Назва роботи: Види мереж
Предметна область: Інформатика, кібернетика та програмування
Опис: Використовуючи єдиний кабель кожен комп'ютер вимагає тільки однієї точки підключення до мережі при цьому він може повноцінно взаємодіяти з будь-яким іншим комп'ютером в групі. Геометрично ЛВС завжди обмежена за розмірами невеликою площею в силу електричних властивостей кабелю використовується для побудови мережі і відносно невеликою кількістю комп'ютерів які можуть розділяти одну мережеву середу передачі даних. Для підтримки обчислювальних систем більшого розміру були розроблені спеціальні пристрої які дозволили об'єднувати дві.
Розмір файлу: 629.35 KB
Роботу скачали: 16 чол.
Мережа (network) # 151; це група комп'ютерів, з'єднаних між собою середовищем передачі даних.
Локальна обчислювальна мережа, або, скорочено, ЛВС (LAN, local area network) # 151; це група комп'ютерів, об'єднаних спільно використовуваної середовищем передачі даних, як правило, кабелем. Використовуючи єдиний кабель, кожен комп'ютер вимагає тільки однієї точки підключення до мережі, при цьому він може повноцінно взаємодіяти з будь-яким іншим комп'ютером в групі. Геометрично ЛВС завжди обмежена за розмірами невеликою площею в силу електричних властивостей кабелю, використовуваного для побудови мережі, і відносно невеликою кількістю комп'ютерів, які можуть розділяти одну мережеву середу передачі даних. ЛВС зазвичай розташовується в межах однієї будівлі або, щонайбільше, кількох близько розташованих будівель. Деякі технології, такі як волоконна оптика, дозволяють збільшити довжину ліній ЛВС до одного або двох кілометрів, але застосування ЛВС для з'єднання комп'ютерів, що знаходяться, наприклад, у віддалених містах, неможливо. Таке обмеження знімається застосуванням глобальних (територіально розподілених) мереж (WAN, wide area network).
Спочатку ЛВС були створені для порівняно невеликої кількості комп'ютерів # 151; близько 30 для малих і 100 для великих мереж. Для підтримки обчислювальних систем більшого розміру були розроблені спеціальні пристрої, які дозволили об'єднувати дві і більше ЛВС і утворювати мережні комплекси (інтермережі), що по суті є "мережами мереж", тобто дозволяють комп'ютерам однієї мережі взаємодіяти з комп'ютерами інший. Строго кажучи, ЛВС або сегмент мережі # 151; це група комп'ютерів, з'єднаних між собою таким чином, що лист, надісланий однією робочою станцією, досягає всіх інших навіть в тому випадку, якщо середовище цієї мережі або сегмента складається з декількох ділянок.
Засоби створення мережевих комплексів дозволяють організації конструювати мережеву структуру практично необмежених розмірів. Але, на додаток до можливості комплексування безлічі ЛВС в межах будівлі (або групи будинків) интерсеть може також об'єднувати в собі ЛВС з віддалених районів, використовуючи канали зв'язку глобальної мережі. Глобальна мережа (WAN) # 151; це безліч ЛВС, розділених відносно великими відстанями, і з'єднаних в різних точках.
Порівняння вузькосмугових і широкосмугових мереж
Порівняння комутації пакетів і комутації каналів
Локальні мережі називаються мережами з комутацією пакетів (packet-switching network) з тієї причини, що комп'ютери, що входять в мережу, розподіляють дані на окремі невеликі порції, звані пакетами (packets), безпосередньо перед їх передачею. Існує подібна технологія, яка називається комутацією осередків (cell switching), яка відрізняється від комутації пакетів тільки стабільним, постійним розміром осередків (сот), тоді як розмір пакетів варіюється.
Поділ даних зазначеним чином необхідно, оскільки комп'ютери в складі ЛВС використовують один загальний кабель, і передача по мережі нерозділеного потоку даних одним комп'ютером займе дуже багато часу і заблокує на цей час мережа для інших комп'ютерів. Якщо проаналізувати дані, що передаються по мережі з комутацією пакетів, можна побачити, що тут потік сигналів складається з пакетів, згенерованих різними системами (комп'ютерами) і перемішаних "всередині" кабелю. Для даного типу мереж характерно, що пакети, які є частиною одного і того ж повідомлення, передаються по різних маршрутах і часом навіть доходять до місця призначення в іншому порядку, ніж були послані. Приймаюча система, в свою чергу, повинна мати механізм для перестановки пакетів в потрібному порядку і відстеження загублених пакетів, або пошкоджених при пересиланні.
Кабелі і топології
Різні способи конфігурації з'єднання кабелів для об'єднання комп'ютерів в ЛВС називаються топологиями (рис 1.). Вони залежать від типу вживаного кабелю і підтримуваного протоколу. Найбільш поширені такі топології.
- Шина. Шинна топологія реалізується кабелем, що прокладається від одного комп'ютера до іншого у вигляді послідовної ланцюжка, що нагадує гірлянду на новорічній ялинці. Всі сигнали, що передаються будь-яким комп'ютером в мережу, йдуть по шині в обох напрямках до всіх інших комп'ютерів. Два кінця шини повинні бути "закриті" за допомогою електричних опорів, для того, щоб сигнали не відбивалися і не йшли в зворотному напрямку. Основний недолік шинної топології полягає в тому, що, подібно до ялинкової гірлянди, дефект кабелю в будь-якому місці його протяжності ділить мережа на дві частини, які не здатні спілкуватися між собою. Велика частина мереж, побудованих на коаксіальних кабелях, використовують шинну архітектуру.
- Зірка. Топологія "зірка" використовує окремий кабель для кожного комп'ютера, прокладений від центрального пристрою, званого хабом (hub) або концентратором. Концентратор транслює сигнали, що надходять на будь-який з його портів, на всі інші порти; в результаті чого сигнали, що посилаються одним вузлом, досягають інших комп'ютерів. Мережа на основі "зірки" більш стійка до пошкоджень, ніж мережу на базі шинної архітектури, так як пошкодження кабелю зачіпає безпосередньо тільки той комп'ютер, до якого він приєднаний, а не всю мережу. Більшість мереж, що використовують кабель типу "кручена пара", монтуються по топології "зірка.
- Кільце. Топологія кільця функціонально еквівалентна шині, у якої кінці з'єднані один з одним; таким чином, сигнали передаються від одного комп'ютера до іншого, рухаючись по колу. Однак комунікаційне кільце # 151; це тільки логічна абстракція, а не фізична конструкція. Фактично мережа являє собою зірку, але при цьому спеціальний концентратор реалізує логічне кільце шляхом пересилання вхідного сигналу тільки через наступний спадний порт (замість передачі через усі порти, як це робить концентратор при застосуванні топології "зірка"). Кожен комп'ютер, одержавши вхідний сигнал, обробляє його (якщо це необхідно) і посилає назад концентратора для передачі наступної робочої станції в мережі. Відповідно до цього принципу роботи, система, що передає сигнал в мережу, повинна також видалити його після того, як він обійшов все кільце повністю. Мережі, сконструйовані на основі топології "кільце", можуть використовувати різні типи кабелю. Наприклад, мережі Token Ring використовують виту пару, в той час як FDDI-мережі реалізують топологію "кільце" за допомогою оптоволоконних кабелів.
- Шина-зірка. Дана топологія # 151; один із способів розширення одиночної "зірки". Ця схема формується з безлічі "зірок", концентратори яких поєднуються окремими сегментами загальної шини. Кожен комп'ютер як і раніше може зв'язуватися з будь-яким іншим в мережі, оскільки пов'язаний з ним концентратор передає вхідний трафік через порти "зірки".
Рис 1. Основні види топологій
Управління доступом до середовища передачі даних
Коли безліч комп'ютерів підключені до однієї і тієї ж середовищі з узкополосной передачею, то повинен бути реалізований механізм управління доступом до середовища (MAC, Media Access Control) для здійснення арбітражу доступу і запобігання одночасної передачі даних системами. Механізм управління доступом до середовища є основою всіх протоколів для будь-яких ЛВС. Два найбільш поширених механізму: множинний доступ з контролем несучої і виявленням колізій (CSMS / CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), застосовуваний в мережах Ethernet, і передача маркера, яка використовується мережами Token Ring, FDDI і іншими типами ЛВС. Ці два механізми принципово різні, але виконують одну і ту ж задачу, забезпечуючи кожну систему в мережі рівними можливостями для прийому / передачі даних.
Механізм управління доступом до середовища CSMA / CD.
Подібно будь-якого методу MAC, CSMA / CD дозволяє комп'ютерам в мережі спільно розділяти єдину узкополосную середу передачі без втрати даних. У мережі немає пріоритетів, оскільки на цьому заснований метод доступу до середовища. Кожен вузол має рівні права на доступ до мережевому середовищі передачі.
Коли вузол в мережі хоче передати дані, спочатку він "прослуховує" мережеву середу, намагаючись визначити, чи використовується вона. це # 151; фаза контролю несучої. Якщо вузол виявляє в мережі трафік, він витримує коротку паузу і знову прослуховує мережу. Якщо мережа вільна, то будь-який вузол мережі може здійснити через неї передачу своїх даних. це # 151; фаза множинного доступу. Описаний механізм сам управляє доступом до середовища передачі, але не без помилок.
Колізії виникають, коли одна система передає дані, а інша система виконує контроль несучої протягом короткого проміжку часу до того моменту, як перший біт переданого пакета досягне її. Цей інтервал відомий як час змагання (contention time) або тимчасової зазор (slot time), так як кожна залучена в процес система вважає, що вона почала передавати дані першої. Таким чином, кожен вузол в мережі завжди знаходиться в одному з трьох можливих станів: передачі, змаганні чи очікуванні. Коли стикаються пакети від двох різних вузлів, в кабелі виникає стан, відмінне від норми, яке поширюється назустріч обом системам. Коли кожна передає система виявляє ненормальну ситуацію, вона усвідомлює, що має місце колізія, негайно припиняє посилати дані і робить дії, щоб виправити цю ситуацію. це # 151; стадія виявлення колізії. Через те, що зіткнулися пакети вважаються пошкодженими, обидві задіяні системи передають в іншу мережу сигнал затримки (jam pattern), інформує інші системи в мережі про зіткнення і запобігає можливу передачу ними даних.
Коли мережа вільна, робочі станції знаходяться в режимі очікування входить посилки. Маркер безперервно циркулює від вузла до вузла до тих пір, поки не досягне робочої станції, що має дані для передачі. Робоча станція змінює в маркері біт настройки монітора (monitor setting bit) вказуючи, що мережа зайнята, і відправляє маркер наступної станції, а відразу після нього передає свій пакет даних.
При отриманні пакету вузол, який відправив його раніше, порівнює отримані дані з тими, що були передані їм, для того, щоб виявити наявність помилок, які могли з'явитися під час передачі. Якщо виявлені помилки, станція повторює передачу пакета. Якщо помилок немає, станція видаляє пакет з мережі і відкидає його, потім змінює значення біта настройки монітора, звільняючи тим самим маркер, і заново посилає його в мережу. Всі системи мають рівні шанси на здійснення передачі даних, і описаний процес точно також повторюється для будь-якої з них, яка захопила маркер.
Через те, що дані може передавати тільки система, що утримує маркер, в таких мережах неможливо виникнення колізій до тих пір, поки немає серйозних несправностей.
Повторювачі, мости, комутатори і маршрутизатори
Окремі ЛВС можуть бути пов'язані один з одним за допомогою використання різних типів пристроїв, одні з яких просто розширюють ЛВС, а інші безпосередньо пов'язані з формуванням інтермережі. Нижче наведено список таких пристроїв.
Протоколи і стандарти
Взаємодія комп'ютерів в мережі регламентується протоколами, тобто формальними наборами правил і угод, що визначають, яким чином в мережі пристрої обмінюються даними. Ці протоколи описують будь-який момент взаємодії # 151; від характеристик сигналів, які передаються по кабелях, до мов запитів, що дозволяють обмінюватися повідомленнями додатків, виконуваним на різних комп'ютерах. Комп'ютери мережі використовують безліч протоколів, яке називається "стек" і простягається від призначеного для користувача інтерфейсу програми, розташованої на "вершині", до фізичного інтерфейсу мережі на "дні". Традиційно стек ділиться на сім рівнів, функції яких визначаються еталонною моделлю взаємодії відкритих систем (OSI , Open System Interconnection) # 151; документом, що описує як окремі функції кожного рівня, так і їх спільне застосування для забезпечення взаємодії комп'ютерів мережі.
В даний час стандартні протоколи для широкого використання розробляються спеціальними міжнародними організаціями або групами, деякі з яких перераховані нижче.