Література
План лекції
Лекція №6. Стандарти локальних мереж і протокол канального рівня
1. Загальна характеристика протоколів ЛМ.
2. Стандарт ІЕЕЕ 802.х.
3. Протокол управління логічним каналом.
1. Антонов В. М. Сучасні комп’ютерні мережі / Валерій Миколайович Антонов. – К. : МК-Прес, 2005. – 480 с.
2. Бройдо В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности "Прикладная информатика" и "Информационные системы в экономике" / В. Л. Бройдо, О. П. Ильина. – 3-е изд. – Москва [и др.]: Питер, 2008. – 765 с.: ил., табл.; 24 см.
3. Валецька Т. М. Комп'ютерні мережі. Апаратні засоби: навч. посіб. для студ. вищ. навч. закл. / Тетяна Михайлівна Валецька. – К. : Центр навчальної літератури, 2004. – 208 с.
4. Гук М. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия : [Наиболее полн. и подроб. рук.] / Михаил Гук. – СПб. : Питер, 2000.– 572 с.
5. Жуков І. А. Комп’ютерні мережі та технології: навч. посіб. для студ. вищих навч. закл. / Жуков І. А., Гуменюк В. О., Альтман І. Є.. – К. : НАУ, 2004. – 276 с. – (Комп'ютерні технології).
6. Компьютеры, сети, Интернет: Энциклопедия: Наиболее полн. и подроб. рук. / Ю. Новиков, Д. Новиков, А. Черепанов, В. Чуркин; Под общ. ред. Ю. Новикова. – 2. изд. – М. [ и др.]: Питер, 2003 (СПб.: ГПП Печ. Двор им. А.М. Горького). – 831 с.: ил.; 24 см.
7. Новиков Ю. В. Локальные сети: Архитектура, алгоритмы, проектирование / Новиков Ю. В., Кондратенко С. В. – М.: ЭКОМ, 2002. – 311 с.: ил.; 23 см. – (Современные компьютерные технологии).
8. Оглтри Т. В. Модернизация и ремонт сетей / Терри Оглтри ; [пер. с англ. И. В. Берштейна и др.]. – 4-е изд. – М. [и др.]: Вильямс, 2005 (ГПП Печ. Двор). – 1321 с.: ил.; 24 см. – (Библиотека Скотта Мюллера).
9. Олифер В. Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы [Текст]: учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению "Информатика и вычислительная техника" и по специальностям "Вычислительные машины, комплексы, системы и сети", "Автоматизированные машины, комплексы, системы и сети", "Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем" / В. Олифер, Н. Олифер. – 4-е изд. – Москва [и др.]: Питер, 2010. – 943 с.: ил.; 24 см. – (Учебник для вузов).
10. Олифер В. Г. Новые технологии и оборудование IP-сетей / Виктор Олифер, Наталья Олифер. – СПб. и др.: BHV, 2000. – 512 с.: ил., табл.; 24 см. – (Мастер) (Современные сетевые технологии).
11. Таненбаум Э. Компьютерные сети / Э. Таненбаум ; [пер. с англ. В. Шрага]. – 4-е изд. – М. [и др.]: Питер, 2005. – 991 с.: ил., табл.; 24 см. – (Классика computer science).
12. Ретана А. Принципы проектирования корпоративных IP-сетей: Основополагающие принципы построения масштабируемых IP-сетей: Экзамен на получение квалификации сертифиц. специалиста по межсетевому обмену CISCO / Альваро Ретана, Дон Слайс, Расс Уайт; [Пер. с англ. и ред. А.В. Журавлева]. – М. [и др.]: Вильямс, 2002. – 367 с.: ил.; 24 см. – (Сертифицированный специалист по межсетевому обмену CISCO).
13. Руководство по технологиям объединенных сетей: [настол. справ. специалиста по сетевым технологиям] / Cisco Systems, Inc. ; [пер. с англ. и ред. А.Н. Крикуна]. – 4-е изд. – М. [и др.]: Вильямс, 2005 (СПб.: ГПП Печ. Двор). – 1033 с.: ил., табл.; 24 см.
14. Уилсон Э. Мониторинг и анализ сетей. Методы выявления неисправностей / Эд Уилсон; [Пер. с англ.]
При організації взаємодії вузлів у локальних мережах основна роль приділяється протоколу канального рівня. Однак для того, щоб канальний рівень міг справитися з цією задачею, структура локальних мереж повинна бути цілком визначеною, так, наприклад, найпопулярніший протокол канального рівня — Ethernet — розрахований на паралельне підключення усіх вузлів мережі до загальної для них шини — відрізку коаксіального кабелю чи ієрархічної деревоподібної структури сегментів, утворених повторювачами. Протокол Token Ring також розрахований на цілком визначену конфігурацію — з'єднання комп'ютерів у вигляді логічного кільця.
Подібний підхід, що полягає у використанні простих структур кабельних з'єднань між комп'ютерами локальної мережі, відповідав основній меті, яку ставили перед собою розроблювачі перших локальних мереж у другій половині 70-х років. Ця мета полягала в знаходженні простого і дешевого рішення для об'єднання в обчислювальну мережу декількох десятків комп'ютерів, що знаходяться в межах одного будинку. Рішення повинне було бути недорогим, оскільки в мережу об’єднувалися недорогі комп'ютери – міні-комп'ютери вартістю в 10 000-20 000 доларів, які з'явилися і швидко поширилися в той час. Кількість їх в одній організації була невеликою, тому межа в кілька десятків (максимум — до сотні) комп'ютерів представлялася цілком достатньою для росту практично будь-якої локальної мережі.
Для спрощення і, відповідно, здешевлення апаратних і програмних рішень розробники перших локальних мереж зупинилися на спільному використанні кабелів усіма комп'ютерами мережі в режимі поділу часу, тобто режимі TDM. Найбільш явним чином режим спільного використання кабелю виявляється в класичних мережах Ethernet, де коаксіальний кабель фізично являє собою неподільний відрізок кабелю, загальний для усіх вузлів мережі. Але й у мережах Token Ring і FDDI, де кожна сусідня пара комп'ютерів з'єднана, здавалося б, своїми індивідуальними відрізками кабелю з концентратором, ці відрізки не можуть використовуватися комп'ютерами, що безпосередньо до них підключені, у довільний момент часу. Ці відрізки утворять логічне кільце, доступ до якого як до єдиного цілого може бути отриманий тільки по цілком визначеному алгоритму, у якому беруть участь усі комп'ютери мережі. Використання кільця як загального поділюваного ресурсу спрощує алгоритми передачі кадрів по ньому, тому що в кожен конкретний момент часу кільце використовується тільки одним комп'ютером.
Використання поділюваних середовищ (shared media) дозволяє спростити логіку роботи мережі. Наприклад, відпадає необхідність контролю переповнення вузлів мережі кадрами від багатьох станцій, що вирішили одночасно обмінятися інформацією. У глобальних мережах, де відрізки кабелів, що з'єднують окремі вузли, не розглядаються як загальний ресурс, така необхідність виникає, і для рішення цієї проблеми в протоколи обміну інформацією вводяться дуже складні процедури керування потоком кадрів, що запобігають переповнення каналів зв'язку і вузлів мережі.
Використання в локальних мережах дуже простих конфігурацій (загальна шина і кільце) поряд з позитивними мало і негативні наслідки, з яких найбільш неприємними були обмеження по продуктивності і надійності. Наявність тільки одного шляху передачі інформації, поділюваного усіма вузлами мережі, у принципі обмежувало пропускну здатність мережі пропускною здатністю цього шляху (яка поділялася в середньому на число комп'ютерів мережі), а надійність мережі — надійністю цього шляху. Тому в міру підвищення популярності локальних мереж і розширення їхніх сфер застосування усе більше стали застосовуватися спеціальні комунікаційні пристрої — мости і маршрутизатори, — які значною мірою знімали обмеження єдиного поділюваного середовища передачі даних. Базові конфігурації у формі загальної шини і кільця перетворилися в елементарні структури локальних мереж, які можна тепер з'єднувати один з одним більш складним чином, утворити паралельні основні чи резервні шляхи між вузлами.
Проте усередині базових структур як і раніше працюють все ті ж протоколи поділюваних єдиних середовищ передачі даних, що були розроблені більш 15 років тому. Це зв'язано з тим, що такі характеристики кабелів локальних мереж, як добра швидкість і надійність, задовольняли протягом усіх цих років користувачів невеликих комп'ютерних мереж, що могли побудувати мережу без великих витрат тільки за допомогою мережних адаптерів і кабелю. До того ж колосальна інсталяційна база устаткування і програмного забезпечення для технологій Ethernet і Token Ring сприяла тому, що склався наступний підхід: у межах невеликих сегментів використовуються старі протоколи в їхньому незмінному виді, а об'єднання таких сегментів у загальну мережу відбувається за допомогою додаткового і досить складного устаткування.
За останні кілька років намітився рух до відмови від поділюваних середовищ передачі даних у локальних мережах і переходу до застосування активних комутаторів, до яких кінцеві вузли приєднуються індивідуальними лініями зв'язку. У чистому виді такий підхід пропонується в технології АТМ (Asynchronous Transfer Mode), а в технологіях, що носять традиційні назви з приставкою switched (такий, що комутується): switched Ethernet, switched Token Ring, switched FDDI, звичайно використовується змішаний підхід, що з’єднує поділювані та індивідуальні середовища передачі даних. Найчастіше кінцеві вузли з'єднуються в невеликі поділювані сегменти за допомогою повторювачів, а сегменти з'єднуються один з одним за допомогою індивідуальних зв'язків, що комутуються.
Існує і досить помітна тенденція до використання в традиційних технологіях так званої мікро-сегментації, коли навіть кінцеві вузли відразу з'єднуються з комутатором індивідуальними каналами. Такі мережі є дорожчими від поділюваних чи змішаних, але продуктивність їх вища.
При використанні комутаторів у традиційних технологіях з'явився новий режим роботи — напівдуплексний (full-duplex). У поділюваному сегменті станції завжди працюють у напівдуплексному режимі (half-duplex), тому що в кожен момент часу мережний адаптер станції або передає свої дані, або приймає чужі, але ніколи не робить це одночасно. Це справедливо для всіх технологій локальних мереж, тому що поділювані середовища підтримуються не тільки класичними технологіями локальних мереж Ethernet, Token Ring, FDDI, але і всіма новими – Fast Ethernet, lOOVG-AnyLAN, Gigabit Ethernet.
У напівдуплексному режимі мережний адаптер може одночасно передавати свої дані в мережу і приймати з мережі чужі дані. Такий режим нескладно забезпечується при прямому з'єднання з мостом/комутатором чи маршрутизатором, тому що вхід і вихід кожного порту такого пристрою працюють незалежно один від одного, кожний зі своїм буфером кадрів.
Сьогодні кожна технологія локальних мереж пристосована для роботи як у напівдуплексному, так і повнодуплексному режимах. У цих режимах обмеження, що накладаються на загальну довжину мережі, істотно відрізняються, так що та сама технологія може дозволяти будувати дуже різні мережі в залежності від обраного режиму роботи (який залежить від того, які пристрої використовуються для з'єднання вузлів — повторювачі чи комутатори). Наприклад, технологія Fast Ethernet дозволяє для напівдуплексного режиму будувати мережі діаметром не більш 200 метрів, а для повнодуплексного режиму обмежень на діаметр мережі не існує. Тому при порівнянні різних технологій необхідно обов'язково мати на увазі можливість їхньої роботи в двох режимах.
Незважаючи на появу нових технологій, класичні протоколи локальних мереж Ethernet і Token Ring за прогнозами фахівців будуть повсюдно використовуватися ще принаймні років 5-10, у зв'язку з чим знання їхніх деталей необхідно для успішного застосування сучасної комунікаційної апаратури. Крім того, деякі сучасні високопродуктивні технології, такі як Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, у значній мірі зберігають сумісність зі своїми попередниками. Це ще раз підтверджує важливість вивчення класичних протоколів локальних мереж поряд з вивченням нових технологій.
