Разработка модели функционирования локальных вычислительных сетей

Введение

      Если  в одном помещении, здании или  комплексе близлежащих зданий имеется несколько компьютеров, пользователи которых должны совместно решать какие-то задачи, обмениваться данными или использовать общие данные, то эти компьютеры целесообразно объединить в локальную сеть.

     Локальная сеть - это группа из нескольких компьютеров, соединенных между собой посредством кабелей (иногда также телефонных линий или радиоканалов), используемых для передачи информации между компьютерами. Для соединения компьютеров в локальную сеть необходимо сетевое оборудование и программное обеспечение.

     Локальные сети позволяют обеспечить:

• коллективную обработку данных пользователями подключенных в сеть компьютеров и обмен данными между этими пользователями;

•   совместное использование программ;

•   совместное использование принтеров, модемов и других устройств.

     Для объединения компьютеров  в локальную сеть требуется:

•   вставить в каждый подключаемый к  сети компьютер сетевой контроллер, который позволяет компьютеру получать информацию из локальной сети и передавать данные в сеть;

•   соединить компьютеры кабелями, по которым происходит передача данных между компьютерами, а также другими подключенными к сети устройствами (принтерами, сканерами и т.д.). В некоторых типах сетей кабели соединяют компьютеры непосредственно (как электролампочки на елочной гирлянде), в других соединение кабелей осуществляется через специальные устройства - концентраторы (или хабы), коммутаторы и др. 
 
 

 

1. Анализ технологий  построения современных локальных      вычислительных сетей

         1.1. Технология Token Ring

     Token Ring и IEEE 802.5 являются главными  примерами сетей с передачей  маркера. Сети с передачей маркера  перемещают вдоль сети небольшой  блок данных, называемый маркером. Владение этим маркером гарантирует право передачи. Если узел, принимающий маркер, не имеет информации для отправки, он просто переправляет маркер к следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркер в течение определенного максимального времени (по умолчанию - 10 мс).

     Если  у станции, владеющей маркером, имеется  информации для передачи, она захватывает  маркер, изменяет у него один бит (в  результате чего маркер превращается в последовательность «начало блока  данных»), дополняет информацией, которую  он хочет передать и отсылает эту информацию к следующей станции кольцевой сети. Когда информационный блок циркулирует по кольцу, маркер в сети отсутствует (если только кольцо не обеспечивает «раннего освобождения маркера» — early token release), поэтому другие станции, желающие передать информацию, вынуждены ожидать. Следовательно, в сетях Token Ring не может быть коллизий. Если обеспечивается раннее высвобождение маркера, то новый маркер может быть выпущен после завершения передачи блока данных.

     Информационный  блок циркулирует по кольцу, пока не достигнет предполагаемой станции назначения, которая копирует информацию для дальнейшей обработки. Информационный блок продолжает циркулировать по кольцу; он окончательно удаляется после достижения станции, отославшей этот блок. Станция отправки может проверить вернувшийся блок, чтобы убедиться, что он был просмотрен и затем скопирован станцией назначения.

             1.2. Технология FDDI

     FDDI (Fiber Distributed Data Interface) был разработан  как протокол для надежных, высокоскоростных сетей и магистралей с высоким трафиком, а также для чувствительных к временным задержкам приложений. Он способен передавать данные со скоростью до 100 мегабит в секунду. И поддерживает до 500 станций в сегменте. FDDI был разработан для работы на оптоволоконных каналах, передающих световые импульсы в двух направлениях между станциями, а также может быть использован на медных кабельных системах (на витой паре 5 категории - CDDI) при использовании электрических сигналов. FDDI поддерживает высокую надежность, так как сети FDDI состоят из двух противоположно направленных логических колец. Причем при отключении от питания одной из станций кольца не обрываются, а срабатывает механизм bypass - прямая передача по внутреннему оптическому каналу из порта в порт.

     Эти кольца обеспечивают резервирование передачи друг друга, то есть если на одном кольце возникнут некоторые проблемы, то в передачу включится другое. FDDI сам распознает и устранит возникшие проблемы.

     Кольца  в сетях   FDDI   рассматриваются  как общая разделяемая среда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа.

     Одной из наиболее важных характеристик   FDDI   является то, что она использует световод в качестве передающей среды. Световод обеспечивает ряд преимуществ  по сравнению с традиционной медной проводкой, включая защиту данных (оптоволокно не излучает электрические сигналы, которые можно перехватывать), надежность (оптоволокно устойчиво к электрическим помехам) и скорость (потенциальная пропускная способность световода намного выше, чем у медного кабеля). 

    1.3.Семейство технологий Ethernet

            1.3.1. Технология Ethernet

     Наибольшее  распространение среди стандартных  сетей получила сеть Ethernet. Впервые  она появилась в 1972 году (разработчиком  выступила известная фирма Xerox). Сеть оказалась довольно удачной, и вследствие этого ее е 1380 году поддержали такие крупнейшие фирмы, как DEC и Intel (объединение этих фирм, поддерживающих Ethernet, назвали DIX по первым буквам их названий), Стараниями этих фирм в 1985 году сеть Ethernet стала международным стандартом, ее приняли крупнейшие международные организации по стандартам: комитет 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) и ЕСМА (European Computer Manufacturers Association).

     Метод доступа CSMA/CD и все временные параметры Ethernet остаются одними и теми же для любой спецификации физической среды.

     Все параметры протокола Ethernet подобраны  таким образом, чтобы при нормальной работе узлов сети коллизии всегда четко распознавались. Именно для  этого минимальная длина поля данных кадра должна быть не менее 46 байт (что вместе со служебными полями дает минимальную длину кадра в 72 байта или 576 бит). Длина кабельной системы выбирается таким образом, чтобы за время передачи кадра минимальной длины сигнал коллизии успел бы распространиться до самого дальнего узла сети. Поэтому для скорости передачи данных 10 Мб/с, используемой в стандартах Ethernet, максимальное расстояние между двумя любыми узлами сети не должно превышать 2500 метров.

     Четыре  модификации заголовков кадров Ethernet (причем под заголовком кадра понимается весь набор полей, которые относятся к канальному уровню):

• Кадр 802.3/LLC (или кадр Novell 802.2)
• Кадр Raw 802.3 (или кадр Novell 802.3)
• Кадр Ethernet DIX (или кадр Ethernet II)
• Кадр Ethernet SNAP

     Физические спецификации технологии Ethernet на сегодняшний день включают следующие среды передачи данных:

     10Base-5 - коаксиальный кабель диаметром 0.5 дюйма, называемый "толстым" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 500 метров (без повторителей).

     10Base-2 - коаксиальный кабель диаметром 0.25 дюйма, называемый "тонким" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 185 метров (без повторителей).

     10Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). Образует звездообразную топологию с концентратором. Расстояние между концентратором и конечным узлом - не более 100 м.

     10Base-F - оптоволоконный кабель. Топология аналогична стандарту на витой паре. Имеется несколько вариантов этой спецификации - FOIRL, 10Base-FL, 10Base-FB.

     1.3.2. Технология Fast Ethernet

     Fast Ethernet – спецификация IEЕЕ 802.3 u официально принятая 26 октября 1995 года определяет стандарт протокола канального уровня для сетей работающих при использовании как медного, так и волоконно-оптического кабеля со скоростью 100Мб/с. Новая спецификация является наследницей стандарта Ethernet IEЕЕ 802.3, используя такой же формат кадра, механизм доступа к среде CSMA/CD и топологию звезда. Эволюция коснулась нескольких элементов конфигурации средств физического уровня, что позволило увеличить пропускную способность, включая типы применяемого кабеля, длину сегментов и количество концентраторов.

   Стандарт  Fast Ethernet определяет три типа среды передачи сигналов Ethernet со скоростью 100 Мбит/с.

• 100Base-TX — две витые пары проводов. Передача осуществляется в соответствии со стандартом передачи данных в витой физической среде, разработанным ANSI (American National Standards Institute — Американский национальный институт стандартов). Витой кабель для передачи данных может быть экранированным, либо неэкранированным.
• 100Base-FX — две жилы, волоконно-оптического кабеля. Передача также осуществляется в соответствии со стандартом передачи данных в волоконно-оптической среде, которой разработан ANSI. Использует алгоритм кодирования данных 4В/5В и метод физического кодирования NRZI.

Спецификации 100Base-TX и 100Base-FX известны также как 100Base-X

• 100Base-T4 — это особая спецификация, разработанная комитетом IEEE 802.3u . Согласно этой спецификации, передача данных осуществляется по четырем витым парам телефонного кабеля, который называют кабелем UTP категории 3.

     Дополнительно стандарт Fast Ethernet включает рекомендации по использованию кабеля экранированной витой пары категории 1, который является стандартным кабелем, традиционно использующимся в сетях Token Ring. Организация поддержки и рекомендации по использованию кабеля STP в сети Fast Ethernet предоставляют способ перехода на Fast Ethernet для покупателей, имеющих кабельную разводку STP.

     Спецификация  Fast Ethernet включает также механизм автосогласования, позволяющий порту узла автоматически настраиваться на скорость передачи данных — 10 или 100 Мбит/с. Этот механизм основан на обмене рядом пакетов с портом концентратора или переключателя.

     1.3.3. Технология Gigabit Ethernet

     Вследствие  возрастания информационных потоков  возникла потребность в увеличении скорости передачи стандарта Ethernet. Была предложена спецификация Gigabit Ethernet, принятая к разработке комитетом IEEE 802.3. 29 июня 1998 года был принят стандарт IEEE 802.3z.

     Основная  идея разработчиков стандарта Gigabit Ethernet состоит в максимальном сохранении идей классической технологии Ethernet при достижении битовой скорости в 1000 Мбит/с.

     Всего определяются четыре различных типа физических интерфейсов, которые отражены в спецификациях стандарта 802.3z (1000Base-X) и 802.3ab (1000Base-T).

     Спецификация 802.3z (интерфейс 1000Base-X) описывает использование одномодового и многомодового оптического волокна (интерфейс 1000Base-LX и 1000Base-FX), а также экранированной витой пары STP категории 5 на расстояния до 25 метров (интерфейс 1000Base-CX).

     Полученная  в результате доработки спецификация 802.3ab (интерфейс 1000Base-T), принятая годом позже, определяет использование неэкранированной витой пары UTP категории 5 с максимальной длиной сегмента 100 метров. В отличие от 100Base-T, где для передачи данных задействовано только две пары, здесь используются все четыре пары. Скорость передачи по одной паре составляет 125 Мбит/с, что в сумме дает 500 Мбит/с. Для достижения скорости 1 Гбит/с была использована технология «двойной дуплекс» (dual duplex). Двойной дуплекс подразумевает использование обоих фронтов сигнала, то есть передача информации по одной паре происходит одновременно в двух направлениях, следовательно, пропускная способность одной пары возрастает до 250 Мбит/с.

       1.4. Вывод

       Был проведен анализ технологий построения локальных сетей для выбора лучшего варианта организации системы документооборота в сети компании.

       В отличие от сетей CSMA/CD 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.