Корпоративная информационная сеть

    Выбор длины поля данных диктовался уровнем  ошибок (BER) для технологий, существовавших на момент разработки стандарта Ethernet.

    Для разного быстродействия Ethernet используются разные схемы кодирования, но алгоритм доступа и формат кадра остается неизменным, что гарантирует программную  совместимость.

    Кадр Ethernet имеет формат, показанный на рис. 1 

    Рис. 1 Формат кадра сетей Ethernet (цифры  в верхней части рисунка показывают размер поля в байтах) 

    Поле  преамбула содержит 7 байт 0хАА и  служит для стабилизации и синхронизации  среды (чередующиеся сигналы CD1 и CD0 при завершающем CD0), далее следует поле SFD (start frame delimiter = 0xab), которое предназначено для выявления начала кадра. Поле EFD (end frame delimiter) задает конец кадра. Поле контрольной суммы (CRC - cyclic redundancy check), также как и преамбула, SFD и EFD, формируются и контролируются на аппаратном уровне. В некоторых модификациях протокола поле efd не используется.

    Следует учитывать, что для сетей Ethernet практически  нет ограничений по размеру (за счет использования оптоволоконных переключателей). Сеть может быть локальной, общегородской или даже междугородней. 

    2) Тoken Ring

    Сеть Token Ring первоначально была разработана  компанией IBM в 1970 гг. Она попрежнему является основной технологией IBM для  локальных сетей (LAN) , уступая по популярности среди технологий LAN только Ethernet/IEEE 802.3. Спецификация IEEE 802.5 почти идентична и полностью совместима с сетью Token Ring IBM. Она была фактически создана по образцу Token Ring IBM, и продолжает отслеживать ее разработку. Термин "Token Ring" oбычно применяется как при ссылке на сеть Token Ring IBM, так и на сеть IEEE 802.5. Сети Token Ring и IEEE 802.5 в основном почти совместимы, хотя их спецификации имеют относительно небольшие различия. Сеть Token Ring IBM оговаривает звездообразное соединение, причем все конечные устройства подключаются к устройству, называемому "устройством доступа к многостанционной сети" (MSAU), в то время как IEEE 802.5 не оговаривает топологию сети (хотя виртуально все реализации IEEE 802.5 также базируются на звездообразной сети).

    Token Ring является главным примером  сетей с передачей маркера.  Сети с передачей маркера перемещают  вдоль сети небольшой блок  данных, называемый маркером. Владение  этим маркером гарантирует право  передачи. Если узел, принимающий маркер, не имеет информации для отправки, он просто переправляет маркер к следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркер в течение определенного максимального времени.

    Если  у станции, владеющей маркером, имеется  информации для передачи, она захватывает маркер, изменяет у него один бит (в результате чего маркер превращается в последовательность "начало блока данных"), дополняет информацией, которую он хочет передать и, наконец, отсылает эту информацию к следующей станции кольцевой сети. Когда информационный блок циркулирует по кольцу, маркер в сети отсутствует (если только кольцо не обеспечивает "раннего освобождения маркера" - early token release), поэтому другие станции, желающие передать информацию, вынуждены ожидать. Следовательно, в сетях Token Ring не может быть коллизий. Если обеспечивается раннее высвобождение маркера, то новый маркер может быть выпущен после завершения передачи блока данных.

    Информационный  блок циркулирует по кольцу, пока не достигнет предполагаемой станции назначения, которая копирует информацию для дальнейшей обработки. Информационный блок продолжает циркулировать по кольцу; он окончательно удаляется после достижения станции, отославшей этот блок. Станция отправки может проверить вернувшийся блок, чтобы убедиться, что он был просмотрен и затем скопирован станцией назначения.

    После появления в сети нового компьютера система Token Ring инициализирует его таким  образом, чтобы он стал частью кольца. Этот процесс включает проверку уникальности адреса; уведомление всех узлов сети о появлении нового узла. При подсоединении компьютера он включается в кольцо.

    Кадр  Тoken Ring имеет следующий вид: 

    В отличие от сетей CSMA/CD (например, Ethernet) сети с передачей маркера являются детерминистическими сетями. Это  означает, что можно вычислить максимальное время, которое пройдет,прежде чем любая конечная станция сможет передавать. Эта характеристика, а также некоторые характеристики надежности, которые будут рассмотрены дальше, делают сеть Token Ring идеальной для применений, где задержка должна быть предсказуема и важна устойчивость функционирования сети. Примерами таких применений является среда автоматизированных станций на заводах. [1] 

    3) FDDI

    Стандарт  на "Волоконно-оптический интерфейс  по распределенным данным" (FDDI) был выпущен ANSI X3Т9.5 (комитет по разработке стандартов) в середине 1980 гг. В этот период быстродействующие АРМ проектировщика уже начинали требовать максимального напряжения возможностей существующих локальных сетей (LAN) (в oсновном Ethernet и Token Ring). Возникла необходимость в новой LAN, которая могла бы легко поддерживать эти АРМ и их новые прикладные распределенные системы. Одновременно все большее значение уделяется проблеме надежности сети, т.к. администраторы систем начали переносить критические по назначению прикладные задачи из больших компьютеров в сети. FDDI была создана для того, чтобы удовлетворить эти потребности.

    Хотя  реализации FDDI сегодня не столь распространены, как Ethernet или Token Ring, FDDI приобрела значительное число своих последователей, которое увеличивается по мере уменьшения стоимости интерфейса FDDI. FDDI часто используется как основа технологий, а также как средство для соединения быстродействующих компьютеров, находящихся в локальной области.

    Стандарт FDDI определяет 100 Mb/сек. LAN с двойным кольцом и передачей маркера, которая использует в качестве среды передачи волоконно-оптический кабель. Он определяет физический уровень и часть канального уровня, которая отвечает за доступ к носителю; поэтому его взаимоотношения с эталонной моделью OSI примерно аналогичны тем, которые характеризуют IEEE 802.3 и IЕЕЕ 802.5.

    Хотя  она работает на более высоких  скоростях, FDDI во многом похожа на Token Ring. Oбe сети имеют одинаковые характеристики, включая топологию (кольцевая сеть), технику доступа к носителю (передача маркера) и др.

    FDDI устанавливает применение двойных  кольцевых сетей. Трафик по  этим кольцам движется в противоположных  направлениях. В физическом выражении  кольцо состоит из двух или  более двухточечных соединений  между смежными станциями. Одно из двух колец FDDI называется первичным кольцом, другое-вторичным кольцом. Первичное кольцо используется для передачи данных, в то время как вторичное кольцо обычно является дублирующим.

    "Станции  Класса В" или "станции,  подключаемые к одному кольцу" (SAS) подсоединены к одной кольцевой сети; "станции класса А" или "станции, подключаемые к двум кольцам" (DAS) подсоединены к обеим кольцевым сетям. SAS подключены к первичному кольцу через "концентратор", который обеспечивает связи для множества SAS. Koнцентратор отвечает за то, чтобы отказ или отключение питания в любой из SAS не прерывали кольцо. Это особенно необходимо, когда к кольцу подключен РС или аналогичные устройства, у которых питание часто включается и выключается.

    Кадр FDDI  аналогичен кадру Token Ring.

    4) ARCNET

    ARCnet (Attached Resource Computing Network) — нестандартная  сетевая архитектура, разработанная  корпорацией Datapoint в середине 1970-х  годов. Метод доступа основан  на передаче маркера в сети  с шинной топологией; поддерживаются коаксиальный и волоконно-оптический кабели, а также витая пара. Сетевые устройства ARCnet применяются в локальных сетях небольших организаций. Недостатком этой архитектуры является невысокая скорость передачи данных (2,5 Мбит/с), которая ниже, чем в Ethernet и Token Ring. Технология ARCnet частично соответствует стандарту IEEE 802.4 как сеть с передачей маркера (логическое кольцо). Из всех видов локальных сетей ARCNET обладает самыми широкими возможностями в области используемых топологий. В одной сети могут быть применены топологии «шина», «звезда», «дерево». Особенностью архитектуры является возможность использования длинных сегментов, а в качестве среды передачи — коаксиальный, оптоволоконный кабели, витая медная пара.

    Каждому узлу в сети присваивается уникальный адрес в диапазоне от 1 до 255. Стандарт arcnet поддерживает работу с пакетами двух длин: <253 или 506. Отличительной особенностью сети является низкая избыточность - заголовки пакетов имеют длину 3-4 байта. Все пакеты в arcnet начинаются с байта, содержащего единицы во всех разрядах. Всего в arcnet используется пять разновидностей пакетов:

    Пакет маркер. Рабочая станция, получившая такой пакет, может что-нибудь послать.

    Запрос  свободного буфера (FBE - free buffer enquire). Служит для выяснения возможности приема данных получателем.

    Подтверждение получения (ACK), посылается в ответ  на FBE при корректном приеме.

    Отрицательное подтверждение (NAK), посылается в случае приема с ошибкой.

    Пакет, содержащий информацию, адрес получателя, отправителя и контрольную сумму.

    Все кадры начинаются с аппаратного  заголовка и завершаются пользовательскими  данными, в начале которых всегда присутствует программный заголовок. Между аппаратным и программным  заголовками вводится заполнитель, обеспечивающий постоянство длин пакетов. Этот заполнитель удаляется интерфейсом так, что программа его не видит.

    Короткие  кадры могут содержать от 0 до 249 байт полезной информации. Длинные  кадры могут нести от 253 до 504 байт. Для того, чтобы иметь возможность  работать с кадрами, содержащими 250, 251 или 252 байт информации, введен специальный формат (exception). Форматы этих кадров ARCNET представлены на рис. 4.1.5.2.

    Аrcnet позволяет делить длинные внешние пакеты или сообщения на ряд фрагментов, максимальное число которых может достигать 120.

    Сети ARCNET отличаются дешевизной, простотой  установки и эксплуатации. За последнее  время в связи с резким удешевлением Ethernet-интерфейсов это преимущество несколько нивелировалось.

    У каждой из рассмотренных технологий есть свои преимущества и недостатки. Их можно характеризовать так: Ethernet – относительно простые алгоритмы работы с сетью, простая логика сети. Но отсутствует гарантия времени доступа к сети, как и механизмы, обеспечивающие приоритетное обслуживание. Token Ring идеальна в среде автоматизированных станций на заводах, благодаря предсказуемости задержки и устойчивости функционирования сети. FDDI – первая технология, позволяющая работать с оптоволокном. Т.о. FDDI обладает высокой скоростью передачи данных. ARCNET – дешёвая и простая в установке и эксплуатации. Однако в последнее время Ethernet, благодаря удешевлению интерфейсов и поддержке оптоволокна, вышел на лидирующую позицию. Исходя из этого, данная курсовая работа будет построена на основе технологии Ethernet.

    Выбор сетевых устройств 

    Кабели:

    Коаксиальный  кабель. Это один из первых проводников, использовавшихся для создания сетей. Содержит в себе центральный проводник, слой изолятора в медной или алюминиевой оплетке и внешнюю ПВХ изоляцию. Максимальная скорость передачи данных - 10 Мбит. 
Кабель достаточно сильно подвержен электромагнитным наводкам. В случае повреждения ремонтируется с трудом (требуется пайка и тщательная изоляция), но даже после этого 
восстановленный участок работает медленно и нестабильно: появляются искажения электромагнитных волн, распространяющихся в коаксиальном кабеле, что приводит к потерям информации. В настоящее время коаксиальный кабель в основном используется в качестве проводника сигнала спутниковых тарелок и прочих антенн. В локальных сетях применяется кабель с волновым сопротивлением 50 Ом, а для передачи TV сигнала - 75 Ом, они не совместимы между собой. В современных компьютерных сетях использование коаксиального кабеля, как правило, не оправданно.