Мережні архітектури

Поки ми розглянули тільки кабельне з'єднання комп'ютерів в мережі, однак існує ще поняття «топології» (тобто особливостей і способів формування самих мереж), що ми й обговоримо в цій главі. Нам уже відомо, що бувають логічна і фізична топології комп'ютерних мереж (див. вище).

Однак тепер потрібно ввести термін «мережний протокол» — опис методів пересилання інформації в мережі.

Фізичні топології

У принципі кожну робочу станцію можна з'єднати з всіма іншими станціями мережі окремим кабелем. Це не приведе до технічних проблем, але кількість кабелів буде дуже великою.

На Рис. 8.6 показані 5 робочих станцій, з'єднаних у такий спосіб. Для цього треба було 10 кабелів, що не так і багато, але якщо додати в мережу ще три станції, то будуть потрібні ще 18 додаткових кабелів. Для 10 комп'ютерів потрібно 45 кабелів, а для 25 — вже 300.
Кількість кабелів при прямому кабельному з'єднанні виражається формулою:

n(n-1)/2

де n — число вузлів у мережі.

Не важко помітити, що зі збільшенням числа комп'ютерів різко зростає число кабелів, тому пряме кабельне з'єднання — не найефективніша схема об'єднання пристроїв у мережу. Велика частина мереж використовує одну з фізичних топологій: зірка, шина або кільце.

 

Рис. 8.6. пряме кабельне з'єднання групи комп'ютерів.

Топологія «зірка»

У цій топології в центрі уваги знаходиться сервер. Кожна робоча станція мережі має спеціальний кабель зв'язку з цим сервером. У результаті схема підключення має вигляд зірки (див. Рис. 8.7)

Рис. 8.7. Фізична топологія «зірка».

Перші комунікаційні мережі використовували топологію «зірка». У цьому не було астрологічних причин. Справа в тім, що великі ЕОМ забезпечували тільки один спосіб мережної взаємодії – звертання користувача до загального сервера.

Технології термінального доступу, що з'явилися, змінили ситуацію. Кожен термінал мав індивідуальний зв'язок із сервером, оскільки користувався його обчислювальною потужністю і звертався до даних цього сервера. Після відправлення запиту до сервера термінал переходив у режим чекання.

Топологія «зірка» відома вже давно, але використовується і сьогодні для зв'язку сучасних інтелектуальних робочих станцій, оскільки має наступні переваги:

  • Простота пересилання даних
  • Простота діагностування
  • Простота прокладки кабельної мережі

Концентратори

У центрі «зірки» розташовується концентратор (концентратор або hub), пристрій багатостанціонного доступу (многостанционного доступа або MAU) або розширювач (расширитель або concentrator). Усі ці три пристрої забезпечують центральну точку, у якій сходяться всі мережні кабелі. Через цю точку відбувається спілкування будь-яких мережних вузлів. Розглянемо кожне зі згаданих пристроїв.

Типи концентраторів

Концентратор — це фізичний пристрій, що поєднує всі мережні кабелі. Будь-який підключений до нього пристрій стає членом мережі і може спілкуватися з іншими мережними пристроями. Концентратори підрозділяються на два типи:

  • Пасивні концентратори. Не забезпечують ніяких інших функцій, крім об'єднання всіх мережних кабелів.
  • Активні концентратори. Володіють (крім об'єднання кабелів) ще одною здатністю: вони працюють у режимі повторювача (звичайно) або режимі моста, або маршрутизатора.

Розширювач

Розширювачі можна вважати «саморобними» активними концентраторами. Це великий корпус з великою кількістю слотів розширення (звичайно до 16), причому в будь-який слот можна установити плату з 4, 8 або 16 портами. Якщо в слоті 0 стоїть плата з 8 портами, то розширювач зможе підтримати роботу мережі з 8 вузлами. Розширювач дозволяє легко збільшити мережу організації — досить придбати ще кілька плат для цього пристрою.

Плати розширювача можуть бути різного типу. Наприклад, існують спеціальні плати для зв'язку з великими ЕОМ. Установка такої плати в слот 1 дозволить усім користувачам, підключеним до плати на слоті 0, одержати доступ до великого ЕОМ. Єдиним обмеженням є відстань від розширювача до мережного вузла. Коли будуть заповнені всі слоти, можна придбати ще один корпус і об'єднати два пристрої магістральною лінією зв'язку. Обидва пристрої утворять єдиний розширювач.

Розширювачі — більш дорогі пристрої в порівнянні з концентраторами , хоча саме вони дозволяють досягти найбільшого рівня гнучкості мережі.

Увага

На практиці не роблять розходжень між концентраторами і розширювачами. Ми теж не будемо розділяти ці поняття, оскільки сучасні моделі пристроїв можуть мати властивості обох категорій. Однак потрібно розуміти, що автономний пристрій з вісьма портами без можливості підключення додаткових плат є концентратором, а не розширювачем. У загальному випадку завжди користуються терміном «концентратор», хоча розширювач — більш ємне поняття.

У мережі з топологією «зірка» у сервера не виникає питання, куди потрібно відправити відповідь на запит — у той же порт, звідкіля цей запит прийшов.

Топологія «зірка» прекрасно підходить для складної і погано структурованої мережі. Припустимо, що в мережі знаходяться три робочі станції й один сервер. Якщо два комп'ютери розташовані на іншому поверсі, то ми одержимо досить заплутану кабельну систему при індивідуальних зв'язках «кожний з кожним», хоча в топології «зірка» структура мережі буде простою і зрозумілою. Кожний вузол потрібно з'єднати з концентратором, тому виходять прямі зв'язки в кабельній системі.

Недоліком топології «зірка» є надлишкова кількість кабельних з'єднань. Централізована точка підключення не дозволяє мінімізувати загальну довжину кабелів, отже, для зниження загальної довжини потрібна топологія «шина».

Діагностика мереж з топологією «зірка»

Прекрасною властивістю мереж з топологією «зірка» є простота пошуку несправності. Коли відмовляє один з мережних вузлів, не потрібно перевіряти всі мережні з'єднання, як це робіться в топології «шина». Коли в мережі «не видно» одного з вузлів, то проблема знаходиться десь між концентратором і цим вузлом:

  • Несправний сам термінальний комп'ютер
  • Несправний кабель зв'язку з концентратором
  • Відмовив порт концентратора, до якого підключений даний вузол мережі

Пошук несправності потрібно почати з мережного адаптера комп'ютера. Він не повинен створювати конфліктів з адресами введення/виведення, векторами IRQ і каналами DMA. Можна запустити тест пам'яті і перевірити жорсткий диск.
Якщо ж не працює жоден з мережних вузлів, то, швидше за все, проблема зв'язана із сервером. У цьому випадку залишається сподіватися на правильно обрану схему резервного копіювання і відновити систему з архівної копії.

Топологія «шина»

У світі комп'ютерів “Мас” топологія «шина» відома під красивою назвою «квіткова гірлянда» (daisy chain — точніше, гірлянда з маргариток). Ця топологія вимагає менше кабелів, чим «зірка». У топології «шина» усі комп'ютери зв'язані одним кабелем, що послідовно проходить через них. Топологія «шина» реалізована на практиці в трьох варіантах: логічна «шина» — це основа мереж Ethernet, а фізичні «шини» 10Base-5 і 10Base-2 визначають структури «товстої» і «тонкої» Ethernet.

«Товста» Ethernet іноді називається «жовтим садовим шлангом» («желтым садовым шлангом» або yellow garden hose), оскільки центральний магістральний кабель у цій системі звичайно пофарбований у жовтий колір. Від кабеля відходять відгалуження (спуски, tap, drop) до мережних вузлів. Відгалуження виконані більш тонким коаксіальним кабелем і зв'язують комп'ютери із шинними прийомо-передавачами (шинными приемопередатчиками або transceiver). Такі пристрої дозволяють зв'язати кабелі різного типу. На обох кінцях шини знаходяться термінатори. Звичайно «товсту» Ethernet використовують у мережах великих ЕОМ і міні-комп'ютерах, хоча мережі такого типу можуть містити і ПК.

«Тонка» Ethernet реалізує ідею загальної магістралі, що зв'язує всі мережні пристрої. Мережа будується на кабелі, більш тонкому і більш гнучкому (у механічному розумінні цього терміна). У мережах ПК ця схема поширена більше, ніж «товста» Ethernet, оскільки не вимагає для установки залучення кваліфікованих фахівців.

Однією з проблем шинної топології є термінування кінців. Без цього мережа просто не буде працювати. Робота мережі переривається і після відмовлення одного з вузлів, оскільки послідовне пересилання сигналів припускає нормальне функціонування всіх компонентів мережі.

Варто відрізняти відключення вузла від його відмовлення. Відключення мережного вузла не перешкоджає пересиланню сигналу через цей вузол, однак неправильне функціонування включеного вузла приводить до проблеми. Активний вузол починає неправильно посилати мережні пакети й у результаті сповільнюється або цілком зупиняється робота всієї мережі.

Топологія «шина» краще «зірки» з погляду загальної довжини кабельної мережі і, отже, скорочення витрат на цей досить дорогий компонент мережі. Однак це твердження справедливе тільки для «правильного» (лінійного) розміщення мережних вузлів. Коли мережні комп'ютери хаотично розкидані по великому будинку, буде простіше використовувати окремі кабелі для зв'язку з кожним з вузлів.

Великим недоліком топології «шина» є складність пошуку несправностей. Відмовлення одного вузла веде до неможливості пересилання будь-якого повідомлення, тобто до зупинки мережі. Це не тільки говорить про низьку надійність (у топології «зірка» мережа також зупиняється після відмовлення концентратора або сервера), але і про складності пошуку елемента мережі, що відмовив. Доведеться перевірити усі вузли мережного сегмента. Причому проста перевірка надійності підключення з'єднувачів зажадає заборони перезавантаження усіх комп'ютерів у цьому сегменті, а також багатьох інших мережних операцій.

Логічні топології

Логічні топології (іноді їх називають електричними) описують спосіб пересилання даних від одного вузла до іншого, у той час як фізичні топології визначають «зовнішній вигляд» мережі. Спосіб пересилання даних тісно зв'язаний з можливостями мережних адаптерів і використовуваною кабельною системою.

Фізична топологія не зв'язана прямо з логічною, наприклад, мережа може бути побудована на фізичній «шині» і логічній «зірці» або на фізичній «зірці» і логічній «шині».

Розглянемо просту аналогію логічної топології — поштову службу. Коли потрібно переслати документ на інший кінець країни, ми здобуваємо спеціальний поштовий конверт, вкладаємо в нього документ, надписуємо адреси одержувача і відправника і віддаємо в поштову відділення.

Для пересилання даних у мережі також необхідні адреси джерела і призначення, а також самі дані, що пересилаються. Усе це разом називається мережним пакетом. Логічна топологія визначає характеристики пакета і способи його пересилання по мережі:

  1. Пакет зобов'язаний мати стандартний формат (як і поштовий конверт) і заповнену за спеціальними правилами адресу одержувача.
  2. Пакет не повинний перевищувати визначеної величини (пошта теж не приймає важкі конверти).
  3. Поштова служба користується своїми правилами під час пересилання конверта. Точно так само логічна топологія визначає правила обслуговування мережних пакетів.

Деякі логічні топології не гарантують доставки пакетів одержувачеві, вони тільки сподіваються, що пакет потрапить у потрібне місце. Інші топології гарантують доставку будь-якого прийнятого пакета або повідомляють про неможливість його доставки за призначенням.

Топологія «шина»

Найбільш відомим прикладом логічної шинної топології є мережі Ethernet (напевно, самий популярний тип локальних мереж). Однак логічна топологія «шина» не зобов'язана ґрунтуватися на фізичній шинній топології.

Робота в логічній шинній топології відбувається за наступними правилами: коли один з вузлів має дані для пересилання на інший вузол, відбувається широкомовне розсилання даних усім вузлам мережі. Дані надходять на усі вузли, але приймає їх тільки той вузол, якому вони призначені. Інші вузли транслюють пакет далі по мережі.

Коли на шині хтось «говорить», усі зобов'язані «слухати». Це схоже на бесіду вихованих людей — поки не закінчить фразу одна людина, інші слухають його, не перебиваючи.

Кожен адаптер Ethernet має унікальну 48-розрядну адресу, за якою направляються всі дані для цього адаптера. Дані «бачать» усі мережні вузли, однак не приймають їх і не перешкоджають їх подальшому пересиланню (причому дані, не призначені для даного вузла, не можуть бути прочитані цим вузлом).

Перейдемо до процедури відправлення даних. У мережах із шинною топологією кожна робоча станція відправляє дані у виді пакетів. Інформація, що пересилається по будь-яких мережах, повинна відповідати специфікації Data Link Layer Frame (кадр рівня зв'язку даних). Формат пакета Ethernet показаний на Рис. 8.8.

Преамбула

(8 байтів)

Адреса призначення

(6 байтів)

Адреса джерела

(6 байтів)

Тип повідомлення 
(2 байта)

Дані

(від 46 до 1500 байтів)

Послідовність кадру, що перевіряється

(4 байта)

Рис. 8.8. Компоненти пакета Ethernet.

Довжина пакета не перевищує 1518 байтів, що дозволяє скоротити час чекання робочих станцій. Перед широкомовним розсиланням станція перевіряє, що мережа вільна і тільки потім виконує відправлення пакета.

Що робити, якщо мережа зайнята? У Ethernet ця ситуація вирішуються в такий спосіб: коли вузол, що підготував до відправлення пакет, довідається, що лінія зайнята, спроба наступного звертання відбувається не відразу, а через випадково обраний проміжок часу.

Коли відстань між вузлами А и В занадто велика, вузол В може не «почути», що вузол А уже відправив пакет. Така ситуація називається колізією пакетів (коллизией пакетов або packet collision), результатом якої стає взаємне перекручування одночасне відправлених пакетів. Колізія виявляється за збільшенням потужності електричного сигналу в кабелі. Після колізії всі мережні вузли зупиняють відправлення пакетів і запускають власні лічильники часу, що відраховують інтервал до наступної спроби послати широкомовний пакет. Якщо наступна спроба також буде невдалою, то процес «відкоту» повторюється ще 16 разів.

Цікава процедура установки інтервалу таймерів, що одержала неофіційну назву усічена експонентна двійкова витримка (усеченная экспоненциальная двоичная выдержка або truncated binary exponential backoff). Після колізії кожний з вузлів генерує випадкове число в діапазоні від 1 до 2, множить його на 1/2 і встановлює таймер чекання в отримане значення в мілісекундах. Якщо виявиться невдалою повторна спроба, то наступне випадкове число вибирається вже з діапазону від 1 до 4. Потім діапазон збільшується до 1 - 8 і т.д. Усього дозволене 16 повторень спроби відправити пакет по вільній лінії. Загальна затримка може скласти до півсекунди (за цей час можна переслати до 10 мільйонів біт), але на щастя, звичайно не потрібно багато повторних спроб.

Збільшення довжини кабелю дозволить «почути» пакет більшому числу робочих станцій, але одночасно зростає імовірність появи колізій.
Усі ці дії виконує мережний адаптер мережі Ethernet поза залежністю від використаної топології мережі.

До мереж з топологією «шина» відноситься не тільки Ethernet, але і StarLAN (1 Мбіт/с версія Ethernet від AT&T). Сучасний варіант цієї системи працює зі швидкістю 10 Мбіт/с. До ліцензованих систем Ethernet відноситься LocalTalk/AppleTalk комп'ютерів Macintosh (тільки 250 Кбіт/с).

Топологія Token Ring

IBM придбала топологію Token Ring у голландського вченого Олафа Содерблома (Олафа Содерблома або Olaf Soderblom). У 1989 р. швидкість передачі по ній була збільшена з 4 до 16 Мбіт/с. Існують і інші варіанти Token Ring, але вони не настільки відомі як специфікація IBM. Іншим компаніям доводиться боротися або погодитися з авторськими правами Содерблома, тому баталії навколо Token Ring продовжуються дотепер.

Хоча мережі Token Ring використовують логічну топологію «кільце», фізичне з'єднання виконується по топології «зірка» (як і в 10Base-T Ethernet). Замість концентраторів у Token Ring застосовуються розширювачі, точніше - пристрою багатостанціонного доступу (MAU).

Увага

Не слід плутати MAU компанії IBM із пристроєм доступу до носія (media . attachment unit) мереж Ethernet, що є прийомо-передавачем, підключеним до порту AUI (Attachment Unit Interface, інтерфейс підключення пристрою).

Адаптер Token Ring підключається до MAU кабелем із з'єднувачем типу D на одному кінці і старим з'єднувачем IBM — на іншому. До одного MAU підключається до 10 ПК, а сам пристрій MAU з'єднується з іншим подібним пристроєм.

Центральна точка підключення дозволяє упорядкувати кабельну мережу по поверхах і приміщенням будинку. Відстань між MAU і мережним пристроєм складає до 45 м.

У Ethernet використовується широкомовний принцип пересилання даних (у кожний момент часу тільки один вузол мережі посилає дані), але в Token Ring використаний інший принцип. Кожна станція транслює отриманий по мережі пакет на сусідню станцію. Утвориться свого роду конвеєр по пересиланню даних.

Основою Token Ring є маркерний пакет (маркерный пакет або token). Щоб у мережі не виникали колізії, у будь-який момент часу тільки одна станція може пересилати дані. Дозволом на пересилання даних є одержання маркерного пакета. Послати дані може тільки та станція, що керує маркером у даний момент часу.

Завершивши роботу з маркером, станція передає його наступному мережному вузлові. Якщо жодна з інших станцій мережі не захопить маркер, то станція, що відправила маркер, посилає наступний маркерний пакет. Якщо ж і цей пакет не буде затребуваний, то станція відправляє загальний запит «кадр виявлення спадкоємця» («кадр выявления преемника» або solicit successor frame).

Це питання до всіх станцій мережі: «Хто хоче одержати маркер?». Якщо на запит відгукнеться одна зі станцій, те саме їй буде спрямований маркерний пакет. Жоден з вузлів не може займати лінію на час, більший повного кола по мережі, тому ніхто не буде пересилати дані до завершення пересилання маркера. На відміну від Ethernet, де від одночасного пересилання даних охороняють колізії, у Token Ring реалізований послідовний доступ до мережі на основі маркера.

Спосіб передачі даних (широкомовне розсилання в Ethernet і трансляція даних у Token Ring) визначає тип мережної топології. Волоконно-оптичні кабелі не придатні для широкомовних розсилань, але прекрасно реалізують з'єднання «точка-точка». Саме тому Token Ring краще підходить для волокна, ніж Ethernet. Крім того існують реалізації Token Ring на інших типах кабелів: тип 1 IBM, тип 2 IBM і тип 3 IBM.

Мережі 10Base-T

Щоб зрозуміти, як у мережі використовується одна фізична, але зовсім інша логічна топології, розглянемо приклад мережі 10Base-T — мережа Ethernet з логічною «шиною» і фізичною «зіркою» (див. Рис. 8.9).

 

Рис. 8.9. Розподілена конфігурація «зірка» мережі 10Base-T.

Мережа 10Base-T схожа на декілька «зірок», з'єднаних «шиною». У мережі залишаються широкомовні розсилання, значить – це шина, але кабельна система на скручених парах UTP формує «зірки». Тобто мережа 10Base-T має логічну топологію «шина», але фізичну топологію «зірка». Схема з'єднання шиною декількох зірок має просту причину — скорочення загальної довжини кабельної мережі (шина вимагає менше кабельної проводки, чим зірка), а виходить, і вартості.

Така схема спрощує діагностику. Припустимо, кожна з зірок знаходиться на окремому поверсі будинку. Від загального концентратора поверху розходяться промені зірки до кожної з робочих станцій (у 10Base-T довжина кабелю обмежена 100 м). Поверхи з'єднуються за схемою «шина». Такі зв'язки між концентраторами часто називають магістральними (магистральными або backbone). Цей термін визначає концепцію, а не спеціальний тип кабелю.

Магістральний кабель повинний по параметрах (у першу чергу по швидкості обміну) бути не гірше, ніж кабелі зв'язку робочих станцій з концентраторами. Коли перестає працювати одна зі станцій мережі, ремонтному персоналу потрібно почати з концентратора цього сегмента (зірки). Підходящі до концентратора кабелі звичайно промарковані, тому не складно знайти кабель від несправної станції.
За допомогою концентратора кожна станція стає частиною загальної мережі Ethernet. Тестування концентраторів проводиться за допомогою переносного комп'ютера, що підключається до виявленого порту, а потім проводиться підключення до мережі. В інтелектуальні концентратори (підтримуючі протокол SNMP) убудовані засоби самодіагностики, що дозволяють відслідковувати і діагностувати помилки на кожному із вхідних портів.

Наприклад, ми вже говорили, що тільки один пристрій локальної мережі може працювати в даний момент часу, тому, коли починається пересилання інформації двома пристроями, концентратор зможе виявити цю ситуацію і відключити від мережі несправний комп'ютер.

Топологічні протоколи IEEE

У 1980 р. Інститут інженерів по електроніці й електротехніці (IEEE) спробував упорядкувати всі конфліктуючі між собою стандарти, протоколи і методи побудови мереж (кабельні мережі і логічні топології). Приведений нижче список стандартів IEEE не є повним, але показує характеристики деяких специфікацій, рекомендованих IEEE.

Стандарт 802.3

Коли був утворений комітет 802.3, мережі Ethernet вже одержали широке поширення у світі локальних мереж, багато в чому завдяки доброзичливому відношенню комп'ютерної індустрії. Однак розроблювачі специфікації 802.3 не стали створювати стандарт для «чистої» Ethernet, як це зробили компанії Xerox і DEC, а запропонували специфікацію схожого на Ethernet стандарту. Тому в 802.3 потрапили як старий протокол Ethernet, так і додаткові вимоги до базової структури пакетів.

Преамбула

(8 байтів)

Початковий роздільник

(1 байт)

Адреса призначення

(2-6 байтів)

Адреса джерела

(2-6 байтів)

Довжина (2 байта)

Дані

(від 46 до 1500 байтів)

Послідовність кадру, що перевіряється

(4 байта)

 

Рис. 8.10. Кадр 802.3

Хоча стандарт 802.3 придатний для будь-яких мереж Ethernet, найбільше поширення він одержав у мережах 10Base-2 (логічна і фізична «шина»). Пропонується використання 50-омного коаксіального кабелю і пересилання даних на швидкості 10 Мбіт/с. Стандарт визначив наступний склад пакета даних (див. Рис. 8.10):

  • Преамбула (Преамбула або preamble) Координує інші поля пакета.
  • Початковий роздільник (Начальный разделитель або start delimiter) Визначає місця в інформаційному потоці, де починаються кадри.
  • Адреса призначення (Адрес назначения або destination address) Мережна адреса робочої станції або станцій, яким призначений пакет.
  • Адреса джерела (Адрес источника або source address) Дозволяє робочій станції (станціям), що одержує інформацію, визначити від якого комп'ютера вона надійшла.
  • Тип або Довжина (Тип или Длина або type/length) Тип інформації визначає вміст пакета (графічні дані, інформація у форматі ASCII і т.д.). Якщо не заданий тип інформації, то поле служить для вказівки довжини пакета. Важливо правильно вказати тип даних, інакше приймаюча станція не зможе розпізнати графічне зображення і буде очікувати одержання текстових даних (або навпаки).
  • Дані (Данные або actual data) Будь-яка інформація довжиною від 46 до 1500 байтів.

    Перевірочна послідовність кадру (Проверочная последовательность кадра або frame-check sequence) Мітка, що дозволяє перевірити, що пакет досяг призначення без змін під час пересилання.

Крім способу пересилання даних, типів кабелів і топології, комітет 802.3 визначив максимальну довжину кабельного сегмента, перевищення якої може привести до втрати або перекручування даних, що пересилаються. Установлено довжину сегмента до 185 метрів (607 футів). По суті справи, це максимальна відстань між сусідніми робочими станціями.

Порада

Занадто велике видалення однієї робочої станції від іншої може привести до сильного загасання сигналу, результатом якого стане перекручування даних, що пересилаються. Допомогти в рішенні проблем далекого зв'язку можуть повторювачі (повторители або repeater), що дозволяють збільшити максимальну довжину кабельного сегмента. Кожний з них підсилює сигнал, що надходить, і транслює його на свій вихід. Далі сигнал надходить на вилучену робочу станцію або на наступний повторювач.

Стандарт 802.4

Щоб знизити вплив колізій, властивих стандартові 802.3, підкомітет 802.4 розробив комбінацію топологій «шина/кільце» для маркерних мереж. У стандарті 802.4 застосовується логічне «кільце», але фізична «шина». Робота закладеного в цей стандарт алгоритму нагадує використання одного телефону кількома людьми. Говорити по телефону в будь-який момент часу може тільки та людина, що тримає в руках слухавку.

Робоча станція може посилати дані тільки тоді, коли має маркер, причому відразу після підтвердження прийому даних від станції призначення, що відправляє дані станція повинна передати маркер наступної по шині станції. Виникає питання: як виявити її? У стандарті 802.4 відслідковується передача маркера на основі пріоритетів (у нашій аналогії з телефоном підлеглий завжди уступає начальникові свою чергу на розмову).

Стандарт 802.4 відрізняється від 802.3 не тільки відсутністю колізій. Змінився формат пакета даних (див. Рис. 8.11).

 

Преамбула

Початковий роздільник кадру

Управління кадром

Адреса призначення

Адреса джерела

Дані

Послідовність кадру, що перевіряється

 Рис. 8.11. Структура пакета стандарту 802.4.

Хоча в 802.4 усунуті колізії, але стандарт усе-таки має визначені недоліки, що перешкоджають його широкому поширенню. Найбільші неприємності в маркерних мережах створюють неправильно працюючі пристрої, що може привести до втрати маркера або появі декількох різних маркерів.

Стандарт 802.5

Стандарт 802.5 був розроблений комітетом IEEE 802.5 і компанією IBM. Цей стандарт спеціально призначений для мереж Token Ring, що використовують принцип пересилання маркера між робочими станицями. Тому 802.5 припускає фізичну «зірку» і логічне «кільце».
Стандарт 802.5, як і 802.4, пропонує доступ до мережі на основі маркера. Якщо станція, що одержала маркер, не хоче відправляти пакет, то вона передає маркер своєму сусідові.

Дані переміщаються по мережі послідовно — від станції до станції. Кожна з них перевіряє адресу призначення пакета. Якщо це її адреса, то станція приймає дані і відправляє станції-джерелу підтвердження прийому, а якщо адреса призначення не збігається з адресою станції, то пакет передається без зміни наступної станції мережі. Коли станція-відправник одержує підтвердження прийому від станції-одержувача, вільний маркер передається наступній станції.

У стандарт 802.5 закладені можливості роботи з інтелектуальними концентраторами, що спрощують пошук несправних мережних станцій. Якщо станція працює неправильно (не віддає маркер або видає в мережу безглузді дані), інтелектуальний концентратор здатний виявити таку станцію і відключити її від локальної мережі (інша частина мережі зможе продовжити нормальну роботу). Мережі 802.5 розраховані на більшу відстань, ніж 802.3 або 802.4, оскільки дані транслюються між сусідніми станціями і підсилюються на кожному етапі.

Однорангові мережі або мережі клієнт/сервер

У комп'ютерному світі деякі аргументи настільки мрячні, що скоріше нагадують богословські дебати, а не технічну дискусію. Згадаємо хоча б суперечки, що не припиняються, між шанувальниками “Мас” і PC.

Саме такий характер придбало порівняння можливостей однорангових мереж і мереж клієнт/сервер. Багато учасників дискусій просто вірять певним аргументам і не бажають вникати в протилежну точку зору. Однак спробуємо неупереджено розглянути ці мережі.
Жоден з типів мережі не може підійти для будь-якої ситуації. Клієнт/серверне рішення поліпшує захист, але одноранговий варіант має більшу гнучкість. Windows XP Professional підтримує обидва варіанти.

Клієнт/серверні мережі

Клієнт/серверні мережі схожі на мережі великих ЕОМ з не інтелектуальними терміналами. В обох випадках існує центральний комп'ютер, що обслуговує всю мережу і керуючий усіма запитами до мережі. Основна відмінність полягає в тому, що клієнтський комп'ютер володіє власною обчислювальною потужністю, а не інтелектуальний термінал використовує обчислювальну потужність великої ЕОМ.
Переваги мережі клієнт/сервер для великих організацій:

  • Краще піддаються модернізації в порівнянні з одноранговими мережами.
  • Часто клієнт/серверні мережі мають більшу гнучкість, ніж однорангові. Мережі клієнт/сервер багатофункціональні, для них написане багато програм і з їхнім описом випущене значне число книг.
  • Поліпшене адміністративне управління мережею. В одноранговій мережі кожний користувач є адміністратором, але в клієнт/серверних мережах будь-які рішення приймає спеціально виділений співробітник — мережний адміністратор (саме він дозволяє або забороняє користувачам доступ до файлів і пристроїв).
  • Мають необмежені можливості для розширення мережі. Однорангова мережа легко розширюється, але починає погано працювати вже з 15 мережними вузлами. Клієнт/серверні мережі можуть містити сотні і тисячі комп'ютерів і охоплювати великі географічні області.
  • Кращий захист від неавторизованого доступу. В клієнт/серверних мережах реалізований чітка і строга система захисту. Звичайно від користувача потрібне введення імені і пароля, щоб одержати доступ до клієнтського комп'ютера. Однак пароль і ім'я користувача відкриває доступ тільки до обмеженої підмножини файлів і пристроїв. Навіть для тих ресурсів, до яких доступ дозволений, можуть бути заборонені визначені операції (наприклад, записи або редагування файлів).

Недоліки клієнт/серверних мереж зв'язані з високими витратами і складністю установки/обслуговування. Підтримка роботи мережі вимагає напруженої праці навіть дуже кваліфікованого мережного адміністратора. Багато часу займає підключення нового клієнтського комп'ютера.
Незважаючи на високу вартість установки й обслуговування, клієнт/серверні мережі прекрасно підходять для великих компаній.

Однорангові мережі

Однорангові мережі реалізують принципово іншу концепцію, чим системи клієнт/сервер. Замість виділення в мережі єдиної точки загального доступу в одноранговій мережі поєднується група зовсім незалежних комп'ютерів. Кожний з них виконує власні прикладні програми зі свого диска, тому при відмовленні мережі комп'ютер без проблем переходить в автономний режим роботи. На роботу однорангової мережі не впливає відмовлення кожного зі складових її комп'ютерів, оскільки всі користувачі зберігають свої дані на власних робочих станціях. Іншими словами, кожний комп'ютер однорангової мережі одночасно відіграє роль робочої станції і файлового сервера.

Однорангові мережі надають користувачам майже ті ж самі можливості, що і мережі клієнт/сервер. Любий користувач може одержати доступ до загальних ресурсів інших комп'ютерів. Причому власник ресурсу здатний обмежувати доступ користувачів на основі паролів, охороняючи ресурси від неавторизованого звертання. Однак для користування загальними ресурсами всі комп'ютери однорангової мережі повинні бути постійно включені (на кожному з них власник повинний пройти реєстрацію в мережі).

Можливості програмних пакетів для однорангової мережі.

Перед придбанням однорангової мережі потрібно оцінити можливості програмного забезпечення:

  • Склад комунікаційних функцій. Багато пакетів для однорангової мережі містять засоби для електронної пошти й інтерактивного зв'язку (интерактивной связи або chat), забезпечуючи як відстрочене спілкування, так і зв'язок у реальному часі. Гарний пакет повинний виводити список користувачів для вибору співрозмовника по інтерактивному зв'язку і надавати як індивідуальний, так і колективний режим роботи.
  • Засоби спільного використання ресурсів. Хоча однорангові мережі припускають використання локальних прикладних програм і файлів, деякі програми можна застосовувати централізовано, розмістивши їх на спеціальному комп'ютері. Крім програм, є і централізовані загальні пристрої (наприклад, принтери або пристрої читання компакт-дисків). Гарний пакет зобов'язаний надати список усіх загальних ресурсів мережі.
  • Придатність для використання в невеликому офісі. Однорангові мережі рідко обслуговуються спеціалізованим персоналом, тому гарний пакет повинний мати прості засоби для управління мережею. Однорангова мережа повинна легко встановлюватися і набудовуватися, а також містити зрозумілі програмні інструменти для адміністрування принтерів і файлів. Хоча безпека не найважливіше питання в однорангових мережах, усе-таки потрібно мати засоби для управління доступом до загальних ресурсів.

Операції в однорангових мережах

В автономному комп'ютері доступ до диска виконується самою операційною системою, що служить проміжною ланкою між прикладною програмою і устаткуванням. Додаток направляє запит в операційну систему, ОС звертається до BIOS, під управлінням якої виконується пересилання на диск комп'ютера. Отже, операційна система є проміжною ланкою при доступі до інформації й устаткування.
У мережі ситуація трошки міняється. Для доступу до диска іншого комп'ютера необхідні спеціальні програмні засоби. Вони називаються редиректори (оболонки в термінології Novell), оскільки дозволяють перенаправляти в мережу локальний запит до мережного ресурсу.

Деякі переваги однорангових мереж

На перший погляд однорангові мережі не мають ніяких переваг перед мережами клієнт/сервер. Однак усе залежить від області застосування мережі. У невеликих мережах однорангове рішення має кілька переваг:

  • Не потрібно спеціально виділена робоча станція (хоча є причини на виділення станції навіть в однорангових мережах).
  • Забезпечується простий спосіб спільного використання ресурсів усіх робочих станцій організації.
  • Загальні принтери, пристрої читання CD-ROM і т.д. дозволяють знизити вартість техніки стосовно числа співробітників. Крім того, усуспільнення пристроїв дозволяє витратити на їхню покупку більше коштів і придбати більш дороге й ефективне устаткування, хоча й у меншій кількості.
  • Зниження вартості мережі в порівнянні з клієнт/серверним варіантом. Не потрібно високої кваліфікації при установці й адмініструванні мережі.

Таким чином, однорангова мережа не забезпечує особливої гнучкості і безпеки в порівнянні з виділеним файловим сервером, але дозволяє укластися в бюджет невеликої організації.