Автоматизація доступу до каналів комп'ютерних мереж (стр. 2 из 16)

У обчислювальних мережах застосовують як потенційне, так і імпульсне кодування дискретних даних, а також специфічний спосіб представлення даних, який ніколи не використовується усередині комп'ютера, - модуляцію (рис. 1.1). При модуляції дискретна інформація представляється синусоїдальним сигналом тієї частоти, яку добре передає наявна лінія зв'язку.

Рис. 1.1. Приклади представлення дискретної інформації

Потенційне або імпульсне кодування застосовується на каналах високої якості, а модуляція на основі синусоїдальних сигналів переважно у тому випадку, коли канал вносить сильні спотворення до передаваних сигналів. Зазвичай модуляція використовується в глобальних мережах при передачі даних через аналогові телефонні канали зв'язки, які були розроблені для передачі голосу в аналоговій формі і тому погано підходять для безпосередньої передачі імпульсів.

На спосіб передачі сигналів впливає і кількість проводів в лініях зв'язку між комп'ютерами. Для скорочення вартості ліній зв'язку в мережах зазвичай прагнуть до скорочення кількості проводів і через це використовують не паралельну передачу всіх біт одного байта або навіть декілька байт, як це робиться усередині комп'ютера, а послідовну, побитную передачу, що вимагає всього однієї пари проводів.

Ще однією проблемою, яку потрібно вирішувати при передачі сигналів, є проблема взаємної синхронізації передавача одного комп'ютера з приймачем іншого. При організації взаємодії модулів усередині комп'ютера ця проблема вирішується дуже просто, оскільки в цьому випадку всі модулі синхронізуються від загального тактового генератора. Проблема синхронізації при зв'язку комп'ютерів може вирішуватися різними способами, як за допомогою обміну спеціальними тактовими синхроімпульсами по окремій лінії, так і за допомогою періодичної синхронізації заздалегідь обумовленими кодами або імпульсами характерної форми, що відрізняється від форми імпульсів даних.

Не дивлячись на заходи, що робляться, - вибір відповідної швидкості обміну даними, ліній зв'язку з певними характеристиками, способу синхронізації приймача і передавача, - існує вірогідність спотворення деяких біт передаваних даних. Для підвищення надійності передачі даних між комп'ютерами часто використовується стандартний прийом - підрахунок контрольної суми і передача її по лініях зв'язку після кожного байта або після деякого блоку байтів. Часто в протокол обміну даними включається як обов'язковий елемент сигнал-квитанція, який підтверджує правильність прийому даних і посилається від одержувача відправникові.

Завдання надійного обміну двійковими сигналами, представленими відповідними електромагнітними сигналами, в обчислювальних мережах вирішує певний клас устаткування. У локальних мережах це мережеві адаптери, а в глобальних мережах - апаратура передачі даних, до якої відносяться, наприклад, пристрої, виконуючу модуляцію і демодуляцію дискретних сигналів, - модеми. Це устаткування кодує і декодує кожен інформаційний біт, синхронізує передачу електромагнітних сигналів по лініях зв'язку, перевіряє правильність передачі по контрольній сумі і може виконувати деякі інші операції. Мережеві адаптери розраховані, як правило, на роботу з певним передавальним середовищем - коаксіальним кабелем, витою парою, оптоволокном і тому подібне Кожен тип передавального середовища володіє певними електричними характеристиками, що впливають на спосіб використання даного середовища, і визначає швидкість передачі сигналів, спосіб їх кодування і деякі інші параметри

1.1.1 Топологія фізичних зв'язків

При об'єднанні в мережу більшого числа комп'ютерів виникає цілий комплекс нових проблем.

Насамперед необхідно вибрати спосіб організації фізичних зв'язків, тобто топологію. Під топологією обчислювальної мережі розуміється конфігурація графа, вершинам якого відповідають комп'ютери мережі (іноді і інше устаткування, наприклад концентратори), а ребрам - фізичні зв'язки між ними. Комп'ютери, підключені до мережі, часто називають станціями або вузлами мережі.

Відмітимо, що конфігурація фізичних зв'язків визначається електричними з'єднаннями комп'ютерів між собою і може відрізнятися від конфігурації логічних зв'язків між вузлами мережі. Логічними зв'язками є маршрути передачі даних між вузлами мережі і утворюються шляхом відповідного налаштування комунікаційного устаткування.

Вибір топології електричних зв'язків істотно впливає на багато характеристик мережі. Наприклад, наявність резервних зв'язків підвищує надійність мережі і робить можливим балансування завантаження окремих каналів. Простота приєднання нових вузлів, властива деяким топологиям, робить мережу легко розширюваною. Економічні міркування часто приводять до вибору топологий, для яких характерна мінімальна сумарна довжина ліній зв'язку. Розглянемо деякі, що найчастіше зустрічаються топології.

Повнозв'язна топологія (рис. 1.2, а) відповідає мережі, в якій кожен комп'ютер мережі пов'язаний зі всіма останніми. Не дивлячись на логічну простоту, цей варіант виявляється громіздким і неефективним. Дійсно, кожен комп'ютер в мережі повинен мати велику кількість комунікаційних портів, достатню для зв'язку з кожним з решти комп'ютерів мережі. Для кожної пари комп'ютерів має бути виділена окрема електрична лінія зв'язку. Повнозв'язні топології застосовуються рідко, оскільки не задовольняють жодному з приведених вище вимог. Частіше цей вид топології використовується в багатомашинних комплексах або глобальних мережах при невеликій кількості комп'ютерів.

Всі інші варіанти засновані на неполносвязных топологиях, коли для обміну даними між двома комп'ютерами може потрібно проміжна передача даних через інші вузли мережі.

Комірчаста топологія (mesh) виходить з повнозв'язної шляхом видалення деяких можливих зв'язків (рис. 1.2, б). У мережі з комірчастою топологією безпосередньо зв'язуються тільки ті комп'ютери, між якими відбувається інтенсивний обмін даними, а для обміну даними між комп'ютерами, не сполученими прямими зв'язками, використовуються транзитні передачі через проміжні вузли. Комірчаста топологія допускає з'єднання великої кількості комп'ютерів і характерна, як правило, для глобальних мереж.

Загальна шина (рис. 1.2, в) є дуже поширеною (а до недавнього часу найпоширенішою) топологією для локальних мереж. В цьому випадку комп'ютери підключаються до одного коаксіального кабелю по схемі «монтажного АБО». Передавана інформація може розповсюджуватися в обидві сторони. Застосування загальної шини знижує вартість проводки, уніфікує підключення різних модулів, забезпечує можливість майже миттєвого широкомовного звернення до всіх станцій мережі. Таким чином, основними перевагами такої схеми є дешевизна і простота розводки кабелю по приміщеннях. Найсерйозніший недолік загальної шини полягає в її низькій надійності: будь-який дефект кабелю або якого-небудь з численних роз'ємів повністю паралізує всю мережу. На жаль, дефект коаксіального роз'єму рідкістю не є. Іншим недоліком загальної шини є її невисока продуктивність, оскільки при такому способі підключення в кожен момент часу тільки один комп'ютер може передавати дані в мережу. Тому пропускна спроможність каналу зв'язку завжди ділиться тут між всіма вузлами мережі.

Топологія зірка (рис. 1.2, г). В цьому випадку кожен комп'ютер підключається окремим кабелем до загального пристрою, званого концентратором, який знаходиться в центрі мережі. У функції концентратора входить напрям передаваній комп'ютером інформації одному або решті всіх комп'ютерів мережі. Головна перевага цієї топології перед загальною шиною - істотно велика надійність. Будь-які неприємності з кабелем стосуються лише того комп'ютера, до якого цей кабель приєднаний, і лише несправність концентратора може вивести з ладу всю мережу. Крім того, концентратор може грати роль інтелектуального фільтру інформації, що поступає від вузлів в мережу, і при необхідності блокувати заборонені адміністратором передачі.

До недоліків топології типу зірка відноситься вища вартість мережевого устаткування із-за необхідності придбання концентратора. Крім того, можливості по нарощуванню кількості вузлів в мережі обмежуються кількістю портів концентратора. Іноді має сенс будувати мережу з використанням декількох концентраторів, ієрархічно сполучених між собою зв'язками типу зірка (рис. 1.2, д). В даний час ієрархічна зірка є найпоширенішим типом топології зв'язків як в локальних, так і глобальних мережах.

У мережах з кільцевою конфігурацією (рис. 1.2, е) дані передаються по кільцю від одного комп'ютера до іншого, як правило, в одному напрямі. Якщо комп'ютер розпізнає дані як «свої», то він копіює їх собі у внутрішній буфер. У мережі з кільцевою топологією необхідно приймати спеціальні заходи, щоб у разі виходу з ладу або відключення якої-небудь станції не урвався канал зв'язку між рештою станцій. Кільце є дуже зручною конфігурацією для організації зворотного зв'язку - дані, зробивши повний оборот, повертаються до вузла-джерела. Тому цей вузол може контролювати процес доставки даних адресатові. Часто це властивість кільця використовується для тестування зв'язності мережі і пошуку вузла, що працює некоректно. Для цього в мережу посилаються спеціальні тестові повідомлення.

Рис. 1.2. Типові топології мереж

Тоді як невеликі мережі, як правило, мають типову топологію - зірка, кільце або загальна шина, для крупних мереж характерна наявність довільних зв'язків між комп'ютерами. У таких мережах можна виділити окремі довільно зв'язані фрагменти (підмережі), що мають типову топологію, тому їх називають мережами із змішаною топологією (рис. 1.3).