Концепция построения, назначение и типы сетей

1. Концепция построения, назначение и типы сетей

1.1 Архитектура локальной сети Ethernet

Ethernet – самая популярная из используемых сегодня физическая архитектура сети. Созданная в 60-х годах в Гавайском университете как сеть ALOHA, она стала первой пакетной радиосетью, в которой используется метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD).

В 1972 г. Роберт Меткалф и Девид Боффс реализовали в Xerox PARC сетевую архитектуру с кабельной системой и схемой передачи сигналов, а в 1975 г. они выпустили первый продукт Ethernet. Эта оригинальная сеть позволяла соединить более 100 компьютеров в сети со скоростью передачи данных менее 3 Мбит/с на расстоянии от одного километра.

На основе оригинальной спецификации компания Xerox, Intel и Digital создали расширенную спецификацию сети, позволяющую передавать данные со скоростью 10 Мбит/с. Данная спецификация стала основой для более позднего стандарта IEEE 802.3. В 1990 г. комитет IEEE 802.3 выпустил спецификацию для Ethernet, функционирующую на кабеле «витая пара».

Ethernet имеет шинную или звездообразную топологию, в которой используется передача сигнала в основной полосе частот и метод арбитража доступа к сети CSMA/CD. Среда передачи данных Ethernet пассивна, т.е.передачей сигналов по сети управляют компьютеры.

Ethernet осуществляет арбитраж доступа к сети по методу множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD). Это означает что в каждый момент времени сеть может использовать только одна рабочая станция. CSMA/CD функционирует аналогично старым телефонным системам применявшимся в сельских районах. При необходимости поговорить по телефону нужно было снять трубку и послушать, не использует ли кто-нибудь линию. Если линия уже занята, то нельзя было уже набрать номер или разговаривать. Приходилось просто вешать трубку и ждать, а затем снова слушать, свободна ли линия. Когда два человека одновременно набирали номер, то возникал «конфликт», и им приходилось вешать трубки и пробовать снова. Первый из них, захвативший свободную линию, получал доступ и мог позвонить.

В Ethernet рабочие станции посылают сигналы (пакеты) по сети. При возникновении конфликта они они прекращают передачу, ждут в течении случайного периода времени, а затем повторяют её. Используя подобные правила, рабочие станции должны конкурировать между собой за возможность передать информацию по сети. По этой причине Ethernet называется системой с конкуренцией за захват линии. Большинство сетей Ethernet работает со скоростью 10 Мбит/с.

Кадр Ethernet IEEE 802.3

Комитет 802ю3 определил стандартный базис для всех типов кадров Ethernet. Минимальная длина кадра составляет 24 октета, максимальная ограничена 1500 октетами, включая полезные данные и заголовки. Для идентификации получателя и отправителя каждого пакета используются заголовки. Единственное ограничение идентификации – каждый адрес должен быть уникальным и состоять из шести октетов.

Первые 12 октетов каждого пакета отводятся под целевой адрес длиной 6 октетов (адрес предполагаемого получателя) и исходный адрес (адрес отправителя). Данные адреса являются кодами адресов аппаратного уровня и часто упоминаются как МАС-адреса. В качестве МАС-адреса может выступать либо уникальный «универсально настраиваемый адрес», который автоматически присваивается всем сетевым адаптерам Ethernet во время их изготовления, либо заданный при установке адрес. Автоматически присваиваемый МАС-адрес состоит из шести двузначных шестнадцатеричных чисел, разделённых двоеточием, например, 99:02:11:D1:8F:19. Первые две пары чисел являются идентификационным номером изготовителя. Каждый изготовитель сетевых адаптеров должен быть лицензирован IEEE и получить уникальный идентификационный номер и диапазон МАС-адресов.

Настраиваемые адреса известны под названием «локально настраиваемых». Они предназначены для идентификации комнаты, отдела, владельца расширения голосовой почты и т.п. Использование локально-настраиваемых адресов может вооружить сетевого администратора чрезвычайно ценной при обнаружении неисправностей информацией. К сожалению, присвоение таких адресов может оказаться чрезвычайно сложной и длительной задачей.

Соответствующие стандарту 802 кадры могут содержать адрес единственного компьютера или ссылаться на группу рабочих станций с общей, определяемой характеристикой. Передача данных к группе машин называется многоадресной передачей.

В нормальных рабочих условиях сетевые карты Ethernet получают только те кадры, адрес получателя которых соответствует уникальному МАС-адресу карты или удовлетворяет критерию многоадресной передачи. Однако большинство сетевых адаптеров могут функционировать в режиме приёма всех сетевых пакетов, соответствующем приёму абсолютно всех пакетов локальной сети вне зависимости от адресов. Использование такого режима связано с возникновением опасности несанкционированного доступа со стороны другого пользователя локальной сети, а также с проблемой снижения производительности не только сети, но и самого компьютера.

Хотя большинство усовершенствований стандарта 802.3 по отношению к предыдущим версиям Ethernet коснулись собственного протокола, одно значительное усовершенствование было внесено и в структуру кадра 802.3. Комитету 802 был необходим самодостаточный стандарт, не зависящий от хорошего поведения других протоколов. Поэтому свойственное протоколам предыдущих версий Ethernet поле Type длиной в два октета было заменено на поле Length аналогичной длины.

Располагая заданной минимальной и максимальной длиной поля, определённой с помощью временного окна передачи сообщения в худшем случае, было необязательно определять размер кадра для клиентского протокола. Вместо этого рабочая группа 802.3 изменила назначение поля длиной в два октета, которое теперь явно определяло длину поля данных кадра, и возложила задачу идентификации протокола на LLC. Структура кадра проиллюстрирована на рис.1.1.

Рисунок 1.1. Кадр Ethernet стандарта IEEE 802.3

В кадре Ethernet стандарта IEEE 802.3 традиционное поле Type было заменено на поле Length. Вместо этого при необходимости идентификации типа протокола используется подкадр 802.2. Ещё одним усовершенствованием кадра 802.3 от предшественников является ограничение общего размера кадра в пределах от 64 до 1500 октетов, начиная от начала поля адреса получателя и до конца контрольной последовательности кадра.

Преамбула – это строка длиной в семь октетов, предшествующая каждому кадру и позволяющая синхронизировать передачу данных. Вслед за ней идёт ограничитель начала кадра (SFD). Само название этого октета говорит о его предназначении: он уведомляет о начале кадра все устройства локальной сети. За SFD следует повторяющаяся последовательность 1010101010.

SFD иногда рассматривается в качестве интегральной части преамбулы, а не части самого кадра, увеличивая тем самым размер преамбулы до восьми октетов.

Теперь рассмотрим предназначение контрольной последовательности кадра (FCS). Вычисленное значение присваивается этому полю компьютером, отсылающим кадр. Компьютер, получающий кадр, тоже знает способ вычисления значения и проверяет таким образом целостность пакета. Пакет может быть повреждён во время передачи из-за множества причин. Электромагнитные излучения, перекрёстные помехи и т.п. могут повредить пакет, не повлияв, однако, на его доставку по корректному адресу.

После получения пакета поле FCS проверяется на целостность с помощью методики циклического контроля избыточности (CRC). Принявший пакет компьютер выполняет те же вычисления, что и отославший пакет компьютер, и сравнивает полученное значение с прочитанным из поля FCS. Если значения совпали, можно быть уверенным, что прибыли корректные данные. В противном случае посылается запрос на повторную трансляцию пакета.

Ethernet 10 Мбит/с

В Ethernet применяются многие типы кабеля. В различных типах Ethernet применяются разные характеристики передачи сигналов, но во всех используется одна и та же спецификация кадров Ethernet, скорость 10 Мбит/с и арбитраж доступа CSMA/CD. Вот четыре наиболее распространённых типа кабельных систем Ethernet 10 Мбит/с:

-           10 Base 5 или толстая Ethernet с толстым коаксиальным кабелем

-           10 Base 2 или тонкая Ethernet с тонким коаксиальным кабелем

-           10 Base T, где применяется кабель типа «неэкранированная витая пара»

-           10 Base FL, в которой используется одно- или многомодовый волоконно-оптический кабель

Ethernet 100 Мбит/с

Для некоторых приложений скорости передачи 10 Мбит/с недостаточно. Существуют два конкурирующих стандарта, позволяющих увеличить традиционную производительность до 100 Мбит/с:

-           100 VG – AnyLAN

-           Ethernet 100 Base T или Fast Ethernet

При проектировании ЛВС для рабочих мест офиса на базе протокола Ethernet будет использоваться тип кабельной системы 10 Base T, который является наиболее оптимальным для небольших предприятий.

Все сети имеют некоторые общие компоненты, функции характеристики. В их числе:

-           серверы – компьютеры, предоставляющие свои ресурсы сетевым пользователям;

-           клиенты – компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым серверами;

-           среда передачи – способ соединения компьютеров;

-           совместно используемые данные – файлы, предоставляемые серверами по сети;

-           совместно используемые периферийные устройства, например принтеры, библиотеки CD-ROM и т.д., - ресурсы, предоставляемые серверами;

-           ресурсы – файлы, периферийные устройства и другие элементы, используемые в сети.

Несмотря на отмеченное сходство, сети разделяются на два типа:

-           одноранговые;

-           на основе сервера.

Различия между одноранговыми сетями и сетями на основе сервера принципиальны, поскольку предопределяют разные возможности этих сетей. Выбор типа сети зависит от многих факторов:

-           размера предприятия;

-           необходимой степени безопасности;

-           вида бизнеса;

-           доступности административной поддержки;

-           объёма сетевого трафика;

-           потребностей сетевых пользователей;

-           уровня финансирования.

В одноранговой сети (рис. 1.2) все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного сервера. Обычно каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер; иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за всю сеть. Пользователи сами решают, какие данные на своём компьютере сделать доступными по сети.

Одноранговые сети чаще всего объединяют не более 10 компьютеров. Отсюда их другое название – рабочая группа, т.е. небольшой коллектив пользователей.

Рисунок 1.2. Одноранговая сеть.

Одноранговые сети относительно просты. Этим обычно и объясняется меньшая стоимость одноранговых сетей по сравнению со стоимостью сетей на основе сервера.

Одноранговая сеть вполне подходит там, где:

-           количество пользователей не превышает 10 человек;

-           пользователи расположены компактно;

-           вопросы защиты данных не критичны;

-           в обозримом будущем не ожидается значительного расширения фирмы и, следовательно, сети.

Если эти условия выполняются, выбор одноранговой сети будет скорее всего правильным.

Если к одноранговой сети, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и серверов, подключить более 10 пользователей, она может не справиться с объёмом возложенных на неё задач. Поэтому большинство сетей имеют другую конфигурацию – они работают на основе выделенного сервера (рис. 1.3). Выделенным сервером называется такой сервер, который функционирует только как сервер и не используется в качестве клиента или рабочей станции. Он оптимизирован для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для повышения защищённости файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом.

Рисунок 1.3. Сеть на основе сервера.

При увеличении размера сети и объёмов сетевого графика необходимо увеличивать количество серверов. Распределение задач среди нескольких серверов гарантирует, что каждая задача будет выполняться наиболее эффективно.

Основным аргументом, определяющим выбор сети на основе сервера, является, как правило, надёжность защиты данных. В таких сетях, как Windows NT, проблемами безопасности может заниматься один администратор: он формирует единую политику безопасности и применяет её в отношении каждого сетевого пользователя.

Сети на основе сервера способны поддерживать тысячи пользователей. Сетями такого размера, будь они одноранговыми, управлять было бы невозможно.

Термин «топология», или «топология сети», характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Топология – это стандартный термин, который используется профессионалами при описании основной компоновки сети. Кроме термина «топология», для описания физической компоновки употребляют также следующее:

-           физическое расположение;

-           компоновка;

-           диаграмма;

-           карта.

Топология сети обуславливает её характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет:

-           на состав необходимого сетевого оборудования;

-           характеристики сетевого оборудования;

-           возможности расширения сети;

-           способ управления сетью.

Чтобы совместно использовать ресурсы или выполнять другие сетевые задачи, компьютеры должны быть подключены друг к другу. Для этой цели в большинстве сетей применяется кабель.

Однако просто подключить компьютер к кабелю, соединяющему другие компьютеры, недостаточно. Разные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми платами, сетевыми операционными системами и другими компонентами требуют и различного взаимного расположения компьютеров.

Каждая топология сети налагает ряд условий. Например, она может диктовать не только тип кабеля, но и способ его прокладки.

Топология может также определять способ взаимодействия компьютеров в сети. Различным видам топологий соответствуют различные методы взаимодействия, и эти методы оказывают большое влияние на сеть.

Все сети строятся на основе трёх базовых топологий:

-           шина;

-           звезда;

-           кольцо.

Если компьютеры подключены вдоль одного кабеля (сегмента), топология называется шиной. В том случае, когда компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки, или концентратора, топология называется звездой. Если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут в кольцо, такая топология называется кольца.

Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий.

Похожие работы

Проектирование локальной сети организации

Скачать

29451

9

3

... информации. централизованное хранение информации в базах данных архивирование и резервное копирование информации обеспечение информационной безопасности в рамках ТКС организации взаимодействие локальной сети организации с глобальной сетью Internet. 1.2 Характеристики сети Для достижения поставленных целей сеть должна иметь следующие характеристики: Наличие доступа в Internet. Высокая ...

Проектирование локальной вычислительной сети для агетства по трудоустройству

Скачать

34737

17

0

... ; Систематическое ведение баз данных; Уменьшение объёмов хранимой информации и стоимости хранения данных; Стандартизация ведения документов; Существенное уменьшение времени поиска необходимых данных; Возможность использования вычислительных сетей при обращении к базам данных. Увеличение скорости выполнения вычислительных и печатных работ; Возможность моделирования некоторых переменных и анализа ...

Характеристика аппаратных средств автоматизированных рабочих мест и перспективы их развития

Скачать

115495

6

21

... информации и ее достоверность, что необходимо для эффективного планирования и управления. 1.3 Информационная технология проектирования автоматизированного рабочего места и эргономика аппаратных и программных средств АРМ В современных условиях автоматизированные рабочие места не создаются с нуля. В экономике практически на всех уровнях управления и во всех экономических объектах (от органов ...

Проектирование локально-вычислительной сети

Скачать

141212

28

10

... отключение. Iкз=>k*Iном 301,6 А =>3*40=120 А Вывод: Защита обеспечена. Глава 5. Технико-экономическое обоснование. Целью настоящего дипломного Проекта является проектирование локально-вычислительной сети с использованием технологии Fast Ethernet. Оценка экономической эффективности разрабатываемого проекта производится путем выбора коммутации в локально-вычислительной сети. В связи с ...