Введение в архитектуру компьютеров

         

Топология локальных сетей


Топология – это конфигурация соединения элементов ЛВС. Основные топологические решения делят, как правило, на два типа:

·

широковещательные, в которых каждый PS (Physical Signalling) передает сигналы, которые могут восприниматься всеми остальными PS. К таким конфигурациям относятся "шина", "дерево" и "звезда с пассивным

центром";

·        последовательные, где каждый физический подуровень передает информацию только одному из PS. К таким топологиям относятся "кольцо", "цепочка", "звезда с интеллектуальным центром", "снежинка" и "сетка".



 

Рис. 3.3.

Топология "шина"

Основной тип конфигурации ЛВС – "шина" (рис. 3.3). Коммуникации между территориально распределенными устройствами в ЛВС в чем-то похожи на коммуникации между модулями в компьютерах: высокая скорость передачи данных, частая смена структуры потока, неравномерная загрузка. Основное их отличие состоит в том, что скорость передачи данных в ЛВС может быть ниже, а длительность "взрывной интенсивности" больше. Наличие высокоскоростного общего канала – наиболее характерная особенность всех новых локальных вычислительных сетей.

Из-за неравномерного характера потока данных последние обычно передаются в форме пакетов, структура которых представлена на рис. 3.4. Так как одно устройство может получать пакеты от нескольких других устройств, то адрес отправителя – неотъемлемая часть структуры пакета.

Адрес

получателя

Адрес

отправителя

Данные

Контрольная сумма

Рис. 3.4.

Структура пакета

Возможность широковещательного обращения реализуется резервированием специального адреса получателя для значения "Всем". Предполагается, что пакет с этим адресом будет обрабатываться всеми устройствами.

Эффект от использования шины в ЛВС состоит в том, что внутренние шины компьютера как бы увеличиваются и охватывают целую территорию.


Шины обеспечивают процессору доступ к периферийным устройствам, блокам памяти или другим процессорам, находящимся на значительном расстоянии от ЭВМ, но подключенных к шине (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Подключение терминала в ЛВС

Сетевой контроллер управляет использованием шины, а процессор вызовов (ПВ) управляет интерфейсом с терминалами. ПВ отвечает за установку (создание) виртуального канала через сеть к порту ЭВМ и за освобождение этого канала по окончании сеанса связи с терминалом. Во время сеанса ПВ получает данные от терминала, создает пакеты для ЛВС и направляет их сетевому контроллеру, обеспечивающему передачу пакета по шине.

Если, как это принято в UNIX, компьютер реагирует на любой введенный символ, пакет должен приниматься и формироваться для каждого вводимого символа.

Шина обычно представляет собой пассивную среду и поэтому обладает очень высокой надежностью. При использовании конфигурации "шина" возникает ряд проблем:

· каждая станция должна успеть распознать свой адрес за время, меньшее, чем время передачи данных;

· любая станция должна обеспечивать достаточную мощность сигнала, посылаемого в шину, чтобы он мог достичь наиболее удаленных станций;

· так как все станции наблюдают весь трафик, шина принципиально не защищаема, поэтому к секретным данным должны быть применены специальные способы защиты.



Рис. 3.6. Конфигурация типа "дерево"



Рис. 3.7. Конфигурация типа "звезда"

Конфигурация типа "дерево" (рис. 3.6) образуется путем соединения нескольких шин активными повторителями или пассивными размножителями. Она более гибкая, чем тип "шина", и легко позволяет охватить несколько этажей или несколько зданий.

Широкополосные ЛВС с конфигурацией типа "дерево" обычно имеют корень. Это означает, что сеть обладает особой управляющей позицией, в которой размещаются самые важные компоненты ЛВС. Деревья с корнем уязвимы, так как выход из строя оборудования, размещенного в корне, блокирует работу сети.



Конфигурация типа "звезда" (рис. 3.7) – это дальнейшее развитие конфигурации "дерево с корнем" с ответвлением к каждому подключаемому устройству. Эта топология традиционна в практике обычных коммуникационных систем и дает высокую скорость обмена информацией.

В центре "звезды" размещается коммутирующее устройство, которое должно дублироваться, поскольку является очень важным для жизнедеятельности системы. Иногда в центре "звезды" может находиться пассивный соединитель или активный повторитель (простые и надежные устройства). В сетях ARCNet (фирма Datapoint) используются оба варианта. Эта конфигурация требует значительного расхода кабеля.

Теперь рассмотрим конфигурации последовательного типа. Здесь к передатчикам и приемникам предъявляются более низкие требования, чем в широковещательных конфигурациях.

В конфигурациях типа "кольцо" (рис. 3.8) и "цепочка" (рис. 3.9) для устойчивого функционирования ЛВС требуется постоянная работа всех блоков физической среды PMA (Physical Medium Attachment). Чтобы ослабить это требование, в каждый блок включается реле. В нормальном режиме реле замкнуты и размыкаются в случае потери питания или других неисправностей.

Рис.3.8. Конфигурация типа "кольцо"

Для упрощения разработки PMA и PS в конфигурации "кольцо" сигналы передаются по кольцу только в одном направлении. Каждая станция располагает памятью объемом от нескольких байтов до целого пакета. Наличие памяти замедляет передвижение данных в кольце и обусловливает задержку, длительность которой растет с увеличением количества станций.

Если передача информации осуществляется по полному кругу, станция-получатель может установить в процессе обработки пакета некий символ, подтверждающий факт получения информации. Например, в ЛВС Cambridge Ring, включающей около 50 станций с кольцом в 2 км, возврат подтверждения осуществляется за 20 – 25 мкс.

 Рис.3.9. Конфигурация типа "цепочка"

 Рис. 3.10. Конфигурация "звездообразное кольцо"

<


Удаление пакетов из сети может осуществляться либо станцией-получателем, либо, по завершении круга, станцией-отправителем.

Существуют специальные программы – "сборщики мусора", которые в случае порчи отдельных станций опознают и уничтожают невостребованные пакеты.

Конфигурация "кольцо" сильно уязвима в отношении отказов, так как выход из строя какого-либо элемента кабеля останавливает работу всей сети. Некоторым выходом является конфигурация "звездообразное кольцо" (рис. 3.10), все "лучи" которой содержат по две линии. Общение между станциями осуществляется через центральный блок (обычно пассивный), который используют для локализации неисправностей.

Достоинство "звездообразного кольца" – простота управления. Отметим некоторые недостатки:

· значительно увеличивается длина кабеля;

· для каждой вновь подключенной машины необходимо прокладывать свой кабель. 

Конфигурация типа "цепочка", как и "кольцо", уязвима в отношении отказов и также требует регенерации сигналов каждой станцией. Передача информации через физическую среду здесь должна осуществляться в двух направлениях.

Конфигурация типа "сетка" (рис. 3.11) применяется в глобальных сетях,



Рис. 3.11.

Конфигурация типа "сетка"



Рис.3.12. Конфигурация типа "снежинка"

поскольку позволяет выбирать наиболее дешевый путь для связывания абонентов. В ЛВС – это менее важное достоинство, так как передающая среда не является дорогостоящим ресурсом.

Конфигурация типа "снежинка" представлена на рис. 3.12.

На сегодняшний день получили распространение различные гибридные конфигурации, вобравшие в себя лучшие свойства ряда перечисленных топологических решений.


Содержание раздела