Топології мереж. Граф як основа побудови комп'ютерної мережі, Детальна інформація

Fast Ethernet на витій парі має дві реалізації: 100BaseTX та 100BaseT4 з швидкістю роботи 100 Мбіт/с. Топологія і характеристики під’єднання вузлів ті самі, що й в попередньому варіанті. Середовище передачі для 100BaseTX - дві виті пари UTP (STP) категорії 5, а для 100BaseT4 - чотири пари UTP (STP) 3, 4 або 5 категорії. Також існує повнодуплексний режим в 100BaseTX з швидкістю передечі 200 Мбіт/с, для реалізації якого використовуються чотири пари кабелів UTP або STP.

Fast Ethernet на оптоволокні 10BaseF і 100BaseFX реалізується найчастіше в вигляді зіркоподібної топології з використанням двох оптоволоконних кабелів - один для прийому інформації, інший для передачі. Використовується багато- та одномодове оптоволокно з максимальною дальністю передачі 2000 м та 4500 м і швидкістю передачі 10 Мбіт/с та 100 Мбі т/с відповідно. Хоча оптоволокно має досить високу ціну, в неї є ряд переваг: нечутливість до електричних та електромагнітних перешкод, гальванична розв’язка вузлів, великі відстані та швидкості передачі данних, широка смуга пропускання.

Gigabit Ethernet - технологія з швидкістю передачі данних 1 000 Мбіт/с, яка використовує метод доступу CSMA/CD і характеристики кадру класичного Ethernet. Легко інтегрується з мережами Ethernet і Fast Ethernet. В якості середовища передачі використовується вита пара 5-ї категорії (дальність зв’язку 100 м), багатомодове (500 м) і одномодове (2 км) оптоволокно. Фізична топологія - зірка, логічна - шина.

100VG-AnyLAN використовує метод доступу з пріоритетом запитів, який забезпечує визначений час відповіді, що дозволяє використовувати цю мережу для вимогливих до часу додатків (applications) (мультимедіа та т.і.). Використовується кабель UTP категорії 3, 4 і 5 з 4-ма парами дроту, 2 парами дроту STP категорії 5 та оптоволоконний. Фізична топологія - зірка. Пряма взаємодія з мережами Ethernet неможлива (тільки через мости і маршрутизатори), внаслідок чого поширеність такої архітектури обмежена. Довжина лінії між вузлами мережі 100 м для UTP 3 категорії, 150 м для UTP 5 категорії і STP та 2000 м для оптоволокна. При цьому діаметр мережі буде становити 600 м, 900 м і 12000 м відповідно.

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - одна з найбільш розроблених і зрілих 100 мегабітних технологій. Має маркерний метод доступу, топологія - кільце. Максимальна кількість вузлів - 1000, довжина кільця - до 100 км, відстань між вузлами при використанні одномодового оптоволоконного кабеля до 40 км і при багатомодовому - 2 км. Через високу вартість обладнаня використовується в основному для з’єднання віддалених ділянок, серверів і потужних робочих станцій.

CDDI (Copper Distributed Data Interface) - реалізація FDDI на витій парі категорій 4 та 5. Довжина сегмента - 100 м для STP і 75 м для UTP. Реалізації на оптоволокні набагато дешевщі.

ATM (Asynchronous Transfer Mode) - найсучасніша технологія, яка використовує комутацію пакетів і призначена забезпечити одночасну передачу цифрових, голосових та відеоданних в режимі реального часу в локальних мережах і між віддаленими вузлами. Використовується оптоволокно (швидкість передачі до 2 448 Мбіт/с, дальність до 50 км в залежності від реалізації) або вита пара 5 категорії (155Мбіт/с, 100 м).

Ця технологія відрізняється від інших не тільки швидкістю обміну. Важливими є якісні відмінності. Технологія ATM дозволяє організовувати окремі віртуальні канали для великої кількості з’єднань водночас і з’єднувати в одному носії такі різнорідні данні, як звук, відео і цифрову інформацію. При цьому для кожного з каналів може бути встановлена власна швидкість передачі та гарантовано її незниження. Ці властивості роблять іі особливо привабливою, тому що можна об’єднувати локальні мережі з телефонними, телевізійними та іншими мережами. Наймовірніше використання для додатків, що потребують високої продуктивності та чутливі до затримок (моделювання, анімація та інші).

Ethernet в усіх модифікаціях, ATM і FDDI є найвживанішими та перспективними архітектурами на данний час. Через низьку вартість реалізації та широкий спектр використовуємих кабелів технологія Ethernet одержала найбільше розповсюдження. При цьому вона надає можливість об’єднання з мережами ArcNet, TokenRing, FDDI, ATM та іншими, що привертає до нєї особливу увагу. Зараз біля 70 % мереж в усьому світі побудовано з використанням саме Ethernet, тому що обладнання для неї досить дешево й просто інсталюється. Для України цей показник ще вищій - приблизно 95 %. Завдяки легкій інтеграції з наступними високошвидкісними модифікаціями (Fast Ethernet з швидкістю обміну 100 Мбіт/с та Gigabit Ethernet з швидкістю обміну 1000 Мбіт/с ) вона є найпривабливішою з точки зору нарощування продуктивності існуючої мережі. Саме тому при побудові більшості локальних мереж рекомендовано використовувати Ethernet або її модифікації. При цьому не варто будувати мережі на коаксиалі, тому що ця реалізація не дозволяє надалі суттєво підвищувати продуктивність мережі.

4. Типові реалізації мереж

4.1 Методи доступу ПК до середовища передачі данних

При ймовірностному методі доступу вузол, який передає, прослуховує, чи зайнято лінію і чи є в ній колізії (зіткнення сигналів, що передаються). Якщо це так, то передача відкладається на випадковий інтервал часу.

Загальний недолік таких методів - невизначене і суттєве зниження ефективної смуги пропускання, що припадає на одного користувача, при збільшені кількості під’єднаних до мережі комп’ютерів.

Основні різновиди:

CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) - множинний доступ з прослуховуванням та уникненням колізій. Використовується в мережах LocalTalk;

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect) - більш ефективний метод, який реалізує множинний доступ з прослуховуванням та виявленням колізій. Використовується в мережах Ethernet, EtherTalk та інших.

При детермінованому методі вузлу одержують доступ до середовища передачі в визначеному порядку, що обмежує час проходження пакету, яке мало залежить від кількості комп’ютерів в мережі.

Основні різновиди:

Token Passing - маркерний метод доступу, при якому вузли передають один одному спеціальний пакет - «маркер», який дає «право» на передачу (ArcNet, TokenRing, FDDI);

Polling - опитування готовності, використовується в мейнфреймах.

4.2 Приклад реалізації мережі середнього підприємства.

Типову схему реалізації мережі підприємства з використанням технології Ethernet надано в доданку 2. Продивимось докладніше етапи її побудови.

В найпростішому випадку для користувачів, які не висувають до мережі вимог підтримки високих швидкостей обміну інформацією, можна використовувати розподілений (Shared) Ethernet (група «2»), об’єднуючи всі комп’ютери в одну групу за допомогою концентраторів.

В цій реалізації кожний під’єднаний до мережі ПК прослуховує лінію на предмет наявності в ній сигналів. Якщо протягом певного проміжку часу нічого не виявлено, то комп’ютер відсилає службовий пакет данних, якій містить його ім’я та адресу і призначений сповістити всіх інших про присутність цього ПК в мережі.

Цю операцію виконують абсолютно всі комп’ютери, що під’єднані до мережі, з певною періодичністю протягом всієї роботи. Таким чином, по мережі постійно переміщується велика кількість цих широкомовних пакетів з деякими часовими проміжками між ними. Коли якийсь ПК хоче передати інформацію, то він, попередньо поділивши її на пакети певної довжини і приєднавши до кожного з них адресний заголовок, прослуховує лінію з метою визначення її зайнятості іншим комп’ютером і, якщо лінія вільна, починає передавати свої данні. Відіславши перший пакет, він знову прослуховує лінію і, якщо вона не зайнята, продовжує передачу. Так само роблять всі ПК в мережі, поділяючи в часі одне загальне середовище передачі, звідки й пішла назва «розподілений» Ethernet. Якщо комп’ютер під час прослуховування лінії виявляє в ній будь-який пакет, то він приймає його і аналізує заголовок з метою визначення адреси одержувача і при збігу з власною приймає весь пакет.

В цій реалізації пропускна спроможність мережі знижується з кожном новим під’єднаним ПК, який, навіть не беручи участі в процесі обміну інформацією, заповнює мережу службовими пакетами.

Для з’єднання в мережу великої кількості комп’ютерів використовують спеціальні пристрої (концентратори або комутатори), з’єднані між собою в стек. Тобто всі ПК, які під’єднано до цих пристроїв, утворюють одну логічну

групу. Наприклад, для 40 робочих станцій можна використовувати два 12-портових (порт - це точка під’єднання, яка працює на прийом та передачу) та один 16 або два 24-портових пристрії, які при з’єднанні в стек працюють як один. Найпростішим і ,відповідно, найдешевшим з таких пристроїв є концентратор. Цей досить простий пристрій має всередині одну загальну шину, що з’єднує всі порти. Коли з будь-якого порту приходить будь-який пакет, то концентратор просто передає його в усі інші порти без турботи про його подальший маршрут. Внутрішня шина такого пристрою працює з швидкістю 10 Мбіт/с у випадку з Ethernet та 100 Mбіт/с для Fast Ethernet. На практиці, виробники вбудовують в свою продукцію більш швидкісні шини, які дозволяють підвисити продуктивність мережі й зменшити час ретрансляції пакетів.

Така реалізація мережі (Shared Ethernet) має досить невисоку пропускну спроможність, тому що припускає використання розподіленого середовища. Проте її може бути й достатьо в ситуаціях, коли сервер використовується лише для збереження файлів з досить рідкими звертаннями до нього, а основна робота відбувається на робочих станціях. Але при появі необхідності сумісної роботи декількох робочих станцій над одним проектом з інтенсивним обміном інформацією, продуктивність такої мережі різко зменшується.

Насправді, жодна з реалізацій Ethernet не дозволяє працювати з паспортною продуктивністю. Реально максимальна продуктивність мережі рідко перевищує 75 % від номінальної.