Классификация топологических элементов сети.

Локальные сети состоят из конечных устройств и промежуточных, соединенной кабельной системой. Определим некоторые основные понятия:

• Узлы сети (nodes) – конечные и промежуточные устройства, наделенные сетевыми адресами. К узлам сети относятся компьютеры с сетевым интерфейсом, выступающие в роли рабочих станций, серверов или в обеих ролях; сетевые периферийные устройства (принтеры, плоттеры, сканеры); сетевые телекоммуникационные устройства (модемы); маршрутизаторы.

• Кабельный сегмент – отрезок кабеля или цепочка отрезков кабелей, электрически соединенных друг с другом, обеспечивающие соединение двух или более узлов сети.

• Сегмент сети (или просто сегмент) – совокупность узлов сети, использующих общую среду передачи. Применительно к технологии Internet это совокупность узлов, подключенных к одному кабельному сегменту.

• Сеть (логическая) – совокупность узлов сети, имеющих единую систему адресации 3-го уровня модели OSI. Примерами могут быть IPX-сеть, IP-сеть. Каждая сеть имеет свой адрес, этими адресами оперируют маршрутизаторы для передачи пакетов между сетями.

• Облако (cloud) – коммуникационная инфраструктура с однородными внешними интерфейсами. Примером облака может быть городская – междугородная, международная телефонная сеть: в любом ее месте можно подключить телефонный аппарат и связаться с любым абонентом.

По способу использования кабельных сегментов различают:

двухточечные соединения между узлами. Для таких соединений в основном используются симметричные электрические кабели (витая пара) и оптические кабели;

многоточечные соединения – к одному кабельному сегменту подключается более двух узлов. Типичная среда передачи – несимметричный кабель (коаксиальный), возможно применение и других видов кабелей, в том числе и оптических.

• Повторитель (repeater) – устройство физического уровня, позволяющее преодолевать топологические ограничения кабельных сегментов. Информация из одного кабельного сегмента в другой передается побитно, анализ информации не производится.

• Мост (bridge) – средство объединения сегментов сетей, обеспечивающее передачу кадров из одного сегмента в другой. Кадр, пришедший из одного сегмента, может быть передан в другой или отфильтрован. решение о продвижении или фильтрации кадра принимается на основании информации 2-го уровня.

1. Мост MAK-подуровня позволяет объединять сегменты сети в пределах одной технологии.

2. Мост LLC- подуровня, он же транслирующий мост, позволяющий объединить сегменты сетей с разными технологиями.

Мост может быть локальным, удаленным или распределенным. Локальный мост – это устройство с двумя или более интерфейсами, к которым подключаются соединяемые сегменты локальных сетей. Удаленные мосты соединяют сегменты сетей, значительно удаленные друг от друга, через линию связи. Распределенный мост представляет собой совокупность интерфейсов некоторого коммуникационного облака, к которым подключаются сегменты соединяемых сетей.

• Коммутатор 2-го уровня выполняет функции, аналогичные функциям мостов, но используется для сегментации – разбиение сетей на мелкие сегменты с целью повышения пропускной способности.

• Маршрутизатор работает на 3-ем уровне и используется для передачи пакетов между сетями. Маршрутизатор выполняет фильтрацию на основе информации 3-го уровня. В отличии от повторителей и мостов, присутствие маршрутизаторов известно узлам сети. Каждый маршрутизатор имеет свой сетевой адрес, на этот адрес узлы посылают пакеты, предназначенные узлам других сетей.

• Коммутатор 3-го уровня решает задачи, близкие задачам маршрутизаторов, и ряд других с более высокой производительностью. В настоящее время коммутаторы стали «забираться» и на 4-ый уровень.

 

Топология, методы доступа к среде.

 

Каждая сетевая технология имеет характерную для нее топологию соединения узлов сети и метод доступа к среде передачи.

Различают физическую топологию, определяющую правила физических соединений узлов и логическую топологию, определяющую направление потоков данных между узлами сети. Логическая и физическая топологии относительно независимы друг от друга.

Физические топологии – шина, звезда, кольцо, дерево, сетка.

В логической шине информация, передаваемая одним узлом, одновременно доступна для всех узлов, подключенных к одному сегменту. Логическая шина реализуется на физической топологии шины, звезды, дерева, сетки. В логическом кольце информация передается последовательно от узла к узлу. Каждый узел принимает кадры только от предыдущего узла и посылает только последующему. Реализуется на физической топологии кольца и звезды.

При вероятностном методе доступа узел, желающий послать кадр в сеть, прослушивает линию. Если линия занята или обнаружена коллизия (столкновение сигналов от двух передатчиков), попытка передачи откладывается на некоторое время

Общий недостаток вероятностных методов доступа – неопределенное время прохождения кадра, резко возрастающее при увеличении нагрузки на сеть, что ограничивает его применение в системах реального времени.

Основное преимущество метода – ограниченное время прохождения кадра, мало зависящее от нагрузки.

Сети с большой нагрузкой требуют более эффективных методов доступа. Один из способов повышения эффективности – перенос управления доступом от узлов в кабельные центры. При этом узел посылает кадр в коммуникационное устройство. Задача этого устройства – обеспечить прохождение кадра к адресату с оптимизацией общей производительности сети и обеспечением уровня качества обслуживания, требуемого конкретным приложением.

 

 

Режимы передачи и качество сервиса

Режим передачи определяет способ коммуникаций между двумя узлами.

• Симплексный режим позволяет передавать данные только в одном направлении, передающий узел полностью занимает канал. В телекоммуникациях такой режим практически не используется – он не позволяет отправителю информации получать подтверждение о его приеме, что необходимо для обеспечения нормальной связи.

• Полудуплексный режим допускает двустороннюю передачу, но в каждый момент времени только в одном направлении. Для смены направления требуется подача специального сигнала и получение подтверждения.

• Полнодуплексный режим допускает одновременную передачу сразу в двух направлениях. При этом передача в одном направлении занимает только часть канала. Дуплексный режим может быть симметричным (полоса пропускания канала в обоих направлениях одинакова) и несимметричным (пропускная способность в одном направлении значительно больше, чем в противоположном).

Качество сервиса сети определяется несколькими параметрами:

• Скорость передачи данных, определяется как количество бит данных, переданных за единицу времени.

• Задержка доставки данных, определяемая как время от передачи блока информации источником до его приема получателем.

• Уровень ошибок определяется либо как вероятность безошибочной передачи определенной порции данных (от бита до кадра).

 

Для высших уровней (прикладной) интересны такие параметры, как время отклика и производительность обслуживания запросов. Эти параметры определяются как сетью (время на транспортировку), так и серверами, обслуживающими прикладные запросы.

Приложения разных классов имеют разные требования к качеству обслуживания и современные сети на своем уровне при передаче данных должны уметь различать передаваемый трафик. В противоположном случае для работы некоторых приложений придется организовывать излишне мощные, а значит и дорогие каналы, которые в среднем окажутся недостаточно загруженными.

 

Управление потоком данных

Управление потоком данных является средством согласования темпа передачи данных с возможностями приемника. Несмотря на то, что битовые скорости приемников и передатчиков всегда должны совпадать, возможны ситуации, когда передатчик передает информацию в темпе, неприемлемом для приемника. При этом входной буфер приемника переполняется, и часть передаваемой информации теряется. Средства управления потоком позволяют приемнику подать передатчику сигнал на приостановку или продолжение передачи. Эти средства требуют наличие обратного канала передачи (от приемника к передатчику).

Для контроля получения информации приемником применяют квитирование (handshaking - рукопожатие)- посылку-уведомление о получении кадра. На каждый принятый кадр приемник отвечает коротким кадром-подтверждением.

Возможна пакетная передача, при которой передатчик посылает серию последовательных кадров, на которую должен получить общее подтверждение, что экономит время. Если в подтверждении есть место для списка хороших и плохих кадров, то посылать повторно можно только плохие. При этом появляется необходимость в идентификации кадров и подтверждений.

Метод ‘скользящего окна” является эффективным гибридом индивидуальных подтверждений и пакетной передачи. Здесь передатчик посылает серию нумерованных кадров, зная, что приход подтверждения может задерживаться относительно своего кадра на время оборота по сети. это время может быть предварительно определено, и ширина “окна” определяется числом кадров, которые можно послать. Подтверждение нумеруется в соответствии с кадрами, эта нумерация может быть циклической с модулем, определяемым шириной окна. Если передатчик не получает подтвнрждение на кадр, выходящий из окна наблюдения, он считает его потерянным и повторяет его передачу. На случай повтора передатчик должен держать в своем буфере все кадры окна, замещая выходящие (подтвержденные) новыми.

Метод позволяетт полностью использовать пропускную способность канала не6зависимо от дальности передачи.

 

Построение локальных сетей

Для построения сетей из нескольких компьютеров, соединенных общей шиной Ethernet, достаточно проложить и разделать кабели, установить и сконфигурировать сетевые адаптеры и установить сетевые операционные системы на компьютеры.

После этого сеть работала, а администратору на аппаратном уровне оставалось только присматривать за порядком в нехитром, но ненадежном кабельном хозяйстве. Добавление новых пользователей тоже не вызывало особых проблем, но лишь до тех пор, пока хватало длины кабеля, терпение при поиске плохих разъемов и полосы пропускания разделяемой среды передачи. Современные сети представляют собой довольно сложные распределенные аппаратно-программные комплексы, способы, построения которых неоднозначны.