3. Локальные сети

3.1. Среды и стандарты локальных сетей, понятие доступа

При организации взаимодействия узлов в ЛС основная роль отводится протоколу канального уровня. Но для того, чтобы канальный уровень мог справиться с этой задачей, структура ЛС должна быть вполне определена. Например, протокол канального уровня Ethernet рассчитан на параллельное подключение всех узлов сети к общей шине, а протокол Token Ring – на соединение компьютеров в виде логического кольца [1, 5].

Разделяемые среды. Для упрощения и удешевления аппаратных и программных решений разработчики первых ЛС остановились на совместном использовании кабелей всеми компьютерами сети в режиме разделения времени, то есть на временном мультиплексировании (Time Division Multiplexing, TDM). Использование разделяемых сред позволяет упростить логику работы сети. Но наличие единственного пути передачи информации, разделяемого всеми узлами, в принципе ограничивает пропускную способность и надежность сети одноименными характеристиками этого пути.

Поэтому по мере развития технологий ЛС все шире стали применяться специальные коммуникационные устройства – мосты и маршрутизаторы, снимающие многие ограничения единственности разделяемой среды передачи данных. Общая шина и кольцо превратились в элементарные структуры ЛС, которые можно соединять более сложным образом, образуя параллельные основные или резервные пути между узлами. Но внутри базовых структур по-прежнему работают все те же проверенные временем протоколы разделяемых единственных сред передачи данных.

Индивидуальные среды. В последние несколько лет наметился частичный или полный отказ от разделяемых сред передачи данных в ЛС и переход к применению активных коммутаторов, к которым конечные узлы присоединяются индивидуальными линиями связи. Причем может использоваться как новый подход на основе индивидуальных сред (технология ATM), так и смешанный подход, сочетающий разделяемые и индивидуальные среды (технологии switched Ethernet, switched Token Ring, switched FDDI). Чаще всего конечные узлы соединяются в небольшие разделяемые сегменты с помощью повторителей, а сегменты соединяются друг с другом с помощью индивидуальных коммутируемых связей.

Существует и тенденция использования в традиционных технологиях так называемой микросегментации, когда даже конечные узлы сразу соединяются с коммутатором индивидуальными каналами. Такие сети получаются дороже, но производительнее разделяемых или смешанных сетей.

При использовании коммутаторов у традиционных технологий появился новый дуплексный режим работы. А в разделяемом сегменте станции всегда работают в полудуплексном режиме, так как там в любой момент времени сетевой адаптер либо передает свои данные, либо принимает чужие, но не делает это одновременно. Это справедливо для всех технологий ЛС, так как разделяемые среды поддерживаются не только классическими технологиями Ethernet, Token Ring, FDDI, но и всеми новыми – Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, Gigabit Ethernet. В дуплексном режиме сетевой адаптер может одновременно передавать свои и принимать чужие данные. Такой режим несложно обеспечивается при прямом соединении с мостом, коммутатором или маршрутизатором, так как вход и выход каждого порта такого устройства работают независимо друг от друга, каждый со своим буфером кадров. Дуплексный режим позволяет снять и многие ограничения на длину сети. Поэтому при сравнении различных технологий следует принимать во внимание возможность их работы в этих двух режимах [1, 5-12].

Стандарты ЛС. Специальный комитет Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) – IEEE 802.x – разрабатывает стандарты, содержащие рекомендации для проектирования нижних уровней ЛС – физического и канального. Описание каждой технологии в стандарте разделено на две части: описание уровня MAC и описание физического уровня. Причем практически для каждой технологии единственному протоколу подуровня MAC соответствует несколько вариантов протоколов физического уровня.

Комитет включает 12 подкомитетов, имеющих свои направления стандартизации. Примеры стандартов некоторых подкомитетов:

• 802.1 – дают общие определения ЛС и их свойств, показывают связь трех нижних уровней модели IEEE 802 с моделью OSI, представляют стандарты межсетевого взаимодействия (взаимодействия различных технологий, построения более сложных сетей на основе базовых технологий);

• 802.2 – описывают логические процедуры передачи кадров и связь с сетевым уровнем (стандарт протокола LLC);

• 802.3 – описывают технологии семейства ЛС Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet;

• 802.4 – описывают технологии ArcNet;

• 802.5 – описывают технологии Token Ring 4 Мбит/с и 16 Мбит/с [1, 5].

Понятия доступа. Доступ к сети – это взаимодействие станции со средой для передачи данных и обмена информацией с другой станцией. Управление доступом к среде заключается в установлении последовательности, в которой станции получают доступ к среде передачи данных. Множественный (коллективный) доступ – это способ, с помощью которого сетевые интерфейсы разделяют канал связи между собой во времени. Используются различные методы множественного доступа, зависящие от топологии, среди которых выделяют случайные и детерминированные (маркерные). Далее рассмотрим некоторые популярные протоколы физического и канального уровня из группы 802.x и соответствующие методы доступа [22, 31, 32].