Сетевой доступ (стр. 6 )

Стандарты канального уровня

В отличие от протоколов верхних уровней стека TCP/IP протоколы канального уровня, как правило, не определяются документами RFC (Request for Comments, RFC). Несмотря на то, что Инженерная группа по развитию Интернета (IETF) поддерживает функциональные протоколы и службы для стека протоколов TCP/IP на верхних уровнях, IETF не определяет функции и принципы работы уровня доступа к сети для этой модели.

Определением открытых стандартов и протоколов, применимых к канальному уровню доступа, занимаются следующие организации.

Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE)

Международный союз электросвязи (ITU)

Международная организация по стандартизации (ISO)

Американский национальный институт стандартизации (ANSI)

Управление доступом к среде

Помещением кадров данных в среду управляет подуровень управления доступом к среде.

Управление доступом к среде работает аналогично правилам дорожного движения, регулирующим выезд автомобилей на дорогу. Отсутствие каких-либо мер управления доступом к среде можно сравнить с ситуацией, когда водители выезжают на дорогу, игнорируя движение других транспортных средств. Однако не все дороги и въезды одинаковы. Транспортные средства могут выезжать на дорогу, либо вливаясь в поток, либо ожидая своей очереди у знака «Стоп», либо подчиняясь сигналам светофора. На въездных дорогах различного типа водители подчиняются разным правилам.

Точно так же существуют различные методы контроля помещения кадров в средство подключения. Правила доступа к различным средствам подключения определяются протоколами канального уровня. Эти методы управления доступом к средству подключения определяют, используют ли узлы данное средство совместно и каким образом это происходит.

Выбор метода управления доступом к средству подключения зависит от следующих факторов.

Топология: как соединение между узлами выглядит на канальном уровне.

Совместное использование средства подключения: как осуществляется общий доступ узлов к средству подключения Совместное использование средства подключения может осуществляться по принципу «точка-точка», как в глобальной сети, или по принципу разделяемого доступа к среде, как в локальных сетях.

Физическая и логическая топология

Топология сети описывает расположение или взаимосвязь сетевых устройств, а также соединения между ними. Топологии LAN и WAN можно рассматривать с двух точек зрения.

Физическая топология. Этот термин относится к физическим соединениям и определяет, каким образом соединяются друг с другом оконечные устройства и устройства сетевой инфраструктуры, такие как маршрутизаторы, коммутаторы и беспроводные точки доступа. Физическая топология чаще всего организована по схеме «точка-точка» или «звезда». (См. рисунок 1.)

Логическая топология: термин, используемый для описания путей передачи кадров между узлами. Структура логической топологии состоит из виртуальных соединений между узлами сети. Эти логические пути сигналов определены протоколами канального уровня. Логическая топология каналов «точка-точка» сравнительно проста, хотя совместно используемая среда подключения позволяет применять различные методы управления доступом. См. рисунок 2.

При управлении доступом данных к среде канальный уровень «видит» логическую топологию сети. Именно логическая топология влияет на выбор типа кадрирования в сети и управления доступом к среде.

Распространенные физические топологии глобальных сетей

Соединения в глобальных сетях обычно организуются с помощью следующих физических топологий.

«Точка-точка» (Point-to-Point): это простейшая топология, представляющая собой постоянное соединение между двумя оконечными точками. Именно по этой причине данная топология глобальной сети является наиболее распространенной.

«Звездообразная» (Hub and spoke): версия звездообразной топологии для глобальной сети, в которой центральный узел соединен с периферийными с помощью соединений «точка-точка».

Ячеистая (Mesh): эта топология обеспечивает высокую доступность, но требует, чтобы каждая оконечная система была связана со всеми остальными системами. Поэтому административные и физические расходы могут быть весьма значительными. Каждый канал в такой сети фактически является каналом, связанным с другим узлом соединением «точка-точка».

На рисунке показаны три наиболее распространенные физические топологии глобальной сети.

Гибрид — это вариант или сочетание каких-либо из вышеуказанных топологий. Например, частично-ячеистая сеть — это гибридная топология, в которой соединены некоторые, но не все, конечные устройства.

Физическая топология «точка-точка»

Физические двухточечные топологии напрямую связывают два узла, как показано на рисунке.

В такой сети двум узлам не нужно использовать среду совместно с другими узлами. Кроме того, узлу не нужно определять, адресован ли входящий кадр именно ему или же другому узлу. Следовательно, протоколы управления логическими соединениями канального уровня могут быть очень простыми, поскольку все кадры в среде могут передаваться только между двумя узлами. Узел на одном конце помещает кадры в среду, а узел на другом конце двухточечного соединения получает эти кадры из среды.

Логическая топология «точка-точка»

Оконечные узлы, взаимодействующие по двухточечной сети, могут быть физически соединены с помощью нескольких промежуточных устройств. Однако то, как эти физические устройства используются в сети, не влияет на логическую топологию.

Как показано на рисунке 1, находящиеся на некотором удалении друг от друга узел источника и узел назначения могут соединяться друг с другом не напрямую. В некоторых случаях логическое соединение между узлами формирует так называемый виртуальный канал. Виртуальный канал — это логическое соединение, созданное в сети между двумя сетевыми устройствами. Два узла на обоих концах виртуального канала обмениваются кадрами между собой. Это происходит и в том случае, если кадры передаются через промежуточные устройства, как показано на рисунке 2. Виртуальные каналы — это важные компоненты логических соединений, используемые в некоторых технологиях уровня 2.

Метод доступа к среде, используемый протоколом канального уровня, определяется логической двухточечной топологией, а не физической топологией. Это означает, что логическое двухточечное соединение между двумя узлами не обязательно связывает два физических узла, расположенные на разных концах одного физического канала связи.

Физические топологии локальных сетей

Физическая топология определяет, как именно физически соединены оконечные системы. В локальных сетях с совместно используемой средой оконечные устройства могут быть соединены с помощью следующих физических топологий.

Звезда (Star): в топологиях типа «звезда» оконечные устройства подключаются к центральному промежуточному устройству. В ранних топологиях типа «звезда» оконечные устройства соединялись с помощью концентраторов Ethernet. Однако теперь в топологиях типа «звезда» используются коммутаторы Ethernet. Топологию типа «звезда» отличают простой монтаж, высокая масштабируемость (простое добавление и удаление оконечных устройств) и простое устранение неполадок.

Расширенная звезда (Extended Star): в расширенной звездообразной топологии дополнительные коммутаторы Ethernet обеспечивают соединение с другими звездообразными топологиями. Расширенная звезда — это пример гибридной топологии.

Шина (Bus): все оконечные системы связаны друг с другом общим кабелем, имеющим на концах специальные заглушки («терминаторы»). Для соединения оконечных устройств коммутаторы не требуются. Шинные топологии на основе коаксиальных кабелей использовались ранее в сетях Ethernet благодаря своей дешевизне и простому монтажу.

Кольцо (Ring): каждая оконечная система соединяется с соседней системой, образуя сеть в форме кольца. В отличие от шинной топологии кольцевая топология не требует применения терминаторов. Кольцевые топологии использовались в устаревших сетях FDDI (Fiber Distributed Data Interface) и Token Ring.

На рисунке показана организация соединений между оконечными устройствами в локальных сетях. Как правило, при графическом изображении структуры сетей прямыми линиями обозначаются локальные сети Ethernet, включая топологии типа «звезда» и «расширенная звезда».

Полудуплексная и полнодуплексная передача данных

Дуплексная связь — это связь с возможностью передачи информации между двумя устройствами в обоих направлениях. При полудуплексной связи передача данных в каждый момент времени возможна только в одном направлении (т. е. их можно либо передавать, либо принимать), тогда как при полнодуплексной связи данные можно передавать и принимать одновременно.

Полудуплексная связь: оба устройства могут передавать и получать информацию через среду, но не одновременно. Полудуплексный режим используется в устаревших шинных топологиях и при использовании концентраторов Ethernet. Сети WLAN также работают в полудуплексном режиме. Полудуплексный режим позволяет осуществлять передачу или прием по общей среде одновременно только одному устройству и используется в случае применения методов конкурентного доступа. На рисунке 1 показан полудуплексный режим связи.

Полнодуплексная связь: оба устройства одновременно могут передавать и принимать данные по средствам подключения. Канальный уровень предполагает одновременную доступность среды обоим узлам для передачи. Коммутаторы Ethernet по умолчанию работают в полнодуплексном режиме, но могут работать и в полудуплексе при подключении к таким устройствам, как коммутаторы Ethernet. На рисунке 2 показан полнодуплексный режим связи.

Важно, чтобы два связанных интерфейса, например сетевой интерфейс узла и интерфейс коммутатора Ethernet, использовали один и тот же дуплексный режим. В противном случае будет возникать несоответствие дуплексных режимов, приводящее к снижению эффективности и задержкам в канале связи.