Типи локальних мереж та їх пристрій, Компютерна техніка

17.09.2015

Зміст

Стаття створена: 2010-09-12. оновлено: 2015-07-30

Модель взаємодії відкритих систем (ВОС)

Модель взаємодії відкритих систем (Open Systems Interconnection reference model — OSI) описує, яким чином інформація від програми на одному комп’ютері переміщується через мережеву середу до додатка в іншому комп’ютері. Модель з’єднання відкритих систем — концептуальна модель, складена з семи рівнів, кожен з яких специфікує певну групу функцій мережі. Модель була розроблена Міжнародною організацією стандартизації (International Organisation for Standardisation — ISO) в 1984 році і тепер вважається базовою архітектурної моделлю межмашинной зв’язку. Модель ВОС ділить завдання, пов’язані з переміщенням інформації між мережевими комп’ютерами на сім менших, більш керованих груп завдань.

Взагалі рекомендується з монтажу локальних / комп’ютерних мереж звертатися у відповідні компанії, але наполегливим читати далі для інформації

Таблиця структури рівнів моделі ВОС

Фізичний

Визначає фізичні мережні носії

Завдання або група завдань поміщається на один з семи рівнів з’єднання відкритих систем. Кожен рівень є розумно автономним, так, щоб завдання, призначені на кожен рівень, могли бути здійснені незалежно. Це дає можливість змінювати процеси і конструкції, розміщені на одному з рівнів, не зачіпаючи інші.

Сім рівнів моделі можуть бути розділені на дві категорії: верхні і нижні. Верхні рівні моделі відкритих систем мають справу з прикладними проблемами і повністю здійснюються тільки в програмному забезпеченні. Найвищий рівень (додатків) найбільш близький до кінцевого користувача.

Нижні рівні моделюють проблеми транспортування даних. Фізичний рівень і рівень передачі даних реалізуються в апаратних засобах і програмному забезпеченні. Самий нижній фізичний рівень, найбільш близький до фізичної мережевому середовищі (кабелі, наприклад) і відповідальний за переміщення інформації щодо середовища.

Топологія локальної мережі

Топологія локальної мережі визначає спосіб, яким організовані мережеві пристрої. Існують чотири основні топології локальних мереж:

  • шинна (магістральна) топологія — лінійна архітектура локальної мережі, в якій вузли з’єднані з шиною і можуть встановлювати зв’язок з усіма іншими вузлами на цьому сегменті кабелю. Обрив де-небудь в магістралі (кабелі) означає повний вихід сегмента з ладу, поки зв’язок не відновлена;
  • кільцева топологія — архітектура локальної мережі, в якій всі пристрої пов’язані одна з одною петлею, так щоб кожен пристрій було пов’язано безпосередньо з двома сусідніми. Дана топологія використовується у мережах Token Ring/IEEE 802.5 і FDDI;
  • астероїд топологія — архітектура, в якій кінцеві вузли мережі пов’язані з загальним центральним концентратором або перемикачем виділеними зв’язками. Мережі 1OBaseT Ethernet використовують зіркоподібну топологію. Основна перевага цього типу мережі — надійність: якщо один з «двухточечных» сегментів має розрив, це торкнеться тільки вузли на цій зв’язку; інші користувачі мережі продовжують працювати, як ніби цей сегмент не існує;
  • топологія «дерева» — архітектура локальної мережі, яка є ідентичною шинної топології, за винятком того, що в цьому випадку можливі гілки з множинними вузлами.

Типи локальних мереж та їх пристрій, Компютерна техніка
Основні топології мереж

  • а — магістраль (шина);
  • б — кільце;
  • — зірка;
  • м — дерево.

З трьох найбільш поширених типів локальної мережі шинну топологію використовують мережі стандартний Ethernet/IEEE 802.3, кільцеву — Fibre Distributed Data Interface (FDDI) і Token Ring/IEEE 802.5.

FDDI

Оптоволоконний інтерфейс розподілених даних (Fibre Distributed Data Interface — FDDI) був розроблений комітетом стандартів Американського національного інституту стандартів (ANSI) в середині 1980-х років, коли високошвидкісні АРМ проектувальників почали перевантажувати смугу пропускання існуючих локальних мереж, заснованих на Ethernet і Token Ring. Стандарт визначає подвійну кільцеву локальну мережу з естафетним доступом на 100 Мбіт/с, що використовує волоконно-оптичний кабель. FDDI зайняв свою нішу як надійна, високошвидкісна магістраль для мереж критичного призначення з високим потоком даних.

Типи локальних мереж та їх пристрій, Компютерна техніка
Архітектура мережі FDDI

FDDI використовує подвійну кільцеву топологію, яка включає два противовращающихся кільця. В процесі нормального функціонування первинне кільце використовується для передачі даних, а вторинне кільце простоює. Наявність подвійних кілець повинно забезпечити високу надійність і стійкість до помилок.

Станція в мережі приєднується до обох з цих кілець і повинна мати не менше двох портів — «А», де первинне кільце входить і вторинне кільце виходить, і «В», де вторинне кільце входить і первинне виходить. Передбачені також порти «М», які є сполуками для приєднуваних станцій, і станція з не менш ніж одним М-портом є концентратором.

Послідовність, в якій станції одержують доступ до середовища, зумовлена протоколом мережі. Станція генерує спеціальну сигнальну послідовність, названу маркер (Token), яка визначає право передачі. Цей маркер безперервно передають навколо мережі від одного вузла до іншого. Коли станція збирається послати повідомлення, вона затримує маркер, формує інформацію у визначений пакет (кадр кадр) FDDI, потім відпускає маркер. Заголовок такого кадру містить адресу станції(ї), яка є його одержувачем. Кожна станція читає кадр, оскільки він передається вздовж кільця, щоб визначити, чи є вона адресатом. Якщо це так, вона витягує дані, передаючи кадр далі по кільцю. Коли кадр повертається до станції виникнення, він ліквідується. Схема естафетного управління доступом дозволяє всім станціям спільно використовувати мережеву смугу пропускання в упорядкованому та ефективному режимі.

Token Ring (Естафетний кільце)

Цей стандарт запропоновано фірмою IBM в 1984 році як передавальної середовища застосовується вита пара або оптоволоконні кабелі. Швидкість передачі даних — 4 або 16 Мбіт/с. В якості методу управління доступом станцій до передавальної середовищі використовується метод маркерного кільця (Token Ring), який також розроблений фірмою IBM і розрахований на кільцеву топологію мережі.

Основні положення цього методу:

  • комп’ютери підключаються до мережі по топології «зірка» або «кільце»;
  • всі пристрої, підключені до мережі, можуть передавати дані, тільки отримавши дозвіл на передачу (маркер). Маркер передається по кільцю, минаючи кожну робочу станцію в мережі. Робоча станція, що володіє інформацією, яку необхідно передати, може додати до маркера кадр даних. В іншому випадку (при відсутності даних) вона просто передає маркер наступної станції;
  • у будь-який момент часу таким правом володіє тільки одна станція мережі.

В IBM Token Ring використовуються три основних типи пакетів:

  • пакет управління/дані (Data/Command Frame). З допомогою такого пакета виконується передача даних або команд керування роботою мережі;
  • маркер (Token). Станція може почати передачу даних тільки після отримання такого пакета; в одному кільці може бути тільки один маркер і, відповідно, тільки одна станція з правом передачі даних;
  • пакет скидання (Abort). Здійснення такого пакета викликає припинення будь-яких передач.

Ethernet

Специфікації Ethernet почали розроблятися Xerox Corporation в середині 1970-х років, і в 1979 році Digital Equipment Corporation (DEC) і Intel також приєдналися до цих робіт.

Перша специфікація, випущена цими трьома компаніями в 1980 році, називалася «Ethernet Blue Book» і відома під ім’ям «DIX standard» (від ініціалів компаній-розробників). Це була система на 10 Мбіт/с, яка використовувала великий коаксіальний кабель в якості магістралі, що прокладається усередині будівлі з меншими коаксіальними кабелями, що відходять через інтервали близько 2.5 м, щоб з’єднуватися з робочими станціями. Лінія на великому коаксіальному кабелі (зазвичай жовтого кольору) стала відомою як «товстий Ethernet» або 10Base-5, де:

  • 10 характеризує швидкість (10 Мбіт/с);
  • Base означає, що використовується система з смугою немодульованих частот;
  • 5 — коротке позначення для максимальної довжини кабелю системи (500 м).

IEEE випустила офіційний стандарт Ethernet в 1983 році, який був названий IEEE 802.3 по найменуванню робочої групи, відповідальної за його розвиток, а в 1985 році була випущена версія 2 (IEEE 802.3 а). Ця версія відома як «тонкий Ethernet» або 10Base-2, в цьому випадку максимальна довжина 185 м (хоча 2 означає 200 м).

Протокол колективного доступу Ethernet — множинний доступ з опитуванням носія та розв’язанням конфліктів (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection — CSMA/CD) і протокол керування доступом до носія (Media Access Control — MAC) визначають правила користування для загальнодоступної мережі. Назва самого протоколу пояснює, як власне фактично працює процес управління трафіку. Пристрої, підключені до мережі перевіряють чи виявляють наявність носія (дротового зв’язку) перед початком передачі. Якщо мережа зайнята, пристрій очікує її звільнення. Колективний доступ відноситься до факту, що кілька пристроїв можуть спільно використовувати одну і ту ж мережеву середу. Якщо випадково два пристрої спробують передати дані точно в один і той же час і виникає колізія, то механізм вирішення колізій змушує обидва пристрої перейти в очікування на випадковий інтервал часу, а потім повторити передачу.

Популярність Ethernet зростала протягом 1990-х років, поки технологія не стала майже всюдисущої. До кінця 1997 року було оцінено, що понад 85 % всіх встановлених мережевих підключень мали тип Ethernet, а в наступному році технологія становила 86 % поставок мережевого обладнання. Кілька факторів внесли вклад в успіх Ethernet, не в останню чергу його масштабованість.

Швидкий Ethernet

Швидкий Ethernet був офіційно прийнятий влітку 1995 року, через два роки після того, як група провідних мережевих компаній сформувала Союз Швидкого Ethernet (Fast Ethernet Alliance), щоб розробити стандарт. Швидкий Ethernet (також званий 100Base-T) зберігає той самий протокол CSMA/CD, крім того, використання кабелю Категорії 5 (дивись таблицю 7.9) забезпечує більш високу смугу пропускання і вводить нові можливості типу повнодуплексної передачі і автоматичного встановлення зв’язку.

Гігабіт Ethernet

Наступний крок у розвитку Ethernet управлявся Союзом гігабіт Ethernet (Gigabit Ethernet Alliance), утвореним у 1996 році Твердження ряду стандартів гігабіт Ethernet зыло закінчено влітку 1999 року, і вони визначають фізичний рівень використання комплексу перевірених технологій, включаючи лервоначальные специфікації Ethernet і Специфікацію волоконного каналу ANSI ХЗТ11:

  • 1000Base-X — стандарт використовує на фізичному рівні оптоволоконні канали і визначає технологію взаємозв’язку для підключення робочих станції, супереом, накопичувачів інформації і периферійні пристрої, використовуючи волоконно-оптичні та провідні (екранована вита пара) типи носіїв;
  • 1000Base-T — стандарт для зв’язку з використанням неекранованої витої пари.

Гігабіт Ethernet є спадкоємної по відношенню до 10 Мбіт/с і 100 Мбіт/с попередникам, дозволяючи пряме переміщення до роботи з мережами більш високій швидкості. Всі три швидкості Ethernet використовують один і той же формат кадру передачі даних IEEE 802.3, полнодуплексные операції та методи управління потоком даних. В напівдуплексному режимі гігабіт Ethernet використовує той же самий метод множинного доступу з перевіркою несучої та розв’язанням конфліктів.

Типи локальних мереж та їх пристрій, Компютерна техніка
Формат кадру (кадру) IEEE 802.3

Використання одного і того ж формату кадру (кадру) змінної довжини (від 64 до 1514 байт) IEEE 802.3 як Ethernet, так і швидкому Ethernet є ключем до сумісності, до того, що існуючі пристрої Ethernet малого швидкодії можуть бути пов’язані з пристроями гігабіт Ethernet, використовуючи мережеві комутатори або маршрутизатори, щоб пристосувати одну фізичну швидкість лінії до іншої.

Однорангові та клієнт-серверні мережі

В одноранговій мережевої архітектури (peer-to-peer) кожен комп’ютер (робоча станція) має еквівалентні можливості та обов’язки. Немає поділу функцій, комп’ютери і просто з’єднуються один з одним в робочій групі, щоб спільно використовувати файли, принтери та доступ до Інтернет. Це є звичайним для робочих груп, що включають 10 або менше комп’ютерів, роблячи це звичайним у багатьох системах малого офісу, де кожен персональний комп’ютер діє як незалежна робоча станція, яка зберігає дані на власному НЖМД, але може спільно використовувати дані з усіх інших персональних комп’ютерів в мережі.

Програмне забезпечення для однорангових мереж включено в сучасні операційні системи для настільних персональних комп’ютерів типу Windows і MAC OS (Macintosh) без необхідності придбання спеціального мережевого програмного забезпечення.

Клієнт серверна мережева архітектура стала популярною в кінці 1980-х і на початку 1990-х років, так як багато додатків були перенесені від хост-комп’ютерів і універсальних ЕОМ до мереж персональних комп’ютерів.

Розробка додатків для розподіленого обчислювального середовища вимагала, щоб вони фактично були розділені на дві частини: клієнт (передня сторона) і сервер (задня сторона). Мережева архітектура, на якій вони були здійснені, відобразила цю клієнт-серверну модель, де персональний комп’ютер (клієнт) діє як машина-джерело запитів, а більш потужна машина-сервер, з якою здійснюється зв’язок через локальну або глобальну мережу, що діє як система обслуговування запитів.

Типи локальних мереж та їх пристрій, Компютерна техніка
Реалізація концепції «клієнт-сервер», розподілені неоднорідною обчислювальної середовищі

  • а — розподілене відображення даних;
  • б — віддалене відображення даних (емуляція терміналу);
  • — розподілене додаток (сервери додатків);
  • м — доступ до віддаленої бази даних (сервери баз даних);
  • д — доступ до розподіленої бази даних (інтеграція/реплікація баз даних)

Мережеві апаратні засоби

Мережі базуються на апаратних засобах і програмному забезпеченні. Мережеві апаратні засоби забезпечують фізичні зв’язки між різними вузлами мережі і типово включають:

  • мережеві інтерфейсні плати, одна на кожен персональний комп’ютер;
  • мережеві пристрої (концентратори, мости, комутатори, маршрутизатори, комутатори і так далі). Призначені для того, щоб підключати різні сегменти мережі і гарантувати, що пакети інформації посилають призначеного адресата;
  • мережеві кабелі, які з’єднують кожну мережеву карту з концентратором або перемикачем.

Мережеві карти (адаптери)

Мережеві інтерфейсні плати (Network interface cards — NIC), зазвичай звані мережевими картами, використовуються, щоб підключити персональний комп’ютер до мережі, та забезпечують фізичний зв’язок між мережевий середовищем та внутрішньою шиною комп’ютера (модель відкритих систем — рівні 1 і 2).

Більшість мережевих адаптерів розроблено для специфічного типу мережі, протоколу і носіїв, хоча деякі можуть обслуговувати різні мережі.

Типи локальних мереж та їх пристрій, Компютерна техніка
Деякі з мережевих апаратних засобів

  • а — мережева інтерфейсна карта;
  • б — концентратор;
  • — трансивер.

Концентратори/повторювачі

Концентратор/повторювач (розмножувач, іноді — «хаб», від hub) використовується, щоб з’єднати два або більше мережевих сегмента з будь-яким типом середовища передачі (носія). У великих мережах якість передачі починає погіршуватися, як тільки сегменти перевищують деяку максимальну довжину. Концентратори підсилюють сигнал, що дозволяє збільшити розмір сегмента. Пасивні концентратори просто відправляють будь-які пакети даних, які вони отримують від однієї з робочих станцій, до всіх інших. Активні концентратори, також іноді звані «багатопортові повторювачі» (multiport repeaters), відновлюють форму сигналу, що руйнується в процесі проходження по мережі.

Кількість і тип концентраторів у будь-якому домені колізій для мереж 10Base-T Ethernet обмежені величинами, наведеними в таблиці.

У той час як повторювачі дозволяють розмірами локальних мереж перевищувати нормальні межі відстані, вони все ж обмежують кількість підтримуваних сайтів. Таке обладнання, як мости, маршрутизатори і комутатори, однак, дозволяють локальним мережам ставати значно крупніше завдяки їх здатності підтримувати повні сегменти Ethernet на кожному порту.

Тип мереж

Максимальне число вузлів на сегмент

Короткий опис статті: комутатор ethernet Повний опис різних типів локальних комп’ютерних мереж, існуючих в сучасному комп’ютерному світі і пішли в історію локальна мережа

Джерело: Типи локальних мереж та їх пристрій — Комп’ютерна техніка

Також ви можете прочитати