Работа в мрежа - страница 7
Ориз. 3.2. Пренос на информация в широколентови мрежи
Широколентовите мрежи имат следните основни характеристики:
• позволяват няколко едновременни предавания без взаимни колизии;
• позволяват прехвърляне на голямо количество информация;
• поддържат по-големи разстояния;
• сравнително скъпи, използват специфично оборудване;
• по-сложни за работа и преконфигуриране от теснолентовите мрежи. При предаване/получаване на информация всеки честотен канал използва свой модем.
Пример за широколентова мрежа е мрежата MITRENET на френската компания MITRE. Тази мрежа предава данни със скорост от 1,2 Mbps и има специален контролен възел, който измерва трафика и събира статистически данни за всеки потребител на мрежата. Друг пример за такива мрежи е WANGNET LAN от WANG Labs. Тази мрежа осигурява работата на един магистрален канал със скорост 12 Mbps, 16 канала със скорост 64 Kbps, 32 канала за постоянна комуникация (9,6 Kbps), 265 канала, работещи в пакетен режим (9,6 Kbps) и мрежа от телевизионни канали.
3.4. Методи за достъп
Поради факта, че предаването е единичен и общ ресурс за пренос на информация за всички мрежови възли, се изисква определен регламент или набор от правила, според които възлите ще имат достъп до този споделен ресурс. Такъв метод се нарича метод за достъп. Методите за достъп могат да бъдат разделени на два класа:
При детерминиран метод за достъп предавателната среда се разпределя между възлите, като се използва специален контролен механизъм, който гарантира предаването на данни от възлите в рамките на сравнително кратък интервал от време.
С недетерминиран (или случаен) методдостъп, всички мрежови възли работят в режим на конкуренция за преносната среда. Възможни са едновременни опити за предаване на няколко различни станции, в резултат на което възниква сблъсък, който се разрешава по един или друг начин.
Детерминирани методи за достъп. Най-известните детерминирани методи за достъп до LAN са:
– начин на прехвърляне на правата;
– метод на пръстеновидни прорези.
Най-често се използва методът Polling (но не е задължителен)
в звездни мрежи, тъй като се основава на наличието на централен
мрежов възел. С този метод мрежовият възел получава достъп до него съгласно следните правила:
– всички мрежови възли могат да предават информация само когато получат разрешение от централния възел;
– централният възел последователно анкетира всеки периферен възел за наличие на информация за предаване;
– ако запитваният в момента възел има информация за предаване, той уведомява централния възел за това;
– в отговор на заявка за предаване, централният възел предоставя на станцията изключителното право да използва предавателната среда. След завършване на прехвърлянето централният възел възобновява запитването на периферните възли.
Методът за прехвърляне на правото се използва в мрежи с пръстеновидна топология.
(IBM Token Ring Network), топология на шина (ARCnet-Bus), топология на звезда (ARCnet-STAR). Този метод се основава на последователно циркулиране в мрежата на специален пакет, наречен токен (Token), който регулира правото на прехвърляне в мрежата. Токенът има две състояния: „свободен“ и „зает“ и циркулира в кръг от възел до възел. Следователно мрежите, използващи този метод за достъп, дори и да не са пръстеновидни топологии, се наричат логически пръстени.
Методът на прехвърляне се състои отследващи стъпки.
4. След като изпращачът получи своя кортеж обратно, той освобождава токена и го изпраща към мрежата.
Методът на пръстеновидния слот се използва само в пръстеновидни топологии. Други алтернативни наименования на този метод са: „метод на пръстеновидна сегментация“, „метод на пръстеновидна сегментация“. Най-ярките й представители са английските мрежи Cambridge Ring и TransRing-3000.
За разлика от метода на прехвърляне, този метод позволява повече от един възел да предава информация по мрежата едновременно. При този метод вместо един токен в мрежата циркулират няколко слота (обикновено от 2 до 8) с фиксирана дължина. За разлика от контролен маркер, много голям брой
ограничено количество информация (обикновено от 8 до 32 байта). Всеки слот, подобно на маркера, има две състояния: "свободен" и "зает".
Алгоритъмът на работа на този метод е както следва.
1. Възел, желаещ да предаде информация, я разделя на пакети с дължина, съответстваща на дължината, която слотът може да приеме.
3. Приемащият възел разпознава "своите" слотове, копира съдържащата се в тях информация в себе си и маркира факта на приемане чрез задаване на специален бит в слота; той прави това, докато не пристигне слот със знаци за завършване на информацията.
4. Обработеният слот се връща на възела, който го е изпратил, който го освобождава, правейки го достъпен за други мрежови възли.
Метод на произволен достъп. Най-разпространеният недетерминиран метод за достъп е методът за множествен достъп със засичане на носител и откриване на сблъсък −
CSMA/CD (Carrier-Sense Multiple Access / Collision Detection).
Този метод се основава на следния алгоритъм (фиг. 3.3).
Ориз. 3.3. Организация на достъпа по метода CSMA/CD
1. Възел, който иска да предаде информация, слуша предавателната среда, чакайки тя да бъде освободена (ако е заета, значи някой друг предава). Това е разпознаване на носителя.
3. Ако приемникът чуе само собствения си пакет, актът на предаване се счита за нормално завършен.
използвайки друг специален пакет, получателят уведомява подателя, че пакетът е получен.
5. Ако приемникът започне да чува не само собствения си пакет, но и нечий друг, той възприема този факт като сблъсък на предаване с друг възел (решаващ да предава по същото време) и незабавно спира предаването си. Другите възли, участващи в сблъсъка, правят същото. В този случай цялата информация, предадена преди сблъсъка, се възприема от други мрежови възли като "шум" и се игнорира.
6. Възлите, участващи в сблъсъка, изчакват произволно време, след което им е позволено да опитат отново предаване.
Има няколко варианта на протокола CSMA/CD. Представяме само две от тях.
Протоколът CSMA е стара версия на този протокол, при която мрежата се прослушва само преди да започне предаването и се открива сблъсък на логическо ниво чрез получаване или неполучаване на потвърждение за получаване на пакета от получателя. Мрежите, използващи този протокол, включват IO-Net, PC NET.
През последните години нова версия на този протокол стана широко разпространена - CSMA / CA (Carrier-Sense Multiple Access / Collision Avoidance), т.е. избягване на сблъсък. При този тип протокол възел, който иска да предаде данни, чака мрежата да се освободи, но след това не предава самите данни, а специален сигнал (Намерение), който уведомява другите станции за намерението сидавам информация. Ако няма изкривяване на този сигнал в мрежата (което задава прослушване), тогава той се възприема от други станции и данните могат да се предават без смущения. По този начин с този метод могат да се сблъскат само специални сигнали, а не информационни пакети. Тази дисциплина се използва например в мрежата Corvus Omninet.
3.5. Топология на компютърните мрежи
Схемата за свързване на мрежови възли един с друг чрез канали за предаване на данни се нарича мрежова топология. Има много голям брой различни топологии, но най-често срещаните (основни) сред тях са "звезда", "пръстен" и "обща шина"
Звездна топология. Концепцията за звездна мрежова топология идва от областта на мейнфрейм компютрите, в които хост машината получава и обработва всички данни от периферни устройства като активен възел за обработка на данни. Този принцип се използва в системи за комуникация на данни като електронна поща RELCOM. Цялата информация между две периферни работни станции преминава през централната
възел на компютърна мрежа. Организацията на връзките между компютрите в този случай е показана на фиг. 3.4.
Ориз. 3.4. Звездна топология
Ширината на честотната лента на мрежата се определя от изчислителната мощност на възела и е гарантирана за всяка работна станция - не възникват сблъсъци на данни (сблъсъци). Окабеляването е сравнително лесно, тъй като всяка работна станция е свързана към възел, но разходите за окабеляване са високи, особено когато централният възел географски не е в центъра на топологията. При разширяване на компютърни мрежи не могат да се използват предварително направени кабелни връзки: трябва да се постави отделен кабел от центъра на мрежата до ново работно място.
Топология във форматаstar е най-бързата от всички компютърни мрежови топологии, тъй като предаването на данни между работните станции преминава през централния възел (с неговата добра производителност) по отделни линии, използвани само от тези работни станции. Честотата на заявките за пренос на информация от една станция към друга е ниска в сравнение с постигнатата в други топологии.
Производителността на компютърната мрежа зависи основно от капацитета на централния файлов сървър. Може да бъде тясно място в компютърна мрежа. Ако централният възел се повреди, работата на цялата мрежа се нарушава. Централният контролен възел - файловият сървър може да реализира оптималния защитен механизъм срещу неоторизиран достъп до информация, а цялата компютърна мрежа може да се контролира от неговия център.
Топология на пръстена. При пръстеновидна мрежова топология работните станции са свързани една с друга в кръг, т.е. работна станция 1 с работна станция 2, работна станция 3 с работна станция 4 и т.н. Последната работна станция е свързана с първата. Комуникационната връзка е затворена в пръстен. Пример за организация на комуникацията е показан на фиг. 3.5.
Файлов сървър
Ориз. 3.5. Топология на пръстена
Основният проблем при пръстеновидната топология е, че всяка работна станция трябва да участва активно в преноса на информация и ако поне една от тях откаже, цялата мрежа се парализира. Повредите в кабелните връзки се локализират лесно. Свързването на нова работна станция изисква кратко изключване на мрежата, тъй като пръстенът трябва да е отворен по време на инсталацията. Няма ограничение за обхвата на компютърната мрежа, тъй като в крайна сметка той се определя единствено от разстоянието между две работни станции.
Специална форма на пръстеновидна топология е логическата пръстеновидна мрежа. Физически той се събира като група звездни топологии. Отделните звезди се включват с помощта на специални хъбове (англ. Hub - концентратор), които на български понякога се наричат и “хъб”. В зависимост от броя на работните станции и дължината на кабела между работните станции се използват активни или пасивни хъбове. Активните хъбове допълнително съдържат усилвател за свързване от 4 до 16 работни станции. Пасивният хъб е чисто устройство за разделяне (за максимум три възела). Управлението на една работна станция в логически пръстен е същото като във физически пръстен. На всяка работна станция се присвоява съответна
Шинова топология. При шинна топология (фиг. 3.6) средата за предаване на информация се представя под формата на комуникационен път, достъпен за всички работни станции, към който всички те трябва да бъдат свързани. Всички работни станции могат да комуникират директно с всяка работна станция в мрежата. Работните станции по всяко време, без да прекъсват работата на цялата компютърна мрежа, могат да бъдат свързани към нея или изключени. Функционирането на компютърна мрежа не зависи от състоянието на отделна работна станция.
Ориз. 3.6. Шинова топология
В стандартната ситуация за Ethernet bus мрежа често се използва тънък кабел или кабел Cheapernet с тройник. Изключването и особено свързването с такава мрежа изисква прекъсване на автобуса, което причинява прекъсване на циркулиращия поток от информация и блокиране на системата. Новите технологии предлагат пасивни щепсели, чрез които работните станции могат да се изключват и/или включват, докато компютърната мрежа работи.
Поради факта, че работните станции могат да бъдат включени, без да се прекъсват мрежовите процеси и комуникационната среда, е много лесно да се подслушва информация (т.е. да се докосне информация от комуникационната среда).
В мрежи с директно (немодулирано) предаване на информация винаги може да има само една станция, която да я предава. За да се предотвратят сблъсъци, в повечето случаи се използва метод за временно разделяне, според който всяка свързана работна станция в определени моменти от време получава изключителното право да използва канала за предаване на данни. Следователно изискванията за честотната лента на компютърната мрежа при повишено натоварване са намалени (по-специално, когато се въвеждат нови работни станции). Работните станции са свързани към шината посредством устройства TAP (Terminal Access Point). КАТРАН