Motivele structurării rețelelor de infrastructură de transport
În rețelele cu un număr mic de calculatoare (10-30), cea mai des utilizată este una dintre topologiile tipice - un autobuz obișnuit, un inel, o stea sau o rețea complet conectată. Toate aceste topologii au proprietatea omogenității, adică toate computerele dintr-o astfel de rețea au aceleași drepturi în ceea ce privește accesul la alte computere (cu excepția calculatorului central cu o conexiune "stea"). Această omogenitate a structurii simplifică procedura de creștere a numărului de computere, facilitează întreținerea și funcționarea rețelei.
Cu toate acestea, în construcția de rețele mari, structura omogenă a conexiunilor se transformă dintr-un avantaj într-un dezavantaj. În astfel de rețele, utilizarea structurilor standard generează diverse restricții, dintre care cele mai importante sunt:
-restricții privind lungimea comunicării dintre noduri;
-restricții privind numărul de noduri din rețea;
-Limitări privind intensitatea traficului generate de nodurile de rețea.
De exemplu, tehnologia Ethernet pe un cablu coaxial subțire permite utilizarea unui cablu de cel mult 185 metri, la care nu pot fi conectate mai mult de 30 de calculatoare. Cu toate acestea, dacă computerele fac schimb de informații intensiv, uneori este necesar să reducă numărul de mașini conectate la cablu la 20 sau chiar 10, astfel încât fiecare calculator să primească o parte acceptabilă din lățimea de bandă a rețelei.
Pentru a elimina aceste restricții, se folosesc metode speciale de structurare a rețelelor și echipamente speciale de structurare - repetoare, concentratori, poduri, switch-uri, routere. Acest tip de echipament este numit și comunicare, ceea ce înseamnă că, cu ajutorul acestuia, segmentele individuale ale rețelei interacționează între ele.
1. Topologia conexiunilor fizice (structura fizică a rețelei). În acest caz, configurația conexiunilor fizice este determinată de conexiunile electrice ale computerelor, adică marginile graficului corespund segmentelor de cablu care leagă perechile de noduri.
2. Topologia conexiunilor logice (structura logică a rețelei). Aici, ca conexiuni logice, există rute de transmitere a datelor între nodurile rețelei, care sunt formate prin adaptarea corespunzătoare a echipamentului de comunicație.
Structurarea rețelei fizice
Cel mai simplu dispozitiv de comunicare - un repetor - este folosit pentru a conecta fizic diferite segmente ale unui cablu LAN pentru a mări lungimea totală a rețelei. Repetorul transmite semnale care provin dintr-un segment al rețelei către celelalte segmente ale acesteia (Figura 1). Repeater depășește limitările privind lungimea liniilor de comunicare, datorită îmbunătățirii calității semnalului transmis - puterea de restaurare și de amplitudine, îmbunătățirea fronturi, etc ...
Fig. 1. Repetorul permite creșterea lungimii rețelei Ethernet.
Un repetor care are mai multe porturi și conectează mai multe segmente fizice este numit adesea un concentrator sau un hub. Aceste nume (hub - baza, centrul de activitate) reflectă faptul că în acest dispozitiv toate conexiunile dintre segmentele rețelei sunt concentrate.
Utilizarea concentratorilor este tipică pentru aproape toate tehnologiile de bază ale rețelelor locale - Ethernet, ArcNet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.
Trebuie subliniat faptul că în activitatea oricăror concentratori există multe în comun - repetă semnalele care vin de la unul dintre porturile lor în alte porturi. Diferența este în care porturi se repetă semnalele de intrare. De aceea, concentratorul Ethernet repetă semnalele de intrare pe toate porturile sale, în plus, de unde provin semnalele (Figura 2).
Fig. 2. Hubul Ethernet.
Iar concentratorul Token Ring (Figura 3) repetă semnalele de intrare provenind de la un anumit port, numai pe un singur port - cel pe care este conectat următorul computer din ring.
Fig. 3. Concentratorul de inel Token.
Adăugarea unui hub în rețea modifică întotdeauna topologia fizică a rețelei, însă lasă topologia sa logică neschimbată.
Prin topologie fizică se înțelege configurația legăturilor formate din părți separate ale cablului și prin logică - configurarea fluxurilor de informații între computerele rețelei. În multe cazuri, topologiile fizice și logice ale rețelei sunt aceleași. De exemplu, rețeaua prezentată în Fig. 4a, are un "inel" de topologie fizică. Calculatoarele astfel de acces la rețea la cablurile inelului din cauza transferului reciproc cadru special - marker, în care markerul este transmis secvențial de la un computer la altul, în aceeași ordine în care computerele formează un inel fizic, adică computerul A trece token la calculator B, calculator B la computerul C și așa mai departe.
Rețeaua prezentată în Fig. 4b, demonstrează un exemplu de neconcordanță între topologia fizică și logică. Din punct de vedere fizic, calculatoarele sunt conectate în topologia "autobuz comun". Accesul autobuzul nu are loc în conformitate cu algoritmul de acces aleatoriu, aplicabilă în cazul tehnologiei Ethernet, cât și prin transferul de markerului într-un mod circular: .. De la PC A - PC B, computerul B - Computer C, etc Aici, comanda trecerea jeton nu se repetă fizic dar este determinată de configurația logică a driver-elor adaptorului de rețea. Nimic nu împiedică să configurați adaptoare de rețea și driverele lor, astfel încât să formeze un inel de calculatoare într-o ordine diferită, de exemplu: B, A, C. Structura fizică a rețelei nu este schimbat.
Fig. 4. a) structurile logice și fizice ale rețelei coincid; b) structura logică nu coincide cu structura fizică.
Un alt exemplu de neconcordanță între topologiile fizice și logice ale rețelei este rețeaua considerată în Fig. 2 Hubul Ethernet acceptă topologia fizică a rețelei "stea". Cu toate acestea, topologia rețelei logice a rămas neschimbată - este un "autobuz comun". Deoarece hub-ul repetă datele provenind de la orice port de pe toate celelalte porturi, ele apar pe toate segmentele fizice ale rețelei în același timp ca într-o rețea cu o magistrală comună fizică. Logica accesului la rețea nu se modifică: toate componentele algoritmului de acces aleatoriu - determinarea mediului inactiv, captarea mediului, recunoașterea și prelucrarea coliziunilor - rămân în vigoare.
rețea de structurare fizică folosind concentratoare utilă nu numai pentru a crește distanța dintre nodurile de rețea, dar, de asemenea, pentru a îmbunătăți fiabilitatea. De exemplu, în cazul în care un computer cu o rețea Ethernet de autobuz fizic partajat din cauza eșecului începe să transmită date în mod continuu pe un singur cablu, întreaga rețea se duce în jos, și doar un singur lucru - pentru a deconecta manual cablul adaptorului de ca de pe acest computer. Pe o rețea Ethernet construit folosind un hub, această problemă poate fi rezolvată în mod automat - Hub dezactivează un port în cazul în care detectează că nodul este atașat este nevoie de rețea de monopol prea mult timp. Un hub poate bloca un nod incorect funcționând și în alte cazuri, acționând ca un nod de control.
Structurarea rețelei logice
structurarea fizică a rețelei este utilă în multe feluri, dar în unele cazuri, de obicei legate de rețeaua de rețele de dimensiuni mari și medii, fără structurare logică imposibil de făcut. Cea mai importantă problemă, care nu este rezolvată prin structurarea fizică, rămâne problema redistribuirii traficului transmis între diferite segmente fizice ale rețelei.
Structurarea rețelei logice este procesul de divizare a rețelei în segmente cu trafic localizat. Răspândirea traficului destinat calculatoarelor unui anumit segment al rețelei, numai în acest segment, se numește localizare a traficului.
Pentru structurarea logică a rețelei se utilizează dispozitive de comunicații:
În Fig. 5 arată o rețea care a fost obținută dintr-o rețea cu un hub central prin înlocuirea acesteia cu o punte. Rețelele departamentelor 1 și 2 constau din segmente logice separate și rețeaua departamentului 3 - a două segmente logice. Fiecare segment logic este construit pe baza unui hub și are cea mai simplă structură fizică, formată din segmente de cablu care conectează calculatoarele la porturile hub-ului. În cazul în care computerul unui utilizator de calculator va trimite datele utilizatorului B, situat în același segment cu el, aceste date vor fi repetate numai pe acele interfețe de rețea, care sunt marcate în figură de cercurile umbrite.
Fig. 5. Structurarea rețelei logice utilizând o punte.
Comutator (comutator) pe baza unor cadre de prelucrare a podului este aproape la fel. Singura diferență este că acesta este un fel de comunicare multiprocesor, din moment ce fiecare din portul său este echipat cu un cip de specialitate care procesează cadrele conform algoritmului de independent pod de alte porturi de chips-uri. Datorită acestui fapt, performanța generală a comutatorului este de obicei pod convențional de performanță mult mai mare având o singură unitate de procesare. Putem spune că switch-uri - o nouă generație de poduri, care se ocupa de cadre în paralel.
O funcție importantă a routerelor este capacitatea lor de a se conecta la un subnet de rețea unic construit folosind tehnologii de rețea diferite, cum ar fi Ethernet și X.25.
Fig. 6. Structurarea rețelei logice folosind routerele.
În plus față de aceste dispozitive, părți separate ale rețelei pot conecta gateway-ul. De obicei, principalul motiv pentru utilizarea gateway-ului în rețea este nevoia de a combina rețelele cu diferite tipuri de sisteme și aplicații software, mai degrabă decât dorința de a localiza traficul. Cu toate acestea, gateway-ul oferă și localizarea traficului ca efect secundar.
Rețelele mari nu sunt construite aproape fără structură logică. Pentru segmentele individuale și sub-rețele sunt caracterizate prin topologia tipică a tehnologiilor de bază uniforme, iar integrarea lor este întotdeauna folosit echipamente pentru furnizarea de localizare a traficului: poduri, switch-uri, routere, și gateway-uri.