Стандартные архитектуры локальных вычислительных сетей

Под архитектурой вычислительной сети принято понимать совокупность стандартов, топологий и протоколов, необходимых для ее функционирования.

Ранее уже отмечалось, что разработка стандартов локальных вычис­лительных сетей возложена на комитет 802 международного института IEEE, который почти за четверть века своего существования разработал и утвердил, по крайней мере, три наиболее распространенные на сегодняшний день стандартные архитектуры локальных вычислительных сетей (рис. 2.1):

- Ethernet - IEEЕ 802.3;

- Token bus-IEЕЕ 802.4;

- Token ring - IEЕЕ 802.5.

Рисунок 2.1. - Стандартные локальные вычислительные сети

Архитектура Ethernet - IEEE 802.3

Общая характеристика архитектуры сетей стандарта IEEЕ 802.3 такова:

- информационный блок - кадр;

- размер кадра - до 1518 байт (без учета преамбулы (8 байт) и завершителя кадра (1 байт);

- обмен кадрами - широковещательный с проверкой адресата;

- среда передачи - коаксиальный кабель (тонкий, толстый), витая пара (3,4, 5-й категории), оптоволоконный кабель;

- доступ к среде передачи - множественный доступ с обнаружением несущей (CSMA/CD);

- скорость передачи данных - 10-1000 Мбит/с;

- физическая топология - «шина», «звезда»;

- логическая топология - «шина»;

- размеры сетей - от нескольких метров до нескольких километров (при использовании повторителей).

В зависимости от среды передачи данных IEЕЕ 802.3 определяет не­сколько различных стандартов физических подключений локальных сетей, каждый из которых имеет наименование, в котором отражены такие его важнейшие характеристики:

- 1 Base5 - неэкранированная витая пара категории 2;

- 10Base5 - толстый коаксиальный кабель;

- 10Base2 - тонкий коаксиальный кабель;

- 10 Base-T - неэкранированная витая пара категории 3;

- 10 Base-F - волоконно-оптический кабель.

Высокоскоростные сети класса Ethernet (Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) определены стандартами IEEE 802.3u и IEEE 802.3z соответственно. В первом случае различают варианты 100 мегабитовых сетей:

- 100Base-TX - 2 неэкранированные витые пары категории 5;

- 100Base-T4 - 4 неэкранированные витые пары категории 5;

- 100 Base-FX - волоконно-оптический кабель.

Для Gigabit Ethernet стандартом определены следующие стандартные физические подключения сети:

- 1000Base-SX - многомодовый волоконно-оптический кабель с длиной волны 830 нм;

- 1000Base-LX — одномодовый (с длиной волны 1270 нм) или много­модовый волоконно-оптический кабель;

- 1000Base-CX-экранированная витая пара;

- 1000Base-T-неэкранированная витая пара категории 5.

Общая шина

Рисунок 2.2. Шинная топология

При использовании шинной топологии (рис.2.2.) компьютеры (РС – рабочая станция) соединяются в одну линию, на концах которой устанавливают терминаторы (заглушки). Терминаторы представляют собой резисторы, устанавливаемые на обоих концах сегмента для согласования волнового сопротивления кабеля. Сигнал, дошедший до конца сегмента, поглощается терминатором - это позволяет избавиться от паразитных отраженных сигналов в сети. Если терминаторы не устанавливать, отраженный от конца кабеля сигнал снова попадает в кабель - этот отраженный сигнал будет являться в данном случае помехой и может породить множество проблем вплоть до полной неработоспособности сети. Преимущества шинной топологии заключаются в простоте организации сети, низкой стоимостии в случае выхода из строя станции на работу сети это не влияет. Недостатком является низкая устойчивость к повреждениям - при любом обрыве кабеля вся сеть перестает работать, а поиск повреждения весьма затруднителен, небольшая дальность передачи, нельзя использовать разный тип кабеля на разных участках сети.

Топология Звезда

При использовании топологии "звезда"(рис.2.3.), каждый компьютер подключается к специальному концентратору (хабу). Преимуществом этой топологии является ее устойчивость к повреждениям кабеля - при обрыве перестает работать только один из узлов сети и поиск повреждения значительно упрощается

Рисунок 2.3. Топология «звезда»

Недостатком является более высокая стоимость из-за наличия HUB. В случае выхода из строя центрального узла, вся сеть перестает работать. Количество рабочих станций в этой схеме определяется конструкцией хаба.

Топология Кольцо

При топологии кольцо (рис.2.4.) узлы сети образуют виртуальное кольцо (концы кабеля соединены друг с другом). Каждый узел сети соединен с двумя соседними. Эту топологию активно продвигает фирма IBM (сети Token Ring). Преимуществом кольцевой топологии является ее высокая надежность (за счет избыточности), однако стоимость такой сети достаточно высока за счет расходов на адаптеры, кабели и дополнительные приспособления.

q Данные между РС пересылаются по кольцу. Каждый ПК в кольце вынужден пересылать все данные, даже не адресованные конкретно этому ПК. Получается регенерация сигнала на каждом ПК, при которой сигнал усиливается и компенсируется его затухание. При этом размеры сети могут достигать нескольких десятков километров.

Недостатки:

q Отказ в работе любой РС ведет к отказу сети.

q Для настройки и переконфигурации одного ПК, придется отключать сеть.

q Трудно поддерживать сеть, если кольцевая схема большая.

Рисунок 2.4.Топология кольцо