7.6. СетеВые архитектуры

Сетевые архитектуры — это комбинация стандартов, топологий и протоколов, необходимых для создания работоспособной сети.

7.6.1. Методы доступа к сетевому ресурсу

Для использования сетевого ресурса необходимо получить дос­туп к нему. Существуют три метода доступа:

• множественный доступ с контролем несущей,

• доступ с передачей маркера,

• доступ по приори­тету запроса.

Метод доступа — это набор правил, которые определяют, как компьютер должен отправлять и принимать данные по сетевому кабелю.

Компьютеры получают доступ к сети поочередно на короткое время. Обычно несколько компьютеров в сети имеют совместный доступ к кабелю. Однако если два компьютера попытаются переда­вать данные одновременно, их пакеты столкнутся и будут испорче­ны. Возникает так называемая коллизия. Все компьютеры в сети дол­жны использовать один и тот же метод доступа, иначе произойдет сбой в работе сети, когда отдельные компьютеры, чьи методы доми­нируют, не позволят остальным осуществлять передачу.

Множественный доступ с контролем несущей подразделяется на:

• множественный доступ с обнаружением коллизий;

• множественный доступ с предотвращением коллизий.

Рассмотрим особенности каждого метода доступа.

Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением кол­лизий (CSMA/CD). Все компьютеры в сети − и клиенты, и серверы — прослушивают ка­бель, стремясь обнаружить передаваемые данные, т.е. трафик. Ком­пьютер может начать передачу только тогда, когда убедится, что ка­бель свободен — трафик отсутствует. Пока кабель занят, ни один из компьютеров не может вести передачу. Если возникает коллизия, то эти компьютеры приостанавливают передачу на случайный интервал времени, а затем вновь стараются наладить связь. Причем периоды ожидания у них разные, что снижает вероятность одновременного во­зобновления передачи.

Название метода раскрывает его суть: компьютеры как бы прослушивают кабель, отсюда — контроль несущей. Чаще всего сразу не­сколько компьютеров в сети хотят передать данные, отсюда множе­ственный доступ. Прослушивание кабеля дает возможность обнару­жить коллизии, отсюда обнаружение коллизий.

Способность обнаруживать коллизии ограничивает область дей­ствия самого CSMA/CD. При длине кабеля > 2,5 км механизм об­наружения коллизий становится неэффективным — некоторые ком­пьютеры могут не услышать сигнал и начнут передачу, что приведет к коллизии и разрушению данных.

CSMA/CD является состязательным методом, так как компью­теры конкурируют между собой за право передавать данные. Он яв­ляется громоздким, но современные реализации настолько быстры, что пользователи не замечают, что сеть работает, используя состяза­тельный метод. Однако чем больше компьютеров в сети, тем интен­сивнее сетевой трафик, и число коллизий возрастает, а это приво­дит к уменьшению пропускной способности сети. Поэтому в некоторых случаях метод CSMA/CD все же оказывается недостаточ­но быстрым. Так, лавинообразное нарастание повторных передач способно парализовать работу всей сети. Вероятность возникновения подобной ситуации зависит от числа пользователей, работающих в сети, и приложений, с которыми они работают. Например, БД ис­пользуют сеть интенсивнее, чем ТП.

Множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий (CSMA/CA). Этот метод самый непопулярный среди всех методов доступа. Каждый компьютер перед передачей данных в сеть сигнализирует о своем намерении, поэтому остальные компьютеры «узнают» о готовящейся передаче и могут избежать коллизий. Однако широковеща­тельное оповещение увеличивает общий трафик и уменьшает пропус­кную способность сети. Поэтому CSMA/CA работает медленнее, чем CSMA/CD.

Доступ с передачей маркера. Суть метода заключается в следую­щем: пакет особого типа, маркер (token), циркулирует от компьюте­ра к компьютеру. Чтобы послать данные в сеть, любой компьютер должен сначала «дождаться» прихода свободного маркера и «захва­тить» его. Захватив маркер, компьютер может передавать данные. Когда какой-либо компьютер наполнит маркер своей информацией и пошлет его по сетевому кабелю, другие компьютеры уже не смогут передавать данные, так как в каждый момент времени только один компьютер использует маркер. В сети не возникает ни состязания, ни коллизий, ни временных задержек.

Доступ по приоритету запроса (demand priority). Относительно новый метод доступа, разработанный для сети Ethernet со скоростью передачи 100 Мбит/с − 100VG-AnyLan. Этот метод учитывает своеобразную конфигурацию сетей 100VG-AnyLan, которые состоят только из концентраторов и оконечных узлов. Концентраторы управляют доступом к кабелю, последовательно опрашивая каждый узел в сети и выявляя запросы на передачу. Концентратор должен знать все адреса связи и узлы и про­верять их работоспособность. Оконечным узлом в соответствии со спецификацией 100VG-AnyLan может быть компьютер, мост, марш­рутизатор или коммутатор.

При доступе по приоритету запроса, как и при CSMA/CD, два компьютера могут конкурировать за право передать данные. Однако в этом методе реализуется принцип, по которому определенные типы данных, если возникло состязание, имеют соответствующий приори­тет. Получив одновременно два запроса, концентратор вначале от­дает предпочтение запросу с более высоким приоритетом. Если зап­росы имеют одинаковый приоритет, они будут выполнены в произвольном порядке.

Для сетей с использованием доступа по приоритету запроса раз­работана специальная схема кабеля, поэтому каждый компьютер мо­жет одновременно передавать и принимать данные. Применяется восьмипроводный кабель, по каждой паре проводов которого сигнал передается с частотой 25 Мгц.