Файл: Учебное пособие для студентов специальности 220301 Автоматизация технологических процессов и производств.pdf

69
вычисления по тому же алгоритму. Сравнивая свежеполученное значение с тем, что содержится в поле контрольной последовательности кадра (FCS, frame check sequence), система с высокой вероятностью может убедиться в том, что один из битов пакета не был изменен. Если значения совпадают, система принимает пакет и помещает его в буферы памяти для дальнейшей обработки. Если значения не совпадают, система объявляет ошибку сверки (alignment error) и отбрасывает кадр. Система также отвергает кадр, если количество бит в пакете не кратно 8. Если кадр отброшен, то протоколы вышележащих уровней выявляют его отсутствие и организуют повторную передачу.
Сети Ethernet используют различные варианты кабелей и топологий, основанные на спецификации IEEE.
7.3 Стандарты IEEE на 10 Мбит/с. Здесь существует 4 топологии:
• 10 Base T;
• 10 Base 2;
• 10 Base 5;
• 10 Base FL.
10 BASE T (10-скорость передачи данных 10 Мбит/с, BASE- узкополосная, T-витая пара) сеть Ethernet для соединения компьютеров обычно используют неэкранированную витую пару
(UTP), можно и экранированную (STP).
Большинство сетей этого типа строятся в виде звезды, но по системе передачи сигналов представляют собой шину (рис.7.3).
Обычно концентратор сети 10 Base T выступает как многопортовый репитер (усилитель).
Рис. 7.3 Топология 10 Base T
Характеристика топологии 10 Base T представлена в табл.7.1

70
Табл. 7.1
Категория
Характеристика
Кабель
Категория 3. 4 или 5 UTP
Соединители
RG-45 на концах кабеля
Трансивер (устройство для приема и передачи сигналов)
Нужен каждому компьютеру
Расстояние от трансивера до концентратора
100 max
Магистраль для соединения концентраторов
Коаксиальный или оптоволоконный кабель
Общее количество РС в ЛС
По спецификации до 1024 10 Base 2 (10 – 10 Мбит/с, Base-узкополосная передача, расстояние до 185м).
Сеть такого типа ориентирована на тонкий коаксиальный кабель, или тонкий Ethernet с максимальной длиной сегмента 185м, минимальная длина кабеля 0,5м. (Рис.7.4)
Репитер 2
Магистральный
Репитер 1 сегмент 2 Магистральный
Сегмент 3
Магистральный Репитер 3
Сегмент 1
Магистральный
Сегмент 4
Репитер 4
Магистральный сегмент 5
Рис.7.4 Топология 10 Base 2
Компоненты кабеля "тонкий Ethernet":
• BNC баррел-коннекторы (для удлинения кабеля);

71
• BNC T – коннекторы (соединяют сетевой кабель с сетевой платой);
• BNC - терминаторы
Сети на тонком Ethernet имеют топологию "шина".
Характеристика топологии 10 Base 2 представлена в табл. 7.2
Табл.7.2
Категория
Характеристика
Максимальная длина сегмента
185м
Соединение с платой сетевого адаптера
BNC T-коннектор
Количество магистральных сегментов и репитеров
Используя 4 репитера, можно соединить 5 сегментов
Максимальное количество РС на сегмент
По спецификации 30
Количество сегментов, к которым можно подключить РС
3 сегмента из 5
Максимальная общая длина сети 925м
Общее количество РС в сети
1024 10 Base 5 –Стандартный Ethernet (10-скорость передачи 10 Мбит/с,
Base-узкополосная передача, 5-сегменты по 500м.)
Компоненты кабельной сети:
• трансиверы, обеспечивают связь между РС и главным кабелем
ЛС, совмещены с "зубом вампира", соединенным с кабелем;
• кабели трансиверов соединяют трансивер с платой сетевого адаптера;
• DIX (Digital Intel Xerox connector)-коннектор, или AUI- коннектор;
• этот коннектор расположен на кабеле трансивера;
• коннекторы N-серии и терминаторы N-серии.
Характеристика топологии 10 Base 5 представлена в табл.7.3
Табл. 7.3
Категория
Характеристика
Максимальная длина сегмента
500м.
Трансиверы
Соединены с сегментом
Максимальное расстояние между компьютером и трансивером
50м
Минимальное расстояние между трансиверами
2, 5м.
Количество магистральных сегментов и репитеров
Используя 4 репитера, можно соединить 5 сегментов

72
Количество сегментов, к которым могут быть подключены РС
3 сегмента из 5
Сравнительная характеристика топологий сети Ethernet представлена в табл. 7.4
Табл. 7.4 10 Base 2 10 Base 5 10 Base T
Топология
Шина
Шина
Звезда, Шина
Тип кабеля
RG-58
(тонкий, коаксиальный)
Толстый Ethernet
Кабель трансивера экранированная витая пара
Неэкранированная витая пара категории 3,4 или 5
Соединение с платой СА
BNCT-коннектор DIX-коннектор,
AUI-коннектор
RG-45
Сопротивление терминатора, Ω
50 50
Не используется
Волновое сопротивление
50±2 50±2 85-115 для UTP
135-165 - STP
Расстояние, м.
От 0,5 между РС
От 2,5 между Тр и до 50 между Тр и
РС
До
100 между трансивером (Тр) и концентратом
Макс-ая длина кабельного сег.
185 500 100
Макс-ое число соединенных сегментов
5 (с исполз-ем 4-х репитеров)
Тоже
Не определено
Максимальная длина сети
925 2460
Не используется
Максимальное число
РС на сегмент
30
(в сети м.б.1024 РС)
100 1 (каждая РС имеет собствен-ый кабель)
Вопросы для самопроверки:
1.Сетевые архитектуры: определения и примеры.
2. Структура кадра Ethernet.
3.Типы кабелей и топологий сети Ethernet.
8.Требования, предъявляемые к современным локальным сетям
8.1 Производительность
8.2 Надежность и безопасность
8.3 Расширяемость и масштабируемость

73 8.4 Прозрачность
8.5 Поддержка разных видов трафика
8.6 Управляемость
8.7 Совместимость
Ключевые слова: время реакции, пропускная способность, задержка передачи, коэффициент готовности, безопасность, расширяемость, масштабируемость, прозрачность, управляемость, совместимость
8.1 Производительность
Потенциально высокая производительность - это одно из основных свойств распределенных систем, к которым относятся локальные сети. Это свойство обеспечивается возможностью распараллеливания работ между несколькими компьютерами сети. К сожалению, эту возможность не всегда удается реализовать.
Существует несколько основных характеристик производительности сети:
• время реакции;
• пропускная способность;
• задержка передачи и вариация задержки передачи.
Время реакции сети является интегральной характеристикой производительности сети с точки зрения пользователя. Именно эту характеристику имеет в виду пользователь, когда говорит: «Сегодня сеть работает медленно».
В общем случае время реакции определяется как интервал времени между возникновением запроса пользователя к какой-либо сетевой службе и получением ответа на этот запрос.
Значение этого показателя зависит от типа службы, к которой обращается пользователь, от того, какой пользователь и к какому серверу обращается, а также от текущего состояния элементов сети - загруженности сегментов, коммутаторов и маршрутизаторов, через которые проходит запрос, загруженности сервера и т. п.
Поэтому имеет смысл использовать также и средневзвешенную оценку времени реакции сети, усредняя этот показатель по пользователям, серверам и времени дня (от которого в значительной степени зависит загрузка сети).
Время реакции сети обычно складывается из нескольких составляющих. В общем случае в него входит время подготовки запросов на клиентском компьютере, время передачи запросов между клиентом и сервером через сегменты сети и промежуточное коммуникационное оборудование, время обработки запросов на сервере, время передачи ответов от сервера клиенту и время обработки получаемых от сервера ответов на клиентском компьютере.
Ясно, что пользователя разложение времени реакции на составляющие не интересует - ему важен конечный результат, однако для сетевого специалиста очень важно выделить из общего времени реакции составляющие, соответствующие этапам собственно сетевой обработки данных, - передачу данных от клиента к серверу через сегменты сети и коммуникационное оборудование.
Знание сетевых составляющих времени реакции дает возможность оценить производительность отдельных элементов сети, выявить узкие места и в случае необходимости выполнить модернизацию сети для повышения ее общей производительности.

74
Пропускная способность отражает объем данных, переданных сетью или частью в единицу времени. Пропускная способность уже не является пользовательской характеристикой, так как она говорит о скорости выполнения внутренних операций сети - передачи пакетов данных между узлами сети через различные коммуникационные устройства. Зато она непосредственно характеризует качество выполнения основной функции сети - транспортировки сообщений – и поэтому чаще используется при анализе производительности сети, чем время реакции.
Пропускная способность измеряется либо в битах в секунду, либо в пакетах в секунду. Пропускная способность может быть мгновенной, максимальной, средней.
Средняя пропускная способность вычисляется путем деления общего объема переданных данных на время их передачи, причем выбирается достаточно длительный промежуток времени - час, день или неделя.
Мгновенная пропускная способность отличается от средней тем, что для усреднения выбирается очень маленький промежуток времени - например, 10 мс или 1 с.
Максимальная пропускная способность - это наибольшая мгновенная пропускная способность, зафиксированная в течение периода наблюдения.
Чаще всего при проектировании, настройке и оптимизации сети используются такие показатели, как средняя и максимальная пропускные способности. Средняя пропускная способность отдельного элемента или всей сети позволяет оценить работу сети на большом промежутке времени, в течение которого в силу закона больших чисел пики и спады интенсивности трафика компенсируют друг друга. Максимальная пропускная способность позволяет оценить возможности сети справляться с пиковыми нагрузками, характерными для особых периодов работы сети, например утренних часов, когда сотрудники предприятия почти одновременно регистрируются в сети и обращаются к разделяемым файлам и базам данных.
Пропускную способность можно измерять между любыми двумя узлами или точками сети, например, между клиентским компьютером и сервером, между входным и выходным портами маршрутизатора. Для анализа и настройки сети очень полезно знать данные о пропускной способности отдельных элементов сети.
Важно отметить, что из-за последовательного характера передачи пакетов различными элементами сети общая пропускная способность сети любого составного пути в сети будет равна минимальной из пропускных способностей составляющих элементов маршрута. Для повышения пропускной способности составного пути необходимо в первую очередь обратить внимание на самые медленные элементы - в данном случае таким элементом, скорее всего, будет маршрутизатор. Следует подчеркнуть, что если передаваемый по составному пути трафик будет иметь среднюю интенсивность, превосходящую среднюю пропускную способность самого медленного элемента пути, то очередь пакетов к этому элементу будет расти теоретически до бесконечности, а практически - до тех пор, пока не заполнится его буферная память.
А затем пакеты просто начнут отбрасываться и теряться.
Иногда полезно оперировать с общей пропускной способностью сети, которая определяется как среднее количество информации, переданной между всеми узлами сети в единицу времени. Этот показатель характеризует качество сети в целом, не дифференцируя его по отдельным сегментам или устройствам.
Обычно при определении пропускной способности сегмента или устройства в передаваемых данных не выделяются пакеты

75
какого-то определенного пользователя, приложения или компьютера
- подсчитывается общий объем передаваемой информации. Тем не менее, для более точной оценки качества обслуживания такая детализации желательна, и в последнее время системы управления сетями все чаще позволяют ее выполнять.
Задержка передачи определяется как задержка между моментом поступления пакета на вход какого-либо сетевого устройства или части сети и моментом появления его на выходе этого устройства. Этот параметр производительности по смыслу близок ко времени реакции сети, но отличается тем, что всегда характеризует только сетевые этапы обработки данных, без задержек обработки компьютерами сети. Обычно качество сети характеризуют величинами максимальной задержки передачи и вариацией задержки. Не все типы трафика чувствительны к задержкам передачи, во всяком случае, к тем величинам задержек, которые характерны для компьютерных сетей, - обычно задержки не превышают сотен миллисекунд, реже - нескольких секунд. Такого порядка задержки пакетов, порождаемых файловой службой, службой электронной почты или службой печати, мало влияют на качество этих служб с точки зрения пользователя сети. С другой стороны, такие же задержки пакетов, переносящих голосовые данные или видеоизображение, могут приводить к значительному снижению качества предоставляемой пользователю информации - возникновению эффекта эха, невозможности разобрать некоторые слова, дрожание изображения и т.п.
Пропускная способность и задержки передачи являются независимыми параметрами, так что сеть может обладать, например, высокой пропускной способностью, но вносить значительные задержки при передаче каждого пакета.
8.2 Надежность и безопасность
Одной из первоначальных целей создания распределенных систем, к которым относятся и локальные сети, являлось достижение большей надежности по сравнению с отдельными вычислительными машинами.
Важно различать несколько аспектов надежности. Для технических устройств используются такие показатели надежности, как среднее время наработки на отказ, вероятность отказа, интенсивность отказов. Однако эти показатели пригодны для оценки надежности простых элементов и устройств, которые могут находиться только в двух состояниях - работоспособном или неработоспособном. Сложные системы, состоящие из многих элементов, кроме состояний работоспособности и неработоспособности, могут иметь и другие промежуточные состояния, которые эти характеристики не учитывают. В связи с этим для оценки надежности сложных систем применяется другой набор характеристик.
Готовность или коэффициент готовности (availability) означает долю времени, в течение которого система может быть использована. Готовность может быть улучшена путем введения избыточности в структуру системы: ключевые элементы системы должны существовать в нескольких экземплярах, чтобы при отказе одного из них функционирование системы обеспечивали другие.
Чтобы систему можно было отнести к высоконадежным, она должна как минимум обладать высокой готовностью, но этого недостаточно. Необходимо обеспечить сохранность данных и защиту их от искажений. Кроме этого, должна поддерживаться согласованность (непротиворечивость) данных, например, если для повышения надежности на нескольких файловых серверах хранится

76
несколько копий данных, то нужно постоянно обеспечивать их идентичность.
Так как сеть работает на основе механизма передачи пакетов между конечными узлами, то одной из характерных характеристик надежности является вероятность доставки пакета узлу назначения без искажений. Наряду с этой характеристикой могут использоваться и другие показатели: вероятность потери пакета (по любой из причин - из-за переполнения буфера маршрутизатора, из- за несовпадения контрольной суммы, из-за отсутствия работоспособного пути к узлу назначения и т. д.), вероятность искажения отдельного бита передаваемых данных, отношение потерянных пакетов к доставленным.
Другим аспектом общей надежности является безопасность
(security), то есть способность системы защитить данные от несанкционированного доступа. В распределенной системе это сделать гораздо сложнее, чем в централизованной. В сетях сообщения передаются по линиям связи, часто проходящим через общедоступные помещения, в которых могут быть установлены средства прослушивания линий. Другим уязвимым местом могут быть оставленные без присмотра персональные компьютеры. Кроме того, всегда имеется потенциальная угроза взлома защиты сети от неавторизованных пользователей, если сеть имеет выходы в глобальные сети общего пользования.
Еще одной характеристикой надежности является отказоустойчивость
(fault tolerance).
В сетях под отказоустойчивостью понимается способность системы скрывать от пользователя отказ отдельных ее элементов. Например, если копии таблицы базы данных хранятся одновременно на нескольких файловых серверах, то пользователи могут просто не заметить отказ одного из них. В отказоустойчивой системе отказ одного из ее элементов приводит к некоторому снижению качества ее работы
(деградации), а не к полному останову. Так, при отказе одного из файловых серверов в предыдущем примере увеличивается только время доступа к базе данных из-за уменьшения степени распараллеливания запросов, но в целом система будет продолжать выполнять свои функции.
8.3. Расширяемость и масштабируемость
Термины расширяемость и масштабируемость иногда используют как синонимы, но это неверно - каждый из них имеет четко определенное самостоятельное значение.
Расширяемость
(extensibility) означает возможность сравнительно легкого добавления отдельных элементов сети
(пользователей, компьютеров, приложений, служб), наращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры более мощной. При этом принципиально важно, что легкость расширения системы иногда может обеспечиваться в некоторых весьма ограниченных пределах. Например, локальная сеть Ethernet, построенная на основе одного сегмента толстого коаксиального кабеля, обладает хорошей расширяемостью, в том смысле, что позволяет легко подключать новые станции. Однако такая сеть имеет ограничение на число станций - их число не должно превышать 30-40. Хотя сеть допускает физическое подключение к сегменту и большего числа станций (до 100), но при этом чаще всего резко снижается производительность сети. Наличие такого ограничения и является признаком плохой масштабируемости системы при хорошей расширяемости.
Масштабируемость (scalability) означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не