Технологии и протоколы локальных вычислительных сетей

Очевидно, что любая компьютерная сеть — это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов. Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам, а также обеспечение корректной передачи данных и однозначной их интерпретации на основе совместимости обслуживающих сеть программ.

При передаче сообщений участники сетевого обмена должны принять множество соглашений, чтобы понимать друг друга на разных уровнях — от физического до прикладного. Например, на физическом уровне они должны согласовать значения и форму электрических сигналов, способ определения длины сообщений, договориться о методах контроля достоверности и т. п. А на прикладном — договориться об однозначном представлении переданной и полученной информации программами, с которыми работает пользователь.

Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются участники сетевого обмена, способы их передачи и интерпретации называются протоколом.

Новые протоколы разрабатывают компании, которые занимаются созданием и внедрением устройств, программ и сетевых услуг. Если протокол приобретает популярность среди других производителей, то он может закрепиться в рекомендациях одной из стандартизующих организаций: Международного союза электросвязи (ITU), Международного института стандартизации (ISO) или Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE). После этого протокол становится фактическим сетевым стандартом, на него начинают ориентироваться тысячи производителей.

Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Программный модуль, реализующий некоторый протокол, часто для краткости также называют «протоколом». При этом соотношение между протоколом — формально определенной процедурой и протоколом — программным модулем, реализующим эту процедуру, аналогично соотношению между алгоритмом решения некоторой задачи и программой, решающей эту задачу.

Важнейшим этапом в развитии сетей стало появление стандартных сетевых технологии, позволяющих быстро и эффективно объединять компьютеры различных типов на основе стандартного сетевого оборудования (сетевых адаптеров, кабелей со стандартными разъемами) и одной из популярных сетевых операционных систем, поддерживающих общепринятые коммуникационные протоколы.

Сетевая технология — это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения компьютерной сети. Ниже перечислены наиболее известные сетевые технологии и их основные характеристики.

ARCnet.

• · Логическая топология — шина.
• · Физическая топология — шина, звезда, смешанная.
• · Среда передачи сигнала — коаксиальный кабель (93 Ом), витая пара.
• · Скорость обмена информацией — 2,5 Мбит/сек.
• · Максимальная длина соединений — от 100 до 610 метров (в зависимости от типа соединителя).
• · Максимальное количество узлов в одной сети — 255.
• · Максимальный размер сети (суммарная длина соединений) — 6000 метров.
• · В настоящее время аппаратура для сетей ARCnet не выпускается.
• · 100VG-AnyLAN
• · Логическая топология — дерево (разновидность звезды).
• · Физическая топология — дерево (разновидность звезды).
• · Среда передачи сигнала — витая пара (обязательно четырёхпарная).
• · Скорость обмена информацией — 100 Мбит/сек.
• · Максимальная длина соединений — от 100 до 200 метров (в зависимости от типа соединителя).
• · Максимальное количество узлов в одной сети — 1024.
• · Максимальный размер сети — 2000 метров.

Аппаратура для организации локальных вычислительных сетей по технологии 100VG-AnyLAN выпускается практически только фирмой Hewlett-Packard, стоимость её весьма высока поэтому данная технология не получила распространения, по крайней мере в нашей стране.

• 1. Token Ring
• 2. Логическая топология — кольцо.
• 3. Физическая топология — звезда.
• 4. Среда передачи сигнала — витая пара, волоконно-оптический кабель.
• 5. Скорость обмена информацией — 4; 16; 100 и (в настоящее время технология разрабатывается) 1000 Мбит/сек.
• 6. Максимальная длина соединений — от 100 до10 000 метров (в зависимости от типа соединителя).
• 7. Максимальное количество узлов в одной сети — до 260 (в зависимости от типа соединителя).

Цена — высокая, что резко сужает область применения, по крайней мере, в нашей стране. В остальном мире технология Token Ring наряду с технологией Ethernet, является одной из наиболее распространённых.

• · FDDI
• · Логическая топология — кольцо.
• · Физическая топология — кольцо, звезда или их гибриды.
• · Среда передачи сигнала — волоконно-оптический кабель.
• · Скорость обмена информацией — 100 Мбит/сек.
• · Максимальная длина соединений — от 2 до 60 километров (в зависимости от типа волоконно-оптического кабеля).
• · Максимальное количество узлов в одной сети — 500.
• · Максимальная общая длина сети — до 200 км.

Цена — высокая. Несмотря на то, что технология FDDI разрабатывалась для локальных вычислительных сетей, ввиду дороговизны её область применения — сети городского масштаба и более крупные.

Ethernet.

Вследствие широкого применения данной технологии при построении локальных вычислительных сетей в нашей стране и во всём мире, рассмотрим данную технологию подробнее.

Данная технология разработана доктором Робертом Меткалфом (сотрудником исследовательского центра PARC корпорации XEROX) в семидесятых годах прошлого века. В последующем эта спецификация была стандартизована в сотрудничестве фирмами DEC, Intel и Xerox в 1980 году. Затем в 1985 году Ethernet был стандартизован комитетом IEEE как стандарт IEEE 802.3, после чего получил мировое признание. В настоящее время существует несколько видов стандарта IEEE 802.3. Их обобщённое обозначение выглядит следующим образом скоростьиметод передачи сигнала параметры сети. Например: 100BaseTX, 100 — скорость передачи 100 Мбит/сек, Base — прямая передача сигнала без модуляции, TX — используемый кабель (витая пара). В качестве параметров сети может указываться предельная длина кабельного сегмента, округлённая до сотен метров (если указана цифра), либо среда передачи (если указано буквенное сочетание). Например: 10Base2 — 10 Мбит/сек, прямая передача сигнала без модуляции, максимальная длина кабельного сегмента примерно 200 метров (точно — 185). Комбинация букв в параметрах сети, начинающаяся с Т указывает на использование витой пары, F или S указывает на использование волоконно-оптического кабеля.

В сетях Ethernet используется конкурентный метод доступа, абонент начинает передачу данных, если обнаруживает свободной линию, или откладывает передачу на некоторый промежуток времени, если линия занята другим абонентом. Распространение сигнала по проводникам требует определённого интервала времени (пусть и практически незаметного, по меркам человека) на то, чтобы сигнал от источника достиг приёмника. При возникновении ситуации, когда в момент передачи информации одним абонентом сети, другой (не успев услышать этой передачи и считая линию свободной) тоже начинает передавать информацию, происходит «столкновение» пакетов данных — коллизия. Первый абонент сети, обнаруживший коллизию оповещает об этом всю сеть. Все абоненты сети прекращают передачу, выжидают промежуток времени случайной продолжительности и возобновляют попытки передать данные. При этом важно, чтобы коллизия была зафиксирована до момента окончания передачи информации любым абонентом.

Для сетей Ethernet, построенных на витой паре актуальным является правило «четырёх хабов». Оно гласит — между любыми двумя абонентами сети должно быть не более четырёх хабов. При соблюдении этого правила, а также предельной длины соединительного кабеля возникшая коллизия обязательно будет зарегистрирована участниками процесса пересылки информации и корректно отработана.

• · Логическая топология — шина.
• · Физическая топология — шина, звезда.
• · Среда передачи сигнала — коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель.
• · Скорость обмена информацией — 10; 100 и 1000 Мбит/сек.
• · Максимальная длина соединений — от 100 до 32 000 метров (в зависимости от типа соединителя и скорости обмена).
• · Максимальное количество узлов в одной сети — 1024.
• · Цена — относительно умеренная (в рамках одного типа кабельных соединителей).