Энциклопедия ЛВС (LAN)
Локальные вычислительные сети (ЛВС)
Существует ряд веских причин для объединения
отдельных персональных компьютеров в ЛВС. Во-первых,
совместное использование ресурсов позволяет нескольким ПК или
другим устройствам осуществлять совместный доступ к отдельному
диску (файл-серверу),
дисководу CD-ROM,
стримеру,
принтерам,
плоттерам,
к сканерам
и другому оборудованию, что снижает затраты на каждого
отдельного пользователя. Во-вторых, кроме совместного
использования дорогостоящих периферийных устройств ЛВС
позволяет аналогично использовать сетевые версии прикладного
программного обеспечения. В-третьих, ЛВС обеспечивают новые
формы взаимодействия пользователей в одном коллективе,
например при работе над общим проектом. В-четвертых, ЛВС дают
возможность использовать общие средства связи между различными
прикладными системами (коммуникационные услуги, передача
данных и видеоданных, речи и т.д.). Особое значение имеет
организация распределенной обработки данных. В случае
централизованного хранения информации значительно упрощаются
процессы обеспечения ее целостности, а также резервного
копирования.
Кабели и соединители
Различают несколько типов Ethernet,
для каждого из которых имеется своя спецификация. В качестве
физической среды для обмена информацией обычно используются:
толстый (thick) коаксиальный кабель, тонкий (thin)
коаксиальный кабель (диаметр около 0,5 см) и неэкранированная
витая пара (Unshielded Twisted-Pair, UTP). В соответствии со
спецификациями IEEE подобные сети Ethernet носят названия
10Base-5, 10Base-2 и 10Base-T. Длина одного сегмента кабеля
10Base-5 без дополнительного усиления сигнала может достигать
500, 10Base-2 — 150—180 и 10Base-T — 100 м. Подключение
сетевого адаптера к толстому коаксиальному кабелю (RG-11)
выполняется специальным многожильным кабелем с разъемом AUX
через специальное устройство — трансивер. Спецификации
10Base-2 соответствует коаксиальный кабель типа RG-58A/U. Для
подключения сетевого адаптера к тонкому кабелю используются
T-образные байонетные разъемы типа BNC. Как и для толстого
кабеля, здесь используется топология «общая шина». На обоих
концах сегмента сети устанавливаются так называемые
терминаторы, которые согласуют волновое сопротивление кабеля.
Один из терминаторов обязательно заземляется.
Витая пара — это два изолированных провода,
скрученных между собой. Обычно для Ethernet 10Base-T
используется кабель (AWG 24), имеющий две витые пары — одна на
прием и одна на передачу. Для подключения кабеля к сетевому
адаптеру используется разъем RJ-45. Обычно для соединения всех
устройств ЛВС используется топология
«звезда» — каждый адаптер подключается к центральному
концентратору (хабу). Если хабы могут объединяться друг с
другом, то получается «древовидная» структура сети.
При прокладке сети в помещении (на витой паре)
используются специальные розетки, к которым идет кабель от
хаба. Компьютер подключается к ним с помощью дополнительного
кабеля.
Схема Ethernet
Виды процессов и протоколы передачи данных
Различают три вида процессов, протекающих в сети:
информационные, транспортные и коммуникационные.
Информационные процессы определяются тремя верхними
уровнями сетевой архитектуры: уровнем приложений, уровнем
представления и сеансовым.
Под протоколом понимается некая совокупность правил,
регламентирующих формат и процедуры обмена информацией. В
частности, он определяет, как выполняется соединение,
преодолевается шум на линии и обеспечивается безошибочная
передача данных между модемами. Стандарт, в свою очередь,
включает в себя общепринятый протокол или набор протоколов.
Уровень приложений, обеспечивающий взаимодействие
удаленных прикладных процессов, включает в себя достаточно
большое количество протоколов, которые обслуживают задачи по
передаче данных и доступу к сетевым ресурсам:
NM (Network Management) — управление сетью;
X.400 — электронная почта;
X.500 — организация справочника сетевых данных;
FTAM (File Transfer Access and Management) — доступ и
управление пересылкой файлов;
JTM (Job Transfer and Manipulation) — пересылка и
обработка заданий;
VTP (Virtual Terminal Protocol) — протокол
виртуального терминала;
MMS (Manufacturing Message Service) — служба
производственных сообщений;
DTP (Distributed Transaction Processing) —
распределенная обработка транзакций и другие.
Стандарты на уровень представления данных определяют
форматы данных, алфавиты и коды (ASCII, EBCDIC, ISO 8859, ISO
6937), обеспечивают трансляцию и форматизацию данных и команд
(ASN.1, X.409).
В функции протоколов сеансового уровня, таких, как
X.215, X.225, стандартах ISO 8326/8327, входит управление
началом и завершением сеанса, взаимодействием пользователей и
прикладных процессов, определение правил диалога, рестарта и
проверки прав доступа, обеспечение надежности выполнения
сеанса путем организации контрольных точек и восстановления
после ошибок.
Транспортный процесс поддерживается транспортным
уровнем, определяющим процедуры и формы передачи информации от
одной системы к другой. Протоколы TP (Transport Protocol)
обеспечивают надежную передачу и доставку блоков информации
адресатам и управляют этой доставкой.
Коммуникационные процессы определяются сетевым,
канальным и физическим уровнями, обеспечивающими передачу
данных между множеством систем, действующих в сети. Протокол
X.25, состоящий, в свою очередь, из тех же трех уровней,
стандартизует характеристики, связанные с подключением систем
к каналам (разъемы, кабели и т.д.), определяет процедуры
передачи кадров с обработкой ошибок, описывает структуры и
процедуры передачи пакетов.
Повторители, разветвители
Повторитель — устройство, действующее на физическом
уровне, предназначенное для компенсации затухания в среде
передачи данных путем усиления сигналов в целях увеличения
расстояния их распространения. Одной из разновидностей
повторителей являются конверторы среды. Они позволяют
преобразовывать сигналы, например при соединении коаксиального
и оптоволоконного кабелей, при переходе из одной среды
передачи в другую.
Разветвитель — пассивное устройство для соединения
более двух кабельных сегментов.
Мосты
Мосты представляют собой устройства для соединения
сегментов сети, функционирующие на подуровне контроля доступа
к среде (Media Access Control) канального уровня модели
OSI/ISO. Мосты обладают свойством прозрачности для
протоколов более высоких уровней, то есть осуществляют
передачу кадра из одного сегмента в другой по физическому
адресу станции получателя, который выделяется из заголовка
канального уровня, анализируют целостность кадров и
отфильтровывают испорченные. Эти устройства могут обладать
свойством самообучения, то есть по мере прохождения через мост
кадров он заполняет две таблицы адресами станций, отправляющих
сообщения, физически располагая их по разные стороны от моста
и записывая в разные таблицы.
Сегменты сети, которые соединяются мостом, могут
использовать как одинаковые, так и разные канальные протоколы.
В последнем случае мост переводит кадр одного формата в кадр
другого формата.
Мосты автоматически адаптируются к изменению
конфигурации сети и могут соединять сети с различными
протоколами сетевого уровня. К сожалению, эти устройства не
могут распределять нагрузку, используя альтернативные пути в
сети, что приводит иногда к перегрузке трафика (потока
информационного обмена в линии связи).
Маршрутизаторы
Маршрутизаторы — устройства для соединения сегментов
сети, действующие на сетевом уровне модели
OSI/ISO и использующие маршрутную информацию сетевого
уровня. Маршрутизаторы обмениваются между собой информацией о
топологии,
состоянии сети, работоспособности каналов и доступности узлов
в целях выбора оптимального пути для передачи пакета. Такой
процесс выбора маршрута по адресу абонентской системы, которая
принимает пакет, называют маршрутизацией.
Различают однопротокольные и многопротокольные
маршрутизаторы, которые могут поддерживать одновременно
несколько протоколов, например IPX/SPX, TCP/IP
и другие. Так как встречаются протоколы, которые не содержат
информации сетевого уровня, то маршрутизаторам приходится
выполнять и функции моста.
Поэтому современные многопротокольные маршрутизаторы называют
«мостами-маршрутизаторами». Среди достоинств маршрутизаторов
следует отметить возможность выбора маршрута, разбиение
длинных сообщений на несколько коротких и использование
альтернативных путей для их передач, приводящее к выравниванию
трафиков по параллельным путям, тем самым позволяющее
соединять сети с пакетами разной длины и облегчающее
объединение сетей.
Шлюзы
Шлюзы — устройства, оперирующие на верхних уровнях
модели OSI
(сеансовом, представления и приложений). Они представляют
метод подсоединения сетевых сегментов и компьютерных сетей к
центральным ЭВМ. Необходимость в применении шлюзов появляется,
когда объединяют две системы с совершенно различной
архитектурой для перевода потока данных, проходящих между
этими системами.
Стандарт Ethernet
В сетях Ethernet адаптеры непрерывно находятся в
состоянии прослушивания сети. Для передачи данных сервер или
рабочая
станция должны дождаться освобождения ЛВС и
только после этого приступить к передаче. Однако не исключено,
что передача может начаться сразу несколькими узлами сети
одновременно, что приведет к коллизии. В случае возникновения
коллизии узлы должны повторить свои сообщения. Повторная
передача производится адаптером самостоятельно без
вмешательства процессора компьютера. Время, затрачиваемое на
преодоление коллизии, обычно не превышает одной микросекунды.
Передача сообщений в сети Ethernet производится пакетами со
скоростью 10 Мбит/с. Естественно, реальная загрузка сети
меньше, поскольку требуется время на подготовку пакетов. Все
узлы сети принимают каждое сообщение, но только тот узел,
которому оно адресовано, посылает подтверждение о приеме. В
связи с повышением требований к полосе пропускания этот
стандарт был расширен технологией Fast Ethernet,
обеспечивающей скорость передачи 100 Мбит/с. Основными
поставщиками оборудования для сетей Ethernet являются фирмы 3COM,
DEC, CNET,
SMC.
Стандарт Token Ring
В ЛВС с
передачей маркера сообщения передаются последовательно от
одного узла к другому вне зависимости от того, какую топологию
имеет сеть — кольцевую или звездообразную. Каждый узел сети
получает пакет от соседнего узла. Если данный узел не является
адресатом, то он передает тот же самый пакет следующему узлу.
Передаваемый пакет может содержать либо данные, направляемые
от одного узла другому, либо маркер. Маркер — это короткое
сообщение, являющееся признаком незанятости сети. В том
случае, когда рабочей станции необходимо передать сообщение,
ее сетевой адаптер дожидается поступления маркера, а затем
формирует пакет, содержащий данные, и передает этот пакет в
сеть. Пакет распространяется по ЛВС от одного сетевого
адаптера к другому до тех пор, пока не дойдет до
компьютера-адресата, который произведет в нем стандартные
изменения. Эти изменения являются подтверждением того, что
данные достигли адресата. После этого пакет продолжает
движение дальше по ЛВС, пока не возвратится в тот узел,
который его сформировал. Узел-источник убеждается в
правильности передачи пакета и возвращает в сеть маркер. Важно
отметить, что в ЛВС с передачей маркера функционирование сети
организовано так, что коллизий возникнуть не может. Пропускная
способность сетей Token
Ring достигает 16 Мбит/с. Оборудование для сетей Token
Ring производят многие фирмы, в том числе IBM,
3COM.
Асинхронный режим передачи АТМ (Asynchronous Transfer Mode)
Базовый
профиль протоколов ATM был разработан в 1989 году в США
для современной высокоскоростной технологии. При использовании
ATM данные любого типа, от обычного текстового файла до
видеофильма, преобразуются в пакеты одинаковой длины. Эта
технология относится к классу трансляции ячеек. Каждая
ATM-ячейка состоит из 53 байт (5 байт заголовка и 48 байт
передаваемых данных). Подсчет контрольных сумм предусмотрен
только для заголовков и не осуществляется для контроля ошибок
в пользовательских данных. Фиксированный размер пакета
упрощает обработку и передачу данных в сети. Стандарт ATM
рассчитан на скорость передачи данных порядка 2,5 Гбайта.
Удачным преимуществом асинхронного режима передачи ATM
является сочетание технологий в области вычислительной
техники, телевидения и средств связи. Главными недостатками
технологии ATM являются незавершенность стандартов и высокая
стоимость оборудования.
