Конспект лекций по дисциплине «Сетевые технологии»

Внешний интерфейс работает под управлением контроллера и драйвера. Разделение обязанностей по управлению между драйвером и контроллером может быть различным.

Контроллер обычно выполняет набор простых управляющих команд и реализуется аппаратными средствами.

Драйвер выполняет набор более сложных управляющих команд и реализуется с помощью программных средств.

Примерами интерфейсов, используемых в компьютерах, являются параллельный интерфейс Centronics и последовательный RS – 232C. В простейшем случае взаимодействие двух компьютеров может быть реализовано с помощью тех же самых устройств, которые используются для взаимодействия с переферией, например, через последовательный интерфейс RS – 232C

Рассмотрим случай, когда пользователю, который работает с текстовым редактором на компьютере А необходимо прочитать часть файла на компьютере В.

Приложение А формирует сообщение – запрос для приложения В. В запросе указывается имя файла, тип операции (например, чтение), адрес и размер файла. Это сообщение – запрос помещается в оперативную память (ОП) или иначе - оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Под управлением операционной системы (ОС) приложение А обращается к драйверу последовательного порта (COM -порта), сообщая ему адрес в ОП, по которому находится сформированный запрос. Драйвер находит запрос в ОП и начинает его передавать байт за байтом в буферное устройство контроллера компьютера А.

Рис. 2. 4 Пример взаимодействия двух компьютеров через последовательный интерфейс

Контроллер преобразует полученную информацию (байты в биты), кодирует и начинает передавать по битам в линию связи, которая соединяет компьютер А с компьютером В.

Чтобы контроллеру компьютера В стало понятно, что начинается передача 1 байта, то каждый байт снабжается стартовым и стоповым битом, а также в качестве контрольной суммы - битом контроля четности. (см. предыдущий раздел)

Контроллер компьютера В выполняет операцию декодирования и записывает принятые байты информации в свое буферное устройство. Драйвер переписывает полученные байты в ОП, сообщая адрес в ОП полученной информации приложению В.

Сетевое приложение В, работающее под управлением ОС, приняв запрос и распознав его, выполняет соответствующие действия, а именно:

• находит в файловой системе компьютера В имя файла и его адрес на жестком диске;
• переписывает файл в ОП;
• сообщает адрес файла в ОП через ОС драйверу компьютера В;
• и передача файла происходит в обратном порядке в ОП компьютера А, где он попадает к приложению А.

В наше время, как правило, двумя компьютерами в сети никто не ограничивается. Тут сразу начинает действовать такой закон пропорциональности: чем больше машин в сети, тем больше возникает проблем. Но этот закон может терять свою силу, это зависит от того, каким способом эти компьютеры соединить между собой.

Поэтому, в первую очередь необходимо выбрать способ организации физических связей - топологию сети

5. Топологическая структура КС.

Под топологией КС понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети (иногда и другое оборудование), а ребрам - физические связи между ними. Компьютеры, подключенные к сети, часто называют станциями или узлами сети.

На этом этапе очень четко нужно ощутить разницу между физическими и логическими связями.

Конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров между собой. Она вполне может отличаться от конфигурации логических связей. Логические связи - это маршруты передачи данных между узлами сети. Они образуются с помощью специальных настроек специального коммуникационного оборудования.

Таким образом, компьютеры могут быть связаны между кабелем собой одним образом, а передавать друг другу информацию по другому принципу.

При изучении существующих топологий сети мы с вами будем говорить о физических связях.

При выборе топологии электрических связей, нужно быть очень внимательным и хорошо знать какой вид топологии, что может обеспечить. Например, одни топологии предусматривают наличие дополнительных резервных связей. Это повышает надежность сети и делает возможным распределять (балансировать) загрузку отдельных каналов (помните закон избыточности). Иные топологии позволяют очень легко присоединять новые узлы сети. Это делает сеть легко расширяемой. Если мыслить с точки зрения экономии кабеля (а значит денег), то можно выбрать такие топологии, которые обеспечивают минимальную суммарную длину линий связи.

Можно выделить следующие наиболее часто встречающиеся топологии сети.

1. Полносвязная топология

Рис. 2. 5 Полносвязная топология

Эта топология позволит создать сеть, в которой каждый компьютер сети связан со всеми остальными. Такое решение довольно таки логически простое, но в после реализации этой топологии, сеть оказалась очень громоздкой и неэффективной, т.к. каждый компьютер должен иметь столько коммутационных портов, со сколькими компьютерами он связан в сети. При этом каждой паре соединений должна быть выделена отдельная электрическая линия связи. Этих причин вполне достаточно, чтобы объяснить, почему такая топология используется крайне и крайне редко. Полносвязную топологию используют в глобальных сетях для соединения узлов коммутации.

Остальные все виды топологий - неполносвязные и предусматривают случаи, когда для обмена данными между двумя компьютерами может потребоваться промежуточная передача через другие узлы сети.

2. Ячеистая топология (mesh)

Рис. 2. 6 Ячеистая топология

 

Вычтите из полносвязной топологии некоторые связи - и вы получите ячеистую топологию.

Но тут нужно внимательно подумать, какие связи можно "распрямить". В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, которые интенсивно "общаются" между собой, а для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются передачи через промежуточные узлы (это транзитные передачи). Ячеистая топология позволяет уже соединение большого количества компьютеров и часто используется, как правило, для глобальных сетей. Наиболее отказоустойчивая топология сети – ячеистая, т.к. она продолжает работать при отказе отдельного узла или разрыве любого кабеля (поэтому она и называется отказоустойчивой)  При разрыве кабельной   секции   данные могут быть перенаправлены через другие узлы и все равно достигнут места назначения. К сожалению, такие сети чрезвычайно дороги и сложны в монтаже.

Обычно эта топология используется в больших сетях, таких как Frame Relay или АТМ, когда стоимость отступает на задний план перед производительностью и надежностью. С помощью ячеистой топологии соединяются часто узлы коммутации. Основу передающей среды глобальных сетей составляют узлы коммутации, связанные между собой с помощью каналов передачи данных. Каналы передачи данных представляют собой каналы связи, приспособленные для передачи дискретной информации. При этом предъявляются достаточно высокие требования, касающиеся безошибочной передачи информации. В глобальных сетях, как правило, используется несколько выделенных серверов. В частности, управляет работой сети специальный компьютер — сервер сети. В больших сетях может присутствовать несколько файл-серверов, которые служат для хранения значительных объемов информации и организации эффективного доступа к ней со стороны рабочих станций. Глобальные сети предполагают подключение большого числа рабочих станций. Для этой цели часто используются специальные серверы доступа, с помощью которых обеспечивается эффективный доступ рабочих станций к компьютерной сети. Количество и месторасположение узлов коммутации выбирается таким образом, чтобы при минимальных затратах обеспечить требуемую пропускную способность

 

                     Файл-сервер                    Рабочие станции

 

Рис. 2.7 Структура компьютерной сети, где: УК - узел коммутации

 

3. Общая шина (bus topology)

Рис. 2. 8 Топология общая шина

 

Об этой топология вы наверняка не раз слышали. Это очень распространенная (а до недавнего времени самая распространенная) топология локальных сетей. Она организовывается следующим образом:

Все компьютеры подключаются к одному коаксиальному кабелю, это соединение в принципе работает как в логической схеме "ИЛИ" (если хоть на одном входе есть сигнал - на выходе тоже сигнал). Информация распространяется в обе стороны.

Топология общая шина имеет очень существенные достоинства: снижает стоимость проводки, позволяет подключать различные модули сети, и что самое интересное позволяет почти мгновенно рассылать широковещательные обращения ко всем станциям сети. Широковещательное - это такое обращение, которое предназначено всем компьютерам в сети с какой-то целью.

Таким образом, основные преимущества такой топологии - дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям.

Но, несмотря на это, есть очень серьезный недостаток общей шины - очень низкая надежность. Любой малейший дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью - и ваша сеть полностью парализована. К сожалению, дефект коаксиального кабеля редкостью не является.

Есть еще и другие недостатки в этой топологии, а именно: невысокая производительность. В каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть. Поэтому пропускная способность канала связи всегда делится здесь между всеми узлами сети, а их может быть довольно таки много. И тогда в вашей сети вполне вероятна ситуация, когда время ожидания какого-то файла, запрошенного пользователем, может превысить его терпение.

4. Топология звезда (star topology)

Рис. 2. 8 Топология звезда

 

Топология очень соответствует своему названию: в центре - общее устройство, к которому подключается каждый компьютер сети, каждый компьютер подключается отдельным кабелем.

Общее устройство, к которому соединены все компьютеры, называют концентратором (hub). Концентратор направляет передаваемую компьютером информацию или одному, или всем компьютерам сети.

По сравнению с предыдущей - общей шиной, звезда может обеспечить существенно большую надежность сети. Это главное достоинство этой топологии: при повреждении кабеля вне сети окажется только тот компьютер, который соединен этим кабелем с концентратором, и только при неисправности самого концентратора может выйти из строя вся сеть. Мало того, концентратор способен проверять поступающую информацию, поэтому при необходимости администратор сети может запретить передачу информации, настроив концентратор на блокировку определенных передач. Так что здесь, как вы заметили уровень, защиты намного выше, чем во всех предыдущих типологиях.

С другой стороны топология звезда совсем не лишена недостатков. Самые основные более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора. Но все-таки, качество этой сети вполне оправдывает денежные растраты.

В сетях с большим количеством компьютеров иногда используют топологию - иерархическая звезда. Это когда в сети присутствует несколько концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа звезда.

Рис. 2. 9 Топология иерархическая звезда

 

В настоящее время иерархическая звезда является самым распространенным типом топологии связей, как в локальных, так и глобальных сетях.

5. Топология кольцо (ring topology)

Рис. 2.10 Топология кольцо

В сетях этой топологии данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. Каждый компьютер проверяет эти данные и если распознает их как свои, то просто копирует их себе во внутренний буфер. Данные, сделав один полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому этот узел одновременно проверяет, получил ли информацию адресат или нет. Очевидно, здесь нужно принимать дополнительные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями.

Свойство узла-источника проверять информацию на достоверность доставки очень удачно используют специально для тестирования сети и поиска узла, который предположительно вышел из строя, и не может принимать данные.

6. Гибридная топология (hybrid topology)

Рис. 2.11 Гибридная топология

 

Если рассматривать сети по критерию количества объединенных компьютеров, то можно отметить следующее: в небольших сетях, как правило, стараются использовать типовую топологию - звезда, кольцо или общая шина, для сетей с большим количеством компьютеров очень характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях специально выделяют отдельные фрагменты (подсети), которые, во-первых, связаны между собой, а во-вторых, имеют свою (не обязательно одинаковую) типовую топологию. И в итоге получается сеть с гибридной топологией.

Таким образом, топологическая структура КС определяет структуру связей абонентов сети, соединенных  между собой с помощью физического канала связи. Топологии различаются:

• требуемой длиной соединительного кабеля;
• удобством соединения;
• возможностями подключения дополнительных абонентов;
• отказоустойчивостью;
• возможностями управления обменом данными.

Пользователю сетей обычно не приходится выбирать топологию своей сети. Имеющиеся на рынке сети почти всегда имеют раз и навсегда заданную топологию. Очень редко ее можно изменить по своему усмотрению. Вообще топология не относится к определяющим параметрам сети. Гораздо важнее скорость обмена, предельная длина сети, стоимость аппаратуры, удобство программного обеспечения. Топология сети очень сильно влияет на методы управления в ней, на ее отказоустойчивость и даже на ее стоимость. Поэтому информацию об имеющихся топологиях, их достоинствах и недостатках полезно иметь человеку, связанному с эксплуатацией, установкой, а особенно разработкой сетей.