Аналіз та оцінка типових топологій обчислювальних мереж

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Сучасна гуманітарна академія
Напрям підготовки / спеціальність ДОПУСК ДО ЗАХИСТУ:
ІНФОРМАТИКА І ВТ Наказ СГА № _______
від «____»______ 200__р.

Випускна кваліфікаційна робота

Тема:
Аналіз та оцінка типових топологій обчислювальних мереж
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
Керівник: _______________________ / ______________ /
П. І. Б. підпис
Дата подання роботи «____» ______________ 200__р.
Мурманськ 2008 р .

ЗМІСТ
Введення
1 Фізичні топології мереж
1.1. Базові топології мереж
1.2.Прочіе топології мереж (Цепочечная, повнозв'язна, чарункова, комбінована)
2 Логічні топології мереж
2.1 Логічна шина
2.2 Логічне кільце
2.3 Логічна зірка (комутація)
3Особенності практичної застосовності мереж Ethernet різних класів
3.1 Клас 10BaseY
3.2 Клас 100BaseY
3.3 Клас 1000BaseT (GigabitEthernet)
Висновок
Глосарій
Бібліографічний список
Програми

ВСТУП
1) У сучасному суспільстві існує одна з потреб-це зв'язок між людьми, країнами, континентом. Вона повинна бути швидкою, надійною та зручною.
Зв'язок між комп'ютерами забезпечують мережі
2) У даній роботі будуть розглянуті основні типові топології обчислювальних мереж.
Актуальність даної роботи зумовлена ​​тим, що у зв'язку з поширенням персональних комп'ютерів і створенням на їх основі автоматизованих робочих місць (АРМ) зросло значення локальних обчислювальних мереж (ЛВС), що є об'єктом мого дослідження. Предметом дослідження є основні топології обчислювальних мереж. Метою дослідження є аналіз і оцінка основних топологій мереж, а в завдання дослідження входить 1) вивчення топологій мереж, 2) висновок про роботу мереж з різною топологією, 3) виявлення достоїнств мереж і недоліків, можливість розбиратися в переваги і недоліки топологій, що впливають на продуктивність мережі.
Методи: 1) аналіз літератури; 2) інтерпретація даних; 3) відбір необхідного матеріалу; 4) якісний та кількісний опис топології обчислювальних мереж
Правильно організована і уміло експлуатована мережа забезпечує цілий ряд переваг в порівнянні з окремим комп'ютером:
1. Розподіл даних (Data Sharing). Дані в мережі зберігаються на центральному РС і можуть бути доступні для будь-якого РС, підключеного до мережі, тому не треба на кожному робочому місці зберігати одну і ту ж інформацію.
2. Розподіл ресурсів (Resource Sharing). Периферійні пристрої можуть бути доступні для всіх користувачів мережі, наприклад: принтер, факс-модем, сканер, диски, вихід у глобальну мережу.
4. Розподіл програм (Software Sharing). Всі користувачі мережі можуть мати доступ до програм, які були один раз централізовано встановлені.
5. Електронна пошта (Electronic Mail). Всі користувачі мережі можуть передавати і приймати повідомлення.
6. Забезпечення широкого діапазону розв'язуваних завдань, що пред'являють підвищені вимоги до продуктивності і обсягом пам'яті [1].
Локальні мережі мають деякі особливості. Головна з них - це зв'язок. Вона повинна бути швидкою, надійною та зручною. Зазвичай, локальні мережі не виходять за межі кількох кімнат або однієї будівлі, тому довжина лінії зв'язку зазвичай не перевищує кількох сотень метрів. Вони пов'язують між собою обмежена кількість комп'ютерів. Все це дозволяє забезпечити якісний зв'язок. Тому швидкість передачі даних звичайно складає від 10 Мбіт / с і вище. До того ж, потрібна надійна зв'язок, інакше при виправленні помилок втрачається виграш у швидкості. Також необхідно невеликий час очікування встановлення зв'язку, так як воно включено в загальний час передачі інформації. При таких високих вимогах в локальних мережах використовуються спеціальні технічні засоби.
При побудові мереж ЕОМ, в т.ч. локальних, говорять про їх топології.
Під топологією (компонуванням, конфігурацією, структурою) комп'ютерної мережі зазвичай розуміється фізичне розташування комп'ютерів мережі один щодо одного і спосіб з'єднання їх лініями зв'язку. Поняття топології ставиться насамперед до локальних мереж, в яких структуру зв'язків можна легко простежити. У глобальних мережах структура зв'язків звичайно схована від користувачів і не занадто важлива, тому що кожен сеанс зв'язку може вироблятися за своїм власним шляхом.
Топологія визначає вимоги до обладнання, тип використовуваного кабелю, можливі і найбільш зручні методи керування обміном, надійність роботи, можливості розширення мережі.
Мережева топологія може бути:
· Фізичною - описує реальне розташування і зв'язки між вузлами мережі.
· Логічною - описує ходіння сигналу в рамках фізичної топології.

1 ФІЗИЧНІ ТОПОЛОГІЇ МЕРЕЖ

Фізична топологія описує реально використовуються способи організації фізичних з'єднань різного мережевого обладнання (що використовуються кабелі, роз'єми та способи підключення мережного обладнання). Фізичні топології розрізняються за вартістю і функціональності.
Для мереж із селекцією даних характерні широкомовні топології. Їх основні різновиди - шина, дерево, зірка з пасивним центром.
Для мереж з маршрутизацією даних характерні послідовні («точка-точка») топології: зірка з інтелектуальним центром, кільце, ланцюжок, повнозв'язна, довільна [2].
Базові топології мереж: шина, зірка і кільце докладніше будуть розглянуті нижче.

1.1 Базові топології мереж

Для організації мережі мінімально необхідно одна лінія передачі даних і по одному мережевому інтерфейсу для кожного учасника мережі. Така топологія називається шинної (інша назва - моноканал). До єдиної незамкненою лінії передачі даних в довільних точках підключаються всі учасники
Шина дозволяє легко додавати нових учасників до мережі, для прокладки лінії потрібна мінімальна кількість кабелю. Основний недолік - будь-який розрив лінії робить мережу непрацездатною. До того ж така відмова досить важко локалізувати, оскільки всі абоненти включені паралельно, і зрозуміти, який з них вийшов з ладу, неможливо.
У топології шина відсутній явно виражений центральний абонент, через який передається вся інформація, це збільшує її надійність (адже при відмові центру перестає функціонувати вся керована їм система).
Оскільки центральний абонент відсутній, розв'язання можливих конфліктів у цьому випадку лягає на мережне обладнання кожного окремого абонента. У зв'язку з цим мережна апаратура при топології шина складніша, ніж при інших топологіях. Тим не менше з-за широкого розповсюдження мереж з топологією шина (насамперед найбільш популярної мережі Ethernet) вартість мережного обладнання не надто висока.
Важлива перевага шини полягає в тому, що при відмові будь-якого з комп'ютерів мережі, справні машини зможуть нормально продовжувати обмін.
У разі розірвання або пошкодження кабелю порушується узгодження лінії зв'язку, і припиняється обмін навіть між тими комп'ютерами, які залишилися з'єднаними між собою. Детальніше про узгодження буде викладено в спеціальному розділі книги. Коротке замикання в будь-якій точці кабелю шини виводить із ладу всю мережу.
Відмова мережного устаткування будь-якого абонента в шині може вивести з ладу всю мережу. До того ж така відмова досить важко локалізувати, оскільки всі абоненти включені паралельно, і зрозуміти, який з них вийшов з ладу, неможливо.
При проходженні по лінії зв'язку мережі з топологією шина інформаційні сигнали послабляються й ніяк не відновлюються, що накладає жорсткі обмеження на сумарну довжину ліній зв'язку. Причому кожен абонент може одержувати з мережі сигнали різного рівня залежно від відстані до передавального абонента. Це висуває додаткові вимоги до прийомних вузлів мережного устаткування.
Якщо прийняти, що сигнал у кабелі мережі послаблюється до гранично допустимого рівня на довжині L пр, то повна довжина шини не може перевищувати величини L пр [3]. У цьому сенсі шина забезпечує найменшу довжину в порівнянні з іншими базовими топологіями.
Для збільшення довжини мережі з топологією шина часто використають кілька сегментів (частин мережі, кожний з яких представляє собою шину), з'єднаних між собою за допомогою спеціальних підсилювачів та відновників сигналів - репітерів або повторювачів. Однак таке нарощування довжини мережі не може тривати нескінченно. Обмеження на довжину пов'язані з кінцевою швидкістю поширення сигналів по лініях зв'язку.
Якщо декілька шин - сегментів з'єднати за допомогою концентраторів або повторювачів, то розрив в одному сегменті робить непрацездатним тільки цей сегмент, а всі інші сегменти продовжують функціонувати. Така топологія носить назву «Дерево»
У зіркоподібною топології прийнято розрізняти два типи топологій:
1. зірка з пасивним центром;
2. зірка з інтелектуальним центром.
Зіркоподібна топологія вимагає наявності спеціального многопортового пристрою - концентратора.
Концентратор з'єднується з кожним учасником мережі окремої линів передачі даних. При виході з ладу однієї з ліній доступ до мережі втрачає тільки один учасник. Однак, якщо відмовить концентратор, робота мережі стане повністю неможливою.
Серед концентраторів виділяються активні (active) і пасивні (passive). Активні концентратори регенерують і передають сигнали так само, як це роблять репітери. Іноді їх називають багатопортовими репітерами - вони мають від 8 до 12 портів для підключення комп'ютерів.
Деякі типи концентраторів є пасивні, наприклад монтажні панелі або комутуючі блоки. Вони просто пропускають через себе сигнал як вузли комутації, не посилюючи і не відновлюючи його [4]. Пасивні концентратори не треба підключати до джерела живлення.
Гібридними (hybrid) називаються концентратори, до яких можна підключати кабелі різних типів. Мережі, побудовані на концентраторах, легко розширити, якщо підключити додаткові концентратори (див. Додаток 1).
Активне обладнання володіє інформацією про структуру мережі і може вибирати шлях передачі даних, передаючи дані тільки одному учасникові, для якого вони призначені і не завантажуючи інші лінії.
Велике достоїнство зірки (як активної, так і пасивної) полягає в тому, що всі точки підключення зібрані в одному місці. Це дозволяє легко контролювати роботу мережі, локалізувати несправності шляхом простого відключення від центру тих чи інших абонентів (що неможливо, наприклад, у випадку шинної топології), а також обмежувати доступ сторонніх осіб до життєво важливим для мережі точок підключення. До периферійному абоненту у випадку зірки може підходити як один кабель (по якому йде передача в обох напрямках), так і два (кожний кабель передає в одному з двох зустрічних напрямків), причому останнє зустрічається набагато частіше.
Загальним недоліком для всіх топологій типу зірка (як активної, так і пасивної) є значно більший, ніж при інших топологіях, витрата кабелю. Наприклад, якщо комп'ютери розташовані в одну лінію, то при виборі топології зірка знадобиться в кілька разів більше кабелі, ніж при топології шина. Це істотно впливає на вартість мережі в цілому і помітно ускладнює прокладку кабелю.
При кільцеподібної топології кожен учасник з'єднаний окремою лінією передачі даних з двома сусідами. Дані по кожній лінії передаються зазвичай тільки в одному напрямку. Блоки даних ретранслюються кожним учасником до тих пір, поки не потраплять до одержувача. Як правило, після цього блок продовжують передавати по кільцю далі. Відправник, отримавши свій блок, що пройшов повне коло, вилучає його з кільця і ​​видаляє. Основний недолік кільцевої топології - при обриві хоча б однієї лінії, або вихід з ладу хоча б одного учасника, мережа перестає функціонувати.
Якщо гранична довжина кабелю, обмежена загасанням, становить L пр, то сумарна довжина кільця може досягати NL пр, де N - кількість комп'ютерів в кільці. Повний розмір мережі в межі буде NL пр / 2, так як кільце доведеться скласти вдвічі [5]. На практиці розміри кільцевих мереж досягають десятків кілометрів (наприклад, у мережі FDDI). Кільце в цьому відношенні істотно перевершує будь-які інші топології.
Чітко виділеного центру при кільцевій топології немає, всі комп'ютери можуть бути однаковими і рівноправними. Однак досить часто в кільці виділяється спеціальний абонент, який управляє обміном або контролює його. Зрозуміло, що наявність такого єдиного керуючого абонента знижує надійність мережі, так як вихід його з ладу одразу ж паралізує весь обмін.
Строго кажучи, комп'ютери в кільці не є повністю рівноправними (на відміну, наприклад, від шинної топології). Адже один з них обов'язково отримує інформацію від комп'ютера, провідного передачу в даний момент, раніше, а інші - пізніше. Саме на цій особливості топології і будуються методи керування обміном по мережі, спеціально розраховані на кільце. У таких методах право на наступну передачу (або, як ще кажуть, на захоплення мережі) переходить послідовно до наступного по колу комп'ютера. Підключення нових абонентів у кільце виконується досить просто, хоча і вимагає обов'язкової зупинки роботи всієї мережі на час підключення. Як і у випадку шини, максимальна кількість абонентів у кільці може бути досить велика (до тисячі і більше). Кільцева топологія звичайно має високу стійкість до перевантажень, забезпечує впевнену роботу з великими потоками переданої по мережі інформації, так як в ній, як правило, немає конфліктів (на відміну від шини), а також відсутній центральний абонент (на відміну від зірки), який може бути перевантажений великими потоками інформації.
З трьох розглянутих топологій кільце найбільш вразливе до пошкоджень кабелю, тому в разі топології кільця зазвичай передбачають прокладку двох (або більше) паралельних ліній зв'язку, одна з яких перебуває в резерві.
Іноді мережа з топологією кільце виконується на основі двох паралельних кільцевих ліній зв'язку, що передають інформацію в протилежних напрямках. Мета подібного рішення - збільшення (в ідеалі - удвічі) швидкості передачі інформації по мережі. До того ж при ушкодженні одного з кабелів мережа може працювати з іншим кабелем (правда, гранична швидкість зменшиться).
1.2 Інші топології (Цепочечная, повнозв'язна, ічеістая, комбінована)
На практиці нерідко використовують і інші топології локальних мереж, наприклад Цепочечная, повнозв'язна, чарункова, комбінована.
Цепочечная топологія виходить з кільця при видаленні однієї з ліній. На відміну від кільця, лінії повинні передавати дані в обох напрямках.
Повнозв'язна топологія - граничний максимальний випадок, повнозв'язна мережа «кожен з кожним», при n учасниках вимагає наявності n * (n-1) / 2 ліній передачі даних і n * (n-1) мережевих інтерфесом.
Вихід з ладу будь-якої однієї лінії передачі даних (можливо, навіть декількох ліній) не впливає на роботу мережі - можна знайти інший маршрут для передачі даних. Недолік - найбільше серед усіх топологій кількість обладнання та кабелів.
Довільна топологія - топологія, одержувана з повнозв'язної видаленням однієї або кількох ліній. Єдине обмеження - отримана мережа повинна бути пов'язаної. Така топологія дозволяє забезпечити високу надійність зв'язку (за рахунок декількох можливих шляхів передачі даних) там, де це потрібно, не витрачаючи зайві кошти на обладнання і кабель там, де цього не потрібно.
Досить часто застосовуються і комбіновані топології, серед яких найбільшого поширення набули зоряно-шинна (.
У зірково-шинної (star-bus) топології використовується комбінація шини та пасивної зірки. У цьому випадку до концентратора підключаються як окремі комп'ютери, так і цілі шинні сегменти, тобто на самому ділі реалізується фізична топологія шина, що включає всі комп'ютери мережі [6]. У даній топології може використовуватися і кілька концентраторів, з'єднаних між собою і утворюють так звану магістральну, опорну шину. До кожного з концентраторів при цьому підключаються окремі комп'ютери або шинні сегменти. Таким чином, користувач отримує можливість гнучко комбінувати переваги шинної і зоряної топологій, а також легко змінювати кількість комп'ютерів, підключених до мережі.
У випадку зірково-кільцевої (star-ring) топології в кільце об'єднуються не самі комп'ютери, а спеціальні концентратори (зображені на рис. 1.9 у вигляді прямокутників), до яких у свою чергу підключаються комп'ютери за допомогою зіркоподібних подвійних ліній зв'язку. У дійсності всі комп'ютери мережі включаються в замкнуте кільце, тому що усередині концентраторів всі лінії зв'язку утворюють замкнутий контур (як показано на рис. 1.9). Дана топологія дозволяє комбінувати переваги зіркової й кільцевої топологій. Наприклад, концентратори дозволяють зібрати в одне місце всі точки підключення кабелів мережі. Приклад змішаної топології (див. Додаток 2).
Отже, розглянувши основні фізичні топології мережі, можна зробити висновок про існування деяких найважливіших факторів, що впливають на працездатність мережі і безпосередньо пов'язані з поняттям топологія. Це:
- Справність комп'ютерів (абонентів), підключених до мережі. У деяких випадках поломка абонента може заблокувати роботу всієї мережі. Іноді несправність абонента не впливає на роботу мережі в цілому, не заважає іншим абонентам обмінюватися інформацією.
- Справність мережевого устаткування, тобто технічних засобів, безпосередньо підключених до мережі (адаптери, трансивери, роз'єми і т.д.). Вихід з ладу мережного обладнання одного з абонентів може позначитися на всій мережі, але може порушити обмін тільки з одним абонентом.
- Цілісність кабелю мережі. При обриві кабелю мережі (наприклад, з-за механічних впливів) може порушитися обмін інформацією у всій мережі або в одній з її частин. Для електричних кабелів настільки ж критично коротке замикання в кабелі.
- Обмеження довжини кабелю, пов'язане з загасанням поширюється по ньому сигналу [7].
Більшість мереж орієнтовані на три базові топології: шина, зірка, кільце. Але, порівнюючи основні характеристики цих топологій, можна віддати перевагу топології типу «зірка» (див. Таблицю 1.1, Таблицю 1.2).
Таблиця 1.1
Характеристики топологій обчислювальних мереж
Характеристики
Топологія
Зірка
Кільце
Шина
Вартість розширення
Незначна
Середня
Середня
Приєднання абонентів
Пасивне
Активне
Пасивне
Захист від відмов
Незначна
Незначна
Висока
Розміри системи
Будь-які
Будь-які
Обмежені
Захищеність від прослуховування
Хороша
Хороша
Незначна
Вартість підключення
Незначна
Незначна
Висока
Поведінка системи при високих навантаженнях
Гарне
Задовільний
Погане
Можливість роботи в реальному режимі часу
Дуже гарна
Хороша
Погана
Розведення кабелю
Хороша
Задовільна
Хороша
Обслуговування
Дуже хороше
Середнє
Середнє

Таблиця 1.2

Переваги та недоліки основних топологій комп'ютерних мереж

Топологія
Переваги
Недоліки
Шина
Невеликий час встановлення мережі;
Дешевизна (потрібно менше кабелю і мережевих пристроїв);
Простота настройки;
Вихід з ладу робочої станції не відбивається на роботі мережі;
Будь-які неполадки в мережі, як обрив кабелю, вихід з ладу термінатора повністю знищують роботу всієї мережі;
Складна локалізація несправностей;
З додаванням нових робочих станцій падає продуктивність мережі
Кільце
Простота установки;
Практично повна відсутність додаткового обладнання;
Можливість роботи на високих швидкостях, оскільки дані передаються тільки в одному напрямку.
Вихід з ладу однієї робочої станції, та інші неполадки (обрив кабелю), відображаються на працездатності всієї мережі;
Складність конфігурування та налаштування;
Складність пошуку несправностей;
Зірка
Вихід з ладу однієї робочої станції не відбивається на роботі всієї мережі в цілому;
Хороша масштабованість мережі;
Легкий пошук несправностей і обривів в мережі;
Висока продуктивність мережі
Гнучкі можливості адміністрування
Вихід з ладу центрального концентратора обернеться непрацездатністю мережі в цілому;
Для прокладання мережі найчастіше потрібна більше кабелі, ніж для більшості інших топологій;
Кінцеве число робочих станцій, тобто число робочих станцій обмежена кількістю портів в центральному концентраторе;
Вибір топології мережі - заняття дуже специфічне. Остаточне рішення приймається після детального розгляду вимог до продуктивності, надійності та умовами роботи мережі. Шинна топологія представляє собою найшвидший і найпростіший спосіб установки маленькою або тимчасової мережі. До недоліків такої топології слід віднести вразливість за неполадки в магістральному кабелі і трудність ізоляції окремих станцій або інших компонентів при неправильній роботі. Але, орієнтуючись на вищевикладений матеріал, можна віддати перевагу топології типу «зірка», яка на сьогоднішній день є найбільш поширеною і популярною, оскільки вона оптимально поєднує в собі самі такі якості як продуктивність, невисока ціна (на «кручений парі»), надійність , простота установки.
Переваги топології «зірка» у порівнянні з «загальною шиною» полягають в більш високій надійності та відмовостійкості локальної мережі, в ній значно рідше виникають «затори», та й кінцеве обладнання працює за «кручений парі» на порядок швидше. При цьому у разі виходу з ладу одного з вузлів мережі вся інша система продовжує працювати стабільно: повна відмова такої локальної мережі відбувається тільки при поломці концентратора. Безумовно, організація мережної системи на основі топології «зірка» вимагає значно більших фінансових витрат, але вони цілком і повністю виправдовуються, коли мова заходить про необхідність забезпечити надійний зв'язок між працюючими в мережі комп'ютерами.

2 ЛОГІЧНІ ТОПОЛОГІЇ МЕРЕЖ

Логічна топологія визначає реальні шляхи руху сигналів при передачі даних по використовуваної фізичної топології. Таким чином, логічна топологія описує шляхи передачі потоків даних між мережними пристроями. Вона визначає правила передачі даних в існуючому середовищі передачі з гарантуванням відсутності перешкод впливають на коректність передачі даних.
Оскільки логічна топологія описує шлях і напрям передачі даних, то вона тісно пов'язана з рівнем MAC (Media Access Control) моделі OSI (підрівень канального рівня). Для кожної з існуючих логічних топологій існують методи контролю доступу до середовища передачі даних (MAC) дозволяють здійснювати моніторинг і контроль процесу передачі даних [8]. Ці методи будуть обговорюватися разом з відповідною їм топологією.
Логічна топологія - це схема з'єднання, пов'язана з методом доступу до передавальної середовищі.
В даний час існує три базові логічні топології: «логічна шина», «логічне кільце» і «логічна зірка» (комутація). Кожна з цих топологій забезпечує переваги в залежності від способів використання. Використовуючи розглянуті раніше малюнки, присвячені фізичним топологиям, завжди потрібно пам'ятати, що логічна топологія визначає напрямок і спосіб передачі, а не схему з'єднання фізичних провідників та пристроїв.
У таблиці 2.2 представлені зведені дані по основних видах локальних мереж (див. Додаток 3).

2.1 Логічна шина
У топології «логічна шина» послідовності даних, звані «кадрами» (frames), у вигляді сигналів поширюються одночасно у всіх напрямках по існуючому середовищі передачі. Кожна станція в мережі перевіряє кожен кадр даних для визначення того, кому адресовані ці дані. Коли сигнал досягає кінця середи передачі, він автоматично гаситься (віддаляється з середовища передачі) відповідними пристроями, званими «термінаторами» (terminators). Таке знищення сигналу на кінцях середовища передачі даних запобігає відбиття сигналу та його зворотне надходження в середу передачі. Якби термінаторів не існувало, то відбитий сигнал накладався б на корисний і спотворював його.
У топології «логічна шина» середовище передачі спільно і одночасно використовується всіма пристроями передачі даних. Для запобігання перешкод при спробах одночасної передачі даних декількома станціями, тільки одна станція в будь-який момент часу має право передавати дані. Таким чином, повинен існувати метод визначення того, яка станція має право передавати дані в кожен конкретний момент часу.
Найбільш часто використовуваним при організації топології логічної шини методом контролю доступу до середовища передачі є CSMA / CD - «метод прослуховування несучої, з організацією множинного доступу і виявленням колізій» (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection). Цей метод доступу дуже схожий на розмову декількох людей в одній кімнаті. Для того, щоб не заважати один одному, в будь-який момент часу говорить тільки одна людина, а всі інші слухають. А починати говорити хто-небудь може тільки, переконавшись у тому, що в кімнаті запанувала мовчанка. Точно таким же чином працює і мережа. Коли яка-небудь станція збирається передавати дані, спочатку вона «прослуховує» (carrier sense) середовище передачі даних з метою виявлення будь-якої вже передавальної дані станції. Якщо будь-яка станція в даний момент виконує передачу, то станція чекає закінчення процесу передачі. Коли середовище передачі звільняється, що чекала станція починає передачу своїх даних. Якщо в цей момент починається передача ще однією або кількома станціями теж очікували звільнення середовища передачі, то виникає "колізія" (collision). Всі передавальні станції виявляють колізію і посилають спеціальний сигнал інформує всі станції мережі про виникнення колізії. Після цього всі станції замовкають на випадковий проміжок часу перед повторною спробою передачі даних. Після цього алгоритм роботи починається спочатку.
Мережа, що базується на топології логічної шини, може також використовувати і технологію «передачі маркера» (token passing) для контролю доступу до середовища передачі даних. При використанні цього методу контролю кожної станції призначається порядковий номер, що вказує черговість у передачі даних. Після передачі даних станцією з максимальним номером, черга повертається до першої станції. Порядкові номери, що призначаються станціям, можуть не відповідати реальній послідовності фізичного підключення станцій до середовища передачі даних. Для контролю того, яка станція в поточний момент часу має право передати дані, використовується контрольний кадр даних, званий «маркером доступу». Цей маркер передається від станції до станції в послідовності, що відповідає їх порядковими номерами. Станція, що отримала маркер, має право передати свої дані. Проте, кожна станція передачі обмежена часом, протягом якого їй дозволяється передавати дані. Після закінчення цього часу станція зобов'язана передати маркер наступної станції.
Робота такої мережі починається з того, що перша станція, що має маркер доступу, передає свої дані і отримує на них відповіді протягом обмеженого проміжку часу (time slot). Якщо станція завершує обмін даними раніше закінчення виділеного їй часу, вона просто передає маркер станції з наступним порядковим номером. Далі процес повторюється. Такий послідовний процес передачі маркера триває безперервно, надаючи можливість кожній станції через суворо певний проміжок часу отримати можливість передати дані.
Топологія «логічної шини» базується на використанні фізичних топологій «шина» і «зірка». Метод контролю доступу і типи фізичних топологій вибираються залежно від вимог до проектованої мережі. Наприклад, кожна з мереж: Ethernet, 10Base-T Ethernet і ARCnet ® використовують топологію «логічна шина». Кабелі в мережах Ethernet (тонкий коаксіальний кабель) підключаються з використанням фізичної топології шина, а мережі 10Base-T Ethernet і ARCnet базуються на топології «зірка». Разом з тим, мережі Ethernet (шина) і 10Base-T Ethernet (зірка) використовують CSMA / CD в якості методу контролю доступу до середовища передачі даних, а в ARCnet (зірка) застосовується маркер доступу.

2.2 Логічне кільце

У топології «логічне кільце» кадри даних передаються з фізичного кільцю до тих пір, поки не пройдуть через всю середовище передачі даних. Топологія «логічне кільце» базується на фізичній топології «кільце». Кожна станція, підключена до фізичного кільцю, отримує дані від попередньої станції і повторює цей же сигнал для наступної станції. Таким чином, дані, повторюючись, слідують від однієї станції до іншої до тих пір, поки не досягнуть станції, якою вони були адресовані. ОДЕРЖУЄ станція, копіює дані з середовища передачі і додає до кадру атрибут, який вказує на успішне отримання даних. Далі кадр з встановленим «атрибутом доставки» продовжує подорож по кільцю до тих пір, поки не досягне станції, спочатку відправила ці дані. Станція, проаналізувавши «атрибут доставки» і переконавшись в успішності передачі даних, видаляє свій кадр з мережі [9].
Метод контролю доступу до середовища передачі в таких мережах завжди базується на технології «маркерів доступу». Проте послідовність отримання права на передачу даних (шлях прямування маркера), не завжди може відповідати реальній послідовності підключення станцій до фізичного кільцю.
Класифікація кільцевих систем грунтується на застосуванні різних методів множинного доступу. Найбільш відомі петлі з жезлових (маркерним) управлінням, яке реалізовано у мережі Token Ring фірми IBM та волоконно-оптичної мережі FDDI (Fiber Distributed Data Interface), що має пропускну здатність 100 Мбіт / с і використовує топологію подвійного (надлишкового) кільця. IBM's Token-Ring є прикладом мережі, що використовує топологію «логічного кільця», що базується на фізичній топології «кільце». Token Ring (маркерне кільце) - архітектура мереж з кільцевою логічною топологією і детермінованим методом доступу із передачею маркера. Стандарт визначений документом IEEE802.5, але IBM - основний провідник цієї архітектури - використовує кілька відрізняється специфікацію.
Логічне кільце реалізується на фізичній зірці, в центрі якої знаходиться MAU (Multistation Access Unit) - хаб з портами підключення кожного вузла. Для приєднання кабелів використовуються спеціальні роз'єми, що забезпечують замикання кільця при відключенні вузла від мережі. При необхідності мережа може розширюватися за рахунок застосування додаткових хабів, пов'язаних в загальне кільце. Вимога безразривності кільця ускладнює кабельне господарство Token Ring, що використовує чотирипровідні екрановані і неекрановані виті пари і спеціальні комутаційні кошти.
Основна перевага Token Ring - свідомо обмежений час очікування обслуговування вузла (на відміну від Ethernet не зростаюче при посиленні трафіку), обумовлене детермінованим методом доступу і можливістю управління пріоритетом. Ця властивість дозволяє використовувати Token Ring в системах реального часу. Крім того, мережі Token Ring легко з'єднуються з мережами на великих машинах (IBM Mainframe).
Недоліками Token Ring є висока вартість обладнання та складність побудови великих мереж (WAN).
Топологія FDDI є протоколом з передачею маркера, подібним Token Ring. Він використовує або топологію "подвійне кільце", або топологію «Зірка». На відміну від Token Ring, в якому мережеве кільце є логічним, а не фізичним, початкова специфікація FDDI призначалася для систем, дійсно замкнутих кабелем в кільце. Однак у даному випадку - це вже подвійне кільце. Подвійне коло (double ring), також зване магістральним кільцем (trunk ring), складається з двох окремих кілець, - основного або первинного (primary) і додаткового (вторинного, secondary), за якими трафік рухається в протилежних напрямках, забезпечуючи відмовостійкість. Довжина подвійного кільця може досягати 100 км , І робочі станцій можуть бути розташовані на відстані до 2 км .
Робочі станції, приєднані до обох кілець, називаються станціями з подвійним підключенням (DASs, dual attachment stations). У разі обриву кабелю або несправності вузла трафік перенаправляється в додаткове кільце і поширюється в протилежному напрямку, зберігаючи можливість доступу до даних будь-який інший системи мережі. Кільце FDDI, що працює в описаному режимі, називається згорнутим кільцем (wrapped ring).
У разі згорнутого кільця, якщо виникне пошкодження у другому кабелі, мережа розпадеться на два ізольованих кільця, і взаємодії в ній будуть перервані. До того ж, згорнуте кільце менш ефективно, ніж повнофункціональне кільце, оскільки трафік змушений пройти додаткове відстань для досягнення місця призначення, тому розглянутий резервний режим - тільки тимчасова міра до тих пір, поки несправність не буде усунута.
Архітектура FDDI забезпечує сумісність з Token Ring, оскільки у них однакові формати кадрів. Однак є й відмінності. У мережі FDDI комп'ютер:
· Захоплює маркер на певний інтервал часу;
· За цей інтервал передає стільки кадрів, скільки встигне;
· Завершує передачу або по закінченні виділеного інтервалу часу, або через відсутність переданих кадрів [10].
Оскільки комп'ютер, завершивши передачу, відразу звільняє маркер, можуть залишитися кілька кадрів, одночасно циркулюють по кільцю. Цим пояснюється вища продуктивність FDDI, ніж Token Ring, яка дозволяє циркулювати в кільці тільки одному кадру.
2.3 Логічна зірка (комутація)
У топології "логічна зірка" використовується метод комутації, що забезпечує обмеження поширення сигналу в середовищі передачі в межах певної її частини. Механізм такого обмеження є основоположним в топології "логічна зірка".
У чистому вигляді, комутація надає виділену лінію передачі даних кожної станції. Коли одна станція передає сигнал іншої станції підключеною до того ж самому комутатора, то комутатор передає сигнал тільки за середовищі передачі даних, що з'єднує ці дві станції. При такому підході можлива одночасна передача даних між декількома парами машин, так як дані, що передаються між будь-якими двома станціями, залишаються "невидимими" для інших пар станцій.
Більшість технологій комутації створюються на базі існуючих мережевих стандартів, привносячи в них новий рівень функціональності. Наприклад, розглянутий раніше стандарт мережі 10Base-T (метод контролю CSMA / CD), дозволяє застосовувати комутацію.
Деякі комутатори розробляються для підтримки можливостей одночасного використання декількох мережевих стандартів. Наприклад, один комутатор може мати порти для підключення станцій як за стандартом 10Base-T Ethernet, так і FDDI (Fiber Distributed Data Interface).
Комутатори мають вбудовану логіку, що дозволяє їм інтелектуально керувати процесом передачі даних між машинами. Внутрішній логіці комутаторів властива висока швидкодія, тому що вони повинні забезпечувати можливість одночасної передачі даних з максимальною швидкістю між кожною парою портів. Таким чином, використання комутаторів дозволяє істотно збільшити продуктивність мережі.
Комутація ілюструє те, що логічна топологія визначається не тільки методом контролю доступу до середовища передачі, але і безліччю інших аспектів схем електронних сполук (комутатор є досить складним і дорогим електронним пристроєм). Комбінуючи нові технології комутації з існуючими логічними схемами з'єднання, інженери отримують можливість створення нових логічних топологій.
Кілька комутаторів можуть бути з'єднані між собою з використанням однієї або декількох фізичних топологій. Комутатори можуть бути використані не тільки для з'єднання індивідуальних станцій, але і цілих груп станцій. Такі групи носять назву «сегментів мережі». За безлічі причин комутація може значно підвищити продуктивність мережі.
Характеристики логічних топологій обчислювальних мереж приведені в таблиці 2.1.
Таблиця 2.1
Характеристики логічних топологій обчислювальних мереж
Логічна топологія
Кабелі
Макс. довжина кабелю
Мін. довжина кабелю
Макс. кількість станцій на один кабель
Макс. число станцій у логічний. мережі
Макс. число сегмен-тів
Макс. загальна довжина логічний. мережі
«Шина»
Ethernet 10 Мбіт / с
тонкий виходи-ний
185 м
4,63 м
30
1024
5 тільки до 3-м можуть бути підключені робочі станції
925 м
«Зірка»
Ethernet 10 Мбіт / с
«Вита пара»,
волоконно-оптичний
«Вита пара» - 100 м,
волоконно-оптичний - 925 м
Ні
2
для обох типів кабелів
1024
2
для обох типів кабелів
925 м
Ethernet 100 Мбіт / с - Fast Ethernet
«Вита пара»,
волоконно-оптичний
«Вита пара» - 100 м,
волоконно-оптичний - 200 м
Ні
2 для обох типів кабелів
1024
2
для обох типів кабелів
200 м
1 Гбіт / с Ethernet
«Вита пара»,
волоконно-оптичний
«Вита пара» - 100 м,
волоконно-оптичний - 5046 м
2 для обох типів кабелів
1024
2
для обох типів кабелів
200 м
Token Ring
«Вита пара» - 4 Мбіт / с
волоконно-оптичний - 16 Мб / с
100 м
На 1 кільці
Екрановані-
рованная «вита пара» - 260,
Неекра-Нерового-нна «вита пара» - 72
1000 м
Логічна топологія
Кабелі
Макс. відстань між вузлами
Макс. довжина мережі
Швидкість передачі даних
Макс. кількість станцій у кільці
«Кільце»
Token Ring
«Вита пара» - волоконно-оптичний -
100 м
1000 м
«Вита пара» - 4 Мбіт / с
волоконно-оптичний - 16 Мб / с
Екранована «вита пара» - 260,
Неекранована «вита пара» - 72
FDDI
(Фіз. топологія - подвійне кільце)
волоконно-оптичний
2 км
200 км
100 км на одне кільце
100 Мбіт / с
500, 1000 сполук
Таким чином, логічна топологія мережі вказує на характер зв'язків між комп'ютерами, особливості поширення інформації, сигналів по мережі. Саме характер зв'язків визначає ступінь відмовостійкості мережі, необхідну складність мережевої апаратури, найбільш підходящий метод керування обміном, можливі типи середовищ передачі (каналів зв'язку), припустимий розмір мережі (довжина ліній зв'язку та кількість абонентів) необхідність електричного узгодження і багато іншого.

3 Класи мереж Ethernet

Ethernet - архітектура мереж з розділяється середовищем і широкомовної передачею (всі вузли отримують пакет одночасно) і методом доступу CSMA / CD. Стандарт визначений документом IEEE802.3. Фізична топологія:
- Шина для коаксіалу,
- Зірка - для витої пари,
- Двухточечное з'єднання - для оптоволокна.
В даний час термін Ethernet використовується для опису всіх локальних мереж, що використовують метод колективного доступу до середовища передачі даних з упізнанням несучої і виявленням колізій.
Класи Ethernet розрізняються, перш за все, пропускною спроможністю ліній, типом використовуваного кабелю, топологією і деякими іншими характеристиками. Кожен з класів мереж Ethernet має власне позначення, що відображає його технічні характеристики, таке позначення має вигляд XBase / BroadY, де X - пропускна здатність мережі, позначення Base або Broad говорить про метод передачі сигналу - основополосний (baseband) або широкосмуговий (broadband), і , нарешті, число Y відображає максимальну довжину сегмента мережі в сотнях метрів, або позначає тип використовуваного в такій системі кабелю, який і накладає обмеження на максимально можливу відстань між двома вузлами мережі, виходячи з власних технічних характеристик [11]. Наприклад, мережа класу 10Base2 має пропускну здатність 10 Мбіт / с, використовує метод передачі даних baseband і допускає максимальну довжину сегмента в 200 м . (Рис. 3.0)

3.1 Клас 10 BaseY
До класу 10BaseY можна віднести: Клас 10Base5 (Thick Ethernet), клас 10Base2 (Thin Ethernet), клас 10BaseT (Ethernet на «кручений парі»), клас 10BaseF (Fiber Optic).
Клас 10Base5 (Thick Eternet), який також іноді називають «товстим Ethernet», - це один з найбільш старих стандартів локальних мереж. Сьогодні вже дуже важко відшукати в продажу обладнання цього типу, тим більше важко знайти діючу мережу, яка працює з даним типом пристроїв.
Мережі стандарту 10Base5 використовували топологію «загальна шина» і створювалися на основі коаксіального кабелю з хвильовим опором 50 Ом і пропускною спроможністю 10 Мбіт / с. Загальна шина локальної мережі обмежувалася з обох сторін термінаторами, проте крім Т-конекторів в подібних системах використовувалися спеціальні пристрої, які отримали загальну назву «трансивери», яке походить від поєднання англійських понять transmitter (передавач) і receiver (приймач). Власне, трансивери були приймачами і передавачами даних між працюючими в мережі комп'ютерами і самою мережею (див. Рис. 3.1). Крім функцій власне приймача-передавача інформації, трансивери забезпечували надійну електроізоляцію працюють у мережі комп'ютерів, а також виконували функції пристрою, що знижує рівень сторонніх електростатичних перешкод. Максимальна довжина коаксіального кабелю, який протягнутий між трансивером і мережним адаптером комп'ютера (трансиверного кабелю) в таких мережах може досягати 25 м , Максимальна довжина одного сегмента мережі (відрізка мережі між двома термінаторами) - 500 м , А мінімальна відстань між точками підключення - 2,5 м . Всього в одному сегменті мережі 10Base5 може працювати не більше 100 комп'ютерів, при цьому кількість спільно працюють сегментів мережі не повинно перевищувати п'яти.
Локальні мережі, що відносяться до класу 10Base2, який також іноді називають Thin Ethernet, є прямими «спадкоємицями» мереж 10Base5. Як і в попередньому випадку, для з'єднання комп'ютерів використовується тонкий екранований коаксіальний кабель з хвильовим опором 50 Ом, оснащений Т-конекторами і термінаторами, однак у такій конфігурації Т-конектори підключаються до гнізда мережевої карти безпосередньо, без використання будь-яких проміжних пристроїв (рис . 3.1). Відповідно, така мережа має стандартну конфігурацію «загальна шина». Максимальна довжина одного сегмента мережі 10Base2 може досягати 185 м , При цьому мінімальна відстань між точками підключення складає 0,5 м . Найбільше число комп'ютерів, що підключаються до одного сегмента такої мережі, не повинно перевищувати 30, максимально допустиму кількість сегментів мережі становить 5. Пропускна здатність даної мережі, як це випливає з позначення її класу, становить 10 Мбіт / с.
Одним з найбільш поширених сьогодні класів локальних мереж Ethernet є мережі 10BaseT. Як і стандарт 10Base2, такі мережі забезпечують передачу даних зі швидкістю 10 Мбіт / с, проте використовують у своїй архітектурі топологію «зірка» і будуються із застосуванням спеціального кабелю, званого twisted pair, або «вита пара». Фактично вита пара представляє собою восьмижильний дріт, в якому для обміну інформації по мережі використовується лише дві пари провідників: одна - для прийому сигналу, і одна - для передачі. В якості центральної ланки в зіркоподібною структурі локальної мережі 10BaseT застосовується спеціальний пристрій, зване хабом, або концентратором. Для побудови розподіленої обчислювальної системи, що складається з декількох мережевих сегментів, можливе підключення декількох хабів у вигляді каскаду, або приєднання через хаб до мережі 10BaseT локальної мережі іншого класу (див. Рис. 3.2), однак слід враховувати ту обставину, що загальна кількість точок підключення в такій системі не повинно перевищувати 1024. Максимально допустима відстань між вузлами мережі 10BaseT становить 100 м , Але можна сказати, що це значення взято швидше з практики побудови таких мереж, оскільки стандарт 10BaseT передбачає інше обмеження: загасання сигналу на відрізку між приймачем і джерелом не повинно перевищувати порогу в 11,5 децибела [12]. Саме даний клас локальних мереж нарівні з 10Base2 буде детально розглядатися далі.
До классу10BaseF (інша назва - Fiber Optic) прийнято відносити розподілені обчислювальні мережі, сегменти яких з'єднані за допомогою магістрального оптоволоконного кабелю, довжина якого може досягати 2 км . Очевидно, що в силу високої вартості такі мережі використовуються в основному в корпоративному секторі ринку і по кишені вони досить великим підприємствам, котрі володіють необхідними засобами для організації подібної системи.
Сеть10BaseF має зіркоподібну топологію, яка, однак, дещо відрізняється від архітектури, прийнятої для мереж 10BaseT (див. Рис. 3.3).
Комп'ютери кожного сегмента такої мережі підключаються до хабу, який, у свою чергу, з'єднується із зовнішнім трансивером сеті10BaseF допомогою спеціального комунікаційного шнура, що підключається до 15-контактного роз'єму AUI (Attachment Unit Interface). Завдання трансивера полягає в тому, щоб, отримавши з свого сегменту мережі електричний сигнал, трансформувати його в оптичний і передати в оптоволоконний кабель. Приймачем оптичного сигналу є аналогічний пристрій, що перетворює його в послідовність електричних імпульсів, які направляються у віддалений сегмент мережі.
Переваги оптичних ліній зв'язку перед традиційними незаперечні. Перш за все діелектричне волокно, що використовується в оптоволоконних кабелях як хвилеводів, володіє унікальними фізичними властивостями, завдяки яким загасання сигналу у такій лінії вкрай мало: воно складає величину порядку 0,2 дБ на кілометр при довжині хвилі 1,55 мкм, що потенційно дозволяє передавати інформацію на відстані до 100 км без використання додаткових підсилювачів і ретрансляторів. Крім того, в оптичних лініях зв'язку частота несучого сигналу досягає 1014 Гц, а це означає, що швидкість передачі даних за такою магістралі може становити 1012біт в секунду [13]. Якщо взяти до уваги той факт, що кілька світлових хвиль може одночасно поширюватися в світловоді в різних напрямках, то цю швидкість можна значно збільшити, організувавши між кінцевими точками оптоволоконного кабелю двонаправлений обмін даними. Інший спосіб подвоїти пропускну здатність оптичної лінії зв'язку полягає в одночасній передачі по оптоволокну декількох хвиль з різною поляризацією. Фактично можна сказати, що на сьогоднішній день максимально можлива швидкість передачі інформації по оптичних лініях поки ще не досягнуто, оскільки досить жорсткі обмеження на "швидкодію» подібних мереж накладає кінцеве обладнання. Воно ж «відповідально» і за відносно високу вартість всієї системи в цілому, оскільки діелектричний кварцовий світловод сам по собі значно дешевше традиційного мідного дроту. На завершення можна згадати і той факт, що оптична лінія в силу природних фізичних законів абсолютно не схильна до впливу електромагнітних завад, а також має істотно великим ресурсом довговічності, ніж лінія, виготовлена ​​із стандартного металевого провідника.
У таблиці 3.1 представлені фізичні інтерфейси стандарту Ethernet IEEE 802.3i і їх основні характеристики
Таблиця 3.1
Фізичний інтерфейс
10Base5
10Base2
10BaseT
10BaseFL
Порт пристрої
AUI
BNC
RJ-45
(MDI або MDI-X)
ST
Середовище передачі
Товстий коакс. кабель (50 Ом)
Тонкий коакс. кабель (50 Ом)
Вита пара UTP cat.3 і вище
Оптичне волокно mm / sm *
Сигнальний код
Манчестер
Манчестер
Манчестер
Манчестер / on-off
Фізична топологія
Шина
Шина
Зірка, дерево
Зірка, дерево
Логічна топологія
Шина
Шина
Шина
Шина
Макс. довжина сегмента (м)
500
185
100
mm - 2000, sm -***
Кількість вузлів на сегмент
100
змішаний сегмент
30
змішаний сегмент
-
з'єднання точка-точка
-
з'єднання точка-точка
Діаметр кабелю (mm)
10
5
0,4-0,6
62,5 / 125 мкм, 50/125 мкм

3.2 Класи 100BaseT, 100BaseTX, 100ВаsеТ4 і 100BaseFX

До класу 100BaseY можна віднести: Клас 100BaseT (Fast Ethernet), клас 100BaseTX, класс100BaseT4, класс100BaseFX.
Клас локальних мереж 100BaseT, званий також Fast Ethernet, з'явився відносно недавно: він був створений в 1992 році групою розробників, званої Fast Ethernet Alliance (FEA). Фактично Fast Ethernet є «спадкоємцем» мереж стандарту 10BaseT, проте на відміну від них дозволяє передавати дані зі швидкістю до 100 Мбіт / с. Так само як і мережі 10BaseT, локальні мережі Fast Ethernet мають зіркоподібну топологію і можуть бути зібрані з використанням кабелю різних типів, найбільш часто вживаним з яких є кручена пари. У 1995 році даний стандарт був схвалений Інститутом інженерів з радіотехніки й електроніки (Institute of Electrical and electronic Engineers, IEEE) і увійшов в специфікацію IEEE 802.3 (це розширення специфікації отримало позначення IEEE 802.3u), здобувши тим самим офіційний статус.
Оскільки клас мереж 100BaseT є прямим нащадком класу 10BaseT, в таких системах використовуються стандартні для Ethernet протоколи передачі даних, а також стандартне прикладне програмне забезпечення, призначене для адміністрування локальної мережі, що значно спрощує перехід від одного типу мережі до іншого. Передбачається, що в не настільки віддаленому майбутньому ця технологія витіснить більшість діючих на сьогоднішній день «застарілих» стандартів, оскільки в процесі розробки даної специфікації одним з основних завдань було збереження сумісності нового різновиду локальних мереж з різними типами кабелю, що у мережах старого зразка, було створено кілька модифікацій стандарту Fast Ethernet. Технологія 100BaseTX має на увазі використання стандартної витої пари п'ятої категорії, в якій задіяно тільки чотири провідники з восьми віють: два - для прийому даних, і два - для передачі. Таким чином, мережі забезпечується двонаправлений обмін інформацією і, крім того, залишається потенційна можливість для подальшого нарощування продуктивності всієї розподіленої обчислювальної системи. У мережах 100BaseT4 також використовується вита пара, однак у ній задіяні всі вісім жив провідника: одна пара працює тільки на прийом даних, одна - тільки на передачу, а що залишилися дві забезпечують двонаправлений обмін інформацією. Оскільки технологія 100BaseT4 передбачає поділ всіх переданих по мережі даних на три незалежних логічних каналу (прийом, передача, прийом-передача), пропорційно зменшується частота сигналу, що дозволяє прокладати такі мережі з використанням менш якісного і, отже, більш дешевого кабелю 3 або 4 категорії , нарешті, останній стандарт у сімействі Fast Ethernet носить найменування 100BaseFX. Призначений він для роботи з оптоволоконними лініями зв'язку.
Максимальна довжина одного сегмента в мережах 100BaseT (крім підкласу 100BaseFX) не перевищує 100 м , В якості кінцевого обладнання використовуються мережеві адаптери і концентратори, що підтримують цей стандарт. Існують також універсальні мережеві адаптери 10BaseT / 100BaseT. Принцип їх роботи полягає в тому, що в локальних мережах цих двох класів використовуються однакові лінії з одним і тим же типом роз'ємів, а завдання автоматичного розпізнавання пропускної спроможності кожної конкретної мережі (10 Мбіт / с або 100 Мбіт / с) покладається на протокол канального рівня , що є частиною програмного забезпечення самого адаптера. Алгоритм роботи такого пристрою можна проілюструвати на простому прикладі. При включенні комп'ютера, оснащеного мережним адаптером 10BaseT/100BaseT, останній видає в мережу сигнал, що інформує інші мережеві пристрої про те, що він здатний підтримувати швидкість передачі даних до 100 Мбіт / с. Якщо обладнання локальної мережі (наприклад, хаб, до якого підключений даний комп'ютер) забезпечує аналогічну швидкість з'єднання, воно генерують відповідний сигнал, після чого адаптер продовжує працювати в режимі 100BaseT. Якщо відгуку не надходить, мережева карта автоматично переходить в режим передачі даних із швидкістю 10 Мбіт / с, тобто перемикається на роботу в стандарті 10BaseT [14].
Незважаючи на всі переваги специфікації 100BaseT, такі мережі в порівнянні з більш старими реалізаціями Ethernet не позбавлені і ряду недоліків, успадкованих ними від свого прабатька - стандарту 10BaseT. Перш за все, в моменти пікового навантаження, тобто у разі виникнення ситуації, при якій до ресурсів мережі одночасно звертається більше 50% всіх вузлів, на лінії утворюється добре знайомий користувачам 10BaseT «затор» - іншими словами, мережа починає помітно «гальмувати». І по-друге, якщо в розподіленій обчислювальній системі застосовується комбінована технологія (одна частина мережі працює зі стандартом 10BaseT, інша - зі стандартом 100BaseT), висока швидкість з'єднання буде можлива тільки на ділянці, що підтримує пропускну здатність у 100 Мбіт / с. Тому навіть якщо ваш комп'ютер оснащений мережевим адаптером 100BaseT, при зверненні до віддаленого вузла, обладнаному мережевою картою 10BaseT, швидкість з'єднання не перевищить 10 Мбіт / с.

3.3 Класс1000BaseT (Gigabit Ethernet)

Чим швидше ростуть обчислювальні потужності сучасних персональних комп'ютерів, тим більше стає середньостатистичний обсяг оброблюваних з їх допомогою файлів. Відповідно виникає потреба у пропорційному збільшенні пропускної здатності ліній зв'язку. У підсумку це помітно прискорило процес еволюції мережевих технологій: не встиг остаточно прижитися стандарт 100BaseT, як йому на зміну наспів новий клас локальних мереж, що дозволяють передавати інформацію зі швидкістю до гігабіта в секунду. Ці мережі отримали позначення 1000BaseT і альтернативна назва Gigabit Ethernet.
В архітектурі сетей1000BaseT використовується топологія «зірка» на базі високоякісного кабелю «вита пара» категорії 5, в якому задіяні всі вісім жив, причому кожна з чотирьох пар провідників використовується як для прийому, так і для передачі інформації [15]. У порівнянні з технологією 100BaseT, несуча частота в мережах 1000BaseT збільшена вдвічі, завдяки чому досягається десятикратне збільшення пропускної здатності лінії зв'язку. При переході від стандарту 10BaseT або 100BaseT до 1000BaseT особливі вимоги пред'являються до якості монтажу мережевих розеток та роз'ємів: якщо мережа прокладена в повній відповідності з існуючими стандартами, вона, швидше за все, зможе забезпечити необхідну швидкість передачі даних, якщо ж монтаж був виконаний з відхиленнями від вимог специфікації Ethernet, що виникають у з'єднаннях перешкоди не дозволять домогтися розрахункових характеристик. Як і в попередніх класах мереж XBaseT, довжина одного сегмента Gigabit Ethernet не повинна перевищувати 100 м .
Стандарт 1000BaseT був офіційно підтверджений Інститутом інженерів з радіотехніки й електроніки (Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE) у 1999 році, і включений в специфікацію IEEE 802.3. В даний час обладнання для даного типу мереж випускається декількома незалежними виробниками комп'ютерного «заліза».
У таблиці 3.2 наведені фізичні характеристики різних специфікацій Ethernet.
Таблиця 3.2.
Стандарт
Фізична
PRIVATEспеціфікація
Кабелі, роз'єми
Обмеження на довжину фіз. сегмента, м
Макс. число повторювачів
макс. число станцій
Діаметр мережі, м
Ethernet
(IEEE 802.3i)
10Base5
(Thicknet)
Товстий коаксіал
RG-8/11, роз'єми AUI
500
min 2,5 м
4 (2 сегмента без вузлів)
100
2500
10Base2 (Cheapernet)
Тонкий коаксіал RG-58A / U, роз'єми BNC
185 (200)
min 0,5 м
30
925
10BaseTX
2ВП UTP3-4-5, RJ-45
100
4
1024
500
10BaseF
ОМ ВВ / ММ ОВ 62.5, роз'єми ST
1000/5000
-
2
1000 / 5000
Fast Ethernet (IEEE 802.3u)
100BaseTX
2ВП UTP, STP Type 1, роз'єми RJ-45
100
1 класу I / 2 класу II (кабель між повторить. - До 5 м)
1024
200-320
100BaseFX
ММ ОВ 62.5, 125 мкм, роз'єми ST, SC
160 (rep) /
412 (напівдуплекс) / 2000 (полнодуплексн.)
100BaseT4
4ВП UTP3-4-5, RJ-45
100
Gigabit Ethernet
(802.3z)
1000BaseLX
ММ ОВ / ОМ ОР, роз'єми ST, SC
316 (550/3000)
-
2
550 / 3000
1000BaseSX
ММ ОВ 62.5/50 мкм роз'єми ST, SC
275 (300/550)
-
300 / 550
1000BaseCX
коаксіал, (ВП STP), RJ-45
25
-
25
(802.3ab)
1000BaseT
ВП STP5-6 RJ-45
100
-
100
Стандарти Ethernet визначають дротяні з'єднання і електричні сигнали на фізичному рівні, формат пакетів і протоколи управління доступом до середовища - на канальному рівні моделі OSI. Ethernet в основному описується стандартами IEEE групи 802.3. Ethernet став найпоширенішою технологією ЛВС в середині 90-х років минулого століття, витіснивши такі технології, як Arcnet, FDDI і Token Ring. Оскільки при технології Ethernet всі комп'ютери локальної мережі мають можливість одночасного доступу до передавальної середовищі, логічна топологія є «шиною». Незважаючи на зміну фізичної топології в Fast Ethernet, при цьому не змінився метод доступу до середовища, отже, логічна топологія також не змінилася.

ВИСНОВОК

Топологія мережі вказує не тільки на фізичне розташування комп'ютерів, як часто вважають, але, що набагато важливіше, на характер зв'язків між ними, особливості поширення інформації, сигналів по мережі. Саме характер зв'язків визначає ступінь відмовостійкості мережі, необхідну складність мережевої апаратури, найбільш підходящий метод керування обміном, можливі типи середовищ передачі (каналів зв'язку), припустимий розмір мережі (довжина ліній зв'язку та кількість абонентів) необхідність електричного узгодження і багато іншого. Більш того, фізичне розташування комп'ютерів, що з'єднуються мережею, майже не впливає на вибір топології. Як би не були розташовані комп'ютери, їх можна з'єднати за допомогою будь-якої заздалегідь обраної топології (див. рис 4.1).
У тому випадку, якщо з'єднуються комп'ютери розташовані по контуру кола, вони можуть з'єднуватися, як зірка або шин. Коли комп'ютери розташовані навколо якогось центра, їх допустимо з'єднати за допомогою топологій шина або кільце. Нарешті, коли комп'ютери розташовані в одну лінію, вони можуть з'єднуватися зіркою або кільцем. Інша справа, яка буде необхідна довжина кабелю.
Строго кажучи, при згадці про топологію мережі, ми можемо мати на увазі чотири абсолютно різні поняття, що відносяться до різних рівнів мережної архітектури:
· Фізична топологія (географічна схема розташування комп'ютерів і прокладки кабелів). У цьому сенсі, наприклад, пасивна зірка нічим не відрізняється від активної, тому її нерідко називають просто зіркою.
· Логічна топологія (структура зв'язків, характер поширення сигналів по мережі). Це найбільш правильне визначення топології.
· Топологія керування обміном (принцип і послідовність передачі права на захоплення мережі між окремими комп'ютерами).
· Інформаційна топологія (напрямок потоків інформації, переданої по мережі).
Наприклад, мережа з фізичною й логічною топологією шина може як методу керування використати естафетну передачу права захоплення мережі (бути в цьому сенсі кільцем) і одночасно передавати всю інформацію через виділений комп'ютер (бути в цьому сенсі зіркою). Або мережу з логічною топологією шина може мати фізичну топологію зірка (пасивна) або дерево (пасивне).
Мережа з будь-якою фізичною топологією, логічною топологією, топологією керування обміном може вважатися зіркою в сенсі інформаційної топології, якщо вона побудована на основі одного сервера і кількох клієнтів, які спілкуються тільки з цим сервером. Точно так само будь-яка мережа може бути названа шиною в інформаційному сенсі, якщо вона побудована з комп'ютерів, які є одночасно як серверами, так і клієнтами. Така мережа буде мало чутлива до відмов окремих комп'ютерів.
Топологія локальної мережі є одним з найбільш критичних чинників, що впливають на продуктивність. У разі необхідності чотири основні топології (комутовану, зіркоподібну, кільцеву і шинну) можна комбінувати довільним чином. Можливі комбінації не обмежені розглянутими в цій дипломній роботі. Більшість сучасних технологій локальних мереж не тільки вітають, але навіть зобов'язують використовувати творчий підхід. Дуже важливо розбиратися в перевагах і недоліках топологій, що впливають на продуктивність мережі. Крім того, слід враховувати і такі здавалося б необ'єктивні фактори, як розташування робочих станцій в будівлі, придатність кабелю, а також навіть тип і спосіб проводки.
У кінцевому рахунку основним критерієм вибору вдалої топології є вимоги користувачів до продуктивності. Такі фактори, як вартість, передбачувана модернізація та обмеження існуючих технологій, грають другорядну роль.
Отже, в даній роботі були розглянуті основні топології обчислювальних мереж. Основна мета даного дослідження полягала не тільки в детальному розгляді основних топологій обчислювальних мереж, але і в їх порівняльної оцінки, виявленні їх переваг та недоліків. Топології розрізняються необхідної довжиною сполучного кабелю, зручністю з'єднання, можливістю підключення додаткових абонентів, отказоустойчивостью, можливостями управління обміном. Топологічна структура впливає на пропускну здатність і вартість локальної мережі. Кожна топологія мережі накладає ряд умов. Наприклад, вона може диктувати не тільки тип кабелю, а й спосіб його прокладки. На основі проведеного дослідження можна зробити вибір найбільш відповідною для певних цілей топології обчислювальної мережі.
Практична значимість проведеного дослідження цілком очевидна - матеріали та висновки даної роботи допоможуть розбиратися в перевагах і недоліках топологій, що впливають на продуктивність мережі, можуть бути використані для вибору найбільш підходящої топології при проектуванні комп'ютерних мереж підприємств.

ГЛОСАРІЙ
Вита пара
середовище передачі інформації з двох перекручених між собою електричних проводів, що характеризується найбільшою простотою монтажу і низькою вартістю.
Діаметр мережі
шлях максимальної довжини в мережі Ethernet, тобто шлях між двома абонентами з максимальною для даної мережі затримкою поширення сигналу.
Згасання сигналу
ослаблення переданого сигналу при його проходженні по мережі, частка потужності сигналу, втрачена під час проходження по кабелю. Вимірюється в децибелах (дБ).
Зірка (star)
вид топології локальної мережі, в якому до одного цін, трального абоненту (концентратора) підключаються декілька периферійних абонентів, при цьому все управління мережею і (або) передачу всієї інформації в ній здійснює центральний абонент.
Зона конфліктів (область колізій)
безліч абонентів (вузлів) мережі Ethernet, що здійснюють доступ до мережі за методом CSMA / CD. Частина мережі, на яку поширюється ситуація конфлікту. Може включати в себе всю мережу.
Коаксіальний кабель
- Середовище передачі інформації, електричний кабель, що складається з центрального провідника і металевого обплетення, розділених діелектриком.
Колізія
ситуація, при якій в мережу передаються кілька пакетів одночасно, що викликає спотворення інформації. Називається також конфліктом або зіткненням.
Кільце (ring)
вид топології локальної мережі, в якому всі абоненти послідовно передають інформацію одне одному по ланцюжку, замкнутої в кільце.
Концентратор (hub)
пристрій, що служить для об'єднання декількох сегментів єдиної мережі і не перетворює передану інформацію.
Конфлікт, колізія (collision)
ситуація, при якій в мережу передаються кілька
Локальна мережа
комп'ютери або інші пристрої, з'єднані лініями зв'язку для передачі інформації між ними, як правило, на порівняно невеликі відстані.
Маркер
унікальна комбінація бітів або пакет спеціального виду, що використовується для процедури захоплення мережі.
Маркерне кільце
детермінований метод доступу в локальних мережах, альтернативний випадковому методу доступу CSMA / CD і забезпечує, на відміну від нього, відсутність колізій і гарантоване зверху час доставки даних в мережах при відсутності перевантажень. Допускає організацію системи пріоритетів між абонентами
Оптоволоконний кабель
середовище передачі інформації, що представляє собою скляне або пластикове волокно в оболонці, через який поширюється світловий сигнал.
Помилки передачі
спотворення інформації, що передається в мережах внаслідок зовнішніх перешкод, неякісних кабелів, несправностей мережевого устаткування, неправильного узгодження електричних кабелів, відсутність гальванічної розв'язки, а також внаслідок конфліктів (колізій) передачі.
Пакет
одиниця інформації, що передається по мережі. Можуть бути короткими (порядку десятків байт і навіть одиниць байт), а також довгими (порядку декількох кілобайт). Включають в себе дані (необов'язково), адреси та керуючі коди.
Петля
замкнутий контур передачі інформації в топології мережі.
Перевантаження (overload)
ситуація, при якій мережа не може працювати при повному навантаженні велику частину часу. У мережах, що використовують метод доступу CSMA / CD, перевантаження пов'язана із зростанням числа колізій через конкуренцію абонентів у мережі.

СПИСОК
1. Барановська Т. П., Лойко В. І., Семенов М. І., Трубілін А. І. Архітектура комп'ютерних систем та мереж. - М.: Фінанси і статистика, 2003. - 256с.
2. Березін С. Інтернет у вас вдома. - 2-е вид. - СПб.: VHB, 2000. - 735с.
3. Блек Ю. Мережі ЕОМ: протоколи, стандарти, інтерфейси. - М.: Світ, 1998. - 510с.
4. Бройдо В.Л. Обчислювальні системи, мережі та телекомунікації: Підручник для вузів. - СПб.: Пітер, 2002. - 688с.
5. Бумфрей Ф. XML. Нові перспективи WWW. - М.: ДМК, 2000. - 688с.
6. Вєтров C. Комп'ютерне "залізо". - М.: СОЛОН-Р, 2002. - 559 стор
7. Гук М. Апаратні засоби локальних мереж. Енциклопедія. - СПб.: Пітер, 2000. - 576с.
8. Зима В. Безпека глобальних мережевих технологій. - СПб.: BHV, 2001. - 320 с.
9. Ібе О. Мережі та віддалений доступ. Протоколи, проблеми, рішення. - М.: ДМК Пресс, 2003. - 336с.
10. Іртегов Д. В. Введення в мережні технології. - СПб.: BHV, 2004. - 560с.
11. Кульгин М. Практика побудови комп'ютерних мереж. Для професіоналів. - СПб.: Питер, 2001. - 320с.
12. Мак-Квері С. Передача голосових даних по мережах Cisco Frame Relay, ATM і IP. - М.: Діалектика, 2002. - 512с.
13. Максимов М. В., Попов І. І. Комп'ютерні мережі. - М.: Форум, 2007. - 448с.
14. Мізін І.А. та ін Мережі комутації пакетів. - М.: Радіо і зв'язок, 1986. - 405с.
15. Морозевич О.М. Основи інформатики: Навчальний посібник для студентів вузів. - М.: Нове знання, 2001. - 544с.
16. Новиков Ю. В., Кондратенко С. В. Основи локальних мереж. Курс лекцій. - СПб.: Інтуїт, 2005. - 360С.
17. Оліфер В. Нові технології та обладнання IP-мереж. - СПб.: BHV, 2001. - 512 с.
18. Оліфер В.Г., Оліфер Н.А. Комп'ютерні мережі. Принципи, технології, протоколи. - СПб.: Пітер, 2000. - 672с.
19. Оліфер Н.А. Мережеві операційні системи: Навчальний посібник для студентів вузів. - СПБ.: Питер, 2001. - 544с.
20. Поляк-Брагінський А. В. Мережу під Microsoft Windows. - СПб.: BHV, 2003. - 336с.
21. Пятібратов А.П. та ін Обчислювальні системи, мережі та телекомунікації: Підручник. - М.: Фінанси і статистика, 1998 р. - 266с.
22. Роберт Педжен, Тодд Леммл. Віддалений доступ. - М.: ЛОРІ, 2002. - 360С.
23. Русев Д. Технології бездротового доступу: Довідник. - СПб.: BHV, 2002. - 352с.
24. Симонович С., Г. Євсєєв. Практична інформатика. - М.: ACT, 2000. - 479с.
25. Спортак М., Паппас Ф. Комп'ютерні мережі і мережеві технології. - М.: Diasoft, 2005. - 720с.
26. Таненбаум Е. Комп'ютерні мережі. - 4-е вид. - СПб.: Пітер, 2002. - 991с.
27. Флінт Д. Локальні мережі ЕОМ. - М.: Фінанси і статистика, 1986. -158с.
28. Фролов А.В., Фролов Г.В. Локальні мережі персональних комп'ютерів. Використання протоколів IPX, SPX, NetBIOS. Бібліотека системного програміста. - М.: Діалог-МІФІ, 1993. - 160с.
29. Халеб С. Принципи маршрутизації в Internet. -2 Вид. - М.: Діалектика, 2001. - 448с.
30. Чуркін В.І. Проектування обчислювальних мереж: Навчальний посібник. - СПб.: СПІАП, 1992. - 86с.
31. Шварц М. Мережі ЕОМ. Аналіз та проектування. - М.: Радіо і зв'язок, 1981. - 334с.
32. Шиндер Д. Основи комп'ютерних мереж. - М.: Діалектика, 2002. -304с.


[1] Новиков Ю.В., Кондратенко С.В. Основи локальних мереж: Курс лекцій. - СПб.: Інтуїт, 2005. - С.38
[2] Оліфер В.Г., Оліфер Н.А. Комп'ютерні мережі. Принципи, технології, протоколи. СПб., 2000. - С.84
[3] Таненбаум Е. Комп'ютерні мережі. - 4-е вид. СПб., 2002. - С.389
[4] Барановська Т.П., Лойко В.І., Семенов М.І., Трубілін А.І. Архітектура комп'ютерних мереж. М., 2003. - С.141
[5] Таненбаум Е. Комп'ютерні мережі. - 4-е вид. СПб., 2002. - С.458
[6] Максимов Н.В., Попов І.І. Комп'ютерні мережі. М., 2007. - С.253
[7] Спортак М., Паппас Ф. Комп'ютерні мережі і мережеві технології. М., 2005. - С.522
[8] Іртегов Д.В. Введення в мережні технології. СПб., 2004. - С.86
[9] Ібе О. Мережі та віддалений доступ. Протоколи, проблеми, рішення. М., 2003. - С.241
[10] Шиндер Д. Основи комп'ютерних мереж. М., 2002. - С.89
[11] Бройдо В.С. Обчислювальні системи, мережі і телекомунікації. СПб., 2002. - С.358
[12] Блек Ю. Мережі ЕОМ: Протоколи, стандарти, інтерфейси. М., 1998. - С.156
[13] Гук М. Апаратні засоби локальних мереж. Енциклопедія. СПб., 2000. - С.115
[14] Кульгин М. Практика побудови комп'ютерних мереж. Для професіоналів. СПб., 2001. - С.45
[15] Максимов Н.В., Попов І.І. Комп'ютерні мережі. М., 2007. - С.352
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Диплом
219.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Еволюція обчислювальних мереж
Використання обчислювальних мереж
Апаратні та програмні компоненти локальних обчислювальних мереж
Розробка технічного рішення щодо утворення пари локальних обчислювальних мереж
Використання апарата мереж Петрі для моделювання поведінки обчислювальних структур
Сучасні засоби тестування і діагностики локальних обчислювальних мереж Тестове вимірювальне
Злочини у сфері використання електронно-обчислювальних машин систем та комп ютерних мереж
Аналіз типових роботизованих технологічних комплексів РТК збірки
Моніторинг та аналіз локальних мереж
© Усі права захищені
написати до нас