Обзор сетевых архитектур

Дисциплина: Вычислительные машины

Тема: ”Обзор сетевых архитектур: Ethernet, Token Ring, ArcNet”


.



Содержание.

1.Введение………………………………………………………..3

2.Локальные компьютерные сети:

  • Ethernet…………………………………………………….6

  • ArcNet…………………………………………………… 14

  • Token Ring………………………………………………..17

3.Заключение…………………………………………………….20

4.Используемая литература…………………………………….22


Введение.

Локальная сеть представляет собой систему распределенной обработки информации, составляющую как минимум из двух компьютеров, взаимодействующих между собой с помощью специальных средств связи. Компьютеры, входящие в состав сети, выполняют достаточно широкий круг функций, основными из которых являются:

  • организация доступа к сети;

  • управление передачей информации;

  • предоставление вычислительных ресурсов и услуг абонентам сети.

В свою очередь, средства связи призваны обеспечить надежную передачу информации между компьютерами сети.

Конечно, компьютерная сеть может состоять и из двух компьютеров, но, как правило, их число в сети существенно больше. При этом компьютерная сеть не является простым объединением компьютеров, а представляет собой достаточно сложную систему. Любая компьютерная сеть характеризуется (рис. 1) топологией, протоколами, интерфейсами, сетевыми техническими и программными средствами.

Топология


Протоколы


Интерфейс


Программные средства


Технические средства



Локальная сеть

Рис.1



Топология компьютерной сети отражает структуру связей между её основными функциональными элементами. В зависимости от рассматриваемых компонентов, принято различать физическую и логическую структуры локальных сетей. Физическая структура определяет топологию физических соединений между компьютерами. Логическая структура определяет логическую организацию взаимодействия компьютеров между собой. Дополняя друг друга, физическая и логическая структуры дают более полное представление о компьютерной сети.

Под сетевыми техническими средствами подразумеваются различные физические устройства, обеспечивающие объединение компьютеров в единую компьютерную сеть.

Протоколы представляют собой правила взаимодействия функциональных элементов сети.

Интерфейсы – средства сопряжения функциональных элементов сети. Следует обратить внимание, что в качестве функциональных элементов могут выступать как отдельные устройства, так и программные интерфейсы.

Сетевые программные средства осуществляют управление работой компьютерной сети и обеспечивают соответствующий интерфейс с пользователями. К сетевым программным средствам относятся сетевые операционные системы и вспомогательные (сервисные) программы.

Каждая из составляющих локальных сетей характеризует её отдельные свойства, и только их совокупность определяет всю сеть в целом. Таким образом, выбор локальной сети заключается в выборе её топологии, протоколов, аппаратных средств и сетевого обеспечения. Каждый из этих компонентов является относительно независимым. Например, сети с одинаковой топологией могут использовать различные методы доступа, протоколы и сетевое программное обеспечение. В свою очередь, в разных сетях могут использоваться одинаковые протоколы и (или) сетевое программное обеспечение. Это, с одной стороны, расширяет возможность выбора наиболее оптимальной структуры сети, а с другой – усложняет этот процесс.

Локальные компьютерные сети.

1.Ethernet.

В настоящее время из относительно небольших компьютерных сетей со скоростью передачи до 10 Мбит/с. наиболее широкое распространение получила сеть Ethernet. Эта сеть предназначена для объединения различных учрежденческих (в том числе банковским и офисных) рабочих станций в локальную сеть. Сеть характеризуется низкой стоимостью, простотой наладки и эксплуатации. Для данного типа сетей существует достаточно большой набор программных и аппаратных средств. Успешный опыт эксплуатации сети Ethernet позволил взять её за основу при разработке стандарта IEEE 802.3 для магистральных сетей с множественным доступом, контролем передачи и обнаружением столкновений.

В качестве физической среды стандартом IEEE 802.3 определены два типа коаксиального кабеля, витая пара проводников и оптоволоконный кабель. Соответственно, различают четыре типа спецификации передающей среды: 10BASE5, 10BASE2, 10BASE-T и 10BASE-F. Одной из первых появилась спецификация 10BASE5, определяющая использование толстого коаксиального кабеля с диаметром центрального медного провода 2,17 мм. Спецификация 10BASE2 определяет использование тонкого коаксиального кабеля с диаметром центрального провода 0,89 мм.

Характеристики кабеля оказывают влияние на такие параметры сети, как дальность передачи по кабелю без повторителей, максимальное число станций, подключаемых к одному сегменту и др. Чтобы различить сети на базе кабелей этих типов. В первом случае говорят о сети толстая Ethernet, а во втором – тонкая Ethernet.

В качестве магистрального кабеля в системе 10BASE5 используется кабель RG –11. Для системы 10BASE2 наиболее часто используется RG–58A/U. Кабель RG-11 характеризуется более высокой надежностью и помехозащищенностью, однако его стоимость существенно больше стоимости кабеля RG-58A/U.

Сети систем 10BASE5 и 10BASE2 различаются также по дальности передачи по кабелю без повторителей (длине сегмента), максимальному числу станций, подключаемых к сегменту, и способу подключения их к коаксиальному кабелю. Так, максимальная длина сегмента, то есть участка сети без дополнительных усилителей (повторителей), для системы 10BASE5 составляет 500 метров. К сегменту допускается подключение до 100 станций. На концах сегмента размещаются терминаторы, предотвращающие возникновение эффекта отраженной волны на конце коаксиального кабеля. Терминатор имеет такое же волновое сопротивление, как и коаксиальный кабель – 50 Ом. Для подключения станций к передающей среде используется специальный приемопередатчик (трансивер) и адаптер. Трансивер выполняет функции модуля связи со средой, обеспечивая прием и усиление электрических сигналов, поступающих из кабеля, и передачу их обратно в коаксиальный кабель и сетевой адаптер. Для повышения надежности сети в трансивере осуществляется гальваническая развязка из четырех пар проводников, и разъема DB-15 трансивер связан с сетевым адаптером, который размещается внутри рабочей станции. Первая пара проводников используется для передачи сигналов в адаптер, вторая – для приема. Третья пара проводников используется для индикации столкновений кадров, а последняя – для подачи питания на трансивер.

Длина интерфейсного кабеля между адаптером и трансивером может достигать 50 метров. Это позволят в достаточно больших пределах менять месторасположение станций, не затрагивая основной кабель, который прокладывается от одного помещения к другому, как правило, в специальных монтажных коробах. Внутри помещения преимущественно используются трансиверный кабель. Подключение интерфейсного кабеля к адаптеру осуществляется с помощью интерфейса AUI (Attachment Unit Interfase) и стандартного 15-контактного разъема DB-15.

Для сетей системы 10BASE2 максимальная длина сегмента составляет 185 метров, хотя для некоторых типов сетевых адаптеров допускается увеличение этого параметра до 200, а некоторые, для адаптеров ЗСОМ – даже до 300 метров.

Максимальное число станций, подключаемых к сегменту, должно быть не больше 30. Подключение станций осуществляется с помощью T- и BNC-коннектора с волновым сопротивлением 50 Ом.

T-коннектор представляет собой небольшой тройник, который одной стороной подключается к сетевому адаптеру, а двумя другими через BNC-коннекторы – к коаксиальному кабелю. Сетевые коннекторы аналогичны коннекторам для подключения измеряемых устройств к осциллографам.

BNC-коннекторы подсоединяются к коаксиальному кабелю путем распайки, обжима или закрутки. В двух последних случаях используется специальный монтажный инструмент. На свободном конце оконечных рабочих станций должен располагаться специальный терминатор, представляющий собой небольшую заглушку с волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению кабеля.

Терминатор используется для поглощения сигналов на концах коаксиального кабеля и предотвращения эффекта отраженной волны. Один из терминаторов (но не оба) должен быть заземлен. Иначе сеть будет работать неустойчиво.

Сетевой адаптер для системы 10BASE2 предполагает наличие встроенного приемопередатчика. Следует заметить, что большинство сетевых адаптеров с целью унификации имеют соответствующие разъемы и могут использоваться и в сети 10BASE2, так и в сети 10BASE5. Адаптеры могут иметь как автономное исполнение и подключаться к компьютеру с помощью интерфейса RS-232С, и встраиваться в компьютер на его системную шину. Автономные адаптеры Ethernet стоят несколько дороже встраиваемых адаптеров и, как правило, применяются в тех случаях, когда невозможно поместить адаптер внутрь компьютера.

В общем, за счет использования относительно дешевого кабеля и отсутствия трансиверов, стоимость сети Ethernet 10BASE2 является более низкой по сравнению с сетью Ethernet 10BASE5, в связи с чем за ней закрепилось название CheapNet (дешевая сеть).

Используя специальные повторители (репитеры), можно объединять между собой до пяти сегментов сети. В этом случае максимальная длина сети Ethernet 10BASE5 составляет 2,5 км, а максимальная длина сети Ethernet 10BASE2 – 1 км. Репитеры могут располагаться в произвольном участке сегмента, образуя сети различной конфигурации – линейной или разветвленной.

Более того, повторители позволяют объединять сети с толстым и тонким кабелем. В настоящее время появились многопортовые повторители, позволяющие объединять несколько сегментов в виде звездообразной структуры. Таким образом, с помощью повторителей может быть реализована топология локальной компьютерной сети, близкая к оптимальной. При этом необходимо соблюдать так называемое правило “5-4-3”. В соответствии с этим правилом можно объединять между собой не более пяти сегментов сети, используя для этого четыре повторителя. Цифра три указывает на то, что к трем сегментам могут быть подключены узлы сети.

Совершенствование сетевых средств, и в первую очередь адаптеров, позволило широко использовать витые пары проводников в качестве передающей среды локальных компьютерных сетей.

Так, в рамках сети Ethernet и, соответственно, стандарта IEEE 802.3 разработана спецификация 10BASE-T, определяющая использование в качестве передающей среды витой пары проводников категории 3 и длиной кабеля до 100 метров. Основным структурным элементом сети является концентратор (Hub), к которому радикальным образом (рис.2) подключаются рабочие станции.


Концентратор 10BASE - T

Витые пары



РС 1

РС 4



РС 2

РС 3



Рис. 2 Структура сети Ethernet стандарта 10BASE - T

Используя несколько концентраторов, можно построить сеть достаточно сложной конфигурации. Например, объединив два концентратора с помощью коаксиального кабеля, можно получить локальную сеть, представленную на рис.3.

Концентраторы 10BASE - T



Коаксиальный кабель



Витые пары


рс1

рс4

рс5

рс8



рс2

рс3

рс6

рс7



Рис.3. Структура сети Ethernet с двумя концентраторами

Для соединения витых пар проводников с концентратором и сетевым адаптером используются стандартные телефонные разъемы RJ-45. По своей структуре и функциональным характеристикам адаптер станции совместим с адаптерами для коаксиального кабеля. В связи с этим в настоящее время с целью унификации выпускаются преимущественно универсальные сетевые адаптеры Ethernet 10BASE5/2/T, оснащенные разъемами DB-15, BNC и RJ-45.

Дальнейшее повышение эффективности сетей Ethernet связывается с использованием коммутирующих концентраторов (switching hub), которые в отличие от обычных (ретранслирующих) концентраторов позволяют рассматривать сегменты сети в качестве отдельных сетей, связанных вместе через интерфейс коммутации пакетов. Коммутирующий концентратор снабжен двумя буферами на каждый подключаемый порт: для принимаемых и передаваемых пакетов. Благодаря этому коммутируемый концентратор работает аналогично узлу коммутации пакетов, принимая и передавая пакеты одновременно между различными парами абонентов. Это, наряду с увеличением производительности, позволяет избежать столкновений пакетов. Компьютерные сети, использующие подобную технологию, получили Switch Ethernet.

Также новым технологическим направлением развития сетей Ethernet является оптоволоконная сеть Ethernet 10BASE-F со скоростью передачи 10 Мбит/с. В качестве передающей среды используется 50- или 100-микронный оптоволоконный кабель. Сеть характеризуется звездообразной топологией, которая поддерживается с помощью оптоволоконных концентраторов. Максимальная длина одного луча (сегмента) составляет 2100 метров.

Подводя итог, следует отметить, что в настоящее время имеется широкий выбор сетевых адаптеров, повторителей и концентраторов, позволяющих создавать сети различного состава и конфигурации. В частности, практически все концентраторы, например IBM 8224, IBM 8271, имеют по несколько входов для подключения сегментов сетей 10BASE5, 10BASE2, 10BASE-T и 10BASE-F.

FAST ETHERNET

Сеть Fast Ethernet представляет собой дальнейшее различие сети Ethernet за счет увеличения в 10 раз тактовой частоты. При этом основные аспекты построения сети Ethernet остались неизменными. В первую очередь это касается метода доступа, формата кадра и др. Основные отличия касаются физического уровня и связаны используемой передающей средой.

В соответствии со стандартом IEEE 802.3u для технологии Fast Ethernet в зависимости от применяемого кабеля определены следующие три наименования: 100Base-TX и 100Base-T4 – для витой пары проводников и 100 Base-FX – для оптоволоконного кабеля.

Система 100Base-FT использует две ары проводов: одну для передачи, другую – для приема данных. Спецификация стандарта на физическую среду передачи данных ANSI TP-PMD, на котором основано применение витой пары в 100Base-TX, допускает использование неэкранированной (UTP) категории 5 и экранированной (STP) витых пар.

Наиболее распространенной средой является неэкранированная витая пара. В этом кабеле пары проводников должны быть завиты по всей длине, за исключением его концов, где кабель подключается к разъемам. Длина невитого участка не должна превышать 1-1,5 см. протяженность сегментов в сети 100Base-TX на кабеле UTP категории 5 с волновым сопротивлением 100 Ом не должна превышать 100 м. Это ограничение диктуется допустимым временем задержки распространения сигнала в передающей среде и является достаточно жестким. С целью снижения влияния помех используется биполярная передача: по одному из проводов передается положительный, а другому – отрицательный потенциал. В отличие от стандарта ANSI TP-PMD в 100Base-TX используется такая же распайка, как и в 100Base-T. Это позволяет заменять соответствующие интерфейсные платы без перепайки или замены кабеля.

Стандартом 100Base-TX предусмотрено использование экранированной витой пары с волновым сопротивлением 150 Ом и стандартных девяти штырьковых коннекторов D-типа.

Специализацией 100Base-T также определена длина кабеля до 100 м. При этом допускается использование кабелей UTP категорий 3, 4 и 5, однако рекомендуется использование кабеля категории 5. Из четырех используемых пар две предназначены для однонаправленной передачи, а две другие – для двунаправленной передачи. Пары обозначаются следующим образом: TX – для однонаправленной передачи данных; RX – для однонаправленного приема; BI – две остальные пары для обмена данными в обоих направлениях. С целью снабжения уровня помех при подключении кабеля 100Base-T4 необходимо придерживаться правила перекрестного соединения пар проводников.

Обе спецификации ограничивают диаметр сети (максимальное расстояние между любыми двумя абонентами) величиной в 200 м.

Спецификация не оптоволоконный интерфейс 100Base-FX определяет длину сегмента до 100 м, однако, допустимый диаметр сети равен 412 м. По спецификации 100Base-FX для каждого соединения требуется двухжильный многомодовый волоконно-оптический кабель, в котором по одному волокну передается, а по – другому принимается сигнал. Эти волокна имеют перекрестное соединение и поэтому обозначаются как RX и TX. Существует много видов волоконно-оптических кабелей, от простых двух волоконных до специальных многоволоконных кабелей. Наиболее часто в сегментах 100Base-FX используется многомодовый кабель MMF с оптоволокном толщиной 62,5 микрона и внешней изоляцией толщиной 125 микрон (обозначается как 62,5/125).

Для подключения может использоваться один из трех типов коннекторов:

  • рекомендуемый стандартом дуплексный коннектор SC, достаточно простой в применении;

  • FDDI-коннектор, заимствованный из сетей FDDI;

  • штыковой ST-коннектор, используемый в сетях 10Base-FL.

2.Сети с маркерным методом доступа

(стандарт IEEE 802.4)

Одной из первых локальных сетей с маркерным методом доступа является сеть ArcNet фирмы Datapoint. Скорость передачи информации по современным понятиям относительно невысокая – 2,5 Мбит/с, однако последняя разработка сети - ArcNet Plus работает на скорости 20 Мбит/с. Считается, что на основе ArcNet был разработан стандарт IEEE 802.3, однако между ними существует достаточно много отличий. В связи с этим остановимся на рассмотрении сетей стандарта IEEE 802.4. Эти сети, как и ArcNet, используют маркерный метод доступа в рамках шинной топологии. Доступ осуществляется с помощью непрерывно передаваемого кадра маркера определенного формата. Передача маркера происходит от одной станции к другой в порядке убывания их логических адресов. Станция с наибольшим адресом циклически передает кадр маркера станции с наибольшим адресом, тем самым, замыкая логическое кольцо передачи маркера. Станция, которая получает маркер от другой станции, относительно нее называется преемником. Соответственно, станция, о которой поступает маркер, называется предшественников. Так для станции Ст2 предшественником является станция Ст3, а преемников – станция Ст1.


Логическое кольцо передачи маркера



Ст6

Ст5

Ст4

Ст1

Ст2

Ст3

Терминатор


Для Ст2

Похожие рефераты: