Діагностика мереж з топологією «зірка»

Прекрасною властивістю мереж з топологією «зірка» є простота пошуку несправності. Коли відмовляє один з мережних вузлів, не потрібно перевіряти всі мережні з'єднання, як це робіться в топології «шина». Коли в мережі «не видно» одного з вузлів, то проблема знаходиться десь між концентратором і цим вузлом:

· Несправний сам термінальний комп'ютер

· Несправний кабель зв'язку з концентратором

· Відмовив порт концентратора, до якого підключений даний вузол мережі

Пошук несправності потрібно почати з мережного адаптера комп'ютера. Він не повинен створювати конфліктів з адресами введення/виведення, векторами IRQ і каналами DMA. Можна запустити тест пам'яті і перевірити жорсткий диск.

Якщо ж не працює жоден з мережних вузлів, то, швидше за все, проблема зв'язана із сервером. У цьому випадку залишається сподіватися на правильно обрану схему резервного копіювання і відновити систему з архівної копії.

Топологія «шина»

У світі комп'ютерів “Мас” топологія «шина» відома під красивою назвою «квіткова гірлянда» (daisy chain — точніше, гірлянда з маргариток). Ця топологія вимагає менше кабелів, чим «зірка». У топології «шина» усі комп'ютери зв'язані одним кабелем, що послідовно проходить через них. Топологія «шина» реалізована на практиці в трьох варіантах: логічна «шина» — це основа мереж Ethernet, а фізичні «шини» 10Base-5 і 10Base-2 визначають структури «товстої» і «тонкої» Ethernet.

«Товста» Ethernet іноді називається «жовтим садовим шлангом» («желтым садовым шлангом» або yellow garden hose), оскільки центральний магістральний кабель у цій системі звичайно пофарбований у жовтий колір. Від кабеля відходять відгалуження (спуски, tap, drop) до мережних вузлів. Відгалуження виконані більш тонким коаксіальним кабелем і зв'язують комп'ютери із шинними прийомо-передавачами (шинными приемопередатчиками або transceiver). Такі пристрої дозволяють зв'язати кабелі різного типу. На обох кінцях шини знаходяться термінатори. Звичайно «товсту» Ethernet використовують у мережах великих ЕОМ і міні-комп'ютерах, хоча мережі такого типу можуть містити і ПК.

«Тонка» Ethernet реалізує ідею загальної магістралі, що зв'язує всі мережні пристрої. Мережа будується на кабелі, більш тонкому і більш гнучкому (у механічному розумінні цього терміна). У мережах ПК ця схема поширена більше, ніж «товста» Ethernet, оскільки не вимагає для установки залучення кваліфікованих фахівців.

Однією з проблем шинної топології є термінування кінців. Без цього мережа просто не буде працювати. Робота мережі переривається і після відмовлення одного з вузлів, оскільки послідовне пересилання сигналів припускає нормальне функціонування всіх компонентів мережі.

Варто відрізняти відключення вузла від його відмовлення. Відключення мережного вузла не перешкоджає пересиланню сигналу через цей вузол, однак неправильне функціонування включеного вузла приводить до проблеми. Активний вузол починає неправильно посилати мережні пакети й у результаті сповільнюється або цілком зупиняється робота всієї мережі.



Топологія «шина» краще «зірки» з погляду загальної довжини кабельної мережі і, отже, скорочення витрат на цей досить дорогий компонент мережі. Однак це твердження справедливе тільки для «правильного» (лінійного) розміщення мережних вузлів. Коли мережні комп'ютери хаотично розкидані по великому будинку, буде простіше використовувати окремі кабелі для зв'язку з кожним з вузлів.

Великим недоліком топології «шина» є складність пошуку несправностей. Відмовлення одного вузла веде до неможливості пересилання будь-якого повідомлення, тобто до зупинки мережі. Це не тільки говорить про низьку надійність (у топології «зірка» мережа також зупиняється після відмовлення концентратора або сервера), але і про складності пошуку елемента мережі, що відмовив. Доведеться перевірити усі вузли мережного сегмента. Причому проста перевірка надійності підключення з'єднувачів зажадає заборони перезавантаження усіх комп'ютерів у цьому сегменті, а також багатьох інших мережних операцій.

Логічні топології

Логічні топології (іноді їх називають електричними) описують спосіб пересилання даних від одного вузла до іншого, у той час як фізичні топології визначають «зовнішній вигляд» мережі. Спосіб пересилання даних тісно зв'язаний з можливостями мережних адаптерів і використовуваною кабельною системою.

Фізична топологія не зв'язана прямо з логічною, наприклад, мережа може бути побудована на фізичній «шині» і логічній «зірці» або на фізичній «зірці» і логічній «шині».

Розглянемо просту аналогію логічної топології — поштову службу. Коли потрібно переслати документ на інший кінець країни, ми здобуваємо спеціальний поштовий конверт, вкладаємо в нього документ, надписуємо адреси одержувача і відправника і віддаємо в поштову відділення.

Для пересилання даних у мережі також необхідні адреси джерела і призначення, а також самі дані, що пересилаються. Усе це разом називається мережним пакетом. Логічна топологія визначає характеристики пакета і способи його пересилання по мережі:

Пакет зобов'язаний мати стандартний формат (як і поштовий конверт) і заповнену за спеціальними правилами адресу одержувача.

Пакет не повинний перевищувати визначеної величини (пошта теж не приймає важкі конверти).

Поштова служба користується своїми правилами під час пересилання конверта. Точно так само логічна топологія визначає правила обслуговування мережних пакетів.

Деякі логічні топології не гарантують доставки пакетів одержувачеві, вони тільки сподіваються, що пакет потрапить у потрібне місце. Інші топології гарантують доставку будь-якого прийнятого пакета або повідомляють про неможливість його доставки за призначенням.

Топологія «шина»

Найбільш відомим прикладом логічної шинної топології є мережі Ethernet (напевно, самий популярний тип локальних мереж). Однак логічна топологія «шина» не зобов'язана ґрунтуватися на фізичній шинній топології.

Робота в логічній шинній топології відбувається за наступними правилами: коли один з вузлів має дані для пересилання на інший вузол, відбувається широкомовне розсилання даних усім вузлам мережі. Дані надходять на усі вузли, але приймає їх тільки той вузол, якому вони призначені. Інші вузли транслюють пакет далі по мережі.

Коли на шині хтось «говорить», усі зобов'язані «слухати». Це схоже на бесіду вихованих людей — поки не закінчить фразу одна людина, інші слухають його, не перебиваючи.

Кожен адаптер Ethernet має унікальну 48-розрядну адресу, за якою направляються всі дані для цього адаптера. Дані «бачать» усі мережні вузли, однак не приймають їх і не перешкоджають їх подальшому пересиланню (причому дані, не призначені для даного вузла, не можуть бути прочитані цим вузлом).

Перейдемо до процедури відправлення даних. У мережах із шинною топологією кожна робоча станція відправляє дані у виді пакетів. Інформація, що пересилається по будь-яких мережах, повинна відповідати специфікації Data Link Layer Frame (кадр рівня зв'язку даних). Формат пакета Ethernet показаний на Рис. 8.8.

Преамбула (8 байтів) Адреса призначення (6 байтів) Адреса джерела (6 байтів) Тип повідомлення (2 байта) Дані (від 46 до 1500 байтів) Послідовність кадру, що перевіряється (4 байта)

Рис. 8.8. Компоненти пакета Ethernet.

Довжина пакета не перевищує 1518 байтів, що дозволяє скоротити час чекання робочих станцій. Перед широкомовним розсиланням станція перевіряє, що мережа вільна і тільки потім виконує відправлення пакета.

Що робити, якщо мережа зайнята? У Ethernet ця ситуація вирішуються в такий спосіб: коли вузол, що підготував до відправлення пакет, довідається, що лінія зайнята, спроба наступного звертання відбувається не відразу, а через випадково обраний проміжок часу.

Коли відстань між вузлами А и В занадто велика, вузол В може не «почути», що вузол А уже відправив пакет. Така ситуація називається колізією пакетів (коллизией пакетов або packet collision), результатом якої стає взаємне перекручування одночасне відправлених пакетів. Колізія виявляється за збільшенням потужності електричного сигналу в кабелі. Після колізії всі мережні вузли зупиняють відправлення пакетів і запускають власні лічильники часу, що відраховують інтервал до наступної спроби послати широкомовний пакет. Якщо наступна спроба також буде невдалою, то процес «відкоту» повторюється ще 16 разів.

Цікава процедура установки інтервалу таймерів, що одержала неофіційну назву усічена експонентна двійкова витримка (усеченная экспоненциальная двоичная выдержка або truncated binary exponential backoff). Після колізії кожний з вузлів генерує випадкове число в діапазоні від 1 до 2, множить його на 1/2 і встановлює таймер чекання в отримане значення в мілісекундах. Якщо виявиться невдалою повторна спроба, то наступне випадкове число вибирається вже з діапазону від 1 до 4. Потім діапазон збільшується до 1 - 8 і т.д. Усього дозволене 16 повторень спроби відправити пакет по вільній лінії. Загальна затримка може скласти до півсекунди (за цей час можна переслати до 10 мільйонів біт), але на щастя, звичайно не потрібно багато повторних спроб.

Збільшення довжини кабелю дозволить «почути» пакет більшому числу робочих станцій, але одночасно зростає імовірність появи колізій.

Усі ці дії виконує мережний адаптер мережі Ethernet поза залежністю від використаної топології мережі.

До мереж з топологією «шина» відноситься не тільки Ethernet, але і StarLAN (1 Мбіт/с версія Ethernet від AT&T). Сучасний варіант цієї системи працює зі швидкістю 10 Мбіт/с. До ліцензованих систем Ethernet відноситься LocalTalk/AppleTalk комп'ютерів Macintosh (тільки 250 Кбіт/с).

Топологія Token Ring

IBM придбала топологію Token Ring у голландського вченого Олафа Содерблома (Олафа Содерблома або Olaf Soderblom). У 1989 р. швидкість передачі по ній була збільшена з 4 до 16 Мбіт/с. Існують і інші варіанти Token Ring, але вони не настільки відомі як специфікація IBM. Іншим компаніям доводиться боротися або погодитися з авторськими правами Содерблома, тому баталії навколо Token Ring продовжуються дотепер.

Хоча мережі Token Ring використовують логічну топологію «кільце», фізичне з'єднання виконується по топології «зірка» (як і в 10Base-T Ethernet). Замість концентраторів у Token Ring застосовуються розширювачі, точніше - пристрою багатостанціонного доступу (MAU).

УВАГА. Не слід плутати MAU компанії IBM із пристроєм доступу до носія (media . attachment unit) мереж Ethernet, що є прийомо-передавачем, підключеним до порту AUI (Attachment Unit Interface, інтерфейс підключення пристрою).

Адаптер Token Ring підключається до MAU кабелем із з'єднувачем типу D на одному кінці і старим з'єднувачем IBM — на іншому. До одного MAU підключається до 10 ПК, а сам пристрій MAU з'єднується з іншим подібним пристроєм.

Центральна точка підключення дозволяє упорядкувати кабельну мережу по поверхах і приміщенням будинку. Відстань між MAU і мережним пристроєм складає до 45 м.

У Ethernet використовується широкомовний принцип пересилання даних (у кожний момент часу тільки один вузол мережі посилає дані), але в Token Ring використаний інший принцип. Кожна станція транслює отриманий по мережі пакет на сусідню станцію. Утвориться свого роду конвеєр по пересиланню даних.

Основою Token Ring є маркерний пакет (маркерный пакет або token). Щоб у мережі не виникали колізії, у будь-який момент часу тільки одна станція може пересилати дані. Дозволом на пересилання даних є одержання маркерного пакета. Послати дані може тільки та станція, що керує маркером у даний момент часу.

Завершивши роботу з маркером, станція передає його наступному мережному вузлові. Якщо жодна з інших станцій мережі не захопить маркер, то станція, що відправила маркер, посилає наступний маркерний пакет. Якщо ж і цей пакет не буде затребуваний, то станція відправляє загальний запит «кадр виявлення спадкоємця» («кадр выявления преемника» або solicit successor frame).

Це питання до всіх станцій мережі: «Хто хоче одержати маркер?». Якщо на запит відгукнеться одна зі станцій, те саме їй буде спрямований маркерний пакет. Жоден з вузлів не може займати лінію на час, більший повного кола по мережі, тому ніхто не буде пересилати дані до завершення пересилання маркера. На відміну від Ethernet, де від одночасного пересилання даних охороняють колізії, у Token Ring реалізований послідовний доступ до мережі на основі маркера.

Спосіб передачі даних (широкомовне розсилання в Ethernet і трансляція даних у Token Ring) визначає тип мережної топології. Волоконно-оптичні кабелі не придатні для широкомовних розсилань, але прекрасно реалізують з'єднання «точка-точка». Саме тому Token Ring краще підходить для волокна, ніж Ethernet. Крім того існують реалізації Token Ring на інших типах кабелів: тип 1 IBM, тип 2 IBM і тип 3 IBM.

Мережі 10Base-T

Щоб зрозуміти, як у мережі використовується одна фізична, але зовсім інша логічна топології, розглянемо приклад мережі 10Base-T — мережа Ethernet з логічною «шиною» і фізичною «зіркою» (див. Рис. 8.9).

Рис. 8.9. Розподілена конфігурація «зірка» мережі 10Base-T.

Мережа 10Base-T схожа на декілька «зірок», з'єднаних «шиною». У мережі залишаються широкомовні розсилання, значить – це шина, але кабельна система на скручених парах UTP формує «зірки». Тобто мережа 10Base-T має логічну топологію «шина», але фізичну топологію «зірка». Схема з'єднання шиною декількох зірок має просту причину — скорочення загальної довжини кабельної мережі (шина вимагає менше кабельної проводки, чим зірка), а виходить, і вартості.

Така схема спрощує діагностику. Припустимо, кожна з зірок знаходиться на окремому поверсі будинку. Від загального концентратора поверху розходяться промені зірки до кожної з робочих станцій (у 10Base-T довжина кабелю обмежена 100 м). Поверхи з'єднуються за схемою «шина». Такі зв'язки між концентраторами часто називають магістральними (магистральными або backbone). Цей термін визначає концепцію, а не спеціальний тип кабелю.

Магістральний кабель повинний по параметрах (у першу чергу по швидкості обміну) бути не гірше, ніж кабелі зв'язку робочих станцій з концентраторами. Коли перестає працювати одна зі станцій мережі, ремонтному персоналу потрібно почати з концентратора цього сегмента (зірки). Підходящі до концентратора кабелі звичайно промарковані, тому не складно знайти кабель від несправної станції.

За допомогою концентратора кожна станція стає частиною загальної мережі Ethernet. Тестування концентраторів проводиться за допомогою переносного комп'ютера, що підключається до виявленого порту, а потім проводиться підключення до мережі. В інтелектуальні концентратори (підтримуючі протокол SNMP) убудовані засоби самодіагностики, що дозволяють відслідковувати і діагностувати помилки на кожному із вхідних портів.

Наприклад, ми вже говорили, що тільки один пристрій локальної мережі може працювати в даний момент часу, тому, коли починається пересилання інформації двома пристроями, концентратор зможе виявити цю ситуацію і відключити від мережі несправний комп'ютер.

Топологічні протоколи IEEE

У 1980 р. Інститут інженерів по електроніці й електротехніці (IEEE) спробував упорядкувати всі конфліктуючі між собою стандарти, протоколи і методи побудови мереж (кабельні мережі і логічні топології). Приведений нижче список стандартів IEEE не є повним, але показує характеристики деяких специфікацій, рекомендованих IEEE.

Стандарт 802.3

Коли був утворений комітет 802.3, мережі Ethernet вже одержали широке поширення у світі локальних мереж, багато в чому завдяки доброзичливому відношенню комп'ютерної індустрії. Однак розроблювачі специфікації 802.3 не стали створювати стандарт для «чистої» Ethernet, як це зробили компанії Xerox і DEC, а запропонували специфікацію схожого на Ethernet стандарту. Тому в 802.3 потрапили як старий протокол Ethernet, так і додаткові вимоги до базової структури пакетів.

Преамбула (8 байтів) Початковий роздільник (1 байт) Адреса призначення (2-6 байтів) Адреса джерела (2-6 байтів) Довжина (2 байта) Дані (від 46 до 1500 байтів) Послідовність кадру, що перевіряється (4 байта)

Рис. 8.10. Кадр 802.3

Хоча стандарт 802.3 придатний для будь-яких мереж Ethernet, найбільше поширення він одержав у мережах 10Base-2 (логічна і фізична «шина»). Пропонується використання 50-омного коаксіального кабелю і пересилання даних на швидкості 10 Мбіт/с. Стандарт визначив наступний склад пакета даних (див. Рис. 8.10):

Преамбула(Преамбула або preamble) Координує інші поля пакета.

Початковий роздільник(Начальный разделитель або start delimiter) Визначає місця в інформаційному потоці, де починаються кадри.

Адреса призначення (Адрес назначения або destination address) Мережна адреса робочої станції або станцій, яким призначений пакет.

Адреса джерела (Адрес источника або source address) Дозволяє робочій станції (станціям), що одержує інформацію, визначити від якого комп'ютера вона надійшла.

Тип або Довжина (Тип или Длина або type/length) Тип інформації визначає вміст пакета (графічні дані, інформація у форматі ASCII і т.д.). Якщо не заданий тип інформації, то поле служить для вказівки довжини пакета.

Важливо правильно вказати тип даних, інакше приймаюча станція не зможе розпізнати графічне зображення і буде очікувати одержання текстових даних (або навпаки).

Дані(Данные або actual data) Будь-яка інформація довжиною від 46 до 1500 байтів.

Перевірочна послідовність кадру (Проверочная последовательность кадра або frame-check sequence) Мітка, що дозволяє перевірити, що пакет досяг призначення без змін під час пересилання.

Крім способу пересилання даних, типів кабелів і топології, комітет 802.3 визначив максимальну довжину кабельного сегмента, перевищення якої може привести до втрати або перекручування даних, що пересилаються. Установлено довжину сегмента до 185 метрів (607 футів). По суті справи, це максимальна відстань між сусідніми робочими станціями.

ПОРАДА. Занадто велике видалення однієї робочої станції від іншої може привести до сильного загасання сигналу, результатом якого стане перекручування даних, що пересилаються. Допомогти в рішенні проблем далекого зв'язку можуть повторювачі (повторители або repeater), що дозволяють збільшити максимальну довжину кабельного сегмента. Кожний з них підсилює сигнал, що надходить, і транслює його на свій вихід. Далі сигнал надходить на вилучену робочу станцію або на наступний повторювач.

Стандарт 802.4

Щоб знизити вплив колізій, властивих стандартові 802.3, підкомітет 802.4 розробив комбінацію топологій «шина/кільце» для маркерних мереж. У стандарті 802.4 застосовується логічне «кільце», але фізична «шина». Робота закладеного в цей стандарт алгоритму нагадує використання одного телефону кількома людьми. Говорити по телефону в будь-який момент часу може тільки та людина, що тримає в руках слухавку.

Робоча станція може посилати дані тільки тоді, коли має маркер, причому відразу після підтвердження прийому даних від станції призначення, що відправляє дані станція повинна передати маркер наступної по шині станції. Виникає питання: як виявити її? У стандарті 802.4 відслідковується передача маркера на основі пріоритетів (у нашій аналогії з телефоном підлеглий завжди уступає начальникові свою чергу на розмову).

Стандарт 802.4 відрізняється від 802.3 не тільки відсутністю колізій. Змінився формат пакета даних (див. Рис. 8.11).

Преамбула Початковий роздільник кадру Управління кадром Адреса призначення Адреса джерела Дані Послідовність кадру, що перевіряється Роздільник кадру

Рис. 8.11. Структура пакета стандарту 802.4.

Хоча в 802.4 усунуті колізії, але стандарт усе-таки має визначені недоліки, що перешкоджають його широкому поширенню. Найбільші неприємності в маркерних мережах створюють неправильно працюючі пристрої, що може привести до втрати маркера або появі декількох різних маркерів.

Стандарт 802.5

Стандарт 802.5 був розроблений комітетом IEEE 802.5 і компанією IBM. Цей стандарт спеціально призначений для мереж Token Ring, що використовують принцип пересилання маркера між робочими станицями. Тому 802.5 припускає фізичну «зірку» і логічне «кільце».

Стандарт 802.5, як і 802.4, пропонує доступ до мережі на основі маркера. Якщо станція, що одержала маркер, не хоче відправляти пакет, то вона передає маркер своєму сусідові.

Дані переміщаються по мережі послідовно — від станції до станції. Кожна з них перевіряє адресу призначення пакета. Якщо це її адреса, то станція приймає дані і відправляє станції-джерелу підтвердження прийому, а якщо адреса призначення не збігається з адресою станції, то пакет передається без зміни наступної станції мережі. Коли станція-відправник одержує підтвердження прийому від станції-одержувача, вільний маркер передається наступній станції.

У стандарт 802.5 закладені можливості роботи з інтелектуальними концентраторами, що спрощують пошук несправних мережних станцій. Якщо станція працює неправильно (не віддає маркер або видає в мережу безглузді дані), інтелектуальний концентратор здатний виявити таку станцію і відключити її від локальної мережі (інша частина мережі зможе продовжити нормальну роботу). Мережі 802.5 розраховані на більшу відстань, ніж 802.3 або 802.4, оскільки дані транслюються між сусідніми станціями і підсилюються на кожному етапі.

Однорангові мережі або мережі клієнт/сервер

У комп'ютерному світі деякі аргументи настільки мрячні, що скоріше нагадують богословські дебати, а не технічну дискусію. Згадаємо хоча б суперечки, що не припиняються, між шанувальниками “Мас” і PC.

Саме такий характер придбало порівняння можливостей однорангових мереж і мереж клієнт/сервер. Багато учасників дискусій просто вірять певним аргументам і не бажають вникати в протилежну точку зору. Однак спробуємо неупереджено розглянути ці мережі.

Жоден з типів мережі не може підійти для будь-якої ситуації. Клієнт/серверне рішення поліпшує захист, але одноранговий варіант має більшу гнучкість. Windows XP Professional підтримує обидва варіанти.

Клієнт/серверні мережі

Клієнт/серверні мережі схожі на мережі великих ЕОМ з не інтелектуальними терміналами. В обох випадках існує центральний комп'ютер, що обслуговує всю мережу і керуючий усіма запитами до мережі. Основна відмінність полягає в тому, що клієнтський комп'ютер володіє власною обчислювальною потужністю, а не інтелектуальний термінал використовує обчислювальну потужність великої ЕОМ.

Переваги мережі клієнт/сервер для великих організацій:




6964854187460703.html
6964921274653639.html
    PR.RU™