Топология сети общая шина

На рисунке все компьютеры подключены к общей шине или магистрали (провод, который соединяет все ПК в одну локальную сеть). Главной отличительной чертой топологии сетей общая шина является равноправие всех рабочих станций, т.е. компьютеров, а поддерживаемым видом связи является полудуплексная связь (т.е. поочередным обмен данными по одному и тому же каналу передачи данных). Давайте не заходить вглубь, а сразу перейдем к достоинствам и недостаткам топологии сети общая шина.

Достоинства топологии сети общая шина

· надежность сети очень высокая

Очевидно, что при выходе из стоя любого компьютера, основная линия связи останется цела и сможет легко функционировать.

· возможность полноценной передачи информации

Данный пункт подразумевает, что происходит передача пакетов абсолютно всем подсоединенным компьютерам, т.е. не надо множество раз отправлять данные на каждый компьютер в сети.

· легкая расширяемость

Для увеличения количества компьютеров в сети достаточно просто подключить его к нашей общей шине и вуаля. Т.е. даже ребенок сможет с данной технологией совладать.

· легкость в управлении

Контроль над сетью так же не является особо сложным элементом в топологии сети общая шина, поэтому ставим очередной плюс.

 

 

Недостатки топологии сети общая шина

Мы с вами познакомились с общими принципами топологии сети общая шина и с преимуществами. Теперь можно и поговорить о недостатках данной топологии.

· обрыв шины

Если выходит из строя компьютера (рабочая станция), то это поправимо, а вот обрыв шины (главного проводка, на котором и держится вся технология) ведет к неминуемой гибели всей сети.

· сложность нахождения поломки

У нас абсолютно все сетевые адаптеры находятся в рабочем состоянии, поэтому процесс нахождения неисправного сетевого оборудования на нише является очень трудным.

· сложность сетевой кары

Сетевая карта при топологии сети общая шина устроена сложнее, так как ей приходится дополнительно бороться с различными коллизиями, возникающими в сети.

· Терминаторы. Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают терминаторы (terminators), поглощающие эти сигналы. Все концы сетевого кабеля должны быть к чему-нибудь подключены, например к компьютеру или к баррел-коннектору — для увеличения длины кабеля. К любому свободному — неподключенному — концу кабеля должен быть подсоединен терминатор, чтобы предотвратить отражение электрических сигналов..

чтобы не возникало отражений, обязательно на концах кабеля должны присутствовать терминаторы, что само по себе несет дополнительную трудность.

Вот мы и рассмотрели основные достоинства и недостатки топологии сети - общая шина. Я могу сказать, что именно данную топологию используют во многих школах, так как она действительно не требует особых умений и специальных знаний в области телекоммуникационных систем. Далее мы познакомимся с двумя оставшимися топологиями и так же рассмотрим их преимущества и недостатки.

 

Топология сети звезда

Мы уже с вами рассматривали иерархическую структуру построения, так вот топология сети звезда является как бы частным случаем данной структуры. Т.е. в центре стоящее устройство выполняет функции коммутатора (switch): соединяет компьютеры друг с другому, естественно после подачи сигнала одним из них.

 

 

Как мы видим из рисунка, центральным звеном в топологии сети звезда выступает концентратор, но на данном месте может находиться и еще один компьютер. Надо заметить, что у главной части топологии сети звезда состав оборудования более мощный и, конечно же, более сложный, т.к. все функции выполняются именно на нем.

Если центральным звеном в топологии сети звезда является концентратор, то происходит передача информации сразу всех рабочим станциям локальной сети, т.е. кроме отсутствия магистрали у нас будет топология сети общая шина. А вот с компьютером в центре все происходит централизованно и различные конфликты, при передаче данных от одной рабочей станции к другой, становятся просто неосуществимы. И ни о каком равноправии, как в предвидущей топологии говорить не приходится, ведь именно главный элемент управляет и контролирует все происходящее.

Давайте поговорим о надежности топологии сети звезда. Выход из рабочего состояния одного из звеньев нашей топологии ни как не повлияет на работу всего механизма звезды, а вот выход из строя центрального компонента убивает сразу все локальную сеть. Поэтому необходимо уделять самое пристальное внимание именно центральной части топологии локальной сети звезда.

 

Положительные стороны топологии сети звезда

· понятная структура

· простой контроль за надежностью

 

 

Проблемы топологии сети звезда

Мы изучаем в каждой топологии сети ее проблемы. Но зачем это нужно? А дело все в том, что для каждой определенной цели существуют свой набор предпочтений, которые являются наиболее важными. Т.е. и вы можете, исходя из преимуществ и недостатков, определить какая же топология вам наиболее подходит. А теперь давайте рассмотрим основные проблемы, которые существуют у топологии сети звезда:

· ограничение количества узлов

В топологии сети звезда у главного звена может быть 8 или 16 портов, поэтому множество компьютеров подключить невозможно. Но сразу замечу, что данная проблема решается путем подсоединения дополнительного центрального узла:

· затухание сигналов

Надо отметить, что проблему затухания сигналов проще решить именно в топологии сети звезда, чем в общей шине, так как центральный элемент передает сигналы с одинаковой амплитудой, что логично.

· использование не по max канала связи

· сложность реализации

 

Вся сложность в топологии сети звезда ложиться на главное звено, в котором очень сложно реализовать сразу кодовое и скоростное преобразования, когда у нас будут разнородные сети.

 

Топология сети кольцо

 

Давайте начнем с нашей топологией общая шина, вот она на рисунке:

Мы просто соединяем наши концы магистрали друг с другом. И вот что у нас выходит (уж как смог нарисовать):

На рисунке уже изображена топология сети кольцо. Т.е. теперь у нас каждый персональный компьютер подсоединен к соседним компьютерам. И, соответственно, в топологии сети кольцо передавать данные он может только переднему соседу, а получать только от заднего соседа. Этим мы экономим общую рабочую силу, так как в сети при приеме и при передаче работает только один приемник и один передатчик.

Топология сети кольцо отличается от остальных тем, что выполняет функции повторителя (происходит ретрансляция приходящего сигнала на каждой рабочей станции). От звезды наша топология сети кольцо отличается еще и тем, что нет явно выраженного центрального элемента, хотя один компьютер и является управляющим в нашей локальной сети.

Так же из-за отсутствия центрального элемента и соединенной магистрали, топология сети кольцо является более устойчивой, чем пройденные топологии. И свободно можно управляться с большим объемом передаваемых данных, ведь у нас нет ни каких промежуточных звеньев цепи, да и не могут появиться различные коллизии в нашей локальной сети.

К сожалению, выход хотя бы одного персонального компьютера из строя рушит полностью всю нашу топологию сети кольцо. Для обеспечения дополнительной надежности прокладывают вторую линию передачи данных, параллельную основной. Это способствует передачи данных в разные стороны:       

 

В топологии сети кольцо данное решение в разы увеличивает надежность сети, и происходит увеличение передачи данных. Вот мы и рассмотрели все основные используемые топологии сетей. Надо заметить, что существуют и еще их разновидности, которые представляют собой просто смесь из пройденных топологий. Например, топологию сети кольцо частенько в фирмах применяют совместно с топологией сети звезда. Т.е. каждый отдел является кольцом, от которого отходит магистраль к главному компьютеру, образуя звезду.

 

Не случайно мы рассмотрели все три базовые топологии компьютерных локальных сетей и не выделили лучшей. Это сделано из-за того, что в каждом конкретном случае может подходить конкретная топология. Это может быть связанно и со структурой сети, и с денежными возможностями компании и множества других причин.

 

 Формат протокола стандарта сети Ethernet и принцип работы

 

Ethernét (этернет, от лат. aether — эфир) — пакетная технология компьютерных сетей, преимущественно локальных.

 

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring.

 

 

В сетевых технологиях, различают такие понятия как фрейм (frame) и пакет (packet).

Новички сетевых технологий, часто делают ошибки в использовании этих терминов и считают что эти термины являются синонимами, но это не так.

Давайте определимся, что же называют фреймами, а что называют пакетами.

Фреймами называют некоторое число байт, которые содержат в себе заголовк Layer 2 OSI и концевик, вместе с инкапсулированными данными (в инкапсулированных данных обычно содержатся так же другие заголовки, других уровней).

Пакетами же часто описывают Layer 3 заголовок вместе с данными. (так же инкапсулированы могут заголовки вышестоящих уровней), но уже без заголовка Layer 2 и концевика (trailer).

Используя знания, полученные в предыдущих статьях, мы знаем, что hub это устройство первого уровня (то есть устройство не знает ни о какой информации, оно не знает о Layer 2 заголовках, и тем более уж о Layer 3).

Но, в то же время, Switch обычно это Layer 2 устройство (то есть оно понимает заголовок Layer 2 Header) и исходя из этого может делать некоторые действия (например брать MAC адрес получателя, искать к какому порту этот MAC-адрес привязан и отправлять фрейм только туда и никуда больше.).

Так же существуют и Layer 3 коммутаторы.

Итак, спецификация Ethernet. Давайте поговорим о ней. Какие они были, какие они сейчас.

Первым основателем Ethernet спецификации стала такая компания как DIX , на самом деле это группа компаний: Digital Equipment Corp, Intel , Xerox.

В начале 1980х годах, IEEE стандартизировала технологию Ethernet , эта технология разделялась на две части:

802.3 Media Access Control (MAC)

802.2 Logical Link Control (LLC)

 

Существует несколько версий Ethernet фрейма, давайте рассмотрим их.

 

1. Ethernet DIX.

 

 

2.   IEEE Ethernet 802.3.

 

 

 

3. IEEE 802.3 с SNAP заголовком.

 

Теперь разберем поля поподробнее.

 

1. Preamble – преамбула, существует во всех версиях Ethernet кадра. Но есть некоторые отличия.

 

Эти отличия есть между DIX версией и остальными.

В DIX версии, это поле занимало 8 байт.

 

Вообще, что такое преамбула вообще? Это некая совокупность 0 и 1, которая используется для синхронизации. То есть говорит ресиверу, что будет принят ethernet кадр.

 

В DIX преамбула была 8 байт, семь первых байтов содержало последовательность 10101010 и так семь раз (7 байт), последний 8-ой байт выглядел так: 10101011.

В 802.3 преамбула стала 7 байт, которые так содержало последовательность 10101010 (7 раз, 7 байт) и было добавлено еще одно поле, которое назвали SD (Start of Frame Delimiter ), что означает : начало ethernet кадра.

Собственно тоже самое что и в DIX реализации, только выделено дополнительное поле. Вместо одного как в DIX’е.

 

2. Destination address – адрес получателя. MAC адрес. – 6 байт.

3. Source address – адрес отправителя. MAC адрес. – 6 байт.

4. Length – длина фрейма. Это поле указывает на размер фрейма целиком, для того, чтоб получатель мог “предсказать” окончание пакета. Размер поля 2 байта.

 

5. Data – непосредственно сами данные, их размер может варьироваться от 46 до 1500 байт.

6. FCS – проверка целостности фрейма.

 

Эти поля относятся к первой части 802.3 Ethernet – MAC.

Так же присутствует как мы помним и вторая часть LLC, давайте рассмотрим ее поля.

 

DSAP – Destination Service Access Point. 1 байтовое поле. Это точка доступа к сервису системы получателя, которая указывает на то, в каком месте системы получателя буферов памяти следует разместить данные фрейма.

 

SSAP – Source Service Access Point – так же 1 байтовое поле. Это точка доступа к сервису системы отправителя, которая указывает на то, в каком месте системы отправителя буферов памяти следует разместить данные фрейма.

 

Control. Управление. Размер поля 1-2 байта. Это поле указывает на тип сервиса, который необходим для данных. В зависимости от того, какой сервис нужно предоставить, поле может быть как 1 так и 2 байта.

 

Заголовок SNAP – занимает 5 байт. Состоит из двух полей – OUI и TYPE.

При приеме данных, приемник должен знать, какой из сетевых протоколов должен получить входящие данные (например, IP). Для этого и предназначено набор этих полей SNAP – Sub Network Access Protocol (протокол доступа к подсетям).

 

OUI – Код организации, 3 байта. Идентификатор организации или производителя. Совпадает с первыми 3-мя байтами MAC адреса отправителя.

TYPE – Локальный код. Поле длиной 2 байта. Функцианально это тоже самое что и Ethertype в заголовке Ethernet II.

Как же может устройство определить, какой тип ethernet кадра принимается? Ведь существует DIX формат (Ethernet II), 802.3 и 802_3 с SNAP ?

Все очень просто. Давайте рассмотрим алгоритм определения.

 

1. Устройство получает фрейм. Смотрит на поле Lenght/Type (помним, оно занимает 2 байта). Если значение больше чем 1518 байт (размер всего фрейма с заголовками), то это уже не Ethernet II , а 802.3 или 802.3 SNAP, потому как только в Ethernet II указывается размер в указанном поле.

 

2. Допустим Lenght/Type у нас больше 1518 (0×5FE).

 

Здесь нам нужно определить, какой фрейм 802.3 или 802.3 SNAP. Это делается на основе заголовка LLC (802.2), таких как DSAP,SSAP и SNAP. Заметим, что SNAP это расширение заголовков DSAP и SSAP (Сервисов стало настолько много, что в 1 байте не удавалось закодировать тот или иной сервис и пришлось создавать еще одну реализацию, которая называется 802.3 SNAP).

SSAP и DSAP обычно принимают одно и тоже значение. Поле Control принимает обычно значение 0×03, что означает, что нет необходимости устанавливать соединение на канальном уровне (Layer 2).

 

3. И все же, как определить какой формат Ethernet передается, 802.3 или 802.3 SNAP?

Если передается кадр с SNAP, то значение первого и второго байта данных (по сути это наши SSAP и DSAP) равны 0xAA, а третьего (по сути нашего Control) равняется 0×03.

 

Вот такой алгоритм работает при том, как определить какой формат кадра передается на приемник.

 

По формату кадров пока все.

 

Сейчас немного поговорим о адресации на канальном уровне, так же называемой Mac – адресацией.

 

На канальном уровне, адресация проходит по MAC адресам (помните, когда рассматривали ethernet кадр, первые поля были Destination Address и Source Address, которые занимали 6 байт). Эти адреса имеют 48 битный формат и записываются в 16-ом виде.

 

Тут стоит отметить тот факт, что, существуют юникастовые рассылки (грубо говоря точка-точка), а существуют множественные рассылки (от одного к нескольким). Это определяется по первому биту MAC адреса, если этот бит равен 1, то это значит что осуществляется множественная рассылка (например широковещательная рассылка, такой адрес имеет все единицы), если первый бит равен “0″, юникастовая рассылка.

 

Mac адрес состоит как бы из двух частей. Первые три байта прикреплены к той или иной компании, которая производит сетевые устройства, тоесть например устройства Cisco имеет определнные 3 байта одинаковые (некоторые компании имеют не один такой адрес, а целый пул адресов), а вторые 3 байта, это непосредственно уникальный адрес сетевого устройства.

 

Поля имеют следующие назначения:

· Преамбула: 7 байт, каждый из которых представляет чередование единиц и нулей 10101010. Преамбула позволяет установить битовую синхронизацию на приемной стороне.

· Ограничитель начала кадра (SFD, start frame delimiter): 1 байт, последовательность 10101011, указывает, что далее последуют информационные поля кадра. Этот байт можно относить к преамбуле.

· Адрес назначения (DA, destination address): 6 байт, указывает MAC-адрес станции (MAC-адреса станций), для которой (которых) предназначен этот кадр. Это может быть единственный физический адрес (unicast), групповой адрес (multicast) или широковещательный адрес (broadcast).

· Адрес отправителя (SA, source address): 6 байт, указывает MAC-адрес станции, которая посылает кадр.

· Поле типа или длины кадра (T or L, type or length): 2 байта. Существуют два базовых формата кадра Ethernet (в английской терминологии raw formats - сырые форматы) - Ethernet_II и IEEE 802.3 (рис.1), причем различное назначение у них имеет именно рассматриваемое поле. Для кадра Ethernet_II в этом поле содержится информация о типе кадра. Ниже приведены значения в шестнадцатеричной системе этого поля для некоторых распространенных сетевых протоколов: 0x0800 для IP, 0x0806 для ARP, 0x809B для AppleTalk, 0x0600 для XNS, и 0x8137 для IPX/SPX. С указанием в этом поле конкретного значения (одного из перечисленных) кадр приобретает реальный формат, и в таком формате кадр уже может распространяться по сети.

Для кадра IEEE 802.3 в этом поле содержится выраженный в байтах размер следующего поля - поля данных (LLC Data). Если эта цифра приводит к общей длине кадра меньше 64 байт, то за полем LLC Data добавляется поле Pad. Для протокола более высокого уровня не возникает путаницы с определением типа кадра, так как для кадра IEEE 802.3 значение этого поля не может быть больше 1500 (0x05DC). По этому, в одной сети могут свободно сосуществовать оба формата кадров, более того один сетевой адаптер может взаимодействовать с обоими типами посредством стека протоколов.

· Данные (LLC Data): поле данных, которое обрабатывается подуровнем LLC. Сам по себе кадр IEEE 802.3 еще не окончательный. В зависимости от значений первых нескольких байт этого поля, могут быть три окончательных формата этого кадра IEEE 802.3:

· Ethernet_802.3 (не стандартный, в настоящее время устаревающий формат, используемый Novell) - первые два байта LLC Data равны 0xFFFF;

· Ethernet_SNAP (стандартный IEEE 802.2 SNAP формат, которому отдается наибольшее предпочтение в современных сетях, особенно для протокола TCP/IP) - первый байт LLC Data равен 0xAA;

· Ethernet_802.2 (стандартный IEEE 802.2 формат, взят на вооружение Novell в NetWare 4.0) - первый байт LLC Data не равен ни 0xFF (11111111), ни 0xAA (10101010).

· Дополнительное поле (pad - наполнитель) - заполняется только в том случае, когда поле данных невелико, с целью удлинения длины кадра до минимального размера 64 байта -преамбула не учитывается. Ограничение снизу на минимальную длину кадра необходимо для правильного разрешения коллизий.

· Контрольная последовательность кадра (FCS, frame check sequence): 4-х байтовое поле, в котором указывается контрольная сумма, вычисленная с использованием циклического избыточного кода по полям кадра за исключением преамбулы, SDF и FCS.