Разработка локальной вычислительной сети

    Главным достоинством кольца является то, что  оно по своей природе обладает свойством резервирования связей. Кольцо представляет собой очень удобную конфигурацию для организации обратной связи – данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому отправитель может контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это свойство кольца используется для тестирования связности сети и поиска узла, работающего некорректно.

    Однако, как и все сети, кольцевая сеть имеет свои недостатки. Основная проблема - это наличие только одного канала, соединяющего все компоненты в кольцо. Если отказывает канал между двумя узлами, наступает отказ всей сети. Поэтому в разработках некоторых фирм-поставщиков на случай отказа канала предусматриваются резервные каналы. В некоторых случаях встраиваются переключатели, которые автоматически изменяют маршрут прохождения данных к следующему узлу в обход отказавшего узла, тем самым предотвращая отказ всей сети.

    Расширяемость кольцевой сети достаточно высокая. Пропускная способность и задержка кольцевой сети зависят от метода передачи сообщений.

    3.  Звездообразная топология

    Звездообразная - имеется центральный узел, от которого расходятся линии передачи данных к  каждому из остальных узлов. Звездообразная топология использовалась в 60-х и  начале 70-х гг. Благодаря легкости управления программное обеспечение было несложным, а поток трафика простым. Весь трафик исходит из центрального узла А звезды (рис.). Узел А полностью управляет устройствами ООД, подсоединенными к нему. Следовательно, он вполне аналогичен иерархической топологии, за исключением того, что звездообразная топология имеет ограниченные возможности распределенной обработки.

    Центральный узел отвечает за маршрутизацию трафика  через себя в другие компоненты; он также отвечает за локализацию  неисправностей. Локализация неисправностей является достаточно простой в звездообразной сети, поскольку решение проблемы в том, что можно легко локализовать отказавшую линию связи или узел. Однако, подобно иерархической структуре, звездообразная сеть подвержена проблемам «узкого горла» и отказов, связанных с центральным узлом. Несколько звездообразных сетей, построенных в 70-х гг., ввиду централизованности испытывали серьезные проблемы с надежностью. Другие системы предусматривали резервную ЭВМ в центральном узле, что значительно повышало надежность системы.

    Расширяемость сети ограничивается возможностями  центрального узла по подключению каналов  связи с оконечными системами.

    

    Центральный узел является довольно дорогим устройством, поскольку выполняет все основные функции по управлению сетью.

          Пропускная способность  сети определяется производительностью  центрального узла и нагрузкой, создаваемой  оконечными системами.

          Одним из вариантов  звездообразной топологии ЛВС может  служить распределенная звездообразная топология, в соответствии с которой  оконечные системы соединяются  линиями связи с центральной «точкой», где размещается концентратор. Он может подсоединить к сети не более 4-8 оконечных систем. Концентраторы соединяются между собой общим разделяемым кабелем. Такая топология широко применяется в ЛВС персональных ЭВМ, когда оконечные системы разбросаны по всему зданию.

    4. Шинная или горизонтальная топология.

    Шинная - локальная сеть, в которой связь  между любыми двумя станциями  устанавливается через один общий путь и данные, передаваемые любой станцией, одновременно становятся доступными для всех других станций, подключенных к этой же среде передачи данных. Эта архитектура очень популярна в локальных сетях. Она является относительно простой для управления трафиком между устройствами ООД, поскольку допускает, чтобы каждое сообщение принималось всеми станциями. То есть одна-единственная станция работает в широковещательном режиме на несколько станций.

    Главный недостаток шинной топологии связан с тем фактом, что для обслуживания всех устройств в сети обычно имеется  только один канал передачи данных. Следовательно, в случае отказа канала погибает вся сеть. Некоторые фирмы-поставщики предусматривают полное резервирование на случай потери основного канала. Другие предусматривают переключатели для обхода отказавших узлов.

    Другая  проблема, связанная с этой конфигурацией, состоит в трудности локализации  отказов с точностью до отдельной компоненты, подключенной к шине. Отсутствие точек концентрации делает проблему различения неисправностей трудноразрешимой.

    Шинные  сети имеют довольно ограниченные возможности  по наращиванию в силу затухания сигналов в канале. Поэтому для каждой реализации имеются ограничения на общую длину линии связи, на расстояние между точками подключения узлов и на количество подключений к линии связи.

    Пропускная  способность и задержка в шинных сетях определяются большим числом параметров - методом доступа, полосой пропускания кабеля связи, числом узлов сети, длиной сообщений.

    5. Ячеистая (смешанная, многосвязная) топология.

    В то время как небольшие сети имеют  типовую топологию – звезда, кольцо или общая шина, для крупных  сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких  сетях можно выделить отдельные, произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.

    

    Сеть  со смешанной топологией представляет собой неполносвязную сеть узлов  коммутации сообщений, к которым подсоединяются оконечные системы. Такая сеть получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. Все каналы связи являются выделенными двухточечными. Такого рода связи наиболее часто используют в крупномасштабных и региональных вычислительных сетях, но иногда применяют и в ЛВС.

    Привлекательность смешанной топологии заключается  в относительной устойчивости к  перегрузкам и отказам. Благодаря  множественности путей из устройств  ООД и ОКД трафик может быть направлен в обход отказавших или занятых узлов. Таким образом, надежность смешанной сети обеспечивается таким соединением узлов каналами связи, чтобы между любой парой оконечных систем имелось, по меньшей мере, два пути передачи сообщений. Введение избыточных каналов между узлами - стандартный способ повышения надежности смешанных сетей.

    Возможности по наращиванию смешанной сети определяются максимальным числом каналов ввода/вывода узла коммутации, предназначенных для  подключения оконечных систем. Обычно это число не превышает 4. Если в определенном месте исчерпаны возможности узла коммутации по подключению оконечных систем, то установка дополнительного узла коммутации позволяет подключить к сети новые оконечные системы.

    Сети  со смешанной топологией отличает высокая  стоимость и сложность разработки, поскольку протоколы смешанных  сетей могут быть достаточно сложными. Зачастую подключение новых оконечных систем может повлечь за собой пересмотр логики связей между узлами коммутации. В связи с этим параметры времени задержки и пропускной способности в сетях со смешанной топологией хуже, чем в сетях других типов.

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1.3 Стандарты кабелей

 

          В набор параметров линий связи ЛВС входят:

• пропускная способность;
• скорость передачи данных;
• способность к двухточечной, многоточечной и/или широковещательной передаче (то есть допустимые применения),
• максимальная протяженность;
• топологическая гибкость;
• трудоемкость прокладки;
• помехоустойчивость;
• стоимость.

 

          Протяженность. Сигнал в ходе распространения по среде теряет свою мощность из-за рассеивания или излучения. Затухание сигнала определяет максимально допустимую протяженность среды. Для увеличения протяженности среды обычно применяются усилители и повторители, которые восстанавливают уровень мощности сигналов. Чем толще кабель, тем труднее его прокладывать из-за большого радиуса закругления. С другой стороны, более толстый кабель имеет меньшее затухание и допускает большую максимальную длину без усилителей сигналов.

          Помехоустойчивость среды определяется отношением мощности сигнала к мощности шума. Помехоустойчивость измеряется в децибелах. Чем больше это отношение, тем помехоустойчивость выше.   

          Стоимость среды передачи складывается из стоимости собственно ее оборудования, стоимости планирования прокладки и развертывания среды, стоимости ее эксплуатации.

    Разновидности  линий связи в ЛВС.

          В качестве линий  связи могут выступать кабели со скрученными парами проводов (витые пары), коаксиальные кабели, волоконно-оптические кабели, радио, инфракрасные ИК-, СВЧ-каналы.

          В большинстве сетей  предлагают только 3 основные группы кабелей:

• коаксиальный кабель (coaxial cable);
• витая пара (twisted pair): неэкранированная (unshielded) и экранированная(shielded);
• оптоволоконный кабель (fiber optic).

          Условия физического  расположения ВС помогают определить наилучшим образом тип кабеля и его топологию. Главная проблема заключается в одновременном  обеспечении показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Каждый тип кабеля имеет собственные ограничения по максимальной длине: витая пара обеспечивает работу на коротких отрезках, одноканальный коаксиальный кабель - на больших расстояниях, многоканальный коаксиальный и волоконно-оптический кабель на очень больших расстояниях. Скорость передачи данных тоже ограничена возможностями кабеля: самая большая - у волоконно-оптического, затем идут одноканальный коаксиальный, многоканальный кабели и витая пара. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость. Под требуемые характеристики можно подобрать имеющиеся в наличии кабели.

    Витая пара

    

    

          Витое двухжильное  проводное соединение является наиболее дешевым кабельным соединением, часто называемый "витой парой" (twisted pair). Она позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко устанавливается и наращивается, однако является помехонезащищенной. Существует два типа тонкого кабеля: неэкранированная (unshielted) витая пара (UTP) и экранированная (shielted) витая пара (STP). Экранированные пары сравнительно дороги. Неэкранированные витые пары имеют несколько категорий (типов). Обычный телефонный кабель - пара категории 1. Пара категории 2 может использоваться в сетях с пропускной способностью до 4 Мбит/с. Для сетей Ethernet (точнее, для ее варианта с названием 10Base-T) разработана пара категории 3, а для сетей Token Ring - пара категории 4. Наиболее совершенной является витая пара категории 5, которая применима при частотах до 100 МГц. В паре категории 5 проводник представлен медными жилами диаметром 0,51 мм, навитыми по определенной технологии и заключенными в термостойкую изолирующую оболочку.

          Для  неэкранированной витой пары (UTP - Unshielded Twisted Pair) рекомендуется  расстояние до 100 м. Суммарная длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Спецификация 10BaseT предусматривает проводку из неэкранированного кабеля с витыми парами, обычно называемыми UTP, но использует только две из четырех пар проводников типичного кабеля категории 3. Одна пара передает данные, в то время как другая предназначена для приема данных. 10BaseT использует топологию звезды, в которой каждый узел соединен с центральным концентратором или многопортовым повторителем, обычно расположенным в центральной аппаратной или в монтажном шкафу. Эта топология хорошо совмещается с расположением проводки, имеющейся в большинстве зданий.