Сети и сетевые структуры

Стратегии соединения и разрешение коллизий

Сети с кольцевой топологией. Для осуществления сетевой коммуникации необходимо установить сетевое соединение (connection). Различаются следующие виды сетевых соединений.

Переключение схем. Устанавливается постоянное физическое соединение на все время коммуникации (например, по телефонной линии или по кабелю "витая пара").

Переключение сообщений.Устанавливается временное соединение на период передачи сообщения (например, пересылка электронной почты).

Переключение пакетов.Сообщения переменной длины делятся на пакеты фиксированной длины, которые и посылаются адресату. Пакеты могут передаваться по сети различными путями. Пакеты должны быть вновь собраны в сообщения по их прибытии. Пример – основной протокол Интернета TCP/IP.

Переключение схем требует времени для установки, но меньших накладных расходов на посылку каждого сообщения; при этом могут иметь место потери пропускной способности сети. Переключение сообщений и пакетов требует меньшего времени на установку, но накладные расходы на передачу сообщений больше, чем в первых двух методах.

Коллизии в сети возникают, если несколько систем одновременно обращаются к одному и тому же участку сети для передачи информации.

Для разрешения коллизий в сетях используется метод CSMA/CD (Carrier sense with multiple access; collision detection: носитель, чувствительный к одновременному доступу; обнаружение коллизий).Суть метода в следующем. Система определяет, не передается ли одновременно по данному участку сети сообщение другой системой. Если две или более систем начинают передачу сообщений в точности в одно и то же время, то фиксируется коллизия, и передача прекращается.

Недостаток метода: если система сильно загружена, то может возникнуть множество коллизий, что приведет к падению производительности.

Метод CSMA/CD успешно используется в сетях типа Ethernet – наиболее распространенном типе сетей.

Методы сетевого соединения в сетях с кольцевой топологией.В России пока не столь популярны сети с кольцевой топологией, однако их изучение и освоение представляет несомненный интерес. Известны следующие методы организации сетевого соединения и коммуникации в сетях с кольцевыми топологиями.

• Передача маркера (token).Специальные сообщения, называемые маркерами, постоянно циркулируют в системе (обычно – при кольцевой топологии сети). Машина, которой требуется передать информацию, должна дождаться получения сообщения-маркера. Когда машина завершает свой раунд передачи сообщения, она передает по сети маркерное сообщение. Схема передачи маркерных сообщений используется в системах IBM и Apollo. Такая архитектура сети называется маркерным кольцом (token ring).
• Слоты для сообщений. Несколько слотов для сообщений фиксированного размера постоянно циркулируют в системе (обычно – кольцевой структуры). Поскольку слот может вмещать только сообщения фиксированного размера, единое с логической точки зрения сообщение может быть разбито на несколько пакетов меньшей длины, каждый из которых пересылается в отдельном слоте. Такая схема была опробована в экспериментальной архитектуре сети Cambridge Digital Communication Ring (Кембриджское кольцо).

Ключевые термины

Cambridge Digital Communication Ring (Кембриджское кольцо) – разновидность исследовательской сетевой системы с кольцевой топологией.

CSMA/CD (Carrier sense with multiple access; collision detection: носитель, чувствительный к одновременному доступу; обнаружение коллизий) – распространенный метод разрешения коллизий в сетях.

Domain Name Service (DNS) – сервис в сети Интернет, обеспечивающий структуру именования машин, а также преобразование доменного имени в IP-адрес.

Виртуальная цепочка – метод маршрутизации, при котором путь сетевых пакетов между двумя заданными сетевыми узлами фиксируется на время одного сеанса связи.

Витая пара (twisted pair) - распространенный тип сетевого кабеля, используемый в сетях Ethernet, с разъемами типа RJ45.

Волоконно-оптический кабель (fiber optic cable) – быстродействующий сетевой кабель со скоростью передачи данных до 100 МБит / с, принцип действия которого основан на волоконной оптике.

Выделенная линия (dedicated line) – телефонная линия связи, используемая только для сетевого взаимодействия двух узлов (компьютеров) локальной или глобальной сети.

Глобальная сеть - Wide-Area Network (WAN) – сеть, связывающая географически удаленные машины.

Динамическая маршрутизация - метод маршрутизации, при котором путь для отправки сообщения между двумя заданными сетевыми узлами определяется только в момент отправки данного сообщения.

Доменное имя (domain name) – составное символьное имя компьютера в сети Интернет (например, spbu.ru).

Коллизия в сети – ситуация, когда несколько систем одновременно обращаются к одному и тому же участку сети для передачи информации.

Коммуникационный процессор – специализированный процессор, используемый в глобальных сетях для сетевой коммуникации.

Концентратор (hub) – устройство для установки коммуникаций между машинами в локальной сети, к которому подключены все сетевые компьютеры.

Локальная сеть - Local-Area Network (LAN) – сеть, расположенная на небольшой площади, например, одной комнате, в пределах здания или нескольких соседних зданий.

Маршрутизатор (router) – сетевое устройство для маршрутизации.

Маршрутизация (routing) – поиск маршрута для каждого сетевого пакета и направление его по найденному маршруту.

Оптический переключатель (optical switch) – быстродействующее сетевое устройство, аналогичное концентратору, используемое в сетях с волоконно-оптическими кабелями.

Передача маркера (token),или маркерное кольцо (token ring) – метод коммуникации в сети с кольцевой топологией, при котором специальные сообщения, называемые маркерами, постоянно циркулируют в системе.

Переключение пакетов - метод сетевого соединения, при котором сообщения переменной длины делятся на пакеты фиксированной длины, которые и посылаются адресату.

Переключение схем – метод сетевого соединения, при котором устанавливается постоянное физическое соединение на все время коммуникации.

Переключение сообщений - метод сетевого соединения, при котором устанавливается временное соединение на период передачи сообщения.

Полностью соединенная сеть – сеть, в которой любая машина соединена с любой другой.

Распределенная операционная система – ОС, в которой пользователи не осведомлены относительно множественности машин; доступ к удаленным ресурсам осуществляется аналогично доступу к локальным ресурсам.

Сетевая карта (сетевой адаптер) – специализированный сетевой процессор, встроенный в компьютер и обеспечивающий доступ компьютера к локальной сети при подключении к нему сетевого кабеля.

Сетевая операционная система – ОС, в которой пользователи осведомлены относительно множественности машин и осуществляют доступ к ресурсам на удаленных машинах явно с помощью удаленного входа или передачи данных с удаленной машины по протоколу FTP.

Сетевое соединение (connection) – способ соединения компьютеров в сети, обеспечивающий их сетевую коммуникацию.

Сетевой диск – жесткий диск, являющийся частью сетевого компьютера или отдельным элементом сети (со своей сетевой картой ), к которому разрешен общий доступ компьютеров локальной сети.

Сетевой принтер – принтер, подключенный к сетевому компьютеру или являющийся отдельным элементом сети (со своей сетевой картой ), к которому разрешен общий доступ компьютеров локальной сети.

Слоты для сообщений - метод коммуникации в сети с кольцевой топологией, при котором несколько слотов для сообщений фиксированного размера постоянно циркулируют в системе.

Фиксированная маршрутизация – метод маршрутизации, при котором путь сетевого пакета между двумя сетевыми узлами известен заранее и изменяется только при неисправности сетевых устройств.

Шлюз (gateway) – выделенный компьютер локальной сети, играющая роль входного компьютера в данную локальную сеть.