Редачи данных. На этом занятии мы расскажем более подробно о том, как в сети осуще- ствляется передача данных от компьютера к компьютеру



Скачать 420.33 Kb.

страница1/3
Дата15.02.2017
Размер420.33 Kb.
Просмотров272
Скачиваний0
  1   2   3

48
????? II. ??????
??????? 3
??? ??????? ??????????
‘‘????????’’ ????? ?????
На этом занятии мы впервые рассмотрим четыре общепринятых
варианта логической топологии сети, начиная с наиболее
распространенных и заканчивая наименее известными из них.
! Ethernet
! Token Ring
! FDDI
! ATM
На предыдущем занятии вы получили первое представление о технологии комму- тации пакетов и узнали о том, почему она имеет такое важное значение для сетей пе- редачи данных. На этом занятии мы расскажем более подробно о том, как в сети осуще- ствляется передача данных от компьютера к компьютеру. Этот процесс будет рассмотрен в двух аспектах: с точки зрения логической топологии (Ethernet, Token Ring и ATM)
и с точки зрения сетевых протоколов, которые мы еще не изучали.
Почему технология коммутации пакетов имеет столь большое значение? Вспом- ним, что именно благодаря ей множество компьютеров может обмениваться сообще- ниями по одной линии связи – это эффективное и элегантное техническое решение.
Пакетная коммутация – это неотъемлемая особенность компьютерной сети: без ком- мутации пакетов нет сети.
На первом занятии вы изучили варианты физической топологии сетей, такие как
“звезда”, “шина”, “кольцо”, другими словами, схемы, по которым прокладывается сеть каналов передачи, связывающих сетевые устройства. На следующем занятии мы

??????? 3. ??? ??????? ?????????? ‘‘????????’’ ????? ?????
49
займемся более подробным изучением вариантов физической топологии сети. Но пе- ред тем как приступить к этой теме, нам нужно изучить “правила дорожного движе- ния”, которым подчиняется поток данных, передаваемых по сети. На этом занятии мы займемся изучением логической топологии сетей.
?????????? ????????? ?????
Прежде чем рассматривать различные топологии, еще раз повторим определение топологии. На языке технологии сетей топология означает просто конфигурацию се- ти. Термин “топология” может относиться как к структурной схеме сети (этот вопрос мы рассматривали на занятии 1, “Знакомьтесь: компьютерные сети”, и тогда речь действительно шла о схеме разводки линий связи между устройствами, объединенны- ми в сеть), так и к логической схеме сети.
Логическая топология сети – это свод “правил дорожного движения”, в соответст- вии с которыми осуществляется передача данных. Как вам уже известно, в одном ка- бельном сегменте сети только один компьютер может осуществлять передачу данных в данный момент. Было бы здорово, если бы компьютеры соблюдали очередь при пе- редаче данных, но, увы, в реальности все не так просто. Компьютеры, передающие данные, ведут себя, как малыши в очереди за мороженым в жаркий летний день. Сле- довательно, обязательно должны быть установлены правила, чтобы в сети не воцарил- ся полный хаос. Логическая топология, в противоположность физической, – это аб- страктное понятие. Физическую топологию можно описать в виде схемы соединений оборудования, т.е. адаптеров сетевого интерфейса, кабельными линиями связи. Логи- ческая топология – это, по существу, “правила дорожного движения”, которые со- блюдают эти устройства в процессе работы. Иными словами, это – программное обеспечение.
Ethernet
Первоначально технология коммутации пакетов была очень несовершенна. Ком- пьютеры еще “не понимали”, что нельзя осуществлять передачу по занятой линии связи, т.е. в то время, когда другие системы ведут передачу данных. Поэтому первые сети работали очень ненадежно. Вы только представьте себе – ситуация очень напо- минала ту, когда два человека одновременно говорят по телефону.
Технология Ethernet, изобретенная в 1973 году Бобом Меткальфом (Bob Metcalfe)
(тем самым Бобом Меткальфом, который создал компанию 3Com, одну из самых ус- пешных компаний на рынке сетей), позволила устранить недостатки первых сетей.
Она базировалась на разработанном
IEEE (Institute of Electrical and Electronics
Engineers – Институт инженеров по электротехнике и электронике) стандарте, полу- чившем название 802.3 CSMA/CD, и обеспечила управляемость ситуации, возникаю- щей в случае, когда одновременно несколько сетевых устройств начинают передавать данные по одной линии связи.
??? ????? CSMA/CD
Технология Ethernet базируется на способе передачи данных, получившем назва- ние
CSMA/CD (CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection — множест-
венный доступ к среде с контролем несущей и обнаружением конфликтов). Название не очень простое, но на самом деле все просто: это – протокол, основанный на здравом смысле. Ниже подробно описано, как он работает.
! Все компьютеры находятся в одном сегменте сети, называемом доменом колли-
зий (collision domain). Домен коллизий – это сегмент сети, т.е. группа компьютеров,

50
????? II. ??????
которые связаны одной общей линией передачи. Сегмент сети является доме- ном коллизий, потому что в нем находится более одного компьютера, и поэто- му неизбежно возникает ситуация, когда компьютеры попытаются начать пере- дачу одновременно, что абсолютно недопустимо.
! Каждый компьютер в домене коллизий отслеживает все передачи по сети.
! Каждый из компьютеров в домене коллизий может передавать данные только в том случае, если ни один другой компьютер в домене коллизий передачу дан- ных не осуществляет.
! Каждый компьютер в домене коллизий выжидает момент “затишья” в линии
(вот в чем смысл этой малопонятной фразы – “множественный доступ к среде
с контролем несущей”). Отследив момент “затишья” в линии передачи (это вре- мя измеряется наносекундами – затишье в сети вовсе не означает прекращение работы пользователей), тот компьютер, у которого есть пакеты данных для пе- редачи, отсылает их по линии передачи, связывающей узлы сети. Если ни один из компьютеров не начинает передачи в это же время, пакеты беспрепятствен- но следуют своим маршрутом.
! Если два компьютера начинают передачу пакетов одновременно, возникает конфликтная ситуация, т.н.
коллизия (т.е. конфликт – вот откуда “обнаружение
конфликтов” в аббревиатуре CSMA/CD). На языке сетей коллизия – это кон- фликт, который возникает в том случае, когда два компьютера одновременно осуществляют передачу данных по одной и той же линии связи. Оба компьюте- ра обнаруживают конфликт, прерывают передачу и выжидают в течение неко- торого случайного интервала времени (он измеряется наносекундами), прежде чем повторить попытку передачи. Важным моментом здесь является именно
случайный интервал времени”, потому что это ключевой принцип, обеспечи- вающий снижение вероятности возникновения коллизий, так как вероятность совпадения интервалов времени ожидания до начала передачи, выбранных раз- ными компьютерами случайным образом, крайне мала.
Чем больше домен коллизий, тем выше вероятность возникновения конфликтов.
Именно поэтому разработчики сетей Ethernet стараются до минимума сократить ко- личество компьютеров в одном сегменте (т.е. домене коллизий).
На рис. 3.1 изображена схема сети Ethernet.
Если второй компьютер начинает передачу данных одновременно с первым, воз- никает
коллизия. В этом случае оба компьютера прерывают передачу, выжидают в те- чение некоторого случайного интервала времени “затишья” в линии передачи,
и повторно осуществляют передачу.
Обычно это решает проблему коллизий.
Это действительно так просто.
С методом CSMA/CD, воплощенным в топологии Ethernet, конечно же, связан ряд проблем. Бывает так, что адаптер се- тевого интерфейса переходит в ненор- мальный режим
–перестает соблюдать правила CSMA/CD и безостановочно про- должает передачу бессмысленных дан- ных – такое нарушение работы сети на- зывается
сбойным пакетом (jabber). Такая ситуация возникает вследствие дефектов программного обеспечения или адаптера сетевого интерфейса. Другие проблемы
??????? ??????? 1
??????? ??????? 2
??????? ??????? 4
??????
??????? ??????? 3
Ethernet
Рис. 3.1. Топология Ethernet: в любой момент
только один компьютер может вести передачу

??????? 3. ??? ??????? ?????????? ‘‘????????’’ ????? ?????
51
возникают в том случае, когда в одном сегменте собрано слишком много компьюте- ров, из-за чего слишком много устройств пытаются начать передачу при каждом осво- бождении линии передачи – этот сбой называется “
широковещательным штормом
(
broadcast storm). К счастью, в новых версиях Ethernet (в которых используется усо- вершенствованный метод коммутации пакетов – об этом мы расскажем далее) эти ограничения удалось обойти за счет очень строгой сегментации сети.
????????? Ethernet
Название Ethernet широко используется для обозначения как логической тополо- гии, в которой используется технология CSMA/CD, так и физических топологий се- тей, работающих по стандарту CSMA/CD. Все базовые топологии Ethernet описаны в стандарте 802.3 IEEE. В это семейство входят:
! 10BASE-2 – вариант реализации сети стандарта IEEE 802.3 Ethernet, базирую- щийся на использовании тонкого коаксиального кабеля. Максимальная длина сегмента составляет 185 м.
5
;
! 10BASE-5 – вариант реализации сети стандарта IEEE 802.3 Ethernet, базирую- щийся на использовании толстого коаксиального кабеля. Называется также
Thicknet или AUI (Attachment User Interface). Сети AUI являются промежуточной ступенью между 10BASE-2 и 10BASE-T. Сеть 10BASE-5 строится по топологии
“шина” и отличается от 10BASE-2 более высоким уровнем резервирования.
Максимальная длина сегмента сети 10BASE-5 составляет 500 м. Эта технология,
как и 10BASE-2, устарела и в новых сетях уже не применяется;
! 10BASE-T – вариант реализации сети стандарта IEEE 802.3, базирующийся на использовании двух витых пар четырехпарного неэкранированного кабеля типа
“витая пара”. Максимальная длина сегмента сети 10BASE-T, соединяющего ра- бочую станцию с концентратором (хабом), составляет 100 м. На сегодняшний день 10BASE-T – это практически вышедшая из употребления технология.
К счастью, стандарт Ethernet продолжал развиваться и в нем появились более ско- ростные варианты сетей и волоконно-оптические линии передачи. В семейство
Ethernet вошли новые стандарты сетей, которые описаны в стандарте
802.3u IEEE.
В их числе:
! 100BASE-T – называемый также fast Ethernet (скоростной Ethernet) – вариант реализации сети стандарта IEEE 802.3u, базирующийся на использовании двух витых пар четырехпарного неэкранированного кабеля типа “витая пара” и обес- печивающий скорость передачи данных 100 Мбит/с. Максимальная длина сегмента сети 100BASE-T, соединяющего рабочую станцию с концентратором, составля- ет 20 м, и кабель должен соответствовать категории 5 (стандарты на кабели бу- дут изучаться далее);
! 100BASE-FX и 100BASE-FL – вариант реализации скоростной (категории fast
Ethernet) сети стандарта IEEE 802.3u, базирующийся на использовании волокон- но-оптического кабеля. Поскольку волоконно-оптическая линия передачи обла- дает пропускной способностью, намного превосходящей пропускную способность проводниковых линий передачи, максимальная длина сегмента сети 100BASE-FX
или 100BASE-FL намного больше по сравнению с сетью 100BASE-T;
! 1000BASE-T – называемый также gigabit Ethernet (гигабитов Ethernet) – вари- ант реализации сети, обеспечивающий скорость передачи данных 1000 Мбит/с
(т.е. десятикратную по сравнению с 100BASE-T). В настоящее время технология
5
Называется также Thinnet и Cheapernet. Цифра 2 означает округленную максимальную
длину сегмента. – Примеч. ред.

52
????? II. ??????
1000BASE-T используется для подключения серверов и создания магистральных сетей крупных организаций, но со временем ситуация, несомненно, изменится.
Ко времени появления следующего издания этой книги подключение пользова- тельских компьютеров к сети gigabit Ethernet станет, вероятно, привычным явле- нием. Эта топология реализуется на основе медного кабеля типа “витая пара”
категории 5e или 6 или на основе волоконно-оптического кабеля.
???? Token Ring ? FDDI
Сети Ethernet CSMA/CD реализуют относительно простой способ передачи дан- ных. Но многие эксперты справедливо отмечают, что метод CSMA/CD не выдержива- ет нагрузки, создаваемой множеством компьютеров на сегмент сети. Они правы –
споры и конфликты за право передачи не всегда разрешаются оптимальным путем.
Пытаясь решить эту проблему, компания IBM в сотрудничестве с Институтом ин- женеров по электротехнике и электронике (IEEE) разработала другой стандарт сетей,
который получил название
802.5 (Улавливаете закономерность? Каждое новое изобре- тение направлено на устранение недостатков предшествующего стандарта). Стандарт
IEEE 802.5 чаще ассоциируется с сетями Token Ring, хотя метод доступа, регламенти- руемый стандартом 802.5, используется также в сетях FDDI.
Сеть Token Ring работает совершенно иначе, чем сеть Ethernet. В сети Ethernet лю- бой компьютер в данном сегменте сети может вести передачу до того момента, пока он не обнаружит коллизию с другим компьютером. В сетях Token Ring и FDDI, наоборот,
в момент инициализации сети формируется отдельный специальный пакет, т.н.
маркер
(
token), который циркулирует по сети, переходя поочередно от одного сетевого уст- ройства к другому. Если компьютеру нужно передать данные, он ждет до тех пор, пока до него не дойдет маркер. Получив маркер в свое распоряжение, компьютер осуществ- ляет передачу пакета данных. Закончив ее, он возвращает маркер в сеть. Затем маркер перехватывает следующий компьютер, если ему нужно передать данные (рис. 3.2).
По сравнению со “сварливой натурой” Ethernet, Token Ring и FDDI ведут себя со- вершенно дисциплинированно. Эти две топологии сетей избавлены от коллизий, в ко- торых несколько станций одновременно стараются передать данные; напротив, каж- дый из компьютеров ждет своей очереди.
??????? Token Ring ? ????????????????? ????????
? ? ??????? ??????????? ???????????, ?? ??????? ?????????? Token
Ring, ? ????? ????????, ?????, ?????? ??????????, ???????????? ????
??????? ?????????????. ????? ?????????? ?? ?????, ? ???? ??? ??????
??????????????, ? ???? ?? ??? ????????? ?????????? ??????????
???
???????? ????????, ????????? ???? ?????, ? ??? ????? ??????
???? ???, ?????????? ?????? ????? ??? ?????, ??? ? ???????. ????? ??
????? ? ???? ‘‘?????????’’ ????? (???? ?? ??? ???????, ??????? ????
‘‘??????’’ ???? ? ?????? 1990 ? ?????) ? ???????, ??? ???????? ?????
????? ?????? ??? ???????, ??????? ???????? ? ???? ???????????? ???
???????. ?? ??, ????? ??? ???????? ? ????? ???????, ????????????? ??
?? ???????, ?? ????? ????? ??????? ????????? ??????? ????? ??????
???????????, ? ??? ?????????????? ????????????. ??? ????? ?????
??????, ??? ??????? ??????????? ??? ????? ? ???????????? ??????
В сетях Token Ring проблемы недостаточной пропускной способности каналов свя- зи проявляются не так остро как в сетях Ethernet. Сеть Token Ring достаточно надеж- но работает в режиме напряженного трафика, хотя также может “тормозить”, если одновременно слишком много компьютеров стоят в очереди на передачу данных.
?????
??????

??????? 3. ??? ??????? ?????????? ‘‘????????’’ ????? ?????
53
??????
??????? ??????? 1
??????? ??????? 2
??????? ??????? 5
??????? ??????? 4
??????? ??????? 3
Token Ring
? ?????? ?????? ?????? (token) ??????????? ??????????? ?????????, ???????
??????????? ?? ????, ???????? ?? ?????? ???????? ?????????? ? ???????, ?????????
? ???????????? ????? ??????????, ? ?????? ?? ????? ????? ?????????? ?????? ?
????. ???????? ???????? ??????, ????????? ?????????? ?????? ? ??????, ? ???
????????????? ????????? ?????????, ???????? ?????????? ???????? ??????.
???? FDDI ????????, ? ????????, ?? ??? ?? ????????, ??? ? Token Ring
Рис. 3.2. Топология сети Token Ring (сеть FDDI работает по
тому же принципу): только тот компьютер, в чьем распоря-
жении находится маркер, имеет право осуществлять передачу
данных в сети
Несмотря на удачную, с точки зрения устойчивости к трафику, архитектуру, компа- ния IBM закрепила за собой авторские права на технологию Token Ring и не передавала их никому слишком долгое время. К тому времени, когда IBM предоставила другим производителям право на производство устройств, поддерживающих эту технологию,
битва за рынок была уже проиграна – его заняла недорогая аппаратура стандарта
Ethernet. Технология Token Ring к тому же так и не была доведена до уровня, обеспечи- вающего скорость передачи, сопоставимую со скоростью передачи, обеспечиваемой
Ethernet, что могло бы изменить ее судьбу. В данное время, похоже на то, что техноло- гия Token Ring постепенно отмирает, по крайней мере, мне за последние четыре года не доводилось устанавливать новых устройств, поддерживающих эту технологию.
??????????? ????? ???????? (ATM)
Из топологий, представленных в этой книге,
ATM (Asynchronous Transfer Mode) –
самая новая. Она разрабатывалась в целях устранения недостатков существующих то- пологий, и поэтому создавалась “с нуля”. В отличие от Ethernet, Token Ring и FDDI,
в нее изначально была заложена возможность одновременной передачи речевой и цифровой информации по проводниковой или волоконно-оптической сети. Соглас- но стандарту ATM, все пакеты формируются в виде ячеек одинаковой длины (53 бай- та), имеющих множество разных идентификаторов, необходимых для функциониро- вания службы
QoS (Quality of Service – качество обслуживания).

54
????? II. ??????
Служба QoS в сети передачи данных выполняет такую же функцию, что и служба качества обслуживания обычной почтовой корреспонденции: первый класс, второй класс, третий класс, смешанная почта, срочная почта и т.д. Если вы посылаете кор- респонденцию срочной почтой, она получает приоритет над корреспонденцией пер- вого класса и поэтому попадает по назначению быстрее всех.
В пакете данных несколько битов указывают на категорию пересылки пакета. Если в сети действует служба QoS – а в ATM и IPv6 (Internet Protocol version 6) она преду- смотрена, – вы можете отсылать пакеты, указывая их категорию доставки. Например,
сообщения электронной почты имеют сравнительно низкий приоритет и могут быть отправлены третьим классом, в то время как видео- и аудиоданные, которые должны передаваться непрерывным потоком, получают более высокий приоритет.
Технология ATM обеспечивает высокую скорость передачи данных. Минимальная скорость составляет 25 Мбит/с, максимальная – 1,5 Гбит/с (именно по этой причине телефонные компании используют ее в некоторых огромных магистральных линиях пе- редачи данных на большие расстояния). Но помимо высокой скорости передачи, ATM
в огромной степени превосходит Ethernet и Token Ring по сложности. Чаще всего обес- печиваемая ATM скорость передачи в 155 Мбит/с используется для приложений, в ко- торых требуется высокое качество обслуживания и исключительно высокая скорость.
В данное время оборудование стандарта ATM остается редкой и дорогостоящей вещью. Компании Fore System и IBM инвестировали большие средства в развитие технологии ATM, стремясь довести ее до пользовательского уровня (т.е. до использо- вания технологии ATM для связи сервера с рабочими станциями), в расчете на рост спроса на мультимедийные сети в недалеком будущем. Но стандарты ATM и их со- вместимость с другими стандартами сетей все еще остаются открытой темой.
К сожалению, на потребительском рынке технологию ATM, аналогично технологии
Token Ring, “заслоняют” технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, сопоставимые с ней по производительности, но выгодно отличающиеся более низкой стоимостью.
Пожалуй, пришло время перейти от логических топологий к изучению протоколов.
??????? ?????????
Фундаментом сети является физическая топология. На ней базируется логическая топология. А на вершине логической топологии находятся
протоколы. Если идея по- добной “пирамиды” кажется вам пока непонятной, не огорчайтесь. Это всего лишь способ описания работы сети – т.н. модель OSI, которую мы будем изучать в сле- дующем разделе этой главы.
Сетевые протоколы представляют собой набор правил, регламентирующих порядок отправки и приема данных по физическим каналам связи, и программное обеспечение,
которое реализует эти правила на практике. Логическая топология диктует оборудова- нию, как упаковывать данные в пакеты, или “
кадры” (frame – кадр, фрейм), и передавать их по физическим линиям связи; протоколы выполняют преобразование данных при пе- редаче их из приложений (т.е. программ) в распоряжение логической топологии сети.
Если вышеприведенные утверждения кажутся вам запутанными, не волнуйтесь.
Скоро мы разберемся с тем, как протоколы работают, что собой представляют неко- торые из самых распространенных протоколов и как они устроены. Ниже перечисле- ны протоколы, с которыми вам почти наверняка придется иметь дело:
! TCP/IP
! IPX
! NetBIOS/NetBEUI

??????? 3. ??? ??????? ?????????? ‘‘????????’’ ????? ?????
55
Для того чтобы понять, что собой представляют протоколы, необходимо сначала уяс- нить, какую функцию они выполняют в сети. Для этого познакомимся с наиболее из- вестной теоретической моделью, описывающей принципы работы сети – моделью OSI.
?????? OSI (? ?????? ?? ?????????? ??????
????????)
На протяжении 1980-х годов группа, получившая название
OSI (Open Systems
Interconnection – Группа по стандартизации обмена данными между компьютерными сис-
темами различных стандартов), работала над логической систематизацией разнообраз- ных компонентов конструкции сети. Хотя усилия оказались тщетными (практически ни одна из сетей не работает в соответствии с моделью OSI), эта группа разработала великолепную модель, объясняющую то, как должна работать сеть. Эта модель, полу- чившая название
семиуровневой модели OSI, оказалась чрезвычайно плодотворной теоретической моделью, показывающей, как сетевые функции распределены между элементами сети. Модель OSI нужно понять и запомнить, потому что эта теория ока- зывается очень полезным инструментом отладки сети – начиная с проекта и заканчи- вая путаницей с подключениями (рис. 3.3).
Модель OSI не так уж и сложна. Главное здесь – помнить о том, что чем выше но- мер уровня, тем выше уровень абстракции. Чем ниже номер уровня, тем более реаль- ным, физически ощутимым он становится. В процессе передачи данных (т.е. превраще- ния данных в электрические импульсы, передаваемые по линии передачи, и обратно –
из электрических импульсов в информацию на экране компьютера), каждый из уровней взаимодействует только с тем уровнем, который находится непосредственно под или над ним. Чтобы модель OSI стала еще более понятной, воспользуемся аналогией с обычной почтой, которую мы уже использовали на занятии 2, “Зачем нужны сети”.
???????
??????????
(????????????????
?????????)
???????
?????????????
??????
?????????
???????
????????????
??????? (????????
TCP ? ?????
?????????? TCP/IP)
??????? ???????
(???????? IP ? ?????
?????????? TCP/IP)
????????? ???????
(?????????? ??????
??????? ????)
?????????? ???????
(??????? ????? ?
????? ????????
????)
???????
??????????
(????????????????
?????????)
???????
?????????????
??????
?????????
???????
????????????
??????? (????????
TCP ? ?????
?????????? TCP/IP)
??????? ???????
(???????? IP ? ?????
?????????? TCP/IP)
????????? ???????
(?????????? ??????
??????? ????)
?????????? ???????
(??????? ????? ?
????? ????????
????)
??????? 1
??????? 2
??????? 3
??????? 4
??????? 5
??????? 6
??????? 7
??????? 1
??????? 2
??????? 3
??????? 4
??????? 5
??????? 6
??????? 7 1.
?????? ?
??????????
???????????
???????????????
???????? ??????
?????? OSI,
???????? ?
???????? ??
?????? ???????
2.
?????? ? ??????????
??????????? ???????????
????????? ? ????????????
? ??????? OSI, ??????
????????? ? ?????
3.
?????? ?
??????????
??????????
???????????????
???????? ??????
?????? OSI,
???????? ?
??????? ??
??????? ???????
Рис. 3.3. Модель OSI описывает механизм перемещения данных в сети



Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал