3.2 Базовые топологии локальных компьютерных сетей

Термин топология сетей характеризует физическое расположение компьютеров, узлов коммутации и каналов связи в сети. Проблема синтеза структуры (топологии) сети является одной из важнейших, но до конца не решенной, в связи с чем при решении задач определения числа и взаимосвязи компонентов сети используются приближенные, эмпирические методы. Все сети строятся на основе трех базовых топологий : "звезда" (star), "кольцо" (ring), "шина" (bus).

Звезда. Топология звезда характерна тем, что в ней все узлы соединены с одним центральным узлом (рисунок 3).

Рисунок 3 ­ Пример топологии “звезда”.

Д о с т о и н с т в а подобной структуры заключаются в экономичности и удобстве с точки зрения организации управления взаимодействием компьютеров (абонентов). Звездообразную сеть легко расширить, поскольку для добавления нового компьютера нужен только один новый канал связи. Существенным н е д о с т а тком звездообразной топологии является низкая надежность: при отказе центрального узла выходит из строя вся сеть. Кольцо. В топологии кольцо компьютеры подключаются к повторителям (репитерам) сигналов, связанных в однонаправленное кольцо (рисунок 4).

Рисунок 4 ­ Кольцевая топология сетей.

По методу доступа к каналу связи (среде передачи данных) различают два основных типа кольцевых сетей: маркерное и тактированное кольца. В маркерных кольцевых сетях по кольцу передается специальный управляющий маркер (метка), разрешающий передачу сообщений из компьютера, который им "владеет".

Если компьютер получил маркер и у него есть сообщение для передачи, то он "захватывает" маркер и передает сообщение в кольцо. Данные проходят через все повторители, пока не окажутся на том повторителе, к которому подключен компьютер с адресом, указанным в данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть.

При отсутствии у компьютера сообщения для передачи он пропускает движущийся по кольцу маркер. В тактированном кольце по сети непрерывно вращается замкнутая последовательность тактов — специально закодированных интервалов фиксированной длины. В каждом такте имеется бит указатель занятости. Свободные такты могут заполняться передаваемыми сообщениями по мере необходимости либо за каждым узлом могут закрепляться определенные такты.

Достоинствами кольцевых сетей являются равенство компьютеров по доступу к сети и высокая расширяемость.

К недостаткам можно отнести выход из строя всей сети при выходе из строя одного повторителя и остановку работы сети при изменении ее конфигурации.

Шина. В топологии шина, широко применяемой в локальных сетях, все компьютеры подключены к единому каналу связи с помощью трансиверов (приемопередатчиков) (Рисунок 5).

Рисунок 5 ­ Шинная топология сети.

3.3 Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем

Координация разработок сетей осуществляется на основе базовой эталонной модели OSI (Open System Interconnection), являющейся стандартом 7498 Международной организации стандартов (ISO — International Organization for Standardization).

Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем ВОС (рис. 6.7) является гибкой в том смысле, что допускает эволюцию сетей в зависимости от развития теории и новых технических достижений, а также обеспечивает постепенность перехода от существующих реализаций к новым стандартам. Основным понятием модели является система — автономная совокупность вычислительных средств, осуществляющих обработку данных прекладных процессов пользователя.

Рисунок 7 ­ Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем

Прикладной процесс — важнейший компонент системы, обеспечивающий обработку информации. Роль прикладного процесса в системе выполняет человек-оператор, программа или группа программ.

Основная задача сети состоит в обеспечении взаимодействия прикладных процессов, расположенных в различных системах. При этом система считается открытой, если она выполняет стандартное множество функций взаимодействия, принятое в сети. Область взаимодействия открытых систем определяется последовательно-параллельными группами функций, или модулями взаимодействия, реализуемыми программными или аппаратными средствами. Модули, образующие область взаимодействия прикладных процессов и физических средств соединения, делятся на семь иерархических уровней. Каждый из них выполняет определенную функциональную задачу (табл. 2).

Три верхних уровня (прикладной, представительный и сеансовый) вместе с прикладными процессами образуют область обработки данных, реализующих информационные процессы, выполняемые в системах. Процессы этой области используют сервис по транспортировке данных четвертого уровня, который осуществляет процедуры передачи информации от системыотправителя к системе-адресату.

Три нижних уровня (сетевой, канальный и физический) образуют область передачи данных между множеством взаимодействующих систем, реализуют коммуникационные процессы по транспортировке данных. Протоколы операционной системы сети реализуют интерфейс между операционными системами разнотипных ЭВМ. Основополагающим в этом случае является принцип виртуальности, определяющий общность процессов через виртуальный терминал, виртуальный файл, виртуальное задание и т.д. Существенным для прикладных процессов здесь является включение в систему обмена каналов связи, увеличивающих время реакции, а также реализация взаимодействия процессов удаленных ЭВМ с управляющими системами сети.

Совокупность программно и аппаратно-реализованных протоколов информационного обмена и процедур, осуществляющих интерфейс управляющих сигналов и данных, должна образовывать в логическом смысле единую операционную систему сети вне зависимости от способа и места ее реализации.

Таблица 2.

Функции, выполняемые протоколами уровней в различных системах, принято объединять в группы, именуемые службами. Транспортная служба обеспечивает выполнение задач, связанных с передачей информации через (сквозь) коммуникационную подсеть. Она охватывает транспортный, сетевой, канальный и физический уровни. Над ней находится абонентская служба. Эта служба располагается на прикладном, представительном и сеансовом уровнях и предназначена для обеспечения соединения прикладных процессов с транспортной службой.

Соответственно семи уровням области взаимодействия открытых систем вводится иерархия семи групп протоколов. Протоколы именуются так же, как и уровни (см. рис. 6.7). В соответствии с точками приложения иерархия протоколов делится на три специфические группы.

Первую группу определяет нижняя пара протоколов физический (стандартный физический интерфейс Х.21) и канальный (стандарт HDLC — High level Data Link Control — высший уровень управления каналом данных).

Вторая группа протоколов определяется парой сетевого и транспортного уровней, которые реализуют сквозное взаимодействие абонентских сетей. Здесь сетевые уровни и сетевой процесс коммуникационных систем инициируют компоненты, связывающие последовательность канальных соединений в единую сквозную систему коммуникационной подсети. При этом для соединения оконечного оборудования с сетью передачи данных очень часто используют протоколы Х.25 (стандарт МККТТ —Международного консультативного комитета по телеграфии и телефонии, CCITT — Consultative Committee for International Telegraphy and Telephony). Рекомендация Х.25 включает в себя протоколы трех нижних уровней эталонной модели: на физическом уровне— стандартный физический интерфейс Х.21, на канальном уровне — процедуру управления каналом LAPB — Link Access Procedure Balanced (которая является подмножеством HDLC) и на сетевом уровне — протокол X. 25/3 обмена пакетами между оконечным оборудованием и сетью передачи данных.

Последовательность канальных соединений предоставляется трем верхним уровням — прикладному, представительному и сеансовому, протоколы которых образуют т р е т ью группу (связанную с прикладными процессами).

Интеграция однородных глобальных сетей, использующих протокол Х.25, осуществляется на базе известного протокола Х.75, обеспечивающего логические соединения абонентов через различные сети. В неоднородных сетях используется межсетевой протокол IP (Internetwork Protocol) в его стандартизированной версии. Общий принцип функционирования транслятора IP состоит в том, что шлюзы, узлы и станции локальных сетей используют датаграммный протокол, расположенный на транспортном уровне сети. Пакеты, транспортируемые из одной сети в другую, ориентируются в шлюзе и упаковываются в IP-датаграммы, в заголовке которых содержится глобальный адрес места назначения.