Стандартная топология и разделяемая среда

Программа Eyes Guard предназначена для тех, кто по роду деятельности вынужден проводить за компьютером много времени.

После запуска программы в области уведомлений появится ее значок. Для управления следует щелкнуть на нем правой кнопкой мыши.

Программа может работать в нескольких режимах. Например, пункт 20/5 минут означает, что через каждые 20 минут операционная система будет заблокирована на пять минут и в течение этого времени выполнение действий за компьютером невозможно. За одну минуту и за 10 секунд до включения блокировки на экране отобразится сообщение. Пока операционная система заблокирована, на экране демонстрируется заставка и системное сообщение.

Программа Eyes Guard не имеет штатных средств для выключения: ее можно выключить только с помощью Диспетчера задач. Это является как недостатком (возможность выключения должна быть в любой программе), так и достоинством (пользователю гарантирован периодический отдых, что необходимо для сохранения здоровья глаз).

Стандартная топология и разделяемая среда

При организации взаимодействия узлов в локальных сетях основная роль отводится протоколу канального уровня. Однако для того, чтобы канальный уровень мог справиться с этой задачей, структура локальных сетей должна быть вполне определенной, так, например, наиболее популярный протокол канального уровня Ethernet рассчитан на параллельное подключение всех узлов сети к общей для них среде передачи данных — отрезку коаксиального кабеля или иерархической древовидной структуре сегментов, образованных повторителями. Протокол Token Ring также рассчитан на вполне определенную конфигурацию — соединение компьютеров в виде логического кольца.

Подобный подход, заключающийся в использовании простых типовых структур кабельных соединений между компьютерами локальной сети, соответствовал основной цели, которую ставили перед собой разработчики первых локальных сетей во второй половине 70-х годов. Эта цель заключалась в нахождении простого и дешевого решения для объединения в вычислительную сеть нескольких десятков компьютеров, находящихся в пределах одного здания. Решение должно было быть недорогим, поскольку в сеть объединялись недорогие компьютеры — появившиеся и быстро распространившиеся тогда мини-компьютеры стоимостью 10000-20000 долларов. Количество их в одной организации было небольшим, поэтому предел в несколько десятков (максимум — до сотни) компьютеров представлялся вполне достаточным для практически любой локальной сети.

Для упрощения и, соответственно, удешевления аппаратных и программных решений разработчики первых локальных сетей остановились на совместном использовании кабелей всеми компьютерами сети в режиме разделения времени. Наиболее явным образом режим совместного использования кабеля проявляется в сетях Ethernet шинной топологии, где коаксиальный кабель является физически неделимым, общим для всех узлов сети. В технологиях Token Ring и FDDI отрезки кабеля, соединяющие компьютеры в логическое кольцо, также образуют единую разделяемую среду, доступ к которой в каждый момент может получить только один компьютер сети. Использование разделяемых сред (shared media) позволяет упростить логику работы сети. Действительно, поскольку в каждый момент времени выполняется только одна передача, отпадает необходимость в буферизации кадров в транзитных узлах. В сетях других типов, где отрезки кабелей, соединяющих отдельные узлы, не рассматриваются как общий разделяемый во времени ресурс, такая необходимость возникает, и для решения этой проблемы в протоколы обмена информацией вводятся весьма сложные процедуры управления потоком кадров, предотвращающие переполнение каналов связи и буферов узлов сети.

Использование в локальных сетях очень простых конфигураций (звезда, общая шина и кольцо) наряду с положительными имело и отрицательные последствия, из которых наиболее неприятными были ограничения по производительности и надежности. Наличие только одного пути передачи информации, разделяемого всеми узлами сети, в принципе ограничивало пропускную способность сети пропускной способностью этого пути (которая делилась в среднем на число компьютеров сети), а надежность сети — надежностью этого пути. Поэтому по мере повышения популярности локальных сетей и расширения их сфер применения все больше стали применяться специальные коммуникационные устройства — мосты, коммутаторы и маршрутизаторы, — которые в значительной мере снимали ограничения единственной разделяемой среды передачи данных. Базовые конфигурации в форме звезды, общей шины и кольца превратились в элементарные структуры локальных сетей, которые стало возможным соединять друг с другом более сложным образом, образуя параллельные пути между узлами.

Тем не менее внутри крупных локальных сетей по-прежнему часто используются сегменты с разделяемой средой, в которых работают все те же протоколы разделяемых единственных сред передачи данных, которые были разработаны более 15 лет назад. Хорошие скоростные и надежностные характеристики кабелей локальных сетей все еще удовлетворяют пользователей небольших компьютерных сетей и позволяют им строить сети без больших затрат только с помощью сетевых адаптеров и кабеля или концентратора. В последние несколько лет наметилось движение к отказу от разделяемых сред передачи данных в локальных сетях и переходу к применению активных коммутаторов, к которым конечные узлы присоединяются индивидуальными линиями связи. Такой подход предлагается в технологии ATM (когда она используется в локальных сетях), а также в технологиях, носящих традиционные названия с приставкой switched (коммутируемый): switched Ethernet, switched Token Ring, switched FDDI. Применяется и смешанный подход, когда конечные узлы соединяются в небольшие разделяемые сегменты с помощью повторителей, а сегменты соединяются друг с другом с помощью индивидуальных коммутируемых связей.

Существует и достаточно заметная тенденция к использованию в традиционных технологиях так называемой микросегментации, когда конечные узлы сразу соединяются с коммутатором индивидуальными каналами. Такие сети получаются дороже разделяемых или смешанных, но производительность их выше.

При использовании коммутаторов у традиционных технологий появился новый режим работы — полнодуплексиый (full-duplex). В разделяемом сегменте станции всегда работают в полудуплексном режиме (half-duplex), так как в каждый момент времени сетевой адаптер станции либо передает свои данные, либо принимает чужие, но никогда не делает это одновременно. Это справедливо для всех технологий локальных сетей, так как разделяемые среды поддерживаются не только классическими технологиями локальных сетей Ethernet, Token Ring, FDDI, но и всеми новыми — Fast Ethernet, lOOVGAnyLAN, Gigabit Ethernet.

В полнодуплексном режиме сетевой адаптер может одновременно передавать свои данные в сеть и принимать из сети чужие данные. Такой режим несложно обеспечивается при прямом соединении с мостом/коммутатором или маршрутизатором, так как вход и выход каждого порта такого устройства работают независимо друг от друга, каждый со своим буфером кадров.

Сегодня каждая технология локальных сетей приспособлена для работы как в полудуплексном, так и полнодуплексном режимах. В этих режимах ограничения, накладываемые на общую длину сети, существенно отличаются, так что одна и та же технология может позволять строить существенно различные сети в зависимости от выбранного режима работы (который зависит от того, какие устройства используются для соединения узлов — повторители или коммутаторы). Например, технология Fast Ethernet позволяет для полудуплексного режима строить сети диаметром не более 200 м, а для полнодуплексного режима ограничений на диаметр сети не существует. Поэтому при сравнении различных технологий необходимо обязательно принимать во внимание возможность их работы в двух режимах.

Несмотря на появление новых технологий, классические протоколы локальных сетей Ethernet и Token Ring по прогнозам специалистов будут повсеместно использоваться еще по крайней мере лет 5-10, в связи с чем знание их деталей необходимо для успешного применения современной коммуникационной аппаратуры. Кроме того, некоторые современные высокопроизводительные технологии, такие как Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, в значительной степени сохраняют преемственность со своими предшественниками. Это еще раз подтверждает важность изучения классических протоколов локальных сетей.

Структура стандартов IEEE 802.x

В 1980 году в институте IEEE был организован комитет 802 по стандартизации локальных сетей, в результате работы которого было принято семейство стандартов IEEE 802.x, которые содержат рекомендации по проектированию нижних уровней локальных сетей. Позже результаты работы этого комитета легли в основу комплекса международных стандартов ISO 8802-1...х. Эти стандарты были созданы на основе очень распространенных фирменных стандартов сетей Ethernet, ArcNet и Token Ring.

Помимо IEEE в работе по стандартизации протоколов локальных сетей принимали участие и другие организации. Так, для сетей, работающих на оптоволокне, американским институтом по стандартизации ANSI был разработан стандарт FDDI, обеспечивающий скорость передачи данных 100 Мбит/с. Стандарты семейства IEEE 802.x охватывают только два нижних уровня семиуровневой модели OSI — физический и канальный. Это связано с тем, что именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей. Старшие же уровни» начиная с сетевого, в значительной степени имеют общие черты как для локальных, так и для глобальных сетей.

Специфика локальных сетей также нашла свое отражение в разделении канального уровня (Data Link Layer) на два подуровня, которые часто также называют уровнями:

· управление логическим каналом (Logical Link Control, LLC);

· управление доступом к среде (Media Access Control, MAC).

Уровень MAC появился из-за существования в локальных сетях разделяемой среды передачи данных. Именно этот уровень обеспечивает корректное совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом в распоряжение того или иного узла сети. В современных локальных сетях получили распространение несколько протоколов уровня MAC, реализующих различные алгоритмы доступа к разделяемой среде. Эти протоколы полностью определяют специфику таких технологий, как Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI, l00VG-AnyLAN.

После того как доступ к среде получен, ею может пользоваться более высокий уровень — уровень LLC, организующий передачу логических единиц данных, кадров информации, с различным уровнем качества транспортных услуг.

Уровень LLC отвечает за передачу с различной степенью надежности кадров данных между узлами, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. Именно уровень LLC принимает запрос от сетевого протокола на выполнение транспортной операции канального уровня с тем или иным качеством. Протокол LLC поддерживает несколько режимов работы, отличающихся наличием или отсутствием процедур восстановления кадров в случае их потери или искажения, то есть отличающихся качеством транспортных услуг.

Структуру стандартов IEEE 802 иллюстрирует рисунок 1.

Эта структура появилась в результате большой работы, проведенной комитетом 802 по выделению в разных фирменных технологиях общих подходов и общих функций, а также согласованию стилей их описания. В результате канальный уровень был разделен на два упомянутых подуровня.

Рисунок 1 - Структура стандартов IEEE 802.x

Над уровнем MAC всех технологий показан общий для всех них протокол LLC, поддерживающий несколько режимов работы, но независимый от конкретной выбранной технологии. Стандарт LLC курирует подкомитет 802.2. Даже технологии, стандартизованные не в рамках комитета 802, ориентируются на использование протокола LLC, определенного стандартом 802.2, например, таким образом устроен протокол FDDI, стандартизованный ANSI.

Описание каждой технологии разделено на две части: описание уровня MAC и описание физического уровня. Как видно из рисунка, практически у каждой технологии единственному протоколу уровня MAC соответствует несколько вариантов протоколов физического уровня (на рисунке в целях экономии места приведены только технологии Ethernet и Token Ring, но все сказанное справедливо также и для других технологий, таких как ArcNet, FDDI, FastEthernet, Gigabit-Ethernet).

Особняком стоят стандарты, разрабатываемые подкомитетом 802.1. Эти стандарты носят общий для всех технологий характер. В подкомитете 802.1 были разработаны общие определения локальных сетей и их свойств, определена связь трех уровней модели IEEE 802 с моделью OSI. Но наиболее практически важными являются стандарты 802.1, которые описывают взаимодействие между собой различных технологий, а также стандарты по построению более сложных сетей на основе базовых топологий. Эта группа стандартов носит общее название стандартов межсетевого взаимодействия (internetworking). Сюда входят такие важные стандарты, как стандарт 802.1D, описывающий логику работы прозрачного моста/коммутатора, стандарт 802.1Н, определяющий функционирование транслирующего моста, который может без маршрутизатора объединять сети Ethernet и FDDI, Ethernet и Token Ring и т.п. Сегодня набор стандартов, разработанных подкомитетом 802,1, продолжает расти. Например, сравнительно недавно он пополнился двумя важными стандартами: 802.1Q, определяющим способ построения виртуальных локальных сетей VLAN в сетях на основе коммутаторов, и 802.1р, описывающем способ приоритезации трафика на канальном уровне.

Стандарты 802.3, 802.4, 802.5 и 802.12 описывают технологии локальных сетей, которые появились в результате улучшений фирменных технологий, легших в их основу. Так, основу стандарта 802.3 составила технология Ethernet, разработанная компаниями Digital, Intel и Xerox (или Ethernet DIX), стандарт 802.4 появился как обобщение технологии ArcNet компании Datapoint Corporation, а стандарт 802.5 в основном соответствует технологии Token Ring компании IBM.

Комитет 802.11 занимается разработкой локальных радиосетей с методами доступа к среде, близкими к тем, которые используются в сетях Ethernet. Поэтому стандарты 802.11 получили название радио-Ethernet. Исходные фирменные технологии и их модифицированные варианты - стандарты 802.x в ряде случаев долгие годы существовали параллельно. Например, технология ArcNet так до конца не была приведена в соответствие со стандартом 802.4 (теперь это делать поздно, так как где-то примерно с 1993 года производство оборудования ArcNet было свернуто). Расхождения между технологией Token Ring и стандартом 802.5 тоже периодически возникают, так как компания IBM регулярно вносит усовершенствования в свою технологию и комитет 802.5 отражает эти усовершенствования в стандарте с некоторым запозданием. Исключение составляет технология Ethernet. Последний фирменный стандарт Ethernet DIX был принят в 1980 году, и с тех пор никто больше не предпринимал попыток фирменного развития Ethernet. Все новшества в семействе технологий Ethernet вносятся только в результате принятия открытых стандартов комитетом 802.3.

Более поздние стандарты изначально разрабатывались не одной компанией, а группой заинтересованных компаний, а потом передавались в соответствующий подкомитет IEEE 802 для утверждения. Так произошло с технологиями Fast Ethernet, lOOVG-AnyLAN, Gigabit Ethernet. Группа заинтересованных компаний образовывала сначала небольшое объединение, а затем по мере развития работ к нему присоединялись другие компании, так что процесс принятия стандарта носил открытый характер.

Сегодня комитет 802 включает следующие подкомитеты (ряд из которых уже прекратили свою активную деятельность):

· 802.1 — Internetworking — объединение сетей;

· 802.2 — Logical Link Control, LLC — управление логической передачей данных;

· 802.3 - Ethernet с методом доступа CSMA/CD;

· 802.4 — Token Bus LAN — локальные сети с методом доступа Token Bus;

· 802.5 — Token Ring LAN —- локальные сети с методом доступа Token Ring;

· 802.6 — Metropolitan Area Network, MAN — сети мегаполисов;

· 802.7 — Broadband Technical Advisory Group — техническая консультационная группа по широкополосной передаче;

· 802.8 — Fiber Optic Technical Advisory Group — техническая консультационная группа по волоконно-оптическим сетям;

· 802.9 — Integrated Voice and data Networks — интегрированные сети передачи голоса и данных;

· 802.10 — Network Security — сетевая безопасность;

· 802.11 — Wireless Networks — беспроводные сети;

· 802.12 — Demand Priority Access LAN, lOOVG-AnyLAN — локальные сети с методом доступа по требованию с приоритетами.

Протокол LLC

Протокол LLC (стандарт подкомитета 802.2) обеспечивает для технологий локальных сетей нужное качество услуг транспортной службы, передавая свои кадры либо дейтаграммным способом, либо с помощью процедур с установлением соединения и восстановлением кадров. Протокол LLC занимает уровень между сетевыми протоколами и протоколами уровня MAC. Протоколы сетевого уровня передают через межуровневый интерфейс данные для протокола LLC — свой пакет (например, пакет IP, IPX или NetBEUI), адресную информацию об узле назначения, а также требования к качеству транспортных услуг, которое протокол LLC должен обеспечить. Протокол LLC помещает пакет протокола верхнего уровня в свой кадр, который дополняется необходимыми служебными полями. Далее через, межуровневый интерфейс протокол LLC передает свой кадр вместе с адресной информацией об узле назначения соответствующему протоколу уровня MAC, который упаковывает кадр LLC в свой кадр (например, кадр Ethernet), имеющий следующий формат:

В основу протокола LLC положен протокол HDLC (High-level Data Link Control), являющийся стандартом ISO. Собственно стандарт HDLC представляет собой обобщение протокола SDLC, разработанного компанией IBM. На основе HDLC в ITU-T разработано несколько стандартов канального уровня: протокол LAP-B сетей Х.25, протокол LAP-D, используемый в сетях ISDN, и протокол LAP-M/V.42, работающий в современных модемах. В спецификации IEEE 802.2, как и во всех перечисленных протоколах, имеются некоторые отличия от стандарта HDLC.

Первоначально в фирменных технологиях подуровень LLC не выделялся и его функции растворялись в общих функциях протокола канального уровня. Из-за больших различий в функциях протоколов фирменных технологий, которые можно отнести к уровню LLC, на уровне LLC пришлось ввести три типа процедур, Протокол сетевого уровня может обращаться к одной из этих процедур.