Топология компьютерных сетей. Методы коммутации в компьютерных сетях.

При построении компьютерных се­тей важным является выбор физической организации свя­зей между отдель­ными компьютерами, т.е. топологии сети. При вы­боре топологии сети, на­ряду с чисто тех­ническими про­блемами решать и экономические.

Полно-связная топология соответст­вует сети, в кото­рой каждый компьютер связан со всеми остальными. Если в полно-связной топологии от­сутствуют или уда­ляются несколько связей, то такая топология носит на­звание ячеистой тополо­гии. Полно-связная топология является громоздкой и мало­эффективной, т.к. для каж­дой пары компьютеров вы­деляется отдельная электри­ческая линия связи и тре­буется большое количество коммутационных пор­тов.

Топология общая шинаявляется достаточно рас­пространенной тополо­гией для локальных сетей. В этом случае компьютеры подключаются к одному об­щему кабелю (шине), по ко­торому и происходит обмен информацией между ком­пьютерами. Пре­имущества: дешевизна и про­стота разводки кабеля по отдельным помещениям. Недостатки: низкая надежность, т.к. любой дефект общего кабеля полностью парализует всю сеть, а так же невысокая производительность, поскольку в любой момент только один компьютер может переда­вать данные в сеть.

То­поло­гия звездапредусматривает подключение каждого компьютера отдельным кабелем к общему уст­ройству, называемому концентратором, который нахо­дится в центре сети. Концентратор служит для перена­правле­ния передаваемой информации к одному или всем ос­тальным компьютерам сети. Она имеет более высокую надежность, т.к. неполадки с кабелем каса­ются лишь одного компьютера и только неисправность концентра­тора выводит из строя всю сеть. В на­стоящее время иерархическая звезда является самой распространен­ной топологией как в локальных, так и в глобальных компьютерных сетях.

В сетях с кольцевойтопологией данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. Если ком­пьютер распознает данные как «свои», то он их прини­мает.

Для круп­ных сетей харак­терно наличие произвольных связей между компьюте­рами, где можно, однако, выделить описан­ные выше топологии. Такие сети называются сетями со смешаннойтопологией любой компьютерной сети необходимо обеспечить доступность имеющихся физи­ческих каналов связи одновременно нескольким ком­пьютерам.

Предоставление физических каналов во время сеансов связи между компьютерами в сети на­зывается коммутацией. Существуют три различные схемы коммутации в сетях: коммутация каналов, ком­мутация пакетов и коммутация сообщений.

Сети скоммутацией каналов исторически появились первыми в виде первых телефонных сетей. Коммута­ция каналов подразумевает образование составного канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных ме­жду узлами сети. В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить про­цедуру установления соединения.

Коммутация паке­тов- эта схема была специально разработана для ком­пьютерных сетей, где различные компьютеры сети мо­гут иметь различное быстродействие. При коммутации пакетов все передаваемые сообщения разбиваются передающим компьютером на небольшие части (от 46 до 1500 байт), называемые пакетами. Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адрес­ная информация, а также номер пакета, Пакеты транс­портируются в сети как независимые информаци­онные блоки. Специальные устройства сети коммутаторы

принимают пакеты от передающих компьютеров и на основании адресной информации передают их друг другу до конечного принимающего компьютера.

Под коммутацией сообще­ний понимается передача единого блока данных через промежуточные транзит­ные компьютеры с временной буферизацией этого блока на диске каждого компью­тера. Сообщение хра­нится в транзитном компьютере на диске, причем время хранения может быть доста­точно большим. По такой схеме обычно передаются сообщения, не тре­бующие немедленного ответа, чаще всего сообщения электронной почты. Режим коммута­ции сообщений раз­гружает сеть для передачи сообще­ний, требующих бы­строго ответа, например, службы WWW сети Интернет. Техника коммутации сообщений появилась в компью­терных сетях раньше техники ком­мутации пакетов, но потом была вытеснена последней, как более эффек­тивной с точки зрения пропускной спо­собности сети. Сегодня коммутация сообщений рабо­тает как служба прикладного уровня только для неко­торых не опера­тивных служб.

22.Стандартизация компьютерных сетей. По­нятие интерфейса, протокола и стека.

По­скольку компью­теры и сетевое оборудование могут быть разных про­изводителей, то воз­никает проблема их совместимости. Без при­нятия всеми производителя общепринятых правил построения оборудования создание компью­терной сети было бы невозможно. Поэтому разработка и создание компьютер­ных сетей может происходить только в рам­ках утвержденных стандартов.

В основу стандартизации компьютерных сетей поло­жен принцип декомпозиции, т.е. разделения сложных задач на от­дельные более простые подзадачи. Каждая подзадача имеет четко определенные функции и строго установ­ленные связи между подзадачами. Две основ­ные подза­дачи:

- взаимодействие программ­ного обеспечения пользователя с физиче­ским каналом связи (посредст­вом сетевой карты) в пределах одного компьютера

- взаимодействие компьютера через канал связи с дру­гим компьютером.

Современное программное обеспече­ние компьютера имеет многоуровневую модульную структуру, т.е. программный код, написанный програм­ми­стом и видимый на экране монитора (модуль верх­него уровня), проходит несколько уров­ней обработки, прежде чем превратится в электрический сигнал (мо­дуль нижнего уровня), передаваемый в канал связи. При взаимодействии компьютеров через канал связи оба компьютера должны выполнять ряд согла­шений. Соглашения должны быть такими, чтобы они были поняты каждым мо­дулем на соответствующе уровне каждого компьютера. Суть работы многоуровне­вого протокола можно пояснить как «письмо в кон­верте». Каждый уровень протокола над­писывает на «конверте» свою информацию. Сетям нужно только по­нимать «надпись» на «конверте», чтобы предать его в место на­значения, а до содержания письма им дела нет.

Формализованные правила, определяю­щие после­довательность и формат сообще­ний, которыми обме­ниваются модули, лежа­щие на одном уровне, но в раз­личных ком­пьютерах называются протоколами. Мо­дули, реализующие протоколы соседнего уровня и на­ходящиеся в одном компьютере, также взаимодейст­вуют друг с другом в со­ответствии с четко определен­ными прави­лами и с помощью стандартизованных фор­матов сообщений. Эти правила называ­ются интерфейсом и определяют набор сервисов, предоставляемых данным уровнем соседнему уровню. Другими словами, в сете­вых технологиях традиционно принято, что протоколы определяют правила взаимо­дей­ствия модулей одного уровня, но в разных компью­терах, а интерфейсы – соседних уровней в одном ком­пьютере.

Модули, таким образом, должны обрабаты­вать:

во-первых свой собственный протокол

во-вто­рых интерфейсы с соседними уров­нями.

Независимость прото­колов каждого уровня друг от друга и взаи­модействие самих уровней посредством ин­терфейсов является важнейшей предпосыл­кой для создания ряда стандартных прото­колов для компью­терных сетей.

Протокол ТCP/IP.

Осно­вой сети Интернет является стек проколов TCP/ IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol).

В этом протоколе существую четыре уровня взаимодейст­вия: канальный + физический уровен , уровень IP (ад­ресация пакетов), TCP (управление передачей), при­кладной уровень.

Принцип взаимодействия компьюте­ров в сети начинается с того, что приложение (программа пользователя) одного компьютера обращается к при­кладному уровню другого компьютера, например, к файловой системе. Приложение первого компьютера формирует с помощью операционной системы блок данных стандартного формата, состоящее из заголовка и поля данных.

Заголовок содержит слу­жебную информацию, которую необходимо предать че­рез сеть прикладному уровню другого компьютера, чтобы сообщить ему, какую работу необходимо выпол­нить. Кроме этого в заголовке имеется информация для следующего нижнего уровня, чтобы он «знал», что де­лать с этим сообщением.

В поле данных находится информация, которую необходимо поместить в най­денный файл. Сформировав сообщение, прикладной уровень направляет его «вниз» уровню TCP. Прочитав заголовок, TCP-уровень выполняет требуемые дейст­вия над сообщением и добавляет к сообщению собст­венную служебную информацию – заголовок TCP -уровня, в котором содержаться указания для протоко­лов TCP -уровня второго компьютера. Полученное в результате сообщение передается вниз IP- уровню, ко­торый в свою очередь добавляет свой заголовок и т.д. При достижении сообщением нижнего, физического уровня, у него имеется множество заголовков, добав­ленных на каждом предыдущем уровне (сообщение вложено внутрь, как в матрешку). В таком виде оно и передается по сети. Второй компьютер принимает его на физическом уровне и последовательно перемещает его вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анали­зирует и обрабатывает заголовок своего уровня, вы­полняя соответствующие этому уровню функции, а за­тем удаляет этот заголовок и передает сообщение дальше вышележащему уровню.

Основной зада­чейTCP – уровня является доставка всей информации компьютеру получателя, контроль последовательности предаваемой информации, повторная отправка не дос­тавленных пакетов в случае сбоев работы сети. На­дежность доставки информации достигается следую­щим образом. В заголовке TCP – уровнясодержится порядковый номер блока данных (сегмента), полученных от прикладного уровня, а также специальный идентификатор, который называ­ется портом. На IP- уровне происходит адресация компьютеров в сети Интернет. Адрес отправителя и адрес получателя помещается в заголовок пакета. IP- адресация построена на концепции сети, состоящей из хостов. Хост представляет собой объект сети, который может передавать и принимать IP- пакеты, например, компьютер, рабочая станция или специальное устрой­ство маршрутизатор. Хосты соединяются между собой через одну или несколько сетей. IP – адрес любого из хостов состоит из адреса (номера) сети и адреса хоста в этой сети.

IP – адрес назначается админист­ратором сети во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. Номер сети может быть выбран администратором произвольным образом, или назна­чен по рекомендации специального подразделения Ин­тернет – InterNIC.

24.Технология Ethernet.

Ethernet - это самый распро­страненный на сегодняшний день стандарт передачи данных локальных сетей.

Общее количество работаю­щих по протоколу Ethernet сетей оценивается более чем в 5 миллионов, а количество компьютеров с уста­новленными адаптерами Ethernet – более чем в 50 миллионов.

Ethernet – это сетевой стандарт, разрабо­танный фирмой Xerox в 1975 году и принятый комите­том IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).Указанный стандарт использует метод раз­деления среды – метод CSMA/ CD (carrier-sense – multiply- acces with collision detection) - метод коллектив­ного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий. Этот метод используется исключительно в сетях с топологией “общая шина”. Все компьютеры в такой топологии имеют доступ к общей шине, все ком­пьютеры имеют возможность немедленно получить данные, которые любой из компьютеров начал переда­вать на общую шину. Простота подключения предопре­деляет успех технологии Ethernet.

Базовый cтандарт Ethernet предписывает передачу двоичной информации для всех вариантов физической среды со скоростью 10 Мбит/с. В общем случае возникновение коллизий зави­сит от вида линии связи и расстояний между компью­терами.

В настоящее время используются в основном два типа линий связи:

· неэкранированная витая пара, обозначаемая как 10Base –T,

· волоконно – оптический кабель (10 Base – F).

Максимальная пропускная способ­ность стандарта Ethernet составляет 14880 кадр/с (для минимальной длины кадра 72 байта), а минимальная 813 кадр/ с (для кадра максимальной длины 1526 байт).

В настоящее время ведутся работы по созданию 1000 М/битного Gigabit Ethernet. Основная проблема Gigabit Ethernet заключается в значительном сокраще­нии расстояний между компьютерами (до 25 метров), что значительно удорожает сеть.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: