«Локальные информационные сети»




Название«Локальные информационные сети»
страница4/12
Дата публикации05.03.2013
Размер1.37 Mb.
ТипКонспект
uchebilka.ru > Информатика > Конспект
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

^ 3.3 Физическая структуризация сети

В сетях с небольшим (10-30) количеством компьютеров чаще всего используется одна из типовых топологий – общая шина, кольцо, звезда или полносвязная сеть. Все перечисленные топологии обладают свойством однородности, то есть все компьютеры в такой сети имеют одинаковые права в отношении доступа к другим компьютерам (за исключением центрального компьютера при соединении звезда) [4]. Такая однородность структуры делает простой процедуру наращивания числа компьютеров, облегчает обслуживание и эксплуатацию сети.

Однако при построении больших сетей однородная структура связей превращается из преимущества в недостаток. В таких сетях использование типовых структур порождает различные ограничения, важнейшими из которых являются:

- ограничения на длину связи между узлами;

- ограничения на количество узлов в сети.

Например, технология Ethernet на тонком коаксиальном кабеле позволяет использовать кабель длиной не более 185 метров, к которому можно подключить не более 30 компьютеров. Однако, если компьютеры интенсивно обмениваются информацией между собой, иногда приходится снижать число подключенных к кабелю компьютеров до 20, а то и до 10, чтобы каждому компьютеру доставалась приемлемая доля общей пропускной способности сети.

Для снятия этих ограничений используются специальные методы структуризации сети и специальное структурообразующее оборудование – повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы. Оборудование такого рода также называют коммуникационным, имея в виду, что с помощью него отдельные сегменты сети взаимодействуют между собой.

Под физической структуризацией сети понимается способ применения такого структурообразующего оборудования, как повторители и концентраторы, для снятия ограничений на длину связи между узлами и на количество узлов в сети.

Простейшие из коммуникационных устройств – повторитель (repeater) – используется для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети. Повторитель передает сигналы, приходящие из одного сегмента сети, в другие ее сегменты рис. 3.2. Повторитель позволяет преодолеть ограничения на длину линий связи за счет улучшения качества передаваемого сигнала – восстановления его мощности и амплитуды, улучшения фронтов и т.п.

Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов, называют концентратором (concentrator) или хабом (hub). Эти названия (hub – основа, центр деятельности) отражают тот факт, что в данном устройстве сосредоточиваются все связи между сегментами сети.

Концентраторы характерны практически для всех базовых технологий локальных сетей – Ethernet, ArcNet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 100VG-AnyLAN.


Рисунок 3.2 – Физическая структуризация сети с помощью повторителей
Нужно подчеркнуть, что в работе концентраторов любых технологий много общего – они повторяют сигналы, пришедшие с одного из своих портов, на других своих портах. Разница состоит в том, на каких именно портах повторяются входные сигналы. Так, концентратор Ethernet повторяет входные сигналы на всех своих портах, кроме того, с которого сигналы поступают (рис. 3.3 а). А концентратор Token Ring (рис. 3.3 б) повторяет входные сигналы, поступающие с некоторого порта, только на одном порту – на том, к которому подключен следующий в кольце компьютер.


Рисунок 3.3 - Концентраторы различных технологий
Напомним, что под физической топологией понимается конфигурация связей, образованных отдельными частями кабеля, а под логической – конфигурация информационных потоков между компьютерами сети. Во многих случаях физическая и логическая топологии сети совпадают. Например, сеть, представленная на рис. 3.4 а, имеет физическую топологию кольцо. Компьютеры этой сети получают доступ к кабелям кольца за счет передачи друг другу специального кадра – маркера, причем этот маркер также передается последовательно от компьютера к компьютеру в том же порядке, в котором компьютеры образуют физическое кольцо, то есть компьютер А передает маркер компьютеру В, компьютер В – компьютеру С и т.д.



Рисунок 3.4 - Логическая и физическая топологии сети
Сеть, показанная на рис. 3.4 б демонстрирует пример несовпадения физической и логической топологии. Физически компьютеры соединены по топологии общая шина. Доступ же к шине происходит не по алгоритму случайного доступа, применяемому в технологии Ethernet, а путем передачи маркера в кольцевом порядке: от компьютера А - компьютеру В, от компьютера В - компьютеру С и т.д. Здесь порядок передачи маркера уже не повторяет физические связи, а определяется логическим конфигурированием драйверов сетевых адаптеров. Ничто не мешает сетевые адаптеры и их драйверы применить так, чтобы компьютеры образовали кольцо в другом порядке, например: В, А, С… При этом физическая структура сети никак не изменяется.

Другим примером несовпадения физической и логической топологий сети является уже рассмотренная сеть на рис. 3.3 а. Концентратор Ethernet поддерживает в сети физическую топологию звезда. Однако логическая топология сети осталась без изменений – это общая шина. Так как концентратор повторяет данные, пришедшие с любого порта, на всех остальных портах, то они появляются одновременно на всех физических сегментах сети, как и в сети с физической общей шиной. Логика доступа к сети совершенно не меняется: все компоненты алгоритма случайного доступа (определение незанятости среды, захват среды, распознавание и отработка коллизий) остаются в силе.

Физическая структуризация сети с помощью концентраторов полезна не только для увеличения расстояния между узлами сети, но и для повышения ее надежности. Например, если какой-либо компьютер сети Ethernet с физической общей шиной из-за сбоя начинает непрерывно передавать данные по общему кабелю, то вся сеть выходит из строя, и для решения этой проблемы остается только один выход – вручную отсоединить сетевой адаптер этого компьютера от кабеля. В сети Ethernet, построенной с использованием концентратора, эта проблема может быть решена автоматически – концентратор отключает свой порт, если обнаруживает, что присоединенный к нему узел слишком долго монопольно занимает сеть. Концентратор может блокировать некорректно работающий узел и в других случаях, выступая в роли некоторого управляющего узла.

^ 4 КАНАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ
4.1 Методы доступа к среде

Характерной чертой ЛС является коллективное использование ресурсов среды передачи данных. Поэтому возникает проблема разделения ресурсов среды передачи данных, которая решается разными методами. Выбор метода управления средой передачи данных зависит от характера этой среды. Если используется быстрая среда (коаксиальный кабель, световод), то методы управления средой передачи данных должны быть такими, чтобы аппаратура передачи данных, которая их реализует, работала со скоростью, сравнимой со скоростью распространения сигналов в этой среде.

При построении сети на основе моноканала возникает проблема выбора такой стратегии его разделения, которая не допускала бы потерь информации. Суть проблемы состоит в том, что разделяемый моноканал в равной степени доступен всем подключенным к нему станциям (машинам). Если хотя бы две из них будут одновременными инициаторами передачи, то произойдет наложение передач и разрушение заложенной в них информации. Доступ к моноканалу может быть детерминированный или случайный. Поэтому методы управления средой передачи данных применительно к ЛС с моноканалом делятся на методы с детерминированным и случайным доступом. К методам управления с детерминированным доступом принадлежат метод вставки регистра, метод тактированного доступа и метод передачи маркера. К методам случайного доступа относятся методы соперничества без прослушивания и с прослушиванием моноканала. При реализации ЛС ударение делается на программно-аппаратной реализации этих методов в виде коммуникационных контроллеров, соединяющих узлы сети с физической средой передачи данных.

^ 4.1.1 Детерминированные методы доступа

К детерминированным методам доступа к среде в первую очередь можно отнести такие методы, как: вставки регистра, тактированного доступа, передачи маркера по кольцу, передачи маркера по шине.

^ Метод вставки регистра - этот метод используется в кольцевых сетях. Его принцип действия заключается в том, что когда некоторая станция (сетевой адаптер) располагает информацией, которую необходимо отправить, эта информация помещается в сдвиговый регистр, который может быть последовательно включен в канал передачи данных. В этом случае данные будут проходить через этот регистр. Регистр подключается последовательно к остальной части кольца, когда образуется подходящий для этого промежуток между пакетами, циркулирующими по кольцу. Регистр остается включенным в кольцо, и все пакеты проходят через него. Когда пакет, который был впервые передан станцией, возвращается к ней и полностью загружается в регистр, последний отсоединяется от кольца. Станция-приемник пакета должна после чтения данных выставлять флаг — сигнал того, что данные приняты.

Принцип работы регистра очень прост, однако практически реализовать этот метод сложно, так как поток данных, проходящих по кольцу, нельзя останавливать, и необходимы высокая скорость, с которой регистр подсоединяется к кольцу и отсоединяется от него, а также высокий уровень синхронизации. С целью уменьшения требований к величине пауз между пакетами, передаваемыми в кольцевой сети, и к времени подсоединения регистра к кольцу применяется вариант вставки регистра, который базируется на использовании двух регистров (одного для передачи, другого для приема). Для увеличения производительности кольцевой сети известен метод вставки регистра с использованием трех регистров: передающего, приемного и буферного. Этот метод позволяет удалять передаваемый пакет в узле назначения сети, не дожидаясь его возврата в узел-отправитель. Этот метод применялся в раннем варианте ЛС Cambridge Ring.

^ Метод тактированного доступа - этот метод используется в кольцевых сетях. Работа кольца с тактированным доступом не требует применения сдвигающих регистров и высокоскоростных электронных переключателей в станциях, подсоединенных к кольцу. Один или несколько контейнерных пакетов (или тактов) непрерывно циркулируют по кольцу. Их количество никогда не изменяется и определяется длительностью пакета (такта), общей длиной кольца и процедурой начального запуска кольца. Если кольцо очень короткое, то используемые пакеты (такты) должны быть тоже короткими, а их количество не может быть большим, так как придется вставлять в кольцо буфер с задержкой. Это объясняется тем, что начало пакета может вернуться к отправителю раньше, чем тот закончит передачу конца этого пакета. По этой причине во многих практических реализациях этого метода используется только один короткий такт и буфер с задержкой. В момент запуска кольца одна из станций формирует такт (рис. 4.1) и отправляет его по кольцу. Когда он возвращается к отправителю, это означает, что кольцо замкнуто и можно начинать работу.


Флажок начала

Флажок пусто/занято

Адрес

Информация

Ответ


Рисунок 4.1 - Структура такта
Если станция располагает информацией, которую необходимо передать, то она загружает эту информацию в регистр и ожидает, когда к ней поступит пустой такт. Пустой такт легко различается по контрольному полю в заголовке. Станция не пытается сохранить такт (это привело бы к значительному замедлению передачи информации по кольцу), а лишь сдвигает пакет данных из своего передающего регистра в поля данных такта в соответствии с прохождением такта через станцию. При этом флажок, отображающий состояние такта, переходит в состояние "занято", и в заголовке помещается адрес той станции, для которой предназначен пакет. Потом такт передается дальше по кольцу, пока он не прибудет на станцию-приемник, которая считывает информацию, которая находится в такте, но не удаляет ее из него. Уничтожение информации не происходит потому, что флажок состояния "пусто/занято" находится в заголовке такта и уже прошел через станцию в тот момент, когда она начинает читать адресное поле. Возможно и другое техническое решение, при котором станция, получившая отправленный ей пакет, выставляет в конце такта флажок того, что пакет получен. Такт (флажок которого все еще указывает на состояние "занято") потом идет от станции к станции, пока не достигнет станции-передатчика. Станция передатчик, посчитав количество тактов в кольце, распознает отправленный к ней такт и переводит флажок состояния такта в состояние "пусто", позволяя какой-нибудь другой станции использовать этот такт. Если в такте есть поле подтверждения, то станция-передатчик проверяет его содержание, чтобы убедиться в том, что станция-приемник действительно получила отправленный ей пакет.

В одном из разновидностей этого метода станции-передатчику не нужно помечать такт флажком "пусто", если эта станция имеет намерение использовать этот такт еще раз. Это может, однако, привести к тому, что какая-нибудь из станций будет удерживать такт у себя столько времени, сколько она считает нужным. В тех кольцах, где используется лишь один такт, такое состояние, является, очевидно, неприемлемым. Поэтому в большинстве реализаций такт освобождается после каждого сделанного им оборота в кольце. В этом случае остается возможность по очереди использовать такт при передаче его от станции до станции. Если станцию-приемник отключено и она не смогла прочесть пакет или нашла ошибку в такте, то станции-передатчику сообщают об этом с помощью соответствующего флажка в поле подтверждения. Тогда передатчик может еще раз передать тот же самый пакет, поместив его в следующем свободном такте. Таким образом, несмотря на явные потери времени, так как заполненный такт заставляют сделать полный оборот, он используется как на прямом пути для передачи данных к станции-приемнику, так и на обратном пути для подтверждения доставки данных станции-приемнику. Если использованный такт не был освобожден станцией-передатчиком (например, из-за сбоя на этой станции после передачи), то такт с меткой "занято" продолжает циркулировать по кольцу. На практике одной из станций предоставляется право освобождать такты, проходящие через нее в неизменном состоянии свыше одного раза. Это задание возлагается на специальную станцию, которая отвечает за пуск сети в роботу и следит за ошибками. Этот метод использован в коммерческой ЛС Cambridge Ring.

^ Передача маркера по кольцу при использовании метода тактированного доступа, управление кольцом становится неявно связано с пустым тактом. Альтернативным решением является доступ с передачей маркера. Маркер - это специфическая комбинация битов, которая передается от станции к станции в определенной последовательности. Если на станции есть данные, которые должны быть переданы, она вынуждена ждать, когда предыдущая станция пришлет ей маркер, т.к. доступ к моноканалу предоставляется лишь той станции, у которой в данный момент находится маркер. После получения маркера, станция на некоторое время удаляет его из кольца и помещает сразу же за пакетом данных, который содержится в сдвиговом регистре для передачи. Затем сдвиговый регистр последовательно подсоединяется к кольцу и его содержание (вместе с маркером в конце пакета) передается по кольцу. Далее регистр удаляется из кольца, а станция ожидает возвращения отправленного ею пакета. Поэтому первый же полученный пакет заносится в приемный регистр для анализа. После этого восстанавливается обычная цепь кольца, что напоминает метод вставки регистра. Станция-передатчик переходит в состояние ожидания следующего маркера, если в ней осталась информация, которую необходимо передать. Таким образом, поток информации, поступающей на некоторую станцию, всегда начинается с пакета, который отправлен этой станцией. Каждый передатчик отвечает за удаление своих пакетов из кольца. Каждый передаваемый пакет всегда становится последним в последовательности пакетов, предшествующих маркеру. В этой схеме не требуется отводить входной поток в буферный регистр с задержкой при необходимости передать какой-то пакет. Станция-приемник обычно работает аналогично станции-передатчику при тактированном доступе. Она читает пакет по мере его прохождения и может выставить флажок подтверждения в конце пакета, не изменяя при этом самого пакета. Основные сложности в кольце с курсирующим маркером возникают в случае, если маркер потерялся или передатчик не удаляет своего пакета. Первая ситуация может возникнуть в том случае, если маркер, удаленный какой-нибудь станцией, передающей информацию, потом не восстанавливается из-за аппаратного сбоя или маркер, поврежденный при передаче, нельзя распознать. Пакет может остаться не удаленным из-за того, что возникла ошибка на станции-передатчике, а поток поступающей информации не был отведен в приемный буфер. С обеими ситуациями позволяет успешно справиться специальное следящее устройство, которое распознает отсутствие маркера в конце потока данных или факт циркуляции какого-нибудь пакета по кольцу. В первом случае генерируется новый маркер, во втором — уничтожается пакет.

В случае отсутствия специальной станции, следящей за работой кольца, проблему потери маркера легко решить, позволив какой-нибудь станции создавать новый маркер, если в течение некоторого произвольного промежутка времени эта станция не приняла такой маркер. При этом возможно дублирование маркера, если какие-нибудь две станции генерируют новые маркеры одновременно. Однако этого можно избежать, если каждая из станций, генерирующих маркер, всегда помещает перед ним контрольный пакет и следит за тем, чтобы он вернулся первым. Каждый пакет, появляющийся на входе, проверяется и сбрасывается, если он отличается от переданного пакета. Если две станции делают это одновременно, то они уничтожают маркеры и пакеты друг друга. После произвольного промежутка времени в некоторой точке кольца вновь генерируется маркер. Если каждая из станций, которая уже передала пакет, будет всегда уничтожать первые пакеты, которые пришли к ней по кольцу, пока не дойдет до своего пакета, то проблема неудаленных пакетов будет решена. Метод передачи маркера очень эффективен, и к тому же не требует такого сложного следящего устройства, как при тактированном доступе. Но для реализации переключения регистров и управления маркером он требует значительно более сложного программного обеспечения для каждой из станций. Метод передачи маркера по кольцу используется в ЛС RingNet.

^ Передача маркера по шине. Суть метода заключается в том, что по шине от одного устройства к другому передается маркер (специальный пакет с легко распознаваемой последовательностью битов) (рис. 4.2).


0000

Адрес приемника

Адрес передатчика

Контрольная сумма (FCS)


Рисунок 4.2 - Кадр типа маркер
Сам маркер не несет никаких данных, для станций он служит разрешением на передачу кадров. В каждый момент времени в сети может существовать только один маркер. Вначале маркер создается специальной станцией или одной из соединенных станций. Появившись в сети, маркер передается от станции к станции по ранее установленным правилам. Если какая-нибудь из станций готова передать информацию, она ожидает появления маркера. Прежде, чем отправить маркер к следующей станции, данная станция вначале передает свой пакет. Станция-приемник прочтет пакет обычным способом. Потом передатчик посылает маркер, в адресном поле которого записан адрес следующей станции. Благодаря этому никакие станции не начнут передачу в одно и то же время, поэтому никакой пакет не будет поврежден из-за столкновения с другим пакетом.

Следует указать две проблемы, возникающие при реализации этого метода. Первая касается самого маркера. Если он посылается какой-нибудь станции, а та не может его прочитать (возможно, из-за того, что сама не работает), то маркер исчезает из сети. Никакая станция не может передать информацию, пока она не получит маркер. Поэтому необходима некоторая процедура, которая гарантировала бы генерацию маркера через некоторый промежуток времени, в течение которого никакой пакет не был бы передан. Маркер может генерироваться одной станцией, специально для этого предназначенной, или любой другой станцией. В последнем случае не исключена возможность одновременного возникновения в сети более чем одного маркера. Для уничтожения дубликата маркера также необходима определенная процедура. Чтобы минимизировать вероятность появления дубликатов, интервал времени появления маркера, который отсчитывается с момента последней передачи, выбирается для каждой станции случайным образом. Вторая проблема связана с добавлением новых станций в сеть и удалением из нее некоторых станций. Если отключается одна из станций, принадлежащих к логической последовательности передачи маркера, то маркер не должен посылаться этой станции. Иначе он будет потерян. Такую станцию необходимо исключить из логической последовательности. Исключение станций — простая процедура. Для ее выполнения достаточно послать предыдущей в последовательности станции сообщение, которое изменит адрес приемника маркера. При добавлении в сеть новой станции необходимо, чтобы она передала сообщение, которое просит прислать маркер на ее адрес. Вместе с маркером должен быть прислан адрес следующей станции из логической последовательности.

Основной принцип маркерного доступа не является сложным в реализации, однако из-за угрозы потери маркера в случае добавления или отключения устройств он значительно усложняется. Реализацию можно упростить, если возложить на одну из станций исполнение функций сетевого контроллера. Шину с передачей маркера использует ЛС ARCNET.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Похожие:

«Локальные информационные сети» iconМетодические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине...
Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Локальные информационные сети» для студентов специальности 090803...

«Локальные информационные сети» iconМетодические указания по обеспечению практических занятий, самостоятельной...
«Локальные информационные сети» для студентов специальности 090803 «Электронные системы» дневной формы обучения / О. В. Бережная,...

«Локальные информационные сети» iconУкраина, г. Киев, почтовый индекс: 02105
Ищу постоянную работу в сфере телекоммуникаций. Возможные направления: мобильная связь, коммутация и маршрутизация потоков, мониторинг...

«Локальные информационные сети» iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua
Однако стоимость кабельной сети на его основе высока, и поэтому он не нашел пока широкого распространения в локальных сетях. В основном...

«Локальные информационные сети» iconПравовые информационные ресурсы украины
Все правовые информационные ресурсы представленные в сети Интернет можно классифицировать следующим образом

«Локальные информационные сети» iconФакультет экономики и менеджмента
Интернет – это мировая компьютерная сеть электронной связи, объединяющая региональные, национальные, локальные и др сети

«Локальные информационные сети» iconОбзор технологий 7
Интернет – это глобальная компьютерная сеть, объединяющая многие локальные, региональные и корпоративные сети и включающая сотни...

«Локальные информационные сети» iconПрограмма курса amp act 1 1-й день: Презентация. Введение в кабельную...
Разъяснение различий между применением специальных и универсальных кабельных систем

«Локальные информационные сети» iconКафедра кибернетики и вычислительной техники
«Компьютерные системы и сети». Работает также аспирантура, в которой готовятся кандидаты технических наук по новейшим специальностям,...

«Локальные информационные сети» iconПеречень условных обозначений, сокращений, терминов
Лвс (Локальные Вычислительные Сети) представляют собой несколько компьютеров, имеющих общую среду передачи данных, и физически расположенных...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<