Сетевые технологии

     Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4 и 16 Мбит/с. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается. Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мбит/с, имеют некоторые усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению  со стандартом 4 Мбит/с.

     Технология Token Ring является более сложной технологией, чем Ethernet. Она обладает свойствами отказоустойчивости. В сети Token Ring определены процедуры  контроля работы сети, которые используют обратную связь кольцеобразной структуры - посланный кадр всегда возвращается в станцию - отправитель. В некоторых  случаях обнаруженные ошибки в работе сети устраняются автоматически, например, может быть восстановлен потерянный маркер. В других случаях ошибки только фиксируются, а их устранение выполняется вручную обслуживающим персоналом.

     Для контроля сети одна из станций выполняет  роль так называемого активного монитора. Активный монитор выбирается во время инициализации кольца как станция с максимальным значением МАС-адреса, Если активный монитор выходит из строя, процедура инициализации кольца повторяется и выбирается новый активный монитор. Чтобы сеть могла обнаружить отказ активного монитора, последний в работоспособном состоянии каждые 3 секунды генерирует специальный кадр своего присутствия. Если этот кадр не появляется в сети более 7 секунд, то остальные станции сети начинают процедуру выборов нового активного монитора.

         1.3.4 Локальная сеть  ArcNet

 

     ArcNet (англ. Attached Resource Computer Network) – простая, недорогая, надежная и достаточно гибкая архитектура локальной сети. Разработана корпорацией Datapoint в 1977 году. Впоследствии лицензию на ArcNet приобрела корпорация SMC (англ. Standard Microsystems Corporation), которая стала основным разработчиком и производителем оборудования для сетей ArcNet. В качестве передающей среды используются витая пара, коаксиальный кабель (RG–62) с волновым сопротивлением 93 Ом и оптоволоконный кабель. Скорость передачи данных – 2,5 Мбит/с, существует также расширенная версия – ArcNetplus – поддерживает передачу данных со скоростью 20 Мбит/с. При подключении устройств в ArcNet применяют топологии шина и звезда. Метод управления доступом станций к передающей среде – маркерная шина (англ. Token Bus). Этот метод предусматривает следующие правила:

• Все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные только получив разрешение на передачу (маркер);
• В любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом;
• Данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.

     Передача  каждого байта в ArcNet выполняется  специальной посылкой ISU (англ. Information Symbol Unit – единица передачи информации), состоящей из трех служебных старт/стоповых битов и восьми битов данных. В начале каждого пакета передается начальный разделитель АВ (англ. Alert Burst), который состоит из шести служебных битов. Начальный разделитель выполняет функции преамбулы пакета.

     В ArcNet определены 5 типов пакетов:

1. Пакет ITT (англ. Information to Transmit) – приглашение к передаче. Эта посылка передает управление от одного узла сети к другому. Станция, принявшая этот пакет, получает право на передачу данных.
2. Пакет FBE (англ. Free Buffer Enquiries) – запрос о готовности к приему данных. Этим пакетом проверяется готовность узла к приему данных.
3. Пакет данных. С помощью этой посылки производиться передача данных.
4. Пакет АСК (англ. ACKnowledgments) – подтверждение приема. Подтверждение готовности к приему данных или подтверждение приема пакета данных без ошибок, т.е. в ответ на FBE и пакет данных.
5. Пакет NAK (англ.Negative AcKnowledgments) – неготовность к приему. Неготовность узла к приему данных (ответ на FBE) или принят пакет с ошибкой.

     В сети ArcNet можно использовать две топологии: «звезда» и «шина».

     Таблица 1.1.

     Основные  характеристики сетей по методам  передачи информации

         1.3.5. Топологии сети

 

       Топология — описание способа, при помощи которого рабочие станции и серверы физически соединяются между собой. Топологии различаются требуемой длиной соединительного кабеля, удобством соединения, возможностями подключения дополнительных абонентов, отказоустойчивостью, возможностями управления обменом (см. табл.1.2.). Топологическая структура влияет на пропускную способность и стоимость локальной сети. Каждая топология сети налагает ряд условий. Например, она может диктовать не только тип кабеля, но и способ его прокладки. Отличительной особенностью ЛВС является наличие моноканала, т.е. единственного маршрута, связывающего любые две станции. В связи с этим при подключении устройств к сети используются три топологии. 

     Звездообразная  сеть 

     "Звезда" — принципиально централизованная топология (рис.1.1), в которой всегда есть четко выделенный центральный абонент, осуществляющий все управление обменом в сети, и через который идет вся информация в сети. В этом есть свои плюсы и минусы. Любое жестко централизованное управление по своей сути бесконфликтно, но такая сеть не будет работать при любой неисправности центрального абонента. Поэтому центральный компьютер должен отличаться от остальных высокой надежностью, а, следовательно, и более высокой стоимостью. К тому же, выполнять другие задачи на центральном компьютере станет невозможно, так как он будет загружен работой с сетью.

     К недостаткам топологии относится  также ограниченное число абонентов, которое обычно в локальных сетях  не превышает 16 пользователей. Затруднительно соединение звезд между собой. К  плюсам данной конфигурации можно отнести  ее малую чувствительность к выходу из строя соединительного кабеля. Разрыв кабеля в любом месте всегда нарушает связь только с одним  абонентом. 

 

Рис. 1.1.  Сеть типа "звезда" 

     

Кольцевая сеть.

     "Кольцо" — последовательное соединение абонентов в замкнутое кольцо (рис. 1.2), что и определяет его особенности. Во-первых, вся передаваемая информация проходит через всех абонентов. Поэтому выход из строя любого из них нарушает работу всей сети в целом. Во-вторых, разрыв кабеля в любой точке нарушает целостность кольца и выводит из строя всю сеть. Для этого применяют дублирование кабеля. Управление может быть как централизованным, так и децентрализованным, оно не так жестко зависит от топологии, как в случае "звезды". Все адаптеры должны быть одинаковы, но иногда один из них выполняет функции диспетчера сети, тогда он значительно сложнее.

 

Рис. 1. 2.  "Кольцевая" сеть

     Эта топология допускает большое  число абонентов, причем возможно изменение  их количества. В кольце происходит автоматическое усиление передаваемого  сигнала каждым абонентом, поэтому  его размеры могут быть очень большими, и ограничены они только временем прохождения сигнала по всему кольцу. 

Шинная  сеть

     "Шина" — ориентирована на полное равноправие всех абонентов и идентичность их адаптеров (рис.1.3). Это не означает, что управление обменом не может быть централизованным. Однако центр будет заниматься только управлением обменом, а не перераспределением информации. "Шина" может логически работать как "звезда" или "кольцо". "Шина", в отличие от других топологий, сильно зависит от электрического согласования используемых линий связи, потому что при любом повреждении кабеля возникают отражения и наложения сигналов. В таком случае нарушается работа всей сети. Однако, к выходу из строя компьютеров данная топология не чувствительна, нарушается обмен только с поврежденным компьютером, а вся остальная сеть остается в рабочем состоянии. Максимально допустимое количество абонентов в "шине" такое же, как и в "кольце". В "шине" легко менять количество подключенных абонентов, иногда даже в процессе работы. В связи со сложностью децентрализованного обмена, сложность аппаратуры в адаптерах выше, чем в других топологиях. Однако децентрализованное управление гораздо надежнее централизованного и лучше приспосабливается к изменяющимся внешним условиям. 

 
Рис. 1.3. Сеть с общей шиной 

Существуют  также смешанные топологии, такие  как "звезда-шина", "звезда-кольцо", которые имеют свои преимущества.

 

Таблица 1.2.

Сравнение топологий сетей

 

1.4. Выбор  и обоснование  проектных решений

 

     На  основании проведенного обзора  следует сформировать и описать  требования к сетевой технологии, топологии сети и  к аппаратному  обеспечению. Выше были описаны требования к прокладываемой сети, на основании  которых мы будем принимать решения.

     Для выбора оптимальной топологии сети необходимо учитывать следующие  требования:

• обеспечение альтернативной маршрутизации, максимальной надежности передачи данных;
• выбор оптимального маршрута передачи блоков данных (минимизация числа каналов, образующих последовательности);
• предоставление приемлемого времени ответа и нужной пропускной способности.

     Сеть  ArcNet нам не подходит, так как скорость передачи данных в ней достаточно мала (как и в сети Token Ring) и в любой момент времени только одна станция имеет право передавать данные, что очень неудобно.

     Среди описанных требований  упоминается  о скорости передачи (не менее 100 Мбит/с), минимизации коллизий. Выбранная  нами сетевая технология Fast Ethernet, а именно разработка семейства 100BASE-T (общий термин для обозначения стандартов, использующих в качестве среды передачи данных витую пару, длина сегмента до 100 метров, включает в себя стандарты)- 100BASE-TX, который является развитием стандарта 10BASE-T для использования в сетях топологии "звезда" (подключение рабочих станций по данному типу полностью исключает возможность коллизий). Данный стандарт мы и будем использовать в нашем курсовом проекте, а именно 100BASE-TX,. Здесь задействована витая пара категории 5 и 5е, фактически используются только две пары проводников. Нас устраивает, что в качестве среды передачи мы используем витую пару. Буква T в названии означает, что средой передачи является неэкранированный кабель на основе витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). При выборе кабеля принимаются во внимание следующие характеристики: полоса пропускания, расстояние, физическая защищенность, электромагнитная помехозащищенность, стоимость. Кроме того, при выборе кабеля нужно учитывать, какая кабельная система уже установлена на предприятии(в данном случае никакой), а также какие тенденции и перспективы существуют на рынке в данный момент.

     Неэкранированная  витая пара UTP по характеристикам  полосы пропускания и поддерживаемым расстояниям  подходит для создания горизонтальных подсистем. Но так как  она может передавать данные и  голос, она используется чаще. Неэкранированная витая пара является популярным видом среды передачи данных на небольшие расстояния (до 100 м) и включена практически во все современные стандарты и технологии локальных сетей и обеспечивает пропускную способность до 100 Мб/с (на кабелях категории 5). Так как длина этажа НИИ составляет 150 метров, для нас это решение подходит. Категория 5е  определяется стандартом EIA/TIA 568А, полоса частот 100-125 МГц. Спецификация предусматривает использование коммутатора для подключения пользователей по физической топологии "звезда". Подключение узлов к сети осуществляется с помощью модульных настенных телефонных гнезд RJ-45 и RJ-11 и четырехпарного телефонного кабеля UTP, причем соединитель RJ-45 вставляется напрямую в сетевую плату.