Технологии локальных сетей

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

БАЛАКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ 
 
 
 

                                                       Реферат

по  дисциплине

«Компьютерные сети»

на  тему:

«Технологии локальных сетей» 
 
 
 
 
 
 

Выполнила: ст. 3 курса 57 гр.

                                                            Якунина  С.В.  

                                                            Проверила: Плаксина Ю.А.   

                                                            «___»____________________                                                                                

2011 г 

СОДЕРЖАНИЕ 

         Введение                                                                      3

1. ТЕХНОЛОГИИ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ   4

1. Сети Ethernet и Fast Ethernet                                                                                 4

2. Сеть FDDI                                                                                                              7
3. Сеть 100VG-AnyLAN                                                                                         11
4. Беспроводные сети                                                                                              13

    Заключение                                                                                                                 17

    Список литературы                                                                                                    19  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

       За  время, прошедшее с момента появления  первых локальных сетей, было разработано  несколько сот самых разных сетевых  технологий, однако заметное распространение  получили немногие. Это связано, прежде всего, с высоким уровнем стандартизации принципов организации сетей  и с поддержкой их известными компаниями. Тем не менее, не всегда стандартные  сети обладают рекордными характеристиками, обеспечивают наиболее оптимальные  режимы обмена. Но большие объемы выпуска  их аппаратуры и, следовательно, ее невысокая  стоимость дают им огромные преимущества. Немаловажно и то, что производители  программных средств также в  первую очередь ориентируются на самые распространенные сети. Поэтому  пользователь, выбирающий стандартные  сети, имеет полную гарантию совместимости  аппаратуры и программ.

       В настоящее время уменьшение количества типов используемых сетей стало  тенденцией. Дело в том, что увеличение скорости передачи в локальных сетях  до 100 и даже до 1000 Мбит/с требует  применения самых передовых технологий, проведения дорогих научных исследований. Естественно, это могут позволить  себе только крупнейшие фирмы, которые  поддерживают свои стандартные сети и их более совершенные разновидности. К тому же большое количество потребителей уже установило у себя какие-то сети и не желает сразу и полностью  заменять сетевое оборудование. В  ближайшем будущем вряд ли стоит  ожидать того, что будут приняты  принципиально новые стандарты.

       На  рынке предлагаются стандартные  локальные сети всех возможных топологий, так что выбор у пользователей  имеется. Стандартные сети обеспечивают широкий диапазон допустимых размеров сети, количества абонентов и, что  не менее важно, цен на аппаратуру. Но сделать выбор все равно  непросто. Ведь в отличие от программных  средств, заменить которые нетрудно, аппаратура обычно служит многие годы, ее замена ведет не только к значительным затратам, к необходимости перекладки кабелей, но и к пересмотру системы  компьютерных средств организации. В связи с этим ошибки в выборе аппаратуры обычно обходятся гораздо  дороже ошибок при выборе программных  средств.

       1 ТЕХНОЛОГИИ  ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ

       1.1. Сети Ethernet и Fast Ethernet 

       Наибольшее  распространение среди стандартных  сетей получила сеть Ethernet. Впервые  она появилась в 1972 году (разработчиком  выступила известная фирма Xerox). Сеть оказалась довольно удачной, и вследствие этого ее в 1980 году поддержали такие  крупнейшие компании, как DEC и Intel. Их стараниями в 1985 году сеть Ethernet стала международным стандартом, ее приняли крупнейшие международные организации по стандартам: комитет 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) и ECMA (European Computer Manufacturers Association).

       Стандарт  получил название IEEE 802.3. Он определяет множественный доступ к моноканалу типа шина с обнаружением конфликтов и контролем передачи. Этому стандарту  удовлетворяли и некоторые другие сети, так как уровень его детализации  невысок. В результате сети стандарта IEEE 802.3 нередко были несовместимы между  собой как по конструктивным, так  и по электрическим характеристикам. Однако в последнее время стандарт IEEE 802.3 считается стандартом именно сети Ethernet.

       Основные  характеристики первоначального стандарта IEEE 802.3:

       • топология – шина;

       • среда передачи – коаксиальный кабель;

       • скорость передачи – 10 Мбит/с;

       • максимальная длина сети – 5 км;

       • максимальное количество абонентов – до 1024;

       • длина сегмента сети – до 500 м;

       • количество абонентов на одном сегменте – до 100;

       • метод доступа – CSMA/CD;

       • передача узкополосная, то есть без модуляции (моноканал).

       Строго  говоря, между стандартами IEEE 802.3 и Ethernet существуют незначительные отличия, но о них обычно предпочитают не вспоминать.

       Сеть Ethernet сейчас наиболее популярна в  мире (более 90% рынка), предположительно таковой она и останется в  ближайшие годы. Этому в немалой  степени способствовало то, что с  самого начала характеристики, параметры, протоколы сети были открыты, в результате чего огромное число производителей во всем мире стали выпускать аппаратуру Ethernet, полностью совместимую между собой.

       В классической сети Ethernet применялся 50-омный  коаксиальный кабель двух видов (толстый  и тонкий). Однако в последнее  время (с начала 90-х годов) наибольшее распространение получила версия Ethernet, использующая в качестве среды передачи витые пары. Определен также стандарт для применения в сети оптоволоконного  кабеля. Для учета этих изменений  в изначальный стандарт IEEE 802.3 были сделаны соответствующие добавления. В 1995 году появился дополнительный стандарт на более быструю версию Ethernet, работающую на скорости 100 Мбит/с (так называемый Fast Ethernet, стандарт IEEE 802.3u), использующую в качестве среды передачи витую  пару или оптоволоконный кабель. В 1997 году появилась и версия на скорость 1000 Мбит/с (Gigabit Ethernet, стандарт IEEE 802.3z).

       Помимо  стандартной топологии шина все  шире применяются топологии типа пассивная звезда и пассивное  дерево.

       Рисунок 1 - Классическая топология сети Ethernet

       Максимальная  длина кабеля сети в целом теоретически может достигать 6,5 километров, но практически  не превышает 3,5 километров.

       В сети Fast Ethernet не предусмотрена физическая топология шина, используется только пассивная звезда или пассивное  дерево. К тому же в Fast Ethernet гораздо  более жесткие требования к предельной длине сети. Ведь при увеличении в 10 раз скорости передачи и сохранении формата пакета его минимальная  длина становится в десять раз короче. Таким образом в 10 раз уменьшается допустимая величина двойного времени прохождения сигнала по сети.

       Для передачи информации в сети Ethernet применяется  стандартный манчестерский код.

       Доступ  к сети Ethernet осуществляется по случайному методу CSMA/CD, обеспечивающему равноправие  абонентов. В сети используются пакеты переменной длины со структурой.

       Для сети Ethernet, работающей на скорости 10 Мбит/с, стандарт определяет четыре основных типа сегментов сети, ориентированных  на различные среды передачи информации:

       • 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель);

       • 10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель);

       • 10BASE-T (витая пара);

       • 10BASE-FL (оптоволоконный кабель).

       Наименование  сегмента включает в себя три элемента: цифра "10" означает скорость передачи 10 Мбит/с, слово BASE – передачу в основной полосе частот (то есть без модуляции  высокочастотного сигнала), а последний  элемент – допустимую длину сегмента: "5" – 500 метров, "2" – 200 метров (точнее, 185 метров) или тип линии  связи: "Т" – витая пара (от английского "twisted-pair"), "F" – оптоволоконный кабель (от английского "fiber optic").

       Точно так же для сети Ethernet, работающей на скорости 100 Мбит/с (Fast Ethernet) стандарт определяет три типа сегментов, отличающихся типами среды передачи:

       • 100BASE-T4 (счетверенная витая пара);

       • 100BASE-TX (сдвоенная витая пара);

       • 100BASE-FX (оптоволоконный кабель).

       Здесь цифра "100" означает скорость передачи 100 Мбит/с, буква "Т" – витую  пару, буква "F" – оптоволоконный кабель. Типы 100BASE-TX и 100BASE-FX иногда объединяют под именем 100BASE-X, а 100BASE-T4 и 100BASE-TX –  под именем 100BASE-T. Развитие технологии Ethernet идет по пути все большего отхода от первоначального стандарта. Применение новых сред передачи и коммутаторов позволяет существенно увеличить размер сети. Отказ от манчестерского кода обеспечивает увеличение скорости передачи данных и снижение требований к кабелю. Отказ от метода управления CSMA/CD дает возможность резко повысить эффективность работы и снять ограничения с длины сети. Тем не менее, все новые разновидности сети также называются сетью Ethernet. 

2. Сеть FDDI

       Сеть FDDI – это одна из новейших разработок стандартов локальных сетей. Стандарт FDDI был предложен Американским национальным институтом стандартов ANSI (спецификация ANSI X3T9.5). Затем был принят стандарт ISO 9314, соответствующий спецификациям ANSI. Уровень стандартизации сети достаточно высок.

       В отличие от других стандартных локальных  сетей, стандарт FDDI изначально ориентировался на высокую скорость передачи (100 Мбит/с) и на применение наиболее перспективного оптоволоконного кабеля. Поэтому  в данном случае разработчики не были стеснены рамками старых стандартов, ориентировавшихся на низкие скорости и электрический кабель.

       Выбор оптоволокна в качестве среды  передачи определил такие преимущества новой сети, как высокая помехозащищенность, максимальная секретность передачи информации и прекрасная гальваническая развязка абонентов. Высокая скорость передачи, которая в случае оптоволоконного  кабеля достигается гораздо проще, позволяет решать многие задачи, недоступные  менее скоростным сетям, например, передачу изображений в реальном масштабе времени. Кроме того, оптоволоконный кабель легко решает проблему передачи данных на расстояние нескольких километров без ретрансляции, что позволяет  строить большие по размерам сети, охватывающие даже целые города и  имеющие при этом все преимущества локальных сетей (в частности, низкий уровень ошибок). Все это определило популярность сети FDDI, хотя она распространена еще не так широко, как Ethernet и Token-Ring.

       За  основу стандарта FDDI был взят метод  маркерного доступа, предусмотренный  международным стандартом IEEE 802.5 (Token-Ring). Несущественные отличия от этого стандарта определяются необходимостью обеспечить высокую скорость передачи информации на большие расстояния. Топология сети FDDI – это кольцо, наиболее подходящая топология для оптоволоконного кабеля. В сети применяется два разнонаправленных оптоволоконных кабеля, один из которых обычно находится в резерве, однако такое решение позволяет использовать и полнодуплексную передачу информации (одновременно в двух направлениях) с удвоенной эффективной скоростью в 200 Мбит/с (при этом каждый из двух каналов работает на скорости 100 Мбит/с). Применяется и звездно-кольцевая топология с концентраторами, включенными в кольцо (как в Token-Ring).

       Основные  технические характеристики сети FDDI:

• Максимальное количество абонентов сети – 1000.
• Максимальная протяженность кольца сети – 20 километров.
• Максимальное расстояние между абонентами сети – 2 километра.

• Среда передачи – многомодовый оптоволоконный кабель (возможно применение электрической витой пары).

• Метод доступа – маркерный.
• Скорость передачи информации – 100 Мбит/с (200 Мбит/с для дуплексного режима передачи).

       Стандарт FDDI имеет значительные преимущества по сравнению со всеми рассмотренными ранее сетями. Например, сеть Fast Ethernet, имеющая такую же пропускную способность 100 Мбит/с, не может сравниться с FDDI по допустимым размерам сети. К тому же маркерный метод доступа FDDI обеспечивает в отличие от CSMA/CD гарантированное  время доступа и отсутствие конфликтов при любом уровне нагрузки.

       Ограничение на общую длину сети в 20 км связано  не с затуханием сигналов в кабеле, а с необходимостью ограничения  времени полного прохождения  сигнала по кольцу для обеспечения  предельно допустимого времени  доступа. А вот максимальное расстояние между абонентами (2 км при многомодовом кабеле) определяется как раз затуханием сигналов в кабеле (оно не должно превышать 11 дБ). Предусмотрена также  возможность применения одномодового кабеля, и в этом случае расстояние между абонентами может достигать 45 километров, а полная длина кольца – 200 километров.

       Стандарт FDDI для достижения высокой гибкости сети предусматривает включение  в кольцо абонентов двух типов:

• Абоненты (станции) класса А (абоненты двойного подключения, DAS – Dual-Attachment Stations) подключаются к обоим (внутреннему и внешнему) кольцам сети. При этом реализуется возможность обмена со скоростью до 200 Мбит/с или резервирования кабеля сети (при повреждении основного кабеля используется резервный). Аппаратура этого класса применяется в самых критичных с точки зрения быстродействия частях сети.
• Абоненты (станции) класса В (абоненты одинарного подключения, SAS – Single-Attachment Stations) подключаются только к одному (внешнему) кольцу сети. Они более простые и дешевые, по сравнению с адаптерами класса А, но не имеют их возможностей. В сеть они могут включаться только через концентратор или обходной коммутатор, отключающий их в случае аварии.

       Кроме собственно абонентов (компьютеров, терминалов и т.д.) в сети используются связные  концентраторы (Wiring Concentrators), включение  которых позволяет собрать в  одно место все точки подключения  с целью контроля работы сети, диагностики  неисправностей и упрощения реконфигурации. При применении кабелей разных типов (например, оптоволоконного кабеля и витой пары) концентратор выполняет  также функцию преобразования электрических  сигналов в оптические и наоборот. Концентраторы также бывают двойного подключения и одинарного подключения.

       Рисунок 2 - Пример конфигурации сети FDDI

       Стандарт FDDI предусматривает также возможность  реконфигурации сети с целью сохранения ее работоспособности в случае повреждения  кабеля.

       В отличие от метода доступа, предлагаемого  стандартом IEEE 802.5, в FDDI применяется  так называемая множественная передача маркера. Если в случае сети Token-Ring новый (свободный) маркер передается абонентом  только после возвращения к нему его пакета, то в FDDI новый маркер передается абонентом сразу же после  окончания передачи им пакета (подобно  тому, как это делается при методе ETR в сети Token-Ring). Последовательность действий здесь следующая:

       1. Абонент, желающий передавать, ждет маркера, который идет за каждым пакетом.

       2. Когда маркер пришел, абонент удаляет его из сети и передает свой пакет. Таким образом, в сети может быть одновременно несколько пакетов, но только один маркер.

       3. Сразу после передачи своего пакета абонент посылает новый маркер.

       4. Абонент-получатель, которому адресован пакет, копирует его из сети и, сделав пометку в поле статуса пакета, отправляет его дальше по кольцу.

       5. Получив обратно по кольцу свой пакет, абонент уничтожает его. В поле статуса пакета он имеет информацию о том, были ли ошибки, и получил ли пакет приемник.

       В сети FDDI не используется система приоритетов  и резервирования, как в Token-Ring. Но предусмотрен механизм адаптивного  планирования нагрузки.

       В заключение следует отметить, что  несмотря на очевидные преимущества FDDI данная сеть не получила широкого распространения, что связано главным образом  с высокой стоимостью ее аппаратуры (порядка нескольких сот и даже тысяч долларов). Основная область  применения FDDI сейчас – это базовые, опорные (Backbone) сети, объединяющие несколько  сетей. Применяется FDDI также для  соединения мощных рабочих станций  или серверов, требующих высокоскоростного  обмена. Предполагается, что сеть Fast Ethernet может потеснить FDDI, однако преимущества оптоволоконного кабеля, маркерного метода управления и рекордный допустимый размер сети ставят в настоящее время FDDI вне конкуренции. А в тех  случаях, когда стоимость аппаратуры имеет решающее значение, можно на некритичных участках применять версию FDDI на основе витой пары (TPDDI). К тому же стоимость аппаратуры FDDI может сильно уменьшится с ростом объема ее выпуска. 

1.3 Сеть 100VG-AnyLAN  

       Сеть 100VG-AnyLAN – это одна из последних  разработок высокоскоростных локальных  сетей, недавно появившаяся на рынке. Она разработана компаниями Hewlett-Packard и IBM и соответствует международному стандарту IEEE 802.12, так что уровень  ее стандартизации достаточно высокий.

       Главными  достоинствами ее являются большая  скорость обмена, сравнительно невысокая  стоимость аппаратуры, централизованный метод управления обменом без  конфликтов, а также совместимость  на уровне форматов пакетов с сетями Ethernet и Token-Ring.

       В названии сети 100VG-AnyLAN цифра 100 соответствует  скорости 100 Мбит/с, буквы VG обозначают дешевую неэкранированную витую  пару категории 3 (Voice Grade), а AnyLAN (любая  сеть) обозначает то, что сеть совместима с двумя самыми распространенными  сетями.

       Основные  технические характеристики сети 100VG-AnyLAN:

       • Скорость передачи – 100 Мбит/с.

       • Топология – звезда с возможностью наращивания (дерево). Количество уровней  каскадирования концентраторов (хабов) – до 5.

       • Метод доступа – централизованный, бесконфликтный (Demand Priority – с запросом приоритета).

       • Среда передачи – счетверенная неэкранированная витая пара (кабели UTP категории 3, 4 или 5), сдвоенная витая пара (кабель UTP категории 5), сдвоенная экранированная витая пара (STP), а также оптоволоконный кабель. Сейчас в основном распространена счетверенная витая пара.

       • Максимальная длина кабеля между  концентратором и абонентом и  между концентраторами – 100 метров (для UTP кабеля категории 3), 200 метров (для UTP кабеля категории 5 и экранированного  кабеля), 2 километра (для оптоволоконного  кабеля). Максимально возможный размер сети – 2 километра (определяется допустимыми задержками).

       •  Максимальное количество абонентов  – 1024, рекомендуемое – до 250.

       Таким образом, параметры сети 100VG-AnyLAN довольно близки к параметрам сети Fast Ethernet. Однако главное преимущество Fast Ethernet –  это полная совместимость с наиболее распространенной сетью Ethernet. В то же время, централизованное управление 100VG-AnyLAN, исключающее конфликты и гарантирующее предельную величину времени доступа (чего не предусмотрено в сети Ethernet), также нельзя сбрасывать со счетов.

       Рисунок 3 - Структура сети 100VG-AnyLAN

       Сеть 100VG-AnyLAN состоит из центрального (основного, корневого) концентратора уровня 1, к которому могут подключаться как  отдельные абоненты, так и концентраторы  уровня 2, к которым в свою очередь  подключаются абоненты и концентраторы  уровня 3 и т.д. При этом сеть может  иметь не более пяти таких уровней (в первоначальном варианте было не более трех). Максимальный размер сети может составлять 1000 метров для неэкранированной витой пары.

       Таким образом, сеть 100VG-AnyLAN представляет собой  доступное решение для увеличения скорости передачи до 100 Мбит/с. Однако не обладает полной совместимостью ни с одной из стандартных сетей, поэтому ее дальнейшая судьба проблематична. К тому же, в отличие от сети FDDI, она не имеет никаких рекордных  параметров. Скорее всего, 100VG-AnyLAN несмотря на поддержку солидных фирм и высокий уровень стандартизации останется всего лишь примером интересных технических решений.

       Если  говорить о наиболее распространенной 100-мегабитной сети Fast Ethernet, то 100VG-AnyLAN обеспечивает вдвое большую длину кабеля UTP категории 5 (до 200 метров), а также  бесконфликтный метод управления обменом. 

4. Беспроводные  сети

       До  недавнего времени беспроводная связь в локальных сетях практически  не применялась. Однако с конца 90-х  годов 20 века наблюдается настоящий  бум беспроводных локальных сетей (WLAN – Wireless LAN). Это связано в первую очередь с успехами технологии и  с теми удобствами, которые способны предоставить беспроводные сети. По имеющимся  прогнозам, число пользователей  беспроводных сетей в 2005 году достигнет 44 миллионов, а 80% всех мобильных компьютеров  будут оснащены встроенными средствами доступа к таким сетям.

       В 1997 году был принят стандарт для  беспроводных сетей IEEE 802.11. Сейчас этот стандарт активно развивается и  включает в себя уже несколько  разделов, в том числе три локальные  сети (802.11a, 802.11b и 802.11g). Стандарт содержит следующие спецификации:

       • 802.11 – первоначальный стандарт WLAN. Поддерживает передачу данных со скоростями от 1 до 2 Мбит/с.

       • 802.11a – высокоскоростной стандарт WLAN для частоты 5 ГГц. Поддерживает скорость передачи данных 54 Мбит/с.

       • 802.11b – стандарт WLAN для частоты 2,4 ГГц. Поддерживает скорость передачи данных 11 Мбит/с.

       • 802.11e – устанавливает требования качества запроса, необходимое для всех радио интерфейсов IEEE WLAN.

       • 802.11f – описывает порядок связи между равнозначными точками доступа.

       • 802.11g – устанавливает дополнительную технику модуляции для частоты 2,4 ГГц. Предназначен для обеспечения скоростей передачи данных до 54 Мбит/с.

       • v802.11h – описывает управление спектром частоты 5 ГГц для использования в Европе и Азии.

       • 802.11i – исправляет существующие проблемы безопасности в областях аутентификации и протоколов шифрования.

       Разработкой и поддержкой стандарта IEEE 802.11 занимается комитет Wi-Fi Alliance. Термин Wi-Fi (wireless fidelity) используется в качестве общего имени  для стандартов 802.11a и 802.11b, а также  всех последующих, относящихся к  беспроводным локальным сетям (WLAN).