Модель «клиент-сервер» и её реализация в компьютерных сетях
Для понимания материала этой главы необходимы знания по компьютерным сетям, изложенные в предыдущей главе, а также общие понятия о вычислительной технике, изложенные в главе 1.
4.1. Определение модели «клиент-сервер»
Просите – и дано будет вам.
Клиент-сервер – это модель взаимодействия процессов в вычислительной системе, при которой один процесс (клиент) делает запрос, другой процесс (сервер)его обрабатывает и возвращает первому ответ или предоставляет определенную услугу в виде вычислений, каких-либо данных и т.п.
Чаще всего процесс-клиент запускается на одном компьютере, процесс-сервер – на другом.
В общем виде модель представлена на рис. 13.
Рис. 13. Модель «клиент-сервер».
Также клиентом (рабочей станцией) в двухранговой компьютерной сети называется компьютер, на котором преобладают процессы-клиенты, а сервером – компьютер, на котором преобладают процессы-серверы. В процессе работы сети компьютер-сервер и компьютер-клиент могут меняться ролями. Любой компьютер может одновременно быть клиентом и сервером для различных видов услуг.
Требования надежности, скорости и отказоустойчивости у серверов выше, чем у рабочих станций. Среднее время простоя современных серверов может достигать всего несколько минут в год.
4.2. Виды сетевых служб
Несмотря на то, что технологии «клиент-сервер» применима как в централизованных, так и в распределенных вычислительных системах, она достигла популярности именно в компьютерных сетях.
|
|
|
Сетевая служба (сервис) – это определенный вид обслуживания, предоставляемый сервером.
Сетевые службы занимаются предоставлением:
· совместно используемых аппаратных ресурсов – процессорного времени, памяти, диска, принтеров;
· различных сетевых услуг – обрабатывают и предоставляют различную информацию.
Опишем кратко сервисы в современных компьютерных сетях.
Файловая служба. На компьютере с достаточным свободным дисковым пространством сетевая операционная система настраивается таким образом, чтобы другие компьютеры (клиенты) могли использовать накопители первого для записи файлов с помощью компьютерной сети. Такой сервер называется файловым или файл-сервером. Служба широко распространена в локальных сетях.
Служба печати. На компьютере, к которому подключен принтер, сетевая операционная система настраивается таким образом, чтобы другие компьютеры (клиенты) также могли распечатывать свои документы. Эффективность использования дорогостоящих устройств (принтеров) при этом увеличивается. Серверы печати используются в основном в локальных сетях.
Служба удаленного доступа. Часть компьютеров сети может находиться на расстоянии, превышающем возможности технологий локальных сетей. Для связи в этом случае используется пара модемов, подключаемых к удаленным компьютерам и к телефонной линии общего пользования. Компьютер, принимающий звонки, называется сервером удаленного доступа.
|
|
|
Служба терминалов. Вычислительные мощности компьютеров значительно отличаются. Для использования слабыми компьютерами процессорных ресурсов более быстродействующего компьютера, на последнем устанавливается сервис терминалов (терминал-сервер, сервер приложений). Клиентские компьютеры с помощью сети могут запускать задачи на сервере приложений и видеть результат их выполнения на своих мониторах. Служба используется в глобальных и локальных сетях.
Управление базами данных. Распространенной задачей, как в локальных, так и в глобальных сетях является хранение и обработка больших объемов табличной информации – баз данных. При этом к системам управления базами данных выдвигаются требования надежного централизованного хранения данных, быстрого поиска, выборки по запросу с любой станции компьютерной сети. Эти услуги выполняет сервер баз данных.
Web-служба (WWW, Всемирная паутина). Услуги, предоставляемые сетью Internet, оказались настолько удобны и просты в использовании, что она распространилась на весь мир и составила глобальную сеть. Более того, даже в локальных сетях, не подключенных к глобальной, стали использоваться технологии Internet. При этом локальную сеть со службами Internet часто называют Intranet.
|
|
|
Веб-служба является наиболее распространенной службой Интернет/Интранет. Веб-сервер предоставляет клиентам в интерактивном режиме электронные документы – гипертекстовые документы (гипертексты), передаваемые по протоколу HTTP. Гипертексты могут содержать информацию любых видов и гиперссылки на другие серверы, по которым удобно переходить. Электронный вариант данного учебного пособия также является гипертекстом.
Почтовая служба. В компьютерных сетях работает служба, занимающаяся доставкой сообщений до востребования – электронных писем, по аналогии с обычной почтой. В электронных письмах обычно пересылается текстовая, графическая и реже звуковая информация. Серверы, занимающиеся приемом и отправкой почты, а также хранением почтовых ящиков (баз данных электронных писем) пользователей, называются почтовыми серверами. Почтовые службы работают в Интернете и крупных локальных сетях.
|
|
|
Службы интерактивного общения (общение по сети в режиме он-лайн)включают в себя мультимедийные сетевые технологии (голосовую и видеосвязь) и электронную переписку (чат). Данные службы появились относительно недавно, и благодаря простоте и удобству работы уже стали популярными среди пользователей Интернет и локальных сетей.
Прокси-сервер. Дефицит IP-адресов в сети Интернет, а также необходимость защиты локальной сети от внешних несанкционированных проникновений привели к появлению специальных шлюзов – прокси-серверов. Их основные задачи – соединение локальной сети с Интернет (или предоставление клиентам временных адресов) и предоставление доступа к службам сети Интернет, кэширование полученной информации, фильтрация трафика. Для выполнения последней задачи прокси-сервер включает в себя функции межсетевого экрана.
Сетевая безопасность. В локальных сетях стоит проблема разграничения доступа. Технические средства режима доступа включают в себя аутентификацию (проверку паролей), шифрование (криптографическое преобразование) информации, формирование и проверка подлинности электронных подписей и электронных ключей. Эти задачи выполняются серверами, которые можно объединить в группу серверов безопасности.
Современной тенденцией развития служб, особенно в сети Internet, является их интеграция, создание служб на основе традиционных, служб-гибридов.
Подытожим перечень с помощью таблицы 9, в которой приведены названия сетевых служб, предоставляющих ресурсы или услуги, а также указаны соответствующие им виды серверов и клиентов.
Виды сетевых служб
| Таблица 9 | ||||
| Служба (сервис) | Ресурсы/услуги | Сервер | Клиент | |
| файловая | дисковое пространство | файловый сервер | клиентская ОС | |
| печати | сетевой принтер | принт-сервер (сервер печати) | клиентская ОС | |
| удаленного доступа | сетевой доступ по модему | удаленного доступа | клиент удаленного доступа | |
| терминальная | вычислительные, оперативная память | сервер приложений | клиент терминала | |
| управление базами данных | базы данных (БД) | сервер баз данных | программное обеспечение БД | |
| web-служба | гипертекстовые документы | веб-сервер | браузер | |
| почтовая | доставка почты | почтовый | почтовый | |
| шлюз HTTP | доступ в сеть Интернет | прокси-сервер | браузер | |
| сетевой безопасности | проверка паролей, шифрование и т. д. | сервер безопасности | клиентская ОС | |
Выше приведен далеко не полный перечень сетевых служб, используемых в современных локальных и глобальных компьютерных сетях.
4.3. Корпоративная компьютерная сеть
Закрепим полученные знания на примере типичной компьютерной сети предприятия.
Корпоративная информационная система (КИС) – это совокупность систем, выполняющих функцию автоматизированного управления предприятием. На рис. 14 приведен типовой состав корпоративной сети с подразделением, подключаемым с помощью удаленного доступа. Опишем работу такой сети, опираясь на вышеизложенную модель «клиент-сервер».
Поскольку структура компьютерных сетей обычно строится соответственно структуре предприятия и его подразделений, наша сеть, являясь сетью с удаленным доступом, имеет 2 основные подсети – сеть центрального офиса (рис. 14, а) и сеть филиала (рис. 14, б). Между собой сети соединены с помощью пары модемов и маршрутизатора 3. В состав сети центрального офиса входит также удаленный компьютер 1. Удаленные компьютеры получают доступ к основной сети через сервис удаленного доступа и маршрутизатор, установленные на компьютере 3.
Топология сети филиала – звезда, сети центрального офиса – смешанная. Сеть построена на технологии Fast Ethernet с пропускной способностью 100 Мбит/с. Для внутрикорпоративной связи используется аналоговые модемы v.90 (56 кбит/с), для доступа в Интернет – цифровая абонентская линия DSL (128 кбит/с). В качестве основных сетевых протоколов используются TCP/IP и NetBIOS/SMB.
Доступ в глобальную сеть Интернет производится через сервер 3. Поскольку на нем установлено программное обеспечение прокси-сервера, остальные компьютеры сети также имеют доступ к глобальным службам. Защита от хакерских атак сети центрального офиса реализуется с помощью межсетевого экрана, входящего в состав прокси-сервера. Отдельный доступ в Интернет через модем с протоколом v.90 есть также у одного из компьютеров филиала. Защита сети филиала выполняется при помощи межсетевого экрана провайдера. На всех серверах и рабочих станциях установлено соответствующее антивирусное программное обеспечение.
Сервер 2 выполняет функции файлового сервера, сервера сетевой безопасности, сервера приложений и веб-сервера внутренней службы Intranet. Сервер 4 является сервером баз данных предприятия. Также на нем установлена почтовая служба – сюда приходит внешняя (Интернет) и внутренняя (между филиалами) электронная почта. К нему подключено 2 принтера общего пользования, следовательно, дополнительно он является сервером печати.
Рис. 14. Корпоративная компьютерная сеть.
Сетевые службы, построенные на основе компьютерных сетей, реализуются с помощью специального клиент-серверного сетевого программного обеспечения, которое зачастую входит в состав сетевых операционных систем.
4.4. Сетевые операционные системы
Как было сказано в главе «Операционные системы», ОС являются важнейшей частью программного обеспечения современных компьютеров.
Сетевая операционная система предназначена для работы в компьютерных сетях и имеет для этого в своем составе набор соответствующих служебных сетевых программ. Большинство современных ОС являются сетевыми.
В составе сетевой ОС есть средства управления локальными ресурсами, описанные выше, и программное обеспечение для работы с сетью, которое состоит из клиентской и серверной частей.
В зависимости от характера преобладающих в ней функций, сетевые ОС условно делятся на:
· клиентские (например, Windows 95-98, Windows NT Workstation, MacOS X);
· серверные (например, UNIX, Linux, Windows NT Server, Windows.NET Server).
Клиентские операционные системы устанавливаются на рабочих станциях, серверные – на серверах.
Это деление лишь условно, и не означает, что клиентские ОС не могут предоставлять сетевые службы (то есть, быть серверами), а серверные – пользоваться службами других серверов (то есть, быть клиентами).
Исчерпывающее описание принципов работы и технологий, используемых в сетевых операционных системах, приведено в [8].
Вопросы и задания
1) В чем, по-вашему, эффективность концепции «клиент-сервер»?
2) Осуществима ли связь в рамках технологии «клиент-сервер» в одноранговой сети? Обоснуйте.
3) Перечислите сетевые службы, предоставляющие ресурсы клиентам, и их назначение.
4) Перечислите сетевые службы, не предоставляющие клиентам аппаратные ресурсы. Назначение каждой из них.
5) Какую топологию имеет корпоративная сеть, изображенная на рис. 14?
6) Из каких компонентов состоят локальная и сетевая часть сетевой ОС?
Локальные сети
В данной главе описана технология Ethernet – наиболее распространенная технология современных локальных сетей.
5.1. Классификация и характеристики локальных сетей
Локальные вычислительные сети (ЛВС, LAN) – это распределенные вычислительные системы, объединяющие компьютеры, находящиеся в пределах одного или нескольких зданий. Узлы локальной сети находятся, как правило, в пределах 3 км.
Локальные сети классифицируются, прежде всего, по протоколам 1 и 2 уровней OSI, то есть, по технологии используемого сетевого оборудования: Ethernet, Token Ring, FDDI, AppleTalk.
По масштабам и иерархии построения различают:
а) сети рабочих групп (5-20 станций);
б) сети отделов (20-100 станций);
в) сети предприятий (корпоративные сети).
Последние часто имеют развернутую структуру сетевых служб и по географии иногда выходят за рамки локальных сетей, образуя кампусные сети, сети с удаленным доступом, а также сети других масштабов, вплоть до корпоративных частных глобальных сетей. Количество станций в корпоративных сетях варьируется в широких пределах: от 20 компьютеров до десятков тысяч.
Одной из главных характеристик локальных сетей, как и остальных видов компьютерных сетей, являются их пропускные способности, диапазоны которых приведены в таблице 8 выше.
5.2. Основы технологии Ethernet. Физическая и логическая топологии
Для понимания принципов Ethernet необходимо общее представление о принципах работы компьютерных сетей и разбиения задачи сетевой связи на уровни, изложенных выше.
Ethernet в переводе с английского означает «Эфирная сеть». Предшественницей этой технологии была система радиосвязи для разбросанных по Гавайскому архипелагу станций под названием ALOHA. Основываясь на принципах, заложенных в ALOHA, компания Xerox построила свою собственную кабельную сеть с пропускной способностью 2,94 Мбит/с для связи максимум 100 компьютеров. Проект оказался настолько успешным, что Xerox совместно с DEC и Intel разработала затем спецификацию для Ethernet на 10 Мбит/с. Позднее эта спецификация легла в основу международного стандарта IEEE 802.3.
В настоящее время термин Ethernet используется для описания всех локальных сетей, использующих метод коллективного доступа к среде передачи данных с опознанием несущей и обнаружением коллизий. Перед тем, как описать этот метод, введем понятие логической топологии сети.
Физическая топология сети – это реальное соединение ее узлов и линий связи. Физическая топология может отличаться от логической. Поясним разницу.
Первые сети Ethernet строили на основе коаксиального кабеля и имели физическую топологию «шина» (рис. 10, б). Современные локальные сети Ethernet и Fast Ethernet строятся на основе витой пары и концентраторов (коммутаторов) по физическим топологиям «звезда» (рис. 10, в) и «дерево» (рис. 10, г). Осталась также обратная совместимость с сетями Ethernet на коаксиале, такие смешанные сети строятся по комбинированной топологии (рис. 10, е).
Логическая топология – это схема соединения, связанная с методом доступа к передающей среде. Поскольку при технологии Ethernet все компьютеры локальной сети имеют возможность одновременного доступа к передающей среде, логическая топология является «шиной». Несмотря на изменение физической топологии в Fast Ethernet, при этом не изменился метод доступа к среде, следовательно, логическая топология также не изменилась.
Для более глубокого понимания смысла логической топологии приведем характерный пример из технологии Token Ring. Тут напротив, используется логическая топология «кольцо», при которой станции сети имеют строго поочередный доступ к передающей среде, независимо от физической топологии сети, которая может быть как кольцом (рис. 10, д), так и шиной (рис. 10, б).
5.3. Метод коллективного доступа с опознанием несущей и обнаружением коллизий
В Ethernet все компьютеры сети имеют возможность одновременно получать данные, которые любой из компьютеров начал передавать на общую шину. Кабель, к которому подключены все компьютеры, работает в режиме коллективного доступа. В конкретный момент времени передавать данные на общую шину может только один компьютер в сети. При этом все компьютеры сети обладают равными правами доступа к среде. Чтобы упорядочить доступ компьютеров к общей шине, используется метод коллективного доступа с опознанием несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD). Опишем этот метод.
Первая часть данного метода описывает принцип коллективного доступа к среде передачи данных.
Когда какая-либо станция А в Ethernet хочет передать кадр станции Б, она пытается вначале определить, что никакая другая станция в это время ничего не передает. В стандарте Ethernet признаком свободной линии является «тишина», то есть напряжение 0 В. В стандарте Fast Ethernet признаком свободного состояния среды является не отсутствие сигналов на шине, а передача по ней специального Idle-символа. Если рабочая станция обнаруживает несущий сигнал, то для нее это является признаком занятости шины и передача данных откладывается, то есть станция переходит в режим ожидания.
В случае если кабель свободен, станция начинает передачу немедленно. По окончании передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать паузу, называемую межкадровым интервалом (Inter Packet Gap, IPG). Эта пауза необходима для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние и для обеспечения равных прав всем станциям на передачу данных, то есть для предотвращения монопольного захвата одной станцией общей шины. По окончании паузы станции сети определяют среду как свободную и могут снова начать передачу данных.
Длительность межкадрового интервала для 10-мегабитного Ethernet составляет 9,6 мкс, а для 100-мегабитного Fast Ethernet – в 10 раз меньше, то есть 0,96 мкс. Межкадровый интервал равен времени, необходимому для передачи 12 байт или 96 бит. Если определить в качестве единицы измерения временного интервала время, необходимое для передачи одного бита — битовый интервал (bt), то межкадровый интервал равен 96 bt. Такой способ определения временных интервалов не зависит от скорости передачи данных и часто используется в стандарте Ethernet.
Вторая часть метода описывает способ разрешения конфликтов, возникающих в разделяемой среде передачи. Если две станции начинают передачу одновременно, то происходит конфликт (коллизия). Все узлы сети должны быть способны распознать возникающую коллизию. Четкое распознавание коллизий всеми станциями сети является необходимым условием корректной работы сети Ethernet. Если какая-либо передающая станция не распознает коллизию и решит, что кадр данных передан ею верно, то этот кадр будет утерян. Из-за наложения сигналов при коллизии информация кадра исказится, и он будет отбракован принимающей станцией из-за несовпадения контрольной суммы.
Искаженная информация будет повторно передана каким-либо протоколом верхнего уровня, например транспортным или прикладным, работающим с установлением соединения. Но повторная передача сообщения протоколами верхних уровней произойдет через значительно более длительный интервал времени по сравнению с микросекундными интервалами, которыми оперирует протокол Ethernet. Поэтому если коллизии не будут надежно распознаваться узлами сети Ethernet, то это приведет к заметному снижению полезной пропускной способности данной сети.
Для того чтобы иметь возможность распознать коллизию, каждая станция прослушивает сеть во время и после передачи кадра. Обнаружение коллизии основано на сравнении посылаемого станцией сигнала и регистрируемого сигнала. Если регистрируемый сигнал отличается от передаваемого, то станция определяет эту ситуацию как коллизию.
Пусть первая станция, решив, что шина свободна, начинает передачу кадра. До самой удаленной от нее второй станции этот кадр дойдет не мгновенно, а через некоторый промежуток времени t. Если немного раньше вторая станция, также решит, что шина свободна, и начинает передачу своего кадра, то возникает коллизия. Искаженная информация дойдет обратно до первой станции также через время t. Поэтому коллизия будет обнаружена первой станцией через время 2 t после начала передачи ею кадра.
Данная характеристика – время разрешения конфликта (время двойного оборота) – имеет огромное значение для эффективности протокола, в частности во многом именно она определяет ограничения на максимальный диаметр сети Ethernet и количество концентраторов на пути распространения сигнала.
Обнаружение коллизии должно произойти до окончания передачи кадра. Отсюда получается простое соотношение между временем, необходимым для передачи кадра минимальной длины T min и задержкой сигнала при распространении в сети:
| T min ³ 2 t, где t – время распространения сигнала по сети Ethernet. | (1) |
Алгоритм отката.
После возникновения коллизии станция, ее обнаружившая, делает паузу, после которой предпринимает следующую попытку передать кадр. Пауза Δ t после коллизии является случайной и выбирается по следующему правилу:
Δ t = L · τ, где
τ – интервал отсрочки равный 512 bt, что при скорости 100 Мбит/с составит 5,12 мкс.
L – целое случайное число, выбранное из диапазона [0; 2N].
N – номер повторной попытки передачи данного кадра.
После первой попытки пауза может либо отсутствовать, либо составлять один или два интервала отсрочки. После второй попытки пауза может либо отсутствовать, либо быть равной одному, двум, трем или четырем интервалам отсрочки и т.д. После 10-й попытки интервал, из которого выбирается пауза, не увеличивается. Таким образом, после десятой попытки передачи кадра случайная пауза может принимать значения от 0 до 1024·512 bt = 524288 bt. Для Ethernet и Fast Ethernet это соответствует временному диапазону от 0 до 52,4 мс и 5,24 мс соответственно.
Передатчик предпринимает всего 16 последовательных попыток передачи кадра. После 16 конфликтов контроллер отказывается от дальнейших попыток передать кадр и сообщает об этом компьютеру. Все дальнейшие действия по исправлению ситуации должны осуществляться высокоуровневыми протоколами.
Такой алгоритм позволяет разрешить коллизии, когда конфликтующих станций немного, а также ликвидировать их за приемлемое время, когда множество станций пытается передавать одновременно.
5.4. Манчестерское кодирование
Обнаружение конфликта представляет собой аналоговый процесс. Аппаратное обеспечение станции должно во время передачи продолжать слушать кабель с целью выявления конфликта. Если сигнал, который станция регистрирует, отличается от передаваемого ею, то на этом основании станция определяет, что произошел конфликт. Как следствие, кодирование сигнала должно позволять установить наличие конфликта (например, наложение двух сигналов напряжением 0 В зарегистрировать не представляется возможным). По этой причине в Ethernet применяется специальное кодирование сигнала.
Прямое двоичное кодирование (рис. 15, а) нулевого бита нулевым напряжением (0 В) и единичного бита ненулевым напряжением (5 В) не применяется, помимо прочего, из-за того, что оно ведет к неоднозначности. В частности, строку бит 00001000 становится невозможно отличить от строки 10000000 ввиду отсутствия различий между свободной линией (0 В) и нулевым битом (также 0 В).
Следовательно, каким-то образом принимающая сторона должна иметь возможность определить начало и конец любого бита безотносительно внутреннего тактового генератора. Это позволяет сделать манчестерское кодирование и дифференциальное манчестерское кодирование.
При манчестерском кодировании (рис. 15, б) каждый интервал времени, который занимает передача одного бита, разделен на два равных под-интервала. Единичный бит кодируется высоким напряжением в продолжении первой половины интервала и низким напряжением в течение второй его части, а нулевой бит кодируется противоположным образом. Изменение напряжения в середине интервала облегчает принимающей стороне синхронизацию с передающей станцией.
Рис. 15. Дискретное кодирование:
а) потенциальное (прямое); б) манчестерское; в) дифференциальное манчестерское.
Дифференциальное манчестерское кодирование (рис. 15, в) представляет собой разновидность обычного манчестерского кодирования. В этом случае единичный бит характеризуется отсутствием изменения напряжения по сравнению с уровнем напряжения во второй половине предшествующего бита. Изменение напряжения в начале бита означает, что это нулевой бит.
Недостаток схемы манчестерского кодирования очевиден – оно имеет вдвое меньшую пропускную способность, чем прямое кодирование. Однако вследствие своей простоты манчестерское кодирование используется в стандарте 802.3. Уровень напряжения составляет +0,85 В и –0,85 В, причем в силу принятой схемы кодирования постоянные токи в кабеле не могут возникнуть.
Частота основной гармоники электрического сигнала называется частотой несущей. Для кабельных систем Ethernet максимальная частота несущей составляет 10 МГц, следовательно, поскольку каждый период несущей кодирует 1 бит информации, битовая скорость передачи при манчестерском кодировании будет равна 10 Мбит/с.
5.5. Формат кадра Ethernet
Максимальный размер кадра Ethernet составляет 1526 байт (12208 бит), а минимальный – 72 байт (576 бит). При частоте передачи 10 МГц время передачи пакета минимальной длины составляет 57,6 мс. Это время несколько больше, чем удвоенное время распространения сигнала, равное 51,2 мс, следовательно условие (1) выполняется. Последняя цифра получена исходя из максимально допустимого в Ethernet расстояния между узлами в 2500 м.
Каждый кадр начинается с преамбулы длиной 7 байт, причем каждый байт преамбулы представляет собой чередующуюся последовательность единиц и нулей. Преамбула позволяет принимающей стороне подстроиться под передающую станцию, т. е. синхронизироваться с ней. Следом за преамбулой идет стартовый байт (10101011), сигнализирующий о начале кадра.
| Байты | 0-1500 | ||||||
| Поле | Преамбула | Начало кадра | Адрес получателя | Адрес отправителя | Длина поля данных | Данные | Контрольная сумма |
Рис. 16. Формат кадра Ethernet.
Далее кадр содержит два 6-байтных поля адреса – получателя и отправителя. Если сетевая плата Ethernet определяет, что адрес получателя совпадает с ее собственным, то, считав кадр, она передает его для дальнейшей обработки на более высокие уровни. Если адреса не совпадают, то кадр игнорируется. Адреса Ethernet могут быть обычными, групповыми и широковещательными. Если все биты адреса равны единице, то это широковещательный адрес, и такой пакет предназначен всем станциям.
Поле длины кадра состоит из двух байтов и определяет длину поля данных (от 0 до 1500 бит). Однако, ввиду ограничений на минимальную длину кадра, поле данных не может быть короче 46 байт. Если же объем передаваемых данных меньше, то поле данных дополняется заполняющими битами.
Заканчивается кадр концевиком – контрольной последовательностью. Она служит для проверки кадра на наличие ошибок.
5.6. Физическая и логическая сегментация Ethernet с помощью повторителей и мостов
Физическим сегментом Ethernet называется отрезок витой пары, соединяющий 2 узла сети при топологии «звезда» и «дерево» или коаксиального кабеля, соединяющей несколько узлов при топологии «шина» (рис. 10, б).
В сетях Ethernet, построенных на топологии «звезда» и «дерево» (рис. 10, в, г), в качестве промежуточного узла применяются концентраторы и коммутаторы. Сигнал, пришедший на один из 2 портов повторителя (или его многопортового аналога – концентратора), копируется им на все остальные порты. Повторитель служит для удлинения линии связи, усиления и улучшения качества сигнала. Концентратор дополнительно служит для объединения нескольких (обычно 8, 16, 24 или 32) станций по топологии «звезда». Концентраторы передают любой сигнал, в том числе и коллизии. При этом они вносят задержку при передаче, поэтому количество концентраторов в сети Ethernet ограничено (см. табл. 10 ниже).
Мост (или его усовершенствованный вариант – коммутатор), в отличие от концентратора, не просто усиливает поступивший сигнал, а считывает адрес станции-отправителя и заносит его в свою оперативную память, запоминая, с какого порта поступил кадр. При поступлении некоторого другого кадра в адрес этой станции коммутатор не отправляет его не на все порты, а только на тот, где, по его сведениям, находится данная станция. Коммутаторы делят сеть Ethernet на логические сегменты. Логический сегмент Ethernet – это участок сети, ограниченный портом коммутатора с одной стороны и сетевыми картами станций с другой. Внутри логического сегмента возможно наличие концентраторов.
Коллизии распространяются только в пределах одного логического сегмента, поэтому он называется также доменом коллизий. Поскольку ограничения на диаметр сети Ethernet и количество концентраторов обусловлены максимальным временем двойного оборота сигнала и необходимостью распознавания конфликта, в сетях Ethernet, построенных на коммутаторах, такого ограничения нет. Так как цена на коммутаторы в последнее время значительно упала, концентраторы используются всё меньше.
5.7. Развитие спецификации Ethernet
Технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet являются дальнейшим развитием Ethernet. Сети Fast Ethernet имеют номинальную пропускную способность в полудуплексном режиме 100 Мбит/с, сети Gigabit Ethernet – 1 Гбит/с. В полнодуплексном режиме при использовании двух пар проводов эти значению удваиваются.
Fast Ethernet и Gigabit Ethernet имеют другое коммуникационное оборудование, сетевые карты, но часто обратно совместимы с Ethernet. Качественные принципы работы Fast и Gigabit Ethernet в общих чертах сходны с Ethernet, различия в основном в количественных характеристиках.
В таблице 10 приведены физические характеристики различных спецификаций Ethernet.
Дата добавления: 2015-12-20; просмотров: 21; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!