Сопоставление коммуникационных моделей и протоколов

Ниже в табл. 1.2 представлены рассмотренные стеки протоколов и показано их соответствие рекомендованной Международной организацией по стандартизации OSI-модели.

Таблица 1.2

Раздел 5. Локальные вычислительные сети (ЛВС)

Тема № 14: Принципы организации ЛВС

Локальная вычислительная сеть (ЛВС, локальная сеть / Local Area Network, LAN) - компьютерная сеть, обеспечивающая передачу данных на небольшие расстояния (от нескольких десятков метров до нескольких километров) со скоростью, как правило, не менее 1 Мбит/с.

Примеры ЛВС:Ethernet, Token Ring, FDDI.

Характерные особенности ЛВС

1. Территориальный охват - от нескольких десятков метров до нескольких километров.

2. Соединяет обычно персональные компьютеры и другое электронное офисное оборудование, позволяя пользователям обмениваться информацией и совместно эффективно использовать общие ресурсы, например, принтеры, модемы и устройства для хранения данных.

3. Интерфейс - последовательный.

4. Отсутствует АПД, так как сигналы передаются в "естественной" цифровой форме.

5. В качестве устройства сопряжения ЭВМ со средой передачи используется достаточно простое устройство - сетевой адаптер.

6. Простые типовые топологии: "общая шина", "кольцо", "звезда".

7. Отсутствует маршрутизация (3-й уровень модели OSI).

8. Высокая скорость передачи данных, как правило, более 1 Мбит/с.

9. Сравнительно небольшие затраты на построение сети.
Перечисленные особенности обусловливают основные достоинства

ЛВС, заключающиеся в простоте сетевого оборудования и организации кабельной системы и, как следствие, в простоте эксплуатации сети.

Состав ЛВС

В общем случае ЛВС включает в себя:

• множество ЭВМ, обычно персональных компьютеров (ПК), называемых рабочими станциями,

Сетевые адаптеры (СА) (платы, карты) предназначены для сопряжения ПК со средствами коммуникации с учетом принятых в данной сети правилами обмена информацией.

Перечень функций, возлагаемых на СА, зависит от конкретной сети и, в общем случае, может быть разбит на две группы:

1) магистральные (канальные) функции, обеспечивающие
сопряжение адаптера с ПК и сетевой магистралью;

2) сетевые функции, обеспечивающие передачу данных в сети и
реализующие принятый в сети протокол обмена.

К магистральным функциям СА относятся:

1) электрическое буферирование сигналов магистрали;

2) распознавание (дешифрация) собственного адреса на магистрали;

3) обработка стробов обмена на магистрали и выработка внутренних управляющих сигналов.

К сетевым функциям СА относятся:

1) гальваническая развязка ПК и средств коммуникации
(отсутствует в случае оптоволоконной и беспроводной связи);

2) преобразование уровней сигналов при передаче и приёме данных;

3) кодирование сигналов при передаче и декодирование при приёме (отсутствует при использовании кода NRZ);

А) распознавание своего кадра при приёме;

5) преобразование кода: параллельного в последовательный при
передаче и последовательного в параллельный при приёме;

6) буферирование передаваемых и принимаемых данных в буферной памяти СА;

7) проведение арбитража обмена по сети (контроль состояния сети, разрешение конфликтов и т.д.);

8) подсчет контрольной суммы кадра при передаче и приёме.
Первые четыре функции всегда реализуются аппаратно, остальные

могут быть реализованы программно, что естественно снижает скорость обмена.

Алгоритм функционирования САпри передаче кадров содержит следующих этапы (при приёме - обратная последовательность).

1. Передача данных. Данные передаются из ОЗУ ПК в буферную
память СА (из буферной памяти СА в ОЗУ ПК при приёме) через
программируемый канал ввода/вывода, канал прямого доступа к памяти
или разделяемую память.

2. Буферизация. Необходима для хранения данных во время
обработки в СА и обеспечения согласования между собой скоростей
передачи и обработки информации различными компонентами ЛВС.

3. Формирование кадра (сообщения):

• сообщение разделяется на кадры при передаче (кадры объединяются в сообщение при приёме);

• к кадру добавляются (удаляются при приёме) заголовок и концевик.

4. Доступ к кабелю. Проверяется возможность передачи кадра в
линию связи: для Ethernet проверяется незанятость линии связи, для Token
Ring - наличие маркера. При приёме кадра этот этап отсутствует.

5. Преобразование данных из параллельной формы в
последовательную при передаче и из последовательной формы в
параллельную при приёме.

6. Кодирование/декодирование данных. Формируются электрические
сигналы, используемые для представления данных.

7. Передача/прием импульсов. Закодированные электрические
импульсы передаются в линию связи (при приеме принимаются из линии
связи и направляются на декодирование).

Кроме этих этапов при приеме СА вместе с программным обеспечением ПК распознают и обрабатывают ошибки, возникающие из-за электрических помех, конфликтов в сетях со случайным доступом или из-за плохой работы оборудования.

Топологии ЛВС

В ЛВС наиболее широкое распространение получили следующие топологии.

1. "Шина" (bus)- представляет собой кабель, именуемый магистральюили сегментом,к которому подключены все компьютеры сети (рис.3.1).

Кадр, передаваемый от любого компьютера, распространяется по шине в обе стороны и поступает в буферы сетевых адаптеров всех компьютеров сети, как это пунктиром показано на рис.3.1. Но только тот компьютер, которому адресуется данный кадр, сохраняет его в буфере для дальнейшей обработки. Следует иметь в виду, что в каждый момент времени передачу может вести только один компьютер.

На производительность сети (скорость передачи данных) влияют следующие факторы:

• количество компьютеров в сети и их технические параметры;

• интенсивность (частота) передачи данных;

• типы работающих сетевых приложений;

• тип сетевого кабеля;

• расстояние между компьютерами в сети.

Для предотвращения отражения электрических сигналов на каждом конце кабеля устанавливают терминаторы,поглощающие отраженные сигналы.

При нарушении целостности сети (обрыв или отсоединение кабеля), а также при отсутствии терминаторов, сеть "падает" и прекращает функционировать.

2. "Звезда" (star),в которой все компьютеры подключаются к центральному компоненту - концентратору (рис.3.2).

Передаваемый кадр может быть доступен всем компьютерам сети, как в топологии «шина», или же, в случае интеллектуального концентратора, работающего на 2-м уровне OSI-модели, направляться конкретному компьютеру в соответствии с адресом назначения.

Основными недостатками такой топологии являются:

• значительный расход кабеля для территориально больших сетей;

• низкая надежность (узкое место - концентратор).

3. "Кольцо" (ring).Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер (рис.3.3). В отличие от пассивной топологии "шина", каждый компьютер выступает в роли повторителя, записывая кадр в буфер сетевого адаптера и затем передавая их следующему компьютеру.

В зависимости от способа передачи сигналов различают:

1) пассивные топологии, в которых компьютеры только "слушают"
передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к
получателю, поэтому выход из строя одного из компьютеров не
сказывается на работе остальных;

2) активные топологии, в которых компьютеры регенерируют
сигналы и передают их по сети.

Архитектуры ЛВС

Типы архитектур ЛВС:

• одноранговые сети;

• сети типа "клиент-сервер";

• комбинированные сети, в которых могут функционировать оба
типа операционных систем (одноранговая и серверная).