Персональний сайт - топологія обчислювальної мережі і методи доступу
Топологія обчислювальної мережі і методи доступу
Топологія обчислювальної мережі
Топологія (конфігурація) - це спосіб з'єднання комп'ютерів в мережу. Тип топології визначає вартість, захищеність, продуктивність і надійність експлуатації робочих станцій, для яких має значення час звернення до файлового сервера.
Поняття топології широко використовується при створенні мереж. Одним з підходів до класифікації топологій ЛОМ є виділення двох основних класів топологій: широкомовні і послідовні.
У шіроковещательнихтопологіях ПК передає сигнали, які можуть бути сприйняті іншими ПК. До таких топологиям відносяться топології: загальна шина, дерево, зірка.
У последовательнихтопологіях інформація передається тільки одному ПК. Прикладами таких топологій є: довільна (довільне з'єднання ПК), кільце, ланцюжок.
При виборі оптимальної топології переслідуються три основних мети:
1-забезпечення альтернативної маршрутизації і максимальної надійності передачі даних;
2-вибір оптимального маршруту передачі блоків даних;
3-надання прийнятного часу відповіді та потрібної пропускної здатності.
При виборі конкретного типу мережі важливо враховувати її топологію. Основними мережевими топологиями є: шинна (лінійна) топологія, зіркоподібна, кільцева і деревоподібна.
Наприклад, в конфігурації мережі ArcNet використовується одночасно і лінійна, і зіркоподібна топологія. Мережі Token Ring фізично виглядають як зірка, але логічно їх пакети передаються по кільцю. Передача даних в мережі Ethernet відбувається за лінійною шині, так що всі станції бачать сигнал одночасно.
Існують п'ять основних топологій (рис. 4.1):
1-загальна шина (Bus);
Загальна шина це тип мережевий топології, в якій робочі станції розташовані вздовж однієї ділянки кабелю, званого сегментом.
Прикладами використання топології загальна шина є мережу 10Base-5 (з'єднання ПК товстим коаксіальним кабелем) і 10Base-2 (з'єднання ПК тонким коаксіальним кабелем).
Кільце - це топологія ЛВС, в якій кожна станція з'єднана з двома іншими станціями, утворюючи кільце (рис.4.3). Дані передаються від однієї робочої станції до іншої в одному напрямку (по кільцю). Кожен ПК працює як повторювач, ретранслюючи повідомлення до наступного ПК, тобто дані, передаються від одного комп'ютера до іншого нібито за естафеті. Якщо комп'ютер отримує дані, призначені для іншого комп'ютера, він передає їх далі по кільцю, в іншому випадку вони далі не передаються. Дуже просто робиться запит на всі станції одночасно. Основна проблема при кільцевій топології полягає в тому, що кожна робоча станція повинна активної участі в пересилання інформації, і в разі виходу з ладу хоча б однієї з них, вся мережа паралізується. Підключення нової робочої станції вимагає короткострокового вимикання мережі, тому що під час установки кільце повинне бути розімкнутими. Топологія Кільце має добре передбачуваний час відгуку, яке визначається числом робочих станцій.
Чистий кільцева топологія використовується рідко. Замість цього кільцева топологія грає транспортну роль в схемі методу доступу. Кільце описує логічний маршрут, а пакет передається від однієї станції до іншої, роблячи у результаті повний коло. У мережах Token Ring кабельна гілка з центрального концентратора називається MAU (Multiple Access Unit). MAU має внутрішнє кільце, що з'єднує всі підключені до нього станції, і використовується як альтернативний шлях, коли обірваний або від'єднаний кабель одним робочим станції. Коли кабель робочої станції приєднаний до MAU, він утворює розширення кільця: сигнали надходять до робочої станції, а потім повертаються назад у внутрішній кільце
Зірка - це топологія ЛВС (рис.4.4), в якій всі робочі станції приєднано до вузлу (наприклад, до концентратора), який встановлює, підтримує і розриває зв'язки між робочими станціями. Перевагою такої топології є можливість простого виключення несправного вузла. Однак, якщо несправний центральний вузол, вся мережа виходить з ладу.
У цьому випадку кожен комп'ютер через спеціальний мережевий адаптер підключається окремим кабелем до об'єднуючого пристрою. При необхідності можна об'єднувати разом кілька мереж з топологією Зірка, при цьому виходять розгалужені конфігурації мережі. У кожній точці розгалуження необхідно використовувати спеціальні з'єднувачі (розподільники, повторювачі або пристрої доступу).
Прикладом зіркоподібною топології є топологія Ethernet з кабелем типу Вита пара 10BASE-T, центром Зірки зазвичай є Hub.
Зіркоподібна топологія забезпечує захист від розриву кабелю. Якщо кабель робочої станції буде пошкоджений, це не призведе до виходу з ладу всього сегмента мережі. Вона дозволяє також легко діагностувати проблеми підключення, тому що кожна робоча станція має свій власний кабельний сегмент, підключений до концентратора. Для діагностики досить знайти розрив кабелю, який веде до непрацюючої станції. Інша частина мережі продовжує нормально працювати.
Метод доступу - це спосіб визначення того, яка з робочих станцій зможе наступною використовувати ЛОМ. Те, як мережа управляє доступом до каналу зв'язку (кабелю), істотно впливає на її характеристики. Прикладами методів доступу є:
1-множинний доступ з прослуховуванням несучою і дозволом колізій (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - CSMA / CD);
2-множинний доступ з передачею повноваження (Token Passing Multiple Access - TPMA) або метод з передачею маркера;
3-множинний доступ з поділом у часі (Time Division Multiple Access - TDMA);
4-множинний доступ з поділом частоти (Frequency Division Multiple Access - FDMA) або множинний доступ з поділом довжини хвилі (Wavelength Division Multiple Access - WDMA).
Алгоритм множинного доступу з прослуховуванням несучою і дозволом колізій наведено на рис. 4.5.
Метод множинного доступу з прослуховуванням несучою і дозволом колізій (CSMA / CD) встановлює наступний порядок: якщо робоча станція хоче скористатися мережею для передачі даних, вона спочатку повинна перевірити стан каналу: починати передачу станція може, якщо канал вільний. В процесі передачі станція продовжує прослуховування мережі для виявлення можливих конфліктів. Якщо виникає конфлікт через те, що два вузли спробують зайняти канал, то виявила конфлікт інтерфейсна плата, видає в мережу спеціальний сигнал, і обидві станції одночасно припиняють передачу. Приймаюча станція відкидає частково прийняте повідомлення, а всі робочі станції, які бажають передати повідомлення, протягом деякого, випадково обраного проміжку часу вичікують, перш ніж почати повідомлення.
Всі мережеві інтерфейсні плати запрограмовані на різні псевдовипадкові проміжки часу. Якщо конфлікт виникне під час повторної передачі повідомлення, цей проміжок часу буде збільшений. Стандарт типу Ethernet визначає мережу з конкуренцією, в якій кілька робочих станцій повинні конкурувати один з одним за право доступу до мережі.
Алгоритм множинного доступу з передачею повноваження, або маркера, наведено на рис. 4.6.
Мал. 4.6 Алгоритм TPMA
Маркер (token), або повноваження, - унікальна комбінація бітів, що дозволяє почати передачу даних.
Кожен вузол приймає пакет від попереднього, відновлює рівні сигналів до номінального рівня і передає далі. Рухаючись пакет може містити дані або бути маркером. Коли робочої станції необхідно передати пакет, її адаптер чекає надходження маркера, а потім перетворює його в пакет, що містить дані, відформатовані за протоколом відповідного рівня, і передає результат далі по ЛВС.
Даний метод характеризується наступними перевагами:
1-гарантує певний час доставки блоків даних в мережі;
2-дає можливість надання різних пріоритетів передачі даних.
Разом з тим він має суттєві недоліки:
1-в мережі можливі втрата маркера, а також поява декількох маркерів, при цьому мережа перестає працювати;
Множинний доступ з поділом у часі грунтується на розподілі часу роботи каналу між системами (рис.4.7).
Доступ TDMA заснований на використанні спеціального пристрою, званого тактовим генератором. Цей генератор ділить час каналу на повторювані цикли. Кожен із циклів починається сигналом разграничители. Цикл включає n пронумерованих тимчасових інтервалів, званих осередками. Інтервали надаються для завантаження в них блоків даних.
Даний спосіб дозволяє організувати передачу даних з комутацією пакетів і з комутацією каналів.
Перший (найпростіший) варіант використання інтервалів полягає в тому, що їх число (n) робиться рівним кількості абонентських систем, підключених до оскільки він розглядався каналу. Тоді під час циклу кожної системі надається один інтервал, протягом якого вона може передавати дані. При використанні розглянутого методу доступу часто виявляється, що в одному і тому ж циклі одним системам нічого передавати, а іншим не вистачає виділеного часу. В результаті - неефективне використання пропускної здатності каналу.
Другий, більш складний, але високоекономічний варіант полягає в тому, що система отримує інтервал тільки тоді, коли у неї виникає необхідність передачі даних, наприклад при асинхронному способі передачі. Для передачі даних система може в кожному циклі отримувати інтервал з одним і тим же номером. В цьому випадку передаються системою блоки даних з'являються через однакові проміжки часу і приходять з одним і тим же часом запізнювання. Це режим передачі даних з імітацією комутації каналів. Спосіб особливо зручний при передачі мови.
Доступ FDMA заснований на поділі смуги пропускання каналу на групу смуг частот (Рис. 4.8), що утворюють логічні канали.
Широка смуга пропускання каналу ділиться на ряд вузьких смуг, розділених захисними смугами. Розміри вузьких смуг можуть бути різними.
При використанні FDMA, так званої також множинним доступом з розділенням хвилі WDMA, широка смуга пропускання каналу ділиться на ряд вузьких смуг, розділених захисними смугами. У кожній вузькій смузі створюється логічний канал. Розміри вузьких смуг можуть бути різними. Передані по логічним каналам сигнали накладаються на різні які мають і в частотній області не повинні перетинатися. Разом з цим, іноді, незважаючи на наявність захисних смуг, спектральні складові сигналу можуть виходити за межі логічного каналу і викликати шум в сусідньому логічному каналі.
В оптичних каналах поділ частоти здійснюється напрямом у кожен з них променів світла з різними частотами. Завдяки цьому пропускна здатність фізичного каналу збільшується в кілька разів. При здійсненні цього мультиплексування в один світловод випромінює світло велике число лазерів (на різних частотах). Через світловод випромінювання кожного з них проходить незалежно від іншого. На приймальному кінці поділ частот сигналів, що пройшли фізичний канал, здійснюється шляхом фільтрації вихідних сигналів.
Метод доступу FDMA щодо простий, але для його реалізації необхідні передавачі та приймачі, що працюють на різних частотах.