Техническое обеспечение компьютерных сетей

Эта технология настолько  распространена и разнообразна, что  заслуживает отдельного обзора.

 

2. Token Ring

 В 1970 году эта технология  была разработана компанией IBM, а после стала основой стандарта  IEEE 802.5. Token Ring является сетью с  передачей маркера. Кабельная  топология – звезда или кольцо, но в логически данные всегда  передаются последовательно от  станции к станции по кольцу. При этом способе организации  передачи информации по сети  циркулирует небольшой блок данных  – маркер. Каждая станция принимает  маркер и может удерживать  его в течении определенного  времени. Если станции нет необходимости  передавать информацию, она просто  передает маркер следующей станции.  Если станция начинает передачу, она модифицирует маркер, который  преобразовывается в последовательность "начало блока данных", после  которого следует собственно  передаваемая информация. На время  прохождения данных маркер в  сети отсутствует, таким образом  остальные станции не имеют  возможности передачи и коллизии  невозможны в принципе. При прохождении  станции назначения информация  принимается, но продолжает передаваться, пока не достигнет станции-отправителя, где удаляется окончательно. Для обработки возможных ошибок, в результате которых маркер может быть утерян, в сети присутствует станция с особыми полномочиями, которая может удалять информацию, отправитель которой не может удалить ее самостоятельно, а также восстанавливать маркер. Поскольку для Token Ring всегда можно заранее рассчитать максимальную задержку доступа к среде для передачи информации, она может применяться в различных автоматизированных системах управления, производящих обработку информации и управление процессами в реальном времени. Для сохранения работоспособности сети при возникновении неисправностей предусмотрены специальные алгоритмы, позволяющие в ряде случаев изолировать неисправные участки путем автоматической реконфигурации. Скорость передачи, описанная в IEEE 802.5, составляет 4 Мбит/с, однако существует также реализация 16 Мбит/с, разработанная в результате развития технологии Token Ring.

 

3. ARCnet

Attached Resourse Computing Network (ARCnet) –  сетевая архитектура, разработанная  компанией Datapoint в середине 70-х  годов (наверное, пора уточнять - XX века.

В качестве стандарта IEEE ARCnet принят не был, но частично соответствует IEEE 802.4. Сеть с передачей маркера. Топология - звезда или шина. В качестве среды передачи ARCnet может использовать коаксиальный кабель, витую пару и  оптоволоконный кабель. На местной  почве, естественно, были популярны  варианты на коаксиале и витой  паре. Закрепить свои позиции этому  недорогому стандарту помешало малое  быстродействие - всего-то 2,5 Мбит/с. В  начале 90-х Datapoint разработала ARCNETPLUS, со скоростью передачи до 20 Мбит/с, обратно  совместимый с ARCnet. Но время было упущено – чересчур медленный ARCnet к тому времени мало где выжил, а в спину новому ARCNETPLUS уже  дышал Fast Ethernet. Но есть место для  применения ARCnet и в современной сети. Допустимая длина коаксиального кабеля при топологии "звезда" – 610 м. Чем не вариант для соединения локальных сетей в двух рядом стоящих зданиях? Что называется – "дешевле не бывает". Проблемы две - найти старинные сетевые адаптеры и "прикрутить" старые драйвера к современной операционной системе.

 

4. FDDI

 Технология Fiber Distributed Data Interface (FDDI) была разработана в 1980 году комитетом ANSI. Была первой  технологией локальных сетей,  использовавшей в качестве среды  передачи оптоволоконный кабель. Причинами, вызвавшими его разработку, были возрастающие требования  к пропускной способности и  надежности сетей. Этот стандарт  оговаривает передачу данных  по двойному кольцу оптоволоконного  кабеля со скоростью 100 Мбит/с.  При этом сеть может охватывать  очень большие расстояния –  до 100 км по периметру кольца. FDDI, также как и Token Ring, является  сетью с передачей маркера.  В FDDI разделяются 2 вида трафика  – синхронный и асинхронный.  Полоса пропускания, выделяемая  для синхронного трафика, может  выделяться станциям, которым необходима  постоянная возможность передачи. Это очень ценное свойство  при передаче чувствительной  к задержкам информации - как правило,  это передача голоса и видео.  Полоса пропускания, выделяемая  под асинхронный трафик, может  распределяться между станциями  с помощью восьмиуровневой системы  приоритетов. Применение двух  оптоволоконных колец позволяет  существенно повысить надежность  сети. В обычном режиме передача  данных происходит по основному  кольцу, вторичное кольцо не задействуется.  При возникновении неисправности  в основном кольце вторичное  кольцо объединяется с основным, вновь образуя замкнутое кольцо. При множественных неисправностях  сеть распадается на отдельные  кольца.

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.

Технология, основанная на принципах FDDI, но с применением в качестве среды передачи медной витой пары, называется CDDI. Хотя стоимость построения сети CDDI ниже, чем FDDI, теряется очень  существенное преимущество – большие  допустимые расстояния.

 

5. 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.  Так как ATM, с одной стороны,  весьма специфична и непохожа  на другие технологии, а с другой  стороны, получила достаточно  широкое распространение (особенно  за рубежом :-), она заслуживает  отдельного, весьма обширного обзора. Сейчас попытаюсь отметить только  основные черты. 

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 в одной сети. 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.

 

6. 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. "Any" в названии должно означать  сети Ethernet и Token Ring, в которых может  работать 100VG-AnyLAN. Каждый концентратор 100VG-AnyLAN может быть настроен на  поддержку кадров 802.3 (Ethernet), либо  кадров 802.5 (Token Ring). Специфические нововведения 100VG-AnyLAN – это метод доступа  Demand Priority и схема квартетного  кодирования Quartet Coding, использующая  избыточный код 5В/6В. Demand Priority определяет  простую систему приоритетов  – высокий, применяемый для  мультимедийных приложений, и низкий  – применяемый для всех остальных.  В результате коэффициент использования  пропускной способности сети  должен повышаться. При этом роль  арбитра при передаче трафика  исполняют концентраторы 100VG-AnyLAN. За счет применения специального  кодирования и 4-х пар кабеля, сети 100VG-AnyLAN могут использовать  витую пару категории 3. Естественно,  могут использоваться кабели  более высоких категорий, также  поддерживается оптоволоконный  кабель. Технология не получила  широкого распространения, особенно  на местной почве. 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.

 

7. Apple Talk, Local Talk

Apple Talk – стек протоколов, предложенный компанией Apple в  начале 80-х годов. Изначально протоколы  Apple Talk применялись для работы  с сетевым оборудованием, объединяемым  названием Local Talk, к которому относятся  адаптеры Local Talk (встроенные в компьютеры Apple), кабели, модули соединителей, удлинители кабеля. Сегмент Local Talk может объединять до 32 узлов. Топология сети – общая шина или дерево, максимальная длина - 300 м, скорость передачи – 230,4 Кбит/с, среда передачи – экранированная витая пара. Малая пропускная способность Local Talk вызвала необходимость разработки адаптеров для сетевых сред с большей пропускной способностью – Ether Talk, Token Talk и FDDI Talk для сетей стандарта Ethernet, Token Ring и FDDI соответственно. Теоретически Apple Talk может работать с любой разновидностью реализации канального уровня. В настоящее время используется расширенный стек протоколов, известный под названием Apple Talk Phase II, в котором расширены возможности маршрутизации по сравнению с начальной реализацией. Как и большинство других изделий компании Apple, живет внутри "яблочного" мира и практически не пересекается с миром PC.

 

8. UltraNet

 Думаю, немногим представится  возможность встретить эту технологию "живьем". Она используется  для работы с вычислительными  системами класса суперкомпьютеров  и "большими" машинами. UltraNet представляет  собой аппаратно-программный комплекс, способный обеспечить скорость  обмена информацией между устройствами, подключенными к нему, до 1 Гбит/с.  Эта технология использует топологию  "звезда" с концентратором в  центральной точке сети. UltraNet отличается  достаточно сложной физической  реализацией и совершенно нескромными  ценами на оборудование – под  стать ценам на суперкомпьютеры.  Для инициализации и управления  сетью UltraNet даже используются  компьютеры класса Intel 386, которые  подключаются к концентратору.  Другими элементами сети UltraNet являются  сетевые процессоры и канальные  адаптеры. Также в состав сети  могут входить мосты и роутеры  для соединения ее с сетями, построенными по другим технологиям  (Ethernet, Token Ring). В качестве среды  передачи могут использоваться  коаксиальный кабель и оптоволокно. Хосты, подключаемые к UltraNet, могут находится друг от друга на расстоянии до 30 км. Возможны также соединения и на большие расстояния путем подключения через высокоскоростные каналы WAN.

 

9. Banyan VINES

 Эта технология разработана  компанией Banyan Virtual Network System (VINES). В  качестве методов доступа к  среде может использовать общеизвестные  – Ethernet, Token Ring (и другие, применяемые  уже в WAN). На более высоком  уровне Banyan VINES используют модифицированные  протоколы XNS, разработанные корпорацией  Xerox в конце 1970-начале 1980 годов.  К слову сказать, XNS послужили  основой еще для очень многих  реализаций протоколов, получивших  гораздо большее распространение,  чем собственно XNS. Протоколы высокого  уровня Banyan VINES довольно сильно напоминают TCP/IP, но плюс к традиционным  чертам TCP/IP, имеют целый ряд дополнений, призванных улучшить, расширить,  и сделать более удобным все,  что можно сделать таковым  :-). Кроме того, имя "Banyan VINES" носит сетевая OC. Сложно сказать,  почему эта весьма интересная  технология не получила широкого  распространения, по крайней мере  на местной почве – вероятно, просто она не оказалась в  нужное время в нужном месте.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Сетевые устройства и средства коммуникаций

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, а также 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, в других соединение кабелей осуществляется через специальные устройства – концентраторы (или хабы), коммутаторы и др. В небольших сетях обычно компьютеры сети соединяются кабелями с концентратором, который и передает сигналы от одних подключенных к нему компьютеров к другим.

В качестве средств коммуникации наиболее часто используются  витая  пара, коаксиальный кабель и оптоволоконные линии. При выборе тира 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 и  безопасность передачи данных.