локально вычеслительные сети ИНФОРМАТИКА 2 КУРС. 14. локальные вычислительные сети (лвс) 14 Типы и характеристики лвс локальная вычислительная сеть
 Скачать 0.81 Mb.
|
|
c, max или S max ≤ 0,5 • V c • T п S max ≤ 0,5 • V c •(E П , min / V k S max ≤ 0,5 • 50 000 • (512/10 • 10 6 ); S max ≤ 1,28 км. Пример 14.2. Определить максимальное время реакции на запрос пользо- вателя (Т p , max ) в локальной сети с кольцевой топологией, где реализуется ППД типа «маркерное кольцо» без приоритетов, если заданы величины: • N pc = 25 — число рабочих станций в сети; • V c = 50 000 км/с — скорость распространения сигнала по коаксиальному кабелю (передающей среде); • T з = 1500 мкс — время задержки маркера с кадром в одном узле (рабочей станции) сети; • S к = 12,5 км — длина кольцевого моноканала; • Е к =512 байт — общая длина маркера и кадра; • V к = 4 Мбит/с — скорость передачи данных по моноканалу. Все абоненты сети активные, т.е. каждый из них готов к передаче своего кадра и выполняет эту операцию, когда подходит его очередь. Время реакции на запрос пользователя — это промежуток времени между моментом готовности подать запрос в сеть (т.е. готовности передать кадр в моноканал) и моментом получения ответа на запрос (т.е. возвращения отправленного кадра, что является подтверждением в получении этого кадра адресатом). Следовательно, Т p , max = Т ож, max + Т обс где Т ож,mах — максимальное время ожидания подачи запроса (кадра) в моноканал; Т обсл — время собственно обслуживания запроса. Очевидно, что Т ож, max =(N pc -1)T об где Т об — время, в течение которого маркер вместе с кадром совершает полный оборот в моноканале. Составляющими этого времени будут: T с — время распространения сигнала в передающей среде через весь моно- 8 канал; Т к — время передачи кадра через весь моноканал; Т оз — суммарное время задержки передаваемого по кольцу кадра в узлах сети. Так как то Тогда Т ож mах = (25-1)38 774 = 930 576 мкс. Можно считать, что Т обсл =Т об , поэтому Т р,мах = 93 576 +38 774 = 969 350 мкс, т.е. максимальное время реакции на запрос при заданных условиях при- близительно равно одной секунде. Пример 14.3. Определить максимальное время (Т тах ) на передачу кадра от одной рабочей станции к другой в сети с звездообразной топологией и эстафетной передачей маркера по логическому кольцу (маркер переходит последовательно от одной PC к другой в порядке возрастания их сетевых номеров), если заданы величины: • S pc = 0,5 км — расстояние между двумя PC сети (для всех PC оно прини- мается одинаковым); • V с = 50000 км/с — скорость распространения сигнала в передающей среде (в коаксиальном кабеле); • Е к = 512 байт — длина кадра вместе с маркером; • V K = 4 Мбит/с — скорость передачи данных в сети; • Т з - 1500 мкс — время задержки кадра в одном узле сети; • N рс =32 — число рабочих станций в сети. Максимальное время на передачу кадра от одной рабочей станции (PC) сети к другой будет в случае, когда станция-отправитель имеет минимальный порядковый номер, а станция-получатель — максимальный порядковый номер. Тогда (14.1) где Т с — время распространения сигнала в передающей среде от одной PC к другой; Т к — время передачи кадра (вместе с маркером) от одной PC к другой. Так как 9 то (14.2) Т мах = 78 554 мкс. До сих пор рассматривались протоколы передачи данных нижнего уровня, работающие на первых трех уровнях семиуровневой эталонной модели ВОС и реализующие соответствующие методы доступа к передающей среде. В соответствии с этими ППД передаются сообщения (пакеты) между рабочими станциями, но не решаются вопросы, связанные с сетевыми файловыми системами и переадресацией файлов. Эти протоколы не включают никаких средств обеспечения правильной последовательности приема переданных данных и средств идентификации прикладных программ, нуждающихся в обмене данными. В отличие от протоколов нижнего уровня, обеспечивающих доступ к передающей среде, протоколы верхнего уровня (называемые также протоколами среднего уровня, так как они реализуются на 4-м и 5-м уровнях модели ВОС) служат для обмена данными. Они предоставляют программам интерфейс для передачи данных методом дейтаграмм, когда пакеты адресуются и передаются без подтверждения получения, и методом сеансов связи, когда устанавливается логи- ческая связь между взаимодействующими станциями (источником и адресатом) и доставка сообщений подтверждается. Протоколы верхнего уровня подробно рассматриваются в следующей главе. Здесь лишь коротко отметим протокол IPX/SPX, получивший широкое применение в локальных сетях, особенно в связи с усложнением их топологии (вопросы маршрутизации перестали быть тривиальными) и расширением предоставляемых услуг. IPX/ SPX — сетевой протокол NetWare, причем IPX (Internetwork Packet Exchange) — протокол межсетевого обмена пакетами, a SPX (Sequenced Packet Exchange) — протокол последовательного обмена пакетами. Протокол IPX/SPX. Этот протокол является набором протоколов IPX и SPX. Фирма Nowell в сетевой операционной системе NetWare применяет протокол IPX для обмена дейтаграммами и протокол SPX для обмена в сеансах связи. Протокол IPX/SPX относится к программно-реализованным протоколам. Он не работает с аппаратными прерываниями, используя функции драйверов операционных систем. Пара протоколов IPX/SPX имеет фиксированную длину заголовка, что приводит к полной совместимости разных реализаций этих протоколов. Протокол IPX применяется маршрутизаторами в СОС NetWare. Он соответствует сетевому уровню модели ВОС и выполняет функции адресации, маршрутизации и переадресации в процессе передачи пакетов сообщений. Несмотря на отсутствие гарантий доставки сообщений (адресат не передает отправителю подтверждения о получении сообщения), в 95% случаев не требуется повторной передачи. На уровне IPX выполняются служебные запросы к файловым серверам., и каждый такой запрос требует ответа со стороны сервера. Этим и определяется 10 надежность работы методом дейтаграмм, так как маршрутизаторы воспринимают реакцию сервера на запрос как ответ на правильно переданный пакет. Протокол SPX работает на транспортном уровне модели ВОС, но имеет и функции, свойственные протоколам сеансового уровня. Он осуществляет управление процессами установки логической связи, обмена и окончания связи между любыми двумя узлами (рабочими станциями) ЛВС. После установления логической связи сообщения могут циркулировать в обоих направлениях с гарантией того, что пакеты передаются без ошибок. Протокол SPX гарантирует очередность приема пакетов согласно очередности отправления. 14.3. Сетевое оборудование ЛВС Рассмотрим подробнее оборудование, используемое в локальных сетях. Сетевые адаптеры (СА). Указанные в п. 14.1 основные функции адаптеров и их технические характеристики определяются поддерживаемым уровнем протокола ЛВС в соответствии с архитектурой семиуровневой эталонной модели ВОС. По выполняемым функциям СА разделяются на две группы [27]: 1. Реализующие функции физического и канального уровней. Такие адаптеры, выполняемые в виде интерфейсных плат, отличаются технической простотой и невысокой стоимостью. Они применяются в сетях с простой топологией, где почти отсутствует необходимость выполнения таких функций, как маршрутизация пакетов, формирование из поступающих пакетов сообщений, согласование протоколов различных сетей и др. 2. Реализующие функции первых четырех уровней модели ВОС — физического, канального, сетевого и транспортного. Эти адаптеры, кроме функций СА первой группы, могут выполнять функции маршрутизации, ретрансляции данных, формирования пакетов из передаваемого сообщения (при передаче), сборки пакетов в сообщение (при приеме), согласования ПДД различных сетей, сокращая таким образом затраты вычислительных ресурсов ЭВМ на организацию сетевого обмена. Технически они могут быть выполнены на базе микропроцессоров. Естественно, что такие адаптеры применяются в ЛВС, где имеется необходимость в реализации перечисленных функций. Адаптеры ориентированы на определенную архитектуру локальной сети и ее технические характеристики, поэтому по топологии ЛВС адаптеры разделяются на следующие группы: поддерживающие шинную топологию, кольцевую, звездообразную, древовидную, комбинированную (звездно-кольцевую, звездно- шинную). Дифференциация адаптеров по выполняемым функциям и ориентация их на определенную архитектуру ЛВС привели к большому многообразию типов адаптеров и разбросу их характеристик. Концентраторы (хабы). Эти устройства удобны для формирования сети произвольной топологии. Выпускается ряд типов концентраторов — пассивных и активных с автономным питанием, выполняющих роль повторителя. Они отличаются по количеству, типу и длине подключаемых кабелей и могут автоматически управлять подсоединенными сегментами (включать и выключать их в случае обнаружения сбоев и обрывов). Приемопередатчики (трансиверы) и повторители (репитеры). С помощью 11 этих устройств можно объединить несколько сегментов сети с шинной топологией, увеличивая таким образом общую протяженность сети. Приемопередатчик — это устройство, предназначенное для приема пакетов от контроллера рабочих станций сети и передачи их в шину. Он также разрешает коллизии в шине. Конструктивно приемопередатчик и контроллер могут объединяться на одной плате или находиться в различных узлах. Повторитель — устройство с автономным питанием, обеспечивающее передачу данных между сегментами определенной длины. Мосты и шлюзы. Мосты используются для соединения в основном идентичных сетей, имеющих некоторые физические различия на физическом и канальном уровнях. Например, с помощью моста могут соединяться на 3-м (сетевом) уровне две сети с различными более низкими уровнями, но одинаковыми более высокими уровнями. Промышленностью выпускается довольно широкая номенклатура мостов. Среди них — «самообучающиеся» мосты, которые позволяют регулировать доступ к каждой из объединяемых сетей и трафик обмена между ними, а также используются для расширения сети, достигшей своего топологического предела. Некоторые из «самообучающихся мостов» применяются для объединения с помощью арендуемой линии связи локальной сети и удаленной сети в единую сеть, элементы которой могут быть рассредоточены на территории в сотни и тысячи километров. Есть более сложные мосты, которые одновременно выполняют функции многоканального маршрутизатора. К ним относится мост HP 272 A ROUTER ER (он же — многоканальный маршрутизатор), который объединяет две локальные сети и две удаленные сети. Шлюзы применяются для соединения различных сетей. Они выполняют протокольное преобразование для всех семи уровней модели ВОС, в частности маршрутизацию пакетов, преобразование сообщения из одного формата в другой или из одной системы кодирования в другую. Следует иметь в виду, что, по мере того как взаимная связь устанавливается на все более высоких уровнях модели ВОС, задача поддержания этой связи усложняется, и для ее реализации требуется более мощный процессор. Маршрутизаторы (роутеры). Эти устройства устанавливают соединение на 4-м (транспортном) уровне, при этом верхние уровни сети (5-й, 6-й и 7-й) должны быть одинаковыми. Они обеспечивают достаточно сложный уровень сервиса, так как могут выполнять «интеллектуальные» функции: выбор наилучшего маршрута для передачи сообщения, адресованного другой сети; управление балансированной нагрузкой в сети путем равномерного распределения потоков данных; защиту данных; буферизацию передаваемых данных; различные протокольные преобразования. Такие возможности маршрутизаторов особенно важны при построении базовых сетей крупных организаций. Использование маршрутизаторов при объединении ряда небольших локальных сетей в единую сеть дает следующие преимущества (по сравнению с большой ЛВС, имеющей такое же количество абонентских систем): • обеспечивается большая безопасность информации, циркулирующей в сети. В большой ЛВС, работающей в широковещательном режиме, информация распространяется по всей кабельной системе, поэтому лица, заинтересованные в расстройстве схемы адресации и приеме не адресованных им передач, имеют для 12 этого все возможности. В сети, образованной из нескольких небольших ЛВС, защищенность информации выше: с помощью маршрутизаторов осуществляется межсетевая коммутация, а обычные сетевые потоки данных остаются локальными, т.е. работа в широковещательном режиме возможна только в пределах небольшой ЛВС; • повышается надежность работы сети: выход из строя одной ЛВС не отражается на работе других взаимосвязанных сетей, так как маршрутизаторы, осуществляющие множественное взаимодействие, изолируют отказавшие сети; • увеличивается производительность в пределах каждой индивидуальной сети, входящей в состав единой сети. В каждой небольшой ЛВС имеются свои средства управления сетью, повышающие степень ее самостоятельности. Кроме того, уменьшаются нагрузки, связанные с потоком данных, генерируемых рабочими станциями (в полном объеме по кабельной системе индивидуальной сети рас- пространяются только те данные, которые поступают от «своих» рабочих станций); • увеличивается диапазон действия сети: выполняя функции усилителей сигнала, маршрутизаторы устраняют ограничение по допустимой протяженности длины кабеля. Коммутаторы. Появление коммутаторов в сетях диктовалось теми же потребностями, что и в случае мостов и маршрутизаторов, но, кроме того, необходимостью улучшения некоторых характеристик сетевого оборудования. Например, коммутаторы обладают большей пропускной способностью, что важно для интерактивного трафика между взаимодействующими рабочими станциями. В сети Ethernet коммутаторы обрабатывают полученный пакет в реальном масштабе времени, обеспечивая низкую латентность и высокую скорость коммутации. В отличие от первых образцов современные коммутаторы обладают гибкой архитектурой и широкими функциональными возможностями. Они обеспечивают оперативную коммутацию пакетов с проверкой корректности данных, упрощают создание логических сетей с полным набором встроенных средств сетевого управления, в составе концентраторов с высокоскоростными переключаемыми ма- гистралями позволяют достичь приемлемого варианта в организации сетевых соединений (например, формирования на магистрали выделенного сегмента, включающего двух конечных пользователей). По своему назначению и функциональным возможностям современные мосты, маршрутизаторы и коммутаторы довольно близки друг к другу. Однако каждый из типов этих устройств разрабатывался не с целью вытеснения других устройств, он имеет свои области применения. Мосты обеспечивают сегментацию сети на физическом уровне, поэтому их «интеллектуальные» возможности ограничены. Маршрутизаторы, интегрируя физические и логические сегменты сети в единое целое, решают при этом ряд «интеллектуальных» функций, но отличаются невысокой латентностью, что негативно отражается на оперативности управления трафиком. Коммутаторы идеально приспособлены для поддержки высокопроизводительной коллективной работы. В очень крупных сетях, насчитывающих тысячи узлов, мосты и маршрутизаторы обеспечивают более эффективное управление трафиком, чем коммутаторы. В сетях с небольшим числом пользователей целесообразно применять высокоскоростную коммутацию с малым временем задержки. 13 При формировании больших сетей масштаба предприятия наиболее удачным является комбинированный вариант использования мостов, маршрутизаторов и коммутаторов, умелое их сочетание, позволяющее создать действительно гибкую сетевую архитектуру. Модемы и факс-модемы. Модем, обеспечивая согласование цифровых сигналов компьютера с аналоговыми сигналами телефонной линии, при передаче данных осуществляет модулирование аналоговых сигналов цифровой информацией, а при приеме — демодулирование. Главное отличие между ними — способ модуляции. Различают модемы с частотной, амплитудной и фазовой модуляцией. При создании модемов придерживаются определенных стандартов передачи сигналов. Существуют стандарты по ряду признаков. По скорости передачи данных разработаны модемы стандартов: V. 22 bis — для скорости 2400 бит/с, V.32 bis — для скорости 9600 бит/с и V.32 bis — для 14400 бит/с. В более скоростных модемах обычно реализованы и предшествующие стандарты передачи сигналов и, кроме того, предусмотрены запасные режимы с меньшими скоростями. Например, для стандарта V.32 bis это скорости 12 000, 9 600, 7 200 и 4 800 бит/с. В настоящее время используются модемы со скоростью переда- чи 56 Мбит/с. Второй стандарт связан с используемыми протоколами коррекции ошибок. Многие годы стандартом считались протоколы группы MNP (Microcom Networking Protocol) — MNP1-MNP10. Это аппаратные протоколы фирмы Microcom, обеспечивающие автоматическую коррекцию ошибок и компрессию (сжатие) передаваемых данных. В настоящее время используется стандарт МККТТ V.42. В целях совместимости модем стандарта V.42 включает в себя и функции MNP. Третий стандарт определяет реализуемый метод сжатия данных. Здесь также стандарт MNP5, предусматривающий сжатие информации всего лишь вдвое, уступает место стандарту Международного комитета по телеграфии и телефонии (МККТТ) V.42 bis, обеспечивающему сжатие информации в четыре раза. Стандарт V.42 bis в качестве резервного метода сжатия данных включает стандарт MNP5, а в качестве метода коррекции ошибок — стандарт V.42. В состав типичного модема входят: специализированный микропроцессор для управления работой модема, оперативная память для хранения содержимого регистров модема и буферизации передаваемой (получаемой) информации, электрически перепрограммируемая постоянная память для хранения коммуникационных программ, динамик для звукового контроля связи, вспомогательные элементы (трансформатор, резисторы, разъемы и пр.). В конструктивном исполнении модемы могут быть |