Основы организации сети

Token Ring

У вас могло сложиться впечатление, что весь мир пользуется Ethernet-соединениями, но все же это не единственный стандарт для локальных сетей. Технология Token Ring является главным конкурентом Ethernet в борьбе за лидерство в LAN-технологиях. По крайней мере, так было до сих пор. Token Ring отличается своей архитектурой и не совместим с Ethernet во всем, что касается сетевых карт, соединительных кабелей и программного обеспечения.

Примечание. Технология Ethernet определяется в спецификации IEEE 802.3, технология Token Ring - в спецификации IEEE 802.5.

Token Ring (кольцевая сеть с маркерным доступом) называется так, потому что образует из хостов (узлов) логическое кольцо. Сегменты локальной сети, организованной по технологии Token Ring, передают сигналы по очереди от одного хоста к следующему, как если бы кабель на самом деле представлял собой одно гигантское кольцо. На практике хосты не обязательно соединяются по кругу, более того, конфигурация их соединения может иметь обычную топологию "звезда" (см. рис. 1.6). Обратите внимание на то, что вместо хаба или коммутатора в центре звезды находится модуль множественного доступа (Media Access Unit - MAU).

Рис. 1.6. Организация локальной сети Token Ring

Технология Ethernet в процессе принятия решения о том, какой хост будет широковещательным, отслеживает освобождение линии связи. Технология Token Ring действует более упорядоченно: протокол с эстафетной передачей маркера контролирует трафик, посылая специальный кадр - маркер (token) - от хоста к хосту. Только хост, владеющий маркером, получает право на передачу информации, что позволяет устранять коллизии пакетов.

По сути, Token Ring избегает коллизий за счет времени ожидания, так как каждому хосту приходится ждать своей очереди на передачу. Однако только этим все не ограничивается. Исключение коллизий пакетов в значительной степени способствует более полному использованию полосы пропускания. Token Ring использует до 75 % полосы пропускания, в то время как теоретический максимум использования у Ethernet составляет около 37 %. В первых реализациях Token Ring скорость передачи данных составляла 4 Мбит/с. Сейчас большинство локальных сетей с технологией Token Ring повысили свою скорость до 16 Мбит/с. Это не так много по сравнению со 100-мегабитным Fast Ethernet, но, как уже говорилось, Token Ring работает гораздо эффективнее, чем Ethernet.

Не стоит забывать, что деньги тоже имеют значение. Token Ring не стал лидирующим стандартом только потому, что имеет более высокие цены за трафик.

Организация локальных сетей Token Ring стоит дороже из-за технологической сложности механизма эстафетной передачи маркера и использования сетевых карт, которые передают пакеты в упорядоченном режиме.

ATM

Технология асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode, ATM) отличается от других сетевых технологий тем, что каждая передача состоит из 53-байтовых ячеек. Ячейки - это блоки фиксированной длины и, подобно пакетам, представляют собой части сообщения. Формат фиксированной длины позволяет получать уникальные характеристики.

• Ориентация на виртуальные каналы связи. Сетевые соединения, использующие ячейки, наиболее эффективно работают в режиме двухточечного соединения (point-to-point), когда принимающая станция находится в состоянии активности и готова к приему и обработке ячеек.
• Скорость. Благодаря одинаковой величине ячеек устройства, обслуживающие технологию АТМ, могут точно определить заголовок ячейки и начало блока данных. Это ускоряет процесс обработки и позволяет АТМ-сетям работать со скоростью до 622 Мбит/с.
• Качество обслуживания (QoS). Прогнозируемые скорости передачи данных и виртуальные каналы позволяют гарантировать высокий уровень обслуживания для большей части трафика.

АТМ-технология отличается от технологии Ethernet и Token Ring тем, что является коммутируемой технологией, в которой виртуальные каналы устанавливаются до начала передачи. Ethernet и Token Ring не создают виртуальных каналов, более того, они отсылают сообщение хосту без предварительного уведомления, оставляя задачу определения оптимального маршрута маршрутизаторам.

Ячейки АТМ достаточно малы (53 байта) по сравнению с Ethernet-пакетами, имеющими размер от 64 до 1500 байт, поэтому их быстрее обрабатывать и легче осуществлять контроль.

Еще одной отличительной чертой АТМ является то, что эта технология разработана для оптоволоконных кабелей, работающих в технических условиях синхронных оптических сетей (Synchronous Optical Network, SONET). SONET является ANSI-стандартом, который определяет характеристики физических интерфейсов, подключаемых к оптоволоконным кабелям.

Архитектура ATM-сетей эффективно использует полосу передачи для максимальных скоростей, на 75% превышая эффективность технологии Token Ring. Скорость передачи для большинства магистральных АТМ-сетей составляет 155 Мбит/с (ОС-3) или 622 Мбит/с (ОС-12). Скорость передачи для сильно нагруженных междугородных линий связи составляет 622 Мбит/с (ОС-12) и 2,488 Гбит/с (ОС-48).

Примечание. ОС определяет оптический носитель и является мерой скорости при передаче данных по оптоволоконным линиям.

Беспроводная связь

Функциональные особенности вышеописанных сетевых технологий сильно отличаются друг от друга. Одни технологии являются более распространенными, другие - более дорогими, третьи - более эффективными. Хотя технологии Ethernet, АТМ, Frame Relay обладают уникальными функциями, у них есть одна общая черта - необходимость физического соединения между хостами, независимо от того, что их соединяет: медный кабель "витая пара" или оптическое волокно. Беспроводные локальные сети (Wireless LAN, WLAN) "освобождают" устройства от физической привязки к сети, при этом сохраняя возможность передачи данных.

Технологической базой для работы беспроводных локальных сетей является стандарт IEEE 802.11. Он введен в эксплуатацию в начале 90-х годов прошлого века и применяется в нелицензированном диапазоне частот 2,4 ГГц. Первые версии стандарта 802.11 поддерживали скорость передачи данных от одного до двух мегабит в секунду. Усовершенствованный стандарт 802.11b повысил эту скорость до 5,5 Мбит/с и 11 Мбит/с, что достигается расширением спектра сигнала по принципу прямой последовательности (DSSS), т. е. использованием другой схемы модуляции.

Появилась новая версия протокола 802.11а, работающая на скорости 54 Мбит/с, но она еще не завоевала такой популярности, как версия 802.11b. Протоколы 802.11 и 802.11b работают на частоте 2,4 ГГц, а версия 802.11а - на частоте 5,8 ГГц. Вместо DSSS в этой версии используется ортогональное мультиплексирование деления частоты (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM).

Целью разработки стандарта 802.11а было следующее:

• создать спецификацию МАС-уровня и физического уровня для беспроводных соединений;
• предоставить беспроводную связь автоматическому оборудованию, устройствам или станциям, требующим быстрого соединения;
• представить стандарт для глобального и повсеместного использования.

Примечание. Именно из-за третьего пункта IEEE выбрал в качестве рабочей частоты 2,4 ГГц. Это нелицензированная полоса частот, предназначенная для использования в промышленности, науке и медицине.

Архитектура беспроводных локальных сетей, работающих по стандарту 802.11, напоминает архитектуру сетей сотовой телефонной связи. Используя сетевую архитектуру, описанную ниже, беспроводные компьютерные сети пользуются преимуществами роуминга телефонных сетей, обеспечивая высокие скорости передачи данных.

• Ячейки и наборы. Беспроводная локальная сеть (WLAN) 802.11 поделена на ячейки. Каждая ячейка управляется точкой доступа (access point, АР). Точка доступа - это устройство, осуществляющее обмен данными с беспроводными сетевыми картами. Одна точка доступа не может удовлетворять все запросы локальной беспроводной сети, поэтому имеется возможность присоединения множества точек доступа к общей магистрали. При совместной работе нескольких АР образуется так называемая распределенная система (distribution system). Независимо от размера сети и наличия подключенных к ней узлов, группа беспроводных устройств рассматривается верхними уровнями модели OSI в качестве одной локальной сети IEEE 802.11.
• Физический уровень. Протокол 802.11 охватывает физический уровень и МАС-уровень. Он распространяется на следующие виды беспроводных носителей: с расширением спектра сигналов со скачкообразной перестройкой частоты, с расширением спектра сигнала по принципу прямой последовательности и инфракрасные. Один МАС-уровень поддерживает все три физических уровня.

Использование архитектуры сотовой связи позволяет беспроводным устройствам соединяться, разъединяться и совершать роуминг от ячейки к ячейке. Более подробная информация о работе беспроводных сетей в Windows XP Professional приведена в "Подключения к рабочим группам" .