Локальные компьютерные сети

Структурированная кабельная система и логическая структуризация ЛКС

Структурированная кабельная система (СКС) составляет фундамент любой компьютерной сети и представляет собой набор коммуникационных элементов (кабелей, разъемов, кроссовых панелей и шкафов, коннекторов), которые удовлетворяют стандартам локальных сетей и позволяют создавать регулярные, легко расширяемые структуры сетей путем добавления сегментов, коммутаторов или изъятия ненужного оборудования.

Структурированная кабельная система, отвечающая высоким требованиям к качеству кабельной системы, строится избыточной, что облегчает реконфигурацию и расширение сетей (стоимость последующего расширения СКС превосходит стоимость установки избыточных элементов).

СКС состоит из трех иерархически построенных подсистем: горизонтальной (в пределах этажа), соединяющей кроссовый шкаф этажа с розетками пользователей; вертикальной, соединяющей кроссовые шкафы каждого этажа с центральной аппаратной здания; подсистемы кампуса, соединяющей несколько зданий с главной аппаратной всего кампуса. Горизонтальная подсистема отличается многообразием ответвлений и перекрестных связей, наиболее подходящий тип кабеля для нее - неэкранированная витая пара. Вертикальная подсистема (иначе называемая магистральной) должна передавать данные на большие расстояния и с большей скоростью. Для нее выбор кабеля ограничивается двумя вариантами: волоконно-оптический кабель (это предпочтительный вариант) и толстый коаксиальный кабель - широкополосный кабель, используемый в кабельном телевидении. Для подсистемы кампуса предпочтительным кабелем является оптоволокно.

Структурированная кабельная система по сравнению с хаотически проложенными кабелями обладает рядом преимуществ: более высокой надежностью (производитель СКС гарантирует качество не только ее отдельных элементов, но и их совместимость), универсальностью (СКС может стать единой передающей средой в ЛКС для передачи компьютерных данных, организации локальной телефонной сети, передачи видеоинформации), большим сроком службы (до 10-15 лет), меньшими затратами при расширении сети с целью добавления новых РС (что объясняется избыточностью СКС), обеспечением более эффективного обслуживания (в СКС отказ одного сегмента не приводит к отказу всей сети, так как сег-менты объединяются концентраторами, которые диагностируют и локализуют неисправный участок).

В настоящее время эксплуатируется громадное количество сравнительно небольших локальных сетей (на 10-30 РС), в том числе и тех, в которых передаются большие объемы мультимедийной информации и применяются высокоскоростные технологии (скорость обмена до 1000 Мбит/с). Для них характерно использование одной разделяемой среды, что позволяет реализовать стандартные технологии и приводит к экономичным и эффективным решениям.

Эффективность одной разделяемой среды для небольших ЛКС очевидна:

• возможность использования стандартного набора протоколов, а следовательно, сравнительно дешевого коммуникационного оборудования - сетевых адаптеров, повторителей, концентраторов;
• возможность наращивания (в определенных пределах) числа узлов сети;
• довольно простое управление сетью, чему способствует сама логика разделения среды, не допускающая потерь кадров из-за переполнения буферов коммуникационных устройств.

Однако по мере развития локальных сетей, появления новых технологий и протоколов все в большей степени стали проявляться недостатки ЛКС на одной разделяемой среде. Главные из них следующие:

• невозможность построения крупных сетей (на сотни и тысячи узлов) на основе одной разделяемой среды. Причина не только в том, что все технологии ограничивают количество узлов в разделяемой среде (Token Ring - 260 узлами, FDDI - 500 узлами, все виды семейства Ethernet - 1024 узлами), но и в плохой работе сети на одной разделяемой среде, если количество РС приближается к разрешенному пределу;
• резкое возрастание величины задержки доступа к передающей среде при достижении коэффициента использования сети некоторого порогового значения (коэффициент использования сети, иначе называемый коэффициентом нагрузки сети, - это отношение трафика, который должна передать сеть, к ее максимальной пропускной способности). Для всего семейства технологий Ethernet пороговое значение этого коэффициента равно 40-50 %, для технологии Token Ring - 60 %, и для технологии FDDI - 70 %;
• имеются жесткие ограничения максимальной длины сети: они лежат в пределах нескольких километров, и только для технологии FDDI это несколько десятков километров.

Все эти недостатки и ограничения, возникающие из-за использования общей разделяемой среды, преодолеваются путем разделения сети на несколько разделяемых сред, или отдельных сегментов, которые соединяются мостами, коммутаторами или маршрутизаторами. Следовательно, единая разделяемая среда, созданная концентраторами, делится на несколько частей (сегментов), подсоединяемых к портам моста, коммутатора или маршрутизатора. Такое деление сети, называемое структуризацией сети, обладает рядом преимуществ. К их числу относятся следующие.

1. Повышение производительности сети при том же количестве узлов, составе и характеристиках сетевого оборудования. Это объяснятся разгрузкой сегментов: в пределах данного сегмента циркулируют информационные потоки, создаваемые только "своими" рабочими станциями.
2. Увеличение гибкости сети. Каждая подсеть, т.е. логический сегмент сети, может быть адаптирована к специфическим особенностям рабочей группы пользователей, которую она обслуживает. Этому способствует и то, что каждая подсеть имеет свои средства управления, повышающие степень ее самостоятельности.
3. Повышение безопасности данных, циркулирующих в сети. Это обеспечивается путем запрета доступа определенных пользователей к ресурсам "чужих" сегментов, установления различных логических фильтров на мостах, коммутаторах и маршрутизаторах с целью контроля доступа к ресурсам, чего не позволяют сделать повторители. При работе в широковещательном режиме в сети с общей разделяемой средой информация распространяется по всей кабельной системе, поэтому лица, заинтересованные в расстройстве схемы адресации и приеме не адресованных им передач, имеют для этого большие возможности. В сети с логической структуризацией защищенность информации выше, так как работа в широковещательном режиме возможна только в пределах логического сегмента.
4. Упрощение управления сетью. Это можно рассматривать как побочный эффект уменьшения трафика и повышения безопасности данных. Подсети образуют логические домены управления сетью, поэтому проблемы одной подсети не оказывают влияния на другие подсети.
5. Повышение надежности работы сети: выход из строя одной подсети не отражается на работе других взаимосвязанных подсетей сети, так как коммуникационное оборудование, осуществляющее множественное взаимодействие, изолирует отказавшие подсети.
6. Увеличивается диапазон действия сети, так как коммуникационное оборудование устраняет ограничение по допустимой протяженности кабеля.
7. Возможность использования приоритизации трафика. Эта возможность обусловлена тем, что коммутаторы буферизируют кадры перед их отправкой на другой порт. Для каждого входного и выходного порта коммутатор формирует не одну, а несколько очередей, отличающихся по приоритету обработки. Приоритизация трафика коммутаторами - это один из механизмов обеспечения качества транспортного обслуживания в ЛКС. Она особенно желательна для приложений, предъявляющих различные требования к допустимым задержкам кадров и к пропускной способности сети.
8. Возможность использования полнодуплексного режима работы протоколов локальных сетей. Такая возможность предоставляется коммутаторами ЛКС. В этом режиме отсутствует этап доступа к разделяемой среде, а общая скорость передачи данных увеличивается в два раза (по сравнению с полудуплексным режимом).
9. Отсутствие необходимости в замене уже установленного оборудования - кабельной системы, сетевых адаптеров, концентраторов. К портам коммутаторов можно подключать как конечный узел сети, так и концентратор, организующий логический сегмент.

Контрольные вопросы:

1. Какие характеристики ЛКС в наибольшей степени определяют ее возможности?
2. Как классифицируются ЛКС?
3. В чем состоят основные особенности ЛКС?
4. Каковы тенденции развития ЛКС?
5. Характеристика режимов работы протокола LLC.
6. Технология Ethernet - сущность, оценка, области применения.
7. Технология Token Ring - сущность, оценка, области применения.
8. Особенности технологий Fast Ethernet, 10VG-AnyLAП и Gigabit Ethernet.
9. Характеристика протокола IPX/SPX.
10. Состав и назначение сетевого коммуникационного оборудования ЛКС.
11. Всегда ли глобальная вычислительная сеть (ГВС) имеет в своей основе базовую сеть передачи данных?
12. Для чего необходимы точки соединения сетей (Interconnect Points) и точки доступа к сети (Network Access Points)?
13. Охарактеризуйте высокоскоростную магистраль Abilene.
14. В связи с чем 1 января 1983 года принято считать официальной датой рождения Интернет?
15. Каким образом в странах СНГ создаваемые сети соединяются между собой для обмена информацией?
16. Каким образом осуществляются доступ региональных научных сетей России к международному каналу связи и обмен трафиком иностранных сетей с основными российскими сетями?
17. Какие виды сервиса Интернет относятся к традиционным?
18. Дайте характеристику разным видам провайдеров Интернета.
19. Чем можно объяснить, что Интернет построен на основе архитектуры "клиент-сервер"?
20. Чем обеспечивается безопасность работы в Интернете?