Реферат: Экспертная система по проектированию локальной сети ("NET Совет")
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">C
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»">оединениекабелем витой парой (<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">UTP)<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">UTP(Unshielded Twisted Pair — неэкранированные скрученные пары)
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Общийтермин, используемый для обозначения кабельных систем на основенеэкранированных скрученных попарно медных проводников. используется такжетермин «витая пара». Соединение каждого компьютера производитсяотдельным кабелем от устройства HUB. Приемущества очевидны; топология«звезда», возможность подключать каждого пользователя отдельнымкуском кабеля, устойчивость к сбоям, расширение до 100Mbit. Недостатки;несколько более высокая стоимость по отношению к коаксиальному кабелю,непргодность для длинных сегментов. Витую пару лучше всего использовать приналиччи в доме или подъезде нескольких абонентов, которых легче соеденитьиспользуя один хаб и несколько кабелей от этого хаба к каждому пользователюнежели проводить коаксиал через всех.
<span Times New Roman",«serif»;color:gray;mso-ansi-language:EN-US"> <span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Этосеть основанная на экpаниpованной (STP) или неэкpаниpованной (UTP) витой паpе.Hазывается эта сеть ETHERNET 10BASE-T и FAST ETHERNET 100BASE-X Сеть стpоитьсяпо топологии звезда.<span Times New Roman",«serif»; color:gray;mso-ansi-language:EN-US"> <span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Стандаpты здесь такие:<span Times New Roman",«serif»; color:gray;mso-ansi-language:EN-US"><span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Максимальноеpасстояние между двумя устpойствами — 100 метpов.
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Максимальноеколичество машин — 1024.
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Какпоказали опыты на обоpудовании 3COM длина сегмента может достигать 170-250метpов. Hо нужно также учитывать пеpеход на 100Mbit пpи котоpом это, скоpеевсего, pаботать не будет
<span Times New Roman",«serif»;color:gray;mso-ansi-language:EN-US">.<span Times New Roman",«serif»; color:silver;mso-ansi-language:EN-US"><span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»">Активныеконцентраторы (
<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">HUBs)<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">ПеpвыеЛВС на Ethernet (10Base-2,-5) были невелики из-за огpаничений на длину кабеля.Чтобы обеспечить возможность увеличивать сеть, была введена концепция
<span Times New Roman",«serif»;color:gray; mso-ansi-language:EN-US"> <span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">повтоpителя.Они не пpосто соединяли два куска<span Times New Roman",«serif»;color:gray;mso-ansi-language:EN-US"> <span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">(имея2! поpта) кабеля, но и фильтpовали эл.сигналы, пpоходящие между сегментами(отpубали, к пpимеpу, сегмент в случае возникновения там «кз» и тд,т.е. выполняли «partitioning» — эл.pазбиение сети).<span Times New Roman",«serif»;color:gray; mso-ansi-language:EN-US"> <span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Пpи пеpеходе на 10Base-T, была введенаконцепция — «повтоpителя-концентpатоpа», котоpый обычно пpостоназывают концентpатоpом (hub) или повтоpителем (repeater). к немупpисоединяется каждый узел<span Times New Roman",«serif»;color:gray;mso-ansi-language:EN-US"> <span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">сети,вместо того, чтобы чеpез какой нибудь тpансивеp (если это необходимо)пpисоединяться к общему кабелю. место, отведенное коаксиальному кабелю в шиннойсети, занимает цифpовая шина концентpатоpа, к котоpой чеpез поpт повтоpителя(как и к поpту повтоpителя шинной сети) подключаются узлы сети. Для Ethernetтеpмины повтоpитель и концентpатоp взаимозаменяем (в FDDI используется теpминconcentrator, в ArcNet — hub<span Times New Roman",«serif»;color:gray;mso-ansi-language:EN-US">.<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"><span MS Shell Dlg",«sans-serif»">
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»">Коммутаторы (
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">Swich)<span Times New Roman",«serif»; color:gray;mso-ansi-language:EN-US">
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Устройство,соединяющее две или несколько физических сетей и передающее пакеты из однойсети в другую. Коммутаторы могут фильтровать пакеты, т.е. передавать в другиесегменты или сети только часть трафика, на основе информации канального уровня(MAC-адрес). Если адрес получателя пристутствует в таблице адресов моста, кадрпередается только в тот сегмент или сеть, где находится получатель. Похожимиустройствами являются повторители (
<span Times New Roman",«serif»;color:gray;mso-ansi-language:EN-US">HUBs<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">),которые просто передают электрические сигналы из одного кабеля в другой имаршрутизаторы (<span Times New Roman",«serif»;color:gray;mso-ansi-language:EN-US">router<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">),которые принимают решение о передаче пакетов на основе различных критериев,основанных на информации сетевого уровня. В терминологии OSI мост являетсяпромежуточной системой на уровне канала передачи данных (Data Link Layer). <span Times New Roman",«serif»;color:gray"><span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Повторителии концентраторы локальных сетей реализуют базовые технологии, разработанные дляразделяемых сред передачи данных. Классическим представителем такой технологииявляется технология Ethernet на коаксиальном кабеле. В такой сети всекомпьютеры разделяют во времени единственный канал связи, образованныйсегментом коаксиального кабеля
<span Times New Roman",«serif»;color:gray"><span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Припередаче каким-нибудь компьютером кадра данных все остальные компьютерыпринимают его по общему коаксиальному кабелю, находясь с передатчиком впостоянном побитном синхронизме. На время передачи этого кадра никакие другиеобмены информации в сети не разрешаются. Способ доступа к общему кабелюуправляется несложным распределенным механизмом арбитража — каждый компьютеримеет право начать передачу кадра, если на кабеле отсутствуют информационныесигналы, а при одновременной
<span Times New Roman",«serif»;color:gray"> <span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">передаче кадров несколькимикомпьютерами схемы приемников умеют распознавать и обрабатывать эту ситуацию,называемую коллизией. Обработка коллизии также несложна — все передающиеузлы прекращают выставлять биты своих кадров на кабель и повторяют попыткупередачи кадра через случайный промежуток времени.<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Работавсех узлов сети Ethernet в режиме большой распределенной электронной схемы собщим тактовым генератором приводит к нескольким ограничениям, накладываемым насеть. Основными ограничениями являются:
·<span Times New Roman"">
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»; color:gray">Максимально допустимая длина сегмента. Она зависит от типаиспользуемого кабеля: для витой пары это 100 м, для тонкого коаксиала — 185 м,для толстого коаксиала — 500 м, а для оптоволокна — 2000 м. Для наиболеедешевых и распространенных типов кабеля — витой пары и тонкого коаксиала — этоограничение часто становится весьма нежелательным. Технология Ethernetпредлагает использовать для преодоления этого ограничения повторители иконцентраторы, выполняющие функции усиления сигнала, улучшения формы фронтов<span Times New Roman",«serif»;color:gray"> <span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">импульсови исправления погрешностей синхронизации. Однако возможности этих устройств поувеличению максимально допустимого расстояния между двумя любыми узлами сети(которое называется диаметром сети) не очень велики — число повторителей междуузлами не может превышать 4-х (так называемое правило четырех хабов). Для витойпары это дает увеличение до 500 м (рисунок 2.2). Кроме того, существует общееограничение на диаметр сети Ethernet — не более 2500 м для любых типов кабеля илюбого количества установленных концентраторов. Это ограничение нужно соблюдатьдля четкого распознавания коллизий всеми узлами сети, как бы далеко (в заданныхпределах) они друг от друга не находились, иначе кадр может быть передан сискажениями.·<span Times New Roman"">
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»; color:gray">Максимальное число узлов в сети. Стандарты Ethernet ограничиваютчисло узлов в сети предельным значением в 1024 компьютера вне зависимости оттипа кабеля и количества сегментов, а каждая спецификация для конкретного типакабельной системы устанавливает еще и свое, более жесткое ограничение. Так, ксегменту кабеля на тонком коаксиале нельзя подключить более 30 узлов, а для толстогокоаксиала это число увеличивается до 100 узлов. В сетях Ethernet на витой пареи оптоволокне каждый отрезок кабеля соединяет всего два узла, но так какколичество таких отрезков спецификация не оговаривает, то здесь действует общееограничение в 1024 узла.<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Существуюттакже и другие причины, кроме наличия указанных в стандартах ограничений, покоторым число узлов в сети Ethernet обычно не превосходит нескольких десятков.Эти причины лежат в самом принципе разделения во времени одного канала передачиданных между всеми узлами сети
<span Times New Roman",«serif»;color:gray">.<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray"> При подключении к такомуканалу каждый узел пользуется его пропускной способностью — 10 Мб/с — в течениетолько некоторой доли общего времени работы сети. Соответственно, на узелприходится эта же доля пропускной способности канала. Даже если упрощенносчитать, что все узлы получают равные доли времени работы канала инепроизводительные потери времени отсутствуют, то при наличии в сети N узлов наодин узел приходится только 10/N Мб/с пропускной способности. Очевидно, что прибольших значениях N пропускная<span Times New Roman",«serif»;color:gray"> <span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">способность, выделяемаякаждому узлу, оказывается настолько малой величиной, что нормальная работаприложений и пользователей становится невозможной — задержки доступа к сетевымресурсам превышают тайм-ауты приложений, а пользователи просто отказываются такдолго ждать отклика сети.<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Случайныйхарактер алгоритма доступа к среде передачи данных, принятый в технологииEthernet, усугубляет ситуацию. Если запросы на доступ к среде генерируютсяузлами в случайные моменты времени, то при большой их интенсивности вероятностьвозникновения коллизий также возрастает и приводит к неэффективномуиспользованию канала: время обнаружения коллизии и время ее обработкисоставляют непроизводительные затраты. Доля времени, в течение которого каналпредоставляется в распоряжение конкретному узлу, становится еще меньше.
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Экспоненциальныйрост задержек при увеличении числа узлов очень характерен как для технологииEthernet, так и для других технологий локальных сетей, основанных на разделенииканалов во времени — Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Донедавнего времени в локальных сетях редко использовались мультимедийныеприложения, перекачивающие большие файлы данных, нередко состоящие изнескольких десятков мегабайт. Приложения же, работающие с алфавитно-цифровойинформацией, не создавали значительного трафика. Поэтому долгое время длясегментов Ethernet было действительным эмпирическое правило — в разделяемомсегменте не должно быть больше 30 узлов. Теперь ситуация изменилась и нередко3-4 компьютера полностью
<span Times New Roman",«serif»; color:gray"> <span MS Shell Dlg",«sans-serif»; color:gray">загружают сегмент Ethernet с его максимальной пропускнойспособностью в 10 Мб/с или же 14880 кадров в секунду.<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Болееуниверсальным критерием загруженности сегмента Ethernet по сравнению с общимколичеством узлов является суммарная нагрузка на сегмент, создаваемая егоузлами. Если каждый узел генерирует в среднем m
<span Times New Roman",«serif»;color:gray;position:relative; top:2.0pt;mso-text-raise:-2.0pt">i<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray"> кадров в секунду для передачи по сети, тосредняя суммарная нагрузка на сеть будет составлять S<span Times New Roman",«serif»;color:gray; position:relative;top:2.0pt;mso-text-raise:-2.0pt">i<span Times New Roman",«serif»;color:gray"> m<span Times New Roman",«serif»;color:gray;position:relative;top:2.0pt; mso-text-raise:-2.0pt">i <span MS Shell Dlg",«sans-serif»; color:gray">кадров в секунду. Известно, что при отсутствии коллизий, то естьпри самом благоприятном разбросе запросов на передачу кадров во времени,сегмент Ethernet может передать не больше 14880 кадров в секунду (для самыхкоротких по стандарту кадров в 64 байта). Поэтому, если принять эту величину заединицу, то отношение S<span Times New Roman",«serif»; color:gray;position:relative;top:2.0pt;mso-text-raise:-2.0pt">i<span Times New Roman",«serif»;color:gray"> m<span Times New Roman",«serif»;color:gray;position:relative;top:2.0pt; mso-text-raise:-2.0pt">i<span MS Shell Dlg",«sans-serif»; color:gray">/14880 будет характеризовать степень использования канала,называемый также коэффициентом загрузки.<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Зависимостьвремени ожидания доступа к сети от коэффициента загрузки гораздо меньше зависитот интенсивности трафика каждого узла, поэтому эту величину удобно использоватьдля оценки пропускной способности сети, состоящей из произвольного числа узлов.Имитационное моделирование сети Ethernet и исследование ее работы с помощьюанализаторов протоколов показали, что при коэффициенте загрузки в районе 0.3 — 0.5 начинается быстрый рост числа коллизий и соответственно времени ожиданиядоступа. Поэтому во многих системах управления сетями пороговая граница дляиндикатора коэффициента загрузки по умолчанию устанавливается на величину 0.3.
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Ограничения,связанные с возникающими коллизиями и большим временем ожидания доступа призначительной загрузке разделяемого сегмента, чаще всего оказываются болеесерьезными, чем ограничение на максимальное количество узлов, определенное встандарте из соображений устойчивой передачи электрических сигналов в кабелях.
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">ТехнологияEthernet была выбрана в качестве примера при демонстрации ограничений, присущихтехнологиям локальных сетей, так как в этой технологии ограничения проявляютсянаиболее ярко, а их причины достаточно очевидны. Однако подобные ограниченияприсущи и всем остальным технологиям локальных сетей, так как они опираются наиспользование среды передачи данных как одного разделяемого ресурса. КольцаToken Ring и FDDI также могут использоваться узлами сети только в режимеразделяемого ресурса. Отличие от канала Ethernet здесь состоит только в том,что маркерный метод доступа определяет детерминированную очередностьпредоставления доступа к кольцу, но по-прежнему при предоставлении доступаодного узла к кольцу все остальные узлы не могут передавать свои кадры и должныждать, пока владеющий правом доступа узел не завершит свою передачу.
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Каки в технологии Ethernet, в технологиях Token Ring, FDDI, Fast Ethernet и100VG-AnyLAN также определены максимальные длины отдельных физических сегментовкабеля и ограничения на максимальный диаметр сети и максимальное количество вней узлов. Эти ограничения несколько менее стеснительны, чем у технологииEthernet, но также могут быть серьезным препятствием при создании крупной сети.
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Особенноже быстро может проявиться ограничение, связанное с коэффициентом загрузкиобщей среды передачи данных. Хотя метод маркерного доступа, используемый втехнологиях Token Ring и FDDI, или метод приоритетных требований технологии100VG-AnyLAN позволяют работать с более загруженными средами, все равно отличияэти только количественные — резкий рост времени ожидания начинается в такихсетях при больших коэффициентах загрузки, где-то в районе 60% — 70%.Качественный характер нарастания времени ожидания доступа и в этих технологияхтот же, и он не может быть принципиально иным, когда общая среда передачиданных разделяется во времени между компьютерами сети.
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Общееограничение локальных сетей, построенных только с использованием повторителей иконцентраторов, состоит в том, что общая производительность такой сети всегдафиксирована и равна максимальной производительности используемого протокола. Иэту производительность можно повысить только перейдя к другой технологии, чтосвязано с дорогостоящей заменой всего оборудования.
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Рассмотренныеограничения являются платой за преимущества, которые дает использованиеразделяемых каналов в локальных сетях. Эти преимущества существенны, недаромтехнологии такого типа существуют уже около 20 лет.
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Кпреимуществам нужно отнести в первую очередь:
·<span Times New Roman"">
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»; color:gray">простоту топологии сети;·<span Times New Roman"">
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»; color:gray">гарантию доставки кадра адресату при соблюдении ограниченийстандарта и корректно работающей аппаратуре;·<span Times New Roman"">
<span MS Shell Dlg",«sans-serif»; color:gray">простоту протоколов, обеспечившую низкую стоимость сетевыхадаптеров, повторителей и концентраторов;<span MS Shell Dlg",«sans-serif»;color:gray">Однаконачавшийся процесс вытеснения повторителей и концентраторов коммутаторамиговорит о том, что приоритеты изменились, и за повышение общей пропускнойспособности сети пользователи готовы пойти на издержки, связанные сприобретением коммутаторов вместо концентраторов.
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">