7.17. Ethernet — пример стандартного решения сетевых проблем
Стандарт Ethernet был принят в 1980 году. Число сетей, построенных на основе этой технологии, к настоящему моменту оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров, работающих в таких сетях, — в 50 миллионов.
Основной принцип, положенный в основу Ethernet, — случайный метод доступа к разделяемой среде передачи данных. В качестве такой среды может использоваться толстый или тонкий коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно или радиоволны (кстати, первой сетью, построенной на принципе случайного доступа к разделяемой среде, была радиосеть Aloha Гавайского университета).
В стандарте Ethernet строго зафиксирована топология электрических связей. Компьютеры подключаются к разделяемой среде в соответствии с типовой структурой «общая шина» (рис. 7.13).
. Так как в Ethernet используются разные виды кабеля, то отличаются допустимые длины сегментов и количества станций, которые можно подключить. Также различны и способы подключения к общему кабелю.
Рис. 7.14. Структура сети
Терминатор – это согласующее сопротивление, по величине равное волновому сопротивлению кабеля (то есть терминаторы сопротивлением 50 Ом используются только с 50-омным кабелем). Терминатор поглощает сигнал на концах линии и препятствует его отражению от них.
Трансивер (он же – приемопередатчик) выполняет следующие основные функции:
Прием и передача данных.
Определение коллизий в кабеле.
С помощью разделяемой во времени шины любые два компьютера могут обмениваться данными. Управление доступом к линии связи осуществляется специальными контроллерами — сетевыми адаптерами Ethernet. Каждый компьютер, а более точно, каждый сетевой адаптер, имеет уникальный адрес. Передача данных происходит со скоростью 10 Мбит/с. Эта величина является пропускной способностью сети Ethernet.
Суть случайного метода доступа состоит в следующем. Компьютер в сети Ethernet может передавать данные по сети, только если сеть свободна, то есть если никакой другой компьютер в данный момент не занимается обменом. Поэтому важной частью технологии Ethernet является процедура определения доступности среды.
После того как компьютер убедился, что сеть свободна, он начинает передачу, при этом «захватывает» среду. Время монопольного использования разделяемой среды одним узлом ограничивается временем передачи одного кадра. Кадр — это единица данных, которыми обмениваются компьютеры в сети Ethernet. Кадр имеет фиксированный формат и наряду с полем данных содержит различную служебную информацию, например адрес получателя и адрес отправителя.
Сеть Ethernet устроена так, что при попадании кадра в разделяемую среду передачи данных все сетевые адаптеры одновременно начинают принимать этот кадр. Все они анализируют адрес назначения, располагающийся в одном из начальных полей кадра, и, если этот адрес совпадает с их собственным адресом, кадр помещается во внутренний буфер сетевого адаптера. Таким образом компьютер-адресат получает предназначенные ему данные.
Иногда может возникать ситуация, когда одновременно два или более компьютера решают, что сеть свободна, и начинают передавать информацию. Такая ситуация, называемая коллизией, препятствует правильной передаче данных по сети. В стандарте Ethernet предусмотрен алгоритм обнаружения и корректной обработки коллизий. Вероятность возникновения коллизии зависит от интенсивности сетевого трафика.
После обнаружения коллизии сетевые адаптеры, которые пытались передать свои кадры, прекращают передачу и после паузы случайной длительности пытаются снова получить доступ к среде и передать тот кадр, который вызвал коллизию.
Главным достоинством сетей Ethernet, благодаря которому они стали такими популярными, является их экономичность. Для построения сети достаточно иметь по одному сетевому адаптеру для каждого компьютера плюс один физический сегмент коаксиального кабеля нужной длины. Другие базовые технологии, например Token Ring, для создания даже небольшой сети требуют наличия дополнительного устройства — концентратора.
Кроме того, в сетях Ethernet реализованы достаточно простые алгоритмы доступа к среде, адресации и передачи данных. Простота логики работы сети ведет к упрощению и, соответственно, удешевлению сетевых адаптеров и их драйверов. По той же причине адаптеры сети Ethernet обладают высокой надежностью.
И наконец, еще одним замечательным свойством сетей Ethernet является их хорошая расширяемость, то есть легкость подключения новых узлов. Возможно, эту сеть можно улучшить, например, за счет выделения в ней подсетей, что сразу потребует кроме протоколов стандарта Ethernet применения протокола IP, а также специальных коммуникационных устройств — маршрутизаторов. Улучшенная сеть будет, скорее всего, более надежной и быстродействующей, но за счет надстроек над средствами технологии Ethernet, которая составила базис сети.
Другие базовые сетевые технологии — Token Ring, FDDI, l00VGAny-LAN, хотя и обладают многими индивидуальными чертами, в то же время имеют много общих свойств с Ethernet. В первую очередь — это применение регулярных фиксированных топологий (иерархическая звезда и кольцо), а также разделяемых сред передачи данных. Существенные отличия одной технологии от другой связаны с особенностями используемого метода доступа к разделяемой среде. Так, отличия технологии Ethernet от технологии Token Ring во многом определяются спецификой заложенных в них методов разделения среды — случайного алгоритма доступа в Ethernet и метода доступа путем передачи маркера в Token Ring.
В мережі Ethernet кожен ПК перед початком передачі даних з’ясовує, чи вільний канал зв’язку, чи зайнятий. Якщо канал вільний, PC починає передачу, що здійснюється пакетами, упакованими в кадри. Можуть виникати колізії, пов’язані з одночасними зверненнями різних PC до каналу передачі. В цьому випадку робоча станція затримує передачу на певний час. Колізії призводять до зменшення швидкодії мережі, але це суттєво проявляється тільки при порівняно великій кількості PC (80-100шт.).
Для мережі Token Ring фірма IBM розробила метод доступу типу “міркірне кільце”. Маркер – це певна послідовність бітів. Він може лише бути вільним, або зайнятим. Маркер вільно циркулює по кільцю передачі даних. Станція, що виходить на зв'язок, захоплює маркер, змінює його стан на “зайнятий” і добавляє до нього кадр інформації з адресою одержувача. Одержувач зчитує інформацію і пропускає маркер до станції-відправника, яка знімає кадр і переводить маркер знову у стан “вільний”.
13.8. Глобальна мережа (Internet) – це об’єднання безлічі локальних мереж та окремих робочих станцій всієї земної кулі. Internet об’єднує десь біля двох мільярдів користувачів, і нараховує в своєму складі декілька мільйонів вузлових комп’ютерів.
Internet надає користувачам, через провайдерів, багато різних інформаційних ресурсів, основні з яких наступні:
Гіпертекстова система WWW (World Wide Web), в якій для пошуку та перегляду web-сторінок використовуються гіпертекстові зв’язки. Це такий спосіб організації тексту, графіки та інших даних, при якому окремі елементи даних зв’язані між собою.
Електронна пошта – засіб обміну повідомленнями.
Віддалений доступ до ресурсів мережі.
Доступ до розподільних баз даних.
Тематичні конференції в тому числі відео конференції.
Голосове спілкування.
Умовна структура глобальної мережі показана на мал.13.6.
Рис.13.6
ЛМ – локальні мережі
К – комутатори
Існує два основних способі передачі інформації в глобальній мережі: комутація каналів і комутація пакетів. При комутації каналів між джерелом даних, наприклад, ЛМ 1 та отримувачем (ЛМ 4) встановлюється безпосередній фізичний зв'язок на весь термін передачі повідомлення. Наприклад, зв'язок по трасі К1-К4-К5-К8.
Перевагою принципу комутації каналів є те, що немає затримки під час передачі даних через мережу. Але є і суттєві недоліки: неефективне використання мережі пов’язані з втратою часу на формування наскрізного каналу в умовах, коли окремі лінії зв’язку між комутаторами зайняті попередніми замовниками.
Комутація пакетів дає змогу використовувати можливості ліній зв’язку більш раціонально. Принцип комутації пакетів полягає в тому, що інформаційні дані розбиваються на окремі пронумеровані пакети (від 46 до 1500 байт), які транспортуються як незалежні блоки по різним трасам і можуть прийти до одержувача в різний час. Просування пакетів відбувається поступово від комутатора до комутатора, як тільки звільняється лінія зв’язку. Коли всі пакети прибувають в пункт призначення вони упорядковуються по своїм номерам в повідомлення.
Всі комп’ютери, підключені до Internet, знаходять один одного завдяки IP-адресам. IP-адреса однозначно визначає місце знаходження комп’ютера в мережі і складається з чотирьох 16-річних чисел, наприклад, 230.F.79.3B. Але оскільки числові адреси незручні для людини, то практично в Internet використовуються символьні адреси – так звана доменна система імен (DSN – Domain Name Server).
Доменна адреса має ієрархічну структуру. Домени верхнього рівня визначають країну або спеціалізовану мережу: ua - Україна, ru - Росія, de - Німеччина, fr - Франція, com – комерційна, edu - освітянська, gov - урядова, net - мережева та ін. Домени другого і інших рівнів визначають корпорації, організації, локальні мережі, робочі станції. Наприклад, сайт університету «Україна» www.vmurol.com.ua