Конспект лекций. Лекция История развития систем и сетей передачи данных Цель и задачи дисциплины, её место в направлении обучения и связь с другими дисциплинами. Цель преподавания дисциплины
 Скачать 1.98 Mb.
|
|
Производительность компьютерной сети- мера мощности сети, определяющая количество работы, выполняемой сетью в единицу времени. Понятие производительности охватывает широкую номенклатуру показателей эффективности компьютерной сети, определяющих качество функционирования как сети в целом, так и отдельных ее подсистем и элементов - технических и программных средств. Производительность сети зависит, в первую очередь, от производительности отдельных ее элементов, называемой скоростью работы или быстродействием устройств, например, скорость передачи данных по каналам связи, измеряемая объёмом данных, передаваемых за единицу времени, быстродействие ЭВМ или, точнее, процессора, измеряемое числом команд, выполняемых в единицу времени, и т.п. Для оценки производительности компьютерной сети в целом используется следующая совокупность показателей: • производительность СТК (сети передачи данных), измеряемая числом сообщений (пакетов, кадров, бит) передаваемых по сети за единицу времени; • производительность СВТ (средств обработки данных), представляющая собой суммарную производительность всех средств ВТ (ЭВМ и систем), входящих в состав сети. Производительность СТК (коммуникационная мощность) может быть задана следующими показателями: • максимальная или предельная производительность, называемая пропускной способностью сети передачи данных и измеряемая количеством пакетов (кадров), передаваемых в сети за единицу времени; • реальная или фактическая производительность сети передачи данных, которая может быть задана как среднее значение на некотором интервале времени или как мгновенное значение в конкретный момент времени. Производительность СВТ (вычислительная мощность) в целом складывается из производительностей ВС, выполняющих обработку данных в сети. Наиболее важным показателем производительности ВС, как совокупности технических и программных средств, является системная производительность  .измеряемая числом задач, выполняемых системой за единицу времени: где  - число задач, выполненных за время Т.Очевидно, что системная производительность зависит от режима функционирования, реализуемого управляющими программами операционной системы, и класса решаемых задач, т.е. вычислительной нагрузки. Характеристики оперативности Характеристики оперативности описывают задержки, возникающие при передаче и обработке данных в сети. Для оценки оперативности сети в целом используются следующие показатели: • время доставки пакетов (сообщений); • время отклика (ответа). Время доставки (время задержки) пакетов характеризует эффективность организации передачи данных в вычислительной сети и представляет собой интервал времени, измеряемый от момента поступления пакета или сообщения в сеть до момента получения пакета адресатом. В общем случае, время задержки - величина случайная, что обусловлено случайным характером процессов поступления и передачи данных в сети. В компьютерных сетях обычно время доставки задаётся средним значением Т, на которое может налагаться ограничение Т< Т* в зависимости от типа передаваемых данных. При передаче мультимедийных данных кроме среднего значения времени доставки пакетов важной характеристикой является вариация или джиттер задержки, представляющая собой среднеквадратическое отклонение времени задержки разных пакетов. Время отклика (ответа)- интервал времени от момента поступления запроса (сообщения, транзакции) в сеть до момента завершения его обслуживания, связанного с выполнением некоторой прикладной или обслуживающей программы, с обращением к базе данных и т.п. Время ответа представляет собой время пребывания запроса в сети и характеризует эффективность как телекоммуникационных, так и вычислительных средств компьютерной сети. Время отклика, как и время задержки, - величина случайная и может задаваться средним значением U или в виде вероятности  непревышения некоторого заданного значения U*.В сетях реального времени вместо термина "время ответа" часто используют термин "время реакции". Характеристики надежности Надежность- способность компьютерной сети сохранять свои наиболее существенные свойства на заданном уровне и выполнять возложенные на нее функции в течение фиксированного промежутка времени при определенных условиях эксплуатации. При рассмотрении вопросов надежности следует различать отказы и сбои. Отказ- частичная или полная утрата работоспособности сети, приводящая к невыполнению или неправильному выполнению возложенных на нее функций. Для восстановления работоспособности системы при отказе требуется проведение ремонта. Сбой- кратковременная утрата работоспособности сети, характеризуемая возникновением ошибки при передаче и обработке данных. Для восстановления работоспособности сети при сбое требуется проведение повторных действий по передаче (обработке) данных или части данных или перезагрузки отдельных узлов или всей сети. Сбои не приводят к выходу сети из строя, однако могут существенно снизить эффективность функционирования, что проявляется в ухудшении характеристик функционирования сети (увеличивается время доставки сообщений и снижается производительность сети). В качестве характеристик надежности обычно используются следующие показатели: • вероятность безотказной работы сети P(t) - вероятность того, что в течение времени t не произойдет отказа; • интенсивность отказов  - среднее число отказов за единицувремени; • время наработки на отказ- промежуток времени между двумя смежными отказами - величина случайная, а ее среднее значение Т0 называется средней наработкой на отказ  ;• время восстановления- интервал времени от момента наступления отказа до момента восстановления работоспособности системы - величина случайная и обычно задается средним значением  , называемым средним временем восстановления;• коэффициент готовности Кг - доля времени, в течение которого сеть работоспособна:  .Величина Кгможет трактоваться как вероятность того, что в любой момент времени сеть работоспособна. Аналогично, значение  определяет вероятность того, что сеть находится в состоянии восстановления (неработоспособна).Стоимостные характеристики В качестве стоимостных (экономических) характеристик компьютерной сети могут использоваться следующие показатели: • полная стоимость владения (Total cost of ownership, TCO) -затраты, рассчитываемые на всех этапах жизненного цикла сети и включающие стоимость технических, информационных и программных средств (прямые затраты) и затраты на эксплуатацию сети (косвенные затраты); • стоимость (цена) передачи данных и обработки данных в сети, определяемая объемом и стоимостью используемых ресурсов сети соответственно при передаче и обработке данных. Локальные характеристики СВ В качестве локальных характеристик компьютерных сетей могут использоваться в зависимости от целей исследования самые разнообразные показатели эффективности. Локальные характеристики описывают эффективность функционирования: • узлов и каналов связи; • отдельных сегментов сети; • узлов обработки данных: ВС и ее подсистем. Локальные характеристики могут быть разбиты на две группы: • временные; • безразмерные. К временным характеристикам относятся: • время доставки (задержки) пакетов при передаче между соседними узлами сети; • время ожидания передачи данных в узлах сети или освобождения ресурсов ВС (сервера); • время пребывания данных в различных узлах, устройствах или подсистемах. К безразмерным характеристикам относятся: • число пакетов, находящихся в буферной памяти узлов (маршрутизаторов, коммутаторов); • коэффициенты загрузок узлов, каналов связи и устройств ВС и т.д. Коэффициент загрузки или просто загрузка р устройства - это доля времени, в течение которого устройство работает:  , где t - время, в течение которого устройство работало; Т - время наблюдения. Загрузка р характеризует степень использования устройства и часто называется коэффициентом использования устройства. Поскольку  , то загрузка может трактоваться как вероятность того, что в любой момент времени устройство работает. Величина  называется коэффициентом простоя устройства и характеризует долю времени, в течение которого устройство не работает (простаивает).Лекция 12. Протоколы интернет В современном мире существует большое количество различных сетевых технологий, каждая из которых реализуется множеством протоколов. Множество протоколов разных уровней одной сетевой технологии называется стеком протоколов. В настоящее время существует большое количество сетевых технологий с соответствующими стеками протоколов, в том числе: TCP/IP, XNS, IPX, AppleTalk, DECnet, SNA и др. Рассмотрим кратко некоторые из них и попытаемся установить их соответствие разработанной OSI-модели. TCP/IP Стек протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) разработан по заказу Министерства обороны США с целью обеспечения быстрого увеличения числа компьютеров с разными операционными системами в сети за счет стандартизации. Содержит 4 уровня. Уровень 1 - сетевой интерфейс- реализует функции физического и канального уровня в OSI-модели: • управляет обменом данными между устройством и сетью; • маршрутизирует данные между устройствами одной сети. Уровень 2 - межсетевой- соответствует сетевому уровню в OSI- модели: • управляет обменом данными между устройствами, находящимися в разных сетях (обеспечивает дейтаграммный сервис в терминах IEEE-модели); • отвечает за функции сетевой адресации. Уровень 3 - транспортный- соответствует транспортному уровню в OSI-модели: обеспечивает связь "end-to-end" между источником и приемником данных. Уровень 4 - прикладной- соответствует высшим уровням (5-7) в OSI-модели и обеспечивает функции, необходимые пользовательским (прикладным) программам, например, удаленное подключение к машине, передача файлов и т.д.  XNS Стек протоколов XNS (Xerox Network Services Internet Transport Protocol) разработан компанией Xerox для передачи данных по сетям Ethernet. Содержит 5 уровней. Уровень 1 - среда передачи- реализует функции физического и канального уровня в OSI-модели: • управляет обменом данными между устройством и сетью; • маршрутизирует данные между устройствами одной сети. Уровень 2 - межсетевой- соответствует сетевому уровню в OSI- модели: • управляет обменом данными между устройствами, находящимися в разных сетях (обеспечивает дейтаграммный сервис в терминах IEEE-модели); • описывает способ прохождения данных через сеть. Уровень 3 - транспортный- соответствует транспортному уровню в OSI-модели: • обеспечивает связь "end-to-end" между источником и приемником данных. Уровень 4 - контрольный- соответствует сессионному и представительному уровню в OSI-модели: • управляет представлением данных; • управляет контролем над ресурсами устройств. Уровень 5 - прикладной- соответствует высшим уровням в OSI-модели: • обеспечивает функции обработки данных для прикладных задач.  IPX Протокол IPX (Internet Packet Exchange) описан компанией Novell как "сервис", который позволяет приложениям посылать и получать сообщения через сеть. Поддерживает большое многообразие топологий ЛВС и физических средств передачи данных. Содержит, как и протокол XNS, 5 уровней и во многом повторяет XNS. Отличие заключается только в том, что IPX имеет несколько добавочных функций, например, возможность передачи служебных сообщений. Протокол IPX обеспечивает: • высокую производительность файлового сервера в ЛВС; • простоту администрирования в малых и средних сетях; • может работать в больших сетях и сетях с неоднозначными маршрутами, в том числе с несколькими соединениями сервера для распределения нагрузки. Протокол IPX не гарантирует доставки сообщения, т.е. IPX-пакет может быть потерян. Для обеспечения гарантированной доставки разработан протокол SPX (Sequenced Packet Exchange - последовательный обмен пакетами), обеспечивающий подтверждение успешного прохождения сообщения по сети. В большинстве случаев IPX и SPX реализуются как единый протокол (одной программой) IPX/SPX. AppleTalk Протокол AppleTalk (компании Apple Computer) предназначен для связи между компьютерами Macintosh и наиболее близок к OSI-модели -содержит 6 уровней, причем высший (представительный) уровень объединяет в себе функции прикладного и представительного уровней OSI-модели. DECnet Стек протоколов DECnet (Digital Equipment Corporation net) содержит 7 уровней (рис. 1.52).  Несмотря на разницу в терминологии, уровни DECnet очень похожи на уровни OSI-модели. DECnet реализует концепцию сетевой архитектуры DNA (Digital Network Architecture), разработанную фирмой DEC, согласно которой разнородные вычислительные системы (ЭВМ разных классов), функционирующие под управлением различных операционных систем, могут быть объединены в территориально-распределенные информационно-вычислительные сети. SNA Протокол SNA (System Network Architecture) компании IBM предназначен для удаленной связи с большими компьютерами и содержит 7 уровней (рис. 1.53).  SNA основана на концепции главной (хост)-машины и обеспечивает доступ удаленных терминалов к мейнфреймам IBM. Основной отличительной чертой SNA является наличие возможности доступа каждого терминала к любой прикладной программе главной ЭВМ. Системная сетевая архитектура реализована на базе виртуального телекоммуникационного метода доступа (Virtual Telecommunication Access Method - VTAM) в главной ЭВМ. VTAM управляет всеми линиями связи и терминалами, причем каждый терминал имеет доступ ко всем прикладным программам. NetWare NetWare является операционной системой сети (network operating system - NOS) и связанной с ней средой обеспечения услуг, разработанной Novell, Inc. и представленной на рынок в начале 1980 гг. В то время сети были небольшими и преимущественно гомогенными, связь рабочих групп с помощью локальных сетей была еще новым явлением, а идея о персональном компьютере еще только начала завоевывать популярность. Большая часть технологии организации сетей NetWare была заимствована из Xerox Network Systems (XNS) - системы организации сетей, разработанной Xerox Corporation в конце 1970 гг. Подробная информация о XNS приведена в Главе 22 "XNS". K началу 1990 гг. доля в рынке NOS NetWare возросла до 50-75 % (данные зависят от исследовательских групп, занимавшихся изучением рынка). Установив свыше 500,000 сетей NetWare по всему миру и ускорив продвижение по пути об'единения сетей с другими сетями, NetWare и подддерживающие ее протоколы часто сосуществуют на одном и том же физическом канале с многими другими популярными протоколами, в том числе ТСР/IP, DECnet и AppleTalk. В качестве среды NOS, NetWare определяет пять высших уровней эталонной модели OSI. Она обеспечивает совместное пользование файлами и принтером, поддержку различных прикладных задач, таких как передача электронной почты и доступ к базе данных, и другие услуги. Также, как и другие NOS, такие как Network File System (NFS) компании Sun Microsystems, Inc. и LAN Manager компании Microsoft Corporation, NetWare базируется на архитектуре клиент-сервер (slient-server architecture). В таких архитектурах клиенты (иногда называемые рабочими станциями) запрашивают у серверов определенные услуги, такие как доступ к файлам и принтеру. Первоначально клиентами NetWare были небольшие РС, в то время как серверами были ненамного более мощные РС. После того, как NetWare стала более популярной, она была перенесена на другие компьютерные платформы. В настоящее время клиенты и сервера могут быть представлены практически любым видом компьютерной системы, от РС до универсальных вычислительных машин. Основная характеристика системы клиент-сервер заключается в том, что доступ к отдаленной сети является прозрачным для пользователя. Это достигается с помощью удаленного вызовова процедур (remote procedure calls) - такого процесса, когда программа местного компьютера, работающая на оборудовании клиента, отправляет вызов в удаленный сервер. Этот сервер выполняет указанную процедуру и возвращает запрошенную информацию клиенту местного компьютера. Рис. 19-1 иллюстрирует в упрощенном виде известные протоколы NetWare и их связь с эталонной моделью OSI. При наличии соответствующих драйверов, NetWare может работать с любым протоколом доступа к носителю. На рисунке перечислены те протоколы доступа к носителю, которые в настоящее время обеспечиваются драйверами NetWare.  Сопоставление коммуникационных моделей и протоколов Ниже в табл. 1.2 представлены рассмотренные стеки протоколов и показано их соответствие рекомендованной Международной организацией по стандартизации OSI-модели. Таблица 1.2  Локальная вычислительная сеть (ЛВС, локальная сеть / Local Area Network, LAN) - компьютерная сеть, обеспечивающая передачу данных на небольшие расстояния (от нескольких десятков метров до нескольких километров) со скоростью, как правило, не менее 1 Мбит/с. Примеры ЛВС:Ethernet, Token Ring, FDDI. Характерные особенности ЛВС 1. Территориальный охват - от нескольких десятков метров до нескольких километров. 2. Соединяет обычно персональные компьютеры и другое электронное офисное оборудование, позволяя пользователям обмениваться информацией и совместно эффективно использовать общие ресурсы, например, принтеры, модемы и устройства для хранения данных. 3. Интерфейс - последовательный. 4. Отсутствует АПД, так как сигналы передаются в "естественной" цифровой форме. 5. В качестве устройства сопряжения ЭВМ со средой передачи используется достаточно простое устройство - сетевой адаптер. 6. Простые типовые топологии: "общая шина", "кольцо", "звезда". 7. Отсутствует маршрутизация (3-й уровень модели OSI). 8. Высокая скорость передачи данных, как правило, более 1 Мбит/с. 9. Сравнительно небольшие затраты на построение сети. Перечисленные особенности обусловливают основные достоинства ЛВС, заключающиеся в простоте сетевого оборудования и организации кабельной системы и, как следствие, в простоте эксплуатации сети. Состав ЛВС В общем случае ЛВС включает в себя: • множество ЭВМ, обычно персональных компьютеров (ПК), называемых рабочими станциями, • сетевые адаптеры, представляющие собой электронную плату для сопряжения ПК со средствами коммуникации; • среду передачи (магистраль), представляющую собой совокупность средств коммуникаций (коммуникационная сеть, сеть связи), объединяющая все ПК в единую вычислительную сеть кабельной системой или радиосвязью. Сетевые адаптеры (СА) (платы, карты) предназначены для сопряжения ПК со средствами коммуникации с учетом, принятых в данной сети правилами обмена информацией. Перечень функций, возлагаемых на СА, зависит от конкретной сети и, в общем случае, может быть разбит на две группы: 1) магистральные (канальные) функции, обеспечивающие сопряжение адаптера с ПК и сетевой магистралью; 2) сетевые функции, обеспечивающие передачу данных в сети и реализующие принятый в сети протокол обмена. К магистральным функциям СА относятся: 1) электрическое буферирование сигналов магистрали; 2) распознавание (дешифрация) собственного адреса на магистрали; 3) обработка стробов обмена на магистрали и выработка внутренних управляющих сигналов. К сетевым функциям СА относятся: 1) гальваническая развязка ПК и средств коммуникации (отсутствует в случае оптоволоконной и беспроводной связи); 2) преобразование уровней сигналов при передаче и приёме данных; 3) кодирование сигналов при передаче и декодирование при приёме (отсутствует при использовании кода NRZ); А) распознавание своего кадра при приёме; 5) преобразование кода: параллельного в последовательный при передаче и последовательного в параллельный при приёме; 6) буферирование передаваемых и принимаемых данных в буферной памяти СА; 7) проведение арбитража обмена по сети (контроль состояния сети, разрешение конфликтов и т.д.); 8) подсчет контрольной суммы кадра при передаче и приёме. Первые четыре функции всегда реализуются аппаратно, остальные могут быть реализованы программно, что естественно снижает скорость обмена. Алгоритм функционирования САпри передаче кадров содержит следующих этапы (при приёме - обратная последовательность). 1. Передача данных. Данные передаются из ОЗУ ПК в буферную память СА (из буферной памяти СА в ОЗУ ПК при приёме) через программируемый канал ввода/вывода, канал прямого доступа к памяти или разделяемую память. 2. Буферизация. Необходима для хранения данных во время обработки в СА и обеспечения согласования между собой скоростей передачи и обработки информации различными компонентами ЛВС. 3. Формирование кадра (сообщения): • сообщение разделяется на кадры при передаче (кадры объединяются в сообщение при приёме); • к кадру добавляются (удаляются при приёме) заголовок и концевик. 4. Доступ к кабелю. Проверяется возможность передачи кадра в линию связи: для Ethernet проверяется незанятость линии связи, для Token Ring - наличие маркера. При приёме кадра этот этап отсутствует. 5. Преобразование данных из параллельной формы в последовательную при передаче и из последовательной формы в параллельную при приёме. 6. Кодирование/декодирование данных. Формируются электрические сигналы, используемые для представления данных. 7. Передача/прием импульсов. Закодированные электрические импульсы передаются в линию связи (при приеме принимаются из линии связи и направляются на декодирование). Кроме этих этапов при приеме СА вместе с программным обеспечением ПК распознают и обрабатывают ошибки, возникающие из-за электрических помех, конфликтов в сетях со случайным доступом или из-за плохой работы оборудования. Топологии ЛВС В ЛВС наиболее широкое распространение получили следующие топологии. 1. "Шина" (bus)- представляет собой кабель, именуемый магистралью или сегментом, к которому подключены все компьютеры сети (рис.3.1).  Кадр, передаваемый от любого компьютера, распространяется по шине в обе стороны и поступает в буферы сетевых адаптеров всех компьютеров сети, как это пунктиром показано на рис.3.1. Но только тот компьютер, которому адресуется данный кадр, сохраняет его в буфере для дальнейшей обработки. Следует иметь в виду, что в каждый момент времени передачу может вести только один компьютер. На производительность сети (скорость передачи данных) влияют следующие факторы: • количество компьютеров в сети и их технические параметры; • интенсивность (частота) передачи данных; • типы работающих сетевых приложений; • тип сетевого кабеля; • расстояние между компьютерами в сети. Для предотвращения отражения электрических сигналов на каждом конце кабеля устанавливают терминаторы, поглощающие отраженные сигналы. При нарушении целостности сети (обрыв или отсоединение кабеля), а также при отсутствии терминаторов, сеть "падает" и прекращает функционировать. 2. "Звезда" (star),в которой все компьютеры подключаются к центральному компоненту - концентратору (рис.3.2).  Передаваемый кадр может быть доступен всем компьютерам сети, как в топологии «шина», или же, в случае интеллектуального концентратора, работающего на 2-м уровне OSI-модели, направляться конкретному компьютеру в соответствии с адресом назначения. Основными недостатками такой топологии являются: • значительный расход кабеля для территориально больших сетей; • низкая надежность (узкое место - концентратор). 3. "Кольцо" (ring). Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер (рис.3.3). В отличие от пассивной топологии "шина", каждый компьютер выступает в роли повторителя, записывая кадр в буфер сетевого адаптера и затем передавая их следующему компьютеру.  В зависимости от способа передачи сигналов различают: 1) пассивные топологии, в которых компьютеры только "слушают" передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю, поэтому выход из строя одного из компьютеров не сказывается на работе остальных; 2) активные топологии, в которых компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети. Архитектуры ЛВС Типы архитектур ЛВС: • одноранговые сети; • сети типа "клиент-сервер"; • комбинированные сети, в которых могут функционировать оба типа операционных систем (одноранговая и серверная). Лекция 13. Методы управления доступом в ЛВС На эффективность функционирования ЛВС существенное влияние оказывает метод управления доступом (Access Control Method), определяющий порядок предоставления сетевым узлам доступа к среде передачи данных с целью обеспечения каждому пользователю приемлемого уровня обслуживания. Методы доступа к среде передачи реализуются на канальном уровне OSI-модели. Классификация методов доступа представлена на рис.3.8. Множественный доступ - метод доступа множества сетевых узлов к общей среде передачи (например, общей шине), основанный на соперничестве станций за доступ к среде передачи. Каждая станция может пытаться передавать данные в любой момент времени. К методам множественного доступа относятся: • случайный доступ; • тактированный доступ; • доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов; • доступ с контролем несущей и предотвращением конфликтов.  Наиболее простым и естественным методом доступа к общей среде передачи является случайный доступ, означающий, что каждая станция сети начинает передачу кадра в момент его появления (формирования), не зависимо от того, занята общая среда передачи или свободна. Если две и более станций осуществляют передачу в одно и то же время, то их кадры взаимно искажаются, и возникает коллизия. На рис.3.9,а) показан случай, когда две рабочие станции РС1 и РС2 начинают передачу кадров «Кадр1» и «Кадр2» в случайные моменты времени tlи t2соответственно. В момент t2возникает коллизия (рис.3.9,6), искажающая оба кадра. Можно показать, что коэффициент использования канала связи при случайном методе доступа составляет примерно 16%.  Уменьшение коллизий и увеличение коэффициента использования канала связи может быть достигнуто за счёт использования тактированного доступа, который заключается в следующем. Весь временной интервал разбивается на такты длиной Т, где значение Т должно быть больше времени передачи кадра максимальной длины. Каждая рабочая станция может начать передачу кадра только в начале очередного такта. В этом случае «Кадр2» будет передан в другом такте по отношению к «Кадру 1» (рис.3.9,в), и коллизия не возникнет. Однако следует отметить, что остаётся достаточно высокой вероятность возникновения коллизий в тех случаях, когда моменты формирования кадров в разных станциях оказываются в пределах одного такта. В связи с этим, коэффициент использования канала связи, хотя и увеличивается, но незначительно, и составляет примерно 32%. Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection -CSMA/CD)- метод доступа к среде передачи, при котором станция, имеющая данные для передачи, прослушивает канал, чтобы определить, не передаёт ли данные в это время другая станция. Отсутствие сигнала несущей означает, что канал свободен и станция может начать передачу. Однако не исключено, что в течение времени распространения сигнала по среде передачи другие станции почти одновременно также начнут передачу своих данных. Во время передачи станция продолжает прослушивать канал, чтобы удостовериться в отсутствии коллизии. Если коллизия не зафиксирована, данные считаются успешно переданными. При обнаружении коллизии станция повторяет передачу через некоторое случайное время. Повторные передачи повторяются до тех пор, пока данные не будут успешно переданы. Множественный доступ с контролем несущей и предотвращением конфликтов (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance- CSMA/CA)- метод доступа к среде передачи, при котором передача данных предваряется посылкой сигнала блокировки (jam) с целью захвата передающей среды в монопольное пользование. Этот метод доступа рекомендован комитетом IEEE 802.11 для беспроводных ЛВС. Маркерный доступ предполагает наличие в сети кадра специального формата, называемого маркером, который непрерывно циркулирует в сети и управляет процессом доступа рабочих станций к среде передачи данных. В каждый момент времени данные может передавать только та станция, которая владеет маркером. Рабочая станция, владеющая маркером, присоединяет свой кадр данных к маркеру и отправляет адресату. При этом возможны различные варианты освобождения и передачи маркера другой станции: 1) освобождение маркера адресатом: адресат отсоединяет маркер от данных и может использовать его для отправки своего кадра, если таковой есть, или передать маркер другой станции; 2) освобождение маркера отправителем: маркер с присоединенным кадром данных делает полный оборот и отсоединяется отправителем (в версии Token Ring для скорости 4 Мбит/с), если оно вернулось без ошибок; в противном случае, этот же кадр с маркером направляется повторно в среду передачи данных; 3) метод раннего освобождения маркера ETR(Early Token Release), когда рабочая станция освобождает маркер сразу после передачи своих данных и передаёт его другой станции, не ожидая возвращения отправленного кадра данных (в версии Token Ring для скорости 16 Мбит/с и в сети FDDI). Маркерный доступ используется в сетях: • с шинной топологией в ЛВС ARCnet: рекомендация IEEE 802.4 (Token Bus - маркерная шина); • с кольцевой топологией в ЛВС Token Ring и FDDI: рекомендация IEEE 802.5 (Token Ring - маркерное кольцо). Стандарты локальных сетей Основным разработчиком стандартов локальных сетей является комитет 802, организованный в 1980 году в IEEE. В рамках этого комитета были образованы подкомитеты 802.1, 802.2,..., в которых разрабатываются стандарты разных уровней IEEE-модели и различных технологий построения ЛВС. На рис.3.10 перечислены некоторые из этих стандартов, представляющие собой рекомендации по разработке ЛВС, обеспечивающие выполнение основных требований к организации сетей, таких как открытость, гибкость и совместимость. Стандарты ЛВС обрастают дополнениями, которые находят отражение в обозначениях 802.x в виде букв, например 802.1р (стандарт, описывающий приоритезацию трафика на канальном уровне), а также пополняются новыми стандартами, отражающими появление новых технологий локальных сетей, например беспроводных сетей 802.11 и 802.16.  Ниже рассматриваются принципы организации наиболее популярной ЛВС Ethernet, использующей метод доступа CSMA/CD (IEEE 802.3), и ЛВС Token Ring, использующей метод доступа «маркерное кольцо» (IEEE 802.5), а также беспроводных технологий передачи данных, известных как WiFi (IEEE 802.11) и WiMAX (IEEE 802.16). Метод доступа Token Bus - «маркерная шина», описанный в стандарте IEEE 802.4, был реализован в локальной сети ArcNET, не получившей широкого распространения. ЛВС Ethernet Ethernet - технология ЛВС, разработанная совместно фирмами DEC, Intel и Xerox (DIX) и опубликованная в 1980 году в виде стандарта Ethernet II для сети с пропускной способностью 10 Мбит/с, построенной на основе коаксиального кабеля. На основе стандарта Ethernet II был разработан стандарт IEEE 802.3, который имеет следующие отличия: • канальный уровень разбит на два подуровня: MAC и LLC; • внесены некоторые изменения в формат кадра при тех же минимальных и максимальных размерах кадров. В зависимости от физической среды передачи данных IEEE 802.3 предусматривает различные варианты реализации ЛВС на физическом уровне: • 10Base-5 - толстый коаксиальный кабель; • 10Base-2 - тонкий коаксиальный кабель; • 10Base-T - витая пара; • 10Base-F - оптоволокно. В 1995 году был принят стандарт Fast Ethernet с пропускной способностью среды передачи 100 Мбит/с, который представлен в виде дополнительного раздела 802.Зи к стандарту IEEE 802.3. В 1998 году принят стандарт Gigabit Ethernet, описанный в разделе 802.3z для ЛВС с пропускной способностью 1 Гбит/с. В 2002 году утверждена спецификация IEEE 802.Зае для ЛВС с пропускной способностью 10 Гбит/с (10 Gigabit Ethernet), предусматривающая использование волоконно-оптических кабелей. В июне 2010 года принят стандарт IEEEP802.3ba для ЛВС с пропускными способностями 40 Гбит/с и 100 Гбит/с: 40 Gigabit Ethernet (40GbE) и 100 Gigabit Ethernet (lOOGbE). Перечисленные варианты ЛВС Ethernet и годы появления соответствующих стандартов сведены в табл.3.1. В стандарте IEEE 802.3 определен метод доступа, используемый в сетях Ethernet (в том числе Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) - CSMA/CD -множественный доступ с контролем несущей и проверкой столкновений. Компьютеры в ЛВС Ethernet подключаются к разделяемой среде в соответствии с топологией «общая шина» (рис. 3.1), которая обеспечивает обмен данными между двумя любыми компьютерами сети. Управление доступом к общей среде передачи реализуется средствами сетевого адаптера. Каждый сетевой адаптер, имеет уникальный адрес. Таблица 3.1
Кадры, передаваемые станциями, проходят через сетевые адаптеры всех станций сети, но только та из них, кому адресован данный кадр, принимает и записывает его в буфер адаптера для дальнейшего формирования сообщения и передачи его в память рабочей станции. Таким образом, в каждый момент времени в сети может передаваться только один кадр. Если передачу кадров начинают одновременно две и более станции, возникает коллизия, в результате которой все кадры искажаются и требуется повторная передача кадров. |