Лекция 7. Локальные вычислительные сети

Под локальной вычислительной сетью (ЛВС) понимают такую сеть, в которой все оборудование узлов сети (рабочие станции и периферийные устройства), объединяемое физическими линиями, размещается в пределах небольшой территории. ЛВС, как правило, имеет выход в Интернет.

Основное отличие ЛВС от глобальных систем заключается в том, что для всех абонентов имеется единый высокоскоростной канал передачи данных, к которому ЭВМ и другое периферийное оборудование подключаются через специальные блоки сопряжения. Поэтому схемы соединения ЭВМ по линиям связи, а также системы телеобработки различных конфигураций не могут считаться ЛВС, даже если они обслуживают такую же по размерам территорию.

В зависимости от расстояния между компьютерами различают следующие ЛВС: локальные вычислительные сети – LAN; территориальные вычислительные сети, к которым относятся региональные MAN и глобальные WAN сети; корпоративные сети.

Локальные сети можно классифицировать по: уровню управления; назначению; однородности; административным отношениям между компьютерами; топологии; архитектуре.

Объединение офисных локальных сетей в единую корпоративную сеть организации может осуществляться: с использованием беспроводных сетей передачи данных. Применяется при построении корпоративной сети между рабочими площадками, расположенными в близко размещенных строениях; с использованием Internet в качестве транспортной среды передачи данных, с применением технологии построения VPN туннелей; с использованием арендованных каналов передачи данных. Возможно построение сети с применением технологии построения VPN туннелей или без.

Методы доступа к каналам связи. В локальных сетях, использующих разделяемую среду передачи данных (например, локальные сети с топологией шина и физическая звезда), актуальным является доступ рабочих станций к этой среде, так как если два ПК начинают одновременно передавать данные, то в сети происходит столкновение.

Для того чтобы избежать этих столкновений необходим специальный механизм, способный решить эту проблему. Шинный арбитраж – это механизм призванный решить проблему столкновений. Он устанавливает правила, по которым рабочие станции определяют, когда среда свободна, и можно передавать данные.

Существуют два метода шинного арбитража в локальных сетях: обнаружение столкновений; передача маркера.

Обнаружение столкновений. Когда в локальных сетях работает метод обнаружения столкновений, компьютер сначала слушает, а потом передает. Если компьютер слышит, что передачу ведет кто-то другой, он должен подождать окончания передачи данных и затем предпринять повторную попытку. В этой ситуации (два компьютера, передающие в одно и то же время) система обнаружения столкновений требует, чтобы передающий компьютер продолжал прослушивать канал и, обнаружив на нем чужие данные, прекращал передачу, пытаясь возобновить ее через небольшой (случайный) промежуток времени. Прослушивание канала до передачи называется «прослушивание несущей» (carrier sense), а прослушивание во время передачи — обнаружение столкновений (collision detection). Компьютер, поступающий таким образом, использует метод, называющийся «обнаружение столкновений с прослушиванием несущей», сокращенно CSCD.

Передача маркера в локальных сетях. Системы с передачей маркера работают иначе. Для того чтобы передать данные, компьютер сначала должен получить разрешение. Это значит, он должен «поймать» циркулирующий в сети пакет данных специального вида, называемый маркером. Маркер перемещается по замкнутому кругу, минуя поочередно каждый сетевой компьютер. Каждый раз, когда компьютер должен послать сообщение, он ловит и держит маркер у себя. Как только передача закончилась, он посылает новый маркер в путешествие дальше по сети. Такой подход дает гарантию, что любой компьютер рано или поздно получит право поймать и удерживать маркер до тех пор, пока его собственная передача не закончится.

Методы обмена данными в локальных сетях. Для управления обменом (управления доступом к сети, арбитражу сети) используются различные методы, особенности которых в значительной степени зависят от топологии сети.

Существует несколько групп методов доступа, основанных на временном разделении канала:

-централизованные и децентрализованные;

-детерминированные и случайные.

Централизованный доступ управляется из центра управления сетью, например от сервера. Децентрализованный метод доступа функционирует на основе протоколов без управляющих воздействий со стороны центра.

Детерминированный доступ обеспечивает каждой рабочей станции гарантированное время доступа (например, время доступа по расписанию) к среде передачи данных. Случайный доступ основан на равноправности всех станций сети и их возможности в любой момент обратиться к среде с целью передачи данных.

Централизованный доступ к моноканалу. В сетях с централизованным доступом используются два способа доступа: метод опроса и метод передачи полномочий. Эти методы используются в сетях с явно выраженным центром управления.

Метод опроса. Обмен данными в ЛВС с топологией звезда с активным центром (центральным сервером). При данной топологии все станции могут решить передавать информацию серверу одновременно. Центральный сервер может производить обмен только с одной рабочей станцией. Поэтому в любой момент надо выделить только одну станцию, ведущую передачу. Центральный сервер посылает запросы по очереди всем станциям. Каждая рабочая станция, которая хочет передавать данные (первая из опрошенных), посылает ответ или же сразу начинает передачу. После окончания сеанса передачи центральный сервер продолжает опрос по кругу. Станции, в данном случае, имеют следующие приоритеты: максимальный приоритет у той из них, которая ближе расположена к последней станции, закончившей обмен.

Обмен данными в сети с топологией шина. В этой топологии, возможно, такое же централизованное управление, как и в “звезде”. Один из узлов (центральный) посылает всем остальным запросы, выясняя, кто хочет передавать, и затем разрешает передачу тому из них, кто после окончания передачи сообщает об этом.

Метод передачи полномочий (передача маркера). Маркер – служебный пакет определенного формата, в который клиенты могут помещать свои информационные пакеты. Последовательность передачи маркера по сети от одной рабочей станции к другой задается сервером. Рабочая станция получает полномочия на доступ к среде передачи данных при получении специального пакета-маркера. Данный метод доступа для сетей с шинной и звездной топологией обеспечиваетcя протоколом ArcNet.

Обмен данными в сети с топологией шина (децентрализованный случайный метод доступа). В этом случае все узлы имеют равный доступ к сети и решение, когда можно передавать, принимается каждым узлом на месте, исходя из анализа состояния сети. Возникает конкуренция между узлами за захват сети, и, следовательно, возможны конфликты между ними, а также искажения передаваемых данных из-за наложения пакетов. Для решения этих проблем применяют различные методы, например, наиболее часто применяющийся метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (столкновений) CSMA/CD. Алгоритм этого метода будет рассматриваться в главе о сетях Ethernet.

Структура стандартов ІEEE 802.х.

Стандарты IEEE 802.X охватывают два нижних уровня 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, имеют общие черты как для ЛВС, так и для ГВС.

Специфика локальных сетей также нашла свое отражение в разделении канального уровня на два подуровня:

– логической передачи данных (Logical Link Control, LLC);

– управления доступом к среде (Media Access Control, MAC).

Уровень LLC, действующий над уровнем МАС, отвечает за установление канала связи и за безошибочную посылку и прием сообщений с данными.

Уровень МАС обеспечивает совместный доступ к физическому уровню, определение границ кадров, распознавание адресов назначения кадров. Уровень MAC появился из-за существования в локальных сетях разделяемой среды передачи данных. Этот уровень обеспечивает совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом в распоряжение той или иной станции сети. 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. В современных ЛВС 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.

Уровень LLC отвечает за передачу кадров данных между узлами с различной степенью надежности, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. Через уровень LLC сетевой протокол запрашивает у канального уровня нужную ему транспортную операцию с нужным качеством. На уровне LLC существует несколько режимов работы, отличающихся наличием или отсутствием на этом уровне процедур восстановления кадров в случае их потери или искажения, то есть отличающихся качеством транспортных услуг этого уровня. Стандарты IEEE 802 имеют достаточно четкую структуру, приведенную на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 – Структура стандартов IEEE 802.X

Комитет 802 включает следующий ряд подкомитетов:

802.1 – Internetworking – объединение сетей;

802.2 – 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 – локальные сети с методом доступа Token Ring;

802.6 – Metropolitan Area Network, MAN – сети мегаполисов;

802.7 – консультационная группа по широкополосной передаче;

802.8 – техническая консультационная группа по ВОС;

802.9 – интегрированные сети передачи голоса и данных;

802.10 – Network Security – сетевая безопасность;

802.11 – Wireless Networks – беспроводные сети;

802.12 – Demand Priority Access LAN, l00VG-AnyLAN – локальные сети с методом доступа по требованию с приоритетами.

Уровень LLC предоставляет верхним уровням три типа процедур:

– LLC1 – сервис без установления соединения и без подтверждения;

– LLC2 – сервис с установлением соединения и подтверждением;

– LLC3 – сервис без установления соединения, но с подтверждением.

Основная литература: 2 [353 – 356], 3 [218 –220]

Дополнительная литература: 8 [353 – 388]

Контрольные вопросы:

1. Что означает локальная вычислительная сеть?

2. Какие методы доступа к каналам связи вы знаете?

3. Как осуществляется метод передачи маркера?

4. Какие уровни охватывают стандарты IEEE 802.X?

5. На какие подуровни разделяется канальный уровень?