Концентратори характерні практично для всіх базових технологій локальних мереж - Ethernet, ArcNet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, l00VG-AnyLAN.

Потрібно підкреслити, що в роботі концентраторів будь-яких технологій багато загального - вони повторюють сигнали, що прийшли з одного зі своїх портів, на інших своїх портах. Різниця полягає в тому, на яких саме портах повторюються вхідні сигнали. Так, концентратор Ethernet повторює вхідні сигнали на всіх своїх портах, крім того, з якого сигнали поступають (рис. 1.6, а). А концентратор Token Ring (рис. 1.6, б) повторює вхідні сигнали, що поступають з деякого порту, тільки на одному порту - на тому, до якого підключений наступний в кільці комп'ютер.

Рис. 1.6. Концентратори різних технологій

Нагадаємо, що під фізичною топологією розуміється конфігурація зв'язків, утворених окремими частинами кабелю, а під логічною - конфігурація інформаційних потоків між комп'ютерами мережі. У багатьох випадках фізична і логічна топології мережі збігаються. Наприклад, мережа, представлена на рис. 1.7, а, має фізичну топологію кільце. Комп'ютери цієї мережі дістають доступ до кабелів кільця за рахунок передачі один одному спеціального кадру - маркера, причому цей маркер також передається послідовно від комп'ютера до комп'ютера в тому ж порядку, в якому комп'ютери утворюють фізичне кільце, тобто комп'ютер А передає маркер комп'ютеру В, комп'ютер В - комп'ютеру С и т. д.

Мережа, показана на рис. 1.7, б, демонструє приклад неспівпадання фізичної і логічної топології. Фізично комп'ютери сполучені по топології загальна шина. Доступ же до шини відбувається не по алгоритму випадкового доступу, вживаному в технології Ethernet, а шляхом передачі маркера в кільцевому порядку: від комп'ютера А - комп'ютеру В, від комп'ютера В - комп'ютеру С и т. д. Тут порядок передачі маркера вже не повторює фізичні зв'язки, а визначається логічною конфігурацією драйверів мережевих адаптерів. Ніщо не заважає набудувати мережеві адаптери і їх драйвери так, щоб комп'ютери утворили кільце в іншому порядку, наприклад: У, А, С... При цьому фізична структура мережі ніяк не змінюється.

Рис. 1.7. Логічна і фізична топології мережі

Іншим прикладом неспівпадання фізичної і логічної топологий мережі є вже розглянута мережа на рис. 1.6, а. Концентратор Ethernet підтримує в мережі фізичну топологію зірка. Проте логічна топологія мережі залишилася без змін - це загальна шина. Оскільки концентратор повторює дані, що прийшли з будь-якого порту, на решті всіх портів, то вони з'являються одночасно на всіх фізичних сегментах мережі, як і в мережі з фізичною загальною шиною. Логіка доступу до мережі абсолютно не міняється: всі компоненти алгоритму випадкового доступу - визначення незанятості середовища, захоплення середовища, розпізнавання і відробіток колізій - залишаються в силі.

Фізична структуризація мережі за допомогою концентраторів корисна не тільки для збільшення відстані між вузлами мережі, але і для підвищення її надійності. Наприклад, якщо який-небудь комп'ютер мережі Ethernet з фізичною загальною шиною із-за збою починає безперервно передавати дані по загальному кабелю, то вся мережа виходить з ладу, і для вирішення цієї проблеми залишається тільки один вихід - уручну від'єднати мережевий адаптер цього комп'ютера від кабелю. У мережі Ethernet, побудованій з використанням концентратора, ця проблема може бути вирішена автоматично - концентратор відключає свій порт, якщо виявляє, що приєднаний до нього вузол дуже довго монопольно займає мережу. Концентратор може блокувати некоректно працюючий вузол і в інших випадках, виконуючи роль деякого вузла, що управляє.

1.2.2 Логічна структуризація мережі

Фізична структуризація мережі корисна у багатьох відношеннях, проте у ряді випадків, що зазвичай відносяться до мереж великого і середнього розміру, неможливо обійтися без логічної структуризації мережі. Найбільш важливою проблемою, що не вирішується шляхом фізичної структуризації, залишається проблема перерозподілу передаваного трафіку між різними фізичними сегментами мережі.

У великій мережі природним чином виникає неоднорідність інформаційних потоків: мережа складається з безлічі підмереж робочих груп, відділів, філій підприємства і інших адміністративних утворень. Дуже часто найбільш інтенсивний обмін даними спостерігається між комп'ютерами, що належать до однієї підмережі, і лише невелика частина звернень відбувається до ресурсів комп'ютерів, що знаходяться поза локальними робочими групами. (До недавнього часу таке співвідношення трафіків не бралося під сумнів, і був навіть сформульований емпіричний закон «80/20», відповідно до якого в кожній підмережі 80 % трафіку є внутрішнім і лише 20 % - зовнішнім.) Зараз характер навантаження мереж багато в чому змінився, широко упроваджується технологія intranet, на багатьох підприємствах є централізовані сховища корпоративних даних, активно використовувані всіма співробітниками підприємства. Все це не могло не вплинути на розподіл інформаційних потоків. І тепер не рідкісні ситуації, коли інтенсивність зовнішніх звернень вище інтенсивності обміну між «сусідніми» машинами. Але незалежно від того, в якій пропорції розподіляються зовнішній і внутрішній трафік, для підвищення ефективності роботи мережі неоднорідність інформаційних потоків необхідно враховувати.

Мережа з типовою топологією (шина, кільце, зірка), в якій всі фізичні сегменти розглядаються як одне середовище, що розділяється, виявляється неадекватній структурі інформаційних потоків у великій мережі. Наприклад, в мережі із загальною шиною взаємодія будь-якої пари комп'ютерів займає її на весь час обміну, тому при збільшенні числа комп'ютерів в мережі шина стає вузьким местомом. Комп'ютери одного відділу вимушені чекати, коли закінчить обмін пари комп'ютерів іншого відділу, і це при тому, що необхідність в зв'язку між комп'ютерами двох різних відділів виникає набагато рідше і вимагає зовсім невеликої пропускної спроможності.

Цей випадок ілюструє рис. 1.8, а. Тут показана мережа, побудована з використанням концентраторів. Хай комп'ютер А, що знаходиться в одній підмережі з комп'ютером В, посилає йому дані. Не дивлячись на розгалужену фізичну структуру мережі, концентратори поширюють будь-який кадр по всіх її сегментах. Тому кадр, що посилається комп'ютером А комп'ютеру В, хоча і не потрібний комп'ютерам відділів 2 і 3, відповідно до логіки роботи концентраторів поступає на ці сегменти теж. І до тих пір, поки комп'ютер В не отримає адресований йому кадр, жоден з комп'ютерів цієї мережі не зможе передавати дані.

Така ситуація виникає через те, що логічна структура даної мережі залишилася однорідною - вона ніяк не враховує збільшення інтенсивності трафіку усередині відділу і надає всім парам комп'ютерів рівні можливості по обміну інформацією (рис. 1.8, б).

Вирішення проблеми полягає у відмові від ідеї єдиного однорідного середовища, що розділяється. Наприклад, в розглянутому вище прикладі бажано було б зробити так, щоб кадри, які передають комп'ютери відділу 1, виходили б за межі цієї частини мережі в тому і лише в тому випадку, якщо ці кадри направлені якому-небудь комп'ютеру з інших відділів. З іншого боку, в мережу кожного з відділів повинні потрапляти ті і лише ті кадри, які адресовані вузлам цієї мережі. При такій організації роботи мережі її продуктивність істотно підвищитися, оскільки комп'ютери одного відділу не простоюватимуть в той час, коли обмінюються даними комп'ютери інших відділів.

Рис. 1.8. Суперечність між логічною структурою мережі і структурою інформаційних потоків

Неважко відмітити, що в запропонованому рішенні ми відмовилися від ідеї загального середовища, що розділялося, в межах всієї мережі, хоча і залишили її в межах кожного відділу. Пропускна спроможність ліній зв'язку між відділами не повинна збігатися з пропускною спроможністю середовища усередині відділів. Якщо трафік між відділами складає тільки 20 % трафіку усередині відділу (як вже наголошувалося, ця величина може бути іншій), то і пропускна спроможність ліній зв'язку і комунікаційного устаткування, що сполучає відділи, може бути значно нижче за внутрішній трафік мережі відділу.

Таким чином, розповсюдження трафіку, призначеного для комп'ютерів деякого сегменту мережі, тільки в межах цього сегменту, називається локалізацією трафіку. Логічна структуризація мережі - це процес розбиття мережі на сегменти з локалізованим трафіком.

Для логічної структуризації мережі використовуються такі комунікаційні пристрої, як мости, комутатори, маршрутизатори і шлюзи.

Міст (bridge) ділить середовище передачі мережі, що розділяється, на частини (часто звані логічними сегментами), передаючи інформацію з одного сегменту в іншій тільки в тому випадку, якщо така передача дійсно необхідна, тобто якщо адреса комп'ютера призначення належить іншій підмережі. Тим самим міст ізолює трафік однієї підмережі від трафіку інший, підвищуючи загальну продуктивність передачі даних в мережі. Локалізація трафіку не тільки економить пропускну спроможність, але і зменшує можливість несанкціонованого доступу до даних, оскільки кадри не виходять за межі свого сегменту і їх складніше перехопити зловмисникові.

На рис. 1.9 показана мережа, яка була отримана з мережі з центральним концентратором (див. рис. 1.9) шляхом його заміни на міст. Мережі 1-го і 2-го відділів складаються з окремих логічних сегментів, а мережа відділу 3 - з двох логічних сегментів. Кожен логічний сегмент побудований на базі концентратора і має просту фізичну структуру, утворену відрізками кабелю, що пов'язують комп'ютери з портами концентратора.

Рис. 1.9. Логічна структуризація мережі за допомогою моста

Мости використовують для локалізації трафіку апаратні адреси комп'ютерів. Це утрудняє розпізнавання приналежності того або іншого комп'ютера до певного логічного сегменту - сама адреса не містить ніякої інформації із цього приводу. Тому міст достатньо спрощено представляє ділення мережі на сегменти - він запам'ятовує, через який порт на нього поступив кадр даних від кожного комп'ютера мережі, і надалі передає кадри, призначені для цього комп'ютера, на цей порт. Точної топології зв'язків між логічними сегментами міст не знає. Через це застосування мостів приводить до значних обмежень на конфігурацію зв'язків мережі - сегменти мають бути сполучені так, щоб в мережі не утворювалися замкнуті контури.

Комутатор (switch, switching hub) за принципом обробки кадрів нічим не відрізняється від моста. Основна його відмінність від моста полягає в тому, що він є свого роду комунікаційним мультипроцесором, оскільки кожен його порт оснащений спеціалізованим процесором, який обробляє кадри по алгоритму моста незалежно від процесорів інших портів. За рахунок цього загальна продуктивність комутатора зазвичай набагато вище за продуктивність традиційного моста, що має один процесорний блок. Можна сказати, що комутатори - це мости нового покоління, які обробляють кадри в паралельному режимі.

Обмеження, зв'язані із застосуванням мостів і комутаторів, - по топології зв'язків, а також ряд інших, - привели до того, що у ряді комунікаційних пристроїв з'явився ще один тип устаткування - маршрутизатор (router). Маршрутизатори надійніше і ефективніше, ніж мости, ізолюють трафік окремих частин мережі один від одного. Маршрутизатори утворюють логічні сегменти за допомогою явної адресації, оскільки використовують не плоскі апаратні, а складені числові адреси. У цих адресах є поле номера мережі, так що всі комп'ютери, у яких значення цього поля однакове, належать до одного сегменту, званого в даному випадку підмережею (subnet).

Окрім локалізації трафіку маршрутизатори виконують ще багато інших корисних функцій. Так, маршрутизатори можуть працювати в мережі із замкнутими контурами, при цьому вони здійснюють вибір найбільш раціонального маршруту з декількох можливих. Мережа, представлена на рис. 1.10, відрізняється від своєї попередниці (див. рис. 1.10) тим, що між підмережами відділів 1 і 2 прокладений додатковий зв'язок, який може використовуватися як для підвищення продуктивності мережі, так і для підвищення її надійності.

Рис. 1.10. Логічна структуризація мережі за допомогою маршрутизаторів

Іншою дуже важливою функцією маршрутизаторів є їх здатність зв'язувати в єдину мережу підмережі, побудовані з використанням разных мережевих технологій, наприклад Ethernet і Х.25.

Окрім перерахованих пристроїв окремі частини мережі може сполучати шлюз (gateway). Зазвичай основною причиною, по якій в мережі використовують шлюз, є необхідність об'єднати мережі з різними типами системного і прикладного програмного забезпечення, а не бажання локалізувати трафік. Проте шлюз забезпечує і локалізацію трафіку як деякий побічний ефект.

Крупні мережі практично ніколи не будуються без логічної структуризації. Для окремих сегментів і підмереж характерні типові однорідні топології базових технологій, і для їх об'єднання завжди використовується устаткування, що забезпечує локалізацію трафіку, - мости, комутатори, маршрутизатори і шлюзи.

1.3 Висновок

Таким чином, виходячи з проведеного аналізу організації каналів передачі даних в комп'ютерних мережах можна зробити ряд висновків:

у межах тієї або іншої архітектури КМ повинна забезпечуватись погоджена взаємодія різних її структур. Так, при деякій логічній структурі, яка відповідає прийнятій архітектурі КМ, може бути побудована множина фізичних структур у вигляді різнорідних каналів передачі даних, що впливають на властивості та можливості мережі. Вони являють собою узагальнений алгоритм інформаційного процесу, що протікає в КМ;

при передачі дискретних даних по каналах передачі даних застосовуються два основні типи фізичного кодування - на основі синусоїдального несучого сигналу і на основі послідовності прямокутних імпульсів. Перший спосіб часто називається також модуляцією або аналоговою модуляцією, підкреслюючи той факт, що кодування здійснюється за рахунок зміни параметрів аналогового сигналу. Другий спосіб звичайно називають цифровим кодуванням. Ці способи відрізняються шириною спектру результуючого сигналу і складністю апаратури, необхідної для їх реалізації.

Тому для детального вивчення особливостей доступу до каналів передачі даних розглянемо сутність існуючих методі доступу.

Розділ 2. Фізична сутність та порядок організації каналів комп'ютерних мереж

Канали передачі даних є фундаментом будь-якої мережі. Якщо в каналах щодня відбуваються короткі замикання, контакти роз'ємів то відходять, то знову входять у щільне з'єднання, додавання нової станції призводить до необхідності тестування десятків контактів роз'ємів через те, що документація на фізичні з'єднання не ведеться. Очевидно, що на основі таких каналів передачі даних будь-яке найсучасніше і продуктивне устаткування буде працювати погано. Користувачі будуть незадоволені великими періодами простоїв і низькою продуктивністю мережі, а обслуговуючий персонал буде в постійній "запарці", розшукуючи місця коротких замикань, обривів і поганих контактів. Причому проблем з каналами передачі даних стає набагато більше при збільшенні розмірів мережі.

2.1 Структурована кабельна система комп'ютерної мережі

Відповіддю на високі вимоги до якості каналів зв'язку в комп'ютерних мережах стали структуровані кабельні системи.

Структурована кабельна система (СКС) (Structured Cabling System, SCS) - це набір комутаційних елементів (кабелів, роз'ємів, конекторів, кросових панелей і шаф), а також методика їх спільного використання, яка дозволяє створювати регулярні, легко розширювані структури зв'язків в комп'ютерних мережах.

Структурована кабельна система представляє свого роду "конструктор", за допомогою якого проектувальник мережі будує потрібну йому конфігурацію зі стандартних кабелів, з'єднаних стандартними роз'ємами, які комутуються на стандартних кросових панелях. При необхідності конфігурацію зв'язків можна легко змінити - додати комп'ютер, сегмент, комутатор, вилучити непотрібне устаткування, а також замінити з'єднання між комп'ютерами і концентраторами.

При побудові структурованої кабельної системи мається на увазі, що кожне робоче місце на підприємстві повинне бути оснащене розетками для підключення телефону і комп'ютера, навіть якщо на даний момент цього не потрібно. Тобто добре структурована кабельна система будується надлишковою. У майбутньому це може заощадити час тому, що зміни в підключенні нових пристроїв можна здійснювати за рахунок перекомутації вже прокладених кабелів.

Структурована кабельна система планується і будується ієрархічно з головною магістраллю і численними відгалуженнями від неї (рис. 2.1).

Ця система може бути побудована на базі вже існуючих сучасних телефонних кабельних систем, у яких кабелі, що представляють собою набір кручених пар, прокладаються в кожному будинку, розводяться між поверхами. На кожному поверсі використовується спеціальна кросова шафа, від якої кабелі в трубах і коробах підводяться до кожної кімнати і розводяться по розетках. На жаль, далеко не у всіх будинках телефонні лінії прокладаються крученими парами, тому вони непридатні для створення комп'ютерних мереж, і кабельну систему в такому випадку потрібно будувати заново.

Типова ієрархічна структура структурованої кабельної системи (рис. 2.2) включає:

горизонтальні підсистеми (у межах поверху);

вертикальні підсистеми (усередині будинку);

підсистему кампусу (у межах однієї території з декількома будинками).

Горизонтальна підсистема з'єднує кросову шафу поверху з розетками користувачів. Підсистеми цього типу відповідають поверхам будинку.

Вертикальна підсистема з'єднує кросові шафи кожного поверху з центральною апаратною будинку.

Наступним кроком ієрархії є підсистема кампусу, що з'єднує кілька будинків з головною апаратною усього кампусу. Ця частина кабельної системи звичайно називається магістраллю (backbone).

97

Рис. 2.1. Ієрархія структурованої кабельної системи

97

Використання структурованої кабельної системи замість хаотично прокладених кабелів дає підприємству багато переваг.

Універсальність. Структурована кабельна система при продуманій організації може стати єдиним середовищем для передачі комп'ютерних даних у локальній обчислювальній мережі, організації локальної телефонної мережі, передачі відеоінформації і навіть передачі сигналів від датчиків пожежної безпеки або охоронних систем. Це дозволяє автоматизувати більшість процесів контролю, моніторингу та управління господарськими службами і системами життєзабезпечення підприємства.

Збільшення терміну служби. Термін морального старіння добре структурованої кабельної системи може складати 10 - 15 років.

Зменшення вартості добавлення нових користувачів і зміни місць їх розташування.

Відомо, що вартість кабельної системи значна і визначається в основному не вартістю кабелю, а вартістю робіт з його прокладки. Тому більш вигідно провести однократну роботу по прокладці кабелю, можливо, з великим запасом по довжині, ніж кілька разів виконувати прокладку, нарощуючи довжину кабелю. При такому підході всі роботи з добавлення або переміщення користувача зводяться до підключення комп'ютера до вже наявної розетки.

Можливість легкого розширення мережі. Структурована кабельна система є модульною, тому її легко розширювати. Наприклад, до магістралі можна додати нову підмережу, не роблячи ніякого впливу на існуючі підмережі. Можна замінити в окремій підмережі тип кабелю незалежно від іншої частини мережі. Структурована кабельна система є основою для розподілу мережі на легко управляємі логічні сегменти тому, що вона сама вже розділена на фізичні сегменти.

Забезпечення більш ефективного обслуговування. Структурована кабельна система полегшує обслуговування і пошук несправностей у порівнянні із шинною кабельною системою. При шинній організації кабельної системи відмова одного з пристроїв або сполучних елементів призводить до відмови всієї мережі, яку важко локалізувати. У структурованих кабельних системах відмова одного сегмента не діє на інші тому, що об'єднання сегментів здійснюється за допомогою концентраторів. Концентратори діагностують і локалізують несправний сегмент.

Надійність. Структурована кабельна система має підвищену надійність, оскільки виробник такої системи гарантує не тільки якість її окремих компонентів, але і їх сумісність.

Більшість проектувальників починає розробку СКС з горизонтальних підсистем тому, що саме до них підключаються кінцеві користувачі. При цьому вони можуть вибирати між екранованою крученою парою, неекранованою крученою парою, коаксіальним кабелем і волоконно-оптичним кабелем. Можливе використання й безпровідних ліній зв'язку.

Горизонтальна підсистема характеризується дуже великою кількістю відгалужень кабелю (рис. 2.3) тому, що його потрібно провести до кожної розетки, причому й у тих кімнатах, де поки комп'ютери в мережу не об'єднуються. Тому до кабелю, який використовується в горизонтальній проводці, пред'являються підвищені вимоги до зручності виконання відгалужень, а також зручностей його прокладки в приміщеннях. На поверсі звичайно встановлюється кросова шафа, яка дозволяє за допомогою коротких відрізків кабелю, оснащеного роз'ємами, провести перекомутацію з'єднань між устаткуванням і концентраторами / комутаторами.

При виборі кабелю приймають до уваги такі характеристики: пропускна спроможність, відстань, фізична захищеність, електромагнітна перешкодозахищеність, вартість. Крім того, при виборі кабелю потрібно враховувати, яка кабельна система уже встановлена на підприємстві, а також які тенденції і перспективи існують на ринку на даний момент.

2.2 Кабель кручена пара

Мідний провід, зокрема неекранована кручена пара (Twisted Pair - TP), є кращим середовищем для горизонтальної кабельної підсистеми, хоча, якщо користувачам потрібна дуже висока пропускна спроможність, або кабельна система прокладається в агресивному середовищі, для неї підійде і волоконно-оптичний кабель. Коаксіальний кабель - це застаріла технологія, якої варто уникати, якщо тільки вона вже не використовується широко на підприємстві. Безпровідний зв'язок є новою і багатообіцяючою технологією, однак через порівняльну новизну і низьку перешкодостійкість краще обмежити масштаби її використання.

Кручена пара як середовище передачі використовується у всіх сучасних мережних технологіях, а також в аналоговій і цифровій телефонії. Уніфікація пасивних елементів мережі на крученій парі стала основою для концепції побудови структурованих кабельних систем, незалежних від прикладень (мережних технологій). Будь-які мережі на крученій парі (крім застарілої LocalTalk) засновані на зіркоподібній фізичній топології, що при відповідному активному устаткуванні може бути основою для будь-якої логічної топології.

Провід кручена пара являє собою два скручених ізольованих провідники. Провід застосовують для кросування (cross-wires) усередині комутаційних шаф або стійок, але ніяк не для прокладки з'єднань між приміщеннями, такий провід може складатися з однієї, двох, трьох і навіть чотирьох кручених пар.

Кабель відрізняється від проводу наявністю зовнішньої ізоляційної панчохи (jacket). Ця панчоха головним чином захищає провід (елементи кабелю) від механічних впливів і вологи. Найбільше поширення одержали кабелі, що містять дві або чотири кручені пари. Існують кабелі і на більше число пар - 25 пар і більше.

Категорія (Category) крученої пари визначає частотний діапазон, у якому її застосування ефективне (ACR має позитивне значення). На даний час діють стандартні шість категорій кабелю (Category 1 ч Category 5е), проробляється 6-а категорія й очікується поява кабелів категорії 7. Частотні діапазони кабелів різних категорій наведені в табл. 2.1.

97

Рис. 2.3. Структура кабельної системи поверху та будівлі

Страницы: 1, 2, 3