговые сигналы. Чаще всего – каналы старой телефонной сети. Поэтому здесь между абонентскими системами, оперирующими дискретными сигналами, и аналоговыми каналами устанавливается модем (рис.21). Скорость передачи данных через модемы составляет от 300 бит/с до нескольких десятков килобит в секунду.

Существуют различные методы модуляции. При импульсно-кодовой модуляции существуют три этапа (рис.22). Сначала аналоговый сигнал «а» представляется в виде множества дискретных значений (отображений) – «б», каждое из которых называется сигналом в импульсно-амплитудной модуляции. Затем каждому сигналу в зависимости от требуемой точности преобразования присваивается определенное числовое значение в диапазоне от 1 до 128 или от 1 до 256. Этот процесс называется квантованием (оцифровыванием) – «в». Полученные числовые значения переводятся в двоичный код «г». Для отображения значений разрядов (2⁷=128), а в диапазоне от 1 до 256 – 8 двоичных разрядов (2⁸=256).

Модемы бывают коммутируемые и некоммутируемые, по конструктивному исполнению различают внутренние и внешние модемы, по режиму обмена данными бывают модемы с симплексной, полудуплексной и дуплексной передачей данных. Для системы передачи данных используются факс-модемы, выполняющие и функцию ответов на телефонные звонки, которые позволяют принимать сигналы, осуществлять аналого-дискретное преобразование и сохранять аудио-сообщение во внешней памяти компьютера.

 

Способы организации ЛВС.

 

Как известно, компьютеры, входящие в состав ЛВС, могут быть расположены самым случайным образом на территории, где создается вычислительная сеть. Следует иметь в виду, что для способа обращения к передающей среде и методов управления сетью небезразлично, как

	Рис. 22. Преобразование аналоговых сигналов в цифрование: а) исходный сигнал; б) сигнал импульсно-амплитудной модуляции; в) квантование сигнала; г) цифровой код

расположены абоненты ЭВМ. Поэтому имеет смысл рассмотреть топологию ЛВС.

Под топологией (topology) сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети (компьютеры), а ребрам – электрические и информационные связи между ними.

Существуют два основных класса топологии вычислительных (компьютерных) сетей:

- широковещательные,

- последовательные.

В широковещательных конфигурациях каждый абонент передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными абонентскими системами. К таким конфигурациями относятся общая шина, дерево, звезда с пассивным центром.

В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одной абонентской системе. Отсюда ясно, что широковещательные конфигурации, как правило, ЛВС с селекцией информации, а последовательные – ЛВС с маршрутизацией информации.

Любая топология сети может диктовать не только тип кабеля, но и способ его прокладки и определять метод доступа компьютера в сеть.

Топологии вычислительных (компьютерных) сетей могут быть самыми различными, но для ЛВС типичными являются три: «общая шина», «звезда» и «кольцо».

Топология «общая шина» предполагает использование одного сетевого кабеля, именуемого магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все рабочие сети (рис.23).

Достоинствами ЛВС шинной топологии являются:

- простота расширения и используемых методов управления;

- экономный (минимальный) расход кабеля;

- недорогая и несложная в использовании среда передачи данных;

- простота системы, отсутствие необходимости в централизованном управлении.

В ЛВС с шинной топологией при передаче пакетов данных каждый компьютер адресует его конкретному компьютеру сети, передавая его по сетевому кабелю в виде электрических сигналов. Пакет в виде электрических сигналов передается по шине в обоих направлениях всем компьютерам сети. Однако информацию принимает только тот адрес, который соответствует адресу получателя, указанному в заголовке пакета. Данные в виде электрических сигналов распространяются по всей сети от одного конца кабеля к другому и, достигая его конца, поглощаются терминатором (заглушкой). Так как в каждый момент времени в сети может вести передачу только одна рабочая станция, то

производительность ЛВС зависит от количества РС, подключенных к шине.