12
действующих в режиме коммутации пакетов в сети передачи данных общего
пользования. Реализует три уровня протокола: физический, канальный и
сетевой.
Термин Х.25 часто используется для обозначения сетей с коммутацией
пакетов, что не совсем верно. Рекомендация Х.25 специфицирует только
интерфейс сетевого доступа, но не устанавливает порядок функционирования
сети и правила управления ею.
- X.75 — стандарт, предназначенный для сетей пакетной коммутации,
который описывает структуру сообщений для обмена по международным
каналам между шлюзами сетей Х.25.
- Х.121 — стандарт, определяющий международную систему
адресации в сетях Х.25.
- Х.400 — международный стандарт, предназначенный для
спецификации систем передачи сообщений и описывающий методы
электронного обмена (текстами, графикой, факсами и др.). Основное
назначение стандарта заключается в обеспечении взаимодействия между
различными системами электронной почты.
- Х.500 — стандарт, предназначенный для поддержки глобальной
службы каталогов Интернета. Ядро Х.500 составляет каталог Х.500,
представляющий собой распределенную иерархическую справочную базу
данных (БД) всех поименованных сетевых объектах, в том числе ресурсах,
приложениях и пользователях. Доступ к каталогу Х.500 осуществляется с
помощью «агента пользователя каталога» — DUA (Directory User Agent) при
помощи основного протокола — DAP (Directory Access Protocol) либо
облегченного протокола — LDAP (Lightweight Directory Access Protocol),
который также называют «облегченным протоколом Х.500». LDAP
предоставляет простые средства просмотра каталогов и извлечения из них
требуемых данных. Использование единого стандарта позволяет осуществить
интеграцию различных типов электронной почты, используемых различными
13
производителями. Принятый в 1988 году, Х.500 в последнее время, получил
широкое распространение и в корпоративных сетях.
1.1.4. Американские стандарты IEEE
Протоколы локальных сетей представляют собой набор протоколов
первого и второго уровней эталонной модели, определяющих архитектуру
локальной сети, в том числе ее топологию, среду передачи и аппаратные
средства. Основополагающими для локальных сетей являются стандарты
серии IEEE, с помощью которых определяется основная терминология,
архитектура и протоколы двух нижних уровней модели OSI.
Стандарт IEEE 802.1 является общим документом, определяющим
архитектуру и прикладные процессы системного сетевого управления,
методы объединения сетей на подуровне управления доступом к среде
передачи. В соответствии с данным стандартом, канальный уровень разбит
на два подуровня:
-управления логическим каналом (УЛК);
-управления доступом к физической среде (УДС).
Изначально, стандарт IEEE 802.6 был разработан для локальных сетей,
радиусом до 25 км, и использующих аппаратное обеспечения систем
кабельного телевидения. Этот стандарт предусматривает передачу данных,
речи, изображений и позволяет создавать так называемые городские
локальные сети.
Работы по стандартизации локальных компьютерных сетей
продолжаются и в настоящее время. Так, в подкомитете IEEE 802.11
разрабатывается стандарт на радиосети для мобильных компьютеров, а в
комитете IEEE 802.12 рассматривается стандарт на высокоскоростные
компьютерные сети 100VG-AnyLAN.
В 1985 году серия стандартов IEEE 802 была принята Международной
организацией стандартов за основу международных стандартов физического
и канального уровней ISO/DIS 8802/2.2 - ISO/DIS 8802/5.
14
Стандарты IEEE 802 имеют достаточно четкую структуру,
приведенную на рис. 2:
Рисунок 2 - Структура стандартов IEEE 802.X
Данная структура является результатом большой работы, проведенной
комитетом 802 по выделению в разных фирменных технологиях общих
подходов и общих функций, а также согласованию стилей их описания. В
результате канальный уровень был разделен на два упомянутых подуровня.
Описание каждой технологии разделено на две части:
-описание уровня MAC;
-описание физического уровня.
Как видно из представленного рисунка, практически у каждой
технологии единственному протоколу уровня MAC соответствует несколько
вариантов протоколов физического уровня. В целях экономии места, на
рисунке 1.2 приведены только технологии Ethernet и Token Ring, но все
сказанное справедливо также и для остальных технологий, таких как ArcNet,
FDDI, l00VG-AnyLAN.
15
1.2. Топологии вычислительных локальных сетей
Топологией сети называется ее физическая конфигурация в совокупности
с сетевыми логическими характеристиками. Термин «топология» является
стандартом, используемым при описании основной компоновки сети.
Используемые сетевые топологии определяют возможности сетей.
Существует два основных типа топологий: физическая и логическая
Логическая топология описывает правила взаимодействия элементов сети
при передаче данных.
Физическая топология определяет, каким образом реализовано соединение
носителей данных.
Топология сети определяет физическое расположение компьютеров,
кабельной инфраструктуры и других сетевых компонентов, а также
обуславливает характеристики сети. Выбор того или иного варианта сетевой
топологии определяет:
- состав сетевого оборудования, необходимого для построения сети;
- характеристики сетевого оборудования;
- возможности дальнейшего расширения сети;
- способ сетевого управления.
Сетевая конфигурация может быть децентрализованной, в данном случае,
линия связи "обегает" каждую станцию в сети. Или централизованной, когда
каждая станция с помощью физической линии, подключается к некоторому
центральному устройству, осуществляющему распределение фреймов и пакетов
между станциями.
В качестве примера централизованной конфигурации, можно привести
топологию «звезда», когда рабочие станции располагаются на концах ее лучей.
Децентрализованная конфигурация напоминает цепочку, где каждое звено
имеет свое конкретное положение, а все вместе они образуют единую цепь.
Логические характеристики сетевой топологии определяют маршрут
пакета при передаче по сети.
16
При выборе той или иной сетевой топологии необходимо учитывать, ее
возможности в отношении обеспечения надежной и эффективной работы сети,
удобство управления потоками данных, циркулирующей в сети. Немаловажное
значение имеет также, стоимость создания сети и дальнейшего ее
сопровождения, а также наличие возможности дальнейшего расширения сети и
перехода к более высокоскоростным технологиям.
1.2.1. Физические топологии вычислительных сетей
На настоящее время, существует три базовые сетевые топологии, на
основе которых строится большинство локальных сетей:
-шина (bus). Компьютеры подключены вдоль одного кабеля;
-звезда (star). К сегментам кабеля, исходящим из одной точки;
-кольцо (ring). Компьютеры подключены к, замкнутому в кольцо кабелю.
Все базовые топологии достаточно просты сами собой, но в практической
деятельности, довольно часто встречаются их сложные комбинации,
позволяющие объединять в одной сети свойства нескольких топологий.
В топологии «шина», все элементы сети соединяются друг с другом с
помощью одного кабеля, как это показано на рис. 3
Сервер
Рабочая станция 1 Рабочая станция 2 Рабочая станция 3
Сетевой кабель
Рисунок 3 - Топология «шина»
17
В сети с шинной топологией, передающая станция адресует данные
конкретному компьютеру, с помощью MAC-адресов. Данные передаются по
кобелю, к которому подключены все компьютеры сети, но информацию
принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя.
Особенностью шинной топологии является то, что в каждый момент
времени, вести передачу может только один компьютер и производительность
такой сети определяется количеством компьютеров, подключенных к шине. Чем
больше компьютеров, тем медленнее работает сеть.
Помимо количества подключенных компьютеров, на быстродействие сети
влияет также, ряд факторов, а именно:
- характеристики аппаратных средств сетевых компьютеров;
-частота передачи данных;
-характеристики сетевых приложений;
-тип используемого кабеля;
-расстояние между сетевыми элементами.
«Шина» является пассивной топологией, что предусматривает только
"прослушку" компьютерами, передаваемых по сети данных, но они не
перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, при выходе из строя
одного из них, работа сети не нарушается.
Еще одной особенностью шинной сетевой топологии является то, что,
распространяясь по кабелю и достигнув его конца, сигнал отражается и создает
сильные помехи, не позволяющие осуществлять передачу с остальных
компьютеров. С целью подавления отражений электрических сигналов, на
каждом конце кабеля устанавливают заглушки (терминаторы, terminators) (рис.
4). Все концы сетевого кабеля не должны быть свободными, а должны
подключаться к чему-либо (компьютер или баррел-коннектор). Любой
свободный конец кабеля должен быть оснащен терминатором, для подавления
отражения электрических сигналов.
18
Рисунок 4 - Установка терминатора
Нарушение функционирование сети может быть обусловлено физическим
обрывом сетевого кабеля или отключения одного из его концов. При отсутствии
терминаторов на одном или нескольких концах кабеля приводит к
возникновению отражений электрических сигналов и нарушению
функционирования сети. Сами по себе компьютеры в сети сохраняют
работоспособность, но не могут взаимодействовать друг с другом.
Существенными недостатками топологии «шина» являются:
-трудности дальнейшего расширения сети;
-невысокая скорость работы сети, обусловленная тем, что в один момент
времени передачу может осуществлять только одно устройство;
-компьютеры только «слушают» кабель и не имеют возможности
восстановления, затухающих при передаче по сети, сигналов;
-невысокая надежность сети.
Недостатки, свойственные для шинной топологии, свели на нет прошлую
популярность таких сетей, и в настоящее время, эта топология уже практически
не используются.
Топология сети типа «шина» известна как логическая топология Ethernet
10 Мбит/с.
19
При увеличении количества рабочих станций, эффективность работы сети
снижается. В этом случае, выходом является увеличение количества сегментов
для обслуживания групп с меньшим числом пользователей.
В качестве сетевого сегмента может выступать шина или единичный
пользователь. Для организации шинных сегментов применяется коаксиальный
кабель.
Топология «звезда» возникла еще на заре вычислительной техники.
Данная топология предполагает подключение всех компьютеров сети к
центральному, главному, компьютеру, именуемому концентратором (hub).
Схема топологии "звезда" приведена на рис. 5.
Рабочая станция 1
Рабочая станция 2
Рабочая станция 3
Рабочая станция 4
Сегменты кабеля
Рисунок 5 - Схема топологии «звезда»
Через концентратор, сигналы от передающего компьютера передаются ко
всем остальным.
«Звезда» является одной из наиболее распространенных топологий, что
связано с простой обслуживания такой сети. В сетях с топологией «звезда», в
20
основном используется кабель витая пара UTP категория 3 или 5 и
обеспечивается хорошая масштабируемость сети и гибкое администрирование.
К особым недостаткам можно отнести: выход из строя центрального
концентратора приводит к полной неработоспособности сети и увеличенный
расход кабеля при организации сети.
Топология типа «звезда» нашла свое отражение в технологии Fast Ethernet.
При организации сети по топологии «кольцо», сетевой кобель замыкается
в «кольцо», и к нему подключаются компьютеры. Сетевой кабель не имеет
свободного конца, поэтому отпадает необходимость в использовании
терминаторов. Схема сети на основе кольцевой топологии приведена на рис. 6.
Сервер
Рабочая станция 1
Рабочая станция 2
Рабочая станция 3
Рабочая станция 4
Рисунок 6 - Схема сети по топологии «кольцо»
Передача сигналов по кольцу осуществляется в одном направлении, при
этом сигналы проходят через каждый компьютер. В результате, каждый
компьютер является репитером, усиливая сигналы и передавая их следующему
компьютеру. В этом заключается главное отличие «звезды» от пассивной
21
шинной топологии. Но в этом заключается и главный недостаток топологии
«звезда», при выходе из строя одного компьютера, прекращает
функционировать вся сеть.
Одним из принципов передачи данных в сети, построенной на основе
топологии «кольцо», является передача маркера. Данный принцип сводится к
тому, что маркер последовательно передается от одного компьютера к другому,
пока его не получит тот, который готов к передаче данных. Передающий
компьютер модифицирует маркер, добавляет адрес получателя в данные и
посылает их по кольцу.
Данные последовательно проходят через каждый компьютер, пока не
достигнут того, чей адрес соответствует, указанному в них, адресу получателя.
Далее, принимающий компьютер посылает подтверждение о получении
данных, в адрес передающей машины. После получения подтверждения,
передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть.
Использование маркера исключает возможность возникновения коллизий .
Скорость передвижения маркера по кольцу, достигает очень высоких
значений. В кольце диаметром 200 метров маркер может циркулировать с
частотой 10 000 оборотов в секунду.
Существенным недостатком кольцевой топологии является то что,
выход из строя одной рабочей станции, нарушает работоспособность сети
в целом.
Наиболее широкое распространение кольцевая топология получила в
сетях на основе оптоволоконного кабеля, к примеру, Gigabit Ethernet.
Существующие компьютерные сети подвергаются постоянному
расширению и модернизации. В связи с этим, практически любая сеть
становится гибридной, ее топология, зачастую, представляет собой комбинацию
нескольких базовых топологий. Из подобных комбинаций, особо следует
выделить топологию «дерево» (tree), которая, по сути, представляет собой
объединение нескольких «звезд» (рис. 7). Именно данная топология является
наиболее популярной при организации современных локальных сетей.