- Коммутатор 3-го уровня решает задачи, близкие задачам маршрутизаторов, и ряд других с более высокой производительностью. В настоящее время коммутаторы стали «забираться» и на 4-ый уровень.
Каждая сетевая технология имеет характерную для нее топологию соединения узлов сети и метод доступа к среде передачи.
Различают физическую топологию, определяющую правила физических соединений узлов и логическую топологию, определяющую направление потоков данных между узлами сети. Логическая и физическая топологии относительно независимы друг от друга.
Физические топологии – шина, звезда, кольцо, дерево, сетка.
В логической шине информация, передаваемая одним узлом, одновременно доступна для всех узлов, подключенных к одному сегменту. Логическая шина реализуется на физической топологии шины, звезды, дерева, сетки. В логическом кольце информация передается последовательно от узла к узлу. Каждый узел принимает кадры только от предыдущего узла и посылает только последующему. Реализуется на физической топологии кольца и звезды.
Методы доступа к среде 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 передачи 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.
Основное преимущество метода – ограниченное время прохождения 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.
Режим передачи определяет способ коммуникаций между двумя узлами.
- Симплексный режим позволяет передавать данные только в одном направлении, передающий узел полностью занимает канал. В телекоммуникациях такой режим практически не используется – он не позволяет отправителю информации получать подтверждение о его приеме, что необходимо для обеспечения нормальной связи.
- Полудуплексный режим допускает двустороннюю передачу, но в каждый момент времени только в одном направлении. Для смены направления требуется подача специального сигнала и получение подтверждения.
- Полнодуплексный режим допускает одновременную передачу сразу в двух направлениях. При этом передача в одном направлении занимает только часть канала. Дуплексный режим может быть симметричным (полоса пропускания канала в обоих направлениях одинакова) и несимметричным (пропускная способность в одном направлении значительно больше, чем в противоположном).
Качество сервиса сети определяется несколькими параметрами:
- Скорость передачи данных, определяется как количество бит данных, переданных за единицу времени.
- Задержка доставки данных, определяемая как время от передачи блока информации источником до его приема получателем.
- Уровень ошибок определяется либо как вероятность безошибочной передачи определенной порции данных (от бита до кадра).
Для высших уровней (прикладной) интересны такие параметры, как время откликаи производительность обслуживания запросов. Эти параметры определяются как сетью (время на транспортировку), так и серверами, обслуживающими прикладные запросы.
Приложения разных классов имеют разные требования к качеству обслуживания и современные сети на своем уровне при передаче данных должны уметь различать передаваемый трафик. В противоположном случае для работы некоторых приложений придется организовывать излишне мощные, а значит и дорогие каналы, которые в среднем окажутся недостаточно загруженными.
Управление потоком данных является средством согласования темпа передачи данных с возможностями приемника.Несмотря на то, что битовые скорости приемников и передатчиков всегда должны совпадать, возможны ситуации, когда передатчик передает информацию в темпе, неприемлемом для приемника. При этом входной буфер приемника переполняется, и часть передаваемой информации теряется. Средства управления потоком позволяют приемнику подать передатчику сигнал на приостановку или продолжение передачи. Эти средства требуют наличие обратного канала передачи (от приемника к передатчику).
Для контроля получения информации приемником применяют квитирование (handshaking - рукопожатие)- посылку-уведомление о получении кадра. На каждый принятый кадр приемник отвечает коротким кадром-подтверждением.
Возможна пакетная передача, при которой передатчик посылает серию последовательных кадров, на которую должен получить общее подтверждение, что экономит время. Если в подтверждении есть место для списка хороших и плохих кадров, то посылать повторно можно только плохие. При этом появляется необходимость в идентификации кадров и подтверждений.
Метод ‘скользящего окна” является эффективным гибридом индивидуальных подтверждений и пакетной передачи. Здесь передатчик посылает серию нумерованных кадров, зная, что приход подтверждения может задерживаться относительно своего кадра на время оборота по сети. это время может быть предварительно определено, и ширина “окна” определяется числом кадров, которые можно послать. Подтверждение нумеруется в соответствии с кадрами, эта нумерация может быть циклической с модулем, определяемым шириной окна. Если передатчик не получает подтвнрждение на кадр, выходящий из окна наблюдения, он считает его потерянным и повторяет его передачу. На случай повтора передатчик должен держать в своем буфере все кадры окна, замещая выходящие (подтвержденные) новыми.
Метод позволяетт полностью использовать пропускную способность канала не6зависимо от дальности передачи.
Для построения сетей из нескольких компьютеров, соединенных общей шиной Ethernet, достаточно проложить и разделать кабели, установить и сконфигурировать сетевые адаптеры и установить сетевые операционные системы на компьютеры.
После этого сеть работала, а администратору на аппаратном уровне оставалось только присматривать за порядком в нехитром, но ненадежном кабельном хозяйстве. Добавление новых пользователей тоже не вызывало особых проблем, но лишь до тех пор, пока хватало длины кабеля, терпение при поиске плохих разъемов и полосы пропускания разделяемой среды передачи. Современные сети представляют собой довольно сложные распределенные аппаратно-программные комплексы, способы, построения которых неоднозначны.
6.1. Оборудование локальных сетей
Конечное сетевое оборудование
Конечное сетевое оборудование является источником и получателем информации, передаваемой по сети.
- Компьютеры, подключенные к сети, являются самым универсальным узлом. Прикладное использование компьютеров в сети определяется программным обеспечением и установленным дополнительным оборудованием. Установка мультимедийного оборудования может превратить в IP-телефон, видеотелефон, терминал видеоконференцесвязи.
Сетевой интерфейс обеспечивается адаптером локальной сети и программными средствами загружаемой операционной системы. Для дальних коммуникаций используется модем внутренний или внешний. С точки зрения сети,”лицом” компьютера является его сетевой адаптер. Тип сетевого адаптера должен соответствовать назначению компьютера и его сетевой активности.
- Сервер является тем же компьютером, но подразумевается его более высокая сетевая активность. Для подключения к сети желательно использовать полнодуплексные высокопроизводительные адаптеры. Серверы желательно подключать к выделенному порту коммутатора в полнодуплексном режиме. При установке двух или более сетевых интерфейсов и соответствующего программного обеспечения сервер может играть роль маршрутизатора или моста. Серверы могут иметь возможность “горячей” замены дисковых накопителей, резервирование питания, блокировку несанкционированного доступа, средства мониторинга состояния (включая возможность сообщения о критических событиях на пейджер администратора). Серверы, как правило, должны иметь высокопроизводительную дисковую подсистему, в качестве интерфейса которой используют шину SCSI.
- Терминалы, алфавитно-цифровые и графические, используются в клиент-серверных системах в качестве рабочих мест пользователя, а также в качестве консолей для управления сетевым оборудованием. Терминалы, как правило, имеют последовательный интерфейс RS-232 C. Терминал имеет собственную систему команд. Терминал может эмулироваться и персональным компьютером, при этом в качестве интерфейса может выступать как СОМ – порт, так и сетевой интерфейс.