Сетевые архитектуры ЛВС. Виды. Сравнительный анализ. Области применения

Реферат по дисциплине

«Сети ЭВМ и средства телекоммуникаций»

на тему «Сетевые архитектуры ЛВС. Виды. Сравнительный анализ. Области применения.»

Москва 2009

Введение …………………………………………………………………….. 3

1. Понятие ЛВС ……………………………………………………………… 4

2. Архитектура ЛВС ……………………………………………………….. 6

   1. Типы сетей ……………………………………………………….. 6

   2. Топологии вычислительной сети ………………………………........ 7

   3. Сетевые устройства и средства коммуника­ций ………………. 10

3. Виды архитектур ……………………………………………………….. 12

   1. Ethernet ……………………………………………………………… 12

   2. Token-Ring ……………………………………………………….. 14

   3. Arcnet …………………………………………………………........ 16

   4. FDII …………………………………………………………........ 16

   5. 100VG-AnyLAN……………………………………………………….. 18

   6. ATM …………………………………………………………........ 19

   7. AppleTalk …………………………………………………………........ 19

Список литературы ………………………………………………………. 22

Введение.

На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров, и более 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети, от малых локальных сетей в офисах, до глобальных сетей типа Internet.

Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений (факсов, Е - Маil писем и прочего) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм производителей работающих под разным программным обеспечением.

Такие огромные потенциальные возможности, которые несет в себе вычислительная сеть и тот новый потенциальный подъем, который при этом испытывает информационный комплекс, а так же значительное ускорение производственного процесса не дают нам право не принимать это к разработке и не применять их на практике.

Опыт эксплуатации показывает, что около 80 процентов всей пересылаемой информации замыкается в рамках одного офиса, поэтому особое внимание разработчиков стали привлекать так называемы локальные вычислительные сети. Локальные вычислительные сети отличаются от других тем, что они обычно ограничены умеренной географической областью.

Промышленность производства локальных сетей развивалась с поразительной быстротой за последние несколько лет. Внедрение локальных сетей мотивируется в основном повышением эффективности и производительности персонала. Эта цель провозглашается фирмами-поставщиками локальных сетей, руководством учреждений и разработчиками локальных сетей. Наличие в офисе, конторе, учреждении ЛВС создает для ее пользователей новые возможности интегрального характера, благодаря системам ПК и другому оборудованию сети. Организуется автоматизированный документооборот (электронная почта), создаются различные массивы управленческой, коммерческой и другой информации общего назначения, и персонально используются вычислительные ресурсы всей сети, а не только отдельного компьютера. Появляются возможности использования различных средств или инструментов решения различных задач (инженерных, финансовых, издательских и т.д.). Кроме организации внутренних служб, ЛВС позволяют организовывать внешнюю, по отношению к обслуживаемому учреждению, службы: телексная связь, почтовая корреспонденция, электронные доски объявлений и газеты, а также выход в региональные (глобальные) сети и использование их услуг.

1. Понятие ЛВС.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) (LAN – Local Area Network) – это группа расположенных в пределах некоторой территории компьютеров, связанных друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций, которые совместно используют программные и аппаратные ресурсы. Такая сеть обычно предназначается для сбора, передачи рассредоточенной и распределенной обработки информации в пределах одного предприятия или организации. Она может быть ориентирована на выполнение определённых функций в соответствии с профилем деятельности предприятия. Локальные сети предназначены для реализации таких прикладных функций, как передача файлов, электронная графика, обработка текстов, электронная почта, доступ к удаленным базам данных, передача цифровой речи. Локальные сети объединяют ЭВМ, терминалы, устройства хранения информации, переходные узлы для подключения к другим сетям и др. Локальные сети составляют один из быстроразвивающихся секторов промышленных средств связи, локальную сеть часто называют сетью для автоматизированного учреждения. Локальная сеть характеризуется следующими характеристиками:

• каналы обычно принадлежат организации пользователя;

• каналы являются высокоскоростными (10- 400 Мбит\с);

• расстояние между рабочими станциями, подключаемыми к локальной сети, обычно составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч метров;

• локальная сеть передает данные между станциями пользователей ЭВМ (некоторые локальные сети передают речевую и видеоинформацию);

• пропускная способность у локальной сети как правило больше, чем у глобальной сети;

• канал локальной сети обычно находится в монопольной собственности организации, использующей сеть;

• интенсивность ошибок в локальной сети ниже по сравнению с сетью на базе телефонных каналов;

• децентрализация терминального оборудования, в качестве которого используются микропроцессоры, дисплеи, кассовые устройства и т.д.

• данные передаются по общему кабелю, к которому подключены все абоненты сети;

• возможность реконфигурации и развития путем подключения новых терминалов;

• наличие локальной сети позволяет упростить и удешевить персональные ЭВМ, поскольку они коллективно используют в режиме разделения времени наиболее дорогие ресурсы: дисковую память и печатающие устройства.

Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети.

Разделение ресурсов

Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.

Разделение данных.

Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.

Разделение программных средств

Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

Разделение ресурсов процессора.

При разделении ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не "набрасываются" моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.

Многопользовательский режим

Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план.

Все ЛВС работают в одном стандарте, принятом для компьютерных сетей - в стандарте OSI - Open System Interconnection.

2. Архитектура ЛВС

Сетевая архитектура - это совокупность стандартов, топологий и протоколов, необходимых для создания работоспособной сети. Архитектура сети описывает не только физическое расположение сетевых устройств, но и тип используемых адаптеров и кабелей. Кроме того, сетевая архитектура определяет методы передачи данных по кабелю.

2.1.Типы сетей

Одноранговая сеть.

В одноранговой сети, все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного сервера, и, как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент и как сер­вер. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать доступными для всех. Одноранговую сеть называют так же рабочей группой. Рабочая группа – это небольшой коллектив, поэтому в одноранговой сети как правило не более 10 компьютеров.

Одноранговые сети относительно просты. Поскольку каждый компьютер является и клиентом, и сервером, нет необходимости в мощном центральном сервере или в других компонентах, обязательных для более сложных сетей. Одноранговые сети обычно дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных и дорогих компьютеров.

В одноранговой сети требования к производительности и к уровню защиты для сетевого про­граммного обеспечения, как правило, ниже, чем в сетях с выделенным сервером. Выделенные серверы функционируют исключительно в качестве серверов, но не клиентов или рабочих стан­ций.

В такие операционные системы, как Microsoft Windows NT Workstation, Microsoft Windows for Workgroups и Microsoft Windows 95, встроена поддержка одноранговых сетей. Поэтому, чтобы установить одноранговую сеть дополнительного программного обеспечения не требуется.

Одноранговая компьютерная сеть выглядит так:

1. Компьютеры расположены на рабочих столах пользователей.

2. Пользователи сами выступают в роли администраторов, и сами обеспечивают защиту ин­формации.

3. Для объединения компьютеров в сеть применяется простая кабельная система.

Если эти условия выполняются, то, скорее всего выбор одноранговой сети будет правильным.

Защита подразумевает установку пароля на разделяемый ресурс, например на каталог. Центра­лизованно управлять защитой в одно ранговой сети очень сложно, так как каждый пользователь устанавливает ее самостоятельно, да и общие ресурсы могут находиться на всех компьютерах, а не только на центральном сервере. Такая ситуация представляет серьезную угрозу для всей сети, кроме того некоторые пользователи могут вообще не устанавливать защиту.

Сети на основе сервера.

Если к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютеры высту­пают в роли клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей используют выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер. Они специально оптимизированы для быстрой об­работки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом.

С увеличением размеров сети и объемов сетевого трафика необходимо увеличивать количество серверов. Распределение задач среди нескольких серверов гарантирует, что каждая задача будет выполняться самым эффективным способом из всех возможных.

Круг задач, которые должны выполнять серверы, многообразен и сложен. Чтобы при­способиться возрастающим потребностям пользователей, серверы в больших сетях стали спе­циализированными. Например, в сети Windows NT существуют различные типы серверов:

Файл-серверы и принт-серверы управляют доступом соответственно к файлам и принтерам, на серверах приложений выполняются прикладные части клиент-серверных приложений, а так же находятся данные доступные клиентам. Например, чтобы упростить извлечение данных, серверы хранят большие объемы информации в структурированном виде. Эти серверы отлича­ются от файл-серверов и принт-серверов. В принт-серверах, файл или данные целиком копируются на запра­шиваемый компьютер. А в сервере приложений на запрашиваемый компьютер посылаются только результаты запроса. Приложение-клиент на удаленном компьютере получает доступ к данным, хранимым на сервере приложений. Однако вместо всей базы данных на ваш компьютер с сервера загружаются только результаты запроса.

В расширенной сети использование серверов различных типов становится наиболее актуальным. Необходимо поэтому учитывать всевозможные нюансы, которые могут проявиться при разрастании сети, с тем чтобы изменение роли определенного сервера в дальнейшем не отразилось на работе всей сети.

Основным аргументом при работе в сети на основе выделенного сервера является, как правило, защита данных. В таких сетях, например как Windows NT Server, проблемами безопас­ности может заниматься один администратор.

Поскольку жизненно важная информация расположена централизованно, то есть, сосредо­точена на одном или нескольких серверах, нетрудно обеспечить ее регулярное резервное копи­рование. Благодаря избыточным системам, данные на любом сервере могут дублироваться в ре­альном времени, поэтому в случае повреждения основной области хранения данных информа­ция не будет потеряна – легко воспользоваться резервной копией. Сети на основе сервера могут поддерживать тысячи пользователей. Сетью такого размера, будь она одноранговой, невоз­можно было бы управлять. Так как компьютер пользователя не выполняет функции сервера, требования к его характеристикам зависят от самого пользователя.

2.2. Топологии вычислительной сети.

Топология типа звезда.

Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте RELCOM. Вся информация между двумя периферийными рабочими мес­тами проходит через центральный узел вычислительной сети.

рис.1 Топология в виде звезды

Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.

Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.

При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.

Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким ме­стом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети.

Центральный узел управления - файловый сервер может реализо­вать оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.

Кольцевая топология.

При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с дру­гой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д.

Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца (например, в линию).

Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посы­лает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффектив­ной, так как большинство сообщений можно отправлять “в дорогу” по ка­бельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличи­вается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычисли­тельную сеть.

Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информа­ции, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.

Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограниче­ния на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

Шинная топология.

При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного для всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.

рис.3 Шинная топология

Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функциони­рование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.

В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий кабель или Cheapernet-кaбeль с тройниковым соединителем. Выключение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вы­зывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание сис­темы.

Древовидная структура ЛВС.

Наряду с известными топологиями вычислительных сетей кольцо, звезда и шина, на практике применяется и комбинированная, на пример древовидна структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вы­шеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычис­лительной сети располагается в точке (корень), в которой собираются ком­муникационные линии информации (ветви дерева).

Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде.

рис.4 Древовидная структура

2.3. Сетевые устройства и средства коммуника­ций.

В качестве средств коммуникации наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконные линии. При выборе типа кабеля учитывают сле­дующие показатели:

• стоимость монтажа и обслуживания,

• скорость передачи информации,

• ограничения на величину расстояния передачи информации без дополни­тельных усилителей-повторителей (репитеров),

• безопасность передачи данных.

Главная проблема заключается в одновременном обеспечении этих показате­лей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально воз­можным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращивае­мость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость.

2.3.1. Виды используемых кабелей.

Витая пара.

Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двух­жильное про­водное соединение часто называемое "витой парой" (twisted pair). Она позволяет пе­редавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с., легко наращивается, однако не защищена от помех. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимущест­вами являются низкая цена и простота уста­новки. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экраниро­ванную ви­тую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары и при­ближает ее цену к цене коаксиального кабеля.

Еthernet-кабель.

Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротив­лением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (thick), жел­тый кабель (yellow ca­ble) или 10BaseT5. Он использует 15-контактное стандартное включе­ние. Вследствие помехозащищенности он является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet - около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, ис­пользует в конце лишь один нагрузочный резистор.

Сheapernеt-кабель.

Более дешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheaper­net-кабель или, как его часто называют, тонкий (thin) Ethernet или 10BaseT2 . Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в десять миллионов бит в секунду.

При соединении сегментов Сhеарегnеt-кабеля также требуются по­вторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и мини­мальные затраты при наращивании. Соединения сетевых плат производится с помо­щью широко используемых малогабаритных байо­нетных разъемов (СР-50). Дополни­тельное экранирование не требуется. Ка­бель присоединяется к ПК с помощью тройни­ковых соединителей (T-connectors).

Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей мо­жет состав­лять максимум 300 м, а общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеля - около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet располо­жен на сетевой плате и как для гальваниче­ской развязки между адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала

Оптоволоконные линии.

Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловоло­конным кабелем. Скорость распространения информации по ним достигает нескольких миллиардов бит в секунду. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются они там, где возникают электромагнитные поля помех или требу­ется передача информа­ции на очень большие расстояния без использования повтори­телей. Они обладают противоподспушивающими свойствами, так как техника ответв­ле­ний в оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединя­ются в ЛВС с помощью звездообразного соединения.

3.3.2. Сетевая карта

Платы сетевого адаптера выступают в качестве физического интерфейса, или соединения между компьютером и сетевым кабелем. Платы вставляются в специальные гнезда (слоты расширения) всех компьютеров и серверов. Чтобы обеспечить физическое соединение между компьютером и сетью, к соответствующему разъему, или порту, платы (после ее установки) подключают сетевой кабель. Назначение платы сетевого адаптера:

• подготовка данных, поступающих от компьютера, к передаче по сетевому кабелю;

• передача данных другому компьютеру;

• управление потоком данных между компьютером и кабельной системой;

• плата сетевого адаптера принимает данные из сетевого кабеля и переводит в форму, понятную центральному процессору компьютера.

Плата сетевого адаптера состоит из аппаратной части и встроенных программ, записанных в ПЗУ (постоянном запоминающем устройстве). Эти программы реализуют функции подуровней управления логической связью и управление доступом к среде канального уровня модели OSI.

3.3.3. Разветвитель(HAB)

Разветвитель служит центральным узлом в сетях с топологией «звезда».

3.3.4. Репитер

При передаче по сетевому кабелю электрический сигнал постепенно ослабевает (затухает). И, искажается до такой степени, что компьютер перестает его воспринимать. Для предотвращения искажения сигнала применяется репитер, который усиливает (восстанавливает) ослабленный сигнал и передает его дальше по кабелю. Применяются репитеры в сетях с топологией «шина».

4. Виды архитектур.

Как было сказано выше, сетевая архитектура это комбинация стандартов, топологий и протоколов, необходимых для создания работоспособной сети.

Наиболее известные архитектуры или технологии локальных сетей можно разделить на два поколения. К первому поколению относятся архитектуры, обеспечивающие низкую и среднюю скорость передачи информации: Ethernet (10 Мбит/с), Token Ring (16 Мбит/с) и ARCnet (2,5 Мбит/с). Для передачи данных эти технологии используют кабели с медной жилой. Ко второму поколению технологий относятся современные высокоскоростные архитектуры: FDDI (100 Мбит/с) и модернизированные версии архитектур первого поколения (Ethernet): Fast Ethernet (100 Мбит/с) и Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с).

Усовершенствованные варианты архитектур первого поколения рассчитаны как на применение кабелей с медными жилами, так и на волоконно-оптические линии передачи данных. Новые технологии (FDDI) ориентированы на применение волоконно-оптических линий передачи данных и могут использоваться для одновременной передачи информации различных типов (видеоизображения, голоса и данных).

Ethernet

Архитектура Ethernet разработана фирмой Xerox в 1975 году. В настоящий момент пользуется наибольшей популярностью. Общее количество сетей, работающих по протоколу Ethernet в настоящее время, оценивается в несколько миллионов. Изначально она использовала узкополосную передачу со скоростью 10 Мбит/с, топологию «шина», а для регулирования трафика в основном сегменте кабеля – CSMA/CD. Среда (кабель) Ethernet является пассивной, т.е. получает питание от компьютера. Следовательно, она прекратит работу из-за физического повреждения или неправильного подключения терминатора.

Сеть Ethernet имеет следующие характеристики:

• традиционная топология – линейная шина;

• другие топологии – звезда-шина;

• метод доступа – CSMA/CD;

• кабельная система – толстый и тонкий коаксиальный, UTP;

• скорость передачи данных – 10, 100 и 1000 Мбит/с;

• тип передачи – узкополосная;

• спецификации – IEEE 802.3.

Метод доступа Ethernet является методом множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий (конфликтов) (CSMA/CD - Carier Sense Multiple Access with Collision Detection). Перед началом передачи рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен, станция начинает передачу. Ethernet не исключает возможности одновременной передачи сообщений двумя или несколькими станциями. Аппаратура автоматически распознает такие конфликты, называемые коллизиями. После обнаружения конфликта станции задерживают передачу на некоторое время. Это время небольшое и для каждой станции свое. После задержки передача возобновляется.

Ethernet разбивает данные на пакеты (кадры), формат которых отличается от формата пакетов, используемого в других сетях. Кадры представляют собой блоки информации, передаваемые как единое целое. Кадр Ethernet может иметь длину от 64 до 1518 байтов, но сама структура кадра Ethernet использует, по крайней мере, 18 байтов, поэтому размер блока данных в Ethernet - от 46 до 1500 байтов. Каждый кадр содержит управляющую информацию и имеет общую с другими кадрами организацию.

Кадр состоит из следующих частей:

Поле кадра Описание

Преамбула Отмечает начало кадра

Местоназначение и источник Указывает адрес источника и адрес приемника

Тип Используется для идентификации протокола

сетевого уровня (IP или IPX)

CRC (Циклический избыточный код) - поле информации для

проверки ошибок

Стандарт определяет четыре основных типа среды передачи.

• 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель);

• 10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель);

• 10BASE-T (витая пара);

• 10BASE-F (оптоволоконный кабель).

	10Base2	10BASE5	10BaseT	10BaseFL
Кабель	тонкий коаксиальный кабель	толстый коаксиальный кабель	витая пара	оптоволоконный
Общее количество станций в сети	1024	1024	1024	1024
Максимальное количество станций, подключенных к одному сегменту	30	100	1024	1024
Максимальная длина одного сегмента	185 м	500 м		2000м
Максимальная долина сети	2500 м.	2500 м.	2500 м	2500 м
Максимальное количество повторителей между двумя любыми станциями	4	4	4	4

Fast Ethernet – высокоскоростная разновидность сети Ethernet, обеспечивающая скорость передачи 100 Мбит/с. Сети Fast Ethernet совместимы с сетями, выполненными по стандарту Ethernet. Основная топология сети Fast Ethernet - пассивная звезда.

Стандарт определяет три типа среды передачи для Fast Ethernet:

• 100BASE-T4 (счетверенная витая пара);

• 100BASE-TX (сдвоенная витая пара);

• 100BASE-FX (оптоволоконный кабель).

Gigabit Ethernet – высокоскоростная разновидность сети Ethernet, обеспечивающая скорость передачи 1000 Мбит/с. Стандарт сети Gigabit Ethernet в настоящее время включает в себя следующие типы среды передачи:

• 1000BASE-SX – сегмент на мультимодовом оптоволоконном кабеле с длиной волны светового сигнала 850 нм.

• 1000BASE-LX – сегмент на мультимодовом и одномодовом оптоволоконном кабеле с длиной волны светового сигнала 1300 нм.

• 1000BASE-CX – сегмент на электрическом кабеле (экранированная витая пара).

• 1000BASE-T – сегмент на электрическом кабеле (счетверенная неэкранированная витая пара).

Основной недостаток сетей Ethernet обусловлен методом доступа к среде передачи: при наличии в сети большого количества одновременно передающих станций растет количество коллизий, а пропускная способность сети падает. В экстремальных случаях скорость передачи в сети может упасть до нуля. Но даже в сети, где средняя нагрузка не превышает максимально допустимую рекомендованную (30-40% от общей полосы пропускания), скорость передачи составляет 70-80% от номинальной. В некоторой степени этот недостаток может быть устранен применением коммутаторов (switch) вместо концентраторов (hub). При этом трафик между портами, подключенными к передающему и принимающему сетевым адаптерам, изолируется от других портов и адаптеров.

Весьма существенным преимуществом различных вариантов Ethernet является обратная совместимость, которая позволяет использовать их совместно в одной сети, в ряде случаев даже не изменяя существующую кабельную систему.

Token-Ring

Этот стандарт разработан фирмой IBM. В качестве передающей среды применяется неэкранированная или экранированная витая пара (UPT или SPT) или оптоволокно. Скорость передачи данных 4 Мбит/с или 16Мбит/с. В качестве метода управле­ния доступом станций к передающей среде используется метод - маркерное кольцо (Тоken Ring).

Сеть Token-Ring имеет следующие характеристики:

• топология – звезда-кольцо;

• метод доступа – с передачей маркера (приоритетная система резервирования);

• кабельная система – экранированная и неэкранированная витая пара (IBM тип 1, 2 или 3);

• скорость передачи данных – 4 и 16 Мбит/с;

• тип передачи – узкополосная;

• спецификации – IEEE 802.5.

Формат кадра:

Поле кадра Описание

Преамбула Сигнализирует о начале кадра

Управление доступом Указывает на приоритет кадра и на то, что

передается, кадр маркера или кадр данных

Управление кадром Содержит информацию Управления доступом к

среде - для всех компьютеров или информацию

конечной станции©- только для одного компьютера

Адрес приемника Адрес компьютера-получателя

Адрес источника Адрес компьютера-отправителя

Данные Передаваемая информация

CRC (Циклический избыточный код) - поле

информации для проверки ошибок

Конечный разделитель Сигнализирует о конце кадра

Статус кадра Сообщает, был ли распознан и скопирован кадр

(доступен ли адрес приемника)

Когда в сети Token Ring начинает работать первый компьютер, сеть генерирует маркер. Маркер проходит по кольцу от компьютера к компьютеру, пока один из них не сообщит о готовности передать данные и не возьмет управление маркером на себя. Маркер - это предопределенная последовательность битов (поток данных), которая позволяет компьютеру отправить данные по кабелю. Когда маркер захвачен каким-либо компьютером, другие компьютеры передавать данные не могут.

Захватив маркер, компьютер отправляет кадр данных в сеть. Кадр проходит по кольцу, пока не достигнет узла с адресом, соответствующим адресу приемника в кадре. Компьютер-приемник копирует кадр в буфер приема и делает пометку в поле статуса кадра о получении информации. Кадр продолжает передаваться по кольцу, пока не достигнет отправившего его компьютера, который и удостоверяет, что передача прошла успешно. После этого компьютер изымает кадр из кольца и возвращает туда маркер.

В сети одномоментно может передаваться только один маркер, причем только в одном направлении. Передача маркера - детерминистический процесс, это значит, что самостоятельно начать работу в сети (как, например, в среде CSMA/CD) компьютер не может. Он будет передавать данные лишь после получения маркера. Каждый компьютер действует как однонаправленный репитер, регенерирует маркер и посылает его дальше.

Компьютер, который первым начал работу, наделяется системой Token Ring особыми функциями: он должен осуществлять текущий контроль за работой всей сети. Он проверяет корректность отправки и получения кадров, отслеживая кадры, проходящие по кольцу более одного раза. Кроме того, он гарантирует, что в кольце одномоментно находится лишь один-единственный маркер.

В IВМ Тоkеn Ring используются три основных типа пакетов:

• пакет управление/данные (Data/Соmmand Frame);

• маркер (Token);

• пакет сброса (Аbort).

Пакет Управление/Данные. С помощью такого пакета выполняется передача данных или команд управления работой сети.

Маркер. Станция может начать передачу данных только после получения такого пакета. В одном кольце может быть только один маркер и, соответственно, только одна станция с правом передачи данных.

Пакет Сброса. Посылка такого пакета называет прекращение любых передач.

В отличие от сетей CSMA/CD (например, Ethernet) сети с передачей маркера являются детерминистическими сетями. Это означает, что можно вычислить максимальное время, которое пройдет, прежде чем любая конечная станция сможет передавать. Эта характеристика, а также некоторые характеристики надежности, делают сеть Token Ring идеальной для применений, где задержка должна быть предсказуема и важна устойчивость функционирования сети. Может применяться в различных автоматизированных системах управления, производящих обработку информации и управление процессами в реальном времени. Применяется как более дешевая технология. Получила распространение везде, где есть ответственные приложения для которых важна не столько скорость, сколько надежная доставка информации. Но в настоящее время по надежности Ethernet не уступает Token Ring и существенно выше по производительности.

Этот метод напоминает Arcnet, так как тоже использует маркер, передаваемый от одной станции к другой. В отличие от Arcnet, при методе доступа Token-Ring имеется возможность назначать разные приоритеты разным рабочим станциям.

Arcnet

Сеть Arcnet - это одна из старейших сетей.

Сетевая архитектура Arcnet(Attached Resourse Computing Network) разработана фирмой Datapoint Corp. Это простая, гибкая, недорогая сетевая архитектура для сетей масштаба рабочей группы. В целом она соответствует стандартам категории IEEE 802.4. В ней определяются стандарты для сетей с топологией «шина», методом доступа с передачей маркера, построенных на основе широкополосного кабеля. Сеть Arcnet может иметь топологию «звезда» или «шина».

ArcNet работает на скорости 2,5 Мбит/с. Преемница сети ArcNet - ArcNet Plus - работает на скорости 20 Мбит/с. Поскольку ArcNet использует передачу маркера, компьютер в сети ArcNet, чтобы начать передачу данных, должен получить маркер. Маркер переходит от одного компьютера к другому согласно назначенным им порядковым номерам, независимо от их физического местонахождения. Это значит, что маркер движется от компьютера 1 к компьютеру 2, даже если компьютер 1 находится на одном конце сети, а компьютер 2 - на другом.

Стандартный пакет ArcNet содержит:

• адрес приемника;

• адрес источника;

• до 508 байтов данных (в ArcNet Plus - 4096 байтов данных).

Стандартным для ArcNet кабелем является коаксиальный кабель RG-62 A/U с волновым сопротивлением 93 Ом. ArcNet поддерживает также витые пары и оптоволоконный кабель. Расстояние между компьютерами зависит от кабельной системы и топологии.

Основные преимущества ARCnet перед Ethernet, обеспечивавшие его былую популярность: низкая стоимость схем присоединения (по сравнению с CSMA/CD), меньшая критичность к кабелю, более гибкая топология, легкость диагностики сети при звездообразной топологии, менее резкая (по сравнению с Ethernet) чувствительность пропускной способности к количеству и активности узлов сети.

Из всех локальных сетей ARCNET обладает самыми широкими возможностями в области топологий. Кольцо, общая шина, «звезда», «дерево» могут быть применены в одной сети. В дополнение к этому можно использовать весьма протяженные сегменты (до нескольких километров). Такие же широкие возможности касаются и среды передачи — подходят и коаксиальный, и оптоволоконный кабели, а также витая пара.

После распространения Ethernet в качестве основной технологии для создания ЛВС, ARCNET нашла применение во встраиваемых системах (Встраиваемая система, (англ. embedded system) — это специализированная компьютерная система, в которой сам компьютер обычно встроен в устройство, которым он управляет.).

FDDI

Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface)- оптоволоконный интерфейс распределенных данных - это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконно-оптический кабель. Проблемная группа ХЗТ9.5 института ANSI разработала в период с 1986 по 1988 гг. начальные версии стандарта FDDI, который обеспечивает передачу кадров со скоростью 100 Мбит/с по двойному волоконно-оптическому кольцу длиной до 100 км.

Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDI ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

• повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с;

• повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода - повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т. п.;

• максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного (чувствительного к задержкам) трафиков.

Характеристики сети FDDI:

• топология – двойное кольцо;

• метод доступа – маркерный (доля от времени оборота токена);

• кабельная система – неэкранированная витая пара категории 5, оптоволоконный кабель;

• скорость передачи данных – 100 Мбит/с;

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам.

В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного (Primary) кольца, этот режим назван режимом Thru - «сквозным» или «транзитным». Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным (рис. 3.16), вновь образуя единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap, то есть «свертывание» или «сворачивание» колец. Операция свертывания производится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении (на диаграммах это направление изображается против часовой стрелки), а по вторичному - в обратном (изображается по часовой стрелке). Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

Рис. 3.16. Реконфигурация колец FDDI при отказе

Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа. Этот метод очень близок к методу доступа сетей Token Ring и также называется методом маркерного (или токенного) кольца - token ring.

Отличия метода доступа заключаются в том, что время удержания маркера в сети FDDI не является постоянной величиной, как в сети Token Ring. Это время зависит от загрузки кольца - при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля.

Высокая надежность, пропускная способность и допустимые расстояния, с одной стороны, и высокая стоимость оборудования, с другой, ограничивают область применения FDDI соединением фрагментов локальных сетей, построенных по более дешевым технологиям.

100VG-AnyLAN

Технология разрабатывалась в начале 90-х совместно компаниями AT&T и HP, как альтернатива технологии Fast Ethernet, для передачи данных в локальной сети со скоростью 100 Мбит/с. Летом 1995 года получила статус стандарта IEEE 802.12. Специфические нововведения 100VG-AnyLAN – это метод доступа Demand Priority и схема квартетного кодирования Quartet Coding, использующая избыточный код 5В/6В.

100VG-AnyLAN поддерживает передачу данных по четырем неэкранированным витым парам категорий 3, 4, 5. Данные передаются одновременно по четырем парам со скоростью 25 Мб/с, что в сумме дает 100 Мб/с.

Сеть 100VG-AnyLAN состоит из центрального коммутирующего концентратора, называемого также корневым, и соединенных с ним конечных узлов и других концентраторов. Допускается три уровня каскадирования. Каждый концентратор 100VG-AnyLAN должен быть настроен либо на работу с кадрами Ethernet, либо Token Ring, причем все концентраторы в сети должны быть настроены на один и тот же тип кадра. Специальное программное обеспечение концентратора 100VG-AnyLAN позволяет установить мост с низкоскоростной сетью Ethernet или Token Ring в зависимости от типа высокоскоростной сети. Фирмы IBM и HP объявили, что идет разработка метода, позволяющего обрабатывать в одном устройстве кадры обоих типов одновременно.

Согласно этому методу концентратор циклически выполняет опрос портов. Станция, желающая передать пакет, посылает низкочастотный сигнал концентратору, запрашивая низкий приоритет для обычных данных и высокий приоритет для данных, чувствительных к временным задержкам (например, мультимедиа). Приоритеты запросов имеют статическую и динамическую составляющие. Если сеть свободна, концентратор разрешает передачу пакета. После анализа адреса получателя в принятом пакете концентратор автоматически отправляет пакет станции назначения. Если сеть занята, концентратор ставит полученный запрос в очередь, которая обрабатывается в соответствии с порядком поступления запросов и с учетом приоритетов. Если к порту подключен другой концентратор, то опрос приостанавливается до завершения опроса концентратором нижнего уровня.

Важная особенность метода Demand Priority - сохранение форматов кадров Ethernet и Token Ring. Сторонники 100VG-AnyLAN утверждают, что этот подход облегчит межсетевое взаимодействие через мосты и маршрутизаторы, а также обеспечит совместимость с существующими средствами сетевого управления, в частности, с анализаторами протоколов.

Основное применение технология 100VG-AnyLAN скорее всего найдет в сетях Token Ring, пользователям которых она позволит в 6-25 раз увеличить производительность сети, а также в сетях, активно использующих приложения мультимедиа.

С точки зрения скорости передачи информации с 100VG-AnyLAN конкурирует Fast Ethernet, который при сходных скоростных характеристиках гораздо более совместим с другими реализациями Ethernet и более дешев. С точки зрения специальных возможностей для передачи мультимедийного трафика в конкуренцию вступает ATM, которая к тому же имеет куда большие возможности масштабирования – как по скорости, так и по покрываемой территории.

ATM

Американский национальный институт стандартов (ANSI) и Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии (CCITT, МККТТ) начинали разработку стандартов ATM (Asynchronous Transfer Mode – Асинхронный Режим Передачи) как набора рекомендаций для сети B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network). При этом изначально преследовалась цель повышения эффективности использования телекоммуникационных соединений, возможность применения в локальных сетях не рассматривалась. ATM весьма специфична и непохожа на другие технологии. ATM получила достаточно широкое распространение (особенно за рубежом).

В технологии ATM используются небольшие, фиксированной длины пакеты, называемые ячейками (cells). Размер ячейки - 53 байта (5 байт заголовок + 48 байт данные).

В отличии от традиционных технологий, применяемых в локальных сетях, АТМ – технология с установлением соединения. Т.е. перед сеансом передачи устанавливается виртуальный канал отправитель-получатель, который не может использоваться другими станциями. (В традиционных технологиях соединение не устанавливается, а в среду передачи помещаются пакеты с указанным адресом.) Несколько виртуальных каналов АТМ могут одновременно сосуществовать в одном физическом канале.

Для обеспечения взаимодействия устройств в ATM используются коммутаторы. При установлении соединения в таблицу коммутации заносятся номер порта и идентификатор соединения, который присутствует в заголовке каждой ячейки. В последствии коммутатор обрабатывает поступающие ячейки, основываясь на идентификаторах соединения в их заголовках.

Технология ATM предоставляет возможность регламентировать для каждого соединения минимально достаточную пропускную способность, максимальную задержку и максимальную потерю данных, а также содержит методы для обеспечения управления трафиком и механизмы обеспечения определенного качества обслуживания. Это позволяет совмещать в одной сети несколько типов трафика. Обычно выделяют 3 разновидности трафика – видео, голос, данные.

Технология АТМ отличается широкими возможностями масштабирования. В рамках применения АТМ в локальных сетях интерес представляют варианты со скоростью передачи 25 (витая пара класса 3 и выше) и 155 Мбит/с (витая пара класса 5, оптоволокно), 622 Мбит/с (оптоволокно). Существующие стандарты АТМ предусматривают скорости передачи вплоть до 2,4 Гбит/с.

Использование АТМ на практике, прежде всего, привлекательно возможностью использовать одну сеть для всех необходимых видов трафика, причем технология АТМ не ограничивается уровнем локальных сетей – те же самые принципы функционирования и у WAN сегментов сетей ATM. В качестве недостатка можно указать стоимость оборудования, существенно большую, чем у Fast Ethernet, например. Кроме того, сама организация сетей АТМ несколько сложнее и в ряде случаев требует существенной реорганизации существующей сети.

AppleTalk

Компания Apple Computer, Inc. в 1983 году представила AppleTalk как «фирменную» сетевую архитектуру для небольших рабочих групп. Сетевые функции были встроены в компьютеры Macintosh, что сделало реализацию сети AppleTalk очень простой по сравнению с другими сетями.

Топология сети – общая шина или дерево, максимальная длина - 300 м, скорость передачи – 230,4 Кбит/с, среда передачи – экранированная витая пара.

Основные термины, используемые в рабочей среде Apple, могут ввести в заблуждение, поскольку звучат так же, как и в остальных средах, но обозначают другие аспекты сетевой работы. Здесь будут рассмотрены следующие компоненты сетевого обеспечения Apple:

• AppleTalk;

• LocalTalk;

• AppleShare;

• EtherTalk;

• TokenTalk.

AppleTalk

AppleTalk - сетевая архитектура Apple, которая входит в операционную систем; Macintosh. Иначе говоря, сетевые возможности встроены в каждую машину Macintosh. AppleTalk Phase2 - последняя расширенная версия AppleTalk. Архитектура представляет собой набор протоколов, соответствующих модели OSI.

Когда устройство, соединенное с сетью LocalTalk, начинает работу, оно выполняет прежде всего три принципиально важных действия, причем в определенном порядке.

1. Устройство само назначает себе адрес, произвольно выбранный из доступных адресов.

2. Устройство сообщает свой адрес другим устройствам, чтобы проверить, не используется ли он кем-то еще.

3. Если адрес никем не используется, устройство запоминает его и применяет в дальнейшем.

LocalTalk

Под сетью AppleTalk обычно подразумевают сеть LocalTalk. LocalTalk имеет следующие характеристики:

метод доступа CSMA/CA;

топология шина или дерево;

кабельная система экранированная витая пара, но можно использовать оптоволоконный кабель или UTP.

LocalTalk - дешевый вариант, поскольку сеть встроена в аппаратные средства Macintosh. Но относительно скромная производительность LocalTalk препятствует ее широкому распространению в крупных сетях. Здесь неоспоримые преимущества у Ethernet и Token Ring. Термин «LocalTalk» относится также к компонентам физического кабеля. Сюда входят кабели, модули соединителей, удлинители кабеля. Кабель STP чаще всего используется в топологии шина или дерево. Сеть LocalTalk поддерживает до 32 устройств.

AppleShare

AppleShare -это файловый сервер в сети AppleTalk. Клиентское программное обеспечение входит в состав операционной системы Apple. Существует также принт-сервер AppleShare, который представляет собой спулер печати на базе сервера.

EtherTalk

EtherTalk позволяет сетевым протоколам AppleTalk работать с коаксиальным кабелем Ethernet. Плата EtherTalk NB позволяет подсоединять Macintosh II к сети 802.3 Ethernet, С платой поставляется программное обеспечение EtherTalk, совместимое с AppleTalk Phase2.

TokenTalk

Плата TokenTalk NB является платой расширения, которая позволяет подсоединять Macintosh II к сети 802.5 TokenTalk. С платой поставляется программное обеспечение TokenTalk, совместимое с AppleTalk Phase2.

В заключении предоставим таблицу сравнения характеристик основных технологий:

Характеристики	FDDI	Ethernet	Token Ring	ArcNet
Скорость передачи	100 Мбит/с	10 (100,1000) Мбит/с	16 Мбит/с	2,5 (20) Мбит/с
Топология	кольцо	шина	кольцо/звезда	шина, звезда
Среда передачи	оптоволокно, витая пара	коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно	витая пара, оптоволокно	коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно
Метод доступа	маркер	CSMA/CD	маркер	маркер
Максимальная протяженность сети	100 км	2500 м	4000 м	6000 м
Максимальное количество узлов	500	1024	260	255
Максимальное расстояние между узлами	2 км	2500 м	100 м	600 м

Список литературы:

1. Н. Малых. Локальные сети для начинающих.

2. Н. Олифер, В. Олифер. Базовые технологии локальных сетей.

3. Н. Олифер, В. Олифер. Высокоскоростные технологии ЛВС.

4. Кабельные системы Ethernet (По материалам компании Bay Networks, BiLiM Systems Ltd.).

5. Стэн Шатт. Мир компьютерных сетей: Пер. с англ. – К.: BHV, 1996

6. Web-сайт Центра Информационных Технологий – www.citforum.ru.

7. Бэрри Нанс. Компьютерные сети: Пер. с англ. – М: Восточная книжная компания, 1996.

8. Лекции по курсу «Сети ЭВМ и средства телекоммуникаций».