Принципы построения локальных сетей

Характеристика локальной сети FDDI



Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDI ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

Повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мб/с. Повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода – повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т.п.

Максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Использование двух колец – это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят им воспользоваться, должны быть подключены к обоим кольцам. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля первичного (Primary) кольца, поэтому этот режим назван режимом Thru – «сквозным» или «транзитным». Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется с вторичным, образуя вновь единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap, то есть «свертывание» или «сворачивание» колец.

Операция свертывания производится силами концентраторов и / или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры, данные по первичному кольцу всегда передаются против часовой стрелки, а по вторичному – по часовой.

Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

В стандартах FDDI отводится много внимания различным процедурам, которые позволяют определить наличие отказа в сети, а затем произвести необходимую реконфигурацию. Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов ее элементов. При множественных отказах сеть распадается на несколько не связанных сетей.

Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа. Этот метод очень близок к методу доступа сетей Token Ring и также называется методом маркерного (или токенного) кольца – token ring.

Станция может начать передачу своих собственных кадров данных только в том случае, если она получила от предыдущей станции специальный кадр-токен доступа. После этого она может передавать свои кадры, если они у нее имеются, в течение времени, называемого временем удержания токена – Token Holding Time (THT). После истечения времени THT станция обязана завершить передачу своего очередного кадра и передать токен доступа следующей станции. Если же в момент принятия токена у станции нет кадров для передачи по сети, то она немедленно транслирует токен следующей станции. В сети FDDI у каждой станции есть предшествующий сосед (upstream neighbor) и последующий сосед (downstream neighbor), определяемые ее физическими связями и направлением передачи информации.

Каждая станция в сети постоянно принимает передаваемые ей предшествующим соседом кадры и анализирует их адрес назначения. Если адрес назначения не совпадает с ее собственным, то она транслирует кадр своему последующему соседу. Нужно отметить, что, если станция захватила токен и передает свои собственные кадры, то на протяжении этого периода времени она не транслирует приходящие кадры, а удаляет их из сети.

Если же адрес кадра совпадает с адресом станции, то она копирует кадр в свой внутренний буфер, проверяет его корректность (в основном, по контрольной сумме), передает его поле данных для последующей обработки протоколу, лежащего выше FDDI уровня (например, IP), а затем передает исходный кадр по сети последующей станции. В передаваемом в сеть кадре станция назначения отмечает три признака: распознавания адреса, копирования кадра и отсутствия или наличия в нем ошибок.

После этого кадр продолжает путешествовать по сети, транслируясь каждым узлом. Станция, являющаяся источником кадра для сети, ответственна за то, чтобы удалить кадр из сети, после того, как он, совершив полный оборот, вновь дойдет до нее. При этом исходная станция проверяет признаки кадра, дошел ли он до станции назначения и не был ли при этом поврежден. Процесс восстановления информационных кадров не входит в обязанности протокола FDDI, этим должны заниматься протоколы более высоких уровней.

FDDI определяет протокол физического уровня и протокол подуровня доступа к среде (MAC) канального уровня. Как и многие другие технологии локальных сетей, технология FDDI использует протокол 802.2 подуровня управления каналом данных (LLC), определенный в стандартах IEEE 802.2 и ISO 8802.2. FDDI использует первый тип процедур LLC, при котором узлы работают в дейтаграммном режиме – без установления соединений и без восстановления потерянных или поврежденных кадров.

Физический уровень разделен на два подуровня: независимый от среды подуровень PHY (Physical), и зависящий от среды подуровень PMD (Physical Media Dependent). Работу всех уровней контролирует протокол управления станцией SMT (Station Management).

Уровень PMD обеспечивает необходимые средства для передачи данных от одной станции к другой по оптоволокну. В его спецификации определяются:

Требования к мощности оптических сигналов и к многомодовому оптоволоконному кабелю 62.5/125 мкм.

Требования к оптическим обходным переключателям (optical bypass switches) и оптическим приемопередатчикам.

Параметры оптических разъемов MIC (Media Interface Connector), их маркировка.

Длина волны в 1300 нанометров, на которой работают приемопередатчики.

Представление сигналов в оптических волокнах в соответствии с методом NRZI.

Спецификация TP-PMD определяет возможность передачи данных между станциями по витой паре в соответствии с методом MLT-3. Спецификации уровней PMD и TP-PMD уже были рассмотрены в разделах, посвященных технологии Fast Ethernet.

Уровень PHY выполняет кодирование и декодирование данных, циркулирующих между MAC-уровнем и уровнем PMD, а также обеспечивает тактирование информационных сигналов. В его спецификации определяются:

кодирование информации в соответствии со схемой 4B/5B;

правила тактирования сигналов;

требования к стабильности тактовой частоты 125 МГц;

правила преобразования информации из параллельной формы в последовательную.

Уровень MAC ответственен за управление доступом к сети, а также за прием и обработку кадров данных. В нем определены следующие параметры:

протокол передачи токена

правила захвата и ретрансляции токена

формирование кадра

правила генерации и распознавания адресов

правила вычисления и проверки 32-разрядной контрольной суммы.

Уровень SMT выполняет все функции по управлению и мониторингу всех остальных уровней стека протоколов FDDI. В управлении кольцом принимает участие каждый узел сети FDDI. Поэтому все узлы обмениваются специальными кадрами SMT для управления сетью. В спецификации SMT определено следующее:

алгоритмы обнаружения ошибок и восстановления после сбоев

правила мониторинга работы кольца и станций

управление кольцом

процедуры инициализации кольца.

Отказоустойчивость сетей FDDI обеспечивается за счет управления ровным

SMT другими уровнями: с помощью уровня PHY устраняются отказы сети по физическим причинам, например, из-за обрыва кабеля, а с помощью уровня MAC – логические отказы сети, например, потеря нужного внутреннего пути передачи токена и кадров данных между портами концентратора.

В следующей таблице представлены результаты сравнения технологии FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring.



Таблица 1. результаты сравнения технологии FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring

Характеристика

FDDI

Ethernet

Token Ring

Битовая скорость

100 Мбит/с

10 Мбит/с

16 Мбит/с

Топология

Двойное кольцо деревьев

Шина/звезда

Кольцо/звезда

Метод доступа

Маркер (доля от времени оборота)

CSMA/CD

Маркер (система резерв. приоритетов)

Среда передачи

оптоволокно, STP

коакс., TP, оптоволокно

TP, оптоволокно

Макс. длина сети (без мостов)

200 км (100 км на кольцо)

2500 м

1000 м

Макс. расст-е между узлами

2 км

2500 м

100 м

Макс. кол-во узлов

1000 соединений

1024

260

Тактирование и восстановление после отказов

Распределенная реализация тактирования и восстановления после отказов

Не определены

Активный монитор



Характеристики FDDI

высокая степень отказоустойчивости;

способность покрывать значительные территории, вплоть до территорий крупных городов;

высокая скорость обмена данными;

возможность поддержки синхронного мультимедийного трафика;

гибкий механизм распределения пропускной способности кольца между станциями;

возможность работы при коэффициенте загрузки кольца близком к единице;

возможность легкой трансляции трафика FDDI в трафики таких популярных протоколов как Ethernet и Token Ring за счет совместимости форматов адресов станций и использования общего подуровня LLC.



Характеристика сеансового уровня модели OSI



Сеансовый уровень (Session layer) обеспечивает управление диалогом: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации. Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, а не начинать все сначала. На практике немногие приложения используют сеансовый уровень, и он редко реализуется в виде отдельных протоколов, хотя функции этого уровня часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.

Сеансовый уровень – управление диалогом объектов прикладного уровня:

установление способа обмена сообщениями (дуплексный или полудуплексный);

синхронизация обмена сообщениями;

организация «контрольных точек» диалога.



Характеристика потока данных



В настоящее время широко распространены интерактивные сервисы, построенные на базе протоколов семейства TCP/IP. Поэтому, будем считать, что транспортом для данных являются протоколы этого семейства.

Протоколы семейства IP не предполагают гарантированной доставки данных; наиболее широко используются для передачи мультимедийных потоков (например, сжатые голос и видео в ip-телефонии).

Протоколы семейства TCP наоборот рассчитаны на гарантированную доставку данных, что осуществляется посредством подтверждения каждого принятого клиентом пакета. С использованием протокола TCP построена масса полезных сервисов, таких как, электронная почта (e-mail), web – сервера (http), передача данных (ftp) и т.д. Сетевые узлы, использующие сервисы, основанные на протоколах семейства TCP, можно разделить на поставщиков услуг (передают данные и принимают подтверждения) и пользователей (получают данные и отправляют подтверждения).

Абоненты системы спутникового телевидения являются потребителями услуг. Следовательно, поток данных будет, в основном, состоять из подтверждений приема пакетов (протоколы семейства tcp), и сжатого голоса и видео (например, ip-телефония, протоколы семейства ip). Поток подтверждений будет состоять из маленьких пакетов (40 байт), разделенных одинаковым расстоянием, которое определяется сегментом сети с минимальной скоростью передачи. За один раз может быть подтвержден прием одного или нескольких пакетов с данными. Потерянные пакеты должны передаваться повторно. Однако, изменение расстояния между пакетами не столь критично, если значение не превышает некоторого порога, зависящего от состояния сети.

Поток ip-телефонии также будет состоять из коротких пакетов (50–80 байт), с одинаковыми расстояниями (10–30 мсек). Для мультимедийного потока не требуется повторной передачи потерянных пакетов. Необходимо, чтобы объем потерь не превышал некоторого порога. Более критичным является расстояние между пакетами. В идеале это расстояние не должно меняться.

Итак, поток данных, исходящий из абонентской станции, будет состоять из пакетов размером меньше 1 слота (204 байта) с одинаковыми расстояниями между ними. От алгоритма распределения ресурсов требуется гарантия выделения слотов и сохранение неизменности расстояний между ними.



Характеристика топологии сети типа «Кольцо»



Кольцевая топология (ring topology) представляет собой непрерывную магистраль для передачи данных, не имеющую логической начальной или конечной точек и, следовательно, терминаторов.

При использовании топологии «кольцо» ПК подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый ПК. В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый ПК выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему ПК. Поэтому, если выйдет из строя один ПК, прекращает функционировать вся сеть. Физически реальное «кольцо» выглядит так же, как и «звезда». Все компьютеры подключаются к концентратору, в котором и образуется логическое кольцо. Один из принципов передачи данных в кольцевой сети носит название передачи маркера. Суть его состоит в том, что маркер последовательно, от одного ПК к другому, передается до тех пор, пока его не получит тот, который «хочет» передать данные.

Передающий ПК изменяет маркер, помещает электронный адрес в данные и посылает их по кольцу. Данные проходят через каждый ПК, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя, указанным в данных. После этого принимающий ПК посылает передающему сообщение, в котором подтверждает факт приема данных. Получив подтверждение, передающий ПК создает новый маркер и возвращает его в сеть. На первый взгляд, кажется, что передача маркера занимает много времени, однако на самом деле маркер передается практически со скоростью света. В кольце диаметром 300 м маркер может циркулировать с частотой 10 000 оборотов в секунду.

Кольцевой топологией легче управлять, чем шинной, поскольку оборудование, используемое для построения кольца, упрощает локализацию дефектного узла или неисправного кабеля. Данная топология хорошо подходит для передачи сигналов в локальных сетях, поскольку она справляется с большим сетевым трафиком лучше, чем шинная топология.

В целом можно сказать, что по сравнению с шинной топологией, кольцевая обеспечивает более надежную передачу данных. Однако кольцевая топология намного дороже шинной. Обычно для ее развертывания требуется больше кабеля и сетевого оборудования. Кроме того, кольцо не так широко распространено как шинная топология, из-за чего ограничен выбор оборудования и меньше возможностей для осуществления высокоскоростных коммуникаций.

локальный модель протокол файл


Общая характеристика протокола передачи файлов



FTP (протокол передачи файлов) это широко используемое приложение. Оно является стандартом Internet для передачи файлов. Передача файлов заключается в копировании целого файла из одной системы в другую. Чтобы использовать FTP, необходимо иметь открытый бюджет на сервере, или можно воспользоваться так называемым анонимным FTP (anonymous FTP).

Как и Telnet, FTP был создан для того, чтобы работать между хостами работающими под управлением различных операционных систем, использующих различные структуры файлов и, возможно, различные наборы символов. Telnet, однако, обеспечивает связь между разнородными системами, заставляя каждого участника соединения работать с одним и тем же стандартом: NVT, использующий 7-битный ASCII. FTP сглаживает различия между системами с использованием другого подхода. FTP поддерживает ограниченное количество типов файлов (ASCII, двоичное и так далее) и структуру файлов (поток байтов или ориентированный на запись).

RFC 959 [Postel and Reynolds 1985] является официальной спецификацией FTP. Этот RFC описывает историю и развитиие передачи файлов в течение времени.

Протокол FTP

FTP отличается от других приложений тем, что он использует два TCP соединения для передачи файла.

Управляющее соединение устанавливается как обычное соединение клиент-сервер. Сервер осуществляет пассивное открытие на заранее известный порт FTP (21) и ожидает запроса на соединение от клиента. Клиент осуществляет активное открытие на TCP порт 21, чтобы установить управляющее соединение. Управляющее соединение существует все время, пока клиент общается с сервером. Это соединение используется для передачи команд от клиента к серверу и для передачи откликов от сервера. Тип IP сервиса для управляющего соединения устанавливается для получения «минимальной задержки», так как команды обычно вводятся пользователем.

Соединение данных открывается каждый раз, когда осуществляется передача файла между клиентом и сервером. Тип сервиса IP для соединения данных должен быть «максимальная пропускная способность», так как это соединение используется для передачи файлов.

Интерактивный пользователь обычно не видит команды и отклики, которые передаются по управляющему соединению. Эти детали оставлены двум интерпретаторам протокола. Квадратик, помеченный как «пользовательский интерфейс», это именно то, что видит интерактивный пользователь (полноэкранный интерфейс, основанный на меню, командные строки и так далее). Интерфейс конвертирует ввод пользователя в FTP команды, которые отправляются по управляющему соединению. Отклики, возвращаемые сервером по управляющему соединению, конвертируются в формат, удобный для пользователя. Существуют два интерпретатора протокола, которые по необходимости используют две функции передачи данных.






Список литературы



			Кузин, А.В., Демин, В.М. Компьютерные сети: Учебное пособие. – М.: Форум: ИНФРА-М, 2005. – 192 с.

			Максимов, Н.В., Попов, И.И. Компьютерные сети: Учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования. – М.: Форум: ИНФРА-М, 2003. – 336 с.

			Олифер, В.Г., Олифер, Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. СПб.: Питер, 2006. – 392 с.

	





2