1.ЗАГАЛЬНИЙРОЗДІЛ.
1.1 ЛОМ – РОЗВИТОК, МЕТИ І ЗАДАЧІ.
Що таке ЛОМ ? Під ЛОМ розуміють спільне підключення декількох окремих комп'ютерних робочих місць (робітників станцій) до єдиного каналу передачі даних. Найпростіша мережа (англ. network) складається як мінімум із двох комп'ютерів, з'єднаних один з одним кабелем. Це дозволяє їм використовувати дані спільно. Усі мережі (незалежно від складності) ґрунтуються саме на цьому простому принципі. Народження комп'ютерних мереж було викликано практичними потребою – мати можливість для спільного використання даних.
Поняття локальна обчислювальна мережа – ЛОМ (англ. LAN – Local Area Network) відноситься до географічно обмеженого ( територіально чи виробниче) апаратно-програмним реалізаціям, у яких кілька комп'ютерних систем зв’язані одна з одною за допомогою відповідних засобів комунікацій. Завдяки такому з'єднанню користувач може взаємодіяти з іншими робочими станціями, підключеними до цієї ЛОМ.
Існує два основних типи мереж: однорангові і мережі на основі сервера. В одноранговій мережі всі комп'ютери рівноправні: немає ієрархії серед комп'ютерів і немає виділеного (англ. dedicated) сервера. Як правило, кожен комп'ютер функціонує і як клієнт, і як сервер; інакше кажучи, немає окремого комп'ютера, відповідального за адміністрування всієї мережі. Усі користувачі самостійно вирішують, які дані на своєму комп'ютері зробити загальнодоступним по мережі. На сьогоднішній день однорангові мережі безперспективні. Якщо до мережі підключено більш 10 користувачів, то однорангова мережа, де комп'ютери виступають у ролі і клієнтів, і серверів, може виявитися недостатньо продуктивною. Тому більшість мереж використовує виділені сервери. Виділеним називається такий сервер, що функціонує тільки як сервер (крім функції чи клієнта робочої станції). Вони спеціально оптимізовані для швидкої обробки запитів від мережних клієнтів і для керування захистом файлів і каталогів. Мережі на основі сервера стали промисловим стандартом, і саме вони будуть розглянуті в цій роботі. Існують і комбіновані типи мереж, що сполучають кращі якості однорангових мереж і мереж на основі сервера.
У виробничої практики ЛОМ грають дуже велику роль. За допомогою ЛОМ у систему поєднуються персональні комп'ютери, розташовані на багатьох вилучених робочих місцях, що використовують спільне устаткування, програмні засоби й інформацію. Робочі місця співробітників перестають бути ізольованими і поєднуються в єдину систему. Розглянемо переваги, одержувані при мережному об'єднанні персональних комп'ютерів у виді внутрівиробничої обчислювальної мережі.
● Поділ ресурсів.
Поділ ресурсів дозволяє ощадливо використовувати ресурси, наприклад, керувати периферійними пристроями, такими як друкувальні пристрої, зовнішні пристрої збереження інформації, модеми і т.д. із усіх підключених робочих станцій.
● Поділ даних
.
Поділ даних надає можливість доступу і керування базами даних з периферійних робочих місць, що бідують в інформації.
● Поділ програмних засобів.
Поділ програмних засобів надає можливість одночасного використання централізованих, раніше встановлених програмних засобів.
● Поділ ресурсів процесора
.
При поділі ресурсів процесора можливе використання обчислювальних потужностей для обробки даних іншими системами, що входять у мережу. Надана можливість полягає в тім, що на наявні ресурси не «накидаються» моментально, а тільки лише через спеціальний процесор, доступний кожної робочої станції.
● Багатокористувальницький режим.
Багатокористувальницькі властивості системи сприяють одночасному використанню централізованих прикладних програмних засобів, звичайно заздалегідь установлених на сервері додатка (англ. Application Server).
Усі ЛОМ працюють в одному стандарті прийнятому для комп'ютерних мереж – у стандарті Open Systems Interconnection (OSI).
1.2 МЕРЕЖНІ ТОПОЛОГІЇ.
Топологія типу «зірка».
Концепція топології мережі у виді зірки прийшла з області великих ЕОМ, у якій головна машина одержує й обробляє всі дані з периферійних пристроїв як активний вузол обробки даних. Цей принцип застосовується в системах передачі даних, наприклад, в електронній пошті мережі RelCom. Вся інформація між двома периферійними робітничими місцями проходить через центральний вузол обчислювальної мережі.
Малюнок 2.1
Структура топології ЛОМ у виді «зірки».
Пропускна здатність мережі визначається обчислювальною потужністю вузла і гарантується для кожної робочої станції. Колізій даних не виникає.
Кабельне з'єднання задоволене простої, тому що кожна робоча станція зв'язана з вузлом. Витрати на прокладку кабелів високі, особливо коли центральний вузол географічно розташований не в центрі топології.
При розширенні обчислювальних мереж не можуть бути використані раніше виконані кабельні зв'язки: до нового робочого місця необхідно прокладати окремий кабель з центра мережі.
Топологія у виді зірки є найбільш швидкодіючої з усіх топологій обчислювальних мереж, оскільки передача даних між робочими станціями проходить через центральний вузол (при його гарній продуктивності) по окремих лініях, використовуваним тільки цими робітничими станціями. Частота запитів передачі інформації від однієї станції до іншої невисока в порівнянні з досягається в інших топологіях.
Продуктивність обчислювальної мережі в першу чергу залежить від потужності центрального файлового сервера. Він може бути вузьким місцем обчислювальної мережі. У випадку виходу з ладу центрального вузла порушується робота всієї мережі.
Центральний вузол керування – файловий сервер реалізує оптимальний механізм захисту проти несанкціонованого доступу до інформації. Вся обчислювальна мережа може керуватися з її центра.
Кільцева топологія.
При кільцевій топології мережі робочі станції зв'язані одна з іншої по колу, тобто робоча станція 1 з робочою станцією 2, робоча станція 3 з робочою станцією 4 і т.д. Остання робоча станція зв'язана з першою. Комунікаційний зв'язок замикається в кільце.
Прокладка кабелів від однієї робочої станції до іншої може бути досить складної і дорогою, особливо якщо географічне розташування робочих станцій далеко від форми кільця (наприклад, у лінію).
Повідомлення циркулюють регулярно по колу. Робоча станція посилає по визначеній кінцевій адресі інформацію, попередньо одержавши з кільця запит. Пересилання повідомлень є дуже ефективним, тому що більшість повідомлень можна відправляти «у дорогу» по кабельній системі одне за іншим. Дуже просто можна зробити кільцевий запит на всі станції. Тривалість передачі інформації збільшується пропорційно кількості робочих станцій, що входять в обчислювальну мережу.
Основна проблема при кільцевій топології полягає в тім, що кожна робоча станція повинна активно брати участь у пересиланні інформації, і у випадку виходу з ладу хоча б однієї з них уся мережа паралізується. Несправності в кабельних з'єднаннях локалізуються легко.
Підключення нової робочої станції вимагає коротко термінового вимикання мережі, тому що під час установки кільце повинне бути розімкнуте. Обмеження на довжину обчислювальної мережі не існує, тому що воно, у кінцевому рахунку, визначається винятково відстанню між двома робочими станціями.
Спеціальною формою кільцевої топології є логічна кільцева мережа. Фізично вона монтується як з'єднання зоряних топологій. Окремі зірки включаються за допомогою спеціальних комутаторів (англ. Hub – концентратор), що по-російському також іноді називають «хаб». У залежності від числа робочих станцій і довжини кабелю між робочими станціями застосовують активні чи пасивні концентратори. Активні концентратори додатково містять підсилювач для підключення від 4 до 16 робочих станцій. Пасивний концентратор є винятково розгалужувальним пристроєм (максимум на три робітничі станції). Керування окремою робочою станцією в логічній кільцевій мережі відбувається так само, як і в звичайній кільцевій мережі. Кожної робочої станції привласнюється відповідна їй адреса, по який передається керування (від старшого до молодшого і від самого молодшого до самого старшого). Розрив з'єднання відбувається тільки для нижчерозташованного вузла обчислювальної мережі, так що лише в рідких випадках може порушуватися робота всієї мережі.
Шинна топологія.
При шинній топології середовище передачі інформації представляється у формі комунікаційного шляху, доступного дня всіх робочих станцій, до якого вони усі повинні бути підключені. Усі робочі станції можуть безпосередньо вступати в контакт із будь-якою робочою станцією, що мається в мережі.
Робочі станції в будь-який час, без переривання роботи всієї обчислювальної мережі, можуть бути підключені до неї чи відключені. Функціонування обчислювальної мережі не залежить від стану окремої робочої станції.
У стандартній ситуації для шинної мережі Ethernet часто використовують тонкий чи кабель Сhеареrnеt-кабель із трійниковим з'єднувачем. Відключення й особливе підключення до такої мережі вимагають розриву шини, що викликає порушення циркулюючого потоку інформації і зависання системи.
Нові технології пропонують пасивні штепсельні коробки, через які можна відключати і/чи підключати робочі станції під час роботи обчислювальної мережі.
Завдяки тому, що робочі станції можна підключати без переривання мережних процесів і комунікаційного середовища, дуже легко прослухувати інформацію, тобто відгалужувати інформацію з комунікаційного середовища.
У ЛОМ із прямої (не модульованою) передачею інформації завжди може існувати тільки одна станція, що передає інформацію. Для запобігання колізій у більшості випадків застосовується часовий метод поділу, відповідно до якого для кожної підключеної робочої станції у визначені моменти часу надається виключне право на використання каналу передачі даних. Тому вимоги до пропускної здатності обчислювальної мережі при підвищеному навантаженні підвищуються, наприклад, при введенні нових робочих станцій. Робочі станції приєднуються до шини за допомогою пристроїв ТАР (англ. Terminal Access Point – точка підключення термінала). ТАР являє собою спеціальний тип приєднання до коаксіального кабелю. Зонд голчастої форми впроваджується через зовнішню оболонку зовнішнього провідника у шар діелектрика до внутрішнього провідника і приєднується до нього.
У ЛОМ із модульованої широко смужною передачею інформації різні робочі станції одержують, у міру потреби, частоту, на якій ці робочі станції можуть відправляти й одержувати інформацію. Дані, що пересилаються, модулюються на відповідних несучих частотах, тобто між середовищем передачі інформації і робітничими станціями знаходяться відповідно модеми для модуляції і демодуляції. Техніка широко смужних повідомлень дозволяє одночасно транспортувати в комунікаційному середовищі досить великий обсяг інформації. Для подальшого розвитку дискретного транспортування даних не грає ролі, яка первісна інформація подана в модем (аналогова чи цифрова), тому що вона все рівно надалі буде перетворена.
Основні характеристики трьох найбільш типових топологій обчислювальних мереж приведені в таблиці № 1.1.
Таблиця 1.1 Основні характеристики топології обчислювальних мереж.
| Характеристики | Топології обчислювальних мереж | ||
| Зірка | Кільце | Шина | |
| Вартість поширення | Незначна | Середня | Середня |
| Приєднання абонентів | Пасивне | Активне | Пасивне |
| Захист від відмовлень | Незначний | Незначний | Високий |
| Розміри системи | Будь-які | Будь-які | Обмежені |
| Захищеність від прослуховування | Гарна | Гарна | Незначна |
| Вартість підключення | Незначна | Незначна | Висока |
| Поведінка системи при високих навантаженнях | Гарна | Задовільна | Погана |
| Можливість роботи у реальному режимі часу | Дуже гарна | Гарна | Погана |
| Розведення кабелю | Гарне | Задовільне | Гарне |
| Обслуговування | Дуже гарне | Середнє | Середнє |
Деревоподібна структура ЛОМ.
Поряд з відомими топологіями обчислювальних мереж «кільце», «зірка» і «шина», на практиці застосовується і комбінована, на приклад древовидна структура. Вона утвориться в основному у виді комбінацій вищезгаданих топологій обчислювальних мереж. Підстава дерева обчислювальної мережі розташовується в крапці, у якій збираються комунікаційні лінії інформації.
Обчислювальні мережі з деревоподібною структурою застосовуються там, де неможливо безпосереднє застосування базових мережних структур у чистому виді. Для підключення великого числа робочих станцій відповідно адаптерним платам застосовують мережні підсилювачі і/чи комутатори. Комутатор, що володіє одночасно і функціями підсилювача, називають активним концентратором.
На практиці застосовують два їхні різновиди, що забезпечують підключення відповідно вісьмом чи шістнадцятьом ліній.
Пристрій до якого можна приєднати максимум три станції, називають пасивним концентратором. Пасивний концентратор звичайно використовують як розголужувач. Він не має потреби в підсилювачі. Передумовою для підключення пасивного концентратора є те, що можлива максимальна відстань до робочої станції не повинна перевищувати декількох десятків метрів.
1.3 МЕРЕЖНІ ПРИСТРОЇ, ЗАСОБИ КОМУНІКАЦІЙ ТА сервіси.
Міст
(від англ. bridge – міст). Пристрій, що з'єднує дві чи кілька фізичних мереж і передає пакети з однієї мережі в іншу. Мости можуть фільтрувати пакети, тобто передавати в інші сегменти мережі чи тільки частину трафіка, на основі інформації канального рівня (MAC-адреса). Якщо адреса одержувача присутня у таблиці адрес моста, кадр передається тільки в той сегмент чи мережу, де знаходиться одержувач. Схожими пристроями є повторювачі (repeater),які просто передають електричні сигнали з одного кабелю в іншій і маршрутизатори (router), які приймають рішення про передачу пакетів на основі різних критеріїв, заснованих на інформації мережного рівня. У термінології OSI міст є проміжною системою на рівні каналу передачі даних (Data Link Layer).
Шлюз
(від англ. gateway - шлюз). Оригінальний термін Internet. Зараз для позначення таких пристроїв використовується термін маршрутизатор (router) чи більш точно маршрутизатор IP. У сучасному варіанті терміни "gateway" і "application gateway" використовуються для позначення систем, що виконують перетворення з одного природного формату в іншій. Прикладом шлюзу може служити перетворювач X.400 - RFC 822 electronic mail.
Вузол
(від англ. node – вузол). Точка приєднання до мережі, пристрій, підключений до мережі.
Проксі
(від англ. proxy – проксі). Механізм, за допомогою якого одна система представляє іншу у відповідь на запити протоколу. Proxy-системи використовуються в мережному керуванні, щоб позбутися від необхідності реалізації повного стека протоколів для таких простих пристроїв, як модеми.
Повторювач
(від англ. repeater - повторювач). Пристрій, що передає електричні сигнали з одного кабелю в іншій без маршрутизації чи фільтрації пакетів. У термінах OSI репітер являє собою проміжний пристрій фізичного рівня.
Хаб
(від англ. Hub – хаб). Є обов'язковим (крім двукрапкової мережі) сполучним елементом мережі на крученій парі
і засобом розширення топологічних, функціональних і швидкісних можливостей для будь-яких середовищ передачі. Найпростіші хаби є багато портовими повторювачами. Хаби можуть мати набір рознімань BNC, RJ-45, AUI, забезпечуючи вибір кабелю для передачі від джерела до приймача. До порту хаба можна підключити як окремий вузол, так і інший хаб. Хаби з набором різнотипних портів дозволяють поєднувати сегменти мереж з різними кабельними системами.
Stackable Hub
- нарощуваний хаб - має спеціальні засоби з'єднання декількох хабів у стек, що виступає в ролі єдиного цілого. При цьому звичайно інтелектуальність одного хаба робить інтелектуальним весь стек. Відстань між хабами в стеці може бути коротким (локальний стік) і довгим, до сотень метрів (розподілений стік, більш гнучкий елемент для оптимізації кабельної системи).
Switched Hub – комутуючий хаб - подальший розвиток технології Ethernet
, підвищувальне продуктивність роботи мережі. У цьому випадку керування доступом
до середовища практично переноситься з вузлів у центральний комутуючий пристрій, що забезпечує установлення віртуальних виділених каналів між парами портів - джерелами й одержувачами пакетів. Від вузлів-передавачів комутуючий хаб майже завжди готовий прийняти пакет або у свій буфер, або практично без затримки передати його в порт призначення (комутація з таким хабом двох комп'ютерів, що обмінюються "на лету" - On-the-fly Switching). Використовуючи обмін даними між собою через комутуючий хаб, комп'ютери не будуть завантажувати загальний трафік. Такі хаби також застосовуються для з'єднання між собою мереж Ethernet
і Fast Ethernet.
Маршрутизатор
(від англ. router - маршрутизатор). Система, що відповідає за прийняття рішень про вибір одного з декількох шляхів передачі мережного трафіку. Для виконання цієї задачі використовуються маршрутизуємі протоколи, що містять інформацію про мережі й алгоритми вибору найкращого шляху на основі декількох критеріїв, називаних метрикою маршрутизації ("routing metrics"). У термінах OSI маршрутизатор є проміжною системою Мережного рівня.
Designated Router
(відзначений маршрутизатор). У кожній мережі, що має принаймні 2 маршрутизатори, мається відзначений маршрутизатор. Доповнений протоколом вітання (Hello Protocol),цей маршрутизатор генерує інформацію про стан каналу (link state advertisement) для мережі з множинним доступом і виконує ряд інших дій.
Neighboring Routers
(сусідні маршрутизатори). Два маршрутизатори, підключені до однієї мережі. У мережах із множинним доступом, сусіди визначаються динамічно за допомогою протоколу OSPF Hello.
Трансівер
(від англ. transceiver - трансівер). Приймач-передавач. Фізичний пристрій, що з'єднує інтерфейс хоста з локальною мережею, такий як Ethernet. Трансівери Ethernet містять електронні пристрої, що передають сигнал у кабель і знаходять колізії.
FTP
: File Transfer Protocol. Використовуваний у Internet протокол (і програма)
передачі файлів між хост - комп’ютерами. FTAM: File Transfer, Access, and Management. Вилучений сервіс і протокол OSI для файлів.
SMTP
: Simple Mail Transfer Protocol. Протокол електронної пошти Internet.
Telnet
. Протокол віртуального термінала в наборі протоколів Internet. Дозволяє користувачам одного хосту підключатися до іншого вилученому хосту і працювати з ним як через звичайний термінал.
Routing
– маршрутизація. Процес вибору оптимального шляху для передачі повідомлення.
Ping
: Packet internet groper. Програма, використовувана для перевірки приступності адресата шляхом передачі йому спеціального сигналу (ICMP echo
request - запит відгуку ICMP) і чекання відповіді. Термін використовується як дієслово: "Ping host X to see if it is up!".
1.4 ПРОТОКОЛИ, АДРЕСАЦІЯ Й ІМЕНА в Internet.
Протоколами називають розподілені алгоритми, що визначають, яким образом здійснюється обмін даними між фізичними пристроями чи логічними об'єктами. Під сімейством протоколів TCP/IP у широкому змісті звичайно розуміють весь набір реалізацій стандартів RFC (Requests For Comments), а саме:
Internet Protocol (IP);
Address Resolution Protocol (ARP);
Іntеrnеt Control Message Protocol (ICMP);
User Datagram Protocol (UDP);
Transport Control Protocol (TCP);
Routing Information Protocol (RIP);
Telnet;
Simple Mail Transfer Protocol (SMTP);
Domain Name System (DNS) і інші.
Загальним і основним елементом цього сімейства є IP протокол. Усі протоколи Internet є відкритими і доступними. Більшість специфікацій протоколів доступно з RFC. Необхідно відзначити, що наприкінці 80-х років спостерігався справжній бум, викликаний розробкою Міжнародної організації по стандартизації комунікаційних протоколів - ISO (International Standard Organization). Розроблена ISO специфікація, названа моделлю взаємодії відкритих систем (OSI - Open Systems Interconnection), заполонила наукові публікації. Здавалося, що ця модель займе перше місце і відтіснить широко поширився TCP/IP. Але цього не відбулося. Однією з причин цього з'явилося ретельне пророблення протоколів TCP/IP, їхня функціональність і відкритість до нарощування функціональних можливостей, хоча до дійсного часу досить очевидно, що вони мають і безліч недоліків.
Кожен рівень моделей використовує визначений формат повідомлень. При переході повідомлення з вищого рівня на нижчий воно формується за правилами нижчого рівня і забезпечується заголовком, тобто повідомлення закладається в конверт. Фізичний і канальний рівень моделі TCP/IP аналогічні відповідним рівням OSI:
на фізичному рівні здійснюється фізичне з'єднання між комп'ютерною системою і фізичним середовищем передачі. Він визначає розташування кабельних контактів, напруги і т.п. Одиницею даних на цьому рівні є біт;
на канальному рівні здійснюється пакування даних для передачі і розпакування для прийому. Одиниця даних на цьому рівні називається фреймом;
на мережному рівні здійснюється маршрутизація даних у мережі. Одиницею даних цього рівня є датаграмма.
Адресація в Internet
Концепція протоколу IP представля
об'єкти (хости, маршрутизатори, підмережі) ідентифікуються за допомогою спеціальних так званих IP-адрес. Кожна IP-адреса являє собою 32-бітовий ідентифікатор. Прийнято записувати IP-адреси у виді 4-х десяткових чисел, розділених точками. Кожна адреса є сукупністю двох ідентифікаторів: мережі - NetID, і хосту - HostID. Усі можливі адреси розділені на 5 класів. Класи мереж визначають як можливу кількість цих мереж, так і число хостів у них. Практично використовуються тільки перші три класи:
Клас А визначений для мереж з числом хостів до 16777216. Під поле NetID відведено 7 біт, під поле HostID - 24 біта.
Клас В використовується для середньомасштабових мереж (NetID - 14 біт, HostID - 16 біт). У кожній такій мережі може бути до 65 536 хостів.
Клас С застосовується для невеликих мереж (NetId - 21 біт, HostID - 8 біт) з числом хостів до 255.
Служба імен доменів Internet
В часи, коли ARPANET складалася з досить невеликого числа хостів, усі вони були перераховані в одному файлі (HOSTS.TXT
). Цей файл зберігався в мережному інформаційному центрі Стенфордського дослідницького інституту (SRI-NIC - Stanford Research Institute Network Information Center). Кожен адміністратор сайта посилав у SRI-NIC доповнення і зміни, що здійснилися в конфігурації його системи. Періодично адміністратори переписували цей файл із SRI-NIC у свої системи, де з нього генерували файл /etc/hosts. З ростом ARPANET це стало надзвичайно скрутним. З переходом на TCP/IP удосконалювання цього механізму стало необхідністю, оскільки, наприклад, якийсь адміністратор міг привласнити новій машині ім'я вже існуючої. Рішенням цієї проблеми з'явилося створення доменів, чи локальних повноважень, у яких адміністратор міг привласнювати імена своїм машинам і керувати даними адресації у своєму домені.
Служба імен доменів - DNS (Domain Name Service) одержує і надає інформацію про хости мережі. Під доменом розуміється безліч машин, що адмініструються і підтримуються як одне ціле. Можна сказати, що всі машини локальної мережі складають домен у більшій мережі, хоча можна і розділити машини локальної мережі на трохи доменів. При підключенні до Internet домен повинний бути пойменований відповідно до угоди про імена Internet. Internet організований як ієрархія доменів. Кожен рівень ієрархії є галуззю рівня root
. На кожнім рівні Internet знаходиться сервер імен - машина, що містить інформацію про машини нижчого рівня і відповідність їхніх імен IP-адресам..
Домен кореневого рівня формується NIC. Домени верхнього рівня мають наступні галузі: gov
(будь-які урядові заклади), edu
(освітні установи), arpa
(ARPANET), com
(комерційні підприємства), mil
(військові організації), org
(інші організації, що не попадають у попередні). Починаючи з весни 1997 IAHC додав ще 7 доменів: firm
(фірми і напрямки їх діяльності), store
(торгові фірми), web
(об'єкти, зв'язані з WWW), arts
(об'єкти, зв'язані з культурою і мистецтвом), rec
(розваги і відпочинок), info
(інформаційні послуги) і nom
(інші). Ці імена відповідають типам мереж, що складають дані домени.
Члени організацій на другому рівні керують своїми серверами імен.
Домени локального рівня адмініструються організаціями. Локальні домени можуть складатися з одного хосту чи включати не тільки безліч хостів, але і свої піддомени.
Кожен вузол дерева є домен, що обран як мітка. Ім'я домену утвориться конкатенацією ("склеюванням" ) усіх міток доменів від кореневого до поточного, перерахованих праворуч ліворуч і розділених точками. Наприклад, в імені kernel.generic.edu
: edu
- відповідає верхньому рівню, - показує поддомен edu, - є ім'ям хоста.
Число рівнів доменів не обмежено. Імена доменів є іншим засобом досягнення цільового хосту. У Internet можна зустріти імена типу netcom.com
чи spry.com
. Ці імена є іменами доменів, і вони зареєстровані подібним же чином.
1.5 МЕРЕЖА FDDI.
1.5.1 ПРИНЦИП ДІЇ МЕРЕЖІ FDDI.
Мережа FDDI являє собою волоконно - оптичне маркерне кільце зі швидкістю передачі даних 100 Мбіт/сек. Стандарт FDDI був розроблений комітетом X3T9.5 Американського національного інституту стандартизації (ANSI). Мережі FDDI підтримуються усіма ведучими виробниками мережного устаткування. В даний час комітет ANSI X3T9.5 перейменований у X3T12.
Використання як середовища поширення волоконної оптики дозволяє істотно розширити смугу пропущення кабелю і збільшити відстані між мережними пристроями.
Порівняємо пропускну здатність мереж FDDI і Ethernet при багато користувальницькому доступі. Припустимий рівень утилізації мережі Ethernet лежить у межах 35% (3.5 Мбіт/сек) від максимальної пропускної здатності (10 Мбіт/сек), у противному випадку імовірність виникнення колізій стає не занадто високою і пропускна здатність кабелю різко знизиться. Для мереж FDDI припустима утилізація може досягати 90-95% (90-95 Мбіт/сек). Таким чином, пропускна здатність FDDI приблизно в 25 разів вище.
Детермінірована природа протоколу FDDI (можливість прогнозування максимальної затримки при передачі пакета по мережі і можливість забезпечити гарантовану смугу пропущення для кожної зі станцій) робить його ідеальним для використання в мережних АСУ в реальному часі й у додатках, критичних вчасно передачі інформації (наприклад, для передачі відео і звукової інформації).
Багато що зі своїх ключових властивостей FDDI успадкувала від мережі Token Ring (стандарт IEEE 802.5). Насамперед - це кільцева топологія і маркерний метод доступу до середовища. Маркер - спеціальний сигнал, що обертається по кільцю. Станція, що одержала маркер, може передавати свої дані. Однак FDDI має і ряд принципових відмінностей від Token Ring, що робить її більш швидкісним протоколом. Наприклад, змінений алгоритм модуляції даних на фізичному рівні. Token Ring використовує схему манчестерського кодування, що вимагає подвоєння смуги переданого сигналу щодо переданих даних. У FDDI реалізований алгоритм кодування "п'ять з чотирьох" - 4В/5В, що забезпечує передачу чотирьох інформаційних біт п'ятьма переданими бітами. При передачі 100 Мбіт інформації в
секунду фізично в мережу транслюється 125 Мбіт/сек, замість 200 Мбіт/сек, що треба було б при використанні манчестерського кодування.
Оптимізовано і керування доступу до середовища (Medium Access Control - VAC). У Token Ring воно засновано на побітовій основі, а в FDDI на рівнобіжній обробці групи з чотирьох чи восьми переданих бітів. Це знижує вимоги до швидкодії устаткування.
Фізично кільце FDDI утворене волоконно - оптичним кабелем із двома світлопроводящими волокнами. Одне з них утворить первинне кільце (primary ring), є основним і використовується для циркуляції маркерів даних. Друге волокно утворить вторинне кільце (secondary ring), є резервним і в нормальному режимі не використовується.
Станції, підключені до мережі FDDI, підрозділяються до двох категорій.
Станції класу А мають фізичні підключення до первинного і вторинного кілець (Dual Attached Station - дворазово підключена станція);
Станції класу B мають підключення тільки до первинного кільця (Single Attached Station - однократно підключена станція) і підключається тільки через спеціальні пристрої, називані концентраторами.
Порти мережних пристроїв, що підключаються до мережі FDDI, класифікуються на 4 категорії: А порти, S порти, М порти і S порти. Портом А називається порт, що приймає дані з первинного кільця і передавальний їх у вторинне кільце. Порт S - це порт, що приймає дані з вторинного кільця і передавальний їх у первинне кільце. М (Master) і S (Slave) порт передають і приймають дані з того самого кільця. М порт використовується на концентраторі для підключення Single Attached Station через S порт.
Стандарт X3T9.5 має ряд обмежень. Загальна довжина подвійного волоконно - оптичного кільця - до 100 км. До кільця можна підключити до 500 станцій класу А. Відстань між вузлами при використанні багатомодового волоконно - оптичного кабелю - до 2 км, а при використанні одномодового кабелю визначається в основному параметрами волокна і приймально-передавальним устаткуванням (може досягати 60 і більш км).
1.5.2 ТОПОЛОГІЯ.
Застосовувані при побудові ЛОМ механізмів контролю потоків є топологіческі залежним, що унеможливлює одночасне використання Ethernet IEEE 802.x, FDDI ANSI, Token Ring IEEE 802.6 і інших у межах єдиного середовища поширення. Незважаючи на той факт, що Fibre Channel якоюсь мірою може нагадувати настільки звичні нам ЛОМ, його механізм контролю потоків ніяк не зв'язаний з топологією середовища поширення і базується на зовсім інших принципах.
Кожен N_порт при підключенні до ґрат Fibre Channel проходить через процедуру реєстрації (log-in) і одержує інформацію про адресний простір і можливості всіх інших вузлів, на підставі чого стає ясно, з ким з них він зможе працювати і на яких умовах. А тому що механізм контролю потоків у Fibre Channel є прерогативою самих ґрат, то для вузла зовсім неважливо, яка топологія лежить у її основі.
Точка-точка
Найпростіша схема, заснована на послідовному дуплексному з'єднанні двох N_портів із взаємоприйнятими параметрами фізичного з'єднання й однакових класів сервісу. Один з вузлів одержує адреса 0, а іншої — 1.
По суті, така схема може розглядатися як окремий випадок кільцевої топології, де немає необхідності в розмежуванні доступу шляхом арбітражу. Як типовий приклад такого підключення можемо привести найбільше що часто зустрічається з'єднання сервера з зовнішнім RAID масивом.
Петля з арбітражним доступом
Класична схема підключення до 126 портів, з якою все й починалося, якщо судити по абревіатурі FC-AL. Будь-які два порти в кільці можуть обмінюватися даними за допомогою дуплексного з'єднання точно так само, як і у випадку "точка-точка". При цьому всі інші виконують роль пасивних повторювачів сигналів рівня FC-1 з мінімальними затримками, у чому, мабуть, полягає одне з основних переваг технології FC-AL перед SSA. Справа в тім, що адресація в SSA побудована на знанні кількості проміжних портів між відправником і одержувачем, тому адресний заголовок кадру SSA містить лічильник переходів (hop count). Кожен порт, що зустрічається на шляху кадру, зменшує вміст цього лічильника на одиницю і після цього заново генерує CRC, тим самим істотно збільшуючи затримку передачі між портами. Для запобігання цього небажаного ефекту розроблювачі FC-AL зволіли використовувати абсолютну адресацію, що в підсумку дозволило ретранслювати кадр у незмінному виді і з мінімальної латентністю. Передане з метою арбітражу слово ARB не розуміється і не використовується звичайними N_портами, тому при такій топології додаткові властивості вузлів позначаються, як NL_порт.
Основною перевагою петлі з арбітражним доступом є низька собівартість у перерахуванні на кількість підключених пристроїв, тому найбільше часто вона використовується для об'єднання великої кількості твердих дисків з дисковим контролером. На жаль, вихід їх будуючи будь-якого NL_ чи порту сполучного кабелю розмикає петлю і робить її непрацездатної, через що в чистому виді така схема зараз уже не вважається перспективною. Крім того, додавання чи видалення NL_порту викликає досить тривалий процес ініціалізації LIP (Loop Initialization Process), що може вимірятися десятками секунд при великій кількості підключених вузлів.
В даний час найбільше поширення одержала схема організації петлі за допомогою активних концентраторів, що вміють ізолювати ушкоджений NL_порт шляхом автоматичного підключення внутрішнього резервного шляху.
Ще одним вагомим доводом на користь використання концентратора є розширені можливості керування і більш зручна схема міжпортових з'єднань.
Комутуємі грати
Найбільш перспективна топологія, що дозволяє перебороти всі обмеження петлі з арбітражним доступом і представити кожному N_порту виділений канал FC-AL. Як уже зрозуміло з назви, в основу ґрат покладений Fibre Channel комутатор з F_портами (Fabric ports).
Приблизно так само, як і в ЛОМ, до портів комутатора можуть підключатися інші комутатори чи концентратори, у такому випадку це буде називатися з'єднанням через E_ порт чи FL_порт відповідно.
1.5.3 СИНХРОННА Й АСИНХРОННА ПЕРЕДАЧА.
Підключені до мережі FDDI станції можуть передавати свої дані в кільце в двох режимах - у синхронному й в асинхронному.
Синхронний режим улаштований у такий спосіб. У процесі ініціалізації мережі визначається очікуваний час обходу кільця маркером - TTRT (Target Token Rotation Time). Кожній станції, що захопила маркер, приділяється гарантований час для передачі її даних у кільце. Після закінчення цього часу станція повинна закінчити передачу і послати маркер у кільце.
Кожна станція в момент посилки нового маркера включає таймер, що вимірює часовий інтервал до моменту повернення до неї маркера - TRT (Token Rotation Timer). Якщо маркер повернеться до станції раніш очікуваного часу обходу TTRT, то станція може продовжити час передачі своїх даних у кільце і після закінчення синхронної передачі. На цьому заснована асинхронна передача. Додатковий часовий інтервал для передачі станцією буде дорівнює різниці між очікуваним і реальним часом обходу кільця маркером.
З описаного вище алгоритму видно, що якщо одна чи кілька станцій не мають достатнього обсягу даних, щоб цілком використовувати часовий інтервал для синхронної передачі, те невикористана ними смуга пропущення відразу стає доступної для асинхронної передачі іншими станціями.
1.5.4.КАБЕЛЬНА СИСТЕМА.
Підстандарт FDDI PMD (Physical medium-dependent layer) у якості базової кабельної системи визначає багатомодовий волоконно - оптичний кабель з діаметром світловодів 62.5/125 мкм. Допускається застосування кабелів з іншим діаметром волокон, наприклад: 50/125 мкм. Довжина хвилі - 1300 нм.
Середня потужність оптичного сигналу на вході станції повинна бути не менш -31 dBm. При такій вхідній потужності імовірність помилки на біт при ретрансляції
даних станцією не повинна перевищувати 2.5*10-10
. При збільшенні потужності вхідного сигналу на 2 dBm, ця імовірність повинна знизитися до 10-12
.
Максимально припустимий рівень утрат сигналу в кабелі стандарт визначає рівним 11 dBm. Підстандарт FDDI SMF-PMD (Single-mode fiber Physical medium-dependent layer) визначає вимоги до фізичного рівня при використанні одномодового волоконно - оптичного кабелю. У цьому випадку як передавальний елемент звичайно використовується лазерний світлодіод, а дистанція між станціями може досягати 60 і навіть 100 км.
FDDI модулі для одномодового кабелю випускає, наприклад, фірма Cisco Systems для своїх маршрутизаторів Cisco 7000 і AGS+. Сегменти одномодового і багатомодового кабелю в кільці FDDI можуть чергуватися. Для названих маршрутизаторів фірми Cisco мається можливість вибору модулів із усіма чотирма комбінаціями портів: багатомодовий - багатомодовий, багатомодовий - одномодовий, одномодовий - багатомодовий, одномодовий - одномодовий.
Фірма Cabletron Systems Inc. випускає повторювачі Dual Attached - FDR-4000, що дозволяють підключити одномодовий кабель до станції класу А с портами, призначеними для роботи на багатомодовому кабелі. Ці повторювачі дають можливість збільшити відстань між вузлами FDDI кільця до 40 км.
Підстандарт фізичного рівня CDDI (Copper Distributed Data Interface - розподілений інтерфейс даних по мідних кабелях) визначає вимоги до фізичного рівня при використанні екранованої (IBM Type 1) і не екранованої (Category 5) кручених пар. Це значно спрощує процес інсталяції кабельної системи й знижує вартість, мережні адаптери й устаткування концентраторів. Відстані між станціями при використанні кручених пар не повинні перевищувати 100 км.
Фірма Lannet Data Communications Inc. випускає FDDI модулі для своїх концентраторів, що дозволяють працювати в стандартному режимі, чи коли вторинне кільце використовується тільки з метою відказостійкості при обриві кабелю, чи в розширеному режимі, коли вторинне кільце теж використовується для передачі даних. В другому випадку смуга пропущення кабельної системи розширюється до 200 Мбіт/сек.
1.5.5 ПІДКЛЮЧЕННЯ УСТАТКУВАННЯ ДО МЕРЕЖІ FDDI.
Є два основних способи підключення комп'ютерів до мережі FDDI: безпосередньо, а також і через чи мости маршрутизатори до мереж інших протоколів.
Безпосереднє підключення
Цей спосіб підключення використовується, як правило, для підключення до мережі FDDI файлових, архіваційних і інших серверів, середніх і великих ЕОМ, тобто ключових мережних компонентів, що є головними обчислювальними центрами, що надають сервіс для багатьох користувачів і потребуючих високих швидкостей вводу - виводу по мережі.
Аналогічно можна підключити і робочі станції. Однак, оскільки мережні адаптери для FDDI дуже дороги, цей спосіб застосовується тільки в тих випадках, коли висока швидкість обміну по мережі є обов'язковою умовою для нормальної
роботи додатка. Приклади таких додатків: системи мультимедіа, передача відео і звукової інформації.
Для підключення до мережі FDDI персональних комп'ютерів застосовуються спеціалізовані мережні адаптери, що звичайним образом вставляються в один з вільних слотів комп'ютера. Такі адаптери виробляються фірмами: 3Com, IBM, Microdyne, Network Peripherials, SysKonnect і ін. На ринку маються карти під усі розповсюджені шини - ISA, EISA і Micro Channel; є адаптери для підключення станцій класів А чи В для усіх видів кабельної системи – волоконно - оптичної, екранованої і неекранованої кручених пар.
Усі ведучі виробники UNIX машин (DEC, Hewlett-Packard, IBM, Sun Microsystems і інші) передбачають інтерфейси для безпосереднього підключення до мереж FDDI.
Підключення через мости і маршрутизатори
Мости (bridges) і маршрутизатори (routers) дозволяють підключити до FDDI мережі інших протоколів, наприклад, Token Ring і Ethernet. Це уможливлює економічне підключення до FDDI великого числа робочих станцій і іншого мережного устаткування як у нових, так і у вже існуючих ЛОМ.
Конструктивно мости і маршрутизатори виготовляються в двох варіантах - у закінченому виді, що не допускає подальшого апаратного нарощування чи реконфігурації (так називані standalone-пристрої), і у виді модульних концентраторів.
Прикладом standalone-пристроїв є: Router BR фірми Hewlett-Packard і EIFO Client/Server Switching Hub фірми Network Peripherals.
Модульні концентратори застосовуються в складних великих мережах у якості центральних мережних пристроїв. Концентратор являє собою корпус із джерелом живлення і з комунікаційною платою. У слоти концентратора вставляються мережні комунікаційні модулі. Модульна конструкція концентраторів дозволяє легко зібрати будь-яку конфігурацію ЛОМ, об'єднати кабельні системи різних типів і протоколів. Вільні слоти можна використовувати для подальшого нарощування ЛОМ.
Концентратори виробляються багатьма фірмами: 3Com, Cabletron, Chipcom, Cisco, Gandalf, Lannet, Proteon, SMC, SynOptics, Wellfleet і іншими.
Концентратор - це центральний вузол ЛОМ. Його відмовлення може привести до зупинки всієї мережі, чи принаймні, значної її частини. Тому більшість фірм, що роблять концентратори, уживають спеціальних заходів для підвищення їх відказостійкості. Такими мірами є резервування джерел живлення в режимі поділу чи навантаження гарячого резервування, а також можливість зміни чи доповнення модулів без відключення живлення (hot swap). Для того щоб знизити вартість концентратора, усі його модулі мають живлення від загального джерела. Силові елементи джерела живлення є найбільш ймовірною причиною його відмовлення. Тому резервування джерела живлення істотно продовжує термін безвідмовної роботи. При інсталяції кожне із джерел живлення концентратора може бути підключено до окремого джерела безперебійного живлення (UPS) на випадок несправностей у системі електропостачання. Кожний з UPS бажано підключити до готельних силових електричних мереж від різних підстанцій.
Можливість зміни чи доповнення модулів без відключення концентратора дозволяє провести ремонт чи розширення мережі без припинення сервісу для тих користувачів, мережні сегменти яких підключені до інших модулів концентратора.
1.5.6 ПРИКЛАДИ ВИКОРИСТАННЯ FDDI.
Приведемо два найбільш типові приклади можливого використання мереж FDDI.
Додаток клієнт-сервер.
FDDI застосовується для підключення устаткування, що вимагає широкої смуги пропущення від ЛОМ. Звичайно це файлові сервери NetWare UNIX машини і великі універсальні ЕОМ (mainframes). Крім того, як було відзначено вище, безпосередньо до мережі FDDI можуть бути підключені і деякі робітники станції, що вимагають високих швидкостей обміну даними.
Робочі станції користувачів підключаються через багатопортові мости FDDI-Ethernet. Міст здійснює фільтрацію і передачу пакетів не тільки між FDDI і Ethernet, але і між різними Ethernet-мережами. Пакет даних буде переданий тільки в той порт, де знаходиться вузол призначення, зберігаючи смугу пропущення інших ЛОМ. З боку мереж Ethernet їхня взаємодія еквівалентна зв'язку через магістраль (backbone), тільки в цьому випадку вона фізично існує не у виді розподіленої кабельної системи, а цілком зосереджена в багатопортовому мосту (Collapsed Backbone чи Backbone-in-a-box).
У залежності від кожного конкретного випадку (відстані між серверами, умови експлуатації, вимог до надійності, вартість і т.д.) сервери можуть підключатися до FDDI або як станції класу А, або як станції класу В.
FDDI у якості backbone магістралі.
FDDI застосовується для зв'язку ЛОМ протоколу Ethernet, розташованих у декількох будинках. Як правило, у кожнім з будинків досить розмістити по одному багатопортовому мосту. У залежності від концентрації робочих станцій, кожний з Ethernet портів може обслуговувати один чи кілька поверхів будинку.