Реферат: Топології мереж Граф як основа побудови комп ютерної мережі
2.2 Вибір топології мережі
На практиці найпоширенішого використання дістали комп’ютерни мережі, які будуються на основі топологій типу шина, зірка та кільце. Це пов’язано зтим, що при реалізації мереж в офісах та на підприємствах вимоги до продуктивності, надійності та захищеності цих структур суттєво відрізняються від вимог до мереж військового або наукового профілю. В доданку 3 приведено порівняльний аналіз декількох найпоширеніших топологій стосовно реалізації автоматизованої системи керування озброєнням військового корабля. А нижче буде розглянуто властивості трьох основних типів топологій а також можливості їх фізичної реалізації.
При використанні шинної топології (доданок 1) всі комп’ютери під’єднуються до одного загального кабеля , на кінцях якого встановлюються кінцеві резистори (термінатори). У випадку, коли один з під’єднаних комп’ютерів не працює, це загалом не впливає на роботу мережі; у випадку, коли порушується цілістність кабеля або з’єднувального пристрою на будь-якій ділянці мережі, то вся мережа стає працювати. В зв’язку з тим, що тут використовується один загальний кабель, мережні методи взаємодії пропонують розподілену (Shared) в одному часовому проміжку обробку всіх запитів на з’єднання та передачу інформації від всіх комп’ютерів. В ситуації, коли кількість під’єднаних до мережі машин збільшується, час обробки кожного запиту збільшується, а сумарна продуктивність мережі сильно зменшується.
В топології типу зірка кожний комп’ютер під’єднується до особливого пристрою, що називається концентратор (hab ), який розмножує та передає сигнал по всіх під’єднаних до нього кабелях. Аналогічно до шинної топології, цей варіант схильний до зменшення продуктивності при збільшенні кількості комп’ютерів в мережі.
Для збільшення продуктивності мережі та підтримки постійної швидкості обміну для всіх з’єднань водночас замість концентратора треба використовувати комутатор (Switch ), який організовує віртуальні канали для кожного з’єднання між вузлами мережі. В цій топології несправність в одному з кабелів призведе до припинення роботи лише одного комп’ютера, але не всієї мережі. При відмові концентратора або комутатора всі під’єднані до нього комп’ютери будуть від’єднані від мережі.
В кільцевій топології всі комп’ютери з’єднано замкненим в кільце кабелем . Комп’ютер, що «бажає» передати інформацію, посилає спеціальний маркер із своїми данними. В цьому маркері також міститься адреса відправника та одержувача. Комп’ютер-одержувач, прочитавши його, посилає цей же маркер назад, щоб підтвердити одержання, а відправник , в свою чергу, одержує його і передає наступному в кільці комп’ютеру, щоб і він мав можливість передати свої данні. Такий метод взаємодії визначає більш низький темп зменшення сумарної продуктивності мережі порівняно з шинною топологією, але при несправності в будь-якій ділянці кабеля вся мережа перестає функціонувати.
Проаналізувавши топології мереж, що наведено вище, можна сказати, що в реалізованому прикладі (мережа на 40-50 комп’ютерів) найоптимальнішою буде зіркоподібна топологія. Іноді на підприємствах зустрічаються більш старі мережі, наприклад TokenRing або ArcNet, які використовують топологію кільця або шини. В такому випадку, їх можна з’єднати з новою мережею, якщо використати відповідні перехідні пристрої, і одержати таким чином комбіновану топологію.
3. Структурована кабельна система
3.1 Загальні відомості про з ’ єднувальні матеріали
Для побудови локальних мереж використовують один з наступних кабелей: коаксіальний, вита пара та оптоволоконний . Всі вони характерізуються різною перешкодозахищеністю та різною ймовірністю несанкціонованого доступу до інформації, яка по них передається.
Коаксіальний (Coaxial) кабель, який складається з однієї центральної жили та екрану навколо неї, має середній ступень перешкодозахищеності від зовнішніх електромагнітних полей. Для підвищення перешкодозахищеності його екрануючу обплітку необхідно заземляти. Електричні сигнали, що проходять по ньому створюють,в свою чергу, досить потужне електромагнітне поле, яке досить легко сприймають безконтактні датчикі несанкціанованого зняття інформації. Тому багато виробників кабелей використовують різні технічні та технологічні хитрощі для зниження рівня цього наведеного електромагнітного поля. Звичайно, це не повинно лякати тих, у кого по мережі передається інформація не особливо секретного характеру. Для побудови локальних мереж використовуються два типи: тонкий RG - 58 та товстий RG -62. Кабель RG - 58 діаметром 0.5 см з хвильовим опором 50 Ом забезпечує середній рівень згасання сигналу та перешкодозахищеності. RG - 62 (діаметр біля 1 см) з хвильовим опором 50 Ом забезпечує малий рівень згасання сигналу та високу перешкодозахищеність. Кабель RG - 62 використовується рідко через досить високу вартість та труднощів монтажу. Застосовується для прокладення магистральної проводки.
Кабель «вита пара» (Twisted Pair), також називаємий неекранованою витою парою (UTP), складається з попарно звитих з певним кроком ізольованих мідних дротів, в результаті чого наведені електромагнитні поля частково взаємокомпенсуються. При проводці цього кабеля необхідно жорстко дотримуватись правил, визначених в стандартах IEEE, бо він має низький ступень перешкодозахищеності від зовнішніх електромагнітних полей.
Для підвищення перешкодозахищеності та зниження рівня власного випромінювання розроблено кабелі STP з екрануючою обпліткою, FTP з екраном з фольги навколо всіх пар дроту та S/FTP з екрануючою обпліткою поверх FTP. Є ще 2 типи кабеля, де кожна пара має власний металевий екран і всі пари разом загорнуто або в металеву обплітку (S/STP), або в фольгу (F/STP). Ці екрани необхідно заземляти для зниження рівня перешкод від зовнішніх електромагнітних полей.
Існує ще й така характеристика витої пари як категорія . Для локальних мереж використовують кабелі 3, 4 та 5 категорій. Кабель категорії 5 дозволяє передавати інформацію з швидкістю 100 Мбіт/c в синхронному режимі передачі та 155 Мбіт/с в асинхронному, 4 категорії - 20 Мбіт/с і 3 категорії - 16 Мбіт/c. Кожний з цих кабелей характерізується різною кількістю скруток кожної пари дроту на одиницю довжини.
Оптоволоконний (Fiber-Optical, FO) кабель, на відміну від попередніх, зовсім не доступний перешкодам, тому що інформація передається за допомогою світлових хвиль. Не створюючи електромагнітного поля, він також не доступний безконтактному несанкціанованому зняттю інформації, що гарантує її повну конфеденційність. Кабель забезпечує повну гальваничну розв’язку і тому не потребує заземління або виконання інших умов електробезпеки. FO відрізняються широкою смугою пропускання, надають можливість передавати сигнали з швидкістю до десятків Гбіт/с на відстані до100 км, мають малі габарити та вагу.
3.2 Реалізація структурованої кабельної системи
Правильний підхід до створення локальної мережі передбачає побудову на початковому етапі структурованої кабельної системи (СКС). Під цим поняттям розуміють сукупність горизонтальної (розміщеної в одному приміщені або на одному поверсі), магістральної (з’єднання будинків, відділів, сегментів) та вертикальної (міжповерхові) кабельної проводки, монтажних коробів і шаф, а також різного пасивного мережного обладнання: розетки, комутаційні панелі тощо. Структурованість кабельної системи - це поділ її на відносно самостійні функціональні рівні з резервуванням за кількістю під’єднань (для полегшення реконфігурації та розширення мережі), які часто об’єднують комп’ютерні, телефонні, телевізійні, охоронні та силові мережі. Роботи по проектуванню і монтажу інформаційної мережі найкраще проводити на стадії капітального будівництва або ремонту приміщень. При цьому, з метою підвищення надійності мережі та можливості подальшого нарощування її продуктивності при встановленні кабельної системи бажано провести резервні лінії, при можливості різними маршрутами. Це особливо стосується вертикальної та магістральної проводки.
До вибору обладнання для СКС (яке, доречі, коштує 50 % вартості всієї мережі) необхідно підходити дуже серйозно. Воно має задовольняти вимогам стандартів IEEE (Institute of Electric and Electronic Engineers), NEC (National Electrical Code), EIA/TIA (Electronic Industry Association/ Telecommunication Industry Association) та іншим, що надалі звільнить від проблем з використанням активного обладнання (мережні плати, комутатори, концентратори і т.д.) різних виробників.
На кабелях, що використовуються в СКС, обов’язково повинне стояти маркування UL, що свідчить про те, що вони пройшли тестування в незалежній організації Underwriters Laboratories на відповідність стандартам NEC та EIA/ TIA.
СКС також має бути розрохована на перспективу та надавати можливість використовувати при модернізації мережі більш швидкісне активне обладнання при збереженні значної частини кабельного господарства. З цією метою СКС бажано робити з використанням або оптоволокна на всіх ділянках, що досить коштовно через високу вартість активного обладнання, яке використовується, або витої пари 5 категорії для горизонтальної проводки і оптоволокна для вертикальної та магістральної. Останній варіант є найоптимальнішим, хоча часто з метою економії коштів вертикальну й магістральну проводку виконують на витій парі 5 категорії.
Одним з важливих чинників, що характерізують СКС, є встановлення всього комутаційного обладнання в одну або декілька монтажних шаф. Це суттєво полегшує комутацію та сегментацію вузлів мережі і водночас ускладнює несанкціанований доступ до цього обладнання.
3.3 Типи архітектур комп’ютерних мереж
Кабельна система, яка з’єднує всі вузли мережі в різні топології, разом з програмним забезпеченням, яке визначає методи і протоколи обміну, називається мережною архітектурою . Зараз їх налічують більш двох десятків: ArcNet, TokenRing, Ethernet, Fast Ethernet, FDDI, 100VG-AnyLan, Gigabit Ethernet, ATM та інші.
ArcNet (Attached Resource Computer Network) - архітектура мереж з розподіленим середовищем і широкомовною передечею, що працює з швидкістю 2.5Мбіт/с (є реалізація ArcNetplus з швидкістю передачі 20Мбіт/c). Використовується топологія типу «зірка» або «шина». Як правило, в ній використовується коаксіальний кабель RG-62 , але можна використати виту пару та оптоволокно. Максимальна довжина кабеля в одному кабельному сегменті становить для коаксиала - 600 м, UTP - 100 м, STP - 200 м, а максимальна кількість сегментів - 3. Максимальна відстань між активними концентраторами, що з’єднують сегменти,- 610 м.
TokenRing (маркерне кільце) будується в вигляді зірки, а працює як кільце. Використовуються двопарні екрановані (STP) та неекрановані (UTP) виті пари і оптоволокно. При використанні кабеля STP його максимальна довжина в сегменті - 100 м, а для UTP - 45 м. Швидкість передачі данних становить 4 або 16 Мбіт/с. Зараз розробляється більш швидкісний варіант. Максимальна відстань між вузлом і концентратором - 100 м, а максимальна кількість концентраторів - 33. Максимальна відстань між ними - 200 м, а для оптоволокна - 1 км.
Ця архітектура не поширена так, як Ethernet або ArcNet, через високу вартість обладнання.
AppleTalk - набір мережевих протоколів фірми Apple для з’єднання всіх апаратних засобів Apple та Macintosh. Використовуються наступні типи архітектур:
LocalTalk для більшості старих систем Macintosh, не потребує мережевої плати. Використовується кабель вита пара, інтерфейс RS-422 і метод доступу CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance -множинний доступ з прослуховуванням та уникненням колізій). Архітектура характеризується простотою та невеликою вартістю обладнання.
EtherTalk - реалізація Ethernet в версії Apple. EtherTalk Phase 1 базується на версії Ethernet II, а EtherTalk Phase 2, яка замінила LocalTalk в нових системах Macintosh, на Ethernet 802.3.