Логическая шинная топология

Ethernet — наиболее известный пример сети с логической шинной топологией — является самым популярным типом локальной сети. Как вы вскоре увидите, топология Ethernet — не то же самое, что физическая шинная топология (эта концепция не всегда легко воспринимается и приходится ее повторять для лучшего усвоения).
Как работает сеть с логической шинной топологией? Говоря простым языком, каждый раз, когда у какого-либо узла сети оказываются данные для другого узла, то первый узел производит "оповещение" всей сети. Все остальные узлы "слушают" сеть и проверяют, предназначены эти данные для них или нет. Если предназначены, то они "оставляют их себе", если нет — игнорируют. Каждая плата Ethernet имеет специфический (выделенный специально для нее) 48-битовый адрес, и каждая "порция" данных, путешествующая по сети, направляется по адресу платы в тот узел, который должен принять данные.

Примечание:
А что произойдет, если пакет предназначен сразу для нескольких рабочих станций? Сетевое программное обеспечение может дать указание плате Ethernet "прослушивать" определенные групповые адреса. Если пакет для всей сети, то его целевой адрес должен быть равен 1s, и его должна принять каждая плата.

Кто бы и что бы ни передал в сеть, его услышат все. Это несколько напоминает старые телефонные линии коллективного использования, в которых несколько соседей совместно пользовались одним телефонным номером. Каждому из них назначался отличный от прочих сигнальный звонок, определяющий, кто должен принять телефонный вызов.
Если, скажем, у вас три коротких звонка, вы принимали вызов, поскольку знали, что звонят вам. С другой стороны, если вы слышали два длинных и один короткий звонок, то знали, что звонят вашему соседу Барту и могли не обращать на звонок никакого внимания. Во всяком случае, звонок слышали все, а отвечать могла только одна персона — та, которой этот телефонный вызов предназначался. Сети с шинной топологией работают подобным образом, однако они эффективнее по сравнению со старыми "коллективными"
линиями связи, поскольку соседние компьютеры в сети могут не обрабатывать не относящиеся к ним данные.
Итак, мы знаем, как данные находят в сети пункт назначения. Но как же сетевые компьютеры их посылают? В сети с шинной топологией каждая рабочая станция может посылать информацию в модуле сигналов, называемом пакетом. Данные, передаваемые по сети любого типа, должны удовлетворять жестко заданному формату - формату кадра канального уровня (Data Link Layer Frame), который используют для упорядочивания данных. Этот формат определен на канальном уровне модели OSI (см. гл. 1).

Примечание:
Пакеты в Ethernet могут иметь различную длину, но длина не должна превышать 1518 байт, потому что тогда никакая рабочая станция не будет работать на передачу слишком долго, загружая сеть. (Об этом в разделе "Стандарт Ethernet (802.3n)" этой главы).

Перед тем как рабочая станция начнет широковещательную передачу в сеть, она прослушивает "эфир" и определяет, не пользуется ли сейчас сетью кто-либо еще. Если сеть свободна, рабочая станция начинает широковещательную передачу.
А что будет, если сеть занята? Наибольшая проблема в методе широковещательной сетевой передачи - расстояние. Если расстояние между двумя компьютерами в одной и той же сети (назовем их Узел А и Узел Б) слишком велико, они могут не услышать сигналов друг друга в линии связи. Если они не могут "слышать" друг друга, то Узел А не может сказать, передает информацию Узел Б или нет. Думая, что все тихо, Узел А может начать свою передачу, когда Узел Б еще передает данные. Если это случится, и два узла будут передавать информацию одновременно, произойдет конфликт пакетов, приводящий к "пульсации" частоты сигнала в кабеле. Первый же узел, который заметит возросшую пульсацию частоты сигнала, пошлет высокочастотный сигнал, отменяющий все другие, и сообщит всем узлам, что случился конфликт, и что все узлы сети должны остановить передачу пакетов. Далее каждый узел "молчит" в течение некоторого промежутка времени, продолжительность которого задается случайным образом, после чего повторно делает попытку широковещательной передачи. Прежде чем отказаться от новых попыток они делают это до 16 раз. Познакомьтесь со вставкой "Восстановление работы узлов после конфликтов", описывающей этот процесс для сетей Ethernet. Рис. 2.6. иллюстрирует этот процесс в сетях Ethernet.

Восстановление работы узлов после конфликтов

Метод, который используется узлами для выбора времени передачи данных, называется усеченный двоичный порядок выдержки времени (в отличие от почти всех терминов в мире LAN для этого названия нет общепринятого акронима или аббревиатуры). Говоря проще, этот метод работает так: каждый из двух узлов войдя в противоречие, генерирует случайное целое число в диапазоне между 1 и 2, умножает это число на одну вторую и затем делает паузу на это количество миллисекунд перед повторной передачей. Конечно, при первой попытке есть вероятность того (она равна 0,5), что узлы А и Б выберут одинаковое число, и поэтому им придется повторить попытку. В следующий раз узлы А и Б будут случайным образом выбирать число из диапазона 1—4 и снова повторять попытку.
Если они снова выберут одинаковые числа, то далее уже будут выбирать число из диапазона 1—8. Все это продолжается вместе с удвоением верхней границы числового диапазона И каждом шаге, до тех пор, пока или узлы А и Б выберут разные числа, или не будет сделано 16 попыток. После этого дальнейшие попытки выбора прекратятся. Вероятность установления связи между узлами А и Б весьма высока, но при выполнении шестнадцатой попытки задержка перед соединением достигнет половины секунды. Представьте, что это значит для сети со скоростью передачи данных 100 миллионов бит в секунду. Однако необходимость выполнения такого количества попыток возникает очень редко.

Насколько вероятно возникновение конфликтов? Использование кабелей, длина которых не превышает допустимой величины, снижает шанс возникновения конфликта, поскольку узлы смогут услышать широковещательную передачу других узлов. (Например, применительно к сети Ethernet это значит, что участок кабеля не должен быть длиннее 185 метров, после чего сигнал следует усилить.) Фактически, метод работы сети с логической шинной топологией увеличивает вероятность возникновения конфликтов пакетов. Если узел не может выполнить широковещательную передачу, пока сеть занята, то что же случится, когда линия связи освободится, а несколько узлов уже будут иметь данные для передачи? Они внезапно начнут одновременно передавать свою информацию, в результате чего снова могут возникнуть конфликты.
Учтите, что описанная выше процедура имеет место в сетевых платах Ethernet. Поэтому, если вы намереваетесь использовать топологию Ethernet, во всех узлах сети должны быть установлены платы Ethernet. Сеть Ethernet может быть построена на базе физической шинной, звездообразной или кольцевой топологии.

Примечание:
Сеть Ethernet не является единственным примером использования логической шинной топологии, однако это наиболее известный ее пример. Другие сети, в которых используется логическая шинная топология, включая LANtastic фирмы ArtiSoft и LocalTalk/AppleTalk, построены на базе компьютеров Macintosh. Сеть LocalTalk способна передавать только четверть миллионов бит в секунду, но в ней используются многие базовые принципы построения сети Ethernet.
 

Смотрите также

Классы 100BaseT, 100BaseTX, 100ВаsеТ4 и 100BaseFX
Класс локальных сетей 100BaseT, называемый также Fast Ethernet, появился относительно недавно: он был создан в 1992 году группой разработчиков, азываемой Fast Ethernet Alliance (FEA). Фактически Fast ...

Достаточно ли WEP-защиты?
Некоторые ученые, изучающие компьютеры, опубликовали доклады о WEP- шифровании, в которых приводятся аргументы против его использования для защиты конфиденциальных данных. Все они указ ...

Прокладывание локальной сети
Монтаж и прокладывание локальной сети 1 OBaseT — несколько более сложная задача, чем подготовка к работе сети Thin Ethernet. Во-первых, для этого потребуется значительно больше базовых элементов ...