Компьютерные сети

     Сервер  приложений. Это промежуточный сервер между пользователем и сервером базы данных. Как правило, на нем выполняются те из запросов, которые требуют максимальной производительности и должны быть переданы пользователю, не затрагивая ни сервер базы данных, ни пользовательский компьютер. Это могут быть как часто запрашиваемые из базы данные, так и любые программные модули.

     Другие  серверы. Кроме перечисленных выше, существуют другие серверы, например почтовые, коммуникационные, серверы-шлюзы и т. д.

     Сеть  на основе сервера предоставляет  широкий спектр услуг и возможностей, которых трудно или невозможно добиться от одноранговой сети. Кроме того, одноранговая уступает такой сети в плане защищенности и администрирования. Имея выделенный сервер или серверы, легко обеспечить резервное копирование, что является первоочередной задачей, если в сети присутствует сервер базы данных.

2. Топология сетей. Методы доступа

Элементы  топологии сети.

     Локальные сети состоят из конечных устройств и промежуточных устройств, соединенных кабельной системой. Определим некоторые основные понятия.

     Узлы  сети (nodes) — конечные устройства и промежуточные устройства, наделенные сетевыми адресами. К узлам сети относятся компьютеры с сетевым интерфейсом, выступающие в роли рабочих станций, серверов или в обеих ролях; сетевые периферийные устройства (принтеры, плоттеры, сканеры); сетевые телекоммуникационные устройства (модемные пулы, модемы коллективного использования); маршрутизаторы.

     Кабельный сегмент — отрезок кабеля или цепочка отрезков кабелей, электрически (оптически) соединенных друг с другом, обеспечивающие соединение двух или более узлов сети. Иногда применительно к коаксиальному кабелю так называют и отрезок кабеля, оконцованный разъемами, но мы будем пользоваться более широким вышеприведенным толкованием.

     Сегмент сети (или просто сегмент) — совокупность узлов сети, использующих общую (разделяемую) среду передачи. Применительно к технологии Ethernet это совокупность узлов, подключенных к одному коаксиальному кабельному сегменту, одному хабу (повторителю), а также к нескольким кабельным сегментам и/или хабам, связанным между собой повторителями. Применительно к Token Ring это одно кольцо.

     Сеть (логическая) — совокупность узлов сети, имеющих единую систему адресации третьего уровня модели OSI. Примерами могут быть IPX-сеть, IP-сеть. Каждая сеть имеет свой собственный адрес, этими адресами оперируют маршрутизаторы для передачи пакетов между сетями. Сеть может быть разбита на подсети (subnet), но это чисто организационное разделение с адресацией на том же третьем уровне. Сеть может состоять из множества сегментов, причем один и тот же сегмент может входить в несколько разных сетей.

     Облако (cloud) — коммуникационная инфраструктура с однородными внешними интерфейсами, подробностями организации которой не интересуются. Примером облака может быть городская-междугородная-между-народная телефонная сеть: в любом ее месте можно подключить телефонный аппарат и связаться с любым абонентом. С точки зрения 3-го уровня OSI сеть Internet является облаком.

Типы  подключений (кабельных сегментов)

     По  способу использования кабельных  сегментов различают:

     Двухточечные  соединения (point-to-point connection) — между двумя (и только двумя!) узлами. Для таких соединений в основном используются симметричные электрические (витая пара) и оптические кабели.

     Многоточечные соединения (multi point connection) — к одному кабельному сегменту подключается более двух узлов. Типичная среда передачи — несимметричный электрический кабель (коаксиальный кабель), возможно применение и других кабелей, в том числе и оптических. Соединение устройств отрезками кабеля друг за другом называется цепочечным (daisy chaining). Возможно подключение множества устройств и к одному отрезку кабеля — методом прокола (tap).

     Промежуточные системы — активные коммуникационные устройства.

     Связь между конечными узлами, подключенными  к различным кабельным и логическим сегментам, обеспечивается промежуточными системами — активными коммуникационными устройствами. Эти устройства имеют не менее двух портов (интерфейсов).

     По  уровням модели OSI, которыми они пользуются, эти устройства классифицируются следующим  образом:

     повторитель (repeater) - устройство работающее на первом уровне OSI;

     мост (bridge) - устройство работающее на втором уровне OSI и объединяющее различные сегменты одной сети;

     маршрутизатор (router) - устройство работающее на третьем уровне OSI и предназначенное для передачи информации (пакетов) между сетями.

     Существуют  устройства не входящие в описание стандартной модели OSI (были разработаны позже), но тем не менее широко применяющиеся:

     коммутатор (switch) - по сути многопортовый мост;

     коммутаторы третьего уровня - помесь маршрутизатора с коммутатором (см. Коммутация третьего уровня (Layer 3 Switch))

     Каждая  сетевая технология имеет характерную  для нее топологию соединения узлов сети и методы доступа к  среде передачи (media access method). Эти  категории связаны с двумя  нижними уровнями модели OSI. Различают  физическую топологию, определяющую правила физических соединений узлов (прокладку реальных кабелей), и логическую топологию, определяющую направления потоков данных между узлами сети. Логическая и физическая топологии относительно независимы друг от друга. Например Ethernet на витой паре и повторителях, физически представляет собой звезду, а логически - шину. WiMax (WiFi), физически - шина (общая среда передачи), а логически - звезда (используется поллинг).

Физическая  топология

     

     Физические  топологии — шина (bus), звезда (star), кольцо (ring), дерево (tree), сеть (mesh) — иллюстрирует рис. 1.

     Виды  физической топологии: а - шина, б - звезда, в - кольцо, г - дерево, д - сеть

Логическая  топология.

     В логической шине информация (кадр), передаваемая одним узлом, одновременно доступна для всех узлов, подключенных к одному сегменту. Логическая шина реализуется на физической топологии шины, звезды, дерева, сетки. Метод доступа к среде передачи, разделяемой между всеми узлами сегмента, — вероятностный, основанный на прослушивании сигнала в шине (Ethernet), или детерминированный, основанный на определенной дисциплине передачи права доступа (ARCnet).

     В логическом кольце информация передается последовательно от узла к узлу. Каждый узел принимает кадры только от предыдущего и посылает только последующему узлу по кольцу. Узел транслирует дальше по сети все кадры, а обрабатывает только адресуемые ему. Реализуется на физической топологии кольца или звезды с внутренним кольцом в концентраторе. Метод доступа — детерминированный. На логическом кольце строятся сети Token Ring и FDDI.

     Современный подход к построению высокопроизводительных сетей переносит большую часть  функций МАС-уровня (управление доступом к среде) на центральные сетевые  устройства — коммутаторы. При этом можно говорить о логической звезде, хотя это название широко не используется.

     Ethernet и IEEE 802.3

     Система организация сети Ethernet была совместно  разработана в 1980 г. фирмами DEC, Intel и Xerox. По именам фирм-разработчиков, этот стандарт стал называться DIX Ethernet. Ethernet имеет метод скорость передачи 10 Мбит/сек и использует метод доступа к кабелю CSMA/CD. IEEE 802.3 определяет аналогичных, но несколько другой стандарт, который использует другой формат кадра (кадр это структура и кодирование пакета). Поскольку 802.3 - это стандарт, используемый в NetWare по умолчанию, и распространен он шире, в этом разделе мы будем говорить именно о нем. Однако при необходимости NetWare обеспечивает также метод применения стандарта DIX Ethernet.

     Кроме 1BASE-5, все адаптации стандарта IEEE 802.3 обеспечивают скорость передачи 10 Мбит/сек. 1BASE-5 обеспечивает передачу 1Мбит/сек, но имеет удлиненные сегменты с кабелем типа "витая пара". Поскольку более популярной технологией является 10BASE-5, 10BASE-2 и 10BASE-T, мы будем говорить о них, но упомянем и другие. Заметим, что первой число в этих обозначениях указывает скорость передачи (Мбит/сек), а последнее - число метров на сегмент х100.

     Название   Описание

     10BASE-5  Коаксиальный кабель с максимальной длиной сегмента 500 м.

     10BASE-2  Коаксиальный кабель с максимальной длиной сегмента 185 м.

     1BASE-5  Кабель типа "витая пара" с максимальной длиной сегмента 500 м. и скоростью    передачи 1 Мбит/сек.

     10BASE-T Кабель типа "витая пара" с максимальной длиной сегмента 200 м. и скоростью передачи 10 Мбит/сек.

     10BROAD-36  Коаксиальный кабель с максимальной длиной сегмента 3600 м. и широкополосными  методами передачи.

     10BASE-F  Оптоволоконные кабельные сегменты со скоростью передачи 10 Мбит/сек.

     Сети Ethernet 802.3 имеют топологию линейной шины с методом доступа CSMA/CD. Рабочие станции подключаются по методу цепочки кластеров. Сегменты формируют кабельную систему, называемую магистралью. Вы можете также использовать звездообразную конфигурацию с кабелем типа "витая пара", где кабель каждой станции подключается к центральному концентратору.

Беспроводные  локальные вычислительные сети

     При рассмотрении такого вопроса, как прокладка  по зданию кабелей, вам следует принять  во внимание возможности беспроводной технологии. Сегодня беспроводные локальные  сети представляют собой разумную альтернативу обычным сетям. Они избавляют вас от необходимости беспокоиться об обрыве кабеля. Хотя достигнутая в них скорость передачи не может сравниться с пропускной способностью кабеля, в последние годы она значительно возрасла, достигая порядка 54 Мбит/сек. Цены на беспроводные сети LAN снижаются, и с учетом стоимости прокладки кабеля беспроводная сеть может оказаться дешевле кабельной. Внедрению таких сетей может способствовать и требования к мобильности некоторых подразделений фирмы: временных творческих коллективов, использование переносных ПК и др.

Методы  передачи

Существуют следующие  методы передачи:

     Симплексный, полудуплексный и полнодуплексный (или просто дуплексный) режимы передачи.

     Параллельная  и последовательная передачи.

     Асинхронная и синхронная передачи.

     При симплексном режиме данные передаются только в одном направлении. Используя транспортную аналогию, симплексную передачу можно представить как однонаправленную однополосную дорогу (транспорт движется только в одну сторону и в один ряд). Сейчас она редко используется на практике.

     Полудуплексный режим является самым распространенным. Он похож на однополосную дорогу, по которой движение может осуществляться в обоих направлениях, но не одновременно, а последовательно.

     Режим полного дуплекса похож на двухполосную, двунаправленную дорогу. Данные могут передаваться в оба направления одновременно.

     Параллельная передача характеризуется тем, что группа битов передается одновременно по нескольким проводникам. Каждый бит передается по собственному проводу. Например, все внутренние  коммуникации  компьютера  с  его  устройствами осуществляются  через  параллельную  передачу.  Это  быстрый способ  передачи.  Однако  при  больших  расстояниях  он становится экономически невыгодным не только из-за того, что требует значительно больше кабеля, но и по причине взаимных помех этих проводников.

     При последовательной передаче группа битов передается последовательно, один за другим по одному проводнику. Она медленнее, но экономически более выгодна при передаче на большие расстояния.

     Асинхронная  передача  часто называется  старт-стопной передачей. Данные передаются как последовательность нулей и единиц, поэтому приемник должен уметь выделять байты в этом потоке  данных.  При асинхронной передаче  каждый  байт обрамляется стартовым и стоповым битом, с помощью которых приемник  может их  разделить.  В некоторых случаях на низко надежных  линиях   связи   разрешается   использовать несколько  таких  битов.  Однако  эти  дополнительные  биты создают и дополнительные накладные расходы, что снижает эффективную скорость передачи.

     Синхронная  передача, более быстрая чем асинхронная, передает информацию большими блоками и она не разделена старт-стопными  битами.  Эти блоки данных  обрамляются специальными управляющими символами, которыми манипулируют сложные модемы.  Другие  символы  несут  дополнительную информацию  о  данных  и  обеспечивают  функции  обнаружения ошибок. 

     Синхронная  передача более быстрая и почти  безошибочная. Но она требует более  дорогостоящего оборудования.

3. Технологии  коммутации кадров (frame switching) в локальных сетях

Ограничения традиционных технологий (Ethernet, Token Ring), основанных на разделяемых средах передачи данных

     Повторители и концентраторы локальных сетей  реализуют базовые технологии, разработанные  для разделяемых сред передачи данных. Классическим представителем такой технологии является технология Ethernet на коаксиальном кабеле. В такой сети все компьютеры разделяют во времени единственный канал связи, образованный сегментом коаксиального кабеля (рисунок 2.1).