17. Архитектура и стандарты локальных сетей эвм

Под архитектурой сети ЭВМ понимается совокупность сетевых аппа­ратных и программных решений, методов доступа к сетевым ресурсам и ис­пользуемых протоколов.

Архитектура локальных сетей ЭВМ базируется на принципе многоуров­невого управления процессами, реализуемого иерархической совокупностью протоколов и интерфейсов, и практически полностью соответствует семиуров­невой архитектуре эталонной модели взаимодействия открытых систем (модели

OSI). Основное отличие архитектур заключается в реализации физического и канального уровней. Эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей. Физический уровень определяет тип используемого кабеля, электрических разъемов, форму и способ кодирования дискретных сигналов. Канальный уровень обеспечивает передачу информационных кадров (пакетов) между абонентскими системами, входящими в состав одной сети.

В архитектуре локальных сетей канальный уровень делится на два поду­ровня:

• управления логическим каналом передачи данных (Logical Link Control, LLC);

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

Подуровень МАС управляет доступом к разделяемому моноканалу. Он преобразует разделяемый физический моноканал в виртуальные каналы типа «точка-точка» между парами абонентских систем.

В современных локальных сетях получили распространение несколько протоколов MAC-уровня, реализующих различные алгоритмы доступа к разде­ляемой среде. Эти протоколы полностью определяют специфику таких сетевых технологий как Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

Подуровень LLC обеспечивает достоверную передачу информационных кадров между абонентскими системами, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. Для подуровня LLC также существует несколько вариантов протоколов, отличающихся наличием или отсутствием на этом подуровне процедур восстановления кадров в случае их потери или иска­жения, то есть отличающихся качеством транспортных услуг этого уровня.

Протоколы подуровней MAC и LLC взаимно независимы - каждый про­токол MAC-уровня может применяться с любым типом протокола LLC-уровня и наоборот.

18. Технические средства и оборудование локальных сетей эвм

Технические средства и оборудование локальных сетей ЭВМ можно раз­делить на три функциональные группы:

• сетевое оконечное оборудование;

• коммуникационное оборудование;

• структурированные кабельные системы.

Оконечное оборудование

Абонентские системы локальных сетей ЭВМ представляют собой сетевое оконечное оборудование.

Под оконечным оборудованием понимаются все устройства, являющиеся ис­точниками или приемниками информации, передаваемой по сети.

Наиболее типичными представителями оконечного оборудования являются сетевые компьютеры (рабочие станции), серверы и периферийные устройства, со­вместно используемые всеми абонентами сети.

Компьютеры, подключенные к локальной сети, называются сетевыми рабочими станциями и являются самым универсальным сетевым оборудовани­ем. Прикладное использование компьютеров в сети определяется их про­граммным обеспечением (ПО) и установленными дополнительными техниче­скими средствами. Установка мультимедийного оборудования позволяет ис­пользовать сетевые компьютеры не только для локальной или распределенной обработки данных, но и в качестве IP-телефонов, видеотелефонов, терминалов видеоконференцсвязи, видео- и звуковоспроизводящей или записывающей цифровой аппаратуры. Сетевой интерфейс обеспечивается сетевыми адаптера­ми (сетевыми картами) и программными средствами операционной системы. Для дальних коммуникаций могут использоваться, внутренние или внешние модемы.

Сетевые адаптеры (СА) могут входить в состав системной платы рабочей станции (интегрированные СА) или подключаться к ней через слоты (разъемы) расширения. СА обеспечивают формирование информационных кадров (паке­тов), передачу и прием информационных кадров из сети, буферизацию данных для согласования скорости их приема и передачи, кодирование и декодирова­ние данных, проверку правильности передачи данных, установление соедине­ния с требуемой абонентской системой и т.п.

Серверы сети - это аппаратно - программные системы, выполняющие функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа. Сер­веры могут использоваться и в качестве сетевых рабочих станций. Аппаратная часть сервера обычно представляет собой мощный универсальный или специа­лизированный компьютер. В составе локальных сетей может быть одновре­менно несколько различных серверов (файл - сервер, сервер приложений, принт - сервер и т.д.).

Для подключения серверов к сети обычно используются полнодуплекс­ные высокопроизводительные сетевые адаптеры для высокоскоростных шин.

Серверы могут иметь возможность «горячей» замены (hot swap) диско­вых накопителей, резервирование питания, блокировку несанкционированного доступа, средства мониторинга состояния (включая возможность сообщения о критических событиях на пейджер администратора). Серверы, как правило, должны иметь высокопроизводительную дисковую подсистему, в качестве ин­терфейса которой используют шину SCSI.

Терминалы - это устройства удаленного ввода-вывода информации. Ис­пользуются в клиент-серверных системах в качестве рабочих мест пользовате­лей, а также в качестве консоли для управления сетевым оборудованием.

Разделяемые (сетевые) принтеры обеспечивают печать заданий от мно­жества пользователей локальной сети. В общем случае для этого требуется принт-сервер - средство выборки заданий из очереди (очередей) и собственно принтер, логически подключенный к принт-серверу. В роли принт-сервера мо­жет выступать сетевая рабочая станция (рис.14.2а) или отдельное устройство (микроконтроллер), непосредственно встраиваемое в сетевой принтер. Принт- сервер всегда снабжается сетевым интерфейсом, поэтому сетевой принтер территориально может располагаться в любом месте помещения, где есть ро­зетка кабельной сети.

Коммуникационное оборудование

Под коммуникационным оборудованием локальных сетей понимаются уст­ройства, обеспечивающие передачу информационных пакетов (кадров) между всеми абонентскими системами сети и взаимодействие с другими сетями ЭВМ. Коммуникационное сетевое оборудование не является источником или конеч­ным получателем данных.

Повторители (repeater) — устройства, усиливающие электрические сиг­налы и обеспечивающие сохранение их формы и амплитуды при передаче на большие расстояния. Используются для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с шинной топологией с целью увеличения общей протяженности сети.

Концентраторы или хабы (hub) - разновидность повторителей. Имеют несколько портов, что позволяет подключать к одному концентратору одно­временно несколько физических сегментов сети. Концентраторы ретранслиру­ют сигналы, пришедшие на один из портов, на все другие порты. Концентрато­ры всегда изменяют физическую топологию сети на звездообразную, но остав­ляют без изменения ее логическую топологию.

Мосты (bridge) - устройства, позволяющие разделять единую локальную сеть на несколько логических сегментов и изолировать трафик одного логиче­ского сегмента от другого. Локализация трафика внутри сегментов позволяет повысить общую пропускную способность сети. Информационное взаимодей­ствие между сегментами осуществляется только в том случае, когда источник и приемник информации находятся в разных сегментах. Одновременно информа­ционный обмен может осуществляться только между одной парой сегментов. В настоящее время мосты вытесняются из состава сетевого оборудования комму­таторами.

Коммутаторы (switch) - по логике работы идентичны мостам, но за счет большей интеллектуализации своей работы способны осуществлять ин­формационный обмен одновременно между несколькими парами логических сегментов сети.

Преобразователи интерфейсов (media converter) - устройства, позво­ляющие использовать в одной локальной сети различные типы передающей фи­зической среды. Позволяют осуществлять переходы от одной среды передачи к другой (например, от витой пары к оптоволокну или радиоканалу) без логиче­ского преобразования сигналов, а также позволяют увеличивать общую протя­женность сети.

Маршрутизаторы (router) — устройства, обеспечивающие информаци­онный обмен между логически не связанными локальными сетями ЭВМ. Мар­шрутизаторы анализируют содержание информационного кадра, определяют его дальнейший наилучший путь, выполняют его некоторое протокольное пре­образование для согласования и передачи в другую сеть, создают нужный ло­гический канал и передают сообщение по назначению. Маршрутизаторы обес­печивают достаточно сложный уровень сервиса: они могут соединять сети с разными методами доступа к передающей среде; перераспределять нагрузки в линиях связи, направляя информационные кадры в обход наиболее загружен­ных участков и т. д.

Модемы — устройства для передачи информационных кадров на большие расстояния по выделенным или коммутируемым линиям. Интерфейс со стороны оконечных устройств (источников и приемников данных) может быть последова­тельным, параллельным, шиной USB и т.п. В состав локальных сетей могут вхо­дить модемные пулы и LAN-модемы.

Модемный пул — сборка из нескольких модемов, которые со стороны се­тевого оконечного оборудования объединены общим портом с интерфейсом локальной сети (как правило, Ethernet). Каждый модем пула подключается к своей внешней линии. Устройство позволяет одновременно нескольким (в преде­лах числа модемов и линий) абонентам локальной сети пользоваться индивиду­альными выходами во внешний мир (dial-out) и/или обеспечивать нескольким внешним пользователям доступ к локальной сети (dial-in).

LAN-модем — комбинация модема и маршрутизатора, имеющая в каче­стве интерфейса, обращенного к оконечному оборудованию, сетевой порт (обыч­но Ethernet). Позволяет одновременно пользоваться одним выходом во внешний мир группе абонентов локальной сети.

Структурированная кабельная система

Структурированная кабельная система (Structured Cabling System, SCS)

• это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также способы и методы их совместного ис­пользования, которые позволяют создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в сетях ЭВМ.

Структурированная кабельная система имеет иерархическую структуру и включает в себя:

• точки (розетки) подключения к сети абонентских систем (в пределах от­дельных помещений каждого этажа многоэтажного здания);

• горизонтальные подсистемы (в пределах каждого этажа);

• вертикальные подсистемы (между этажами многоэтажного здания);

• подсистему кампуса (в пределах одной территории с несколькими здания­ми или объектами).

Горизонтальные подсистемы соответствуют этажам здания. Они соеди­няют кроссовые шкафы этажей с розетками пользователей.

Вертикальные подсистемы соединяют кроссовые шкафы каждого этажа с центральным распределительным узлом здания.

Подсистема кампуса соединяет сетевое оборудование нескольких зда­ний между собой. Эта часть кабельной системы обычно называется магистра­лью.

Использование структурированной кабельной системы вместо хаотиче­ски проложенных кабелей дает следующие преимущества:

• универсальность. Структурированная кабельная система может использо­ваться как единая среда для передачи компьютерных данных в локальной сети ЭВМ, организации локальной телефонной сети, передачи видеоин­формации и даже передачи сигналов от датчиков пожарной безопасности или охранных систем. Это позволяет автоматизировать многие процессы контроля, мониторинга и управления службами и системами жизнеобеспе­чения организации или военного объекта.

• увеличение срока службы. Срок морального старения хорошо структуриро­ванной кабельной системы может составлять 10-15 лет.

• уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения. Известно, что стоимость кабельной системы значительна и определяется в основном не стоимостью кабеля, а стоимостью работ по его прокладке. Поэтому более выгодно провести однократную работу по прокладке кабеля, возможно, с большим запасом по длине, чем несколько раз выполнять прокладку, наращивая длину кабеля. При таком подходе все работы по добавлению или перемещению пользователя сводятся к подклю­чению компьютера к уже имеющейся розетке.

• возможность легкого расширения сети. Структурированная кабельная система является модульной, поэтому ее легко расширять. Например, к ма­гистрали можно добавить новую подсеть, не оказывая никакого влияния на существующие подсети. Можно заменить в отдельной подсети тип кабеля независимо от остальной части сети. Структурированная кабельная систе­ма является основой для деления сети на легко управляемые логические сегменты, так как она сама уже разделена на физические сегменты.

• обеспечение более эффективного обслуживания. Структурированная ка­бельная система облегчает обслуживание и поиск неисправностей по срав­нению с шинной кабельной системой. При шинной организации кабельной системы отказ одного из устройств или соединительных элементов приво­дит к трудно локализуемому отказу всей сети. В структурированных ка­бельных системах отказ одного сегмента не действует на другие, так как объединение сегментов осуществляется с помощью концентраторов. Кон­центраторы диагностируют и локализуют неисправный участок.

• надежность. Структурированная кабельная система имеет повышенную надежность, поскольку производитель такой системы гарантирует не толь­ко качество ее отдельных компонентов, но и их совместимость.