Виды компьютерных сетей

 Метод доступа  к сети - вызов абонента по его  сетевому имени с коммутацией  каналов в УК. Способ коммутации  каналов обеспечивает соединение  абонентов через УК на время передачи сообщения. При этом в УК возможна организация приоритетного доступа к сети абонентов.

 

Рис.1. Структура  одноузловой проводной ЛКС

Условные обозначения: ЦУС – центр управления сетью (сервер), ПЭВМ – персональный компьютер, УК – узел коммуникации

Достоинства сети:

- простота и  низкая стоимость подключения  пользователей к сети;

- простота управления  сетью;

- возможность  подключения и отключения абонентов  без остановки работы сети.

 Недостатки:

- скорость передачи сообщений зависит от количества абонентов, интенсивности приема и передачи сообщений и технических возможностей УК;

- надежность сети определяется надежностью УК;

- большая суммарная длина и низкая эффективность использования физической среды передачи сигналов.

 Для повышения надежности УК строятся по модульному принципу, который предусматривает рабочие и резервные модули. Система диагностики оценивает функционирование рабочего модуля и в случае необходимости переключает сеть на работу с резервным модулем.

 Примером  одноузловой сети может служить Arcnet (США). Хотя сеть не имеет статуса международного стандарта, она широко применяется для построения небольших учрежденческих сетей. В состав сети входит 8-канальный канальный УК. Количество абонентов может быть увеличено путем подключения новых УК.

2. Радиоканальные  сети.

 Структура  сети (рис.2) похожа на одноузловую  сеть, только сообщения в сети  передаются не по проводным  линиям связи, а по радиолиниям.  Для этого каждая ЭВМ снабжена  абонентской радиостанцией (АРС). Абонентские радиостанции связаны между собой через центральную радиостанцию (ЦРС).

Рис.2. Структура  радиоканальной ЛКС

Условные обозначения: ПЭВМ – персональный компьютер, ЦРС - центральная радиостанция

 Методы доступа  к сети случайные. Наиболее  простым является метод ALOHA - захват абонентом канала и выдача сообщения независимо от того, есть ли в сети другие сообщения или нет. Это может привести к столкновению сообщений в сети и взаимному их искажению. Искаженные сообщения повторно передаются через случайные промежутки времени. При столкновениях сообщений теряется активное время работы сети, равное сумме времени передачи обоих сообщений. Для уменьшения вероятности появления столкновений применяются модификации этого метода: доступ с контролем несущей (CSMA) и доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений (CSMA/CD). Доступ с контролем несущей заключается в том, что абонент «слушает» сеть и передает сообщение только в свободную сеть. Столкновения возможны, когда два или более абонентов начинают передачу одновременно. Искаженные сообщения передаются повторно.

 При доступе  с контролем несущей и обнаружением  столкновений абонент «слушает»  сеть, передает сообщение в освободившуюся  сеть и контролирует возможность  столкновения сообщений. Если  абоненты начинают передачу одновременно, то столкнувшиеся сообщения сразу уничтожаются, не занимая времени передачей искаженных сообщений. Методы CSMA и GSMA/CD применяются при более высоких нагрузках на сеть, чем метод ALOHA.

 Случайные  методы доступа реализуются средствами  ЭМВОС каждой ПЭВМ, поэтому они более надежны, чем централизованные методы доступа, реализуемые программными средствами ЦУС.

 Достоинства  сети:

- возможность связи с  движущимися абонентами;

- возможность подключения  и отключения абонентов без  остановки сети.

 Недостатки:

- возможность прослушивания  всех абонентов; воздействие промышленных  и атмосферных помех;

- наличие «мертвых зон», обусловленных конструкциями зданий  и помещений.

 Радиоканальные  сети сейчас начинают все шире  использоваться там, где необходимы  связи с движущимися абонентами.

Кольцевые сети

 

 Рис. 3 . Структура кольцевой ЛКС

 

Структура сети показана на рис. 3. Средства коммуникаций сети включают физическую среду передачи сигналов в форме кольца, соединяющего ПЭВМ, блоки доступа и повторители.

 Условные  обозначения: ЦУС – центр управления  сетью, ПЭВМ – персональный  компьютер, БлД – блок доступа,  П - повторитель

  Блок доступа (БлД) — это техническое устройство для подключения ПЭВМ к физической среде. БлД делятся на две группы: доступ без разрыва целостности физической среды передачи сигналов и доступ с разрывом физической среды и восстановлением ее с помощью БлД. Например, без разрыва физической среды можно осуществить доступ к проводным линиям связи, но доступ к оптоволоконным линиям возможен только с разрывом среды передачи сигналов. Сообщение, переданное абонентом, поступает через БлД в физическую среду и движется по кольцу. Повторитель (П) задерживает сообщение на время, необходимое для определения адреса абонента и приема его абонентом, восстанавливает ослабленные и искаженные электрические сигналы сообщения. Участок физической среды между двумя соседними повторителями называется сегментом.

  Методы доступа к сети.

 В кольцевой  структуре применяются централизованные  методы доступа.

  Разделение времени (временное сегментирование). ЦУС через определенные промежутки времени по очереди разрешает абонентам передачу сообщений. Время передачи также определено.

 Передача полномочия (маркерный доступ). ЦУС формирует служебный пакет-полномочие (маркер), который циркулирует по кольцу. Приход полномочия к абоненту означает разрешение на передачу сообщения этим абонентом. Время передачи определено. Все остальные абоненты работают только на прием. После выдачи сообщения в сеть абонент-отправитель посылает полномочие следующему абоненту. Абонент-получатель принимает сообщение, проверяет его правильность и посылает дальше по кольцу с добавлением, что сообщение принято без искажения или с искажением. Отправителъ принимает свое сообщение, которое прошло по всему кольцу, в качестве подтверждения о приеме сообщения получателем. Если сообщение получателем принято с искажением, то отправитель повторяет передачу сообщения.

  В централизованных методах доступа может быть реализовано приоритетное обслуживание абонентов. Поскольку централизованные методы доступа организуются единственным в сети ЦУС, то их надежность меньше, чем у случайных методов.

  Достоинства сети:

  - простота реализации двухточечной линии связи (в каждый момент соединены только две точки -два абонента), что снижает требования к физической среде;

- простота организации  подтверждения о приеме сообщения; 

  - небольшая общая длина физической среды.

 Недостатки:

- низкая надежность, так как выход из строя участка физической среды или повторителя приводит к остановке работы всей сети;

  - невозможность подключения и отключения абонентов без остановки сети;

- максимальная  задержка передачи сообщения  зависит от количества абонентов.

  Для повышения надежности и пропускной способности сети применяется двойное кольцо. Сообщения в кольцах курсируют в разных направлениях. При нарушениях одного кольца уменьшается только пропускная способность сети. При нарушениях обоих колец ближайшие к нарушению автоматически восстанавливают циркуляцию информации в одном кольце.

  Пример кольцевой сети: Token Ring Network (филиал фирмы IBM в Цюрихе). Сеть обладает статусом мирового стандарта, ее длина достигает 2 км и обслуживает до 256 абонентов. В сети реализован маркерный метод доступа.

Магистральные сети

1. Магистральные  моноканалы

  Структура сети показана на рис. 4. Все абоненты подключены к одной физической среде, представляющей собой магистраль (шину). Сообщение, переданное пользователем, поступает через БлД ко всем абонентам сети.

Рис. 4. Структура моноканальной ЛКС

 Условные  обозначения: ЦУС – центр управления  сетью, ПЭВМ – персональный  компьютер, БлД – блок доступа

1.Методы доступа  к сети:

  1. Централизованные методы доступа, аналогичные методам кольцевых  структур: разделение времени и передача полномочия.

2. Случайные  методы доступа, аналогичные методам,  характерным для радиоканальных  ЛКС.

 Достоинства  сети:

- более высокая  надежность, чем у кольцевых сетей,  так как отказ абонента не  влияет на работу сети;

- возможность  подключения и отключения абонентов  без остановки работы сети  в случае неразрушающего физическую  среду подключения абонентов;

- наименьшая  длина физической среды.

  Для повышения надежности и пропускной способности применяются двойные моноканалы.

 Примером  магистральной моноканальной структуры  является сеть Ethernet, представляющая  собой отраслевой стандарт фирм Intel, DEC и Xerox. Сеть положена в  основу международного стандарта,  обслуживает до 1000 абонентов при  длине сети до 10 км, доступ к сети осуществляется по протоколам CSMA/CD.

  2. Магистральные поликаналы

 

 Поликаналом  называют группу средств коммуникаций, работающих на одной физической  среде и предназначенных для  организации нескольких сетей  различного

назначения. Для этого применяется широкополосная физическая, среда, например широкополосный коаксиальный или оптоволоконный кабель. Пример поликаналь­

ной структуры  для двух ЛКС на одной физической среде показан на рис.2.4.3.2.

  Рис. 5. Структура поликанальной ЛКС

 Условные обозначения: ЦУС – центр управления сетью, ПЭВМ – персональный компьютер, БлД – блок доступа

 Здесь одна  сеть передает информацию на  частоте f1 , а другая - на частоте  f2.

  Методы доступа к сети: централизованные и случайные, аналогичные магистральному моноканалу.

Достоинства сети:

- высокая пропускная  способность, позволяющая передавать  большие потоки разнообразной  информации;

- возможность  организации на одной физической  среде нескольких сетей различного  назначения (например, в крупных  финансовых организациях, информационных и многопрофильных фирмах).

Недостатки:

- сложность  эксплуатации;

- высокая стоимость  оборудования.

 Магистральные  поликаналы разрабатываются и  производятся по конкретным заказам.

Комбинированные сети. Каждая из приведенных структур сетей обладает определенными достоинствами и недостатками. Преодолеть некоторые недостатки и повысить эффективность сетей можно путем комбинирования (структурирования) различных топологий. Например, на рис. 6 изображена сеть с одним УК и двумя магистральными моноканальными подсетями. Сеть может включать несколько УК, каждый из которых имеет несколько портов.

 Рис. 6. Комбинированная ЛКС (вариант 1)

 Условные  обозначения: ЦУС – центр управления  сетью, ПЭВМ – персональный  компьютер, УК – узел коммуникации

 На рис. 7 показана сеть из двух УК, ПЭВМ к которым подключены разными способами.

 Достоинства  сетей:

- возможность  легкого наращивания абонентов  и ресурсов сети;

- изменение  конфигурации сетевой структуры;

- повышение  надежности сети;

- продление жизненного цикла.

  Рис. 7. Комбинированная ЛКС (вариант 2)

  Условные обозначения: ЦУС – центр управления сетью, ПЭВМ – персональный компьютер, УК – узел коммуникации

 Недостатком  таких систем является более  высокая их стоимость за счет  дополнительного технического и программного сетевого оборудования.

  К комбинированной структуре можно отнести и полносвязную сеть (рис. 8).

 Рис.8 . Структура полносвязной сети

 Условные  обозначения: ПЭВМ – персональный  компьютер

 

 Достоинства  сети:

- наименьшая задержка передачи сообщения между компонентами сети;

- наибольшая  надежность сети.

  К недостаткам сети относятся: неэффективность, сложность и наибольшая длина физической среды.

 В зависимости  от конструктивных особенностей  помещений фирмы, расположения сотрудников в помещениях, приоритета абонентов сети, допустимой задержки передачи сообщений и других факторов могут использоваться и другие структуры сетей.

 

2.5. Характеристика  физических сред передачи данных  в ЛКС

 

В качестве физической среды передачи сигналов в ЛКС применяются витые (скрученные) пары проводов (ВП), коаксиальные (КК), оптоволоконные (ОВК) кабели и радиоканалы (РК).