 |
|
Лекция 4. Технологии построения и функционирования локальных сетей.
Состав локальной сети
В состав локальной сети (ЛВС) входит следующее оборудование:
Активное оборудование – коммутаторы, маршрутизаторы, медиаконвекторы;
Пассивное оборудование – кабели, монтажные шкафы, кабельные каналы, коммутационные панели, информационные розетки;
Компьютерное и периферийное оборудование – серверы, рабочие станции, принтеры, сканеры.
В зависимости от требований, предъявляемых к проектируемой сети, состав оборудования, используемый при монтаже может варьироваться.
Основные характеристики локальной сети\
В настоящее время в различных странах мира созданы и эксплуатируются различные типы ЛВС с различными размерами, топологией, алгоритмами работы, архитектурной и структурной организацией. Независимо от типа сетей, к ним предъявляются общие требования:
Скорость - важнейшая характеристика локальной сети;
Адаптируемость - свойство локальной сети расширяться и устанавливать рабочие станции там, где это требуется;
Надежность - свойство локальной сети сохранять полную или частичную работоспособность вне зависимости от выхода из строя некоторых узлов или конечного оборудования.
Топология локальных сетей
Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.
Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках надо.
Существует три базовые топологии сети:
Шина (bus) — все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам (рис. 1).
Рис. Сетевая топология шина
Звезда (star) — бывыает двух основных видов:
Активная звезда (истинная звезда) - к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи. Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального — одному или нескольким периферийным. (рис. 2 )
Рис. Активная звезда
Пассивная звезда, которая только внешне похожа на звезду (рис. 2). В настоящее время она распространена гораздо более широко, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в наиболее популярной сегодня сети Ethernet.
В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а специальное устройство — коммутатор или, как его еще называют, свитч (switch) (Что такое Коммутатор?), который восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их непосредственно получателю (рис. 3) .
Рис. Пассивная звезда
Рабочая станция
Архитектура рабочих станций разрабатывалась на основе серверной и характеризуется следующим:
· Все устройства подключаются к высокоскоростным шинам, но дисковая система, сетевые адаптеры и платы расширения могут конкурировать за полосу пропускания одного из каналов этой шины.
· Могут использоваться как процессоры для ПК, так и серверные процессоры, которые более оптимизированы для работы в многозадачной и многопоточной среде.
Т.е. мы имеем более сбалансированную по производительности систему, так как в Рабочих станциях редко используется более 1-2 плат расширения, которым требуется большая производительность шины.
Расширяемость рабочих станций значительно выше чем у ПК:
· можно устанавливать до 2-х высокопроизводительных процессоров,
· можно установить до 32 Гб оперативной памяти,
· имеется до 6-ти высокоскоростных слотов для плат расширения,
· можно установить до 4 жестких дисков (встроенные средства построения отказоустойчивых и быстродействующих систем).
Рабочие станции разрабатываются для решения сложных ресурсоемких задач, от которых может зависеть работа многих сотрудников, отдельными пользователями. Поэтому отказы для платформы более критичны, а функции отказоустойчивости реализованы в более полном объеме:
· качество компонентов гораздо выше, чем для ПК, и уровень заводского тестирования близок к серверному оборудованию,
· архитектура платформы разрабатывалась на основе серверной и конструкторские решения также похожи,
· нет элементов с «горячей» заменой, так как нет жестких требований к безостановочной работе (в некоторых моделях может использоваться система охлаждения и диски с «горячей» заменой отдельных компонентов),
· элементы дублирования заложены, как правило, в следующие компоненты – оперативная память, дисковая система и система охлаждения.
Кроме возможностей администрирования, предусмотренных в ПК, рабочие станции комплектуются дополнительными возможностями администрирования:
· мониторинг аппаратных ошибок производится специализированным процессором и журнал доступен даже тогда, когда не загружена ОС,
· этим же спецпроцессором выполняется диагностика и предсказание отказов оборудования.
Сервер
Архитектура сервера строится по следующим принципам:
· Процессоры, память, сетевые адаптеры, дисковая подсистема и платы расширения подключаются к высокоскоростным шинам.
· Используемые процессоры обладают большим объемом кэш-памяти до 12 Мб и более, что позволяет оптимизировать обработку больших объемов данных, архитектура процессора разработана для эффективного выполнения задач множества пользователей и работы в многопроцессорных конфигурациях.
Таким образом, все наиболее важные для работы сервера части имеют возможность осуществлять обмен данными по высокоскоростным каналам без конкуренции за полосу пропускания.
Расширяемость серверов позволяет устанавливать:
· до 16-ти и более процессоров,
· до 128 Гб оперативной памяти,
· до 7-ми высокопроизводительных слотов ввода/вывода с возможностью «горячей замены» плат,
· до 10-ти жестких дисков с «горячей» заменой (в отдельных моделях до 48).
Таким образом, видно, что при увеличении нагрузки более предпочтительными являются рабочие станции и сервера.
Сервера, как наиболее критичное к отказам оборудование для функционирования большого количества пользователей, имеют максимальный функционал для безостановочной работы:
· при изготовлении платформы используются наиболее качественные компоненты, которые проходят наиболее жесткое тестирование,
· архитектурные и конструктивные решения, заложенные в данную платформу, направлены на уменьшение количества отказов и минимизацию времени простоя оборудования,
· практически во всех моделях предусмотрена горячая замена отдельных элементов (жесткие диски, блоки питания, вентиляторы системы охлаждения), а в старших моделях – плат расширения и модулей памяти,
· элементы дублирования заложены в наиболее важные для работоспособности системы в целом элементы – модули памяти (вплоть до организации отказоустойчивых массивов), жесткие диски, вентиляторы системы охлаждения и блоки питания.
Сервера имеют наибольшую устойчивость к отказам оборудования и имеют максимально полную реализацию требований по безостановочной работе, так как остановка работы сервера наиболее сильно отражается на функционировании всех пользователей.
Ethernét (эзернет, от лат. aether — эфир) — пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей.
Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровнемодели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEEгруппы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring.
В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD).
Этот метод используется исключительно в сетях с общей шиной (к которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Простота схемы подключения - это один из факторов, определивших успех стандарта Ethernet. Говорят, что кабель, к которому подключены все станции, работает в режиме коллективного доступа (multiply-access,MA).
Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения. Затем кадр передается по кабелю. Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные и посылает по кабелю кадр-ответ. Адрес станции-источника также включен в исходный кадр, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ.
Различия в форматах кадров могут приводить к несовместимости в работе аппаратуры и сетевого программного обеспечения, рассчитанного на работу только с одним стандартом кадра Ethernet. Однако сегодня практически все сетевые адаптеры, драйверы сетевых адаптеров, мосты/коммутаторы и маршрутизаторы умеют работать со всеми используемыми на практике форматами кадров технологии Ethernet, причем распознавание типа кадра выполняется автоматически.
Ниже приводится описание всех четырех типов кадров Ethernet (здесь под кадром понимается весь набор полей, которые относятся к канальному уровню, то есть поля MAC и LLC уровней). Один и тот же тип кадра может иметь разные названия, поэтому ниже для каждого типа кадра приведено по нескольку наиболее употребительных названий:
· кадр 802.3/LLC (кадр 802.3/802.2 или кадр Novell 802.2);
· кадр Raw 802.3 (или кадр Novell 802.3);
· кадр Ethernet DIX (или кадр Ethernet II);
· кадр Ethernet SNAP.
Форматы всех этих четырех типов кадров Ethernet приведены на рис. 2.6.
Рис. Форматы кадров Ethernet