Топология локальных сетей

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

· Узлы сети (nodes) – конечные и промежуточные устройства, наделенные сетевыми адресами. Примеры: компьютеры с сетевым интерфейсом, выступающие в роли рабочих станций и/или серверов; сетевые периферийные устройства (принтеры, сканеры); сетевые телекоммуникационные устройства (модемы коллективного использования, модемные пулы); маршрутизаторы.

· Кабельный сегмент – отрезок кабеля или цепочка отрезков кабелей, электрически (оптически) соединенных друг с другом, обеспечивающие соединение двух или более узлов сети.

· Сегмент сети – совокупность узлов сети, использующих общую (разделяемую) среду передачи. Применительно к технологии Ethernet это совокупность узлов, подключенных к одному коаксиальному кабельному сегменту, одному повторителю (хабу), а также к нескольким кабельным сегментам, связанных между
собой повторителями. Применительно к Token Ring это одно
кольцо.

· Сеть (логическая) – совокупность узлов сети, имеющих одну систему адресации третьего уровня.

· Облако (cloud) – коммуникационная инфраструктура с однородными внешними интерфейсами, подробностями которой не интересуются.

По способу использования кабельных сегментов различают:

· Двухточечные соединения (point-to-point connection – соединение точка-точка) – 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).

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 открытых систем эти устройства классифицируются следующим образом:

· Повторитель (repeater) – устройство физического уровня, позволяющее преодолевать топологические ограничения кабельных сегментов. Информация из одного кабельного сегмента в другой передается побитно, анализ информации не производится.

· Мост (bridge) – средство объединения сегментов сетей, обеспечивающее передачу кадров из одного сегмента в другие. Кадр, пришедший из одного сегмента, может быть передан (forwarding) в другой или отфильтрован (filtering). Решение о продвижении или фильтрации (игнорировании) кадра принимается на основании информации 2-го уровня:

o Мост MAC-подуровня (MAC Bridge) позволяет объединять сегменты в пределах одной технологии.

o Мост LLC-подуровня (LLC Bridge), он же транслирующий мост (translating bridge), позволяет объединять сегменты сетей с разными технологиями (например, Ethernet-Fast Ethernet, Ethernet-FDDI).

· Коммутатор (switch) второго уровня (MAC и LLC) выполняет функции, аналогичные функциям мостов, но используется для сегментации (разбиения) сетей на мелкие части с целью повышения пропускной способности.

· Маршрутизатор (router) работает на 3-м уровне и используется для передачи пакетов между сетями. В отличие от повторителей и мостов/коммутаторов, присутствие маршрутизатора известно узлам сетей, подключенных к его интерфейсам. Каждый порт маршрутизатора имеет свой сетевой адрес, на этот адрес узлы посылают пакеты, предназначенные узлам другим сетей.

· Коммутатор третьего уровня (L3 switch) решает задачи, близкие задачам маршрутизаторов, и ряд других с более высокой производительностью. В настоящее время появились коммутаторы и 4-го уровня.

Различают физическую топологию, определяющую правила физических соединений узлов (прокладку реальных кабелей), и логическую топологию, определяющую направления потоков данных между узлами сети.

Методы доступа к среде передачи делятся на вероятностные и детерминированные.

При вероятностном (probabilistic) методе доступа узел, желающий послать кадр в сеть, прослушивает линию. Если линия занята или обнаружена коллизия (столкновение сигналов от двух передатчиков), то попытка передачи откладывается на некоторое время. Типы:

1. CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) –множественный доступ с прослушиванием несущей и избежанием коллизий. Apple LocalTalk.

2. CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect) – множественный доступ с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий. Ethernet, EtherTalk и проч.

Общий недостаток вероятностных методов доступа – неопределенное время прохождения кадра, резко возрастающее при увеличении нагрузки на сеть, что ограничивает его применение в сетях реального времени.

При детерминированном (deterministic) методе узлы получают доступ к среде в предопределенном порядке. Последовательность определяется контроллером сети, который может быть централизованным (посредством сервера) и/или распределенным (посредством всех узлов сети). Типы:

1. доступ с передачей маркера (Arc Net, Token Ring, FDDI);

2. опрос готовности – polling (технология 100VG-AnyLAN).