11.1. Общая характеристика протоколов канального уровня
11.7.1. Общий обзор технологии Ethernet
11.1. Общая характеристика протоколов канального уровня
Канальный уровень предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Полученные с физического уровня данные он упаковывает во фреймы, проверяет на целостность, если нужно исправляет ошибки (посылает повторный запрос поврежденного кадра) и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями (обеспечивая передачу по нескольким различным физическим следам), контролируя и управляя этим взаимодействием.
Спецификация IEEE 802 разделяет этот уровень на 2 подуровня:
— MAC (Media Access Control) регулирует доступ к разделяемой физической среде,
— LLC (Logical Link Control) обеспечивает обслуживание сетевого уровня. На этом уровне работают коммутаторы, мосты.
В программировании канальный уровень представляет драйвер сетевой платы, в операционных системах имеется программный интерфейс взаимодействия канального и сетевого уровней между собой, это не новый уровень, а просто реализация модели для конкретной ОС.
Так, как канальный уровень позволяет передавать данные в рамках одной топологии, необходимо ввести данное понятие. Термин «топология сети» относится к пути, по которому данные перемещаются по сети.
11.2. Понятие топологии сети
Для описания связей абонентов в сети используется понятие топология, под которой принято считать совокупность элементов и связей между ними, «очищенных» от всех свойств, кроме свойств существования и связности.
Обычно топология задается графом G(A, N), где А — множество вершин графа, т.е. элементов сети (пользователи, узлы, центры коммутации и т. п.), а N − множество его ребер, соответствующих линиям связи. Каждое ребро имеет длину, которая эквивалентна некоторым параметрам его использования, например, ее геометрической длине, пропускной способности, общей загрузке и т.п. в случае, когда учитываются направления ребер задается ориентированный граф (орграф).
Пример геометрического представления орграфа показан на рис. 11.1.
Рисунок 11.1 — Орграф
Существуют три основных вида структур (топологий) сетей передачи данных (СПД).
1. Полносвязная сеть — узлы соединены линиями (каналами) по принципу «каждый с каждым» (рис. 11.2).
Полносвязная топология на практике при большом количестве абонентских терминалов практически не используется из-за необходимости организации значительного числа каналов и низкой эффективности их использования, так как большую часть времени каналы простаивают. Тем не мене следует отметить, что такая сеть проста в управлении, обладает высокой живучестью, своевременностью, пропускной способностью.
2. Древовидная сеть — узлы соединяются между собой минимальным числом линий (каналов) без образования замкнутых путей. Между любыми двумя узлами только один путь (рис. 11.3).
|
|
|
|
Рисунок 11.2 — Полносвязная структура сети |
Рисунок 11.3 — Древовидная структура сети |
В большинстве случаев сетью управляет узел на самом высоком уровне иерархии. Однако практический интерес, представляет распределенный подход к иерархической сети, при котором в системе подчиненных узлов определяются такие, которые обеспечивают непосредственное управление устройствами, находящимися ниже в иерархии.
Древовидная структура может иметь ряд частных случаев (рис. 11.4):
а) линейная,
б) звездообразная,
в) радиальная,
г) радиально-узловая.
|
|
|
|
а) линейная |
б) звездообразная |
|
|
|
|
в) радиальная |
г) радиально-узловая |
|
Рисунок 11.4 — Частные случаи древовидной структуры сети |
|
Топология «звезда» — одна из наиболее распространенных. В сетях с такой топологией вся информационная нагрузка исходит из центрального узла, который полностью управляет устройствами, подсоединенными к нему. Центральный узел отвечает за маршрутизацию трафика через себя в другие компоненты. Он также отвечает за локализацию неисправности, которая является относительно простой в звездообразной сети, поскольку решение проблемы обусловлено возможностью локализации линии. Подобно иерархической структуре, звездообразная сеть также подвержена проблемам, связанным с наличием одного центрального узла.
3. Структура типа «сетка» — каждый узел соединен с несколькими ближайшими узлами так, что образуются замкнутые пути (рис. 11.5).
Рисунок 11.5 — Структура сети типа «сетка»
Топология типа «сетка» нашла широкое применение. Ее привлекательность заключается в высокой надежности и относительной устойчивости к перегрузкам. Благодаря множественности путей трафик может быть направлен в обход отказавших или занятых узлов. Это достигается большей сложностью и дороговизной сети.
Частным случаем структуры типа «сетка» является:
а) кольцевая структура (рис. 11.6). При кольцевой топологии в большинстве случаев данные распространяются только в одном направлении, причем только одна станция принимает сигнал, а затем при необходимости передает его следующей станции в кольце.
Кольцевая топология привлекательна, т. к. перегрузки характерные для иерархической и звездообразной конфигураций, здесь достаточно редки. Так же следует отметить простоту организации кольцевой сети. Недостатком является то, что имеется только один канал, соединяющий все компоненты в кольцо. Если отказывает канал между двумя узлами, наступает отказ всей сети.
б) многоточечное подключение типа «общая шина» — все абонентские терминалы подключаются к одному каналу связи. При этом канал связи используется поочередно одной из пар абонентских терминалов для обмена информацией между собой (рис. 11.7).
Данная структура нашла широкое распространение в локальных сетях. Это обусловлено относительно простым для управления трафиком, поскольку шина допускает, чтобы каждое сообщение принималось всеми станциями (одна единственная станция работает в широковещательном режиме на несколько станций).
|
|
|
| Рисунок 11.6 — Кольцевая структура сети | Рисунок 11.7 — Многоточечное подключение типа «общая шина» |
