При подключении устройств в ARCNet применяют топологию шина или звезда. Адаптеры ARCNet поддерживают метод доступа Token Bus (маркерная шина) и обеспечивают производительность 2,5 Мбит/с. Этот метод предусматривает следующие правила:
· все устройства, подключённые к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер),
· в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом,
· кадр, передаваемый одной станцией, одновременно анализируется всеми остальными станциями сети.
Этот метод доступа излагается после рассмотрения кадров ARCNet.
В сетях ARCNet используется асинхронный метод передачи данных (в сетях Ethernet и Token Ring применяется синхронный метод). Т. е. передача каждого байта в ARCNet выполняется посылкой ISU (Information Symbol Unit - единица передачи информации), состоящей из трёх служебных старт/стоповых битов и восьми битов данных.
В ARCNet определены 5 типов кадров (рис. 3):
· Кадр ITT (Invitations To Transmit) - приглашение к передаче. Станция, принявшая этот кадр, получает право на передачу данных.
· Кадр FBE (Free Buffer Enquiries) - запрос о готовности к приёму данных. С помощью этого кадра проверяется готовность узла к приёму данных.
· Кадр DATA - с помощью этого кадра передаётся пакет данных.
· Кадр ACK (ACKnowledgments) - подтверждение приёма. Подтверждение готовности к приёму данных (ответ на FBE) или подтверждение приёма кадра DATA без шибок (ответ на DATA).
· Кадр NAK (Negative ACKnowledgments) - Узел не готов к приёму данных (ответ на FBE) или принят кадр с ошибкой (ответ на DATA).
ITT FBE DATA ACK NAK
AB
AB
AB
1 AB 1 AB 1
EOT
ENQ
SOH
1 ACK 1 NAK 1
DID
DID
SID
1
DID
2
COUNT
2
Пакет
1-508
CRC
2
Рисунок 3.3. Типы кадров для сетей ARCNet
Цифры на рисунке 3 обозначают длины полей кадров (в байтах). На рисунке введены следующие обозначения полей:
- AB (Alert Burst) - начальный разделитель. Он выполняет функции преамбулы кадра.
- EOT (End Of Transmit) - символ конца передачи.
- DID (Destination Identification) - адрес приёмника (ID приёмника). Если в поле заносится значение 00h, то кадр обрабатывается всеми станциями.
- ENQ (ENQuiry) - символ запроса о готовности к приёму данных.
- SOH (Start Of Header) - символ начального заголовка.
- SID (Source Identification) - адрес источника (ID источника).
- COUNT = 512-N, где N - длина пакета в байтах.
- CRC - контрольная сумма.
- ACK (ACKnowledgments) - символ готовности к приёму данных.
- NAK (Negative ACKnowledgments) - символ не готовности к приёму данных.
Ниже приведено описание метода доступа Token Bus.
Все станции в сети ARCNet определяются 8-битовым ID (Identification - физический адрес сетевого адаптера). Этот адрес устанавливается переключателями на плате.
В сети ARCNet очерёдность передачи данных определяется физическими адресами станций (ID). Первой является станция с наибольшим адресом, затем следует станция с наименьшим адресом, далее - в порядке возрастания адресов. Каждая станция знает адрес следующей за ней станции (NextID или NID). Этот адрес определяется при выполнении процедуры реконфигурации системы. Выполнив передачу данных, станция передаёт право на передачу данных следующей станции при помощи кадра ITT, при этом в поле DID устанавливается адрес NID. Следующая станция передаёт данные, затем кадр ITT и так далее. Таким образом, каждой станции предоставляется возможность передать свои данные. Предположим, что в сети работают станции с физическими адресами 3, 11, 14, 35, 126. Тогда маркер на передачу (кадр ITT) будет передаваться в следующей последовательности: 126®3®11®14®35®126®3 и т. д.
Для передачи пакета станция сначала должна получить маркер. Получив маркер, узел посылает кадр FBE той станции, которой должны быть переданы данные. Если станция-приёмник не готова, она отвечает кадром NAK, в противном случае - ACK. Получив ACK, узел, владеющий маркером, начинает передавать кадр DATA. После отправки кадра передатчик ожидает ответа в течение 75,6 мкс. Если получен ответ ACK, то передатчик передаёт маркер следующей станции. Если получен ответ NAK, то передатчик повторно передаёт приёмнику кадр DATA. Затем, вне зависимости от ответа маркер передаётся следующей станции.
Каждая станция начинает принимать кадр DATA, обнаружив передачу начального разделителя AB. Затем сравнивает значение адреса DID со своим адресом. Если адреса одинаковы или пришёл broadcast-кадр, данные записываются в буфер станции, если нет, то кадр игнорируется. Кадр считается нормально принятым, если он принят полностью, и контрольная сумма совпадает со значением в поле CRC. Получив нормальный кадр DATA, станция передаёт ответ ACK. Если при приёме обнаружена ошибка, то передаётся ответ NAK. В ответ на широковещательный кадр DATA кадры ACK и NAK не передаются.
Рассмотрим, как выполняется реконфигурация сети ARCNet. Реконфигурация сети выполняется автоматически всякий раз при включении новой станции или при потере маркера. Сетевой адаптер начинает реконфигурацию, если в течение 840 мс не получен кадр ITT. Реконфигурация производится с помощью специального кадра реконфигурации (Reconfiguration Burst). Такой кадр длиннее любого другого кадра, поэтому маркер будет разрушен (из-за коллизии), и никакая станция в сети не будет владеть маркером (т. е. правом на передачу). После приёма кадра реконфигурации каждая станция переходит в состояние ожидания на время, равное 146*(256-ID) мкс. Если по окончании тайм-аута передач по сети не было (а это справедливо только для станции с наибольшим адресом ID), то узел передаёт кадр ITT с адресом DID, равным собственному ID. Если ни одна станция не ответила, узел увеличивает DID на единицу и повторяет передачу кадра ITT и т. д. После положительного ответа маркер передаётся ответившей станции, а её адрес ID запоминается как адрес следующей станции (NID). Эта операция повторяется, пока маркер не вернётся к первому узлу (станции с максимальным адресом). При выполнении реконфигурации каждая станция в сети узнаёт следующую за ней станцию. Таким образом формируется логическое кольцо, определяющее последовательность передачи маркера.
3.10 Метод доступа и кадры для сетей FDDI
Адаптеры FDDI поддерживают метод доступа Token Ring (см. п. 2.3.6.2) и обеспечивают производительность 100 Мбит/с. Максимальная длина кольца с оптоволоконным кабелем FDDI - 100 км. Интерфейс FDDI (Fiber Distributed Data Interface) является более современным, чем Ethernet, Token Ring и ARCNet. Сети FDDI можно использовать для объединения нескольких сетей Ethernet, расположенных в разных зданиях (рисунок 2.31).
Часто в качестве адаптеров FDDI используются интеллектуальные концентраторы, выполняющие функции моста, например, NetBuilder II. На рисунке интеллектуальный концентратор обозначен как Hub1. Простой концентратор (Hub2) обычно выполняет роль повторителя. Метод доступа, используемый в сетях FDDI, имеет следующие отличия от Token Ring:
· в Token Ring маркер передаётся следующей станции только после возвращения кадра в узел, который передал этот кадр в сеть; в методе FDDI маркер будет передан непосредственно после передачи кадра данных в сеть,
· в методе FDDI не используется поле приоритета Р (в байте АС).
В сетях FDDI используются два основных типа кадра (рис. 4):
· Data/Command Frame (кадр управление/данные),
· Token (маркер).
Цифры на рисунке 4 обозначают длины полей кадров (в байтах). На рисунке введены следующие обозначения полей:
- P - преамбула. Это поле предназначено для синхронизации.
- SD - признак начала кадра.
- FC - поле, состоящее из следующих областей: CLFFTTTT.
Рис. 4. Использование интерфейса FDDI для объединения сетей Ethernet
Бит C устанавливает класс кадра, который определяет, будет ли кадр использоваться для синхронного или асинхронного обмена. Бит L - это индикатор длины адреса станции (16 или 48 битов). В отличие от Ethernet и Token Ring здесь допускается использование в одной сети адресов той и другой длины. Биты FF определяют, принадлежит ли кадр подуровню MAC (т. е. кадр предназначен для управления кольцом) или подуровню LLC (т. е. кадр предназначен для передачи данных). Если кадр является кадром подуровня MAC, то биты TTTT определяют тип пакета (IPX и т. д.).
- DA - адрес станции-приёмника.
- SA - адрес станции-источника.
- FCS -контрольная сумма.
- ED - конечный ограничитель кадра.
- FS - поле статуса пакета. Это поле содержит поля А (Address Resolution) и C (Frame Copied) (см. рис. 4).
Data/Command Frame Token
P
P
SD
SD
FC
FC
DA
2 или 6
ED
SA
2 или 6
FS
Пакет
до 4500
FCS
ED
1/2
FS
Рисунок 3.4. Типы кадров для сетей FDDI
3.11 Управляющие узлы сетей
Если к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей использует выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции). Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов.
Иногда с увеличением размеров сети и объема сетевого трафика необходимо увеличивать количество серверов. Распределение задач среди нескольких серверов гарантирует, что каждая задача будет выполняться самым эффективным способом из всех возможных.
Круг задач, которые должны выполнять серверы, сложен и многообразен. Чтобы приспособиться к возрастающим потребностям пользователей, серверы в больших сетях стали специализированными.
· Файл-серверы и принт-серверы управляют доступом пользователей соответственно к файлам и принтерам. Например, чтобы работать с текстовым процессором, прежде всего, необходимо запустить его на своем компьютере. Документ текстового процессора, хранящийся на файл-сервере, загружается в память Вашего компьютера, и, таким образом, можно работать с этим документом на своем компьютере. Другими словами, файл-сервер предназначен для хранения файлов и данных.
· На серверах приложений выполняются прикладные части клиент-серверных приложений, а также находятся данные, доступные клиентам. Например, чтобы упростить извлечение данных, серверы хранят большие объемы информации в структурированном виде. Эти серверы отличаются от файл- и принт-серверов. В последних файл или данные целиком копируются на запрашивающий компьютер. А в сервере приложений на запрашивающий компьютер пересылаются только результаты запроса.
Приложение-клиент на удаленном компьютере получает доступ к данным, хранимым на сервере приложений. Однако вместо всей базы данных на Ваш компьютер с сервера загружаются только результаты запроса. Например, Вы можете получить список студентов, родившихся в ноябре.
· Почтовые серверы управляют передачей электронных сообщений между пользователями сети.
· Факс-серверы управляют потоком входящих и исходящих факсимильных сообщений через один или несколько факс-модемов.
· Коммуникационные серверы управляют потоком данных и почтовых сообщений между этой сетью и другими сетями, мэйнфреймами или удаленными пользователями через модем и телефонную линию.
В расширенной сети использование серверов разных типов приобретает особую актуальность. Необходимо поэтому учитывать все возможные нюансы, которые могут проявиться при разрастании сети, с тем, чтобы изменение роли определенного сервера в дальнейшем не отразилось на работе всей сети.
Рассмотрим явные преимущества сетей на основе сервера.
· Разделение ресурсов. Сервер спроектирован так, чтобы предоставлять доступ к множеству файлов и принтеров, обеспечивая при этом высокую производительность и защиту. Администрирование и управление доступом к данным осуществляется централизованно.
· Защита. Основным аргументом при выборе сети на основе сервера является, как правило, защита данных. В таких сетях проблемами безопасности может заниматься один администратор: он формирует политику безопасности и применяет ее в отношении каждого пользователя сети.
· Резервное копирование данных. Поскольку жизненно важная информация расположена централизованно, т.е. сосредоточена на одном или нескольких серверах, нетрудно обеспечить ее регулярное резервное копирование.
· Избыточность. Благодаря избыточным системам, данные на любом сервере могут дублироваться в реальном времени, поэтому в случае повреждения основной области хранения данных информация не будет потеряна — легко воспользоваться резервной копией.
· Количество пользователей. Сети на основе сервера способны поддерживать тысячи пользователей. Сетями такого размера, будь они одноранговыми, было бы невозможно управлять.
· Аппаратное обеспечение. Так как компьютер пользователя не выполняет функций сервера, требования к его характеристикам зависят от потребностей самого пользователя.
3.12 Форматы представления данных
Глобальные компьютерные сети строятся на различных принципах программной и материально-технической базе. Мы попытаемся рассмотреть, в общих чертах, наиболее яркий пример некоммерческой глобальной сети – Internet. Как и все глобальные сети, сеть Internet объединяет огромное число пользователей на всех континентах земного шара и дает возможность обобществлять информационное пространство в единую систему протоколов и услуг. Но Internet не просто глобальная компьютерная сеть, а сеть сетей, объединяющая в своем составе несколько глобальных и тысячи локальных корпоративных сетей имеющих различные принципы организации физические среды и программные коммуникационные сервисы. Возможность такого объединения кроется в принятии главной технологии сетевых взаимоотношений – IP-маршрутизации, построенной на основе семейства протоколов TCP/IP, о которых вкратце говорилось ранее. Аппаратную основу данной технологи представляет система шлюзов и сквозная IP-маршрутизация.
В терминах глобальных сетей шлюзом является некоторый компонент сети, имеющий возможность преобразовывать элементарные единицы информации сетевой среды – пакеты одной системы в другую с сохранением адресной доставки по назначению, а маршрутизацией называют процесс управления полным описанием пути прохождения пакета от источника к адресату. Шлюзами могут быть как компьютеры, так и устройства класса маршрутизаторов.
Различают пассивные и активные шлюзы. Первые не осуществляют преобразование пакетов, а лишь управляют их маршрутизацией и доставкой, а вторые полностью изменяют характеристики пакетов, преобразуя их к виду, требуемому какой-либо конкретной архитектурой локальной или глобальной сети. Поэтому, пассивные шлюзы используются в корпоративных локальных и глобальных сетях на основе протоколов семейства TCP/IP, а активные – для других, имеющих отличные от первых принципы организации и протоколы, но свободно интегрируемые в состав Internet. В связи с таким положением, сеть сетей Internet с точки зрения локальных и глобальных пользователей, в нее входящих, представляет собой систему протоколов обмена информацией и сервисных возможностей, функционирующих на основе локальных сетей и объединяемых единой системой протоколов межсетевого взаимодействия семейства TCP/IP. В Internet имеется множество протоколов и сервисов, каждый из которых представляет отдельную информационную систему, или интегрируется с другими. Можно сказать, что практически для каждого сервиса существует свой протокол или система протоколов и наоборот.
В основу Internet положены принципы обмена информацией максимально децентрализующие и сегментирующие систему в целом и делающие отдельные ее сегменты независимыми и устойчивыми к глобальным проблемам. В основе информационного обмена лежит принцип маршрутизации элементарных единиц информации – пакетов, каждый из которых имеет конкретный адрес. Доставка пакетов может происходить по различным физическим и программным принципам. Для передачи информации могут использоваться все известные физические среды и те, которые появятся в будущем, т.к. нет никаких принципиальных или технических ограничений. Такие принципы организации привели к тому, что сеть сетей развивалась совершенно самостоятельно и ненаправленно, а новые возможности появлялись в ней настолько быстро, насколько любую теоретическую идею, предложенную отдельным независимым разработчиком можно было воплотить в работающую систему и опробовать. Поэтому, в настоящее время, в Internet имеются десятки сервисных возможностей и систем, некоторые из которых, дублируют свои информационные функции. Пользователям остается выбирать среди тех, которые распространены в их местности и более привлекательны.
Интересно, что в 1969 году в сети – прародителе Internet – ARPANET было лишь 4 компьютера, в 1972 – 37, а сейчас только в крупных городах США, таких как Вашингтон, насчитывается более 300 тыс. пользователей, а во всей сети в целом более 70 тыс. доменов и более 4.5-х млн. хост-машин, каждой из которых могут принадлежать десятки пользователей.
3.13 Система основных транспортных протоколов Internet
Рассмотрим систему основных протоколов глобальных сетей немного подробнее. Говорю немного, т.к. на самом деле, их детальное описание занимает не одну тысячу страниц текста с описанием стандартов, иллюстрациями и фрагментами программного кода на всех известных алгоритмических языках. Мы ограничимся лишь некоторым поверхностным терминологическим ознакомлением.
Все протоколы глобальных сетей предназначены для организации обмена информацией и функционирования определенного рода сервисных возможностей. Многие из них были созданы, непосредственно, для организации строго определенной сервисной информационной системы, другие – для предоставления более глобальных возможностей всей системе протоколов или сети в целом. В общем случае различат транспортные протоколы, основным назначением которых является доставка пакетов; протоколы маршрутизации и межсетевого взаимодействия и сервисные протоколы или протоколы высокого уровня, при помощи которых осуществляется реализация и взаимодействие определенных сервисных систем, используемые пользователями в прикладных задачах.
Все протоколы операционных систем обслуживаются своими драйверами и/или демон-процессами, осуществляющими постоянный мониторинг или активирующимися при наступлении определенного события, либо при получении сообщения заданного вида. Кроме того, транспортные протоколы организуют структуру, называемую стеком протокола, которая предназначена для мультиплексной обработки нескольких пакетов в многозадачной и многопользовательской сетевой среде. При этом все сервисные протоколы и протоколы маршрутизации работают на основе транспортных протоколов, т.к. для осуществления их функций необходимо нормальное прохождение пакетов, обеспечиваемое транспортными протоколами. Поэтому, кроме стека конкретного протокола, в многозадачных системах существует еще одна структура, называемая стеком протоколов. Стек протоколов строится конкретным приложением, осуществляющим определенные сервисные действия. Однако, многие операционные системы реализуют комплексные библиотеки сетевого взаимодействия, поддерживающие сразу несколько протоколов и организующие их стеки.
Основу транспортных протоколов для топологии Ethernet составляют протоколы TCP и UDP, а для физического подключения по коммутируемым и выделенным телефонным линиям – SLIP, CSLIP и PPP. Одним из основных протоколов маршрутизации является RIP. Сервисных протоколов достаточно много, т.к. они соответствуют каждому сервису, поэтому их уместнее рассматривать совместно с их сервисом.