Адаптеры Ethernet и Fast Ethernet
Так как сеть Ethernet/Fast Ethernet в настоящее время распространена наиболее широко, ее аппаратура выпускается наибольшим числом производителей и ее перспективы представляются самыми благоприятными, остановимся подробнее на некоторых особенностях ее аппаратных средств. Впрочем, многое из сказанного в этом разделе относится не только к Ethernet, но и к аппаратуре других, менее популярных сетей.
Адаптеры с внешними трансиверами
Адаптеры Fast Ethernet могут выпускаться с внешним, выносным модулем трансивера для подключения к среде передачи (PHY). В этом случае для присоединения внешнего модуля трансивера к адаптеру используется интерфейс МП (Media-Independent Interface), предусматривающий использование 40-контактного разъема, подобного разъему компьютерного интерфейса SCSI. Сменный модуль трансивера может устанавливаться непосредственно на плате адаптера (в специальный вырез платы), а может связываться с платой адаптера внешним кабелем длиной до 0,5 м (рис. 9.1 и 9.2). При вычислении полного времени задержки в сети необходимо учитывать и задержку в этом трансиверном кабеле.
На плате трансивера располагается микросхема приемопередатчика и разъем, зависящий от типа среды (MDI - Medium Dependent Interface), например, RJ-45 для витой пары. Таким образом, один и тот же адаптер может поддерживать обмен с любым типом среды за счет простой замены сравнительно дешевого трансивера. Понятно, что в целом подобные составные адаптеры оказываются дороже обычных адаптеров со встроенными приемопередатчиками, но иногда их применение оправдано, если предполагается постепенная замена среды передачи, например, на оптоволоконные кабели.
Рис.9.1. Сетевой адаптере внешнимтрансивером на МП-кабеле
Рис. 9.2. Сетевой адаптер с внешним трансивером, устанавливаемым на плату
Функции маршрутизаторов
Вытесняя мосты, коммутаторы сильно потеснили и маршрутизаторы. Но маршрутизаторы работают на более высоком, третьем уровне модели OSI (мосты и коммутаторы — на втором), они имеют дело с протоколами более высоких уровней. Поэтому им, скорее всего, не грозит полное исчезновение.
Маршрутизаторы, как и мосты и коммутаторы, ретранслируют пакеты из одной части сети в другую (из одного сегмента в другой). Изначально маршрутизатор от моста отличался только тем, что на компьютере, соединяющем две или более части сети, было установлено другое программное обеспечение. Но между маршрутизатором и мостом существуют и принципиальные отличия.
Маршрутизаторы работают не с физическими адресами пакетов (МАС-адресами), а с логическими сетевыми адресами (IP-адресами).
Маршрутизаторы ретранслируют не всю приходящую информацию, а только ту информацию, которая адресована им лично, и отбрасывают широковещательные пакеты, разделяя тем самым широковещательную область сети. (Все абоненты должны знать о существовании в сети маршрутизатора.)
Самое главное — маршрутизаторы поддерживают сети с множеством возможных маршрутов, путей передачи информации, так называемые ячеистые сети (meshed networks). Пример такой сети показан на рис. 9.10. Мосты же требуют, чтобы в сети не было петель, чтобы путь распространения информации между двумя любыми абонентами был единственным.
Маршрутизаторы сложнее мостов и коммутаторов и, следовательно, дороже (например, стоимость коммутации примерно в 10 раз ниже стоимости маршрутизации). Маршрутизаторами сложнее управлять, они почти всегда значительно медленнее коммутаторов. Зато они обеспечивают самое глубокое разделение сети на части. Если репитерные концентраторы всего лишь повторяют все поступившие на них пакеты (уровень 1 модели OSI), а коммутаторы и мосты ретранслируют только межсегментные и широковещательные пакеты (уровень 2 модели OSI), то маршрутизаторы соединяют практически самостоятельные, не влияющие друг от друга сети, сохраняя при этом возможность передачи информации между ними (уровень 3 модели OSI).
Размер сети с маршрутизаторами практически ничем не ограничен: ни допустимыми размерами зоны конфликтов, ни допустимым количеством широковещательных пакетов (которые могут просто не оставлять места для обычных, однопунктовых пакетов), ни возможными для коммутаторов и мостов разнообразными перегрузками. При этом легко обеспечиваются альтернативные, дублирующие пути распространения информации для увеличения надежности связи.
Рис. 9.10. Ячеистая сеть с маршрутизаторами
Именно маршрутизаторы чаще всего используются для связи локальных сетей с глобальными, в частности с сетью Internet, которая может рассматриваться как полностью маршрутизируемая сеть. Преобразовать протоколы локальных сетей в протоколы глобальных сетей для маршрутизатора вполне по силам.
Маршрутизаторы часто применяются для объединения опорной (стержневой) сетью типа FDDI множества локальных сетей (рис. 9.11) или для связи локальных сетей разных типов. Преобразование формата пакетов, требуемое в данной ситуации, для маршрутизатора не представляет никакой сложности. Например, большие пакеты сети FDDI могут разбиваться (фрагментироваться) на несколько меньших пакетов Ethernet.
Маршрутизаторы также легко преобразуют скорости передачи, связывая, например, между собой сети Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. He пропуская широковещательных пакетов, они лучше справляются с этой задачей, чем мосты или коммутаторы, так как защищают медленные сегменты от перегрузок со стороны быстрых сегментов.
Маршрутизаторы иногда объединяют между собой. Множество соединенных друг с другом маршрутизаторов могут образовывать так называемое облако (cloud), представляющее собой, по сути, один гигантский маршрутизатор. Такое соединение обеспечивает исключительно гибкую и
надежную связь между всеми подключенными к нему локальными сетями (рис. 9.12).
Рис. 9.11. Маршрутизируемая сеть на основе FDDI
Рис. 9.12. Маршрутизируемое облако
Как уже отмечалось, можно считать, что репитерные концентраторы работают с пакетами, а мосты и коммутаторы — с кадрами. Маршрутизаторы обрабатывают адресную информацию, относящуюся к структуре дейтаграммы IP (IPX), которая вложена в область данных кадра, в свою очередь вложенного в пакет (см. рис. 3.3). Поэтому говорят, что они работают с дейтаграммами, ретранслируют дейтаграммы.
В дейтаграмму входят сетевые адреса, которые определяют абонентов (передающего и принимающего) в маршрутизованной сети, состоящей из множества обычных сетей. Например, сетевой адрес дейтаграммы IPX состоит из 10 байт (рис. 9.13) и включает в себя поле номера сети (4 байта), а также поле идентификатора абонента (6 байт), повторяющее физический адрес (МАС-адрес) абонента. Маршрутизатор обрабатывает именно поле номера сети из сетевого адреса принимающего абонента. Под сетью в данном случае понимается широковещательная область. То есть сеть, разделенная только мостами, коммутаторами и репитерными концентраторами, считается единой сетью с одним номером сети.
Рис. 9.13. Формат сетевого адреса IPX
Каждый абонент (узел), прежде чем послать пакет, определяет, может ли он послать его непосредственно получателю или же ему надо воспользоваться услугами маршрутизатора. Если номер собственной сети передающего абонента совпадает с номером сети абонента, которому должен передаваться пакет, то пакет передается непосредственно, без маршрутизации. Если же адресат находится в другой сети, то передаваемая дейтаграмма должна быть отправлена маршрутизатору, который затем переправит ее в нужную сеть. При этом получается, что пакет в целом адресован маршрутизатору (как одному из абонентов собственной сети), а заключенная в нем дейтаграмма адресована абоненту из другой сети, которому она, собственно, и предназначена. В поле сетевого адреса передатчика абонент в любом случае помещает номер своей собственной сети (4 байта) и свой МАС-адрес (6 байт).
Функции мостов
Мосты до недавнего времени были основными устройствами, применявшимися для разбиения сети на части (для сегментирования сети). Их стоимость меньше, чем маршрутизаторов, а быстродействие выше, к тому же они прозрачны для протоколов второго уровня модели OSI. Абоненты сети могут не знать о наличии в сети мостов, и все их пакеты доходят до нужного адресата по всей сети без всяких проблем.
Мост, как правило, представляет собой компьютер, в который установлено от двух до четырех сетевых адаптеров. Каждый из этих адаптеров соединен с одним из сегментов сети. Конфигурация сети с мостами может быть довольно сложной (рис. 9.8), но в ней не должно быть замкнутых маршрутов (петель), альтернативных путей доставки пакетов (рис. 9.9). В противном случае в результате многократного прохождения Широкове-
щательных пакетов по замкнутому маршруту возникают перегрузки сети (так называемые широковещательные штормы) и ряд других проблем. Чтобы этого не происходило, в мостах предусматривается алгоритм ос-товного дерева (spanning tree), который позволяет в результате диалога между всеми мостами отключать порты, участвующие в создании петель (например, оба порта моста 2 на рис. 9.9).
Рис.9.8. Сеть с мостами
Рис. 9.9. Петля в сети с мостами
Благодаря этому можно специально дублировать соединение сегментов посредством мостов (создавать петли) для того, чтобы при отказе одной из линий связи автоматически восстанавливать целостность сети по альтернативному маршруту. Кстати, этот же алгоритм остовного дерева поддерживают и некоторые коммутаторы, которые тоже не способны работать в сети с петлями.
Мосты, как и коммутаторы, разделяют зону конфликта (область коллизии), но не разделяют широковещательную область (broadcast domain), то есть часть сети, в которой свободно проходят широковещательные пакеты. В результате нагрузка на каждый сегмент уменьшается, а ограничения на размер сети преодолеваются.
Одновременно мост может обрабатывать (ретранслировать) только один пакет, а не несколько, как коммутатор. Любой пакет, приходящий на один из портов, обрабатывается следующим образом:
1. Мост выделяет адрес источника (отправителя) пакета и ищет его в таблице адресов абонентов, относящейся к данному порту. Если этого адреса в таблицу нет, то он туда добавляется. Таким образом, автоматически формируется таблица адресов всех абонентов каждого сегмента из подключенных к портам моста.
2. Мост выделяет адрес приемника (получателя) пакета и ищет его в таблицах адресов, относящихся ко всем портам. Если пакет адресован в тот же сегмент, из которого он пришел, то он не ретранслируется (отфильтровывается). Если пакет широковещательный или многопунктовый (групповой), то он ретранслируется во все порты, кроме принявшего. Если пакет однопунктовый (адресован одному абоненту), то он ретранслируется только в тот порт, к которому присоединен сегмент с этим абонентом. Наконец, если адрес приемника не обнаружен ни в одной из таблиц адресов, то пакет посылается во все порты, кроме принявшего (как широковещательный).
Таблицы адресов абонентов имеют ограниченный размер, поэтому они формируются так, чтобы иметь возможность автоматического обновления их содержимого. Адреса тех абонентов, которые долго не присылают пакеты, через заданное время (обычно 5 минут) стираются из таблицы. Это гарантирует, что адрес абонента, отключенного от сети или перенесенного в другой сегмент, не будет занимать лишнего места в таблице.
Так как мост, как и коммутатор, анализирует информацию внутри кадра (физические адреса, МАС-адреса), часто говорят, что он ретранслирует кадры, а не пакеты (в отличие от репитера или репитерного концентратора).
Как и в случае коммутаторов, для эффективной работы моста необходимо выполнять упоминавшееся «правило 80/20», то есть большинство передач (не менее 80%) должно быть внутрисегментными, а не межсегментными.
Традиционно мосты подразделяются на внутренние и внешние.
Внутренние мосты выполняются на основе компьютера-сервера, в который устанавливают сетевые адаптеры (обычно до четырех), подключенные к разным сегментам сети. Строго говоря, именно эти сетевые адаптеры и соответствующие программные средства и называются внутренним мостом.
Внешний мост представляет собой рабочую станцию, в которую установлены два сетевых адаптера. В этом случае, в отличие от внутреннего моста, сегменты могут быть только однотипными (например, Ethernet-Ethernet).
Внешний мост может быть выделенным (dedicated) или невыделенным (non-dedicated) в зависимости от того, выполняет ли компьютер рабочей станции еще какие-нибудь функции, кроме сетевых. Термин «внешний» употребляется в этом случае по отношению к серверу, как основному компьютеру сети. В любой сети может присутствовать одновременно как внешний, так и внутренний мост или несколько мостов.
Как и коммутаторы Store-and-Forward, мосты могут поддерживать обмен между сегментами с разной скоростью передачи (Ethernet и Fast Ethernet), а также обеспечивать сопряжение полудуплексных и полнодуплексных сегментов. Полный прием пакетов в буферную память моста и их последующая передача легко решают подобные проблемы. Но мосты могут также сопрягать сети Ethernet и Fast Ethernet с сетями любых других типов, например, FDDI или Token-Ring, что не по силам большинству коммутаторов.
Функции репитеров и репитерных концентраторов
Репитеры (повторители), как уже отмечалось, ретранслируют приходящие на них (на их порты) сигналы, восстанавливают их амплитуду и форму, что позволяет увеличивать длину сети. То же самое делают и простейшие репитерные концентраторы. Но помимо этой основной функции концентраторы Ethernet и Fast Ethernet обычно выполняют еще ряд функций по обнаружению и исправлению некоторых простейших ошибок сети. К этим ошибкам относятся следующие:
ложная несущая (FCE - False Carrier Event);
множественные коллизии (ЕСЕ - Excessive Collision Error);
затянувшаяся передача (Jabber).
Все эти ошибки могут вызываться неисправностями оборудования абонентов, высоким уровнем шумов и помех в кабеле, плохими контактами в разъемах и т.д.
Под ложной несущей понимается ситуация, когда концентратор получает от одного из своих портов (от абонента или из сегмента) данные, не содержащие ограничителя начала потока данных (то есть признака начала кадра). Если после начала передачи кадр не начался в течение заданного временного интервала (5 мкс для Fast Ethernet, 50 мкс для Ethernet), то концентратор посылает сигнал «Пробка» всем остальным портам, чтобы они гарантированно обнаружили коллизию. Длительность этого сигнала также составляет 5 или 50 мкс. Затем выявленный порт переводится в состояние «Связь неустойчива» (Link Unstable) и отключается. Обратное включение порта концентратором может произойти только при поступлении от него правильного пакета, без ложной несущей.
Ситуация множественных коллизий фиксируется при выявлении в данном порту более 60 коллизий подряд. Концентратор считает количество коллизий в каждом порту и сбрасывает счетчик, если получает пакет без коллизии. Порт, в котором возникают множественные коллизии, отключается и подключается снова, если в течение заданного времени (5 мкс для Fast Ethernet, 50 мкс для Ethernet) не будет зафиксировано коллизий.
Ситуация затянувшейся передачи фиксируется в случае, когда передача продолжается в течение более 400 мкс для Fast Ethernet или 4000 мкс для Ethernet. Это более чем в три раза превышает максимально возможную длительность пакета. При обнаружении такой затянувшейся передачи соответствующий порт отключается и включается снова только после ее окончания.
Кроме перечисленных функций концентратор также активно способствует обнаружению любых коллизий в сети. При одновременном поступлении на его порты двух и более пакетов он, как и любой абонент, усиливает столкновение путем передачи во все порты сигнала «Пробка» в течение 32 битовых интервалов. В результате все передающие абоненты всех сегментов обязательно обнаруживают факт коллизии и прекращают свою передачу.
Таким образом, даже самый простой репитерный концентратор представляет собой довольно сложное устройство, позволяющее автоматически устранять некоторые неисправности и временные сбои, то есть концентратор не только объединяет точки включения кабелей сети, но и активно улучшает условия обмена, повышает производительность сети, отключая время от времени неисправные или неустойчиво работающие сегменты.
Как и сетевые адаптеры, концентраторы и репитеры могут быть одно-скоростными и двухскоростными. Для большей свободы в проектировании сети лучше выбирать именно двухскоростные (10/100 Мбит/с) концентраторы и репитеры.
Чаще всего репитеры и концентраторы выполняются в виде отдельных автономных блоков, имеющих внутренний или внешний источник питания. Некоторые концентраторы рассчитаны на подключение жестко заданного количества сегментов определенного типа (например, на четыре сегмента 10BASE2 или же на восемь сегментов 10BASE-T). Другие, более дорогие концентраторы, называемые наращиваемыми (Stackable), имеют модульную структуру и позволяют гибко приспосабливать их к заданной конфигурации сети. В этом случае в каркас (стек) концентратора может быть установлено различное число (обычно до 8) сменных модулей, каждый из которых ориентирован на один или несколько сегментов какого-нибудь типа и имеет соответствующие разъемы для подключения кабеля сети (например, BNC, AUI, RJ-45, ST-разъемы). Как правило, количество подключаемых сегментов (портов концентратора) выбирается кратным четырем: 4, 8,12,16, 24, то есть наращиваемый концентратор может поддерживать, к примеру, 192 порта (восемь модулей, каждый из которых рассчитан на 24 сегмента). Структура такого наращиваемого концентратора показана на рис. 9.3.
Рис. 9.3. Структура наращиваемого концентратора
Самые сложные концентраторы на базе единого шасси (рис. 9.4) позволяют путем перекоммутации связей на контактной задней панели строить сложные конфигурации сетей. Например, они могут одновременно поддерживать несколько типов сетей (Token-Ring, Ethernet и FDDI), допускают включение не только модулей репитерных концентраторов, но и модулей маршрутизаторов и коммутаторов. На основе такого концентратора можно также организовывать одновременно несколько независимых однотипных сетей (например,'Ethernet) для разделения информационных потоков между ними, снижения нагрузки на сеть.
Как правило, концентраторы на базе шасси предусматривают возможность довольно сложного управления обменом. Количество портов таких концентраторов может доходить до 288. Правда, этот тип концентратора оказывается обычно самым дорогим в расчете на один порт. Считается, что их применение становится экономически оправданным только в случае необходимости поддержки большого количества портов (около 100).
Существуют также совсем простые и самые дешевые репитеры и концентраторы, выполненные в виде платы, вставляемой в разъем системной шины ISA компьютера (из компьютера они берут при этом только питание). Недостаток такого решения состоит в том, что для работы сети необходимо, чтобы компьютер, в который включена плата репитера (концентратора), был постоянно включен (в идеале - круглосуточно). При выключении питания этого компьютера связь по сети становится невозможной.
Рис. 9.4. Концентратор на основе шасси
Оборудование Ethernet и Fast Ethernet
9.1. Адаптеры Ethernet и Fast Ethernet
9.1.1. Характеристики адаптеров
9.1.2. Адаптеры с внешними трансиверами
9.2. Репитеры и концентраторы Ethernet и Fast Ethernet
9.2.1. Функции репитеров и репитерных концентраторов
9.2.2. Концентраторы класса I и класса II
9.3. Коммутирующие концентраторы Ethernet и Fast Ethernet
9.3.1. Коммутаторы Cut-Through
9.3.2. Коммутаторы Store-and-Forward
9.4. Мосты и маршрутизаторы Ethernet и Fast Ethernet
9.4.1. Функции мостов
9.4.2. Функции маршрутизаторов
Характеристики адаптеров
Сетевые адаптеры (NIC, Network Interface Card) Ethernet и Fast Ethernet могут сопрягаться с компьютером через один из следующих стандартных интерфейсов:
шина ISA (Industry Standard Architecture);
шина PCI (Peripheral Component Interconnect);
шина EISA (Enhanced ISA);
шина MCA (Micro Channel Architecture);
шина VLB (VESA Local Bus);
шина PC Card (она же PCMCIA);
параллельный порт Centronics (LPT);
последовательный порт RS232-C (COM).
Наиболее часто встречаются адаптеры, рассчитанные на системную шину (магистраль) ISA, так как эта шина пока еще распространена больше других, ее слоты расширения имеет подавляющее большинство настольных компьютеров. Именно поэтому адаптеры данного типа самые дешевые. Адаптеры для ISA выпускаются 8- и 16-разрядными. 8-разрядные адаптеры дешевле, а 16-разрядные - быстрее. Правда, обмен информацией по шине ISA не может быть слишком быстрым (в пределе - 16 Мбайт/с, реально - не более 8 Мбайт/с). Поэтому адаптеры Fast Ethernet, требующие для эффективной работы больших скоростей обмена, для этой системной шины практически не выпускаются.
Шина PCI сейчас постепенно вытесняет шину ISA и становится основной шиной расширения для компьютеров. Она обеспечивает обмен 32- и 64-разрядными данными и отличается высокой пропускной способностью (теоретически до 264 Мбайт/с), что вполне удовлетворяет требованиям не только Fast Ethernet, но и более быстрой Gigabit Ethernet. Важно еще и то, что шина PCI применяется не только в компьютерах типа IBM PC, но и в компьютерах типа PowerMac, а также то, что она поддерживает режим автоматического конфигурирования оборудования Plug-and-Play. Видимо, в ближайшем будущем именно на шину PCI будет ориентировано большинство сетевых адаптеров. Недостаток PCI по сравнению с шиной ISA в том, что количество ее слотов расширения в компьютере невелико (обычно 3 слота).
Шины MCA, EISA и VLB некоторое время конкурировали с PCI (все они обеспечивают 32-разрядный обмен данными), но не выдержали конкуренции и быстро отмирают. На вновь выпускаемых компьютерах они уже не предусматриваются. Поэтому исчезают и сетевые адаптеры, рассчитанные на эти шины. Отметим, что адаптеры ISA полностью совместимы с разъемами EISA. Но это единственный пример подобной взаимной совместимости перечисленных интерфейсов.
Шина PC Card (старое название PCMCIA) применяется пока только в портативных компьютерах класса Notebook. В этих компьютерах внутренняя шина PCI обычно не выводится наружу. Интерфейс PC Card предусматривает простое подключение к компьютеру миниатюрных плат расширения, причем скорость обмена с этими платами достаточна высока. Однако все больше портативных компьютеров оснащается встроенными сетевыми адаптерами, так как возможность доступа к сети становится неотъемлемой частью стандартного набора функций. Эти встроенные адаптеры опять же подключены к внутренней шине PCI.
При выборе сетевого адаптера, ориентированного на ту или иную шину, необходимо прежде всего убедиться, что свободные слоты расширения данной шины есть в компьютере, включаемом в сеть. Не мешает также оценить трудоемкость установки приобретаемого адаптера и перспективы выпуска плат данного типа. Последнее может понадобиться в случае выхода адаптера из строя.
Наконец, параллельный (принтерный) порт LPT и последовательный порт СОМ применяются для подключения сетевых адаптеров довольно редко. Главное достоинство такого подхода состоит в том, что для подключения адаптеров не нужно вскрывать корпус компьютера. Кроме того, в данном случае адаптеры не занимают системных ресурсов компьютера, таких как каналы прерываний и ПДП, а также адреса памяти и устройств ввода/ вывода. Однако скорость обмена информацией между ними и компьютером в обоих этих случаях значительно ниже, чем при использовании системной шины. К тому же они требуют больше процессорного времени на обмен с сетью, замедляя тем самым работу компьютера в целом. Важно и то, что адаптерам в этом случае требуется внешний источник питания, так как на разъемы LPT и СОМ питание компьютера не выведено.
Перечислим важнейшие характеристики сетевых адаптеров:
способ конфигурирования адаптера;
размер установленной на плате буферной памяти и режимы обмена с ней;
возможность установки на плату ПЗУ удаленной загрузки (BootROM).
возможность подключения адаптера к разным типам среды передачи (витая пара, тонкий и толстый коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель);
используемая адаптером скорость передачи по сети и возможность ее переключения;
возможность использования адаптером полнодуплексного режима обмена;
совместимость адаптера (точнее, драйвера адаптера) с используемыми сетевыми программными средствами.
Конфигурирование адаптера подразумевает настройку на использование системных ресурсов компьютера (адресов ввода/вывода, каналов прерываний и прямого доступа к памяти, адресов буферной памяти и памяти удаленной загрузки). Конфигурирование может осуществляться путем установки в нужное положение переключателей (джамперов) или с помощью прилагаемой к адаптеру DOS-программы конфигурирования (Jumperless, Software configuration). При запуске такой программы
пользователю предлагается установить конфигурацию аппаратуры при помощи простого меню: выбрать параметры адаптера. Эта же программа позволяет произвести самотестирование адаптера. Выбранные параметры хранятся в энергонезависимой памяти адаптера. В любом случае при выборе параметров необходимо избегать конфликтов с системными устройствами компьютера и с другими платами расширения. Конфигурирование может выполняться и автоматически в режиме Plug-and-Play при включении питания компьютера. Адаптеры, поддерживающие этот режим, может легко установить любой неподготовленный пользователь.
В простейших адаптерах обмен с внутренней буферной памятью адаптера (Adapter RAM) осуществляется через адресное пространство устройств ввода/вывода. В этом случае никакого дополнительного конфигурирования адресов памяти не требуется. Базовый адрес буферной памяти, работающей в режиме разделяемой памяти, необходимо задавать. Он приписывается к области верхней памяти компьютера (UMA, Upper Memory Address) в диапазоне адресов AOOOOh-FFFFFh. В эту же зону адресов помещается и ПЗУ удаленной загрузки (Boot ROM), если предполагается его использование для создания бездисковой рабочей станции. При выборе значений адресов надо следить, чтобы не было конфликтов с другими устройствами компьютера.
Все операции по конфигурированию сетевого адаптера необходимо проводить в строгом соответствии с документацией, поставляемой вместе с ним, так как каждый из многочисленных производителей адаптеров обычно вносит в них что-то свое, оригинальное. Поэтому никакие более подробные универсальные рекомендации попросту невозможны. Впрочем, это относится к любым электронным устройствам.
От размера буферной памяти адаптера зависит как скорость работы адаптера, так и его способность держать высокие информационные нагрузки. Размер памяти обычно составляет от 8 Кбайт до нескольких мегабайт. Чем больше память, тем больше сетевых пакетов может в ней храниться. Для адаптеров, работающих на выделенном сервере, большой объем буферной памяти просто необходим, ведь через него пойдут все информационные потоки сети. Впрочем, самая большая буферная память не поможет, эсли компьютер работает медленно, не успевает перекачивать приходящую по сети информацию.
Все функции по обслуживанию обмена по сети в сетевом адаптере, как правило, выполняет одна специализированная микросхема или неболь-лой комплект микросхем (2-3 штуки). Этим и объясняется достаточно низкая цена адаптеров. Поставщиков подобных комплектов микросхем к так много, поэтому очень многие адаптеры выполнены по сходным схемам. Однако организация обмена шины компьютера с адаптером может быть различной, поэтому показатели производительности адаптеров от разных изготовителей и показатели надежности их работы, особенно в экстремальных условиях, сильно различаются.
Адаптер может быть рассчитан только на один тип среды передачи, к примеру, на витую пару, но может поддерживать возможность подключения и нескольких разных сред передачи, например, тонкий и толстый коаксиальные кабели. Для этого на плате устанавливаются соответствующие разъемы. Наиболее универсальны так называемые адаптеры «Combo», которые имеют полный набор разъемов (BNC, RJ-45 и AUI для Ethernet). Для выбора конкретного типа среды иногда используются переключатели (джамперы), как правило, их несколько и переключать их надо обязательно все вместе.
Адаптеры Fast Ethernet выпускаются как односкоростными (100 Мбит/ с), так и двухскоростными (10 Мбит/с и 100 Мбит/с). Двухскоростные платы (их обычно помечают «10/100») несколько дороже односкоростных, но зато они могут работать в любой сети Ethernet/Fast Ethernet без всяких проблем. Поэтому лучше в данном случае не экономить на мелочах.
Все сетевые адаптеры должны быть сертифицированы. Сертификат FCC класса А позволяет использовать адаптер в бизнесе, сертификат FCC класса В - в домашних условиях. Стандарт предусматривает безопасный уровень электромагнитного излучения сетевого адаптера.
При выборе адаптера очень важно обращать внимание на совместимость . его драйвера с сетевым программным обеспечением. Все поставщики сетевых программных средств (Novell, Microsoft и др.) проводят работу по сертификации драйверов. Если такой сертификат имеется, то можно быть уверенным, что проблем по совместимости не будет. С другой стороны, все сетевые программные продукты поставляются с набором протестированных драйверов, совместимых с ними. Если драйвер приобретенной платы входит в этот набор, то проблем тоже, скорее всего, не будет. Солидные производители сетевых адаптеров регулярно распространяют обновленные, более быстрые и универсальные версии драйверов для своих плат. Низкая цена некоторых адаптеров может объясняться как раз отсутствием сертификата, плохой совместимостью с программными средствами.
Несколько слов о производительности адаптера.
Реальная скорость обмена информацией по сети представляет собой интегральный параметр, зависящий не только от адаптера, но и от компьютера (быстродействия процессора и диска, объема памяти), от среды передачи (уровня помех), от программных средств, от величины загрузки сети и т.д. Поэтому выбор самого быстрого (и дорогого) адаптера далеко не всегда гарантирует заметный выигрыш в скорости обмена. Например, переход с 8-разрядного адаптера ISA на 16-разрядный или с ISA адаптера на 32-разрядный PCI адаптер может практически не сказаться на скорости. Тем не менее, нередки ситуации, когда именно адаптер становится самым узким местом в системе и его замена может резко увеличить производительность сети.
Косвенные показатели производительности адаптера уже были перечислены: производительнее всего работают те, которые рассчитаны на PCI, поддерживают режим разделения буферной памяти и имеют буферную память большего объема. Быстрее будут те адаптеры, которые максимальное количество функций выполняют без участия процессора, опираясь на свой собственный встроенный интеллект.
Но получить реальные количественные показатели производительности можно только в результате тестирования всей сети в целом. Для этого существует целый ряд тестовых программ, наиболее известны из которых Performs фирмы Novell и Netbench 3.0 фирмы Ziff-Davis. Любые тестовые программы слабо отражают реальную ситуацию в сети, но позволяют сравнивать между собой различные сетевые адаптеры в условиях, близких к реальным, и в реальной конфигурации аппаратных средств.
Коммутаторы Cut-Through
Коммутаторы Cut-Through - самые простые и быстрые, они не производят никакого буферирования пакетов и никакой их селекции. Они буфе-рируют только головную часть пакета, чтобы прочитать 6-байтовый адрес приемника пакета и принять решение о коммутации, на которое у некоторых коммутаторов уходит около 10 битовых интервалов. В результате время ожидания ретрансляции (задержка на коммутаторе), включающее как время буферирования, так и время коммутации, может составлять около 150 битовых интервалов. Конечно, это больше задержки репитерного концентратора, но гораздо меньше задержки ретрансляции любого моста.
Недостаток данного типа коммутатора состоит в том, что он ретранслирует любые пакеты с нормальной головной частью, в том числе и заведомо ошибочные пакеты (например, с неправильной контрольной суммой) и карликовые пакеты (длиной менее 512 битовых интервалов). Ошибки одного сегмента ретранслируются в другой сегмент, что приводит к снижению пропускной способности сети в целом.
Еще одна проблема состоит в том, что коммутаторы данного типа часто перегружаются и плохо обрабатывают ситуацию перегрузки. Например, из двух или более сегментов поступают пакеты, адресованные одному и тому же сегменту. Но коммутатор не может одновременно передать несколько пакетов в один сегмент, поэтому часть пакетов пропадает. Не может коммутатор ретранслировать и пакеты, которые приходят из порта, в который коммутатор передает в данный момент.
Именно поэтому коммутаторы Cut-Trough постепенно вытесняются более совершенными.
Одно из усовершенствований коммутаторов получило название Interim Cut-Trough Switching (ICS). Оно направлено на то, чтобы избежать ретрансляции карликовых кадров. Для этого на принимающей стороне коммутатора все порты имеют буферную память FIFO на 512 бит. Если пакет заканчивается раньше, чем заполнится буфер, то содержимое буфера автоматически отбрасывается. Однако все остальные недостатки метода Cut-Through в данном случае сохраняются. Задержка ретрансляции коммутаторов данного типа увеличивается примерно на 400 битовых интервалов по сравнению с обычным Cut-Trough.
Коммутаторы Store-and-Forward
Коммутаторы Store-and-Forward (SAF) представляют собой наиболее дорогие, сложные и совершенные устройства данного типа. Они уже гораздо ближе к мостам и лишены перечисленных недостатков коммутаторов Cut-Trough. Главное их отличие состоит в полном буферировании во внутренней буферной памяти FIFO всех ретранслируемых пакетов. Размер каждого буфера при этом должен быть не меньше максимальной длины пакета. Соответственно значительно возрастает и задержка коммутации, она составляет не менее 12000 битовых интервалов. Карликовые и ошибочные кадры таким коммутатором отфильтровываются. Перегрузки возникают гораздо реже. /
Буферная память может размещаться на принимающей стороне всех портов (накопление перед коммутацией), на передающей стороне портов (накопление перед ретрансляцией), а также может быть общей для всех портов, причем эти методы часто комбинируются для достижения наибольшей гибкости и наивысшей производительности. Чем больше объем памяти, тем лучше коммутатор справляется с перегрузкой. Но с ростом объема памяти возрастает и стоимость оборудования. Иногда в состав коммутатора включается и процессор, но чаще коммутаторы выполняются на специализированных быстродействующих микросхемах, жестко специализированных именно на задачах коммутации пакетов.
Коммутаторы SAF, в отличие от других типов коммутаторов, могут поддерживать одновременно разные скорости передачи (10 Мбит/с и 100 Мбит/с). Полное буферирование пакета вполне позволяет передавать его не с той скоростью, с которой он поступил. В результате часть портов коммутатора может работать с сетью Ethernet, другая часть - с Fast Ethernet, причем некоторые коммутаторы автоматически настраивают свои порты на скорость передачи подключенного к порту сегмента. Поэтому коммутаторы SAF значительно облегчают переход с Ethernet на Fast Ethernet. Существуют уже коммутаторы, поддерживающие обмен с Gigabit Ethernet на скорости 1000 Мбит/с. Но в отличие от мостов коммутаторы, как правило, не меняют формат пакетов, поэтому сети с разными форматами пакетов нельзя объединять с их помощью.
Выпускаются также так называемые гибридные (или адаптивные) коммутаторы, которые могут автоматически переключаться из режима Cut-Through в режим SAF и наоборот. При малой нагрузке и при низком уровне ошибок они работают как более быстрые Cut-Through коммутаторы, а при большой нагрузке и при большом количестве ошибок переходят в более медленный, но более качественный режим SAF.
Наконец, еще одно важное достоинство коммутаторов по сравнению с ре-питерными концентраторами состоит в том, что они могут поддерживать режим полнодуплексной связи. Как уже отмечалось, при этом режиме резко упрощается обмен в сети, а скорость передачи в идеале удваивается (20 Мбит/с для Ethernet, 200 Мбит/с для Fast Ethernet).
Остановимся чуть подробнее на достоинствах и недостатках полнодуплексного режима.
Сегменты на витой паре и на оптоволоконном кабеле в любом случае используют две линии связи, одна из которых передает информацию в одну сторону, а другая - в другую. (Это не относится к сегментам 100BASE-T4, в которых есть двунаправленные витые пары, передающие в обе стороны по очереди). Но в стандартном полудуплексном режиме информация не передается по этим линиям связи одновременно. Однако если и адаптер, и коммутатор, связанные этими линиями связи, поддерживают полнодуплексный режим, то одновременная передача информации возможна. Естественно, аппаратура адаптера и коммутатора должна при этом обеспечивать прием приходящего из сети пакета и передачу своего пакета одновременно.
Полнодуплексный режим в принципе исключает любую возможность коллизии и делает ненужным сложный алгоритм управления обменом CSMA/CD. Каждый из абонентов (адаптер и коммутатор) может передавать в данном случае в любой момент без ожидания освобождения сети. В результате сеть нормально функционирует даже при нагрузке, приближающейся к 100% (в полудуплексном режиме - не более 30-40%). Особенно этот режим удобен для высокоскоростных серверов и высокопроизводительных рабочих станций.
Кроме того, отказ от метода CSMA/CD автоматически снимает ограничения на размер сети, связанные с ограничениями на двойное время распространения сигнала. Особенно это важно для Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. При полнодуплексном режиме обмена размер любой сети ограничен только затуханием сигнала в среде передачи. Поэтому, например, сети Fast Ethernet и Gigabit Ethernet могут использовать оптоволоконные сегменты длиной 2 км и даже больше. При стандартном полудуплексном режиме, и методе CSMA/CD это было бы в принципе невозможно, так как двойное время распространения сигнала для Fast Ethernet не должно превышать 5,12 мкс, а для Gigabit Ethernet - 0,512 мкс (а при переходе на минимальную длину пакета в 512 байт - 4,096 мкс).
Полнодуплексный режим можно рассматривать как приближение к топологии классической активной звезды. Как и в активной звезде, здесь не может быть конфликтов, но требования к центру (как по надежности, так и по быстродействию) чрезвычайно велики. Как и при активной звезде, строить сети с большим количеством абонентов затруднительно, необходимо использовать много центров (в нашем случае - коммутаторов). Как и при активной звезде, стоимость оборудования оказывается довольно высокой, так как кроме сетевых адаптеров и соединительных кабелей нужны сложные, быстрые и дорогие коммутаторы. Но, видимо, все это неизбежная плата за повышение скорости обмена. Строго говоря, полнодуплексные сети уже трудно назвать классическими Ethernet и Fast Ethernet, так как в них уже ничего не остается ни от топологии «шина», ни от метода CSMA/CD. Сохраняется только формат пакета и (не всегда) метод кодирования.
Таким образом, в настоящее время коммутирующие концентраторы (коммутаторы) выполняют все больше функций, традиционно относившихся к мостам. Поэтому в пределах одной сети или однотипных сетей с одинаковыми форматами пакетов (Ethernet и Fast Ethernet) коммутаторы все больше и больше вытесняют мосты, так как они более быстрые и более дешевые. На долю мостов остается только соединение разнотипных сетей, что встречается не так уж и часто. Эта тенденция прослеживается и в других областях электроники: узко специализированные быстрые устройства вытесняют универсальные медленные. Универсальные устройства (компьютеры, универсальные контроллеры) сохраняются только там, где без них действительно не обойтись, где нужны очень сложные алгоритмы обработки, которые к тому же могут изменяться в соответствии с требованиями конкретной задачи.
Коммутирующие концентраторы Ethernet и Fast Ethernet
Коммутирующие концентраторы (Switched Hubs), они же коммутаторы или переключатели, могут рассматриваться, как простейший и очень быстрый мост. Они позволяют разделить единую сеть на несколько сетей для увеличения допустимого размера сети или для снижения нагрузки (трафика) в отдельных частях сети.
Как уже отмечалось, в отличие от мостов, коммутирующие концентраторы не принимают приходящие пакеты, а только переправляют из одной части сети в другую те пакеты, которые в этом нуждаются. Они в реальном темпе поступления битов распознают адрес приемника пакета и принимают решение о том, надо ли это пакет переправлять, и если надо, то кому. Никакой обработки пакетов не производится, поэтому коммутаторы практически не замедляют обмена по сети, но они не могут преобразовывать формата пакетов и протоколов обмена по сети. Так как коммутаторы работают с информацией, находящейся внутри кадра, часто говорят, что они ретранслируют кадры, а не пакеты, как репитерные концентраторы.
Коллизии коммутатором не ретранслируются, что выгодно отличает его от более простого репитерного концентратора.
Логическая структура коммутатора довольно проста (рис. 9.6). Она включает в себя так называемую перекрестную матрицу (crossbar matrix), во всех точках пересечения которой могут устанавливаться связи на время передачи пакета. В результате пакет, поступающий из любого сегмента, может быть передан в любой другой сегмент (рис. 9.6) или, в случае широковещательного пакета, — во все другие сегменты одновременно (рис. 9.7).
Коммутаторы выпускаются на различное число портов. Чаще всего встречаются коммутаторы с 6, 8, 12, 16 и 24 портами. Отметим, что мосты, как правило, редко поддерживают более 4 портов. Различаются коммутаторы и допустимым количеством адресов на один порт. Этот показатель определяет предельную сложность подключаемых к порту сегментов (количество компьютеров в каждом сегменте). Некоторые коммутаторы позволяют разбивать порты на группы, работающие независимо друг от друга, то есть один коммутатор может работать как два или три.
Рис. 9.6. Логическая схема коммутатора
Коммутаторы характеризуются двумя показателями производительности: максимальной и совокупной скоростью ретрансляции пакетов. Максимальная скорость ретрансляции измеряется при передаче пакетов из одного порта в другой, когда все остальные порты отключены. Совокупная скорость измеряется при активной работе всех имеющихся портов. Совокупная скорость больше максимальной, но максимальная скорость, как правило, не может быть обеспечена на всех портах одновременно, хотя коммутаторы и способны одновременно обрабатывать несколько пакетов (в отличие от моста).
Главное правило, которого надо придерживаться при разбиении сети на части (сегменты) с помощью коммутатора, называется «правило 80/20». Только при его выполнении коммутатор работает эффективно. Согласно этому правилу, надо обеспечить, чтобы не менее 80 процентов всех передач происходило в пределах одной части (одного сегмента) сети. И только 20 процентов всех передач должно быть между разными частями (сегментами) сети, проходить через коммутатор. На практике это обычно сводится к тому, что сервер и активно работающие с ним рабочие станции (клиенты) располагаются на одном сегменте. Это же правило 80/20 применимо и к мостам.
Рис. 9.7. Ретрансляция широковещательного пакета
Существует два класса коммутаторов, отличающихся уровнем интеллек^-та и способами коммутации:
коммутаторы со сквозным вырезанием (Cut-Through);
коммутаторы с накоплением и ретрансляцией (Store-and-Forward, SAF).
Рассмотрим кратко их особенности.
Концентраторы класса I и класса II
Стандарт IEEE 802.3 определяет два класса репитерных концентраторов, отличающихся друг от друга своими функциональными возможностями и возможными областями применения. Каждый концентратор должен иметь маркировку своего класса в виде римской цифры I или II, заключенной в кружок.
Концентраторы (репитеры) класса II - это классические концентраторы, использовавшиеся с самого начала в сетях Ethernet. Именно поэтому их применение было разрешено и в сетях Fast Ethernet. Эти концентраторы отличаются тем, что непосредственно повторяют приходящие на них из сегмента сигналы и передают их в другие сегменты без какого бы то ни было преобразования. (То есть они не могут преобразовывать методы кодирования сетевых сигналов.) Поэтому к ним можно подключать только сегменты, использующие одну систему сигналов. Например, к концентратору могут подключаться только одинаковые сегменты 10BASE-T или только одинаковые сегменты 100BASE-TX. Могут, правда, подключаться и разные сегменты, но они должны использовать один код передачи, например 10BASE-T и 10BASE-FL или 100BASE-TX и 100BASE-FX. Но данные концентраторы не могут объединять сегменты с разными системами кодирования, например 100BASE-TX и 100BASE-T4.
Задержка сигналов в концентраторах класса II меньше, чем в концентраторах класса I. Согласно стандарту, она должна составлять от 46 битовых интервалов (для 100BASE-TX/FX) до 67 битовых интервалов (для 100BASE-T4). Отсюда следуют ограничения на наращиваемость таких концентраторов и на количество их портов (как правило, оно не превышает 24). Зато меньшая задержка концентратора позволяет использовать кабели большей длины, так как на работоспособность сети влияет суммарная задержка сигнала в сети, включающая в себя как задержки концентраторов, так и задержки в кабелях.
Для соединения концентраторов класса II между собой используется специальный порт расширения (UpLink port). Каждый концентратор подключается этим портом к одному из обычных портов другого концентратора (рис. 9.5).
Рис. 9.5. Соединение двух концентраторов класса II
Концентраторы класса II сложнее в производстве, чем концентраторы класса I, так как временные требования, предъявляемые к ним, жестче. Но при этом возможности их меньше, поэтому в настоящее время их постепенно вытесняют концентраторы класса I.
Концентраторы (репитеры) класса I характеризуются тем, что они преобразуют приходящие по сегментам сигналы в цифровую форму, прежде чем передавать их во все другие сегменты. В отличие от концентраторов класса II, они способны преобразовывать коды, применяемые в разных сегментах, поэтому к ним можно одновременно подсоединять сегменты разных типов, например 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-FX. Но этот процесс преобразования требует времени, поэтому данные концентраторы оказываются медленнее (по стандарту, их задержка составляет не более 140 битовых интервалов).
Концентраторы класса I более гибкие, они имеют более широкие возможности по наращиваемости. Именно из них строятся сложные концентраторы на базе шасси. К тому же благодаря внутренним цифровым шинам сигналов они допускают управление с удаленных рабочих станций, позволяющих контролировать нагрузку сети, состояние портов, интенсивность ошибок в сети, а также автоматически отключать неисправные сегменты. При этом для обмена с управляющей станцией применяется специально разработанный протокол обмена SNMP (Simple Network Management Protocol — простой протокол управления сетью). Такой концентратор, допускающий удаленное управление, называется интеллектуальным (Intelligent Hub).
Протокол SNMP был предложен в 1988 году комиссией IAB (Internet Activities Board). Он описывается документами RFC 1067, RFC 1098, RFC 1157. Комиссия IAB определила также и метод описания данных для этого протокола под названием ASN.l (Abstract Syntax Notation). Протокол SNMP относится к прикладному уровню, он работает с протоколами IP и IPX. Он позволяет как собирать информацию о сети, так и управлять устройствами сети.
Протокол SNMP подразумевает хранение информации об устройствах сети в формате ASN.1 в виде текстовых файлов, каждый из которых называется MIB (Management Information Base - база управляющей информации). Например, в случае интеллектуального концентратора с него можно считать информацию о количестве пакетов, переданных и полученных каждым из портов, можно также включить и выключить каждый порт. Но это далеко не все возможности управления с помощью SNMP.
Чтобы управлять устройством сети, контроллер этого устройства должен выполнять программу агента SNMP. Программа агента собирают данные о системе, в которой они запущены и управляют объектами данных системы.
Рабочая станция, управляющая сетью (NMS - Network Management Station) - это один из компьютеров, подключенных к сети, на котором запущен специальный пакет прикладных программ, которые в удобном графическом виде отображают состояние сетевых устройств и позволяют управлять ими.
Протокол SNMP поддерживает три типа команд:
Команда GET читает значения объектов данных устройства (из MIB) в произвольном порядке.
Команда GET NEXT читает следующее по порядку значение объекта данных устройства.
Команда SET применяется для изменений (записи) значений объектов данных устройства.
Команды и реакции протокола SNMP передаются посредством модулей данных в составе дейтаграмм (PDU - Protocol Data Unit). Протокол предусматривает также передачу информации о типе кодирования MIB, поэтому в разных устройствах MIB может иметь различный формат. Существует ряд фирменных и стандартных форматов MIB для сетевых адаптеров (MIB-II), концентраторов, мостов и сети в целом (RMON MIB), поддерживаемых SNMP.
Мосты и маршрутизаторы Ethernet и Fast Ethernet
Мосты и маршрутизаторы, строго говоря, не совсем правильно относить к специфическому сетевому оборудованию. В большинстве случаев они представляют собой универсальные компьютеры, работающие в сети и выполняющие специфическую функцию соединения двух и более частей сети, хотя существуют мосты и маршрутизаторы, жестко специализированные на работе в сети. В частности, маршрутизаторы выпускаются рядом фирм в виде модулей, устанавливаемых в концентраторы на базе шасси. Понятно, что их стоимость ниже, чем маршрутизаторов на базе компьютеров.
Репитеры и концентраторы Ethernet и Fast Ethernet
Использование репитеров и концентраторов в сети Ethernet не является обязательным. Небольшие сети на основе сегментов 10BASE2 или 10BASE5 вполне могут обойтись без них. Для сетей из нескольких таких сегментов необходимы простейшие репитеры. А при выборе в качестве среды передачи витой пары или оптоволоконного кабеля уже необходимы концентраторы (если, конечно, в сеть объединяются не два компьютера, а хотя бы три). Для сети Fast Ethernet концентраторы совершенно необходимы.
Выбор конфигурации сетей Ethernet и Fast Ethernet
10.1. Выбор конфигурации Ethernet
10.1.1. Правила модели 1
10.1.2. Расчет по модели 2
10.2. Выбор конфигурации Fast Ethernet
10.2.1. Правила модели 1
10.2.2. Расчет по модели 2
Правила модели
Первая модель формулирует набор простых правил, которые необходимо соблюдать проектировщику сети при соединении отдельных компьютеров и сегментов.
1. Репитер или концентратор, подключенный к сегменту, снижает на единицу максимально допустимое число абонентов, подключаемых к сегменту.
2. Полный путь между двумя любыми абонентами должен включать в себя не более пяти сегментов, четырех концентраторов (репитеров) и двух трансиверов (MAU) для сегментов 10 BASES.
З.Если путь между абонентами состоит из пяти сегментов и четырех концентраторов (репитеров), то количество сегментов, к которым подключены компьютеры, не должно превышать трех, а остальные сегменты должны просто связывать между собой концентраторы (репитеры). Это так называемое «правило 5-4-3».
4. Если путь между абонентами состоит из четырех сегментов и трех концентраторов (репитеров), то должны выполняться следующие условия:
максимальная длина оптоволоконного кабеля сегмента 10BASE-FL, соединяющего между собой концентраторы (репитеры), не должна превышать 1000 м;
максимальная длина оптоволоконного кабеля сегмента 10BASE-FL, соединяющего концентраторы (репитеры) с компьютерами, не должна превышать 400 м;
ко всем сегментам могут подключаться компьютеры.
Рис. 10.1. Пример максимальной конфигурации в соответствии с первой моделью
При выполнении этих правил можно быть уверенным, что сеть будет работоспособной. Никаких дополнительных расчетов в данном случае не требуется. Считается, что соблюдение данных правил гарантирует допустимую величину задержки сигнала в сети.
На рис. 10.1 показан пример максимальной конфигурации, удовлетворяющей этим правилам. Здесь максимально возможный путь (диаметр сети) проходит между двумя нижними по рисунку абонентами: он включает в себя пять сегментов (10BASE2, 10BASE5, 10BASE-FL, 10BASE-FL и 10BASE-T), четыре концентратора (репитера) и два трансивера MAU.
Табл. 10.3. Максимальная длина кабелей в конфигурации с одним концентратором
| Вид кабеля А | Вид кабеля В | Класс концентратора | Макс, длина кабеля А | Макс, длина кабеля В | Макс, размер сети, м |
| ТХ, Т4 | ТХ.Т4 | I или II | 100 | 100 | 200 |
| тх | FX | I | 100 | 160,8 | 260,8 |
| Т4 | FX | I | 100 | 131 | 231 |
| FX | FX | I | 136 | 136 | 272 |
| ТХ | FX | II | 100 | 208,8 | 308,8 |
| Т4 | FX | II | 100 | 204 | 304 |
| FX | FX | II | 160 | 160 | 320 |
|
Вид кабеля А |
Вид кабеля В |
Макс, длина кабеля А, м |
Макс, длина кабеля В, м |
Макс, размер сети |
| ТХ,Т4 | ТХ,Т4 | 100 | 100 | 205 |
| ТХ | FX | 100 | 116,2 | 221,2 |
| Т4 | FX | 100 | 136,3 | 241,3 |
| FX | FX | 114 | 114 | 233 |
В случае использования двух оптоволоконных кабелей можно уменьшать один из кабелей за счет увеличения другого. При уменьшении одного кабеля на 10 м можно увеличить другой тоже на 10м. Если же используется два электрических кабеля, то увеличивать один из них за счет уменьшения другого нельзя, так как их длина в принципе не может превышать 100 м из-за затухания сигнала в кабеле.
Отметим, что концентратор класса II в принципе не может одновременно поддерживать сегменты с разными методами кодирования TX/FX и Т4. Поэтому варианты, соответствующие вторым снизу строкам обеих таблиц 10.3 и 10.4 никогда не реализуются на практике, но стандарт почему-то дает цифры и для них.
Во всех перечисленных случаях под размером сети понимается размер зоны конфликта (области коллизии, collision domain). При этом надо учитывать, что включение в сеть одного коммутатора позволяет увеличить полный размер сети вдвое.
Пример сети максимальной конфигурации в соответствии с первой моделью для витой пары показан на рис. 10.7.
Рис. 10.7. Пример максимальной конфигурации сети Fast Ethernet
Здесь максимальный размер зоны конфликта складывается из сегментов А, В и С, то есть составляет:
100 + 5 + 100 = 205 метров,
что удовлетворяет условию работоспособности сети (табл. 10.4, верхняя строчка). Отметим, что сегмент D также входит в зону конфликта, так как коммутатор тоже является полноправным передатчиком пакетов сети. Поэтому длина сегмента D также не может превышать в нашем случае 100 м, чтобы суммарная длина сегментов А, В и D не превысила все тех же 205 м. Сегменты, отделенные от рассматриваемой зоны конфликта коммутатором, никак не влияют на ее работоспособность.
Расчет по модели
Вторая модель, применяемая для оценки конфигурации Ethernet, основана на точном расчете временных характеристик выбранной конфигурации сети. Она иногда позволяет выйти за пределы жестких ограничений модели 1. Применение модели 2 совершенно необходимо в том случае, когда размер проектируемой сети близок к максимально допустимому.
В модели 2 используются две системы расчетов:
первая система предполагает вычисление двойного (кругового) времени прохождения сигнала по сети и сравнение его с максимально допустимой величиной;
вторая система проверяет допустимость величины получаемого межкадрового временного интервала, межпакетной щели (IPG - InterPacket Gap) в сети.
При этом вычисления в обеих системах расчетов ведутся для наихудшего случая, для пути максимальной длины, то есть для такого пути передаваемого по сети пакета, который требует для своего прохождения максимального времени. При первой системе расчетов выделяются три типа сегментов:
начальный сегмент — это сегмент, соответствующий началу пути максимальной длины;
конечный сегмент — это сегмент, расположенный в конце пути максимальной длины;
промежуточный сегмент - это сегмент, входящий в путь максимальной длины, но не являющийся ни начальным, ни конечным.
Табл. 10.1. Величины задержек для расчета двойного времени прохождения сигнала (задержки даны в битовых интервалах)
| Тип сегмента Ethernet | Макс, длина м | Начальный сегмент | Промежуточный сегмент | Конечный сегмет
tm | Задержка на метр длины, | ||||||||||
| 10BASE5 | 500 | 11,8 | 55,0 | 46,5 89,8 | 169,5 | 212,8 | 0,087 | ||||||||
| 10BASE2 | 185 | 11,8 | 30,8 | 46,5 65,5 | 169,5 | 188,5 | 0,103 | ||||||||
| 10BASE-T | 100 | 15,3 | 26,6 | 42,0 53,3 | 165,0 | 176,3 | 0,113 | ||||||||
| 10BASE-FL | 2000 | 12,3 | 212,3 | 33,5 233,5 | 156,5 | 356,5 | 0,100 | ||||||||
| FOIRL | 1000 | 7,8 | 107,8 | 29,0 129,0 | 152,0 | 252,0 | 0,100 | ||||||||
| AUI | 50 | 0 | 5,1 | 0 5,1 | 0 | 5,1 | 0,103 |
Промежуточных сегментов в выбранном пути может быть несколько, а начальный и конечный сегменты при разных расчетах могут меняться местами друг с другом.
Выделение трех типов сегментов позволяет автоматически учитывать задержки сигнала на всех концентраторах, входящих в путь максимальной длины, а также в приемопередающих узлах адаптеров.
Для расчетов используются величины задержек, представленные в таблице 10.1. Методика расчета сводится к следующему.
1. В сети выделяется путь максимальной длины. Все дальнейшие расчеты ведутся для него. Если этот путь не очевиден, то расчеты ведутся для всех возможных путей, и на основании этих расчетов выбирается путь максимальной длины.
2. Если длина сегмента, входящего в выбранный путь, не максимальна, то рассчитывается двойное (круговое) время прохождения в каждом сегменте выделенного пути по формуле: ts = LtL + to, где L — длина сегмента в метрах (при этом надо учитывать тип сегмента: начальный, промежуточный или конечный).
3. Если длина сегмента равна максимально допустимой, то из таблицы для него берется величина максимальной задержт ки t .
4. Суммарная величина задержек всех сегментов выделенного пути не должна превышать предельной величины 512 битовых интервалов (51,2 мкс).
5. Выполняются те же действия для обратного направления выбранного пути (то есть конечный сегмент считается начальным, и наоборот). Из-за разных задержек передающих и принимающих узлов концентраторов величины задержек в разных направлениях могут отличаться (правда, не слишком сильно).
6. Если задержки в обоих случаях не превышают величины 512 битовых интервалов, то сеть считается работоспособной.
Например, для конфигурации, показанной на рис. 10.1, путь наибольшей длины - это путь между двумя нижними по рисунку компьютерами. В данном случае это довольно очевидно. Этот путь включает в себя пять сегментов (слева направо): 10BASE2,10BASE5,10BASE-FL (два сегмента) и 10BASE-T.
Произведем расчет, считая начальным сегментом 10BASE2, а конечным -10BASE-T.
1. Начальный сегмент 10BASE2 имеет максимально допустимую длину (185 м), следовательно, для него берем из таблицы величину задержки 30,8.
2. Промежуточный сегмент 1 OBASE5 также имеет максимально допустимую длину (500 м), поэтому для него берем из таблицы величину задержки 89,8.
3. Оба промежуточных сегмента 10BASE- FL имеют длину 500 м, следовательно, задержка каждого из них будет вычисляться по формуле:
500 • 0,100 + 33,5 = 83,5.
1. Конечный сегмент 10BASE-T имеет максимально допустимую длину (100 м), поэтому из таблицы берем для него величину задержки 176,3.
2. В путь наибольшей длины входят также шесть АШ-кабе-лей: два из них (в сегменте 10BASE5) показаны на рисунке, а четыре (в двух сегментах 10BASE-FL) не показаны, но в реальности вполне могут присутствовать. Будем считать, что суммарная длина всех этих кабелей равна 200 м, то есть четырем максимальным длинам. Тогда задержка на всех АШ-кабелях будет равна
4 • 5,1 = 20,4.
1. В результате суммарная задержка для всех пяти сегментов составит:
30,8 + 89,8 + 83,5 + 83,5 + 176,3 + 20,4 = 484,3,
что меньше, чем предельно допустимая величина 512, то есть сеть работоспособна.
произведем теперь расчет суммарной задержки для того же пути, но в )братном направлении. При этом начальным сегментом будет 10BASE-T, i конечным - 10BASE2. В конечной сумме изменятся только два слагаемых (промежуточные сегменты остаются промежуточными). Для началь-гого сегмента 10BASE-T максимальной длины задержка составит 26,6 >итовых интервалов, а для конечного сегмента 10BASE2 максимальной (лины задержка составит 188,5 битовых интервалов. Суммарная задер-кка будет равняться
26,6 + 83,5 + 83,5 + 89,8 + 188,5 + 20,4 = 492,3, то опять же меньше 512.
Работоспособность сети подтверждена.
Однако расчета двойного времени прохождения, в соответствии со стандартом, еще не достаточно, чтобы сделать окончательный вывод о работоспособности сети.
Второй расчет, применяемый в модели 2, проверяет соответствие стандарту величины межкадрового интервала (IPG). Эта величина изначально не должна быть меньше, чем 96 битовых интервалов (9,6 икс), то есть только через 9,6 мкс после освобождения сети абоненты могут начать свою передачу. Однако при прохождении пакетов (кадров) через репитеры и концентраторы межкадровый интервал может сокращаться, вследствие чего два пакета могут в конце концов восприниматься абонентами как один.
Допустимое сокращение IPG определено стандартом в 49 битовых интервалов (4,9 мкс).
Табл. 10.2. Величины сокращения межкадрового интервала (IPG) для разных сегментов Ethernet
| Сегмент | Начальный | Промежуточный |
| 10BASE2 | 16 | 11 |
| 10BASE5 | 16 | 11 |
| 10BASE-T | 16 | 11 |
| 10BASE-FL | 11 | 8 |
Вычисления здесь очень простые. Для них используются данные табл. 10.2.
Для получения полной величины сокращения IPG надо просуммировать величины из таблицы для сегментов, входящих в путь максимальной длины, и сравнить сумму с предельной величиной 49 битовых интервалов. Если сумма меньше 49, мы можем сделать вывод о работоспособности сети. Для гарантии расчет производится в обоих направлениях выбранного пути.
Для примера обратимся все к той же конфигурации, показанной на рис. 10.1. Максимальный путь здесь — между двумя нижними по рисунку компьютерами. Берем в качестве начального сегмента 10BASE2. Для него сокращение межкадрового интервала равно 16. Далее следуют промежуточные сегменты: 10BASE5 (величина сокращения составит 11) и два сегмента 10BASE-FL (каждый из них внесет свой вклад по 8 битовых интервалов). В результате суммарное сокращение межкадрового интервала составит:
16 + 11+8 + 8 = 43,
что меньше предельной величины 49. Следовательно, данная конфигурация и по этому показателю будет работоспособна.
Вычисления для обратного направления по этому же пути дадут в данном случае тот же результат, так как начальный сегмент 10BASE-T даст ту же величину, что и начальный сегмент 10BASE2 (16 битовых интервалов), а все промежуточные сегменты опять же останутся промежуточными.
Попробуем теперь с помощью второй модели расчетов оценить, каков может быть максимальный размер сети Ethernet. Теоретически возможный размер сети составляет 6,5 км - в предположении, что вся сеть выполнена на одном сегменте. Однако в реальности это невозможно, ведь предельная длина сегмента не превышает 2 км (для 10BASE-FL). Поэтому присутствие репитеров или концентраторов в сети максимального размера обязательно, а они внесут свой вклад в задержку прохождения сигнала по сети.
Возьмем простейшую конфигурацию сети из двух сегментов 10BASE-FL, соединенных концентратором (рис. 10.2).
Рис. 10.2. Сеть Ethernet максимально возможной длины
Из таблицы 10.1 видно, что при выборе максимальной длины обоих сегментов по 2000 метров (один из них будет начальным, а другой - конечным) суммарная двойная задержка распространения составит:
212,3 + 356,5 = 568,8,
сто значительно больше допустимой величины 512. То есть реальная длина :ети будет даже меньше, чем 4 км. Элементарный расчет показывает, что три двух одинаковых сегментах 10BASE-FL длина каждого из них не дол-
жна превышать 1716 м. Двойная задержка распространения при этом будет вычисляться так (табл. 10.1):
12,3 + 1716 • 0,1+ 156,5 + 1716 • 0,1 = 512.
И общая длина сети будет при этом составлять 3432 м, что значительно меньше теоретически возможной длины в 6500 м. Отметим, что сегменты в конфигурации на рис. 10.2 могут быть и разной длины, но их общая длина не должна превышать все тех же 3432 м. При этом стоит еще учитывать, что мы не включали в расчет задержки трансиверных кабелей. Если используются внешние трансиверы, то необходимо еще уменьшить длину оптоволоконных кабелей.
Попробуем теперь оценить максимально возможный размер сети при использовании только электрического кабеля, например, наиболее популярной сейчас витой пары.
Допустим, мы имеем конфигурацию из пяти сегментов 10BASE-T предельно допустимой длины (100 м), соединенных между собой четырьмя концентраторами. Задержка начального сегмента составит (из табл. 10.1) 26,6 битовых интервалов. Задержка конечного сегмента будет равна 176,3 битовых интервалов. Задержка трех промежуточных сегментов будет 53,3 битовых интервала на каждый сегмент. Итого суммарная задержка равняется:
26,6 + 176,3 + 3 • 53,3 = 362,8, что меньше предельной величины 512.
Мы можем добавить еще два промежуточных 100-метровых сегмента, которые дадут еще 106,6, увеличив количество сегментов до 7, а количество концентраторов до 6. И еще останется запас в 42,6 битовых интервалов. Всего получаем, что сегментов может быть даже 8 при семи концентраторах, а общая длина всех кабелей может достигать 705,3 м. Это значительно превышает ограничения модели 1.
Но подсчитаем, какая величина сокращения межкадрового интервала получается при такой конфигурации. Один начальный сегмент даст 16 битовых интервалов (см. табл. 10.2). Шесть промежуточных сегментов дадут 77 битовых интервалов. В сумме получится 93 битовых интервала, что значительно превышает разрешенные 49 битовых интервалов. Поэтому в данном случае предельная длина сети будет ограничена пятью сегментами, которые сократят межкадровый интервал на величину 16+11 • 3 = 49 битовых интервалов.
В результате сеть максимального размера на витой паре будет состоять из пяти сегментов по 100 м (рис. 10.3), что совпадает с требованиями модели 1. Полная длина сети составит 500 м.
Рис. 10.3. Сеть Ethernet максимального размера на витой паре
Интересно, что пути максимальной длины для расчета круговой задержки и для расчета IPG могут быть различными. Вполне возможна ситуация, когда максимальную задержку прохождения дает один путь в сети, а максимальное сокращение IPG дает другой путь. Например, если один путь состоит из пяти коротких сегментов (электрических и оптоволоконных) и четырех концентраторов, а другой путь имеет всего два оптоволоконных сегмента, но зато с суммарной длиной, близкой к максимально возможной, то первый даст максимальное сокращение IPG, а второй — максимальную задержку прохождения сигнала.
Значит, в идеале необходимо рассчитывать как круговую задержку, так и сокращение IPG для каждого из возможных путей в данной топологии сети. А условие работоспособности сети будет состоять в том, что все задержки всех путей должны быть меньше 512 битовых интервалов, а все величины сокращения IPG для всех путей должны быть меньше 49 битовых интервалов. Правда, неоднозначность пути максимальной длины надо учитывать только в том случае, когда в сети присутствует больше четырех концентраторов, так как четыре концентратора (пять сегментов) в принципе не могут уменьшить APG больше, чем на 49 битовых интервалов при выборе любых возможных сегментов (см. табл. 10.2).
Таким образом, для оценки работоспособности той или иной конфигурации можно использовать обе модели (модель 1 и модель 2), хотя для сложных топологий и предельно длинных сегментов предпочтительнее вторая (числовая) модель, позволяющая количественно оценить временные характеристики сети. В случае же более простых топологий вполне достаточно проверить выполнение элементарных правил первой модели, что не требует никаких расчетов.
Выбор конфигурации Ethernet
При выборе конфигурации сети Ethernet, состоящей из сегментов различных типов, возникает много вопросов, связанных прежде всего с максимально допустимым размером (диаметром)4сети и максимально возможным числом различных элементов. Сеть будет работоспособной только в том случае, если максимальная задержка распространения сигнала в ней не превысит предельной величины. Эта величина определяется выбранным методом управления обменом CSMA/CD, основанным на обнаружении и разрешении коллизий.
Прежде всего отметим, что для получения сложных конфигураций Ethernet из отдельных сегментов применяются концентраторы двух уже упоминавшихся основных типов:
репитерные концентраторы, которые представляют собой набор репитеров и никак логически не разделяют сегменты, подключенные к ним;
коммутирующие (switching) концентраторы или коммутаторы, которые передают информацию между сегментами, но не передают конфликты с сегмента на сегмент.
В случае более сложных коммутирующих концентраторов конфликты в отдельных сегментах решаются на месте, в самих сегментах, и не распространяются по сети, как в случае более простых репитерных
концентраторов. Это имеет принципиальное значение для выбора топологии сети Ethernet, так как используемый в ней метод доступа CSMA/ CD предполагает наличие конфликтов и их разрешение, причем общая длина сети как раз и определяется размером зоны конфликта, области коллизии (collision domain). Таким образом, применение репитерного концентратора не разделяет зону конфликта, в то время как каждый коммутирующий концентратор делит зону конфликта на части. В случае коммутатора оценивать работоспособность надо для каждой части сети отдельно, а в случае репитерных концентраторов надо оценивать работоспособность всей сети в целом.
На практике репитерные концентраторы применяются гораздо чаще, так как они проще и дешевле. Поэтому мы будем в основном говорить в дальнейшем именно о них.
При выборе и оценке конфигурации Ethernet используются две основные модели. Остановимся кратко на их особенностях.
Выбор конфигурации Fast Ethernet
Точно так же, как и в случае Ethernet, для определения работоспособности сети Fast Ethernet стандарт IEEE 802.3 предлагает две модели, называемые Transmission System Model 1 и Transmission System Model 2. При этом первая модель основана на нескольких несложных правилах, а вторая использует систему точных расчетов. Первая модель исходит из того, что все компоненты сети (в частности, кабели) имеют наихудшие из возможных временные характеристики, поэтому она всегда дает результат со значительным запасом. Во второй модели можно использовать реальные временные характеристики кабелей, поэтому ее применение позволяет иногда преодолеть жесткие ограничения модели 1.
Формулы Шеннона для непрерывного и дискретного каналов
Как уже отмечалось, локальные сети в настоящее время практически всегда имеют выход в какую-то глобальную сеть. Как правило, для подключения к глобальной сети используются модемы.
Модем (сокращение от «модулятор-демодулятор») - это устройство, преобразующее цифровые данные от компьютера в аналоговые сигналы перед их передачей по последовательной линии и, после передачи, производящее обратное преобразование. Основная цель преобразования состоит в согласовании полосы частот, занимаемой сигналами, с полосой пропускания линии передачи. Сигналы могут занимать всю полосу пропускания линии передачи либо ее часть (при частотном разделении каналов, например, в случае организации полностью дуплексного обмена). Кроме того, модемы должны обеспечивать необходимую амплитуду и мощность сигналов для достижения большого отношения сигнал/шум и, как следствие обоих перечисленных факторов (полосы частот и отношения сигнал/шум), возможно большей скорости передачи.
Модемы наиболее часто используются для подключения отдельных компьютеров либо локальных сетей к телефонной линии и, через нее, к другим компьютерам и сетям, в том числе и к глобальной сети Internet. Возможно, однако, использование достаточно экзотичных (по крайней мере, в настоящее время) линий передачи (типа силовой линии электропитания или системы кабельного телевидения) и не менее экзотичных модемов для связи компьютеров (и не только компьютеров), подключенных к той же самой линии связи. Все эти вскользь упомянутые темы, а также принципы работы и внутреннее устройство модемов (в упрощенном виде) рассматриваются в данной главе.
Внимание к характеристикам, внутреннему устройству модемов и принципам их работы вызвано отнюдь не абстрактным соображением о пользе знаний вообще и даже не только чисто прагматическим взглядом на проблему выбора конкретного типа модема, исходя из анализа доступных (часто не полных) сведений и цен. Дело в том, что модемы, используемые для передачи уязвимых по отношению к помехам цифровых данных по отнюдь неидеальным также и в других отношениях линиям передачи, являются хорошим примером «торжества человеческой мысли», воплощенном в достаточно компактном и зачастую интеллектуальном техническом устройстве. Весьма наглядно это проявляется на примере все тех же модемов для подключения к телефонным линиям, которые, как известно, имеют весьма ограниченную полосу пропускания (стандартное значение 3100 Гц) и прочие неприятные и не всегда предсказуемые особенности (временные перерывы в связи, искажения вплоть до полной неузнаваемости формы сигналов после передачи и др.). Для модемов, работающих на аналоговых телефонных линиях, в настоящее время достигнут теоретический предел, определяемый теоремами Шеннона. Работа на пределе возможностей приводит, как всегда, к наукоемким и оригинальным в техническом отношении решениям, которые могут быть полезны широкому кругу специалистов, занимающихся собственными разработками.
Формулы Шеннона представляют собой математические записи теорем кодирования Шеннона для дискретных и непрерывных сообщений, передаваемых по каналам с ограниченной пропускной способностью на фоне шумов и помех.
Каналы связи принято делить на дискретные, непрерывные и смешанные в зависимости от типов сигналов на входе и выходе. В общей структурной схеме канала передачи (рис. 12.1) дискретными являются каналы от входа модулятора до выхода демодулятора и от входа кодера до выхода декодера. Непрерывный (аналоговый) канал - это собственно последовательная линия передачи (телефонная линия, скрученная пара проводов, коаксиальный кабель и др.). Дискретные каналы не являются независимыми рт
аналогового канала, который часто образует наиболее «узкое место» при передаче и из-за собственной ограниченной полосы пропускания и внешних шумов и помех определяет общую достижимую скорость передачи (при заданном допустимом уровне ошибок при приеме).
Рис. 12.1. Общая структурная схема канала передачи: 1 - непрерывный (аналоговый) канал; 2,3- дискретные каналы
Прежде чем рассматривать формулы Шеннона, целесообразно обратиться еще раз к рис. 12.1 и пояснить функции отдельных устройств, так как это пригодится при дальнейшем изложении.
Кодер/декодер в конкретной системе может совмещать, на первый взгляд, прямо противоположные функции.
Во-первых, кодер может быть использован для внесения избыточности в передаваемую информацию с целью обнаружения влияния шумов и помех на приемном конце (там этим занимается соответствующий декодер). Избыточность проявляется в добавлении к передаваемой полезной информации так называемых проверочных разрядов, формируемых, как правило, чисто аппаратурными средствами из информационной части сообщения. Известно много различных помехоустойчивых кодов, причем самый простой однобитовый код (бит четности/нечетности) далеко не всегда удовлетворительно работает на практике. Вместо него в локальных сетях используются контрольная сумма или, что еще лучше, циклический код (CRC - Cyclic Redundancy Check), занимающий в формате передаваемого сообщения 2 или 4 байта, независимо от длины в байтах информационной части сообщения.
Во-вторых, при больших объемах передаваемой информации целесообразно ее сжать до передачи, если есть такая возможность. В этом случае говорят уже о статистическом кодировании. Здесь уместна аналогия с обычными программами архивации файлов (типа arj, rar, pkzip и др.), которые широко используются при организации обмена в сети Internet. Волее того, если проблема с большими объемами информации и после такого обратимого сжатия до конца не решается, можно рассмотреть возможность необратимого сжатия информации с частичной ее потерей («огрублением»). Конечно, здесь не может быть и речи об отбрасывании части чисто цифровых данных, но по отношению к изображениям иногда можно пойти на снижение разрешения (числа пикселей) без искажения общего вида «картинки». Здесь можно упомянуть алгоритмы сжатия JPEG для изображений и MPEG для видео- и аудиопотоков, допускающие значительные степени компресии без уменьшения разрешения и с минимальными потерями.
Понятно, что оба типа кодирования (помехоустойчивое избыточное кодирование и статистическое кодирование) служат, в конечном счете, решению одной задачи - повышению качества передачи как в смысле отсутствия или минимального допустимого уровня ошибок в принятом сообщении, так и в смысле максимального использования пропускной способности канала передачи. Поэтому в высокоскоростных модемах нередко реализуются оба типа кодирования. Что касается функций модулятора/демодулятора на рис. 12.1, то они, как уже было сказано, включают согласование полосы частот, занимаемой сигналами, с полосой пропускания линии передачи. Кроме того, выходные каскады передатчиков (после модуляторов) реализуют усиление сигналов по мощности и амплитуде, что является наиболее очевидным средством увеличения отношения сигнал/шум. Действительно, ничто (кроме, пожалуй, техники безопасности...) не заставляет разработчиков придерживаться в аналоговом канале столь жестких ограничений сигналов по амплитуде, как в дискретных (цифровых) каналах (от 0 до + 5В при использовании аппаратуры в стандарте ТТЛ). Например, для распространенного стандарта последовательного порта компьютера RS-232C предусмотрена «вилка» амплитуд от -(3...12)В до +(3...12)В. Конечно, в обоих случаях речь идет об амплитудах вблизи передатчика, в то время как вблизи приемника амплитуда сигналов может быть существенно ослаблена.
Формула Шеннона для непрерывного (аналогового) канала связи достаточна проста:
где VMaKc - максимальная скорость передачи (бит/сек), Af — полоса пропускания линии передачи и, одновременно, полоса частот, занимаемая сигналами (если не используется частотное разделение каналов), S/N — отношение сигнал/шум по мощности. График этой зависимости приведен на рис. 12.2 (формуле Шеннона соответствует кривая под названием «теоретический предел»).
Под шумом понимается любой нежелательный сигнал, в том числе внешние помехи или сигнал, вернувшийся к передающему устройству - может быть, и модему - в результате отражения от противоположного конца линии. Сами по себе сосредоточенные помехи не столь существенно ограничивают пропускную способность аналогового канала, как непредсказуемый в каждый момент времени белый гауссовский шум. «Умные» высокоскоростные модемы умеют, как будет отмечено в дальнейшем, определять уровень и задержку «своих» отраженных сигналов и компенсировать их влияние.
Рис. 12.2. Зависимость максимальной скорости передачи VU3KCдля аналоговой линии от отношения сигнал-шум по мощности S/N
Формула Шеннона для многопозиционного дискретного канала, построенного на базе предыдущего непрерывного канала, в отсутствие ошибок при приеме, имеет следующий вид:
Здесь п - общее число вариантов дискретного (цифрового) сигнала (алфавит). Если за время одной посылки (длительность элементарного аналогового сигнала типа отрезка синусоиды) передается информация о k двоичных разрядах, то n = 2k. Практически расширение алфавита для дискретных сигналов приводит к появлению все менее различимых элементарных посылок, так что величина п ограничивается сверху все тем же отношением сигнал/шум S/N в аналоговом канале.
При учете ошибок при приеме формула Шеннона для многопозиционного дискретного канала, построенного на базе непрерывного канала, имеет следующий вид:
Здесь рош - отношение числа бит, принятых с ошибками, к общему числу переданных бит за время наблюдения, теоретически стремящееся к бесконечности, а практически достаточное для набора статистики.
Согласно стандарта МККТТ (CCITT, новое название той же организации -ITU-T), для телефонных сообщений должно выполняться условие рош. < 3 • 10~5, а для цифровых данных рош. < 10~6 (в отдельных случаях для критичных данных этот порог уменьшают до 10~9). При выполнении требований стандартов влиянием ошибок при приеме на максимально-допустимую скорость передачи можно полностью пренебречь и от соотношения (3) перейти к более простому соотношению (2). В частном случае бинарного канала (k = 1, n = 2) при Рош= 1/2 из соотношения (3) следует, что V — 0, а при р —> 0 и при р —> 1 V —> 2 • Af. Физический смысл
такой зависимости состоит в том, что при рош— 1/2 принятый сигнал не содержит полезной информации (каждый из принятых битов может оказаться ошибочным). При рош (гипотетический случай, имеющий чисто теоретический интерес) каждый бит с большой вероятностью инвертируется, и доля полезной информации снова возрастает.
Формулы Шеннона показывают, что наиболее эффективный способ увеличения максимальной скорости передачи Умакс состоит в увеличении полосы пропускания линии передачи Af (VMaKc ~ Af). Логарифмическая зависимость VMaKc от отношения сигнал/шум S/N делает этот путь повышения Умакс гораздо менее перспективным и более трудоемким. Однако на практике редко возможен свободный выбор линии передачи, который с точки зрения реализации максимальной скорости передачи однозначно сводится к использованию оптоволоконной линии связи (ВОЛС). Суровая действительность часто состоит в том, что имеется телефонная линия, по которой и нужно организовать передачу с использованием модемов.
Как уже говорилось, телефонная линия (точнее, тракт передачи, функционирующий на этой линии, с учетом фильтров) имеет фиксированную полосу пропускания Af = 3400 - 300 = 3100 Гц, поэтому приходится бороться именно за повышение отношения сигнал/шум. Да и то хороший результат сам по себе не гарантирован, так как речь идет о реализации возможностей, близких к теоретическому пределу. Практический предел отношения сигнал/ шум в аналоговой телефонной линии составляет примерно 35 дБ (более 3000 раз по мощности или более 56 раз по амплитуде), что соответствует максимальной скорости VMBKC« 34822 бит/сек (стандартное значение, реализуемое на практике, 33600 бит/сек). Популярные в настоящее время 56К—модемы реализуют заявленную скорость только в одну сторону — от провайдера (из сети) до пользователя и только при условии работы провайдера непосредственно на цифровой, несколько более широкополосной, линии передачи (чудес не бывает!).
Подключение к глобальным сетям с помощью модемов
12.1. Формулы Шеннона для непрерывного и дискретного каналов
12.2. Типы линий передачи, использующих модемы
12.3. Структура модема
12.4. Методы модуляции, используемые в высокоскоростных модемах
12.5. Особенности стандартов V.34 и V.90
12.6. Классификация модемов
12.7. Программные средства для модемов
Классификация модемов
Выше были упомянуты в достаточно большом количестве разные типы модемов. Однако этот список был бы неполным без упоминания еще ряда названий модемов, используемых на практике. Представлен вариант классификации модемов по следующим трем признакам:
типы линий передачи, в которых используются модемы;
виды сервиса и характеристики модемов:
особенности внутреннего устройства и конструктивного исполнения модемов.
Следует отметить, что модемы относятся к категории массовых и быстро развивающихся телекоммуникационных средств. Их разработкой, изготовлением и продвижением до конечного пользователя занимается множество фирм. С этим связано существование множества неустоявшихся, частично пересекающихся названий модемов. Поэтому краткое название модема может оказаться недостаточным для определения его истинного назначения и особенностей, весьма существенных для пользователя. Так, существуют два абсолютно несовпадающих типа V-90-модемов - один, аналоговый, для использования у пользователя и другой, чисто цифровой, для поддержки стандарта V.90 со стороны провайдера. Путаница может быть также связана с понятием голосового модема (voice modem) в связи с наличием в некоторых модемах близкой по названию, но совершенно отдельной функции голосовой почты (voice mail).
Методы модуляции, используемые в высокоскоростных модемах
Известно, что «классические» методы модуляции при прочих равных условиях существенно отличаются между собой по степени устойчивости к помехам. В отношении посылок ограниченных во времени отрезков синусоидальных сигналов, несущих информацию о логических нулях и единицах, возможна следующая простая интерпретация преимущества одних методов модуляции перед другими.
На рис. 12.7 Sj(t) и s2(t) — сигналы, соответствующие логическому нулю и
несет информацию только об одном бите). AM, ЧМ и ФМ — соответственно амплитудная, частотная и фазовая модуляция. Из графиков видно, что в наибольшей степени отличаются между собой посылки сигналов при фазовой модуляции, в наименьшей - при амплитудной модуляции. Поэтому по степени устойчивости к помехам «классические» методы модуляции должны быть расставлены в том же порядке.
В высокоскоростных модемах для дальнейшего улучшения помехоустойчивости (при неизменном отношении сигнал-шум в линии) используются обычно комбинации из «классических» методов модуляции, в частности, различные варианты амплитудно-фазовой модуляции. Для пояснения преимущества таких комбинированных методов модуляции над «классическими» методами могут быть использованы так называемые констел-ляционные (constellation - созвездие) или треллис (trellis - решетка) диаграммы. Используется еще и третий вариант названия - квадратурные диаграммы, напрямую связанный со способом изображения на комплексной плоскости гармонических функций при их разложении на синусоидальную («мнимую» - Im) и косинусоидальную («вещественную» - Re) составляющие.
Рис. 12.7. Качественное сравнение «классических» методов модуляции по степени УСТОЙЧИВОСТИ к помрхам
На рис. 12.8 показан фрагмент сигнала для простой бинарной дифференциальной фазовой модуляции (DPSK). При ее использовании передаче логической 1 в исходной цифровой последовательности соответствует сдвиг фазы гармонической посылки на 180°, а логическому 0 — отсутствие такого сдвига. В аналитическом виде этот сигнал описывается соотношением s(t) = cos(wct ± р/2) и на комплексной плоскости представляется в виде двух точек на окружности. В современных высокоскоростных модемах этот вид модуляции не используется, хотя использовался ранее в модемах со скоростью передачи до 4800 бит/с. Причина ограничения скорости передачи связана с неэффективным размещением сигналов в пространстве, при котором минимальное расстояние между ними (а значит, и степень устойчивости к помехам) далеко от теоретического предела.
Рис. 12.8. Фрагмент сигнала для простой бинарной дифференциальной фазовой модуляции (2 - DPSK) и его отображение на комплексной плоскости
Для метода DPSK максимальное число бит, информация о которых может быть «закодирована» в одной посылке гармонического сигнала (на одном бодовом интервале), составляет 3, что означает улучшение скорости передачи по сравнению с бинарным кодированием только в 3 раза и общее число гармонических посылок, различающихся по фазе, равное 23 = 8. При попытке дальнейшего «дробления» фаз метод модуляции DPSK становится неконкурентоспособным с точки зрения помехоустойчивости в сравнении с более совершенными комбинированными амплитудно-фазовыми методами модуляции.
Переход от чисто фазовой к амплитудно-фазовой модуляции позволяет увеличить минимальное достижимое расстояние между гармоническими посылками (в смысле расстояния между точками в евклидовом пространстве) при заданном числе этих посылок, как показано на рис. 12.9.
На этом рисунке сравниваются два метода модуляции (16-DPSK и 16-QAM), причем минимальное расстояние между посылками d, очевидно, больше для второго метода модуляции. Здесь QAM (Quadrature Amplitude Modulation) — многопозиционная амплитудно-фазовая модуляция, при использовании которой достижимое число бит на один бодовый интервал может быть увеличено до 8.
Рис. 12.9. Сравнение двух методов модуляции (16-DPSK и 16-QAM) по величине минимального расстояния между посылками
Существует, однако, еще более совершенный метод модуляции - ТСМ (Trellis Coded Modulation), модуляция с решетчатым кодированием, или треллис-модуляция. Преимущество метода ТСМ перед QAM состоит не столько в увеличении числа бит, передаваемых за время посылки (оно может составлять от 1 до 9), сколько в снижении требования к телефонной линии по величине отношения сигнал-шум на 3...6 дБ. Если ограничиться кратким пояснением без привлечения целого ряда дополнительных и необязательных для широкого круга пользователей терминов, то к одним из основных решений, заложенных в метод модуляции ТСМ, следует отнести введение избыточного бита, полученного с помощью свер-точного кодирования. После этого применяется метод модуляции QAM. Несмотря на то, что введение избыточного бита приводит к увеличению общего числа посылок в два раза, использование при декодировании эффективного алгоритма обработки сигналов на фоне шумов и помех (алгоритма Виттерби) позволяет компенсировать эту избыточность и получить отмеченный выше выигрыш в отношении сигнал-шум. Анализ принятого избыточного бита и учет ранее принятых сигналов позволяют более уверенно выбрать наиболее вероятную точку в пространстве сигналов. Усложнение алгоритмов обработки сигналов и увеличение общего числа возможных посылок ведет, естественно, к увеличению тоебуемой производительности (вычислительной мощности) декодера, однако современный уровень развития цифровых сигнальных процессоров позволяет решить эту задачу.
Модемы со скоростью передачи до 33600 бит/с, предназначенные для работы на аналоговых телефонных линиях и отвечающие рекомендациям стандарта V.34, используют метод модуляции ТСМ. На рис. 12.10 в качестве примера представлены проекции сигналов на комплексную плоскость для метода модуляции ТСМ при числе точек, равном 24,128, 256 и 960 (соответствующие скорости передачи в стандарте V.34 — 9600,19200, 24000 и 28800+200 бит/с). В последнем случае за счет временного уплотнения помимо основного канала вводится независимый дополнительный (параллельный) низкоскоростной канал (со скоростью передачи 200 бит/с), который может использоваться для служебных целей. Общий вид проекций сигналов на комплексную плоскость на рис. 12.10 делает понятными ранее упоминаемые варианты названий квадратурных диаграмм: констелляцион-ные или треллис-диаграммы.
Рис. 12.10. Проекции сигналов на комплексную плоскость для метода модуляции
Стоит сделать замечание относительно двух возможных способов описания скоростей модемов. Скорость в бодах (baudrate) представляет собой физическую частоту смены посылок. Она обычно ограничена полосой пропускания телефонной линии (от 300 до 3400 Гц, т.е. 3100 Гц). Частота несущей выбирается близкой к середине полосы пропускания телефонной линии; для стандарта V.34 предусмотрен ряд возможных частот несущей в диапазоне от 1600 до 2000 Гц («уход» в ту или иную сторону от центра полосы пропускания может несколько улучшить качество связи). Таким образом, бодовый интервал (длительность одной элементарной посылки) может содержать менее одного периода гармонического колебания (в отличие от случая, показанного на рис. 12.8.). Информационная скорость передачи может задаваться либо в бит/с (в англоязычной литературе в bps — bit per second), либо в числе символов в секунду, то есть байт/с (в англоязычной литературе в cps - characters per second). Скорость в бит/с всегда больше или равна скорости в бодах, причем отношение этих скоростей совпадает с числом бит, приходящихся на один бодовый интервал в том или ином методе модуляции. Произведение 3100 (стандартная полоса пропускания телефонной линии в Гц)х9 (максимальное число бит, приходящихся на один бодовый интервал в методе модуляции QAM) все еще меньше 33600 Бит/с. Это означает необходимость использования более широкой полосы пропускания (и большей частоты смены посылок), что и является одной из особенностей стандарта V.34 (см. следующий раздел). Правда, в случае стандарта V.34 вместо скорости в бодах частота смены посылок задается в числе символов/с, что не меняет ее абсолютной величины.
Особенности стандартов V и V
Стандарт V.34 имеет длинное название, перевод которого звучит так: «Модем, обеспечивающий передачу данных со скоростями до 28800 (33600) бит/с для использования на коммутируемой сети общего пользования и на двухточечных двухпроводных выделенных каналах телефонного типа». Таким образом, этот стандарт ориентирован на использование в наиболее распространенных типах телефонных линий. Стандарт V.34 имеет две «версии» или редакции — в первой редакции стандарта от 1994 г. предусматривалась скорость передачи не выше 28800 бит/с, во второй от 1998 г. этот предел был увеличен до 33600 бит/с. Кроме перечисленных ранее, этот стандарт имеет целый ряд других особенностей, наиболее принципиальные из которых перечислены ниже.
Более полное использование полосы пропускания телефонной линии. Из шести предусмотренных стандартом V.34 символьных скоростей передачи две наибольшие (3200 и 3429 символов/с) требуют ширины полосы пропускания линии, большей стандартного значения 3100 Гц, но достижимой для ряда реальных телефонных линий.
Введение в передаваемый сигнал наряду с линейными нелинейных предискажений для частичной компенсации нелинейных искажений, вносимых аппаратурой с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), работающей на линии. На комплексной плоскости такие предискажения выглядят в виде неравномерного (отличающегося от строго решетчатого) расположения сигнальных точек.
Развитый сервис, включающий возможность организации асимметричной передачи (разные скорости, несущие частоты, число точек на комплексной плоскости и другие режимы работы для модемов на противоположных концах линии), полудуплексного обмена (эхо-компенсация не используется) и дополнительного канала.
Автоматический адаптивный выбор режимов работы модемов в соответствии с параметрами реальной телефонной линии. Для этого модемы попеременно передают друг другу последовательность из 21 гармонических колебаний с частотами в диапазоне от 150 до 3750 Гц, определяют возможные режимы работы и обмениваются информацией о них. Настройка скорости работы модемов в соответствии с качеством связи (отношением сигнал-шум) означает, что фактически скорость может уменьшаться с шагом 2400 бит/с и в случае отношения сигнал-шум менее 20 дБ (реальная цифра для некоторых отечественных телефонных линий, особенно при междугородней связи) окажется не более 9600 бит/с. Связь ряда достижимых значений скоростей передачи с отношением сигнал/шум для стандарта V.34 показана на рис. 12.2.
Как следует из анализа особенностей стандарта V.34, он практически полностью использует возможности, предоставляемые стандартными аналоговыми телефонными линиями. Дальнейший рост скорости передачи возможен только при использовании линий с большей полосой пропускания, что и предусмотрено в стандарте V.90 для модемов со скоростью передачи до 56 Кбит/с, часто обозначаемых как V.90- или 56К-модемы. Стандарт V.90 на 56К—модемы утвержден ITU-T в сентябре 1998 г. Появление этого станпапта положило конец данного класса K56Flex (в связи с которым упоминаются фирмы 3COM, Rockwell и Lucent Technologies) и Х2 (от фирмы US Robotics).
На рис. 12.11 приведена иллюстрация принципа работы обычных (со скоростью передачи до 33600 бит/с на основе стандарта V.34) и 56К (V.90)-модемов в телефонной сети общего пользования.
Хотя большая часть сети цифровая, при работе на обоих концах линии модемы, соответствующие протоколу V.34, используют ее как полностью аналоговую. Это означает необходимость использования аналого-цифровых преобразователей (АЦП) при передаче сигналов в обоих направлениях. В результате дискретизации сигналов по амплитуде АЦП вносят заметный вклад в ухудшение отношения сигнал-шум, и скорость передачи в обоих направлениях одинакова (при самых благоприятных условиях до 33600 бит/с). Однако если на одном из концов линии (у провайдера) использовать специальный цифровой V.OO-модем, подключенный непосредственно к цифровой части телефонной сети, а на другом конце (у клиента) аналоговый У.90-модем, то в направлении от провайдера к пользователю АЦП отсутствует, и скорость может быть увеличена (теоретически) до 56 Кбит/с.
Рис. 12.11. Иллюстрация принципа работы обычных и 56К (\/.90)-модемов
Сама по себе цифровая телефонная сеть имеет скорость передачи 64 Кбит/с, однако наличие дополнительных искажений и шумов от работы ЦАП и АТС, хотя и меньших по уровню, чем шум дискретизации АЦП, ограничивает достижимую скорость передачи. Кроме того, тестирование 56К-модемов показывает возможность достижения скорости в диапазоне 40...50 Кбит/с при связи с местной телефонной станцией и 28...33 Кбит/с при работе на международных линиях.
Таким образом, достижение скорости передачи 33,6 Кбит/с и, тем более, 56 Кбит/с требует выполнения целого ряда условий. В первую очередь сама по себе телефонная линия со всем оборудованием, которое используется для преобразования сигналов и коммутации каналов, должна быть достаточно качественной в смысле малости вносимых искажений сигналов (см. 12.2).
Чтобы работа со скоростью 56 Кбит/с была возможной, необходимо выполнение трех дополнительных условий.
1. Цифровое подключение на одном из концов (со стороны провайдера).
2. Поддержка стандарта V.90 на обоих концах. Стандарт V.90 должен поддерживаться на обоих концах соединения: как аналоговым модемом пользователя, так и сервером удаленного доступа или модемным пулом на стороне хост-компьютера. Переход к стандарту V.90 не означает обязательного приобретения нового модема, т.к. некоторые из них допускают чисто программный «upgrade».
3. Одно аналого-цифровое преобразование. На пути следования сигнала между цифровым модемом V.90 и аналоговым модемом может быть только одно аналого-цифровое преобразование.
Если необходимы подробности, то их можно найти в сети Internet (достаточно в одной из русских поисковых систем указать ключевое слово «V.90»). Однако самый правильный (и неизбежный) шаг состоит в том, чтобы выяснить все у выбранного провайдера и, по возможности, осуществить пробную эксплуатацию 56К-модема (некоторые из провайдеров предоставляют такой вид сервиса).
Программные средства для модемов
Программные средства для модемов, называемые также телекоммуникационными программами, можно разделить на три уровня.
Низкоуровневые средства по типу языка ассемблера для компьютеров. Широко распространен набор так называемых Hayes-команд фирмы Hayes Microcomputer Products. Hayes-команды начинаются с префикса AT, за которым следуют буквенно-цифровые обозначения. Существует командный режим, в котором устанавливаются, изменяются или восстанавливаются параметры модема по умолчанию, и режим передачи (рабочий). Вряд ли нужно здесь приводить полный список и описание Hayes-команд. Если есть проблемы с использованием конкретного модема, можно попытаться найти столь же конкретный ответ в одной из конференций Internet. Если же таких проблем нет, то можно положиться на строки инициализации AT..., «зашитые» в телекоммуникационных программах более высокого уровня.
Средства, встроенные в ОС, в том числе в MS DOS, Norton Commander и Windows. В MS DOS (различных версий) это команда MODE (настройка параметров), а также команды INTERLNK и INTERSRV (собственно передача). В Norton Commander версии 5.0 можно найти программу Term95 или строчку Terminal Emulation в верхнем меню, вызывающую ту же программу. Теперь настройка параметров и передача вызываются в одной программе и просто входят в разные пункты меню. В русскоязычной версии Windows 95 (OSR2) в группу программ «Стандартные» имеется «Программа связи» (Hyper Terminal). Кроме того, в Windows 95 входит отдельная программа настройки модемов («Модемы» в «Панели управления»), а также средства подключения к сети Internet. Упомянутые программы удобнее и «мощнее», чем низкоуровневые команды, однако еще большими возможностями обладают программные средства из следующей группы.
«Внешние» специализированные программы типа Quick Link II, Dataline, Remote Win Mail и другие, которые могут поставляться вместе с конкретным модемом (но обычно способны поддерживать работу модемов разных типов) и либо доступны как свободно распространяемое ПО из сети Internet, либо распространяются на CD-дисках. Например, программа Quick Link II поддерживает работу местного факс/модема (или просто модема) с удаленным модемом, удаленным факс/модемом и факсимильным аппаратом.
Ниже перечислены основные установочные параметры телекоммуникационных программ.
Скорость передачи в бодах (baudrate). Стоит отметить, что уже в ранних версиях программы Term предусматривалась скорость много большая, чем это возможно при модемной передаче (до 115200 бод для программы Term90, версия 2.3). Дело в том, что связь между компьютерами на небольшие расстояния (до 2 м при использовании интерфейса Centronics и до 15 м при использовании интерфейса RS232C) может быть организована без участия модемов с помощью так называемых «нуль-модемных» кабелей, соединяющих параллельные или последовательные порты. В случае использования параллельных портов верхняя граница достижимой скорости передачи доходит до 100 Кбайт/с (т.е. до 800 Кбод).
Протоколы передачи (ASCII, Kermit, Xmodem, Ymodem, Zmodem и их разновидности). Здесь под протоколами понимается одна из составляющих этого понятия — формат пакетов. Возможные форматы отличаются по числу бит на символ (для протокола ASCII предусмотрено только 7 бит на символ и, соответственно, возможна передача только текстов, написанных английскими буквами), по длине пакета в байтах и по способу проверки отсутствия ошибок (без проверки, с использованием бита четности/нечетности, контрольной суммы или циклического кода — CRC).
Управление передачей (flow control). Это вторая часть общепринятого понятия протоколов, включающая простой механизм проверки готовности удаленного устройства типа «запрос — ответ» с помощью пары сигналов, образуемых за счет аппаратных средств (RTS/CTS - уровни сигналов на контактах разъема RS232C) или чисто программно (Хоп/ Xoff - служебные символы кодовой таблицы ASCII). Считается, что аппаратный способ более надежен. Он необходим для работы с модемами, поддерживающими стандарты сжатия информации v.42/V.42bis и MNP5.
Эмуляция удаленного терминала (Teletype - TTY, DEC102, ANSI и др.). На экране «местного» компьютера может быть получено изображение, идентичное изображению на мониторе удаленного компьютера.
Структура модема
Одна из возможных структурных схем модема показана на рис. 12.4.
Рис. 12.4. Структурная схема модема
Она содержит типовые функциональные узлы обработки и преобразования сигналов, из числа которых намеренно исключены некоторые второстепенные узлы, предназначенные для организации синхронизации и обработки служебных сигналов. Далее узлы, осуществляющие прямое и обратное преобразования в передающей и приемной части модема, рассматриваются попарно.
Кодер/декодер предназначены для защиты от ошибок и «сжатия» данных. Защита от ошибок предполагает включение в пакеты передаваемых данных избыточного циклического кода (CRC), как и в локальных компьютерных сетях. При этом в качестве стандартных протоколов, более подробно описывающих форматы данных (в том числе число бит в коде CRC - 16 или 32), используются протоколы серии MNP (Microcom Networking Protocol от фирмы Microcom) или V.42 (международный стандарт ITU-T).
Протокол V.42bis представляет собой протокол сжатия данных. Если нельзя увеличить пропускную способность линии передачи из-за ограничения, накладываемого теоремой Шеннона, то можно уменьшить избыточность передаваемой текстовой информации, используя свойство повторяемости цепочек символов в словах. Для этого на передающем и приемном конце линии модемы (точнее, их кодеры и декодеры) организуют и поддерживают идентичные динамические словари в виде структур типа дерева с отдельными символами в качестве узлов (см. рис. 12.5). Достаточно передавать не сами слова, а, фактически, специальным образом описанные (в виде чисел) части словарей (пути в дереве), содержащие требуемые последовательности символов. Так, часть словаря на рис. 12.5 позволяет описать строки символов А, В, ВА, BAG, BAR, BI, BIN, C, D, DE, DO и DOG относительно соответствующих корневых узлов.
Рис. 12.5. Пример представления части словаря при работе протокола сжатия V.42bis
Скремблер/дескремблер производят такое преобразование передаваемого и принятого сигналов, которое исключает влияние длинных цепочек из логический нулей или единиц, а также коротких повторяющихся последовательностей на надежность синхронизации в приемной части модема. Скремблер при необходимости «прореживает» такие последовательности за счет вставляемых принудительно логических нулей или единиц, делая преобразованные данные псевдослучайными, а дескремблер удаляет лишние биты, восстанавливая исходный вид данных.
Описанная проблема (зависимость качества синхронизации от вида передаваемых данных) существенна, конечно, не только при модемной связи, но и при любых видах обменов цифровыми данными по последовательной линии передачи, в которой не предусмотрена посылка отдельного синхросигнала. Такая ситуация характерна для компьютерных сетей, в которых для решения указанной проблемы вместо простых кодов передачи используются самосинхронизирующиеся коды (типа двухуровневых кодов Манчестер-П или трехуровневых кодов с высокой плотностью единиц — КВП или BNZS в английском варианте названия).
Эквалайзер включается в приемной части модема и служит для компенсации зависимости группового времени запаздывания в линии от частоты. Для улучшения качества передачи речевых сигналов их спектральные составляющие на разных частотах должны приходить к удаленному модему с одинаковой задержкой. Идеальная компенсация показана на рис. 12.6. На практике в высокоскоростных модемах собственное групповое время запаздывания эквалайзера подстраивается автоматически.
В приемной части модемов, работающих в дуплексном режиме на обычной двухпроводной телефонной линии, требуется осуществлять также эхо-компенсацию.
Соответствующий функциональный узел на рис. 12.4 не показан. Проблема состоит в том, что при дуплексном обмене передающий модем может воспринять порожденный им же сигнал, отраженный от другого конца линии, как пришедший от удаленного модема. В стандартах для высокоскоростных модемов (в частности, в стандарте V.34) предусмотрена процедура эхо-компенсации и установлены ограничения на уровень отраженного сигнала (он должен быть меньше полезного сигнала не менее чем на 25...30 дБ) и его максимальную задержку (не более 200...300 мс). Практическая реализация эхо-компенсации в высокоскоростных модемах предусматривает автоматическое определение параметров отраженного сигнала (его амплитуды и задержки) на этапе установления соединения.
Рис. 12.6. Идеальная компенсация эквалайзером зависимости группового времени запаздывания в линии от частоты
Фильтры и усилители на рис. 12.4 являются традиционными устройствами при обработке сигналов на фоне шумов и помех и не нуждаются в более подробном описании. В то же время модулятор и демодулятор в модемах реализуют специфические и достаточно сложные методы модуляции, которые рассматриваются в разделе 12.4.
В современных модемах большая часть функций выполняется программой, управляющей работой цифрового сигнального процессора (ЦСП). Для исключения эффекта наложения спектров принципиально использование непрерывных аналоговых фильтров. Нужны также аналоговые усилители, АЦП и ЦАП для преобразования аналоговых сигналов в цифровые и обратно.
Типы линий передачи, использующих модемы
Прокладывание по всем правилам структурированных кабельных систем (СКС) для вновь создаваемых или реорганизуемых компьютерных сетей-- безусловно, полезное, но, одновременно, и дорогостоящее мероприятие, требующее больших первоначальных затрат на проведение капитальных работ. По этой причине производители аппаратных сетевых средств осваивают уже существующие или создаваемые линии передачи, которые не предназначены изначально для соединения компьютеров в сети. Для работы на таких линиях обычно требуются специфические модемы. В сравнении с обычными телефонными модемами эти модемы, как правило, более дорогие не в последнюю очередь из-за ограниченного объема их выпуска. В то же время они по-прежнему служат для переноса спектра передаваемых сигналов в полосу рабочих частот линии передачи, выделенную для организации обмена по сети. Ниже представлен краткий обзор линий передачи, в которых используется модемная связь, и приводятся достигнутые в настоящее время технические характеристики соответствующих модемов (в первую очередь - скорость передачи).
Однопроводная линия - самая простая из возможных линий последовательной передачи данных (см. рис. 12.3). Из-за большого территориального удаления передатчика от приемника в сети (до нескольких сотен метров или даже свыше километра) возникает заметная разница потенциалов между точками заземления аппаратуры и возрастает влияние ничем не скомпенсированных помех. Поэтому на практике такие линии передачи в сетях не используются.
Рис. 12.3. Однопроводная линия передачи (при симплексном режиме обмена данными)
Обычная линия силового электропитания на 220 В (электропроводка) в последнее время успешно используется для организации двунаправленной системы домашней автоматики, связывающей различные бытовые приборы (осветительные приборы, стиральную машину, телевизор и др.) и датчики (датчики температуры, потребляемой мощности и др.). Цель состоит как в управлении этими приборами, так и в сигнализации об опасных ситуациях (пожар, утечка газа и т.д.). «Побочное» использование электропроводки для организации домашней локальной сети напрашивается само собой, однако при этом надо иметь в виду далеко не идеальные характеристики такой линии. Измерения на реальных линиях электропроводки в диапазоне частот 100...150 кГц, наиболее перспективном для передачи данных, показали существенный разброс модуля импеданса линии (1,5...80 Ом), затухания (2...40 дБ) и уровня шума (до -15 дБ). Эти характеристики существенно зависят от количества одновременно включенных в сеть бытовых приборов.
Для организации домашней локальной сети, использующей линию электропроводки, необходимы специальные модемы (power line modems). Модемы типа CD8000 (фирма Compu Mech) работают на центральной частоте 125 кГц, используют частотную модуляцию и допускают объединение до 15 устройств (с дополнительным модулем адресации - до 255 устройств) при скорости передачи 300бит/с...19,2 Кбит/с. Таким образом, устройства обмениваются данными примерно с такими же скоростями, сак если бы это происходило в сети Internet, хотя и находятся в соседних томещениях. Это не столь важно при обмене чисто цифровыми данными, еднако может создавать проблемы при передаче оцифрованной речи и изображений (особенно динамических).
Двухпроводная телефонная линия в пределах отдельных зданий пред-:тавляет собой простой двухжильный провод, но и это уже прогресс по :равнению с рассмотренной ранее однопроводной линией, так как отсчет гринятого сигнала ведется не от потенциала «земли», а от второго прово-la. в линии. В таких линиях просто организуется симплексный и полугуплексный режим обмена данными, в то время как дуплексный обмен юзможен только ценою снижения скорости передачи (при частотном или феменном разделении «прямого» и «обратного» каналов). Если учесть, (то в лучшем случае скорость передачи по аналоговой телефонной линии !е превышает 33600 Кбит/с (см. предыдущий раздел), то делить в общем-'о и нечего... Правда, иногда требуется передавать в одном из направлений чисто служебную информацию (сообщение о состоянии удаленного юдема, его режимах работы и др.), для которой скорость передачи не-:ритична. Тогда параллельный канал может быть организован практи-[ески без потери скорости по основному каналу.
Четырехпроводная телефонная линия преодолевает недостаток обычной двухпроводной линии, так как позволяет организовать дуплексный обмен без потери скорости в обоих направлениях.
Многопарный телефонный кабель используется в магистральной части телефонной линии (для внешних соединений) и отличается от «внутренних» телефонных линий большей полосой пропускания, которая необходима для уплотнения множества телефонных каналов.
Линии на основе коаксиального кабеля, используемые в системах кабельного телевидения, подобны соединениям во многих локальных сетях. В этих линиях используется еще один тип специализированных модемов, «заслуживших» собственное название: cable modems. Обычный телевизионный сигнал и цифровые данные при передаче по кабелю должны быть разнесены по разным частотным диапазонам Поэтому увеличение скорости не такое заметное, как в локальных сетях, монопольно использующих высокочастотные кабели (100 Мбит/с в сетях типа Fast Ethernet и др.). Компромиссное решение для локальных сетей, основанных на системах кабельного телевидения, состоит в выборе неравных скоростей при передаче запросов от пользователя в сеть (0,512...10 Мбит/с) и при получении информации в обратном направлении (10...40 Мбит/с). Понятно, что вторая скорость важнее.
Беспроводные (радио-) линии привлекательны для тех пользователей, которые не имеют фиксированного рабочего места (учащиеся институтов и университетов, инженеры на производстве и т.д.). Обычно в локальной сети стационарные проводные участки (сегменты) сочетаются с удаленными пользователями или сегментами, обслуживаемыми с помощью радиомодемов (radio modems). Высокая частота несущей (2000...2500 МГц) выбирается из условия малого влияния на передаваемую информацию погодных условий. Однако полоса используемых частот, которая определяет достижимую скорость передачи, ограничена как из-за влияния помех, так и из-за общей занятости радиодиапазонов. В результате максимальная скорость передачи по беспроводным линиям составляет примерно 50 Мбит/с. Следует заметить, что беспроводная связь устойчиво работает только в условиях прямой видимости абонентов (отсутствия препятствий для радиоволн) на расстоянии до 50 км.
Линии передачи с использованием искусственных спутников Земли в
качестве ретрансляторов сигналов в глобальных или региональных компьютерных сетях в целом напоминают наземные варианты беспроводных линий. Для передачи в разных направлениях теперь используются две частоты несущей: 6/4 ГГц (другой вариант - 14/12 ГГц). Однако скорость передачи по-ггоежнему обычно не ппевышает 50 Мбит /г Огнгтняя гтоблема в таких линиях связана с заметной временной задержкой сигналов, передаваемых по длинному маршруту. Например, при числе работающих абонентов, равном 100, используемый алгоритм временного разделения каналов (TDMA) приводит к величине временной задержки 1002 (37100 км/300000 км/с) «24 с. Для компенсации этой задержки, создающей дискомфорт при «живом» общении, используются специальные наземные станции-накопители информации SDU (Satellite Delay compensation Unit).
He все из перечисленных линий передачи нашли в настоящее время широкое применение в качестве основы для построения локальных сетей, хотя роль каких-то из них с течением времени может быстро возрасти. Кроме ограниченной развитости линий (как в случае отечественных телевизионных кабельных сетей), сдерживающими факторами могут быть технические особенности отдельных линий (например, ограничение области действия сети на основе силовой проводки пределами тех помещений, которые питаются от одного силового трансформатора). Как уже отмечалось, стоимость специфических модемов (типа power line modems, cable modems или radio modems) может быть в настоящее время достаточно высока в сравнении со стоимостью обычных телефонных модемов. Наконец, такие глобальные линии передачи, которые используют искусственные спутники Земли, не всегда доступны рядовому пользователю, хотя неявно их эксплуатируют многие пользователи сети Internet.
Среди наиболее распространенных при модемной связи телефонных линий есть такие их разновидности и такие режимы работы, которые, опять же, не всегда доступны на практике. Ниже в двух колонках представлены: слева - желательные типы и режимы работы телефонных линий, а справа - доступные широкому кругу пользователей (применительно к отечественным условиям).
Четырехпроводные телефонные Двухпроводные телефонные линии линии Выделенные (leased) линии Переключаемые (switched) линии Многоточечные (many-points) Двухточечные (point-to-point) линии.
Линии с тональным набором Линии с импульсным набором номеномера (tone dial) pa (pulse dial) В современных стандартах для модемов (например, в стандарте V.34) предусматривается возможность работы на двухпроводных переключаемых двухточечных линиях, как широко распространенных во всем мире.
При работе на выделенных линиях, аренда которых из-за высоких цен считается оправданной только при достаточно высокой и постоянной во времени загрузке (трафике), а также при использовании широко распространенных (но не у нас) линий с тональным набором номера существенно снижается уровень помех и более полно реализуются собственные скоростные возможности модемов. Многоточечные линии обеспечивают дополнительный сервис - возможность одновременного подключения к линии нескольких пользователей для проведения чего-то вроде «селекторных совещаний», в то время как случающееся иногда многоточечное соединение в обычной линии с прослушиванием абсолютно посторонних абонентов никому из участников не нужно и всех раздражает.
В отношении качества отечественных телефонных линий высказываются обоснованные претензии, связанные с возможными искажениями сигналов из-за множества факторов.
Значительную долю искажений вносят абонентские линии:
затухание (уменьшение мощности) полезного сигнала;
изменение амплитудно-частотной характеристики по сравнению со стандартными требованиями (изменение мощности сигнала в зависимости от частоты), причем высокочастотные сигналы затухают более сильно;
импеданс линии при нормативе 600 Ом ± 20% в реальных линиях может лежать в диапазоне от 400 до 1800 Ом. Это означает, что в российских условиях преимущество имеют модемы с перестраиваемым выходным сопротивлением;
постоянное напряжение смещения (то самое, благодаря которому работают микрофоны) может иметь значительные отклонения от номинала.
При междугородней связи наибольшее влияние оказывают участки переприема, в которых происходит преобразование сигналов из высокочастотных, передаваемых по магистральным линиям с использованием частотного уплотнения каналов, в сигналы звукового диапазона 300..3400 Гц и наоборот. Общее число таких участков может доходить до 8....11. Вносимые искажения во многом зависят от качества настройки полосовых фильтров на телефонных станциях. Основные искажения при этом следующие:
фазочастотные искажения (отклонение группового времени прохождения относительно его значения на частоте 1900Гц);
дополнительные амплитудно-частотные искажения (затухание на краях полосы пропускания);
смещение несущей частоты (спектр сигнала равномерно смещается на несколько герц);
джиттер фазы (дрожание фазы по периодическому или случайному закону);
скачки фазы (случайный поток скачкообразных изменений начальной фазы сигнала).
Существует еще целый ряд искажений, которые могут возникнуть на всем пути сигнала: шумы, импульсные помехи, замирание сигнала - временное уменьшение его мощности до уровня ниже распознавания модемом, колебания амплитуды и др.
«Ответ» модема на все эти искажения, независимо от их природы и места возникновения, один и тот же - снижение реальной скорости передачи, вплоть до временного прекращения связи в процессе автоматической адаптации модема к характеристикам линии (см. следующие пункты данного раздела). Так, если рассматривать влияние на скорость передачи только отношения сигнал-шум по мощности S/N, то, как следует из графика на рис. 12.2, даже для достижения сравнительно «скромной» скорости на уровне 10 Кбит/с в соответствии со стандартом V.34 требуемое отношение сигнал-шум должно быть больше 15 дБ. Измерения на реальных отечественных телефонных линиях, особенно при междугородней связи, показывают возможность снижения отношения сигнал/шум и до меньших величин.
Проектирование сети Ethernet и Fast Ethernet
11.1. Выбор размера сети и ее структуры
11.2. Выбор оборудования
11.3. Выбор сетевых программных средств
Выбор оборудования
При выборе сетевого оборудования надо учитывать множество факторов, в том числе:
уровень стандартизации оборудования и его совместимость с наиболее распространенными программными средствами;
скорость передачи информации и возможность ее дальнейшего увеличения;
возможные топологии сети и их комбинации (шина, пассивная звезда, пассивное дерево);
метод управления обменом в сети (CSMA/CD, полный дуплекс или маркерный метод);
разрешенные типы кабеля сети, его максимальную длину, защищенность от помех;
стоимость и технические характеристики конкретных аппаратных средств (сетевых адаптеров, трансиверов, репитеров, концентраторов, коммутаторов).
Всем этим часто пренебрегают, а зря: заменить программное обеспечение сравнительно просто, а вот замена аппаратуры, особенно прокладка кабеля, обходится порой очень дорого, а иногда и просто невозможна. Можно посоветовать в первую очередь проанализировать применимость для рассматриваемого случая сети Ethernet, как наиболее популярной, недорогой и допускающей развитие (Fast Ethernet и Gigabit Ethernet).
При выборе кабеля надо учитывать в первую очередь требуемую длину, а также защищенность от внешних помех и уровень собственных излучений. При большой длине сети и необходимости обеспечить секретность передаваемых данных или высоком уровне помех в помещении незаменим оптоволоконный кабель. Отметим, что применение оптоволоконных кабелей вместо электрических кабелей даже при достаточно комфортных условиях позволяет существенно (на 10-50 процентов) поднять производительность сети за счет снижения доли искаженных информационных пакетов.
Большой уровень помех может быть вызван наличием в помещении предприятия мощного электрического оборудования (например, металлообрабатывающих станков, физических установок). Он может быть также связан с близким расположением (до 100-200 метров) высоковольтных линий электропередачи, и мощных радиопередатчиков (радиостанций, ретрансляционных антенн сотовой телефонии). Иногда высокий уровень помех вызван всего лишь неправильным размещением кабеля сети. Например, при прокладке кабеля вдоль силовых проводов 220 вольт или вдоль рядов светильников с лампами дневного света количество ошибок передачи резко возрастает (кстати, последнее решение кажется многим очень удобным, так как кабель никому не мешает).
Для прокладки кабелей сети лучше всего использовать специальные подвесные кабельные короба, настенные кабелепроводы или фальшполы. В этом случае кабели надежно защищены от механических воздействий. Замое дорогое решение - это фальшпол, представляющий собой металлические панели, установленные на подставках, и покрывающие весь пол юмещения. Зато фальшпол позволяет легко и безопасно проложить ог-эомное количество проводов, что особенно ценно в научных лаборатори-IX, где помимо кабелей локальной сети существует множество других проводов.
Для прокладки кабеля между комнатами или между этажами обычно пробиваются отверстия в стенах или перекрытиях. По сравнению с прокладкой кабеля через двери комнат и стены коридоров это позволяет существенно сократить общую длину кабелей. Однако надо учитывать, что акое решение усложняет любые дальнейшие изменения в кабельной истеме (замену кабелей, прокладку дополнительных кабелей, измене-ие расположения компьютеров сети и т.д.).
Кабели ни в коем случае не должны самостоятельно удерживать свой вес, ак как со временем это может вызвать их обрыв. Их следует подвеши-ать на стальных тросах, причем для эксплуатации на открытом воздухе еобходимы специально предназначенные для этого кабели с оболочкой, устойчивой к атмосферным воздействиям. По возможности надо использовать для соединения далеко разнесенных зданий подземные коллекторы. Но при этом необходимо предпринимать меры по защите кабелей от воздействия влаги.
Следует также избегать чрезмерно малых радиусов изгиба кабелей (особенно это важно в случае коаксиальных и оптоволоконных кабелей), чтобы не вызвать разрушения изоляции или обрыва центральной жилы. По этой же причине крепежные элементы не должны чересчур пережимать кабель. Известны случаи, когда подобные нарушения вызывали полное прекращение связи через недели или даже месяцы после начала эксплуатации сети.
Для объединения концов всех кабелей часто используются специальные распределительные шкафы, доступ к которым должен быть ограничен. Конечно, их применение оправдано только в том случае, если кабелей очень много (несколько десятков). Располагать распределительные шкафы целесообразно рядом с концентраторами, коммутаторами или маршрутизаторами.
Еще одна важная задача - это выбор компьютеров. Если для рабочих станций или невыделенных серверов обычно используют те компьютеры, которые уже имеются на предприятии, то выделенный сервер лучше приобретать специально для сети. Лучше, если это будет быстродействующий специализированный компьютер-сервер, спроектированный с учетом специфических нужд сети (такие серверы выпускаются всеми крупнейшими производителями компьютеров).
Требования к серверу следующие:
Максимально быстрый процессор (или даже несколько процессоров).
Большой объем оперативной памяти (никак не меньше 64—128 Мб). Это даже важнее быстродействия процессора, так как позволяет эффективно использовать кэширование дисковой информации, храня в памяти копии тех областей диска, с которыми производится наиболее интенсивный обмен.
Быстрые жесткие диски большого объема. Сейчас рекомендуется не менее 200 Мб на каждую рабочую станцию, подключенную к серверу, хотя во многих случаях можно обойтись и меньшим объемом дискового пространства. Дисководы должны быть совместимы с сетевой операционной системой (то есть их драйверы обязательно должны входить в набор драйверов, поставляемый с ОС).
Видеомониторы, клавиатуры и мыши не являются обязательными принадлежностями сервера, так как сервер, как правило, никогда не работает в режиме обычного компьютера.
Если есть возможность выбора компьютеров для рабочих станций, то стоит проанализировать целесообразность применения бездисковых рабочих станций (с загрузкой операционной системы через сеть). Это сразу снизит стоимость сети в целом или позволит при тех же затратах купить более качественные компьютеры: с быстрыми процессорами, с хорошими мониторами, с большой оперативной памятью. Правда, в настоящее время ориентация на бездисковые компьютеры считается не самым лучшим решением. Ведь в этом случае всю информацию компьютер получает через сеть и всю информацию передает в сеть, что может вызвать чрезмерную загрузку сети. Бездисковые рабочие станции допустимы только при очень малых сетях (не более 10-20 компьютеров). В идеале большая часть всех информационных потоков (не менее 80%) должна оставаться внутри компьютера, а к сетевым ресурсам обращения должны быть только в случае действительной необходимости, то есть упоминавшееся «правило 80/20» работает и в этом случае.
При отказе от использования гибких дисков на каждом компьютере сети можно существенно повысить устойчивость сети как к вирусам, так и к несанкционированному доступу к данным. Дисковод гибкого диска вполне может быть только на одной рабочей станции сегмента или даже всей сети. Причем эта рабочая станция должна контролироваться администратором сети. Она может быть расположена в комнате с концентраторами, коммутаторами, маршрутизаторами.
Для любой сети крайне критична ситуация перебоев в системе электропитания. Несмотря на то, что многие сетевые программные средства применяют специальные меры против этого, как и против других отказов аппаратуры (например, дублирование дисков), проблема очень серьезная. Иногда отключение питания может полностью и надолго вывести сеть из строя.
В идеале защищенными от отключения питания должны быть все серверы сети (желательно, чтобы и рабочие станции тоже). Проще всего этого добиться, если сервер в сети всего один. Источник бесперебойного питания при сбое питания переходит на питание подключенного компьютера от аккумулятора и подает специальный сигнал компьютеру, который за короткое время завершает все текущие операции и сохраняет данные на диске. При выборе источника бесперебойного питания надо прежде всего обращать внимание на максимальную мощность, которую он обеспечивает, и на время поддержания им номинального уровня напряжения (это время бывает от нескольких минут до нескольких часов). Устройство это довольно дорогое (до нескольких тысяч долларов). Поэтому целесообразно один источник бесперебойного питания применять для двух-трех серверов. Маломощные UPS стоят значительно дешевле, мощностью 300-600 Вт - менее 100 долларов, и вполне пригодны для рабочих станций.
Наиболее устойчивы к отказам питания портативные компьютеры (ноутбуки). Встроенный аккумулятор и низкое потребление энергии обеспечивают их нормальную работу без внешнего питания в течение одного-двух часов и даже более. Если еще учесть низкий уровень излучений и высокое качества изображения мониторов этих компьютеров, то стоит всерьез рассмотреть возможность использования ноутбуков в качестве рабочих станций, а возможно, и не слишком мощного, невыделенного сервера, тем более что многие ноутбуки имеют встроенные сетевые адаптеры очень неплохого качества. Особенно удобно применение ноутбуков в одноранговых сетях со множеством серверов. Применение источников бесперебойного питания в подобных случаях становится чересчур дорогим удовольствием.
Кроме перечисленных проблем проектировщику сети приходится решать и проблемы, связанные с выбором сетевых адаптеров, репитеров, концентраторов, коммутаторов и маршрутизаторов, но об этом уже достаточно сказано в предыдущих главах. Стоит только отметить, что производительность сети и ее надежность определяются самым низкокачественным ее компонентом. Поэтому, покупая дорогие концентраторы или коммутаторы, не стоит экономить на сетевых адаптерах. Верно и обратное. В любом случае лучше, когда все компоненты оборудования максимально полно соответствуют друг другу.
Выбор размера сети и ее структуры
Любое проектирование, как известно, представляет собой сильно упрощенное моделирование еще не наступившей действительности. Именно поэтому предусмотреть все возможные факторы, учесть все потребности, которые могут возникнуть в будущем, практически невозможно, и все самые подробные руководства по проектированию чего бы то ни было имеют не слишком большую ценность.
Однако самые общие подходы к проектированию локальных компьютерных сетей все-таки могут быть сформулированы, некоторые полезные принципы такого проектирования могут быть предложены и с успехом использованы. Не стоит только воспринимать их как пригодные для любых практических случаев и достаточные для всех возможных ситуаций.
При создании новой сети для какого-нибудь предприятия желательно учитывать следующие факторы.
Требуемый размер сети (в ближайшем будущем и по прогнозу на перспективу).
Требуемая структура, иерархия и основные части сети (по подразделениям предприятия, а также по комнатам, этажам и зданиям предприятия).
Основные направления и интенсивность информационных потоков (в ближайшем будущем и в дальней перспективе).
Технические характеристики оборудования (компьютеров, адаптеров, кабелей, репитеров, концентраторов, коммутаторов) и его стоимость.
Возможности прокладки кабельной системы в помещениях и между ними, а также меры обеспечения целостности кабеля.
Обеспечение обслуживания сети и контроля за ее безотказностью и безопасностью.
Требования к программным средствам по допустимому размеру сети, скорости, гибкости, разграничению прав доступа, стоимости, возможностям контроля за обменом информацией, и т.д.
Необходимость подключения к глобальным сетям или к другим локальным сетям.
Вполне возможно, что после изучения всех перечисленных и не перечисленных факторов выяснится, что вполне можно обойтись вообще без сети, избежав тем самым довольно больших затрат на аппаратуру и программное обеспечение, на установку и эксплуатацию сети, на зарплату обслуживающему персоналу, на поддержку и ремонт и т.д.. Например, если имеется всего несколько пользователей, которые работают на своих компьютерах автономно и только иногда обмениваются файлами, то сеть вполне может заменить обычная дискета (это и дешевле, и гораздо менее хлопотно).
Сеть порождает множество дополнительных проблем по сравнению с автономными компьютерами: от простейших механических (компьютеры, подключенные к сети, сложнее переносить с места на место) до сложных информационных (необходимость контролировать совместно используемые ресурсы, предотвращать заражение сети вирусами). К тому же пользователи сети уже не так независимы, как пользователи автономных компьютеров, им надо придерживаться определенных правил, подчиняться установленным требованиям, которым их необходимо научить.
Наконец, сеть остро ставит вопрос о безопасности информации, защиты от несанкционированного доступа, ведь с любого компьютера сети можно считать данные с общих сетевых дисков. Защитить один компьютер или даже несколько одиночных компьютеров в любом случае гораздо проще, чем целую сеть. Поэтому приступать к установке сети целесообразно только тогда, когда без сети работа становится попросту невозможной, непроизводительной, когда отсутствие межкомпьютерной связи тормозит работу и сдерживает развитие дела.
Первым этапом проектирования сети должен стать анализ существующей ситуации и задач, которые будет решать сеть. Должен быть определен (хотя бы приблизительно) размер сети и ее структура.
Под размером сети в данном случае понимается как количество объединяемых в сеть компьютеров, так и расстояния между ними. Надо четко представлять себе, сколько компьютеров (минимально и максимально) нуждается в подключении к сети. В любом случае надо оставлять возможность для дальнейшего роста количества компьютеров в сети, хотя бы процентов на 20-50. Кстати, совсем не обязательно раз и навсегда включать в сеть все компьютеры предприятия. Может быть, имеет смысл оставить некоторые из них автономными, например, из соображений безопасности информации на их дисках. Количество подключенных к сети компьютеров сильно влияет как на ее производительность, так и на сложность ее обслуживания. Оно также определяет стоимость требуемых программных средств. Поэтому ошибки в данном случае могут иметь довольно серьезные последствия.
Требуемая длина линий связи сети играет не меньшую, а иногда и большую роль в проектировании сети, чем количество компьютеров. Например, если расстояния очень большие, может понадобиться использование очень дорогого или редкого оборудования. К тому же с увеличением расстояния резко возрастает значимость защиты линий связи от внешних электромагнитных помех. От расстояния зависит и скорость передачи информации по сети (выбор между Ethernet и Fast Ethernet). Целесообразно при выборе расстояний закладывать небольшой запас (хотя бы процентов 10) для учета различных непредвиденных обстоятельств. Кстати, преодолеть ограничения по длине иногда можно путем выбора структуры сети, разбиения ее на отдельные части.
Под структурой сети понимается способ разделения сети на части (сегменты), а также способ соединения этих сегментов между собой. Сеть предприятия может включать в себя рабочие группы компьютеров, сети подразделений, опорные сети, средства связи с другими сетями. Для объединения частей сети могут использоваться репитеры, репитерные концентраторы, коммутаторы, мосты и маршрутизаторы. Причем в ряде случаев стоимость этого объединительного оборудования может даже превысить стоимость компьютеров, сетевых адаптеров и кабеля. Поэтому выбор структуры сети исключительно важен.
В идеале структура сети должна соответствовать структуре здания или комплекса зданий предприятия. Рабочие места группы сотрудников, занимающихся одной задачей (например, бухгалтерия, отдел продаж, инженерная группа) должны располагаться в одной комнате или в рядом расположенных комнатах. Тогда можно все компьютеры этих сотрудников объединить в один сегмент, в одну рабочую группу и установить вблизи их комнат сервер, с которым они будут работать, а также концентратор или коммутатор, связывающий их компьютеры. Точно так же рабочие места сотрудников подразделения, занимающихся комплексом близких задач, лучше расположить на одном этаже здания, что существенно упростит их объединение в единый сегмент и дальнейшее администрирование этого сегмента. На этом же этаже удобно расположить коммутаторы, маршрутизаторы и серверы, с которыми работает данное подразделение.
Как и в других случаях, при выборе структуры целесообразно оставлять возможности для дальнейшего развития сети. Например, лучше приобретать коммутаторы или маршрутизаторы с количеством портов, несколько большим необходимого в настоящий момент (хотя бы на 10-20 процентов). Это позволит при необходимости легко включить в сеть новый сегмент или несколько сегментов. Ведь любое предприятие всегда стремится к росту), и этот рост не должен приводить к необходимости проектировать сеть предприятия заново.
Рассмотрим простейший пример для небольшого предприятия.
Пусть предприятие занимает три этажа, на каждом из которых по пять комнат, и включает в себя три подразделения, в каждом из которых по три группы. В этом случае можно построить сеть таким образом (рис. 11.1):
Рабочие группы занимают по 1~3 комнаты, их компьютеры объединены между собой репитерными концентраторами. Концентратор может использоваться один на комнату, один на группу или один на весь этаж. Под концентратор лучше выделить одну из комнат (небольшую).
Подразделения занимают отдельный этаж. Все три сети рабочих групп каждого подразделения объединяются коммутатором, а для связи с сетями других подразделений используется маршрутизатор. Коммутатор вместе с одним из концентраторов лучше расположить в отдельной комнате.
Рис. 11.1. Структура сети предприятия (С - серверы рабочих групп, РК - репитер-ные концентраторы. Ком - коммутаторы)
Общая сеть предприятия, включающая три сегмента сетей подразделений, объединенных маршрутизатором. Этот же маршрутизатор может использоваться для подключения к глобальной сети.
Серверы рабочих групп располагаются в комнатах рабочих групп, серверы подразделений — на этажах подразделений.
В рассмотренной ситуации области коллизий (зоны конфликта) сети будут включать в себя сегменты, расположенные в комнатах каждой рабочей группы, плюс сегмент, связывающий концентратор рабочей группы с коммутатором подразделения. Всего таких областей коллизий будет девять. Именно для них необходимо проводить расчеты работоспособности сети в соответствии с предыдущей главой. Широковещательные области будут включать в себя все сегменты сети каждого подразделения плюс сегмент, связывающий коммутатор подразделения с маршрутизатором предприятия. Таких широковещательных областей будет всего три.
Рис. 11.2. Структура сети предприятия (С - серверы рабочих групп, РК - репитер-!ые концентраторы, РКП - концентраторы подразделений)
Сели предполагаемая интенсивность обмена по проектируемой сети не лишком велика, если компьютеров не слишком много, если размеры зда-[ия позволяют, то, вполне возможно, удастся обойтись без маршрутиза-'оров - довольно сложных и дорогих устройств. Тогда сети подразделе-:ий будут объединяться концентраторами, а между собой будут оединяться коммутаторами (рис. 11.2). Области коллизий будут в дан-:ом случае включать в себя все сегменты сети каждого из подразделений :люс сегмент, соединяющий концентратор подразделения и коммутатор редприятия. Таких областей коллизий будет всего три. Для них надо про-одить расчет работоспособности сети, как описано в предыдущей главе. Единственная широковещательная область будет в данном случае вклю-ать в себя всю сеть предприятия.
В ситуации, когда компьютеров на предприятии немного (до 50), вполне озможно, что имеет смысл отказаться не только от маршрутизаторов, но от коммутаторов, оставив только репитерные концентраторы. Более того, ри такой малой сети и низкой интенсивности обмена вполне может оказаться подходящей сеть Ethernet на тонком коаксиальном кабеле (сегменты 10BASE2) вообще без концентраторов или с 1-2 простейшими репитерами. Правда, в последнем случае, возможно, придется все компьютеры каждого сегмента разместить на одном этаже из-за ограничений на длину кабеля сегмента 10BASE2.
Конечно, такая идиллическая картина наблюдается далеко не всегда. В реальности все обычно бывает гораздо сложнее. Например, структура подразделений может вообще не соответствовать структуре комнат и этажей. Предприятие может занимать два далеко разнесенных помещения в одном здании или даже три—четыре далеко разнесенных здания. Тогда может понадобиться применение оптоволоконных сегментов (возможно, и полнодуплексных, которые обеспечивают максимально возможную длину кабеля). А структура сети при этом может быть чрезвычайно сложной, с множеством областей коллизий и широковещательных областей.
Выбор сетевых программных средств
К сожалению, в процессе проектирования сети совершенно невозможно выделить те проблемы, которые должны быть решены в самом начале, и те, которые можно отложить на самый конец. Выбор программных средств не стоит считать чем-то второстепенным, совершенно не влияющим ни на размер и структуру сети, ни на характеристики требуемого оборудования. Поэтому принимать решение о том, какие программные средства надо использовать или хотя бы к какому классу они должны принадлежать, необходимо в самом начале проектирования.
При выборе сетевого программного обеспечения надо в первую очередь учитывать следующие факторы:
какую сеть оно поддерживает: одноранговую сеть, сеть на основе сервера или оба этих типа;
какое максимальное количество пользователей допускается (лучше брать с запасом не менее 20%);
какое количество серверов можно включить и какие типы серверов возможны;
какова совместимость с разными операционными системами и разными компьютерами, а также с другими сетевыми средствами;
каков уровень производительности программных средств в различных режимах работы;
какова степень надежности работы, каковы разрешенные режимы доступа и степень защиты данных;
и, возможно, главное - какова стоимость программного обеспечения.
Никогда не стоит гнаться за самым совершенным продуктом просто по-гому, что он популярен, так как с ним, как правило, сложнее обращаться, ца и стоит он гораздо дороже. Вполне вероятно, для ваших задач подой-цет простая одноранговая сеть, не требующая специального администрирования и покупки дорогого сервера.
Ваконец, еще до установки сети необходимо решить вопрос об управлении сетью. Даже в случае одноранговой сети лучше выделить для этого отдельного специалиста (администратора), который будет иметь всю ин-рормацию о конфигурации сети и распределении ресурсов и следить sa корректным использованием сети всеми пользователями. Если сеть юльшая, то одним сетевым администратором уже не обойтись, нужна делая группа администраторов, возглавляемая системным администратором.
После установки и запуска сети решать все эти вопросы, как пра-шло, слишком поздно.
Голько после всего перечисленного можно переходить к установке выб-эанного программного обеспечения, если, конечно, такая установка тре->уется. Заметим, что в большинстве случаев непосредственно установ-сой программных средств занимаются работники специализированных сомпьютерных фирм. Но принимать решение, о том, что нужно конкрет-юму предприятию, должны все-таки те, кто будет с этой сетью работать ! дальнейшем.
После установки сети необходимо провести ее конфигурирование, то есть задать логическую конфигурацию сети, настроить ее на работу в конкретных условиях. Это входит в обязанности системного администратора сети, который затем осуществляет и контроль за работой сети и управление ее работой:
создание пользователей и групп пользователей различного назначения;
определение прав доступа пользователей;
обучение новых пользователей и оперативная помощь пользователям в случае необходимости;
контроль за дисковым пространством всех серверов данной сети;
защита и резервное копирование данных, борьба с компьютерными вирусами;
модернизация программного обеспечения и сетевой аппаратуры;
настройка сети для получения максимальной производительности.
Системный администратор, как правило, получает максимальные права по доступу ко всем сетевым ресурсам и ко всем служебным программам сети. Все остальные пользователи сети в идеале не должны замечать сети: просто у них должны появиться новые диски, расположенные на файл-серверах, новые принтеры, сканеры, модемы, новые программы, специально ориентированные на сеть, например, электронная почта.
Создаваемые группы пользователей должны по возможности совпадать с реальными группами сотрудников предприятия, занимающимися одной проблемой или близкими проблемами. Каждой группе системный администратор может установить свои права доступа к сетевым ресурсам. Гораздо удобнее создать группу с определенными правами, а затем включить в нее нужных пользователей, чем определять права каждому пользователю в отдельности.
В этом случае при необходимости изменения прав пользователя достаточно перевести его в другую группу. Желательно, чтобы каждой группой управлял свой сетевой администратор (если, конечно, группы достаточно большие). Для примера, сетевая ОС Windows NT позволяет создавать четыре типа групп:
локальные группы, то есть те, которые регистрируются на локальном компьютере;
глобальные группы, то есть те, которые регистрируются на главном контроллере домена (PDC);
специальные группы (обычно используются для внутрисистемных нужд);
встроенные группы, которые делятся на три категории: администраторы, операторы и другие пользователи.
Свои права доступа можно установить и каждому пользователю в отдельности. В идеале каждый пользователь должен иметь столько прав доступа, сколько ему действительно нужно, не больше и не меньше. Если прав меньше, чем нужно, это мешает работе пользователя, требует постоянного вмешательства сетевого администратора. Если же прав больше, чем необходимо, то пользователь может вольно или невольно уничтожить ценную информацию, с которой он не работает, или исказить ее.
Каждая сетевая операционная система или оболочка имеет свой набор разрешенных прав доступа к каталогам и файлам. Это характеризует ее гибкость, надежность, возможность развития сети. Например, сетевая ОС Novell NetWare 3.12 обеспечивает права, перечисленные, в табл. 11.1. Сетевая ОС Windows NT Server обеспечивает права, перечисленные в табл. 11.2. Набор прав доступа, предоставляемых операционной системой Windows 95, меньше, чем для других сетевых средств (табл. 11.3).
Табл. 11.1. Виды доступа к каталогам и файлам в ОС NetWare 3.12
| Вид доступа | Обозначение | Что разрешено |
| Access Control | A | Изменение прав доступа к каталогу или файлу |
| File Scan | F | Просмотр каталога |
| Create | С | Создание каталогов и файлов в данном каталоге |
| Erase | E | Удаление каталогов и файлов в данном каталоге |
| Modify | M | Изменение содержимого файлов (перезапись) |
| Supervisory | S | Любые операции над файлами каталога (права супервизора) |
| Write | w | Запись в файл |
Время от времени рекомендуется делать копии всех дисков сервера, например, на магнитную ленту или на сменные магнитные или оптические диски. Это позволит в случае аварии восстановить недавнее состояние сети, потеряв не слишком много информации. При этом системный администратор должен сохранить на диске рабочей станции информацию о пользователях и их правах доступа, чтобы при восстановлении сети не пришлось все это задавать заново. Целесообразно иметь две копии дисков серверов, одна из которых обновляется довольно редко (например, раз в месяц), а другая - чаще (например, раз в неделю).
Табл. 11.2. Виды доступа к каталогам и файлам в ОС Windows NT Server
| Вид доступа | Что разрешено |
| Read | Чтение и копирование файлов из каталога |
| Execute | Запуск на выполнение программ из каталога |
| Write | Создание новых файлов в каталоге |
| Delete | Удаление файлов в каталоге |
| No Access | Запрещение любого доступа |
| Вид доступа | Что разрешено |
| Только чтение | Чтение и копирование файлов из каталога |
| Полный | Чтение, запись в каталог и удаление файлов из каталога |
| По паролю | Определяется паролем (по паролю «для чтения» — доступ только для чтения, по паролю «для полного доступа» — полный доступ) |
Конечно, всегда надо учитывать, что производительность любой сети зависит не только от установленной аппаратуры и программных продуктов, но и от характера решаемых задач. Одна и та же сеть может прекрасно справляться, например, с задачами доступа к базе данных, но очень плохо работать с передачей динамических трехмерных полноцветных изображений. Так что при проектировании сети с самого начала желательно знать, какого характера информационные потоки предполагается обслуживать с ее помощью.
Впрочем, учесть все факторы в любом случае невозможно, можно только приближаться к оптимальному соответствию возможностей и потребностей.
Другие топологии
Кроме трех рассмотренных основных, базовых топологий нередко применяется также сетевая топология «дерево» (tree), которую можно рассматривать как комбинацию нескольких звезд. Как и в случае звезды, дерево может быть активным, или истинным (рис. 1.6), и пассивным (рис. 1.7). При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном - концентраторы (хабы).
Рис. 1.6. Топология «активное дерево»
Рис. 1.7. Топология «пассивное дерево». К - концентраторы
Применяются довольно часто и комбинированные топологии, среди которых наибольшее распространение получили звездно-шинная (рис. 1.8) и звездно-кольцевая (рис. 1.9).
Рис. 1.8. Пример звездно-шинной топологии
В звездно-шинной (star-bus) топологии используется комбинация шины и пассивной звезды. В этом случае к концентратору подключаются как отдельные компьютеры, так и целые шинные сегменты, то есть на самом деле реализуется физическая топология «шина», включающая все компьютеры сети. В данной топологии может использоваться и несколько концентраторов, соединенных между собой и образующих так называемую магистральную, опорную шину. К каждому из концентраторов при этом подключаются отдельные компьютеры или шинные сегменты. Таким образом, пользователь получает возможность гибко комбинировать преимущества шинной и звездной топологий, а также легко изменять количество компьютеров, подключенных к сети.
Рис. 1.9. Пример звездно-кольцевой топологии
В случае звездно-кольцевой (star-ring) топологии в кольцо объединяются не сами компьютеры, а специальные концентраторы (изображенные на рис. 1.9 в виде прямоугольников), к которым в свою очередь подключаются компьютеры с помощью звездообразных двойных линий связи. В действительности все компьютеры сети включаются в замкнутое кольцо, так как внутри концентраторов все линии связи образуют замкнутый контур (как показано на рис. 1.9). Данная топология позволяет комбинировать преимущества звездной и кольцевой топологий. Например, концентраторы позволяют собрать в одно место все точки подключения кабелей сети.
Определение локальных сетей и их топология
1.1 Место и роль локальных сетей
1.2. Топология локальных сетей
1.2.1. Топология «шина»
1.2.2. Топология «звезда»
1.2.3. Топология «кольцо»
1.2.4. Другие топологии
1.2.5. Многозначность понятия топологии
Место и роль локальных сетей
Передача информации между компьютерами существует, наверное, с самого момента возникновения вычислительной техники. Она позволяет организовать совместную работу отдельных компьютеров, решать одну задачу с помощью нескольких компьютеров, специализировать каждый из компьютеров на выполнении какой-то одной функции, совместно использовать ресурсы и решать множество других проблем. Способов и средств обмена информацией за последнее время предложено множество: от простейшего переноса файлов с помощью дискеты до всемирной компьютерной сети Internet, способной связать все компьютеры мира. Какое же место во всей этой иерархии отводится локальным сетям?
Чаще всего термин «локальные сети» (LAN, Local Area Network) понимают буквально, то есть под локальными понимаются такие сети, которые имеют небольшие, локальные размеры, соединяют близко расположенные компьютеры. Однако достаточно посмотреть на характеристики некоторых локальных сетей, чтобы понять, что такое определение не слишком точно. Например, некоторые локальные сети легко обеспечивает связь на расстоянии нескольких километров или даже десятков километров. Это уже размеры не комнаты, не здания, не близко расположенных зданий, а, может быть, целого города. С другой стороны, по глобальной сети (WAN, Wide Area Network или GAN, Global Area Network) вполне могут связываться компьютеры, находящиеся на соседних столах в одной комнате, но ее почему-то никто не называет локальной сетью. Близко расположенные компьютеры могут также связываться с помощью кабеля, соединяющего разъемы внешних интерфейсов (RS232-C, Centronics) или даже без кабеля по инфракрасному каналу. Но такая связь также не называется локальной сетью.
Неверно и определение локальной сети как малой сети, которая связывает небольшое количество компьютеров. Действительно, в реальности наиболее часто локальная сеть связывает от двух до нескольких десятков компьютеров. Но предельные возможности некоторых локальных сетей гораздо выше: максимальное число абонентов может достигать тысячи. Называть такую сеть малой, наверное, неправильно.
Некоторые авторы определяют локальную сеть как «систему для непосредственного соединения многих компьютеров». При этом подразумевается, что информация передается от компьютера к компьютеру без посредников и по единой среде передачи. Однако говорить о единой среде передачи в современной локальной сети не приходится. Например, в пределах одной сети могут использоваться как электрические кабели различных типов, так и оптоволоконные кабели. Определение передачи «без посредников» также не слишком четко, ведь в современных локальных сетях используются самые разнообразные концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, мосты, которые порой производят довольно сложную обработку передаваемой информации. Не совсем понятно, считать их посредниками или нет.
Наверное, наиболее точно было бы определить как локальную такую сеть, которая позволяет пользователям не замечать связи. Компьютеры, связанные локальной сетью, объединяются, по сути, в один виртуальный компьютер, ресурсы которого могут быть доступны всем пользователям, причем этот доступ не менее удобен, чем к ресурсам, входящим непосредственно в каждый отдельный компьютер. Под удобством в первую очередь понимается в данном случае высокая реальная скорость доступа, при которой обмен информацией между приложениями осуществляется незаметно для пользователя. При таком определении ни медленные глобальные сети, ни медленная связь через последовательный или параллельный порты не подпадают под понятие локальной сети.
Из такого определения сразу же следует, что скорость передачи по локальной сети должна обязательно расти по мере роста быстродействия наиболее распространенных компьютеров. Именно это мы и наблюдаем: если еще сравнительно недавно вполне приемлемой считалась скорость обмена в 1-10 Мбит/с, то сейчас среднескоростной считается сеть, работающая на скорости 100 Мбит/с и активно разрабатываются средства для скорости 1000 Мбит/с и даже больше. При меньших скоростях передачи
связь станет узким местом, будет чрезмерно замедлять работу объединенного сетью виртуального компьютера.
Таким образом, главное отличие локальной сети от любой другой - высокая скорость обмена. Но это не единственное отличие, не менее важны и другие факторы.
Например, принципиально необходим низкий уровень ошибок передачи. Ведь даже очень быстро переданная, но искаженная ошибками информация бессмысленна - ее придется передавать еще раз. Поэтому локальные сети обязательно используют специально прокладываемые качественные линии связи.
Принципиальное значение имеет и такая характеристика сети, как возможность работы с большими нагрузками, то есть с большой интенсивностью обмена (или, как еще говорят, с большим трафиком). Если механизм управления обменом, используемый в сети, не слишком эффективен, то компьютеры могут чрезмерно долго ждать своей очереди на передачу, и даже если передача будет производиться затем на высочайшей скорости и полностью безошибочно, то для пользователя сети это все равно обернется неприемлемой задержкой доступа ко всем сетевым ресурсам.
Любой механизм управления обменом может гарантированно работать только тогда, когда заранее известно, сколько компьютеров (абонентов, узлов) может быть подключено к сети. При включении непредусмотренно большого числа абонентов забуксует вследствие перегрузки любой механизм. Наконец, сетью в истинном смысле этого слова можно назвать только такую систему передачи данных, которая позволяет объединять хотя бы до нескольких десятков компьютеров, но никак не два, как в случае связи через стандартные порты.
Таким образом, можно сформулировать следующие отличительные признаки локальной сети:
высокая скорость передачи, большая пропускная способность;
низкий уровень ошибок передачи (или, что то же самое, высококачественные каналы связи). Допустимая вероятность ошибок передачи данных должна быть порядка 10"7 - 10~8;
эффективный, быстродействующий механизм управления обменом;
ограниченное, точно определенное число компьютеров, подключаемых к сети.
При таком определении понятно, что глобальные сети отличаются от локальных тем, что рассчитаны на неограниченное число абонентов и используют, как правило, не слишком качественные каналы связи и сравнительно низкую скорость передачи, а механизм управления обменом в них в принципе не может быть гарантированно быстрым. В глобальных сетях гораздо важнее не качество связи, а сам факт ее существования.
Нередко выделяют еще один класс компьютерных сетей - городские сети (MAN, Metropolitan Area Network), которые обычно бывают ближе к глобальным сетям, хотя иногда имеют некоторые черты локальных сетей -например, высококачественные каналы связи и сравнительно высокие скорости передачи. В принципе городская сеть может быть действительно локальной, со всеми ее преимуществами.
Правда, сейчас уже нельзя провести четкую и однозначную границу между локальными и глобальными сетями. Большинство локальных сетей имеет выход в глобальную сеть, но характер передаваемой информации, принципы организации обмена, режимы доступа к ресурсам внутри локальной сети, как правило, сильно отличаются от тех, что приняты в глобальной сети. И хотя все компьютеры локальной сети выданном случае включены также и в глобальную сеть, специфики локальной сети это не отменяет. Возможность выхода в глобальную сеть остается всего лишь одним из ресурсов, разделяемых пользователями локальной сети.
По локальной сети может передаваться самая разная цифровая информация: данные, изображения, телефонные разговоры, электронные письма и т.д. Кстати, именно задача передачи изображений, особенно полноцветных динамических изображений, предъявляет самые высокие требования к быстродействию сети. Чаще всего локальные сети используются для разделения (то есть совместного использования) таких ресурсов, как дисковое пространство, принтеры и выход в глобальную сеть, но это всего лишь незначительная часть тех возможностей, которые предоставляют средства локальных сетей. Например, они позволяют осуществлять обмен информацией между компьютерами разных типов. Абонентами (узлами) сети могут быть не только компьютеры, но и другие устройства, например принтеры, плоттеры, сканеры. Локальные сети дают возможность организовать систему параллельных вычислений на всех компьютерах сети, что позволяет многократно ускорить решение сложных математических задач. С их помощью можно также управлять работой сложной технологической системы или исследовательской установки с нескольких компьютеров одновременно.
Однако локальные сети имеют и некоторые недостатки, о которых всегда следует помнить. Помимо дополнительных материальных затрат на покупку оборудования и сетевого программного обеспечения, на прокладку соединительных кабелей и обучение персонала, необходимо также иметь специалиста, который будет заниматься контролем за работой сети, модернизацией сети, управлением доступом к ресурсам, устранением возможных неисправностей - то есть администратора сети. Сети ограничивают возможности перемещения компьютеров, так как при этом может понадобиться перекладка соединительных кабелей. Кроме того, сети представляют собой прекрасную среду для распространения компьютерных вирусов, поэтому вопросам защиты придется уделять гораздо больше внимания, чем в случае автономного использования компьютеров. Так что ничто не дается даром.
Здесь же упомянем о таких важнейших понятиях теории сетей, как сервер и клиент.
Сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует ресурсы других абонентов, то есть служит только сети. Серверов в сети может быть несколько, и совсем не обязательно сервер - это самый мощный компьютер. Выделенный сервер - это сервер, занимающийся только сетевыми задачами. Невыделенный сервер может заниматься помимо обслуживания сети и другими задачами. Специфический тип сервера - это сетевой принтер.
Клиентом называется абонент сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает, то есть сеть его обслуживает. Компьютер-клиент также часто называют рабочей станцией. В принципе каждый компьютер может быть одновременно как клиентом, так и сервером.
Под сервером и клиентом часто понимают также не сами компьютеры, а работающие на них программные приложения. В этом случае то приложение, которое только отдает ресурс в сеть, является сервером, а то приложение, которое только пользуется сетевыми ресурсами, является клиентом.
Многозначность понятия топологии
Топология сети определяет не только физическое расположение компьютеров, но, что гораздо важнее, характер связей между ними, особенности распространения сигналов по сети. Именно характер связей определяет степень отказоустойчивости сети, требуемую сложность сетевой аппаратуры, наиболее подходящий метод управления обменом, возможные типы сред передачи (каналов связи), допустимый размер сети (длина линий связи и количество абонентов), необходимость электрического согласования и многое другое.
Более того, физическое расположение компьютеров, соединяемых сетью, вообще довольно слабо влияет на выбор топологии. Любые компьютеры, как бы они ни были расположены, всегда можно соединить с помощью любой заранее выбранной топологии (рис. 1.10).
В случае, когда соединяемые компьютеры расположены по контуру круга, они вполне могут соединяться звездой или шиной. Когда компьютеры расположены вокруг некоего центра, они вполне могут соединяться между собой шиной или кольцом. Наконец, когда компьютеры расположены в одну линию, они могут соединяться звездой или кольцом. Другое дело, какова будет требуемая для этого суммарная длина кабеля.
Когда в литературе упоминается о топологии сети, то могут подразумевать четыре совершенно разных понятия, относящихся к различным уровням сетевой архитектуры.
Рис. 1.10. Примеры использования разных топологий
Физическая топология (то есть схема расположения компьютеров и прокладки кабелей). В этом смысле, например, пассивная звезда ничем не отличается от активной звезды, поэтому ее нередко называют просто «звездой».
Логическая топология (то есть структура связей, характер распространения сигналов по сети). Это, наверное, наиболее правильное определение топологии.
Топология управления обменом (то есть принцип и последовательность передачи права на захват сети между отдельными компьютерами).
Информационная топология (то есть направление потоков информации, передаваемой по сети).
Например, сеть с физической и логической топологией «шина» может в качестве метода управления использовать эстафетную передачу права захвата сети (то есть быть в этом смысле кольцом) и одновременно передавать всю информацию через один выделенный компьютер (быть в этом смысле звездой). Сеть с логической топологией «шина» может иметь физическую топологию «звезда» (пассивная) или «дерево» (пассивное).
Сеть с любой физической топологией, логической топологией, топологией управления обменом может считаться звездой в смысле информационной топологии, если она построена на основе одного-едТшственного сервера и нескольких клиентов, общающихся только с этим сервером. В этом случае справедливы все рассуждения о низкой отказоустойчивости сети к неполадкам центра (в данном случае - сервера). Точно так же любая сеть может быть названа шиной в информационном смысле, если она построена из компьютеров, являющихся одновременно как серверами, так и клиентами. Как и в случае любой другой шины, такая сеть будет мало чувствительна к отказам отдельных компьютеров.
Заканчивая обзор особенностей топологий локальных сетей, необходимо отметить, что топология все-таки не является основным фактором при выборе типа сети. Гораздо важнее, например, уровень стандартизации сети, скорость обмена, количество абонентов, стоимость оборудования, выбранное программное обеспечение. Но, с другой стороны, некоторые сети позволяют использовать разные топологии на разных уровнях. Этот выбор уже целиком ложится на пользователя, который должен учитывать все перечисленные в данном разделе соображения.
Топология «кольцо»
«Кольцо» — это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов. Важная особенность кольца состоит в том, что каждый компьютер ретранслирует (восстанавливает) приходящий к нему сигнал, то есть выступает в роли репитера, поэтому затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Четко выделенного центра в данном случае нет, все компьютеры могут быть одинаковыми. Однако довольно часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует обмен. Понятно, что наличие такого управляющего абонента снижает надежность сети, так как выход его из строя сразу же парализует весь обмен.
Строго говоря, компьютеры в кольце не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шинной топологии). Одни из них обязательно получают информацию от компьютера, ведущего передачу в данный момент, раньше, а другие - позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на «кольцо». В этих методах право на следующую передачу (или, как еще говорят, на захват сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру.
Подключение новых абонентов в «кольцо» обычно совершенно безболезненно, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае топологии «шина», максимальное количество абонентов в кольце может быть довольно велико (до тысячи и больше). Кольцевая топология обычно является самой устойчивой к перегрузкам, она обеспечивает уверенную работу с самыми большими потоками передаваемой по сети информации, так как в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды).
Так как сигнал в кольце проходит через все компьютеры сети, выход из строя хотя бы одного из них (или же его сетевого оборудования) нарушает работу всей сети в целом. Точно так же любой обрыв или короткое замыкание в любом из кабелей кольца делает работу всей сети невозможной. Кольцо наиболее уязвимо к повреждениям кабеля, поэтому в этой топологии обычно предусматривают прокладку двух (или более) параллельных линий связи, одна из которых находится в резерве.
В то же время крупное преимущество кольца состоит в том, что ретрансляция сигналов каждым абонентом позволяет существенно увеличить размеры всей сети в целом (порой до нескольких десятков километров). Кольцо в этом отношении существенно превосходит любые другие топологии.
Недостатком кольца (по сравнению со звездой) можно считать то, что к каждому компьютеру сети необходимо подвести два кабеля.
Иногда топология «кольцо» выполняется на основе двух кольцевых линий связи, передающих информацию в противоположных направлениях. Цель подобного решения — увеличение (в идеале - вдвое) скорости передачи информации. К тому же при повреждении одного из кабелей сеть может работать с другим кабелем (правда, предельная скорость уменьшится).
Топология локальных сетей
Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится прежде всего к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по своему собственному пути.
Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, возможные и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках, наверное, надо всем.
Существует три основных топологии сети:
шина (bus), при которой все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи и информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам (рис. 1.1);
звезда (star), при которой к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует свою отдельную линию связи (рис. 1.2);
кольцо (ring), при которой каждый компьютер передает информацию всегда только одному компьютеру, следующему в цепочке, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера, и эта цепочка замкнута в «кольцо» (рис. 1.3).
Рис. 1.1. Сетевая топология «шина»
Рис. 1.2. Сетевая топология «звезда»
Рис. 1.3. Сетевая топология «кольцо»
На практике нередко используют и комбинации базовых топологий, но большинство сетей ориентированы именно на эти три. Рассмотрим теперь кратко особенности перечисленных сетевых топологий.
Топология «шина»
Топология «шина» (или, как ее еще называют, «общая шина») самой своей структурой предполагает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов. При таком соединении компьютеры могут передавать только по очереди, так как линия связи единственная. В противном случае передаваемая информация будет искажаться в результате наложения (конфликта, коллизии). Таким образом, в шине реализуется режим полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно).
В топологии «шина» отсутствует центральный абонент, через которого передается вся информация, что увеличивает ее надежность (ведь при отказе любого центра перестает функционировать вся управляемая этим центром система). Добавление новых абонентов в шину довольно просто и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании шины требуется минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другими топологиями. Правда, надо учесть, что к каждому компьютеру (кроме двух крайних) подходит два кабеля, что не всегда удобно.
Так как разрешение возможных конфликтов в данном случае ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента, аппаратура сетевого адаптера при топологии «шина» получается сложнее, чем при других топологиях. Однако из-за широкого распространения сетей с топологией «шина» (Ethernet, Arcnet) стоимость сетевого оборудования получается не слишком высокой.
Шине не страшны отказы отдельных компьютеров, так как все остальные компьютеры сети могут нормально продолжать обмен. Может показаться, что шине не страшен и обрыв кабеля, поскольку в этом случае мы получим две вполне работоспособные шины. Однако из-за особенностей распространения электрических сигналов по длинным линиям связи необходимо предусматривать включение на концах шины специальных согласующих устройств - терминаторов, показанных на рис. 1.1 в виде прямоугольников. Без включения терминаторов сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. Так что при разрыве или повреждении кабеля (например, мышами, которые почему-то очень любят грызть кабели сети) нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой. Подробнее о согласовании будет рассказано в специальном разделе книги. Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть. Любой отказ сетевого оборудования в шине очень трудно локализовать, так как все адаптеры включены параллельно, и понять, какой из них вышел из строя, не так-то просто.
Рис. 1.4. Соединение сегментов сети типа «шина» с помощью репитера
При прохождении по линии связи сети с топологией «шина» информационные сигналы ослабляются и никак не восстанавливаются, что накладывает жесткие ограничения на суммарную длину линий связи, кроме того, каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зависимости от расстояния до передающего абонента. Это предъявляет дополнительные требования к приемным узлам сетевого оборудования. Для увеличения длины сети с топологией «шина» часто используют несколько сегментов (каждый из которых представляет собой шину), соединенных между собой с помощью специальных восстановителей сигналов - репитеров, или повторителей (на рис. 1.4 показано соединение двух сегментов).
Однако такое наращивание длины сети не может продолжаться бесконечно, так как существуют еще и ограничения, связанные с конечной скоростью распространения сигналов по линиям связи.
Топология «звезда»
«Звезда» - это топология с явно выделенным центром, к которому подключаются все остальные абоненты. Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким образом ложится очень большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центрального абонента должно быть существенно более сложным, чем оборудование периферийных абонентов. О равноправии абонентов в данном случае говорить не приходится. Как правило, именно центральный компьютер является самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией «звезда» в принципе невозможны, так как управление полностью централизовано, конфликтовать нечему.
Если говорить об устойчивости звезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера никак не отражается на функционировании оставшейся части сети, зато любой отказ центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной. Поэтому должны приниматься специальные меры по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры. Обрыв любого кабеля или короткое замыкание в нем при топологии «звезда» нарушает обмен только с одним компьютером, а все остальные компьютеры могут нормально продолжать работу.
В отличие от шины, в звезде на каждой линии связи находятся только два абонента: центральный и один из периферийных. Чаще всего для их соединения используется две линии связи, каждая из которых передает информацию только в одном направлении. Таким образом, на каждой линии связи имеется только один приемник и один передатчик. Все это существенно упрощает сетевое оборудование по сравнению с шиной и избавляет от необходимости применения дополнительных внешних терминаторов. Проблема затухания сигналов в линии связи также решается в «звезде» проще, чем в «шине», ведь каждый приемник всегда получает сигнал одного уровня.
Серьезный недостаток топологии «звезда» состоит в жестком ограничении количества абонентов. Обычно центральный абонент может обслуживать не более 8-16 периферийных абонентов. Если в этих пределах подключение новых абонентов довольно просто, то при их превышении оно просто невозможно. Правда, иногда в звезде предусматривается возможность наращивания, то есть подключение вместо одного из периферийных абонентов еще одного центрального абонента (в результате получается топология из нескольких соединенных между собой звезд).
Звезда, показанная на рис. 1.2, носит название активной, или истинной, звезды. Существует также топология, называемая пассивной звездой, которая только внешне похожа на звезду (рис. 1.5). В настоящее время она распространена гораздо больше, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в самой популярной на сегодняшний день сети Ethernet.
Рис. 1.5. Топология «пассивная звезда»
В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а концентратор, или хаб (hub), выполняющий ту же функцию, что и репитер. Он восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их в другие линии связи. Хотя схема прокладки кабелей подобна истинной или активной звезде, фактически мы имеем дело с шинной топологией, так как информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем остальным компьютерам, а центрального абонента не существует. Естественно, пассивная звезда получается дороже обычной шины, так как в этом случае обязательно требуется еще и концентратор. Однако она предоставляет целый ряд дополнительных возможностей, связанных с преимуществами звезды. Именно поэтому в последнее время пассивная звезда все больше вытесняет истинную шину, которая считается малоперспективной топологией.
Можно выделить также промежуточный тип топологии между активной и пассивной звездой. В этом случае концентратор не только ретранслирует поступающие на него сигналы, но и производит управление обменом, однако сам в обмене не участвует.
Большое достоинство звезды (как активной, так и пассивной) состоит в том, что все точки подключения собраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности сети путем простого отключения от центра тех или иных абонентов (что невозможно, например, в случае шины), а также ограничивать доступ посторонних лиц к жизненно важным для сети точкам подключения. К каждому периферийному абоненту в случае звезды может подходить как один кабель (по которому идет передача в обоих направлениях), так и два кабеля (каждый из них передает в одном направлении), причем вторая ситуация встречается чаще.
Общим недостатком для всех топологий типа «звезда» является значительно больший, чем при других топологиях, расход кабеля. Например, если компьютеры расположены в одну линию (как на рис. 1.1), то при выборе топологии «звезда» понадобится в несколько раз больше кабеля, чем при топологии «шина». Это может существенно повлиять на стоимость всей сети в целом.
Организации, занимающиесястандартизацией сетей
Таблица П.1. Организации, занимающиеся стандартизацией в области компьютерных сетей
| Статус орг-ции | Сокр. название | Полноe название | |||||
| английское | русское | ||||||
| междун. | CCITT/ МККТТ ITU-T (с 1993 г.) | International Telegraph and Telephone Consultative Committee/ International Telecommunication Union- Telecom | Международный Консультативный Комитет по Телефонии и Телеграфии / Международный телекоммуникационный союз - Телеком | ||||
| междун. | ISO МОС | International Organization for Standardization | Международная Организация по Стандартизации | ||||
| междун. | ЕСМА | European Computer Manufactures Association | Европейская ассоциация изготовителей компьютеров | ||||
| междун. | ETSI | European Telecommunications Standards Institute | Европейский институт стандартов в области телекоммуникаций | ||||
| национ. (США) | IEEE | Institute of Electronic and Electrical Engineers | Институт Инженеров по Электротехнике и Радиоэлектронике | ||||
| национ. (США)
национ. (США) | EIA ANSI | Electronic Industries Association American National Standards Institute | Ассоциация электронной промышленности Американский национальный институт стандартов | ||||
| национ. (США) | TIA | Telecommunication Industry of America | Телекоммуникационная индустрия Америки |
Таблица П.2. Примеры обозначений стандартов С - соответствие может быть неполным)
| Организация | Примеры обозначений | Краткое описание содержания стандарта | Соответствующие стандарты | ||||
| CCITT/ ITU-T | V.34 | Модем, обеспечивающий передачу данных со скоростями до 28800 (33600) бит/с для использования на коммутируемой сети общего пользования и на двухточечных двухпроводных выделенных каналах телефонного типа | |||||
| Х.25 | Интерфейс между оконечным оборудованием данных (ООД) и аппаратурой передачи данных (АПД) для терминалов, работающих в пакетном режиме и подключаемых к сетям передачи данных общего пользования | ЕСМА-40, ISO 6526 | |||||
| ISO | ISO 646 | Набор 7-разрядных символов для обмена данными в системах обработки информации | CCITT V.3; ANSI X3.4 | ||||
| ЕСМА | ЕСМА-40 | Структура кадра HDLC | CCITT X.25, X.75; ANSI X3.66; ISO 3309 | ||||
| ЕСМА-82 | Локальные вычислительные сети. Канальный уровень. Передача в основной полосе частот с использованием CSMA/CD | IEEE 802.3 | |||||
| EIA | RS-232C | Интерфейс между оконечным оборудованием данных (ООД) и аппаратурой передачи данных (АПД), использующих последовательный обмен двоичными данными | CCITT V.24, V.28; ISO 2110 |
Для официальных формулировок характерно использование целого ряда дополнительных терминов, которые сами нуждаются в определении. Поэтому имеют право на существование менее строгие формулировки при условии, что они однозначно и правильно понимаются каждым, кто их использует. К примеру, RS-232C часто называют последовательным интерфейсом и это соответствует действительности, а вот название «последовательный порт» вряд ли следует назвать корректным, так как оно слишком далеко отступает от официальной формулировки.
Большинство приведенных в табл. П.2 примеров являются протоколами (кроме ISO 646), правда, относительно простыми.
Иногда используется другая классификация, при которой протоколы делятся на следующие группы:
Novell (от фирмы Novell, известной своими сетевыми ОС NetWare);
SNA (от фирмы IBM);
DECnet (от фирмы DEC);
TCP/IP (большая группа протоколовдля коммуникации в локальной сети или во взаимосвязанном наборе сетей, в том числе широко используемая в сети Internet);
Banyan (от фирмы Banyan Systems);
Apple (от фирмы Apple Computer).
Таким образом, обозначение протоколов - как раз такая область, где действует много стандартов «де факто».
Часть из протоколов упомянута и описана (с разной степенью детализации) в других разделах данной книги.
занимающиеся стандартизацией
Организации, занимающиеся стандартизацией сетей
Словарь терминов и сокращений
Словарь терминов и сокращений
10BASE2 — стандарт сегмента сети Ethernet на тонком коаксиальном кабеле.
10BASE5 — стандарт сегмента сети Ethernet на толстом коаксиальном кабеле.
10BASE-T — стандарт сегмента сети Ethernet на витой паре.
10BASE-FL - стандарт сегмента сети Ethernet на оптоволоконном кабеле.
100BASE-T4 - стандарт сегмента сети Fast Ethernet на счетверенной витой паре.
100BASE-TX - стандарт сегмента сети Fast Ethernet на сдвоенной витой паре.
100BASE-FX — стандарт сегмента сети Fast Ethernet на оптоволоконном кабеле.
lOOVG-AnyLAN - локальная сеть в соответствии со стандартом IEEE 802.12 со скоростью передачи 100 Мбит/с, централизованным управлением обменом, топологией типа звезда, средой передачи витой парой.
1000BASE-SX — стандарт сегмента сети Gigabit Ethernet на оптоволоконном кабеле с длиной волны света 0,85 мкм.
1000BASE-LX — стандарт сегмента сети Gigabit Ethernet на оптоволоконном кабеле с длиной волны света 1,3 мкм.
1000BASE-CX — стандарт сегмента сети Gigabit Ethernet на экранированной витой паре.
1000BASE-T - стандарт сегмента сети Gigabit Ethernet на неэкранированной витой паре.
4В/5В — самосинхронизирующийся код для передачи данных, применяемый в сети FDDI, в котором 4 бита данных преобразуются в 5 бит, передаваемых в сеть.
5В6В - самосинхронизирующийся код передачи данных, применяемый в сети lOOVG-AnyLAN, в котором 5 бит данных преобразуются в 6 бит, передаваемых в сеть.
8В6Т — код передачи данных, используемый в сегменте сети Fast Ethernet 100BASE-T4, в котором 8 передаваемых бит преобразуются в 6 трехуровневых сигналов.
8В/10В - код передачи данных, который будет использоваться в сети Gigabit Ethernet.
AM (Amplitude Modulation) - амплитудная модуляция, AM.
ANSI (American National Standards Institute) - Национальный институт стандартов США.
API (Application Programming Interfaces) - интерфейсы прикладных программ (относятся к 6 уровню модели OSI).
Arcnet (ARCnet, Attached Resource Computer Net) - локальная сеть, разработанная фирмой Datapoint Corporation (скорость передачи - 2,5 Мбит/с, метод доступа — маркерный).
ARP (Address Resolution Protocol) - высокоуровневый протокол определения адресов абонентов сети.
ASCII (American Standard Code for Information Interchange) — американский стандартный код обмена информацией (8 разрядов).
ASN.l (Abstract Syntax Notation 1) — абстрактное описание синтаксиса, формат описания данных в протоколе SNMP.
ATM (Asynchronous Transfer Mode) - технология передачи информации, при которой по сети одновременно передаются данные, аудио- и видеосигналы, а также соответствующие технические средства одноименной сети, обеспечивающие обмен информацией на скорости до 6%2 Мбит/с.
AUI (Access Unit Interface) — тип разъема и кабеля для подключения сетевого адаптера Ethernet к трансиверу (MAU) толстого коаксиального кабеля.
Auto-Negotiation — протокол автодиалога для автоматического согласования скоростей передачи в сети Fast Ethernet.
Backbone network - стержневая, базовая, опорная сеть, представляющая собой линию связи или аппаратура с высокой пропускной способностью, соединяющая отдельные части единой локальной сети или несколько локальных сетей.
Bandwidth — пропускная способность (вместимость) информационного канала или среды передачи, обычно измеряется в Мбит/с или МГц.
BFOC/2.5 — стандарт оптоволоконного байонетного ST-разъема.
BNC (Bayonet Neill Concelnan) - разъем байонетного типа, применяющийся, в частности, в сети Ethernet для соединения адаптера с тонким коаксиальным кабелем.
BPDU (Bridge Protocol Data Units) - элементы данных протокола мо-:та, применяемого мостами сети для установления структуры сети и уст-эанения петель.
Broadcast — широковещательная передача, при которой пакет (сооб-цение) получают все абоненты сети независимо от их сетевого адреса.
BSC (Binary Synchronous Communications) -двоичная синхронная пе-эедача данных.
ВТ (Bit Time) - время передачи одного бита в сети.
CAN (Campus Area Network) — сеть, объединяющая группу близко рас-юложенных зданий.
CCITT (Consultative Committee on International Telephony and
Telegraphy) - Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии, МККТТ.
CD (Collision Detection) - обнаружение коллизий, столкновений пакетов.
CDDI (Copper Distributed Data Interface) — реализация сети FDDI на электрическом (медном) кабеле, то же, что TPFDDI и SDDI.
Cheapernet — довольно распространенное название сети или сегмента Ethernet на тонком коаксиальном кабеле (в отличие от сегмента или сети на толстом коаксиальном кабеле).
Collapse — крах сети, резкое падение производительности сети из-за перегрузки передаваемым потоком информации.
Collision domain - область (зона) конфликта, то есть часть сети (например, Ethernet), на которую распространяется ситуация конфликта (коллизии) передаваемых пакетов.
CRC (Cyclic Redundancy Check) - метод контроля правильности передачи с использованием помехоустойчивого циклического кода, а также циклическая контрольная сумма (обычно 16- или 32-разрядная).
Crosstalk — взаимное влияние кабелей и проводов друг на друга, перекрестные наводки.
CSMA/CD (Carrier-Sense Multiple Access/Collision detection) — децентрализованный метод доступа к сети с контролем несущей (с контролем наличия передачи) и обнаружением конфликтов, применяемый, в частности, в сети Ethernet. Распространенное сокращение — МДКН/ОК.
Cut-Trough — тип коммутаторов, в которых не происходит полного приема коммутируемого пакета.
DAS (Dual-Attachment Stations) - абоненты (станции) сети FDDI двойного подключения.
DB9 - стандартный 9-контактный разъем, используемый в сети Token-Ring.
DB15 - стандартный 15-контактный разъем, используемый при подключении трансиверов Ethernet.
DCE (Data Communications Equipment) — аппаратура передачи данных, например, модем (АПД).
DES (Data Encryption Standard) - стандарт шифрования данных США (с 1976 г.), относящийся к группе методов симметричного шифрования.
DIX - объединение фирм DEC (Digital), Intel и Xerox, созданное для поддержки и стандартизации сети Ethernet.
DMI (Desktop Management Interface) - интерфейс управления настольными компьютерами.
DPSK (Differential Phase Shift Keying) - дифференциальная фазо-разностная модуляция, использовавшаяся в модемах с относительно низ-
кой скоростью передачи (до 4800 бит/с). В настоящее время в высокоскоростных модемах используются более совершенные методы модуляции QAM и ТСМ.
DTE (Data Terminal Equipment) - оконечное оборудование данных (ООД), источник или приемник информации, например, компьютер.
ECS (Excessive Collision Error) — множественные коллизии, то есть больше 60 коллизий подряд (ошибка в сети Ethernet).
ЕСМА (European Computer Manufacturers Association) — Европейская Ассоциация производителей компьютеров, международная организация.
ЕСТР (Ethernet Configuration Test Protocol) - протокол тестирования конфигурации сети Ethernet.
EIA/TIA 568 (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard) — стандарт на кабели для локальных сетей, определяющий их основные характеристики (затухания на различных частотах, отражения, количество витков на метр длины и т.д.).
Ethernet — наиболее распространенная в мире локальная сеть, предложенная фирмой Xerox (топология - шина, метод доступа CSMA/CD, скорость передачи - 10 Мбит/с). Удовлетворяет стандарту IEEE 802.3.
ETR (Early Token Release) - раннее формирование маркера (в сети Token-Ring).
Fast Ethernet — высокоскоростная разновидность сети Ethernet, обеспечивающая скорость передачи 100 Мбит/с. Удовлетворяет доработанному стандарту IEEE 802.3u (стандарт утвержден в 1995 году).
FCC (Federal Communications Commission) - Федеральная комиссия по связи
FCE (False Carrier Event) —ложная несущая, передача данных без признака начала пакета (ошибка в сети Ethernet).
FCS (Frame Check Sequence) - проверочная последовательность кадра, контрольная сумма.
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — кольцевая оптоволоконная высокоскоростная локальная сеть (метод доступа - маркерный, скорость передачи - 100 Мбит/с).
FIRL - то же, что FOIRL.
FLP (Fast Link Pulse) — сигналы, передаваемые в промежутках между пакетами в сети Fast Ethernet в режиме автодиалога (автоматического согласования скоростей передачи).
FM (Frequency Modulation) - частотная модуляция, ЧМ.
FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) - стандарт оптоволоконной связи между двумя репитерами сети Ethernet.
FOMAU (Fiber Optic MAU) — оптоволоконные трансиверы сети Ethernet.
Frame - кадр, пакет, единица передаваемой по сети информации.
FTP (File Transfer Protocol) - протокол передачи файлов, используемый в сети Internet.
Full duplex - режим полнодуплексной передачи, при котором передача может идти по линии связи в две стороны одновременно.
GAN (Global Area Network) - глобальная сеть.
Gigabit Ethernet - разрабатываемая сверхвысокоскоростная версия сети Ethernet, обеспечивающая скорость передачи 1 Гбит/с.
Half duplex - режим полудуплексной передачи, при котором передача может идти по линии связи в две стороны, но не одновременно.
HST (High-Speed Technology) - технология быстрой передачи данных (один из стандартов модуляции сигналов в модемах).
HTML (Hypertext Markup Language) — язык, используемый для создания страниц WWW-серверов, а также сами эти страницы.
HTTP (Hypertext Transport Protocol) — протокол передачи по сети страниц WWW-серверов.
I-connector — соединитель двух кусков тонкого коаксиального кабеля, оснащенных разъемами BNC на концах.
IAB (Internet Activities Board) — Комиссия по деятельности в сети Internet.
IEC (International Electrotechnical Committee) — Международный электротехнический комитет (МЭК).
IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) - Институт инженеров по электронике и радиотехнике (ИИЭР), организация, занимающаяся, в частности, стандартизацией локальных сетей.
IEEE 802.1 - стандарт IEEE на объединение сетей.
IEEE 802.2 - стандарт IEEE на управление логической связью в сетях.
IEEE 802.3 - стандарт IEEE, которому удовлетворяет сеть Ethernet (топология шина, метод доступа CSMA/CD, среда передачи - коаксиальный кабель, скорость передачи 10 Мбит/с и т.д.).
IEEE 802.3u - стандарт IEEE, которому удовлетворяет сеть Fast Ethernet.
IEEE 802.3z - стандарт IEEE, которому удовлетворяет сеть Gigabit Ethernet.
IEEE 802.4 — стандарт IEEE, который определяет широкополосную маркерную шину со скоростью передачи 10 Мбит/с, максимальной длиной 1,5 км с числом абонентов до 64.
IEEE 802.5 — стандарт IEEE, которому удовлетворяет сеть IBM Token-Ring (топология кольцо, маркерный доступ, среда передачи - витая пара, скорость передачи 4 Мбит/с и т.д.).
IEEE 802.6 - стандарт IEEE на городскую сеть (Metropolitan Area Network, MAN).
IEEE 802.7 - стандарт IEEE на широковещательную технологию.
IEEE 802.8 - стандарт IEEE на оптоволоконную технологию.
IEEE 802.9 - стандарт IEEE на интегрированные сети с передачей речи и данных.
IEEE 802.10 - стандарт IEEE на безопасность сетей.
IEEE 802.11 - стандарт IEEE на беспроводные сети.
IEEE 802.12 - стандарт IEEE, которому удовлетворяет сеть 100VG-AnyLAN (скорость передачи 100 Мбит/с, топология звезда, централизованное управление доступом и т.д.).
IP-address — цифровой адрес, идентифицирующий пользователей сети [nternet.
IPG (InterPacket Gap) - межпакетная щель, межкадровый интервал, минимально допустимый временной промежуток между пакетами Ethernet (96 битовых интервалов).
IPX (Internet Packet Exchange) — протокол обмена пакетами в сети без логического соединения.
IPX/SPX — набор протоколов низких уровней, используемый в сетях Novell NetWare.
ISA (Industrial System Architecture) - наиболее распространенная в настоящее время системная магистраль, персональных компьютеров типа [ВМ PC. Имеет 16 разрядов данных.
ISDN (Integrated Services Digital Network) — цифровая сеть с интеграцией служб передачи телефонных, телевизионных сигналов и данных по одной линии.
Jabber - ошибка в сети Ethernet/Fast Ethernet, чрезмерно затянувшаяся передача пакета, то есть передача в течение времени больше 400 мкс (в сети Fast Ethernet) или больше 4000 мкс (в сети Ethernet).
K56Flex — стандарт «де-факто» от фирм 3COM, Rockwell и Lucent Technologies для аналоговых модемов со скоростью обмена, достигающей 33,6 Кбит/с (при передаче данных в сеть) и 56 Кбит/с (при приеме данных от цифрового модема провайдера). Широко применялся до появления международного стандарта V.90 в 1998 году.
LAN (Local Area Network) - локальная (вычислительная) сеть, ЛВС.
LAPM (Link Access Procedure for Modems) — процедура доступа к линии связи для модемов.
LED (Light Emitted Diode) - светодиод.
LLC (Logical Link Control) - верхний подуровень второго уровня мо-Зели OSI (уровня управления линией передачи), отвечающий за управ-тение логическими связями.
Login - процесс подтверждения личности пользователя компьютерной сети, используемый для контроля доступа к сети.
MAC (Media Access Control) - нижний подуровень второго уровня модели OSI (уровня управления линией передачи), отвечающий за управление доступом к среде передачи.
МАС-адрес — уникальный 48-битный адрес сетевого адаптера, устанавливаемый производителем адаптера. Применяется в сетях Ethernet, Token-Ring, FDDI.
MAN (Metropolitan Area Network) - глобальная сеть в масштабах города.
Manchester-II - самосинхронизирующийся двухуровневый код передачи данных, применяющийся, в частности, в сети Ethernet.
MAU (Medium Attachment Unit) - трансивер сети Ethernet на толстом коаксиальном кабеле, устанавливаемый непосредственно на кабеле. См. также MSAU.
Mbps (Mb/s, Mbits per second) - мегабит в секунду (Мбит/с), единица измерения скорости передачи и пропускной способности среды передачи.
MDI (Medium Dependent Interface) - интерфейс, зависящий от среды, средства непосредственной связи со средой передачи, например, разъем.
МШ (Management Information Base) - база данных управляющей информации, используемая в протоколе SNMP.
МП (Medium Independent Interface) - интерфейс, не зависящий от среды передачи, связывающий адаптер или концентратор с трансивером среды.
MMF (Multimode Fiber-optic cable) - мультимодовый оптоволоконный кабель.
MNP (Microcom Networking Protocol) — стандартный набор протоколов модемной связи, предложенный фирмой Microcom.
MSAU или MAU (Multistation Access Unit) - концентраторы сети IBM Token-Ring.
NDIS (Network Driver Interface Specification) - спецификация интерфейса сетевого драйвера.
NE2000 - популярный тип адаптера сети Ethernet (фирма Novell), ставший одним из фактических стандартов.
NetBEUI - расширенный интерфейс NetBIOS.
NetBIOS (Network Basic Input/Output System) - сетевое программное обеспечение сеансового уровня модели OSI, разработанное первоначально фирмой IBM и ставшее впоследствии фактическим стандартом.
NIC (Network Interface Card) - сетевой адаптер (контроллер), сетевая карта.
NLP (Normal Link Pulse) — сигналы, передаваемые в сегментах 10BASE-T между пакетами для контроля целостности линии связи.
NMS (Network Monitoring Station) - станция управления сетью, pa-ютающая с протоколом SNMP.
NOS (Network Operational System) - сетевая операционная система.
NVP (Nominal Velocity of Propagation) - скорость распространения :игнала в кабеле, выражается в долях от скорости света С, например, NVP = 0,7С.
NRZ (Non-Return to Zero) - простейший несамосинхронизирующий-:я код передачи данных (без возврата к нулю), применяемый, например, з интерфейсе RS-232C.
ODI (Open Data link Interface) - открытый интерфейс канала данных, :пецификация, позволяющая сетевому адаптеру работать с сетями Novell NetWare и совместимыми с ними.
OSI (Open System Interchange) — модель взаимодействия открытых :истем (ВОС), которая выделяет семь уровней в сетевых функциях: 1 — физический, 2 - канальный, 3 - сетевой, 4 — транспортный, 5 - сеансо-зый, 6 - представительский, 7 - уровень приложений.
Overload — перегрузка сети чрезмерно большим потоком передаваемой информации.
PCI (Peripheral Component Interconnect) — быстродействующая 32-чли 64-разрядная магистраль, применяющаяся в персональных компь-отерах типа IBM PC.
PDU (Protocol Data Unit) - модуль данных протокола, блок данных в дейтаграмме, используемый в протоколе SNMP.
PDV (Path Delay Value) - двойное (круговое) время задержки прохождения сигнала по сети. Учитывает суммарную задержку в кабельной :истеме, сетевых адаптерах, репитерах и других сетевых устройствах.
PGP (Pretty Good Privacy) - метод шифрования данных, относящий-:я к группе методов несимметричного шифрования. Широко использует-:я в сети Internet для защиты сообщений, передаваемых посредством «лектронной почты.
PHY - средства взаимодействия с физической средой передачи в сети входят в первый уровень модели OSI), также приемопередатчик.
Plenum - тип кабеля в тефлоновой оболочке, более устойчивый к воз-*ействиям окружающей среды, чем обычный кабель (non-plenum); при 'орении не выделяет токсичных газов.
Plug and Play (PnP, P&P) — стандартная технология автоматической гастройки параметров плат, подключаемых к компьютеру, фирм Microsoft, Compaq, Intel и Phoenix Technologies.
PMD (Physical Medium Dependent)r— нижний подуровень первого (фи-!ического) уровня модели OSI, зависящий от типа среды передачи.
PMI (Physical Medium Independent) - верхний подуровень первого физического) уровня модели OSI, независящий от типа среды передачи.
PPP (Point-to-Point Protocol) - протокол связи с Internet по телефонному каналу.
PVC — поливинилхлоридная оболочка кабеля.
QAM (Quadrature Amplitude Modulation) — многопозиционная амплитудно-фазовая модуляция, используемая в высокоскоростных модемах (скорость передачи до 9600 бит/с). Улучшенный вариант - метод ТСМ.
RG-11 — распространенный тип толстого коаксиального кабеля сети Ethernet с волновым сопротивлением 50 Ом.
RG-58 A/U - распространенный тип тонкого коаксиального кабеля сети Ethernet с волновым сопротивлением, равным 50 Ом.
RG-62 A/U - распространенный тип коаксиального кабеля для сети Arcnet с волновым сопротивлением 93 Ом.
RJ-11 - четырехконтактный разъем, используемый для подключения телефонных кабелей.
RJ-45 — тип разъема для присоединения кабеля на основе витых пар (8 контактов).
RMON (Remote Network Monitoring) — система удаленного мониторинга сети.
RS-232C - стандартный интерфейс последовательной передачи данных компьютера.
RSA (Rivest, Shamir, Adleman) - метод шифрования данных, относящийся к группе методов несимметричного шифрования.
Runt frame - карликовый кадр (пакет), кадр в сети Ethernet, имеющий длину меньше минимальной (512 бит).
RXC (Received Clock) - принимаемый синхроимпульс.
RX, RXD (Received Data) - принимаемые данные.
RZ (Return to Zero) - самосинхронизирующийся трехуровневый код передачи данных.
SAF — см. Store-and-Forward.
SAS (Single-Attachment Stations) - абоненты (станции) сети FDDI одинарного подключения.
SCS (Structured Cabling System) - структурированная кабельная система для локальной сети (СКС).
SDDI (Shielded Distributed Data Interface) - реализация сети FDDI на экранированной витой паре, то же, что CDDI и TPFDDI.
SDLC (Synchronous Data Link Control) - стандарт синхронного управления передачей данных.
SFD (Start of Frame Delimiter) - признак начала кадра.
Simplex — режим симплексной передачи, при котором передача может идти только в одном направлении: от передатчика к приемнику.
SLAN (Switched Local Area Network) - коммутируемая локальная сеть, то есть сеть, содержащая коммутаторы (переключатели).
Slot time - максимально допустимое время окна коллизий в сети Ethernet (512 битовых интервалов).
SMF (Single Mode Fiber-optic cable) - одномодовый оптоволоконный :абель.
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) - протокол передачи сообще-[ий электронной почты, используемый в сети Internet.
SNA (System Network Architecture) - архитектура сетевых систем, [редложенная фирмой IBM и ориентированная на объединение компью-•еров самых разных типов.
SNMP (Simple Network Management Protocol) — протокол обмена для гдаленной управляющей станции в сети Ethernet, служащей для конт-юля за нагрузкой сети и за интенсивностью ошибок в сети, а также для втоматического отключения неисправных сегментов.
SPD (Simple Propagation Delay) - простая (не двойная, не круговая) адержка распространения сигнала в сети.
Store-and-Forward — тип коммутаторов, в которых производится полый прием (хранение) коммутируемых пакетов.
STP (Shielded Twisted-Pair cable) - кабель на основе экранированных итых пар, сами экранированные витые пары.
SPX (Sequenced Packet Exchange) - протокол обмена пакетами с ло-ическим соединением.
T-connector — Т-образный соединитель, служащий для подключения ;вух кусков тонкого коаксиального кабеля к сетевому адаптеру.
ТСМ (Trellis Coded Modulation) - модуляция с решетчатым кодиро-анием, многопозиционная амплитудно-фазовая модуляция. Улучшенный ариант метода QAM, использующий его на одном из этапов преобразо-ания сигналов.
TCP/IP - набор протоколов нижних уровней для связи в гетерогенной реде, применяемый в сети Internet.
Terminator — терминатор, согласующее устройство, выполняющее лектрическое согласование кабеля на обоих его концах. Представляет обой резистор с сопротивлением, равным волновому сопротивлению при-[еняемого кабеля. Присоединяется к кабелю с помощью разъема.
TIA (Telecommunication Industry Association) - Ассоциация телеком-;уникационной промышленности.
Token-Ring - кольцевая локальная сеть фирмы ЮМ с маркерным ме-одом доступа и скоростью передачи 4 Мбит/с.
ТР (Twisted Pair) - витая пара.
TPFDDI (TDDI) - версия сети FDDI на электрическом кабеле (витой аре) со скоростью передачи данных 100 Мбит/с, то же, что CDDI и SDDI.
ТХС (Transmitted Clock) — принимаемый синхроимпульс.
ТХ, TXD (Transmitted Data) — передаваемые данные.
UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) -универсальный асинхронный приемопередатчик (УАПП).
UTP (Unshielded Twisted-Pair cable) - кабель на основе неэкранированных витых пар, сами неэкранированные витые пары.
URL (Uniform Resource Locator) — адрес ресурсов специального вида, применяемый в сети Internet.
USART (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter) - универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик (УСАПП).
V.34 - стандарт МККТТ (CCITT/ITU-T) для аналоговых модемов, обеспечивающих передачу данных со скоростями до 33,6 Кбит/с для использования на коммутируемой сети общего пользования и на двухточечных двухпроводных выделенных каналах телефонного типа.
V.90 - стандарт МККТТ (CCITT/ITU-T) для модемов, обеспечивающих передачу данных со скоростями до 56 Кбит/с. После принятия в 1998 году подвел итог борьбе двух стандартов «де-факто» K56Flex и Х2.
WAN (Wide Area Network) — глобальная (вычислительная) сеть, ГВС.
WWW (World Wide Web) - гипертекстовая мультимедийная служба в сети Internet, содержащая информацию в гипертекстовом виде.
Х2 - аналог стандарта «де-факто» K56Flex. Принадлежит фирме US Robotics.
Абонент сети (узел) — любое устройство, подключенное к сети и общающееся с ней (компьютер, принтер, сканер и т.д.).
Адаптер сетевой — электронная плата (карта) для сопряжения компьютера со средой передачи информации в сети.
Бездисковые компьютеры - компьютеры без жестких и гибких дисков, начальная загрузка которых производится из сети с помощью загрузочного ПЗУ на плате сетевого адаптера.
Вероятность ошибки - допустимое стандартами относительное число ошибочных бит в информации, принятой после передачи по протяженной последовательной линии с помехами. Для цифровых данных может задаваться на уровне 10~6...10~9, что соответствует не более чем одному ошибочному биту из 106... 109 принятых бит.
Виртуальный канал - последовательность логических соединений между посылающим и принимающим компьютером, происходящих при передаче информации.
Витая пара — среда передачи информации из двух перекрученных между собой электрических проводов, характеризующаяся наибольшей простотой монтажа и низкой стоимостью.
Время канала (slot time) — максимально допустимое окно коллизий для сегмента в сетях типа Ethernet и Fast Ethernet, равное 512 • ВТ, т.е. 51,2 мкс и 5,12 мкс соответственно.
Время доступа - временной интервал между возникновением заявки на передачу данного абонента и получением права на передачу.
Выделенный (dedicated) сервер — компьютер в сети, работающий исключительно как сервер сети и не способный выполнять другие (не сетевые) задачи.
Гаммирование - один из простейших способов шифрования данных, основанный на сложении их цифрового представления с маской конечной или бесконечной длины.
Группа - логическое объединение компьютеров сети, решающих общие задачи и имеющих одинаковые права доступа.
Датаграмма, дейтаграмма - способ передачи пакетов без подтверждения получения в произвольном порядке; правильный порядок восстанавливается принимающим абонентом.
Децентрализованное управление обменом — метод управления обменом в сети, при котором нет выделенного центра управления, и все абоненты равноправны (хотя и могут иметь разные приоритеты по захвату сети).
Диаметр сети — путь максимальной длины в сети Etherne.t, то есть путь между двумя абонентами с максимальной для данной сети задержкой распространения сигнала.
Домен - в сетях Microsoft - логическое объединение компьютеров, в отношении которых проводится единая политика безопасности.
Доменная система имен - система преобразования имен пользователей сети Internet в IP-адреса, строящаяся по многоуровневому принципу.
Драйвер адаптера - программа, осуществляющая взаимодействие аппаратуры драйвера и сетевого программного обеспечения.
Затухание сигнала - ослабление передаваемого сигнала при его прохождении по сети, доля мощности сигнала, потерянная при прохождении по кабелю. Измеряется в децибелах (дБ).
Затянувшаяся передача - см. Jabber.
Захват сети — получение абонентом сети права на передачу пакета.
Звезда (star) — вид топологии локальной сети, в котором к одному цен- , тральному абоненту (концентратору) подключаются несколько периферийных абонентов; при этом все управление сетью и (или) передачу всей информации в ней осуществляет центральный абонент.
Зона конфликтов (область коллизий) - множество абонентов (узлов) сети Ethernet, осуществляющих доступ к сети по методу CSMA/CD. Часть сети, на которую распространяется ситуация конфликта. Может включать в себя всю сеть.
Источник бесперебойного питания - устройство, обеспечивающее электроснабжение потребителей (компьютеров, концентраторов, принтеров и т.д.) при сбоях в электросети.
Кадр - базовый элемент передаваемых данных в сети. Часто то же самое, что и пакет.
Клиент — абонент, не отдающий своего ресурса в сеть, но имеющий доступ к ресурсам сети. Иногда клиенты называются также рабочими станциями в противоположность серверу.
Коаксиальный кабель — среда передачи информации, электрический кабель, состоящий из центрального проводника и металлической оплетки, разделенных диэлектриком.
Кодер/Декодер - одно из устройств модема, осуществляющее статистическое сжатие/распаковку данных, а также их защиту от помех за счет формирования и анализа помехоустойчивого циклического кода, добавляемого в конец пакета с данными.
Коллизия - ситуация, при которой в сеть передаются несколько пакетов одновременно, что вызывает искажение информации. Называется также конфликтом или столкновением.
Кольцо (ring) - вид топологии локальной сети, в котором все абоненты последовательно передают информацию друг другу по цепочке, замкнутой в кольцо.
Концентратор (hub) - устройство, служащее для объединения нескольких сегментов единой сети и не преобразующее передаваемую информацию.
Комбинированный маршрутизатор (brouter) — устройство (компьютер), являющееся комбинацией моста и маршрутизатора.
Коммутатор, коммутирующий концентратор, переключатель (switching hub, switch) — концентратор, передающий на другие сегменты только те пакеты, которые адресованы им, с целью снижения нагрузки на сеть.
Коммутатор Cut-Through - коммутатор, начинающий ретранслировать пакеты (кадры) до того, как полностью получит их.
Коммутатор Store-and-Forward - коммутатор, который получает и хранит полный пакет (кадр) перед тем, как ретранслировать его.
Конфликт, коллизия (collision) - ситуация, при которой в сеть передаются несколько пакетов, что вызывает искажение информации.
Криптография - преобразование информации с целью исключения доступа к ней со стороны нелегальных пользователей и подмены информации. Включает в себя шифрование и комплекс мер для достижения второй цели (цифровые подписи, имитовставки и хэш-функции).
Кэширование — хранение в оперативной памяти копии наиболее часто требуемой информации с целью ускорения доступа к ней.
Локальная сеть - компьютеры или другие устройства, соединенные линиями связи для передачи информации между ними, как правило, на сравнительно небольшие расстояния.
Маркер - уникальная комбинация битов или пакет специального вида, использующийся для процедуры захвата сети.
Маркерное кольцо - детерминированный метод доступа в локальных сетях, альтернативный случайному методу доступа CSMA/CD и обеспечивающий, в отличие от него, отсутствие коллизий и гарантированное сверху время доставки данных в сетях при отсутствии перегрузок. Допускает организацию системы приоритетов между абонентами.
Маршрутизатор (router) — устройство (компьютер), служащее для определения маршрута, по которому наиболее целесообразно пересылать пакет.
Межкадровый интервал (межпакетная щель, IPG) — интервал между двумя пакетами (кадрами).
Метод доступа — способ определения, какой из абонентов сети может захватить сеть и начать передачу своего пакета.
Модем (модулятор-демодулятор) - устройство, преобразующее цифровые данные от компьютера в аналоговые сигналы перед их передачей по последовательной линии и, после передачи, производящее обратное преобразование. Кроме функции согласования полосы частот, занимаемой передаваемыми сигналами, с полосой пропускания реальной линии передачи, выполняют много других функций (сжатие данных, формирование и проверка помехоустойчивого циклического кода, эхо-компенсация и др.).
Модемы, разновидности по типам линии передачи — специальные типы модемов для работы в линии электропроводки (power line modems), в системах кабельного телевидения (cable modems) и в беспроводных (радио-) линиях (radio modems).
Моноканал — сеть (или среда передачи), в которой используется узкополосная передача.
Мост (bridge) - устройство (компьютер), служащее для объединение в единую сеть нескольких сетей разных типов (например, Ethernet и Arcnet), а также для снижения нагрузки в сети.
Невыделенный сервер - сервер, который может выполнять помимо функций по обслуживанию сети еще и другие задачи.
Несимметричное шифрование (в системах с открытыми ключами — public-key systems) - метод шифрования, при использовании которого каждый пользователь имеет пару ключей - открытый для шифрования и закрытый (секретный) для дешифрования.
Область коллизий (collision domain) - см. зона конфликтов.
Оболочка сетевая — сетевое программное обеспечение, реализующее связь операционной системы компьютера с сетью.
Одноранговая сеть (peer-to-peer network)— сеть, в которой нет выделенных серверов и иерархии среди компьютеров. Все компьютеры могут быть серверами и клиентами.
Окно коллизий - величина двойной (круговой) задержки в зоне конфликта (области коллизий).
Оптоволоконный кабель - среда передачи информации, представляющая собой стеклянное или пластиковое волокно в оболочке, по которому распространяется световой сигнал.
Отражение сигнала — возникновение обратной электромагнитной волны при несогласованных концах электрического кабеля, искажающее сигнал в сети.
Ошибки передачи - искажения передаваемой информации в сетях вследствие внешних помех, некачественных кабелей, неисправностей сетевого оборудования, неправильного согласования электрических кабелей, отсутствия гальванической развязки, а также вследствие конфликтов (коллизий)передачи.
Пакет - единица информации, передаваемой по сети. Могут быть короткими (порядка десятков байт и даже единиц байт), а также длинными (порядка нескольких килобайт). Включают в себя данные (необязательно), адреса и управляющие коды.
Петля - замкнутый контур передачи информации в топологии сети.
Перегрузка (overload) - ситуация, при которой сеть не может работать при полной нагрузке большую часть времени. В сетях, использующих метод доступа CSMA/CD, перегрузка связана с ростом числа коллизий из-за конкуренции абонентов в сети.
Переключатель - то же, что коммутатор.
Перекрестные помехи - взаимное влияние (наводки) двух расположенных рядом проводов, искажающее сигналы в этих проводах.
Перестановка — один из простейших способов шифрования данных, основанный на изменении расположения символов исходного сообщения. Новая последовательность расположения символов определяется выбранным ключом.
Повторитель, репитер (repeater) — устройство для восстановления и усиления сигналов в сети, служащее для увеличения ее длины.
Подстановка - один из простейших способов шифрования данных, основанный на использовании альтернативного алфавита (или нескольких алфавитов, при многоэтапной подстановке) вместо исходного алфавита.
Показатель использования сети (network utilization) - отношение числа байтов данных, фактически переданных по сети в течение заданного времени, к максимально возможному для данной сети числу. В сетях, использующих метод доступа CSMA/CD, этот показатель связан, в том числе, и с количеством коллизий.
Порождающий полином - полином, представляющий собой альтернативную запись числа в двоичной системе счисления, ненулевые коэф-
фициенты которого определяют структуру кодера и декодера циклического кода (структуру обратных связей в сдвиговом регистре).
Предложенная нагрузка (offered load) — количество данных или кадров, которое должна передать сеть.
Пробка — 32-битная последовательность, передаваемая абонентом сети Ethernet при обнаружении коллизии для усиления конфликта с целью его обнаружения всеми абонентами, участвующими в конфликте.
Протокол - набор правил, алгоритм обмена информацией между абонентами сети.
Рабочая группа - группа компьютеров сети, совместно использующая какие-нибудь ресурсы.
Рабочая станция — другое название абонента сети, клиента сети (в противоположность серверу) или специального компьютера, ориентированного на работу в сети.
Размножение кадров — нарушение обмена в сети с топологией шина при наличии в ней петель.
Редиректор - программа, обрабатывающая запросы операционной системы и разделяющая их на локальные и удаленные.
Ретрансляция - прием и передача информации без ее изменения, но с восстановлением уровней сигналов и их формы.
Сеанс - логическое соединение между абонентами сети для обмена информацией; включает в себя передачу нескольких пакетов.
Сегмент — часть сети, ограниченная разделяющими устройствами (репитерами, концентраторами, мостами, маршрутизаторами, шлюзами), иногда используется как синоним понятия сети.
Сервер - абонент сети, отдающий в сеть свой ресурс и имеющий или не имеющий доступа к ресурсам сети. Также сервером называют специализированный компьютер, предназначенный для работы в сети (имеет быстродействующие диски большого объема, быстрый процессор, большую память).
Сервер базы данных - специализированный компьютер, обеспечивающий клиентов сети доступом к базе данных (по сети пересылаются только запросы и запрашиваемая информация).
Сервер печати - компьютер, обеспечивающий доступ клиентам сети к совместно используемому принтеру.
Сетевая операционная система - программное обеспечение, управляющее работой сети и позволяющее поддерживать связь и совместно использовать ресурсы.
Сетевой адаптер (он же контроллер, интерфейс, сетевая карта) — электронная плата, сопрягающая аппаратуру абонента сети и линии связи сети.
Сеть на основе сервера - сеть, в которой имеется четкое разделение абонентов на клиентов и серверов, и в которой есть хотя бы один выделенный сервер.
Симметричное шифрование - шифрование, при котором один и тот же ключ используется как для шифрования, так и для дешифрования (расшифрования) данных.
Скремблер/Дескремблер - одно из устройств модема, служащее для снижения вероятности сбоя синхронизации на приемном конце линии из-за длинной цепочки единиц или нулей в передаваемых данных.
Среда передачи информации — электрический кабель (коаксиальный, витая пара), волоконно-оптический кабель, радиоканал, инфракрасный канал, то есть то, что используется в данной сети для связи абонентов; характеризуется стоимостью, удобством подключения, пропускной способностью (то есть предельной скоростью передачи), предельной длиной линии связи (затуханием сигнала с расстоянием на данной частоте), помехоустойчивостью, секретностью передаваемых данных (возможностью подслушивания), требуемой сложностью адаптеров абонентов, а также рядом специфических параметров, менее важных для пользователей сети.
Топология - метод соединения, структура связей абонентов сети. Основные топологии — это звезда, шина и кольцо, реже встречаются топологии цепочка и дерево; топологии различаются требуемой длиной соединительного кабеля, удобством соединения, возможностями подключения дополнительных абонентов, отказоустойчивостью, возможностями управления обменом.
Трансивер (TRANSmitter+reCEI VER) — приемопередатчик сети, служащий для умощнения сигналов или для преобразования физической природы сигналов (например, электрических сигналов в световые и наоборот).
Узел - компьютер или другое устройство, подключенное к сети, то же, что абонент.
Узкополосная передача (baseband) — способ передачи данных по кабелю без модуляции (каждый бит кодируется определенным сочетанием уровней сигнала).
Централизованное управление обменом - метод управления обменом в сети, при котором один компьютер или одно специальное устройство управляет всем обменом в сети.
Циклический код (CRC) - эффективный помехоустойчивый код, позволяющий обнаружить большое число ошибок в принятой информации при малой избыточности и используемый, в частности, в составе передаваемых по сети пакетов.
Шеннона теорема - соотношение, связывающее максимально возможную скорость передачи данных по линии связи с ее полосой пропускания и отношением сигнал/шум.
Шина (bus) - вид топологии локальной сети, в котором все абоненты параллельно подключены к линейному отрезку кабеля, согласованного на концах.
Широковещательное сообщение - сообщение, предназначенное для всех пользователей сети и принимаемое всеми абонентами.
Широковещательная область (broadcast domain) — часть сети (или вся сеть), по которой распространяются широковещательные пакеты (сообщения).
Широкополосная сеть — сеть, в которой используется модуляция передаваемых сигналов и несколько частотных каналов передачи информации.
Шифрование — способ защиты информации от несанкционированного доступа за счет ее обратимого преобразования с использованием одного или нескольких ключей.
Шлюз (gateway) — устройство (компьютер), служащее для объединения сетей с совершенно различными протоколами обмена.
Шум — временные или фазовые искажения сигнала в сети, которые могут нарушить обмен.
Эквалайзер - одно из устройств модема, служащее для компенсации искажений амплитудно-частотной характеристики линии, в которой используется модем.
Электронная почта - система передачи сообщений между пользователями сети.
Электронные конференции - система публичного обмена новостями и обсуждения новостей в сети по разнообразным темам.
Эхо-компенсация - одна из функций модема, состоящая в подавлении собственного сигнала модема, отраженного от противоположного конца линии, при дуплексном обмене.
Ячеистая сеть — сеть, имеющая множество маршрутизированных соединений между составляющими ее локальными сетями.
