Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ:  Археология Биология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия ЭкологияТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву 
Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
В 1984 году Международной Организацией по Стандартизации (International Standard Organization, ISO) была разработана модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection, OSI).
Модель представляет собой международный стандарт для проектирования сетевых коммуникаций и предполагает уровневый подход к построению сетей. Каждый уровень модели обслуживает различные этапы процесса взаимодействия.
Рис. 1.8.1. Уровни взаимодействия.
Посредством деления на уровни сетевая модель OSI упрощает совместную работу оборудования и программного обеспечения. Уровни взаимодействия При описании практически любого взаимодействия можно выделять различные уровни. Например, двум людям, проживающим в разных населенных пунктах, необходимо обмениваться какой-либо информацией, и они используют для этого традиционный способ посылки писем. Уже во взаимодействии такого рода можно выделить несколько уровней. Разделение процесса взаимодействия на уровни позволяет функционально изолировать различные средства, участвующие в этом процессе по принципу - "каждый занимается своим делом". Это позволяет обеспечить достаточную гибкость при расширении функциональности этих средств. Так, например, выделение уровня транспортной сети, позволяет при необходимости обеспечить транспортировку между населенными пунктами не только почтовых грузов, но и пассажиров, не требуя для этого перестройки путей сообщения. Выделение почтовой службы обеспечивает возможность пересылки не только писем, но и посылок, переводов и т.п., используя стандартные средства транспортной сети и опосредованно – существующие пути сообщения. Взаимодействие в компьютерных сетях также можно описывать с помощью уровней. В настоящее время для этих целей широко используется так называемая модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection, OSI). При уровневой организации процесса взаимодействия должны соблюдаться следующие требования Компоненты одного уровня одной системы могут взаимодействовать с компонентами только того же уровня другой системы; В рамках одной системы компоненты какого-либо уровня могут взаимодействовать только с компонентами смежных (вышележащего и нижележащего) уровней. Набор правил, определяющих порядок взаимодействия средств, относящихся к одному и тому же уровню и функционирующих в разных системах, называется протоколом (protocol).
Правила взаимодействия между собой средств, относящихся к смежным уровням и функционирующих в одной системе, называются интерфейсом (interface). Физический уровень Физический уровень определяет способ физического соединения компьютеров в сети. Основными функциями средств, относящихся к данному уровню, является побитовое преобразование цифровых данных в сигналы среды передачи, а также собственно передача сигналов по физической среде. Среда передачи Среда передачи – это физическая среда, по которой возможно распространение информационных сигналов в виде электрических, световых и т.п. импульсов. В настоящее время выделяют два основных типа физических соединений: соединения с помощью кабеля и беспроводные соединения. Кабельные системы Кабель (cable), используемый для построения компьютерных сетей, представляет собой сложную конструкцию, состоящую, в общем случае, из проводников, изолирующих и экранирующих слоев. В современных сетях используются три типа кабеля: Тип кабеля |
Характеристика | ||||||
| Максимальное расстояние передачи | Максимальная скорость передачи | |||||||
| коаксиальный кабель (coaxial cable); | 185 – 500 м | 10 Мбит/с | ||||||
| витая пара" (twisted pair) | 30 – 100 м | 10 Мбит/с – 1 Гбит/с | ||||||
| оптоволоконный кабель (fiber optic) | 2 км | 10 Мбит/с – 2 Гбит/с | ||||||
Табл. 1.8.1. Кабели
Коаксиальный кабель. Кабель данного типа состоит из центрального медного проводника, покрытого пластиковым изолирующим материалом, который, в свою очередь, окружен медной сеткой и/или алюминиевой фольгой. Этот внешний проводник обеспечивает заземление и защиту центрального проводника от внешней электромагнитной интерференции.
Коаксиальный кабель был первым типом кабеля, использованным для соединения компьютеров в сеть. При прокладке сетей используются два типа кабеля — "Толстый коаксиальный кабель" (Thicknet) и "Тонкий коаксиальный кабель" (Thinnet).
Сети на основе коаксиального кабеля обеспечивают передачу со скоростью до 10 Мбит/с. Максимальная длина сегмента лежит в диапазоне от 185 до 500 м в зависимости от типа кабеля.
|
Рис.1.8.2. Коаксиальный кабель.
|
|
Витая пара. Кабель данного типа состоит из нескольких пар медных проводов, покрытых пластиковой оболочкой. Провода, составляющие каждую пару, закручены вокруг друг друга, что обеспечивает защиту от взаимных наводок.
Кабели данного типа делятся на два класса — "экранированная витая пара" ("Shielded twisted pair") и "неэкранированная витая пара" ("Unshielded twisted pair").
Отличие этих классов состоит в том, что экранированная витая пара является более защищенной от внешней электромагнитной интерференции, благодаря наличию дополнительного экрана из медной сетки и/или алюминиевой фольги, окружающего провода кабеля.
Сети на основе "витой пары" в зависимости от категории кабеля обеспечивают передачу со скоростью от 10 Мбит/с – 1 Гбит/с.
Длина сегмента кабеля не может превышать 100 м (до 100 Мбит/с) или 30 м (1 Гбит/с).
|
Рис. 1.8.3. Витая пара.
Оптоволоконный кабель
Оптоволоконный кабель состоит из центрального стеклянного или пластикового проводника, окруженного слоем стеклянного или пластикового покрытия и внешней защитной оболочкой. Передача данных осуществляется с помощью лазерного или светодиодного передатчика, посылающего однонаправленные световые импульсы через центральный проводник.
Сигнал на другом конце принимается фотодиодным приемником, осуществляющим преобразование световых импульсов в электрические сигналы, которые могут обрабатываться компьютером. Скорость передачи для оптоволоконных сетей находится в диапазоне от 100 Мбит/c до 2 Гбит/с. Ограничение по длине сегмента составляет 2 км.
|
Рис.1.8.4. Оптоволоконный кабель.
Беспроводные системы
Wireless LAN (англ. Wireless Loсal Area Network; WLAN) — беспроводная локальная вычислительная сеть. При таком способе построения сетей передача данных осуществляется через радиоэфир; объединение устройств в сеть происходит без использования кабельных соединений.
Наиболее распространенными на сегодняшний день способами построения являются Wi-Fi и WiMAX.
Устройства передачи данных. Модем (МОдулятор/ДЕМодулятор, Modem) представляет собой устройство, осуществляющее физическое кодирование данных методом модуляции.
Сетевой адаптер (сетевая плата, плата сетевого интерфейса, Network Interface Card) - это устройство, которое предназначено для подключения компьютера к физическим каналам компьютерных сетей.
Передача данных по физическим каналам подразумевает решение трех задач
Кодирование/декодирование данных.
Передача сигналов.
Синхронизация.
Топология сети
Топология сети – это способ соединения компьютеров с помощью физической среды.
Для выполнения своих функций протокол определяет свой собственный формат пакета. Основными информационными полями заголовка пакета являются:
IP-адреса отправителя и получателя – предназначены для идентификации отправителя и получателя (см. IP-адресация);
Время жизни пакета (Time To Live, TTL) - определяет время, которое IP-пакет может находиться в сети, и предназначено для предотвращения "захламления" сети "заблудившимися пакетами";
поля, предназначенные для фрагментации пакетов (см. IP-фрагментация);
поля, предназначенные для управления обработкой пакета (длина пакета и заголовка, контрольная сумма заголовка, тип обслуживания и т.д.).
|
|
Для успешного информационного обмена в объединенных сетях средства сетевого уровня должны решать следующие задачи:
обеспечивать единую систему адресации, не зависящую от сетевой технологии, позволяющую адресовать отдельные сети и узлы;
определять путь (последовательность сетей), по которому должны пройти данные, чтобы достичь получателя;
обеспечивать сквозную передачу данных через сети с разной технологией.
В настоящее время существуют различные протоколы сетевого уровня. Основным протоколом, использующимся в Интернет, является протокол IP.
С точки зрения протокола IP, сеть рассматривается как логическая совокупность взаимосвязанных объектов, каждый из которых представлен уникальным IP-адресом, называемых узлами (IP-узлами) или хостами (host). Ключевым здесь является слово "логическая", поскольку одно и тоже физическое устройство (компьютер, маршрутизатор и др.) может иметь несколько IP-адресов, т.е. соответствовать нескольким узлам логической сети.
Обычно такая ситуация возникает, если физическое устройство имеет несколько устройств передачи данных (сетевых адаптеров или модемов), поскольку для каждого из них должен быть настроен как минимум один уникальный IP-адрес. Хотя нередко компьютеру (или другому устройству), имеющему один сетевой адаптер или модем, может быть присвоено несколько IP-адресов.
Если физическое устройство имеет несколько IP-адресов, то говорят, что оно имеет несколько интерфейсов, т.е. несколько "логических подключений" к сети.
IP-адрес – это уникальный числовой адрес, однозначно идентифицирующий узел, группу узлов или сеть.
IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел (так называемых «октетов»), разделенных точками – W.X.Y.Z, каждое из которых может принимать значения в диапазоне от 0 до 255, например, 213.128.193.154.
Существует 5 классов IP-адресов – A, B, C, D, E. Принадлежность IP-адреса к тому или иному классу определяется значением первого октета (W).
Процесс выбора пути для передачи пакета в сети. Под путем (маршрутом) понимается последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет по пути к узлу-назначению. IP-маршрутизатор – это специальное устройство, предназначенное для объединения сетей и обеспечивающее определение пути прохождения пакетов в составной сети. Маршрутизатор должен иметь несколько IP-адресов с номерами сетей, соответствующими номерам объединяемых сетей.
|
|
Выбор пути на маршрутизаторе осуществляется на основе информации, представленной в таблице маршрутизации.
Классическим примером реализации коммутации каналов является телефонная связь, метод основан на разбиении передаваемых по сети данных на небольшие "порции". Каждая такая "порция" передается по сети как единое целое и называется пакетом. Такой метод является очень удобным для параллельного использования физического канала несколькими парами абонентов: канал является занятым только во время прохождения пакета. Временные промежутки между передачей пакетов одним абонентам могут быть использованы другими для отправки собственных пакетов.
Пакет обычно состоит из двух частей – заголовка, содержащего служебные данные, необходимые для управления доставкой пакета, и собственно данных, подлежащих передаче. Порядок обмена пакетами, а также конкретный состав заголовка пакетов определяется сетевым протоколом.
Для именования пакетов различных уровней модели OSI, используются специальные термины. Для канального уровня используется термин “кадр” (frame), для сетевого – "пакет", для транспортного – "сегмент", "дейтаграмма", для сессионного и более высоких уровней – "сообщение".
|
|
Рис. 1.8.5. Пакет данных.
Для подключения к Интернет по обычным телефонным линиям конечных пользователей в основном применяется более совершенный протокол канального уровня PPP (Point-to-Point Protocol). В отличие от SLIP протокол PPP обладает большей функциональностью и обеспечивает:
возможность использования нескольких протоколов сетевого уровня;
механизм согласования параметров устройств передачи данных;
механизм сжатия передаваемой информации с целью повышения эффективности и надежности передачи;
механизм обнаружения и исправления ошибок;
механизмы защиты, предотвращающие несанкционированные подключения.
Адрес отправителя - некоторое число, позволяющее идентифицировать сетевой адаптер
Адрес получателя - компьютер, который должен принять и обработать кадр. Адрес получателя может иметь специальное значение – так называемый широковещательный адрес.
Такой тип адресации получателя предполагает, что кадр должен приниматься и обрабатываться всеми компьютерами, которые его получили.
Сетевая технология – это набор стандартов, определяющий минимальный состав программно-аппаратных средств, достаточный для организации взаимодействия компьютеров в сети.
Как правило, сетевая технология определяет топологию сети, а также протокол канального уровня (формат кадра, порядок обмена кадрами, MTU).
Для идентификации программ протоколы транспортного уровня в сети Интернет (TCP и UDP), используют уникальные числовые значения, так называемые номера портов. Номера портов назначаются программам в соответствии с ее функциональным назначением на основе определенных стандартов.
Таким образом, протокол сетевого уровня IP и транспортные протоколы TCP и UDP реализуют двухуровневую схему адресации: номера TCP- и UDP-портов позволяют однозначно идентифицировать программу в рамках узла, однозначно определяемого IP-адресом.
|
|
Следовательно, комбинация IP-адреса и номера порта позволяет однозначно идентифицировать программу в сети Интернет. Такой комбинированный адрес называется сокетом (socket).
Принцип гарантированной доставки основан на том, что передающий компьютер всегда «знает», была ли доставлены данные получателю или нет. Это обеспечивается тем, что принимающий компьютер подтверждает успешный прием данных.
Если передающий компьютер не получает подтверждения, он пытается произвести повторную передачу
Установление соединения. Перед началом передачи потока данных абоненты должны согласовать параметры передачи: размер окна и начальные номера последовательностей, относительно которых будет отсчитываться положение передаваемых в сегментах данных внутри общего потока.
Очевидно, что такое согласование предполагает обмен специальными сегментами и выделение ресурсов, в частности, блоков памяти, необходимых для приема и обработки данных и подтверждений. Соответствующая последовательность действий называется установлением виртуального соединения.
Международная организация по стандартизации выдвинула концепцию открытых систем (OSI – Open System Interconnection)- эталонную модель, используемую при разработке международных стандартов. На основе этой модели ВС по вертикали представляется рядом логических уровней, на каждый из которых возложена одна из задач сети. По горизонтали ВС делится на локальные части (открытые системы). Часть открытой системы, выполняющую некоторую функцию и входящую в состав того или иного уровня, называют объектом. Правила, по которым осуществляется взаимодействие объектов одного и того же уровня, называют протоколом.
Эталонная модель взаимодействия открытых систем OSI состоит из 7 уровней. (Аналог почтового адреса). Каждый уровень представляет определенную группу функций, необходимых для работы компьютерной сети
Каждый уровень подразделяют на две части:
-спецификация услуг (определяет, что делает уровень);
- спецификация протокола (определяет как он это делает).
Каждый уровень может иметь более одного протокола
Большое число уровней обеспечивает декомпозицию информационно-вычислительного процесса на простые составляющие. С другой стороны это вызывает необходимость включения дополнительных связей в соответствии с дополнительными интерфейсами и протоколами.
Информационная сеть (вычислительная, компьютерная, коммуникационная сеть, network) – это система распределенных на территории аппаратных, программных и информационных ресурсов, связанных между собой каналами передачи данных.
Пакет (кадр, блок) – «порция» информации, передаваемая в сети.
Абонент (узел, хост, станция) — это устройство, подключенное к сети и активно участвующее в информационном обмене.
|
Рис. 1.8.6. Информационная сеть
Классификации компьютерных сетей. В зависимости от того, какие абоненты входят в сеть:
– одноранговые сети
– сети с выделенным сервером.
По составу вычислительных средств:
– однородные – объединяют однородные вычислительные средства (компьютеры);
– неоднородные – объединяют различные вычислительные средства (например: ПК, торговые терминалы, веб-камеры и сетевое хранилище данных).
По способу связи:
– проводные;
– беспроводные.
По масштабности выделяют:
– локальные (ЛВС, LAN, Local Area Network) сети;
– региональные (MAN, Metropolitan Area Network) сети;
– глобальные (WAN, Wide Area Network или GAN, Global Area Network) сети.
– Корпоративные сети, как и региональные, могут иметь черты как локальных, так и глобальных сетей.
Локальная сеть
1. Высокая скорость передачи информации, большая пропускная способность сети.
2. Высококачественные каналы связи (низкий уровень ошибок передачи).
3. Эффективный, быстродействующий механизм управления обменом по сети.
4. Заранее четко ограниченное количество компьютеров, подключаемых к сети.
Глобальная сеть
1. Возможна низкая скорость передачи.
2. Низкое качество каналов связи.
3. Механизм управления обменом в них не может быть гарантированно быстрым.
Сеть рассчитана на неограниченное число абонентов.
Самое общее требование, которое можно высказать в отношении работы сети – это выполнение сетью того набора услуг, для оказания которых она предназначена.
Основные требования, предъявляемые к информационным сетям:
– Производительность
– Надежность
– Расширяемость и масштабируемость
– Прозрачность
– Управляемость
Совместимость
Основные характеристики производительности сети:
– время реакции;
– скорость передачи трафика;
– пропускная способность;
– задержка передачи.
Для оценки надежности сложных систем применяется набор характеристик:
– готовность;
– сохранность данных;
– согласованность (непротиворечивость) данных;
– вероятность доставки данных;
– безопасность;
отказоустойчивость.
Расширяемость (extensibility) – возможность сравнительно легкого добавления отдельных элементов сети (пользователей, компьютеров, приложений, служб), наращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры более мощной.
Масштабируемость (scalability) означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается.
Прозрачность — свойство сети скрывать от пользователя детали своего внутреннего устройства, что упрощает работу в сети.
Управляемость сети подразумевает возможность централизованно контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и решать проблемы, возникающие при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети.
Совместимость (интегрируемость) означает, что сеть может включать в себя разнообразное программное и аппаратное обеспечение, то есть в ней могут сосуществовать различные операционные системы, поддерживающие разные стеки коммуникационных протоколов, и работать аппаратные средства и приложения от разных производителей.
Стандарты сетей определяют принятую в сети среду передачи, топологию, метод доступа, кодирование информации, формат пакета (кадра).
Исходя из этого определяется предельный размер сети, скорость передачи, предельное число абонентов и т.д.
Большинство стандартов физических сетей разработано или одобрено комитетом 802 IEEE (Институт инженеров по электротехнике и электронике, Institute of Electrical and Electronics Engineers).
Физические сети Проводные:
• Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet...
• Arcnet
• Token-Ring
• 100VG-AnyLAN
• FDDI
Физические сети Беспроводные:
• Bluetooth
• Wi-Fi
• WiMAX
• GPRS
Виртуальные сети (VPN)
Стандарт IEEE 802.3 Сети Ethernet – самые распространенные кабельные сети.
• топология – шина, пассивная звезда или дерево;
• метод доступа – CSMA/CD;
• манчестерский код
• среда передачи:
– коаксиальный кабель (толстый 10BASE5 и тонкий 10BASE2),
– позже витая пара (10BASE-T);
• скорость передачи – 10 Мбит/с;
• максимальная длина сети – 5 км;
• максимальное количество абонентов – до 1024;
• длина сегмента сети – до 500 м;
• количество абонентов на одном сегменте – до 100.
Основной недостаток – случайный доступ не гарантирует минимальную задержку доставки сообщения.
Код 4 B /5 B. Каждые 4 бита исходных данных кодируются 5 битами передаваемых данных и передаются в виде NRZ. Разработан для FDDI.
Главный принцип – избежать длинных последовательностей нулей и единиц.
11111111 => 1110111101
10000001 => 1001001001
Для обеспечения скорости передачи 100 Мбит/с достаточно пропускной способности кабеля 125 миллионов сигналов в секунду (125 МБод), а для манчестерского кода - 200 МБод.
Бод – единица измерения скорости в сетях, символов в секунду.
Существуют и другие аналогичные коды 5B/6B, 6B/8B, 8B/10B.
Формат кадра Ethernet. Вторая версия кадра Ethernet используется во всех современных модификациях, а также в некоторых других сетях.
Преамбула состоит из 8 байт, первые семь представляют собой код 10101010, а последний байт (SFD – Start of Frame Delimiter) – код 10101011.
Поле EFD (End Frame Delimiter) задает конец кадра. Поле контрольной суммы (CRC — Cyclic Redundancy Check), так же как и преамбула, SFD и EFD, формируются и контролируются на аппаратном уровне.
Поле данных должно включать в себя от 46 до 1500 байт данных. Если пакет должен содержать менее 46 байт данных, то поле данных дополняется байтами заполнения.
Минимальная длина кадра (без преамбулы) составляет 64 байта (512 бит).
Кадры подразделяются на:
информационные;
сигнальные (служебные).
|
Рис. 1.8.7. Кадр.
Fast Ethernet. Стандарт IEEE 802.3u
Основные отличия от Ethernet
• топология – только пассивная звезда или дерево;
• скорость передачи – 100 Мбит/с;
• три основных типа сегментов, отличающихся типами среды передачи
100BASE-T4 (счетверенная витая пара), в России не используется;
100BASE-TX (сдвоенная витая пара);
100BASE-FX (оптоволоконный кабель).
Физический интерфейс
100Base-FX
100Base-TX
Среда передачи
Оптическое волокно
Витая пара UTP Cat.5 (5e)
Сигнальная схема
4B/5B
4B/5B
Битовое кодирование
NRZ
MLT-3
Протяженность сегмента
До 412 м (многомодовое),
до 2 км (дуплекс МмВ),
до 100 км (одномодовое)
До 100 м
Сеть
Радиус действия
Wi-Fi
Локальная
300 м
до 11 Мбит/с
300 м
2,4 ГГц
802.11g
до 54 Мбит/с
300 м
2,4 ГГц
802.11n
300 м
WiMax
Региональная
25-80 км
1-5 км
Bluetooth
Персональная
10 м
100 м
100 м
5-50см, одно-сторонняя –10 м
Табл. 1.8.2. Сети и кабели.
Топология компьютерных сетей – способ объединения компьютеров в сеть. Основные топологии локальных сетей:
– шина (bus)
– звезда (star)
– кольцо (ring)
Другие топологии:
– точка-точка
– ячеистая
– сочетания основных топологий:
– дерево (снежинка)
– Token ring
– двойное кольцо
И др.
Топология сети
Топология сети – это способ соединения компьютеров с помощью физической среды. Если сеть состоит всего из двух компьютеров, то они соединяются "напрямую". Такой способ соединения получил название "точка-точка" ("point-to-point"). Для обеспечения связи более чем двух компьютеров может использоваться последовательность соединений типа "точка-точка" Однако такой подход требует установки на большую часть компьютеров нескольких устройств передачи данных
Простейшая одноранговая сеть. Соединяет 2 сетевых устройства напрямую.
В проводном соединении используется специальный перекрестный кабель (обычно витая пара) – кросс-овер.
В беспроводном соединении физически обеспечивается направленным излучением (направленная антенна, лазер).
Достоинства:
-простота
-дешевизна
Недостатки:
-только 2 хоста в сети
Топология «Шина». Один передающий канал на базе коаксиального кабеля, называемый "шиной". Все сетевые компьютеры присоединяются напрямую к шине. На концах кабеля-шины устанавливаются специальные заглушки - "терминаторы" (terminator). Они необходимы для того, чтобы погасить сигнал после прохождения по шине. К недостаткам топологии "Шина" следует отнести следующее: данные, предаваемые по кабелю, доступны всем подключенным компьютерам; в случае повреждения "шины" вся сеть перестает функционировать.
Удлинение сети возможно с помощью репитеров или концентраторов. Беспроводные сети с ненаправленным излучением также имеют топологию шина.
Сигнал передается всем абонентам сети одновременно. Обычно одноранговая, но есть и варианты с сервером.
Достоинства:
-простота
-дешевизна (мало кабеля)
-выход из строя любого узла не влияет на работу сети
Недостатки:
- высока вероятность коллизий => низкая, негарантированная скорость передачи
- повреждение кабеля останавливает работу сети
Топология «Кольцо». Для топологии «кольцо» характерно отсутствие конечных точек соединения; сеть замкнута, образуя неразрывное кольцо, по которому передаются данные. Эта топология подразумевает следующий механизм передачи: данные передаются последовательно от одного компьютера к другому, пока не достигнут компьютера-получателя. Недостатки топологии "кольцо" те же, то и у топологии "шина":
общедоступность данных;
неустойчивость к повреждениям кабельной системы.
Кольцо. Каждый узел соединен ровно с 2-мя другими, так, что все узлы образуют кольцо. Одноранговая сеть.
Передача ведется только в одну сторону (от одного соседа получаем пакеты, другому передаем).
Получив пакет, узел проверяет, кому он предназначен и от кого пришел. Если предназначен данному узлу – отправить подтверждение доставки. Если другому узлу – переслать по кольцу дальше. Если пришел от самого себя, не передавать (доставка невозможна).
Достоинства:
-невозможны коллизии => фиксированная задержка передачи данных
-дешевле звезды
-большой размер (по протяженности - сигнал не затухает)
Недостатки:
- выход из строя любого узла или повреждение кабеля останавливает сеть
- сложность поиска неисправностей
- размер ограничен
Двойное кольцо. Два кольца с передачей в противоположных направлениях. Очень большой расход кабеля, но надежность и скорость куда выше. Только множественные повреждения кабеля останавливают сеть.
При множественных повреждениях кабеля сеть может распасться на несколько отдельных сетей.
Топология «Звезда». Все компьютеры соединены со специальным устройством, называемым сетевым концентратором или "хабом" (hub), который выполняет функции распределения данных. Прямые соединения двух компьютеров в сети отсутствуют. Благодаря этому, имеется возможность решения проблемы общедоступности данных, а также повышается устойчивость к повреждениям кабельной системы. Однако функциональность сети зависит от состояния сетевого концентратора.
Звезда. Все рабочие станции подключены к одному центральному узлу (серверу). Это может быть компьютер, маршрутизатор, коммутатор. Наиболее распространена на сегодня.
Сервер по очереди получает сигналы от каждого узла и передает только предназначенные данному узлу пакеты.
Достоинства:
-невозможны коллизии => фиксированная задержка передачи данных
-выход из строя рабочих станций не останавливает сеть
Недостатки:
-дороговизна (кабель + сервер)
-выход из строя сервера останавливает всю сеть
-много рабочих станций сильно загружает сервер => размер ограничен
Ячеистая. Произвольное соединение узлов между собой. Чаще используется для крупных сетей, связи маршрутизаторов. Одноранговая.
Достоинства:
-высокая надежность (только выход из строя большого числа узлов может остановить сеть)
- неограниченный размер (по числу узлов)
Недостатки:
- избыточность и дороговизна
- сложность настройки и диагностики, низкая управляемость
Снежинка (дерево). Многоуровневая звезда. Позволяет разгрузить центральный сервер и увеличить размер сети, но стоимость еще выше.
Token ring. Логическое кольцо, реализованное на физической топологии звезда. Передача данных как по кольцу, но реально компьютеры подключены к одному коммутатору, который передает пакеты от соседа к соседу.
Была очень популярна до распространения сетей Ethernet.
Высокая надежность, равноправие всех узлов. Дороговизна.
Коллизия – конфликт при одновременной передаче нескольких пакетов по сети, который приводит к искажению либо потере этих пакетов.
Методы управления обменом устанавливают очередность доступа к сети (захвата сети) всеми абонентами, желающими передавать данные по сети, для избежания или разрешения возникших коллизий.
Методы управления обменом:
Централизованные. Конфликты полностью исключены
Децентрализованные (Детерминированные, конфликты полностью исключены. Случайные, конфликты возможны, но разрешимы).
Централизованное управление. Применяется в топологии звезда, реже - шина. Сервер поочередно опрашивает все периферийные станции и при необходимости предоставляет им право передачи пакета. После окончания передачи пакета право передавать получит следующий по порядку узел (например, по часовой стрелке – географический приоритет).
Особенности:
1. В каждый конкретный момент наивысшим приоритетом обладает следующий по порядку абонент, но в пределах полного цикла опроса ни один из абонентов не имеет никаких преимуществ перед другими.
2. Никому не придется ждать своей очереди слишком долго. Максимальная величина времени доступа для любого абонента в этом случае будет равна суммарному времени передачи пакетов всех абонентов сети кроме данного.
3. Никаких столкновений пакетов при этом методе в принципе быть не может, так как все решения о доступе принимаются в одном месте.
4. При выходе из строя центра сеть прекращает работу.
5. Ограничение числа пользователей из-за возрастающей нагрузки на сервер.
Маркерное управление обменом. Децентрализованный детерминированный метод, применяется в сетях с топологией кольцо, где все пакеты циркулируют по кругу, реже – в шине и пассивной звезде (Token ring).
Маркер (эстафета) – небольшой управляющий пакет специального вида, дающий право на передачу пакета.
Конфликты в такой сети невозможны.
Децентрализованное случайное управление. Используется в равноправных сетях (шина, пассивная звезда).
Решение о том, когда можно передавать свой пакет, принимается каждым абонентом на месте, исходя только из анализа состояния сети. Возникает конкуренция между абонентами за захват сети.
Если сеть свободна (никто не передает своих пакетов), то абонент сразу начинает свою передачу. Если же в момент возникновения заявки на передачу сеть занята, то абонент ждет освобождения сети, и начинает передачу после ее освобождения.
Возникновение коллизий возможно при одновременном начале передачи несколькими абонентами
– когда сеть свободна (редко);
сразу после освобождения сети (часто).
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий. Если во время передачи возникла коллизия, узел ждет случайное время и повторяет попытку передачи.
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) – множественный доступ с контролем несущей и избежанием коллизий. Перед началом передачи в сеть запускается пробный пакет. Если сеть свободна, начинается передача пакета. Если во время передачи другой узел запускает пробный пакет, передача останавливается, и через случайный интервал времени повторяется.
