Технології і протоколи локальних обчислювальних мереж

Очевидно, що будь-яка комп’ютерна мережа — це складний комплекс взаємозв’язаних і погоджено функціонуючих програмних та апаратних компонентів. Основним завданням, що вирішується при створенні комп’ютерних мереж, є забезпечення сумісності устаткування по електричних і механічних характеристиках, а також забезпечення коректної передачі даних та однозначної їх інтерпретації на основі сумісності обслуговуючих мережу програм.

При передачі повідомлень учасники мережевого обміну повинні прийняти безліч угод, щоб розуміти один одного на різних рівнях — від фізичного до прикладного. Наприклад, на фізичному рівні вони повинні погодити значення і форму електричних сигналів, спосіб визначення довжини повідомлень, домовитися про методи контролю достовірності і т.п. А на прикладному — домовитися про однозначне представлення переданої і одержаної інформації програмами, з якими працює користувач.

Формалізовані правила, що визначають послідовність і формат повідомлень, якими обмінюються учасники мережевого обміну, способи їх передачі та інтерпретації називаються протоколом.

Нові протоколи розробляють компанії, які займаються створенням і впровадженням пристроїв, програм і мережевих послуг. Якщо протокол набуває популярності серед інших виробників, то він може закріпитися в рекомендаціях однієї із стандартизуючих організацій: Міжнародного союзу електрозв’язку (ITU), Міжнародного інституту стандартизації (ISO) або Інституту інженерів по електротехніці і радіоелектроніці (IEEE). Після цього протокол стає фактичним мережевим стандартом, на нього починають орієнтуватися тисячі виробників.

Комунікаційні протоколи можуть бути реалізовані як програмно, так і апаратно. Програмний модуль, що реалізовує деякий протокол, часто скорочено також називають «протоколом». При цьому співвідношення між протоколом — формально певною процедурою і протоколом — програмним модулем, що реалізовує цю процедуру, аналогічно співвідношенню між алгоритмом рішення деякої задачі і програмою, що вирішує це завдання.

Найважливішим етапом в розвитку мереж стала поява стандартних мережевих технології, що дозволяють швидко і ефективно об’єднувати комп’ютери різних типів на основі стандартного мережевого устаткування (мережевих адаптерів, кабелів із стандартними роз’ємами) і однієї з популярних мережевих операційних систем, що підтримують загальноприйняті комунікаційні протоколи.

Мережева технологія — це узгоджений набір стандартних протоколів і реалізовуючих їх програмно-апаратних засобів (наприклад, мережевих адаптерів, драйверів, кабелів і роз’ємів), достатніх для побудови комп’ютерної мережі. Нижче перераховані найбільш відомі мережеві технології і їх основні характеристики.

 ARCnet

Логічна топологія — шина.
Фізична топологія — шина, зірка, змішана.
Середовище передачі сигналу — коаксіальний кабель (93 Ом), вита пара.
Швидкість обміну інформацією — 2,5 Мбіт/сек.
Максимальна довжина з’єднань — від 100 до 610 метрів (залежно від типу з’єднувача).
Максимальна кількість вузлів в одній мережі — 255.
Максимальний розмір мережі (сумарна довжина з’єднань) — 6000 метрів.
В даний час апаратура для мереж ARCnet не випускається.

 100VG-AnyLAN

Логічна топологія — дерево (різновид зірки).
Фізична топологія — дерево (різновид зірки).
Середовище передачі сигналу — вита пара (обов’язково чотирипарна).
Швидкість обміну інформацією — 100 Мбіт/сек.
Максимальна довжина з’єднань — від 100 до 200 метрів (залежно від типу з’єднувача).
Максимальна кількість вузлів в одній мережі — 1024.
Максимальний розмір мережі — 2000 метрів.

Апаратура для організації локальних обчислювальних мереж за технологією 100VG-AnyLAN випускається практично тільки фірмою Hewlett-Packard, вартість її вельми висока тому дана технологія не набула поширення, принаймні в нашій країні.

 Token Ring

Логічна топологія — кільце.
Фізична топологія — зірка.
Середовище передачі сигналу — вита пара, волоконно-оптичний кабель.
Швидкість обміну інформацією — 4; 16; 100 і (в даний час технологія розробляється) 1000 Мбіт/сек.
Максимальна довжина з’єднань — від 100 до 10000 метрів (залежно від типу з’єднувача).
Максимальна кількість вузлів в одній мережі — до 260 (залежно від типу з’єднувача).

Ціна — висока, що різко звужує область застосування, принаймні, в нашій країні. У решті, світу, технологія Token Ring разом з технологією Ethernet, є однією з найбільш поширених.

 FDDI

Логічна топологія — кільце.
Фізична топологія — кільце, зірка або їх гібриди.
Середовище передачі сигналу — волоконно-оптичний кабель.
Швидкість обміну інформацією — 100 Мбіт/сек.
Максимальна довжина з’єднань — від 2 до 60 кілометрів (залежно від типу волоконно-оптичного кабелю).
Максимальна кількість вузлів в одній мережі — 500.
Максимальна загальна довжина мережі — до 200 км.

Ціна — висока. Не дивлячись на те, що технологія FDDI розроблялася для локальних обчислювальних мереж, зважаючи на дорожнечу її область застосування — мережі міського масштабу і крупніші.

 Ethernet

Внаслідок широкого застосування даної технології при побудові локальних обчислювальних мереж в нашій країні і у всьому світі, розглянемо дану технологію докладніше.

Дана технологія розроблена доктором Робертом Меткалфом (співробітником дослідницького центру PARC корпорації XEROX) в сімдесятих роках минулого століття. У подальшому ця специфікація була стандартизована у співпраці фірмами DEC, Intel і Xerox в 1980 році. Потім в 1985 році Ethernet був стандартизований комітетом IEEE як стандарт IEEE 802.3, після чого одержав світове визнання. В даний час існує декілька видів стандарту IEEE 802.3. Їх узагальнене позначення виглядає таким чином <швидкість><метод передачі сигналу><параметри мережі>.

Наприклад: 100BaseTX, 100 — швидкість передачі 100 Мбіт/сек, Base — пряма передача сигналу без модуляції, TX — використовуваний кабель (вита пара). Як параметри мережі може вказуватися гранична довжина кабельного сегменту, закруглена до сотень метрів (якщо вказана цифра), або середовище передачі (якщо вказано буквене поєднання). Наприклад: 10Base2 — 10 Мбіт/сек, пряма передача сигналу без модуляції, максимальна довжина кабельного сегменту приблизно 200 метрів (точно — 185). Комбінація букв в параметрах мережі, починається з Т вказує на використання витої пари, F або S вказує на використання волоконно-оптичного кабелю.

У мережах Ethernet використовується конкурентний метод доступу, абонент починає передачу даних, якщо виявляє вільною лінію, або відкладає передачу на деякий проміжок часу, якщо лінія зайнята іншим абонентом. Розповсюдження сигналу по провідниках вимагає певного інтервалу часу (хай і практично непомітного, за мірками людини) на те, щоб сигнал від джерела досяг приймача. При виникненні ситуації, коли у момент передачі інформації одним абонентом мережі, інший (не встигнувши почути цієї передачі і вважаючи лінію вільною) теж починає передавати інформацію, відбувається «зіткнення» пакетів даних — колізія. Перший абонент мережі, що виявив колізію оповіщає про це всю мережу. Всі абоненти мережі припиняють передачу, вичікують проміжок часу випадкової тривалості і відновлюють спроби передати дані. При цьому важливо, щоб колізія була зафіксована до моменту закінчення передачі інформації будь-яким абонентом.

Для мереж Ethernet, побудованих на витій парі актуальним є правило «чотирьох хабів». Воно свідчить — між будь-якими двома абонентами мережі повинно бути не більше чотирьох хабів. При дотриманні цього правила, а також граничної довжини сполучного кабелю виникла колізія обов’язково буде зареєстрована учасниками процесу пересилки інформації і коректно відпрацьована.

Логічна топологія — шина.
Фізична топологія — шина, зірка.
Середовище передачі сигналу — коаксіальний кабель, вита пара, волоконно-оптичний кабель.
Швидкість обміну інформацією — 10; 100 і 1000 Мбіт/сек.
Максимальна довжина з’єднань — від 100 до 32000 метрів (залежно від типу з’єднувача і швидкості обміну).
Максимальна кількість вузлів в одній мережі — 1024.

Ціна — відносно помірна (в рамках одного типу кабельних з’єднувачів).