Расчет информационной сети

В реализации Ethernet на витой паре применяется звездообразная физическая топология, в центре которой располагается устройство – хаб (Hub). При исполь­зовании простейших хабов-повторителей логически все узлы оказываются объеди­ненными в шину и ситуация с коллизиями выглядит так же, как и на коаксиале. Развитием технологии Ethernet стало применение коммутации пакетов (Swit­ched Ethernet), реализуемое при звездообразной физической топологии. Здесь управление доступом к среде практически переносится с узлов в центральное коммутирующее устройство — Switched Hub, обеспечивающее установление временных (на время передачи одного пакета) виртуальных выделенных кана­лов между парами портов — источниками и получателями пакетов. От узлов-передатчиков коммутирующий хаб почти всегда готов принять пакет либо в свой буфер, либо практически без задержки передать его в порт назначения (коммутация «на лету» — On-the-fly Switching). Коммутирующие хабы сущест­венно дороже, но возможно сочетание обычных хабов - повторителей с комму­тирующими, что позволяет увязать требования производительности с ценой в каждом конкретном случае построения сети.

В настоящее время технология Ethernet поддерживает скорость передачи данных до 10Гбит/с (Gigabit Ethernet). Но такие разновидности не получили пока широкого распространения из-за технических сложностей реализации.

Поэтому на практике наиболее широко используются разновидности со скоростью передачи данных 10 и 100 Мбит/с. [1]

Достоинства:

      Экономичность;

      Высокая скорость передачи данных;

      Простота реализации;

      При повреждении кабеля выходит из строя только один сегмент сети;

      Высокая надежность работы сети.

Недостатки:

      При наличии в сети большого количества одновременно передающих станций растет количество коллизий. [6]

1.2    Token Ring

Token Ring является главным примером сетей с передачей маркера. Сети с передачей маркера перемещают вдоль сети небольшой блок данных, называемый маркером. Владение этим маркером гарантирует право передачи. Если узел, принимающий маркер, не имеет информации для отправки, он просто переправляет маркер к следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркер в течение определенного максимального времени (по умолчанию - 10 мс).

Данная технология предлагает вариант решения проблемы коллизий, которая возникает при работе локальной сети. В технологии Ethernet, такие коллизии возникают при одновременной передаче информации несколькими рабочими станциями, находящимися в пределах одного сегмента, то есть использующих общий физический канал данных.

Если у станции, владеющей маркером, имеется информации для передачи, она захватывает маркер, изменяет у него один бит (в результате чего маркер превращается в последовательность «начало блока данных»), дополняет информацией, которую он хочет передать и отсылает эту информацию к следующей станции кольцевой сети. Когда информационный блок циркулирует по кольцу, маркер в сети отсутствует (если только кольцо не обеспечивает «раннего освобождения маркера» — early token release), поэтому другие станции, желающие передать информацию, вынуждены ожидать. Следовательно, в сетях Token Ring не может быть коллизий. Если обеспечивается раннее высвобождение маркера, то новый маркер может быть выпущен после завершения передачи блока данных.

Информационный блок циркулирует по кольцу, пока не достигнет предполагаемой станции назначения, которая копирует информацию для дальнейшей обработки. Информационный блок продолжает циркулировать по кольцу; он окончательно удаляется после достижения станции, отославшей этот блок. Станция отправки может проверить вернувшийся блок, чтобы убедиться, что он был просмотрен и затем скопирован станцией назначения.[5]

Стандарт поддерживает витую пару (экранированную и неэкранированную) и оптоволоконный кабель. Максимальное число узлов на кольце - 260, максимальная длина кольца - 4000 м.

Существуют 2 модификации по скоростям передачи: 4 Мб/с и 16 Мб/с. В Token Ring 16 Мб/с используется технология раннего освобождения маркера. Суть этой технологии заключается в том, что станция, «захватившая» маркер, по окончании передачи данных генерирует свободный маркер и запускает его в сеть. Попытки внедрить 100 Мб/с технологию не увенчались коммерческим успехом. В настоящее время технология Token Ring не поддерживается.[4]

Достоинства:

      Отсутствие коллизий;

      Высокая надежность;

      Возможность установки приоритетов пакетов и резервирования;

      Гарантированное время доступа.

Недостатки:

      Нерациональное использование времени из-за простаивания во время ожидания маркера;

      Большой расход кабеля и, соответственно, дорогостоящая разводка линий связи;

      Малое количество узлов.[4]

1.3    FDDI

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) – стандартизированная спецификация для сетевой архитектуры высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям.

За основу стандарта FDDI был взят метод маркерного доступа, предусмотренный международным стандартом IEEE 802.5 Token-Ring. Небольшие отличия от этого стандарта определяются необходимостью обеспечить высокую скорость передачи информации на большие расстояния. Топология сети FDDI - это кольцо, причем применяется два разнонаправленных оптоволоконных кабеля, что позволяет в принципе использовать полнодуплексную передачу информации с удвоенной эффективной скоростью в 200 Мбит/с (при этом каждый из двух каналов работает на скорости 100 Мбит/с). Применяется и звездно-кольцевая топология с концентраторами, включенными в кольцо.

В отличие от метода доступа, предлагаемого стандартом IEEE 802.5, в FDDI применяется так называемая множественная передача маркера. Если в случае сети Token-Ring новый (свободный) маркер передается абонентом только после возвращения к нему его пакета, то в FDDI новый маркер передается абонентом сразу же после окончания передачи им пакета.

Стандарт FDDI в отличие от стандарта IEEE 802.5 не предусматривает возможности установки приоритетов пакетов и резервирования. Вместо этого все абоненты разделяются на две группы: асинхронные и синхронные. Асинхронные абоненты - это те, для которых время доступа к сети не слишком критично. Синхронные — это те, для которых время доступа должно быть жестко ограничено. В стандарте предусмотрен специальный алгоритм, обслуживающий эти типы абонентов. [7], [8]

Основные технические характеристики сети FDDI следующие:

      Максимальное количество абонентов сети — 1000;

      Максимальная протяженность кольца сети - 20 км;

      Максимальное расстояние между абонентами сети - 2 км;

      Среда передачи - многомодовый оптоволоконный кабель (возможно применение электрической витой пары);

      Метод доступа – маркерный;

      Скорость передачи информации — 100 Мбит/с (200 Мбит/с для дуплексного режима передачи). [7]

Достоинства:

      Высокая надежность и отказоустойчивость, которая достигается использованием двойного кольца;

      Высокая скорость передачи данных;

      Гарантированное время доступа;

      Отсутствие коллизий

      Большие расстояния между узлами сети.

Недостатки:

      Высокая стоимость оборудования. [7]

1.4    ATM

ATM (Asynchronous Transfer Mode — асинхронный способ передачи данных) — сетевая высокопроизводительная технология коммутации и мультиплексирования, основанная на передаче данных в виде ячеек (cell) фиксированного размера (53 байта), из которых 5 байтов используется под заголовок. В отличие от синхронного способа передачи данных (STM —англ. Synchronous Transfer Mode), ATM лучше приспособлен для предоставления услуг передачи данных с сильно различающимся или изменяющимся битрейтом.

В отличие от традиционных технологий, применяемых в локальных сетях, АТМ – технология с установлением соединения. Т.е. перед сеансом передачи устанавливается виртуальный канал отправитель-получатель, который не может использоваться другими станциями. (В традиционных технологиях соединение не устанавливается, а в среду передачи помещаются пакеты с указанным адресом.) Несколько виртуальных каналов АТМ могут одновременно сосуществовать в одном физическом канале.

Для обеспечения взаимодействия устройств в ATM используются коммутаторы. При установлении соединения в таблицу коммутации заносятся номер порта и идентификатор соединения, который присутствует в заголовке каждой ячейки. Впоследствии коммутатор обрабатывает поступающие ячейки, основываясь на идентификаторах соединения в их заголовках.

Технология ATM предоставляет возможность регламентировать для каждого соединения минимально достаточную пропускную способность, максимальную задержку и максимальную потерю данных, а также содержит методы для обеспечения управления трафиком и механизмы обеспечения определенного качества обслуживания. Это позволяет совмещать в одной сети несколько типов трафика в одной сети. Обычно выделяют 3 разновидности трафика – видео, голос, данные.

Технология АТМ отличается широкими возможностями масштабирования. В рамках применения АТМ в локальных сетях интерес представляют варианты со скоростью передачи 25 (витая пара класса 3 и выше) и 155 Мбит/с (витая пара класса 5, оптоволокно), 622 Мбит/с (оптоволокно). Существующие стандарты АТМ предусматривают скорости передачи вплоть до 2,4 Гбит/с. [8], [9]

Преимущества:

      Обеспечение параллельной передачи;

      Высокая скорость передачи данных;

      Одновременная передача данных, видео и голоса с гарантированно заданным качеством.

Недостатки:

      Высокая стоимость оборудования. [10]

1.5 ARCnet

ARCnet (Attached Resource Computer Network) - компьютерная сеть соединенных ресурсов – архитектура сетей с разделяемой средой и широковещательной передачей. Метод доступа маркерный (token passing), логическая топология – шина. Физическая топология – шина, звезда или смешанная, петлевые соединения недопустимы. Скорость передачи данных в канале – 2,5 Мбит/с.  Среда передачи – коаксиальный кабель, витая пара. Максимальное число узлов в сети – 255. Максимальная длина коаксиального кабеля между узлами – 450-610 м. Максимальная длина витой пары между узлами – 100 м. Суммарная длина кабелей – 6000 м. [11]

Достоинства:

      Низкая стоимость сетевого оборудования;

      Возможность создания протяженных сетей;

Недостатки:

      Низкая скорость передачи данных. [12]

1.6 Frame Relay

Сеть Frame Relay является сетью с коммутацией кадров или сетью с ретрансляцией кадров, ориентированной на использование цифровых линий связи. Первоначально технология Frame Relay была стандартизирована как служба в сетях ISDN со скоростью передачи данных до 2 Мбит/с. В дальнейшем эта технология получила самостоятельное развитие. Frame Relay поддерживает физический и канальный уровни OSI. Технология Frame Relay использует для передачи данных технику виртуальных соединений

Стек протоколов Frame Relay передает кадры при установленном виртуальном соединении по протоколам физического и канального уровней. В Frame Relay функции сетевого уровня перемещены на канальный уровень, поэтому необходимость в сетевом уровне отпала. На канальном уровне в Frame Relay выполняется мультиплексирование потока данных в кадры.

Каждый кадр канального уровня содержит заголовок, содержащий номер логического соединения, который используется для маршрутизации и коммутации трафика. Frame Relay - осуществляет мультиплексирование в одном канале связи нескольких потоков данных. Кадры при передаче через коммутатор не подвергаются преобразованиям, поэтому сеть получила название ретрансляции кадров. Таким образом, сеть коммутирует кадры, а не пакеты. Скорость передачи данных до 44 Мбит/с, но без гарантии целостности данных и достоверности их доставки.

Frame Relay ориентирована на цифровые каналы передачи данных хорошего качества, поэтому в ней отсутствует проверка выполнения соединения между узлами и контроль достоверности данных на канальном уровне. Кадры передаются без преобразования и контроля как в коммутаторах локальных сетей. За счет этого сети Frame Relay обладают высокой производительностью. При обнаружениях ошибок в кадрах повторная передача кадров не выполняется, а искаженные кадры отбраковываются. Контроль достоверности данных осуществляется на более высоких уровнях модели OSI.

Коммутаторы Frame Relay используют технологию сквозной коммутации, т.е. кадры передаются с коммутатора на коммутатор сразу после прочтения адреса назначения, что обеспечивает высокую скорость передачи данных. В сетях Frame Relay применяются высококачественные каналы передачи, поэтому возможна передача трафика чувствительного к задержкам (голосовых и мультимедийных данных). В магистральных каналах сети Frame Relay используются волоконно-оптические кабели, а в каналах доступа может применяться высококачественная витая пара. [14]

Достоинства:

      высокая надежность работы сети;

      обеспечивает передачу чувствительный к временным задержкам трафик (голос, видеоизображение).

Недостатки:

      высокая стоимость качественных каналов связи;

      не обеспечивается достоверность доставки кадров. [14]

В результате полного анализа основных сетевых технологий, я пришел к выводу, что для организации нашей компьютерной сети лучше всего подойдет технология Ethernet. Мой выбор обусловлен тем, что по сравнению со всеми остальными технологиями Ethernet имеет более простую реализацию, так как не требует дополнительных устройств или протоколов, а так же имеет достаточно высокую скорость передачи данных. Еще одним важным фактором является относительная дешевизна компонентов, необходимых для организации сети.