вавава. Технические средства информатизации. Учебное пособие предназначено для изучения дисциплины Технические средства информатизации
 Скачать 3.96 Mb.
|
Тема 8.2. Локальные вычислительные сети.План: Аппаратная реализация. Классификация топологических элементов сетей Топология, методы доступа к среде 1. Аппаратная реализация. Классификация топологических элементов сетей. Локальные сети состоят из конечных устройств и промежуточных устройств, соединенных кабельной системой. Определим некоторые основные понятия. Узлы сети – конечные устройства и промежуточные устройства, наделенные сетевыми адресами. К узлам сети относятся компьютеры с сетевым интерфейсом, выступающие в роли рабочих станций, серверов или в обеих ролях; сетевые периферийные устройства (принтеры, плоттеры, сканеры); сетевые телекоммуникационные устройства (модемные пулы, модемы коллективного использования); маршрутизаторы. Кабельный сегмент – отрезок кабеля или цепочка отрезков кабелей, электрически (оптически) соединенных друг с другом, обеспечивающие соединение двух или более узлов сети. Сегмент сети (или просто сегмент) – совокупность узлов сети, использующих общую (разделяемую) среду передачи. Сеть (логическая) – совокупность узлов сети, имеющих единую систему адресации третьего уровня модели OSI. Примерами могут быть IPX-сеть, IP-сеть. Каждая сеть имеет свой собственный адрес. Этими адресами оперируют маршрутизаторы для передачи пакетов между сетями. Сеть может быть разбита на подсети, но это чисто организационное разделение с адресацией на том же третьем уровне. Сеть может состоять из множества сегментов, причем один и тот же сегмент может входить в несколько разных сетей. Облако – коммуникационная инфраструктура с однородными внешними интерфейсами, подробностями организации которой не интересуются. Примером облака может быть городская – междугородная – международная телефонная сеть, так как в любом ее месте можно подключить телефонный аппарат и связаться с любым абонентом. По способу использования кабельных сегментов различают: двухточечные соединения – между двумя (и только двумя!) узлами. Для таких соединений в основном используются симметричные электрические (витая пара) и оптические кабели; многоточечные соединения – к одному кабельному сегменту подключается более двух узлов. Типичная среда передачи – несимметричный электрический кабель (коаксиальный кабель), возможно применение и других кабелей, в том числе и оптических. Соединение устройств отрезками кабеля друг за другом называется цепочечным. Возможно подключение множества устройств и к одному отрезку кабеля – методом прокола. Связь между конечными узлами, подключенными к различным кабельным и логическим сегментам, обеспечивается промежуточными системами – активными коммуникационными устройствами. Эти устройства имеют не менее двух портов (интерфейсов). По уровням модели OSI, которыми они пользуются, эти устройства классифицируются следующим образом: повторитель – устройство физического уровня, позволяющее преодолевать топологические ограничения кабельных сегментов. Информация из одного кабельного сегмента в другой передается побитно, анализ информации не производится; мост – средство объединения сегментов сетей, обеспечивающее передачу кадров из одного сегмента в другой (другие). Кадр, пришедший из одного сегмента, может быть передан в другой или отфильтрован. Решение о продвижении (передаче в другой сегмент) или фильтрации (игнорировании) кадра принимается на основании информации 2-го уровня: мост МАС-подуровня позволяет объединять сегменты сети в пределах одной технологии; мост LLC-подуровня, он же транслирующий мост, позволяет объединять сегменты сетей и с разными технологиями. Для узлов сети мост может быть «прозрачным», присутствие такого моста никак не отражается на действиях узлов. Мост сам определяет, требуется ли передача кадра из одного сегмента в другой и в какой именно. В противоположность прозрачным, существуют и мосты с маршрутизацией от источника. Для использования этих мостов источник кадра должен указать трассу его передачи. В пересылаемом кадре мост может модифицировать информацию только второго уровня, третьим уровнем он не интересуется. На основании информации второго уровня мост может выполнять фильтрацию по правилам, заданным административным способом. Мост может быть локальным, удаленным или распределенным. Локальный мост – устройство с двумя или более интерфейсами, к которым подключаются соединяемые сегменты локальных сетей. Удаленные мосты соединяют сегменты сетей, значительно удаленные друг от друга, через линию связи. Для связи удаленных сегментов мосты устанавливают парами, по устройству на каждом конце линии. Распределенный мост представляет собой совокупность интерфейсов некоторого коммуникационного облака, к которым подключаются сегменты соединяемых сетей. Коммутатор второго уровня (MAC и LLC) выполняет функции, аналогичные функциям мостов, но используется для сегментации – разбивки сетей на мелкие сегменты с целью повышения пропускной способности. Интеллектуальные коммутаторы используются для построения виртуальных локальных сетей (ВЛС). В случае микросегментации (к каждому порту подключается микросегмент, содержащий всего один узел) коммутатор должен передавать в другой порт (порты) каждый кадр, принятый каждым портом, что предъявляет высокие требования к его производительности. Маршрутизатор (router) работает на 3-м уровне и используется для передачи пакетов между сетями. Маршрутизаторы ориентируются на конкретный протокольный стек (TCP/IP, IPX/SPX, AppleTalk); мультипротокольные маршрутизаторы могут обслуживать несколько протоколов. Согласно правилам используемого протокола, маршрутизатор в пересылаемых пакетах модифицирует некоторые поля заголовка 3-го уровня. Маршрутизатор выполняет фильтрацию на основе информации 3-го уровня (и выше). В отличие от повторителей и мостов или коммутаторов, присутствие маршрутизатора известно узлам сетей, подключенных к его интерфейсам. Каждый порт маршрутизатора имеет свой сетевой адрес, на этот адрес узлы посылают пакеты, предназначенные узлам других сетей. Коммутатор третьего уровня решает задачи, близкие задачам маршрутизаторов, и ряд других (построение виртуальных локальных сетей) с более высокой производительностью. 2. Топология, методы доступа к среде. Каждая сетевая технология имеет характерную для нее топологию соединения узлов сети и метод доступа к среде передачи. Эти категории связаны с двумя нижними уровнями модели OSI. Различают физическую топологию, определяющую правила физических соединений узлов (прокладку реальных кабелей), и логическую топологию, определяющую направления потоков данных между узлами сети. Логическая и физическая топологии относительно независимы друг от друга. Физические топологии – шина, звезда, кольцо, дерево, сетка – иллюстрирует рис. 8.4.  Рис. 8.4. Разновидности топологии сетей:а – шина, б – звезда, в – кольцо, г – дерево, д - сетка В логической шине информация (кадр), передаваемая одним узлом, одновременно доступна для всех узлов, подключенных к одному сегменту. Передачу считанных данных на вышестоящий уровень (LLC-подуровень) производит только тот узел (узлы), которому адресуется данный кадр. Логическая шина реализуется на физической топологии шины, звезды, дерева, сетки. Метод доступа к среде передачи, разделяемой между всеми узлами сегмента, – вероятностный, основанный на прослушивании сигнала в шине, или детерминированный, основанный на определенной дисциплине передачи права доступа. В логическом кольце информация передается последовательно от узла к узлу. Каждый узел принимает кадры только от предыдущего и посылает только последующему узлу по кольцу. Узел транслирует дальше по сети все кадры, а обрабатывает только адресуемые ему. Реализуется на физической топологии кольца или звезды с внутренним кольцом в концентраторе. Метод доступа – детерминированный. Современный подход к построению высокопроизводительных сетей переносит большую часть функций МАС-уровня (управление доступом к среде) на центральные сетевые устройства – коммутаторы. При этом можно говорить о логической звезде, хотя это название широко не используется. Методы доступа к среде передачи делятся на вероятностные и детерминированные. При вероятностном методе доступа узел, желающий послать кадр в сеть, прослушивает линию. Если линия занята или обнаружена коллизия (столкновение сигналов от двух передатчиков), попытка откладывается на некоторое время. Общий недостаток вероятностных методов доступа – неопределенное время прохождения кадра, резко возрастающее при увеличении нагрузки на сеть, что ограничивает его применение в системах реального времени. При детерминированном методе узлы получают доступ к среде в предопределенном порядке. Последовательность определяется контроллером сети, который может быть централизованным (его функции может выполнять, например, сервер) или (и) распределенным (функции выполняются оборудованием всех узлов). Основное преимущество метода – ограниченное время прохождения 1 кадра, мало зависящее от нагрузки. Сети с большой нагрузкой требуют более эффективных методов доступа. Один из способов повышения эффективности – перенос управления доступом от узлов в кабельные центры. При этом узел посылает кадр в коммуникационное устройство. Задача этого устройства – обеспечить прохождение кадра к адресату с оптимизацией общей производительности сети и обеспечением уровня качества обслуживания, требуемого конкретным приложением. Контрольные вопросы. Определение локальных сетей, области их применения. Что подразумевает аппаратная реализация локальных сетей? Привести классификацию физических элементов сетей. Какие топологии ЛВС вам известны? Охарактеризовать физическую топологию ЛВС. В чём выражается логическая топология? Описать вероятностные и детерминированные методы доступа к среде передачи. |