Реферат: Учебное пособие по части курса «Вычислительные машины, сети и системы телекоммуникаций» для студентов специальности 351400

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования
«Алтайский государственный технический университет
им. И.И. Ползунова»

Бийский технологический институт (филиал)


Ф.А. Попов, Ю.В. Гондурова



ЛОКАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ

Учебное пособие

по части курса «Вычислительные машины, сети и системы телекоммуникаций» для студентов специальности 351400


Авторы: к.т.н., профессор Ф.А. Попов

ассистент Ю.В. Гондурова


Зав. кафедрой ИУС Б.И. Ворожцов


Заместитель МКФ С.А. Тараненко


Ответственный за

стандартизацию кафедры С.А. Тараненко


Зав. библиотекой Л.В. Волкова


Инженер по

стандартизации Л.И. Идт


Проректор

по УР В.А. Харитонов


Бийск 2005


УДК 577:54


Попов Ф.А., Гондурова Ю.В. Локальные вычислительные сети: Учебное пособие по части курса «Вычислительные машины, сети и системы телекоммуникаций» для студентов специальности 351400.


Алт. гос. техн. ун-т., БТИ. – Бийск:

Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2005. – 83 с.


Учебное пособие по части курса предназначено для студентов специальности 351400 технических вузов, изучающих основы построения локальных вычислительных сетей в рамках курса «Вычислительные машины, сети и системы телекоммуникаций», и содержит в сжатом виде комплекс сведений, необходимых для наилучшего понимания данного предмета.


Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры информационных управляющих систем

Протокол № от 2005 г


Рецензент: к.ф-м.н., проректор по информатизации АГУ Максимов А.В.


© БТИ АлтГТУ, 2005


Содержание


Содержание……………………………………………………….

3

Введение.................................................................................……

4

1 Общие положения..........................................................……….

5

2 Виды локальных вычислительных сетей..........................…....

8

3 Стандарты протоколов..........................................….....……....

11

3.1 Стандарт ISO "Взаимодействие открытых систем"…….…

12

3.2 Стандарты физического и канального уровней……………

18

3.3.Протоколы верхних уровней………..………………………

34

4 Сетевые операционные системы...............................................

50

4.1 Определение операционных систем……..………..……….

50

4.2 Операционная система Novell Netware .................................

56

4.3 Семейство операционных систем UNIX…….....…………..

78

Литература.........................…….....................................................

83



ВВЕДЕНИЕ


Благодаря тому огромному влиянию, которое оказывают на общество в настоящее время ЭВМ и сети ЭВМ, данный исторический период принято называть "информационным веком". С помощью этих революционных средств были значительно увеличены производительность труда и экономическая эффективность как целых организаций, так и отдельных людей, на их основе были созданы принципиально новые технологии обработки данных и информационного обмена.

В данном пособии рассмотрен широкий круг вопросов, непосредственно связанных с проблемами построения локальных сетей ЭВМ, при этом наряду с основными теоретическими положениями уделено внимание также конкретным сетевым разработкам.

В пособии приводятся основные сведения, необходимые для понимания принципов построения и функционирования локальных сетей, для осознанного выбора их структуры и оборудования. В нем содержится простое и понятное описание наиболее распространенных протоколов различных уровней локальных сетей, рассмотрены назначение и основные возможности сетевых операционных систем Novell NetWare 4.1 и Unix. Особое внимание при этом уделено семейству протоколов TCP/IP, используемых для интеграции возможностей Novell NetWare и Unix, для обеспечения взаимодействия локальных сетей с глобальными сетями ЭВМ.
^


1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Определим сеть ЭВМ как совокупность средств вычислительной техники, объединенных физической средой и программными средствами в единую систему, обеспечивающую многочисленным пользователям доступ к распределенным по ней вычислительным и информационным ресурсам.

Сети ЭВМ делятся на локальные и глобальные. Сеть в пределах здания или территории предприятия - локальная вычислительная сеть, или ЛВС (Local Area Network - LAN). Глобальные сети (Wide Area Network - WAN) объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. Связь в сетях осуществляется через специальные кабели, телефонные и телеграфные каналы общего назначения, каналы специальной связи. Широко используется беспроволочная связь (радиосвязь, микроволновая, инфракрасное излучение).

Главным отличием ЛВС от глобальных сетей является наличие высокоскоростного канала обмена данными между компьютерами, скорость которого сравнима со скоростью работы периферийных устройств ЭВМ - дисков, мониторов и т. п.

Для передачи данных в локальных сетях применяется метод коммутации пакетов, при котором любая передаваемая по сети информация разбивается на короткие порции – пакеты данных (data packets) или кадры (frames). Пакеты независимо передаются между узлами сети, а затем собираются в исходное сообщение в конечном узле.

В глобальных сетях используется как метод коммутации пакетов, так и метод коммутации сообщений, в основе которого и лежит принцип "запомнить и послать" (сообщение запоминается, анализируется и передается следующему узлу сети или непосредственно терминалу пользователя).

Любая сеть ЭВМ представлена аппаратной частью и программным обеспечением. При этом в ее структуре можно выделить основные составляющие: серверы, сетевое коммуникационное оборудование, рабочие станции.

Серверы - разделяемые (совместно используемые) компоненты сети. Сервер содержит некоторый ресурс, который он предоставляет пользователю. Самый общий тип сервера - файловый. Серверы могут быть как выделенными, узкоспециализированными, так и невыделенными, обеспечивающими совмещение различных функций на одном компьютере. В случае, если каждый сервер ЛВС является также и рабочей станцией, речь идет об одноранговой сети. В двухранговых ЛВС серверы не предназначены для непосредственной работы с ними пользователей, они только предоставляют свои ресурсы (диски, файлы и т. п.) пользователям, работающим за рабочими станциями.

Сетевые коммуникационные системы для ЛВС - это сетевые адаптеры (Network adapter) или карты сетевого интерфейса (Network Interface Card - NIC), установленные в каждом компьютере сети и соединяющие их кабели. В случае, если при связи используются аналоговые телефонные каналы (в глобальных сетях, в локальных для доступа с удаленных рабочих станций), применяются модемы, обеспечивающие МОДуляцию - ДЕМодуляцию информационных сигналов (преобразования потоков битов в аналоговые сигналы и обратные преобразования принимаемых аналоговых сигналов в цифровую форму). Кроме того, для объединения сетей используются мосты (Bridges), маршрутизаторы (Routers) и шлюзы (Gateways), в качестве которых могут выступать как специализированные устройства, так и компьютеры со специальным программным обеспечением. При этом мосты применяются для связи сетей с одинаковыми коммуникационными системами, маршрутизаторы объединяют сети разных типов и могут преобразовывать пакеты данных из одного формата в другой. Шлюзы сочетают в себе функции маршрутизации с рядом дополнительных функций, таких, например, как проверка полномочий пользователей и учет использования ресурсов.

Рабочая станция - компьютер с необходимыми периферийными устройствами, обеспечивающий доступ конечного пользователя к сетевым ресурсам.

В общем случае различают два вида распределения функций по обработке данных в сети:

-рабочая станция выполняет программы, сервер доставляет эти программы на рабочую станцию;

-рабочая станция и сервер делят между собой задачи обработки данных с целью повышения производительности системы (системы "клиент - сервер").


^ 2 ВИДЫ ЛОКАЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Основные требования, которым должны удовлетворять ЛВС, были сформулированы в 1981 году комитетом института IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) США. Позже они были уточнены и дополнены.

Все известные в настоящее время сети разработаны с учетом этих требований, что обеспечило им функциональную полноту, возможность развития, возможность использования различных устройств, надежность соединений и достоверность передаваемой информации.

К наиболее важным характеристикам локальных сетей, отличающим их друг от друга, относятся конфигурация (топология) сети, тип передающего физической среды, скорость передачи сигналов, метод доступа станций к среде, архитектура (конкретный стандарт сети), сетевая операционная система.

Конфигурация, или топология сети, определяет способ соединения станций между собой. Различают шинную, кольцевую, звездообразную и гибридную конфигурации.

Шинная топология характеризуется использованием разомкнутого сегмента кабеля, к которому с некоторыми интервалами подключены станции. Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. Применение общей шины снижает стоимость проводки, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность широковещательного обращения. Общий кабель является "узким" местом как по производительности, так и по надежности. Кроме того, в нем сложно проводить поиск неисправностей.

В сетях с кольцевой конфигурацией сигналы передаются по кольцу от одной станции к другой, как правило, в одном направлении. Если станция не распознает пакет как "свой", то она передаст его следующей в кольце станции. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными.

Звездообразная конфигурация локальных сетей возникла на основе учрежденческих телефонных станций с коммутатором в центре сети. В локальной сети с такой конфигурацией в центре звезды находится концентратор, в функции которого входит обеспечение доступа станций к среде передачи данных.

Три основные топологии сетей могут объединяться в общую сеть с гибридной топологией. При этом для объединения отдельных сегментов используются концентраторы информации, аналогичные используемым в звездообразных сетях. Результирующая сеть имеет, как правило, древовидную иерархическую структуру с концентраторами - "ветвями" и станциями - "листьями".

В качестве физической среды в локальных сетях используются: коаксиальный кабель, (Coaxial Cable), неэкранированная (UTP) и экранированная (STP) витые пары, оптоволоконный кабель (Fiber-Optic Cable).

По методу доступа к физической среде сети делятся на сети со случайным доступом и сети с маркерным доступом. В сетях со случайным доступом каждая станция пытается "захватить" среду в свое распоряжение в случайные моменты времени в зависимости от своих внутренних потребностей. Конфликты, возникающие при одновременном требовании доступа несколькими станциями, разрешаются на основании определенных правил. В сетях с маркерным методом доступа право на доступ к среде - маркер - передается циклически от станции к станции по логическому кольцу.

Необходимо различать топологию физических соединений сети и топологию логических связей станций. В настоящее время наиболее популярной является топология физических связей древовидного типа с соединениями "точка - точка", обеспечиваемыми различными концентраторами. В такой сети могут использоваться различные методы доступа - как с маркерным логическим "кольцом", так и случайный метод доступа, при котором отдельные отрезки кабеля представляются логическим "моноканалом". Преобразование физической топологии в логическую осуществляют концентраторы, которые для маркерного доступа обеспечивают передачу маркера от станции к станции в нужной последовательности, а для случайного метода доступа распространяют сигналы по всем отрезкам кабеля, делая их моноканалом.

Под архитектурой сети понимается ее разбиение на функциональные уровни и используемые на каждом уровне протоколы обмена информацией. Эти аспекты сетей подробно рассматриваются в разделе 3.

Используемые в локальных сетях сетевые операционные системы реализуют наряду с аппаратурой основные функции сетей по обслуживанию конечных пользователей.

Признанным лидером в области сетевых операционных систем является фирма Novell. Ее сетевые операционные системы семейства NetWare доминируют на мировом и российском рынке. Эти системы сочетают большие функциональные возможности с умеренными требованиями к характеристикам компьютеров, используемых в качестве серверов, что и обеспечило им широкую популярность. Более подробные сведения о сетевых ОС приведены в разделе 4.

^ 3 СТАНДАРТЫ ПРОТОКОЛОВ

Работы по стандартизации локальных сетей ведутся в нескольких основных направлениях: для крупных ЭВМ, учреждений, бытовых применений, распределенных систем управления.

Необходимо различать три вида стандартов - фирменные стандарты, стандарты национальных организаций по стандартизации и международные стандарты. Фирменные стандарты часто являются международными стандартами де-факто ввиду их широкого распространения и, как правило, становятся основой для национальных и международных стандартов де-юре.

Стандартизацией локальных сетей крупных ЭВМ занимается комитет ХЗТ9.5 института ANSI (США), а также фирма IBM (архитектура сетей SNA).

К разработке учрежденческих локальных сетей одной из первых приступила фирма Xerox, учредив консорциум Ethernet, в который кроме Xerox вошли фирмы Intel и DEC. В 1980 году консорциум выпустил документацию на сеть Ethernet, которая на долгое время стала фактическим стандартом сетей с шинной конфигурацией.

Кроме того, международной организацией по стандартизации (ISO) разработан и принят в международном масштабе стандарт ^ ISO 7498 "Open Systems Interconnection" - "Взаимодействие открытых систем" (кратко - модель ISO/OSI). Но в связи с тем, что большая часть выпускаемого сетевого оборудования по различным причинам лишь частично удовлетворяет требованиям данного стандарта, модель ISO/OS1 в настоящее время можно считать лишь идеологической базой построения сетей с максимально открытыми свойствами.


^ 3.1 Стандарт ISO "Взаимодействие открытых систем"


Понятие "открытая система" играет важную роль в современном мире сетей ЭВМ. Обычно под открытой системой в широком смысле понимается система, функции которой по взаимодействию с другими системами разбиты на несколько иерархических уровней, и при этом функции каждого уровня и протоколы взаимодействии между соответствующими уровнями стандартизованы. Каждый уровень должен быть максимально независимым, чтобы обеспечивалась возможность его модернизации и замены без модификации других уровней.

Эталонная модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI состоит из семи уровней (рисунок 1). На верхнем уровне находятся прикладные процессы конечных пользователей сети, ради взаимодействия которых и построены остальные уровни. На нижнем физическом уровне находятся кабели, связывающие системы. Каждый уровень одной системы в этой модели логически общается только с соответствующим уровнем другой системы ("начальник" соответствующего уровня общается только с коллегой "своего" уровня). Правила этого общения называются протоколом. Для каждого уровня имеется свой протокол. Но для передачи данных другой системе эти данные сначала передаются последовательно через все уровни на нижний уровень своей системы, так как системы связаны друг с другом непосредственно только на физическом уровне. После передачи, на физическом уровне данные поднимаются по уровням принимающей системы до нужного уровня, который и интерпретирует их смысловое значение. При межуровневой передаче внутри одной системы передающие уровни не интересуются содержимым данных, эти данные для них как бы запечатаны в конверт, который нужно передать по назначению. Данные, передаваемые в форме сообщения между аналогичными уровнями двух систем, называются кадрами или пакетами.

Кадр состоит из поля данных, обрамленного с двух сторон служебной информацией - заголовком и концевиком, необходимыми для обработки кадра на соответствующем уровне: например, указатель типа кадра, адрес отправителя и получателя, контрольная сумма. Кадр, сформированный на уровне n+1 при обработке на уровне n снабжается дополнительной информацией в виде заголовка и концевика n-го уровня. Этот же кадр, поступая на нижележащий уровень, в очередной раз снабжается дополнительной информацией - заголовком (n -1) и концевиком (n -1) . При передаче от низших уровней к высшим кадр освобождается от соответствующего обрамления. Таким образом, каждый уровень оперирует собственным заголовком и концевиком, а находящаяся между ними последовательность символов рассматривается как данные более высокого уровня. Для уровня, которому предназначались данные, работа нижестоящих уровней не видна, "прозрачна", ему кажется, что он непосредственно общается с аналогичным уровнем другой системы. За счет такой схемы обеспечивается независимость уровней друг от друга. Правила взаимодействия соседних уровней между собой называются в модели ISO/OSI интерфейсами и также стандартизуются.



Система 1




Система 2

Прикладные процессы




Прикладные процессы


Интерфейсы





Протоколы


Прикладной

У

Прикладной


Представительный

Р

Представительный


Сеансовый

О

Сеансовый


Транспортный

В

Транспортный


Сетевой

Н

Сетевой


Канальный

И

Канальный

Физический




Физический



Рисунок 1 – Модель взаимодействия открытых систем SO/OSI


Таким образом, стандарт на какой-либо уровень модели включает:

• определение формата кадра этого уровня;

• протокол обмена кадрами;

• интерфейсы с двумя соседними уровнями.

Функции уровней модели ISO/OSI заключаются в следующем.

1. Физический уровень (Physical Layer) обеспечивает сопряжение узла сети (станции) с физической средой передачи данных. На этом уровне стандартизуются кабель с соединителями и параметры передаваемых сигналов.

2. Канальный уровень (Data Link Layer, уровень звена данных) выполняет функции передачи кадров данных между двумя станциями, непосредственно (без промежуточных станций) связанными средой передачи данных физического уровня. На этом уровне рассматривается прохождение по сетевому кабелю электрических импульсов. Битовые последовательности, методы кодирования данных и маркеры - это примеры элементов, известных этому и только этому уровню. На этом уровне обнаруживаются и исправляются ошибки передачи, организуется повторная передача искаженного пакета.

3. Сетевой уровень (Network Layer) выполняет функции передачи данных через сети связи со сложной топологией, когда данные должны проходить через промежуточные станции, и в сети существует несколько возможных маршрутов передачи данных. Сетевой уровень осуществляет функции маршрутизации, адресации, организации и поддержания виртуальных соединений между станциями, а также формирование и расформирование пакетов.

4. Транспортный уровень (Transport Layer). Когда два и более пакета обрабатываются одновременно, этот уровень управляет упорядочиванием компонентов сообщений, а также регулирует входящий поток. Если приходит дублирующий пакет, этот уровень распознает его как дубликат и игнорирует его.

5. Сеансовый уровень (Session Layer). Функции этого уровня позволяют прикладным программам, работающим на двух станциях, координировать их взаимодействие в рамках отдельного сеанса связи. Сеанс (или сессия) - это обмен сообщениями (диалог) между двумя станциями. Этот уровень поддерживает создание сеанса, управление обменом сообщений во время сеанса, закрытие сеанса, а также восстановление связи после ошибки без потери данных.

6. Уровень представления (Presentation Layer). Для обмена информацией между компьютерами с различной архитектурой, с различными прикладными и операционными системами, необходимо выполнять работу по преобразованию данных, например кодов стандарта EBCDIC (применяемого в больших ЭВМ фирмы IBM) в коды ASCII. Этим и занимается уровень представления.

7. Прикладной уровень (Application Layer). На прикладном уровне выполняются прикладные процессы пользователей и процессы управления системой. Все прикладные процессы, рассматриваемые архитектурой открытых систем, являются распределенными. Это значит, что два или несколько прикладных процессов, расположенных в верхнем слое сети, имеют возможность объединяться для решения сложных задач. Они могут работать и отдельно, обмениваясь друг с другом прикладными блоками данных. Функции прикладного уровня сети обеспечивают каждому из процессов как бы окна, через которые они могут видеть другие прикладные процессы, имеющиеся в открытых системах.


^ 3.2 Стандарты физического и канального уровней


В 1980 году в IEEE организован "Комитет 802 по стандартизации локальных сетей", в результате работы которого было принято семейство стандартов IEEE802, содержащих рекомендации для проектирования нижних уровней ЛВС. Эти стандарты были созданы на основе очень распространенных стандартов сетей Ethernet (IEEE802.3), ArcNet (IEEE802.4) и Token Ring фирмы IBM (IEEE802.5) и рассчитаны на скорость передачи данных 10 Мб/с.

Для сетей, работающих па оптоволокне, американским институтом по стандартизации ANSI (American National Standards Institute) разработан стандарт FDDI (Fiber optic Distributed Data Interface - оптоволоконный интерфейс передачи данных), обеспечивающий скорость передачи данных 100 Мб/с.

Впоследствии этот стандарт был перенесен на экранированные и неэкранированные витые пары и получил название CDDI (Copper Distributed Data Interface - проводной интерфейс передачи данных).

Кроме того, в 1991 году комитетом ССIТТ (Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии - МККТ) был разработан стандарт на сеть с ретрансляцией ячеек ATM (Asynchronous Transfer Method) производительностью 622 Мб/с.

В дальнейшем, в 1993 году, были разработаны два стандарта сетей Ethernet, обеспечивающих скорость передачи данных 100 Мб/с -Ethernet 100 Мб/с.

Стандарты физического уровня определяют среду передачи данных (коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно) и ее параметры.

При разработке конкретной сети выбор того или иного стандарта определяется на основе анализа таких требований, как производительность, надежность, стоимость, возможность развития.

При этом скоростные сетевые архитектуры (FDDI, CDDI, ATM, Ethernet 100 Мб/с) используются в настоящее время чаще всего для построения базовых сетей (backbone network), являющихся связующим звеном между вычислительными сетями в так называемых межсетевых объединениях (internetwork).


^ 3.2.1 Стандарты па шину со случайным доступом

(Ethernet и IEEE802.3 lOBase5, 10Base2, 10BaseT, 10BaseF)


Ethernet - это сетевой стандарт, основанный на экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году (до появления персонального компьютера). В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet, именуемый стандартом DIX по заглавным буквам названий фирм.

Первая редакция аналогичного сетевого стандарта IEEE802.3 была опубликована в 1985 году.

Данный стандарт определяет правила случайного доступа к шине на основе использования процедуры коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением конфликтов CSMA/CD (Carrier Sence Multiple Access with Collision Detection). При этом в зависимости от физической среды, стандарт IEEE802.3 имеет различные модификации.

^ СТАНДАРТ 10Base5. Стандарт 10Base5 соответствует экспериментальной сети Ethernet фирмы Xerox и может считаться классическим Ethernet-ом. Он использует в качестве среды передачи данных коаксиальный кабель с сопротивлением 50 Ом с диаметром центрального медного провода 2,17 мм и внешним диаметром около 10 мм ("толстый" Ethernet). Кабель используется как моноканал для всех станций. Сегмент кабеля имеет максимальную длину 500 м (без повторителей) и должен иметь на концах согласующие терминаторы

50 Ом. Станция должна подключаться к кабелю при помощи приемопередатчика - трансивера (transceiver = transmitter + receiver). Трансивер устанавливается непосредственно на кабеле и питается от сетевого адаптера компьютера. Трансивер может подсоединяться к кабелю как методом прокалывания, обеспечивающего непосредственный физический контакт, так и бесконтактным методом. Трансивер соединяется с сетевым адаптером интерфейсным кабелем AUI (Attachment Unit Interface) длиной до 50 м, состоящим из 4 витых пар (адаптер должен иметь разъем AUI).

Допускается подключение к сегменту до 100 трансиверов, причем расстояние между подключениями не должно быть меньше 2,5 м. При использовании повторителей сигнала допускается максимальное расстояние между двумя станциями не более 2,5 км.

Топология сегмента сети стандарта 10Base5 показана на рисунке 2.

^ СТАНДАРТ 10Base2. Использует как моноканал коаксиальный кабель с сопротивлением 50 Ом с диаметром центрального медного провода 0,89 мм и внешним диаметром около 5мм ("тонкий" Ethernet). Максимальная длина сегмента без повторителей составляет 185 м, сегмент должен иметь на концах согласующие терминаторы 50 Ом. Станция подключается к кабелю с помощью BNC Т - коннектора, который представляет из себя тройник, один отвод которого соединяется с BNC-коннектором сетевого адаптера, а два других - с BNC-коннекторами, припаянными к двум концам разрыва кабеля. Максимальное количество станций, подключаемых к одному сегменту, равно 30. Ограничений на минимальное расстояние между станциями нет.

Топология сегмента сети стандарта 10Base2 показана на рисунке 3.

^ СТАНДАРТ 10BaseT. Использует в качестве среды двойную неэкранированную витую пару (Unshielded Twisted Pair, UTP). Соединения станций осуществляются по топологии "точка - точка", причем одна витая пара используется для передачи данных в одном направлении, а другая - в обратном. Стандарт предусматривает наличие многопортовых концентраторов (Hub'OB), которые осуществляют функции повторителей сигналов на всех отрезках витых пар, - так что образуется единая среда передачи данных - моноканал (типа). Для обеспечения синхронизации станций при реализации процедур доступа CSMA/CD в стандарте определено максимально допустимое суммарное краевое дрожание сигналов в сегменте сети, что приводит к ограничению числа Hub'OB между любыми двумя станциями сети - не более 4-х.

Стандарт определяет скорость передачи данных 10 Мб/с и максимальное расстояние отрезка витой пары между двумя непосредственно связанными узлами (станциями и концентраторами) не более 100 м.

Сети, основанные на стандарте 10BaseT, ориентируются на использование существующей телефонной проводки в зданиях (к сожалению, отечественные телефонные линии чаще всего разводятся не витой парой, а так называемой "лапшой", которую нельзя использовать в этом стандарте) и используют для соединения телефонные вилки и розетки типа RJ-45 (8 контактов).

Для расширения размеров и топологии сети стандарта 10BaseT концентраторы могут иерархически соединяться друг с другом (если при этом не нарушается правило 4-х Hub'OB). Пример топологии сети стандарта 10BaseT приведен на рисуноке 4.

^ СТАНДАРТ 10BaseF. Использует двойной оптоволоконный кабель, гарантирует длину не менее двух километров. Подключение осуществляется по типу "точка - точка". Для соединения сетевого адаптера с оптоволоконным кабелем используются специальные трансиверы и кабели AUI. Предполагается наличие концентраторов, как и в стандарте 10BaseT. Применение стандарта 10BaseF приводит к топологии сети, похожей на топологию сети стандарта 10BaseT.



Рисунок 3 – Сеть стандартов 10Base2


^ 3.2.2 Стандарты сетей с маркерным доступом (Token Ring и IEEE802.5)


Протоколы, использующиеся на нижних уровнях в сетях кольцевой структуры с маркерным доступом, определяются стандартами IEEE 802.5, стандартами Token Ring фирмы IBM и рядом других стандартов. В качестве среды в них используется однопарная экранированная витая пара (Shielded Twisted Pair, STP), скорость передачи по которой от 1 до 4 Мб/с. Стандарты Token Ring допускают использование в качестве среды также двупарную экранированную витую пару и оптоволоконный кабель. Имеется модификация стандарта Token Ring со скоростью передачи данных 16 Мб/с на тех же средах.

^ Token Ring. В сети Token Ring станции связаны в кольцо. Кольцо образуется отрезками кабеля, соединяющими соседние станции. Таким образом, каждая станция связана со своей предшествующей и последующей станциями и может непосредственно обмениваться данными только с ними. Для обеспечения доступа станций к физической среде по кольцу циркулирует кадр специального формата и назначения - маркер.

Получив маркер, станция анализирует его, при необходимости модифицирует и при отсутствии у нее данных для передачи обеспечивает его продвижение к следующей станции. Станция, которая имеет данные для передачи, при получении маркера изымает его из кольца, что дает ей право доступа к физической среде и передачи своих данных. Затем эта станция выдает в кольцо кадр данных установленного формата последовательно по битам. Переданные данные проходят по кольцу всегда в одном направлении от одной станции к другой. При поступлении кадра данных к одной или нескольким станциям эти станции копируют для себя этот кадр и вставляют в него подтверждение приема. Станция, выдавшая кадр данных в кольцо, при обратном его получении с подтверждением приема изымает этот кадр из кольца и выдает новый маркер для обеспечения возможности другим станциям сети передавать данные. Время удержания одной станцией маркера ограничивается тайм-аутом удержания маркера. Для различных видов сообщений передаваемым данным могут назначаться различные приоритеты. Каждая станция имеет механизмы обнаружения и устранения неисправностей сети, возникающих в результате ошибок передачи или переходных явлений (например, при подключении и отключении станции).

Не все станции в кольце равны. Одна из станций обозначается как активный монитор, что означает дополнительную ответственность по управлению кольцом. Активный монитор осуществляет управление тайм-аутом в кольце, порождает новые маркеры (если необходимо), чтобы сохранить рабочее состояние, и генерирует диагностические кадры при определенных обстоятельствах. Активный монитор выбирается, когда кольцо инициализируется, и в этом качестве может выступать любая станция сети. Если монитор отказал по какой-либо причине, существует механизм, с помощью которого другие станции (резервные мониторы) могут договориться, какая из них будет новым активным монитором.

Стандарт Token Ring фирмы IBM предусматривает построение связей в сети с помощью концентраторов и мостов, упрощающих реконфигурацию сети и ее обслуживание. Сеть имеет комбинированную звездно-кольцевую конфигурацию, объединяющую несколько колец, работающих на скорости как 4 Мб/с, так и 16 Мб/с. Отдельные кольца взаимодействуют через высокоскоростные мосты (рисунок 5). Адрес кадра состоит из двух частей: первые два байта определяют адрес кольца, а следующие - станцию в кольце. Для обеспечения надежности связей в сети каждый сетевой адаптер и концентратор должен иметь обходные пути передачи сигналов, которые замыкаются при исчезновении питания сетевого адаптера или концентратора. Использование концентраторов приводит к топологии сети, аналогичной топологии стандартов 10ВаsеТ и 10BaseF.

Качественно различные методы доступа к среде, реализованные в сетях Ethernet и Token Ring, приводят к различным временам передачи пакетов. При небольшой и средней загрузке сети меньшее время передачи обеспечивают сети Ethernet, а в сетях Token Ring даже при небольшой загрузке сети время передачи будет больше из-за накладных расходов по диспетчеризации кольца. При больших значениях трафика сеть Token Ring ведет себя лучше: время передачи увеличивается незначительно, в то время как в Ethernet из-за большого количества конфликтов резко возрастают задержки доступа к среде.






Рисунок 5 – Сеть Token Ring










^ 3.2.3 Стандарт ANSI-FDDI


FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - оптоволоконный интерфейс распределенных данных является гораздо более новым протоколом, чем Ethernet и Token Ring. Проблемная группа ХЗТ9.5 института ANSI разработала стандарт FDDI, который обеспечивает передачу кадров по двойному волоконно-оптическому кольцу со скоростью 100 Мб/с. Протокол специально разрабатывался, чтобы быть как можно больше похожим на стандарты Token Ring и IEEE 802.5, и отличается от него только теми особенностями, которые необходимы для поддержки большей скорости и больших расстояний.

Максимальная общая длина кольца FDDI составляет 100 километров, максимальное расстояние между станциями - 2 километра, максимальное число станций в кольце - 500. Базовая топология FDDI - двойное кольцо, вторичное кольцо используется как резервное. При разрыве связей между двумя станциями в первичном кольце происходит использование связей вторичного кольца, причем передача информации во вторичном кольце происходит в обратном направлении (рисунок 6).

При отказе или отключении какой-либо станции ее сетевой адаптер должен обеспечить обходной путь. В стандарте FDDI допускается использование как узлов с одиночными связями (подключаются только к основному кольцу), так и узлов с дуальными связями (подключаются к основному и резервному кольцам). Обычно рабочая станция является узлом с одиночными связями, а концентратор - узлом с дуальными связями.

Существует два основных отличия в том, как происходит управление маркером в протоколах FDDI и IEEE 802.5 Token Ring:





Рисунок 6 – Двойное кольцо стандарта FDDI


• В Token Ring новый маркер начинает циркулировать только после возвращения отправленного кадра. В FDDI новый маркер начинает циркулировать непосредственно после передачи кадра отправляющей станцией. Таким образом, в кольце Token Ring в одни момент времени присутствуют кадры только одной станции. В кольце FDDI в один и тот же момент времени передаются кадры различных станций, что повышает производительность кольца.

• Стандарт FDDI не использует приоритет кадра. Вместо этого FDDI использует сложный алгоритм для управления доступом к сети, основанный на таймерных интервалах. В стандарте FDDI различаются асинхронные (обычные) пакеты и синхронные - пакеты multi-media, например, пакеты с кодами изображений, которые должны передаваться через строго фиксированные интервалы времени.


^ 3.2.4 Стандарты на шину с маркерным доступом (IEEE 802.4 и Arc Net)


Протоколы, использующиеся на нижних уровнях в сетях шинной структуры с маркерным доступом, определяются стандартами IEEE 802.4, стандартами ArcNet фирмы Datapoint, a также рядом других стандартов. В качестве среды в стандарте IEEE 802.4 используется полужесткий коаксиальный 75-омный магистральный кабель со скоростями передачи 1, 5 и 10 Мб/с. Стандарты ArcNet используют в качестве среды коаксиальный кабель с сопротивлением 93 Ом, а также неэкранированную витую пару. Скорость передачи данных в сетях ArcNet составляет 2,5 Мб/с.

Для обеспечения станциям доступа к физической среде по шине непрерывно передается кадр маркера строго определенного формата.

Передача кадра маркера происходит от одной станции к другой в последовательности убывания их адресов с циклическим возвратом от станции с самым младшим адресом к станции с самым старшим адресом. Такая циркуляция кадра маркера формирует логическое кольцо физической шины. Последовательность расположения станций в логическом кольце не обязательно должна соответствовать последовательности их физического размещения на шине. Станции, не входящие в состав логического кольца, не могут передавать кадр маркера и инициировать передачу дан­ных, однако они могут принимать кадры данных от других станций, отвечать на них и включаться в логическое кольцо при получении разрешения. Ст