wyklad3 Wykłady z przedmiotu Sieci komputerowe – podstawy
WykÅ‚ady z przedmiotu Sieci komputerowe podstawy WykÅ‚ad 3 Opracowali: Monika Nazarko, Krzysztof Raczkowski IIIFDS na podstawie wy- kÅ‚adów dr inż. MirosÅ‚awa Hajdera 1 STRESZCZENIE WykÅ‚ad ten poÅ›wiÄ™cony jest synchronizmowi w transmisji danych oraz topologiom sieci. Oprócz przedstawienia parametrów topologii, omówione zostaÅ‚y podstawowe topologie stoso- wane w sieciach lokalnych i rozlegÅ‚ych. Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Aukasiewicza ZakÅ‚ad Systemów Rozproszonych Rzeszów 2002 2 SPIS TREÅšCI Streszczenie .................................................................................................................................. 1 1. Synchronizm w transmisji danych............................................................................................ 3 1.1. Transmisja asynchroniczna................................................................................................ 3 1.2. Transmisja synchroniczna ................................................................................................. 4 2. Topologie sieci ......................................................................................................................... 5 2.1. Definicja topologii............................................................................................................. 5 2.2. Metody reprezentacji topologii.......................................................................................... 5 2.2.1. Macierz przylegÅ‚oÅ›ci................................................................................................... 5 2.2.2. Macierz incydencji ..................................................................................................... 5 2.3. Podstawowe parametry topologii ...................................................................................... 6 2.3.1. Skalowalność .............................................................................................................. 6 2.3.2. StopieÅ„ wierzchoÅ‚ków ................................................................................................ 6 2.3.3. Åšrednica topologii....................................................................................................... 7 2.3.4. Spójność topologii ...................................................................................................... 7 2.3.5. Rekonfigurowalność................................................................................................... 8 2.3.6. Algorytmiczność......................................................................................................... 8 2.4. Bazowe topologie sieci komputerowych........................................................................... 8 2.4.1. W sieciach LAN ......................................................................................................... 8 2.4.2. W sieciach WAN ...................................................................................................... 14 Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Aukasiewicza ZakÅ‚ad Systemów Rozproszonych Rzeszów 2002 3 1. SYNCHRONIZM W TRANSMISJI DANYCH Z punktu widzenia powiÄ…zania timerów (zegarów systemowych) nadawcy i odbiorcy, sieci komputerowe dzielimy na asynchroniczne i synchroniczne. W transmisji asynchronicznej synchronizacja odbiorcy z nadawcÄ… realizowana jest na krótki okres najczęściej czas przesÅ‚ania jednego znaku. W przypadku transmisji synchronicznej synchronizacja ma charakter dÅ‚ugotrwaÅ‚y. 1.1. Transmisja asynchroniczna Zasada dziaÅ‚ania transmisji asynchronicznej: Transmisja rozpoczyna siÄ™ przesÅ‚aniem bitu startu (bit STB), nastÄ™pnie przesyÅ‚any jest znak (CB) zwykle 7 lub 8 bitów danych, a transmisjÄ™ koÅ„czy bit stopu (SPB). Po pewnej przerwie (tzw. czasie martwym) wspomniana procedura siÄ™ powtarza. Na bit startu wydzielana jest jedna jednostka czasu. Oznacza to, że każdy nastÄ™pny bit bÄ™dzie wydzielany z przesyÅ‚anego sygnaÅ‚u z pomocÄ… tego wÅ‚aÅ›nie czasu. PoczÄ…tek transmisji to przesÅ‚anie jednostkowego impulsu (zerowego lub jedynko- wego musi być przeciwny do sygnaÅ‚u zastosowanego w czasie martwym). Od- biorca bitu startowego wie, że w takim odcinku czasu bÄ™dÄ… nadawane (kwanto- wane) nastÄ™pne bity tworzÄ…ce przesyÅ‚anÄ… informacjÄ™ (znak). MówiÄ…c innymi sÅ‚owy nastÄ™puje krótkotrwaÅ‚e zsynchronizowanie nadawcy z od- biorcÄ… (nie jest to jednak synchronizowanie zegarów). Bity stopu w zależnoÅ›ci od zastosowanego rozwiÄ…zania trwajÄ… od jednego do kilku jednostek czasu. Zazwyczaj stosuje siÄ™ rozwiÄ…zanie 1, 1.5 bÄ…dz 2 jednostki czasu. Do podstawowych wad transmisji asynchronicznej należy zaliczyć: 1) istnienie martwego czasu transmisji ograniczajÄ…cego wydajność przesyÅ‚u do okoÅ‚o 68%; 2) szybkość pracy ograniczona jest do kilkudziesiÄ™ciu kbit /s. Zaletami transmisji asynchronicznej sÄ…: 1) niezależność timerów nadawcy i odbiorcy; 2) zamkniÄ™cie transmisji w Å›cisÅ‚ych ramach czasowych. PrzyglÄ…dajÄ…c siÄ™ wadom okazuje siÄ™, że tÄ… najbardziej bolesnÄ… dla transmisji asynchronicznej jest jej ograniczona szybkość. Najczęściej spotykanÄ… (stosowanÄ… m.in. w modemach) jest prÄ™dkość 56kbit/s. Jest ona wystarczajÄ…ca do doÅ‚Ä…czenia jednego użytkownika. Nie nadaje siÄ™ jednak Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Aukasiewicza ZakÅ‚ad Systemów Rozproszonych Rzeszów 2002 4 do Å›wiadczenia jakichkolwiek innych usÅ‚ug (a w szczególnoÅ›ci do transmisji mul- timedialnej). Transmisja asynchroniczna jest przeznaczona zdecydowanie wyÅ‚Ä…cznie do realizacji transferu danych. W przypadku transmisji asynchronicznej przesyÅ‚any jest jeden znak po czym po- nownie nastÄ™puje procedura synchronizacji. BÅ‚Ä™dne jest jednak twierdzenie, że dziÄ™ki temu transmisja ta jest bardziej odporna na zakłócenia i zÅ‚e parametry linii transmisyjnej. 1.2. Transmisja synchroniczna W transmisji synchronicznej specjalna preambuÅ‚a synchronizacyjna dokonuje zsynchronizowa- nia nadawcy i odbiorcy. PreambuÅ‚a ta jest ciÄ…giem impulsów zero-jednynkowych o Å›ciÅ›le okre- Å›lonym czasie trwania i iloÅ›ci. Zasada dziaÅ‚ania transmisji synchronicznej: PoczÄ…tek transmisji to preambuÅ‚a synchronizacyjna o Å›ciÅ›le okreÅ›lonej dÅ‚ugoÅ›ci (zazwyczaj nie przekracza 25 impulsów) SYNC. Po synchronizacji nastÄ™puje przesyÅ‚anie bloków danych (DATA). PreambuÅ‚a synchronizacyjna zostanie powtórzona wyÅ‚Ä…cznie po rozsynchronizowaniu zegarów nadawcy i odbiorcy, co może siÄ™ objawiać wzrostem iloÅ›ci bÅ‚Ä™dnych transmisji. W odróżnieniu od transmisji asynchronicznej, tu synchronizacja jest jednorazowa - utrzymywana przez zegary. Istnieje wiÄ™c możliwość przesÅ‚ania bardzo dużej ilo- Å›ci danych bez koniecznoÅ›ci powtarzania procedury synchronizacyjnej. Gwaran- tuje to brak przestojów, co pociÄ…ga za sobÄ… wiÄ™kszÄ… efektywność. W przypadku transmisji synchronicznej szybkoÅ›ci przesyÅ‚u nie sÄ… w żaden sposób limitowane. Przez bardzo dÅ‚ugi okres czasu takim standardowym interfejsem synchronicznym szeregowym, byÅ‚ interfejs na poziome 56 Mbit/s. Do podstawowych zalet transmisji synchronicznej możemy zaliczyć: 1) brak przerw w transmisji; 2) nielimitowane szybkoÅ›ci przesyÅ‚u. Jej wadami sÄ…: 1) konieczność synchronizacji timerów nadawcy i odbiorcy; 2) urzÄ…dzenia nadawczo-odbiorcze (szczególnie jeżeli chodzi o urzÄ…dzenia odbiorcze) muszÄ… być wyposażone w bufory. W przypadku poÅ‚Ä…czenia pojedynczego klienta (stacji roboczej) z sieciÄ… stosuje siÄ™ rozwiÄ…zania asynchroniczne. JeÅ›li mowa jest o poÅ‚Ä…czeniu dwóch klientów w sieci LAN miÄ™dzy sobÄ… wyÅ‚Ä…cznie rozwiÄ…zania synchroniczne. Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Aukasiewicza ZakÅ‚ad Systemów Rozproszonych Rzeszów 2002 5 2. TOPOLOGIE SIECI Nieformalna definicja topologii: Jest to pewna metoda poÅ‚Ä…czenia urzÄ…dzeÅ„ tworzÄ…cych sieć (wÄ™złów sieci) w jednÄ… caÅ‚ość. Topologia to cecha decydujÄ…ca nie tylko o tym, czy dany system bÄ™dzie podÅ‚Ä…czo- ny do sieci. Projektowanie topologii ma wpÅ‚yw na przepÅ‚ywy sieci, przepustowość oraz jej obciążenie. Odgrywa także decydujÄ…cÄ… rolÄ™ przy projektowaniu systemów odpornych na uszkodzenia (fault tolerant). Projektowanie sieci komputerowej sprowadza siÄ™ tak prawdÄ™ powiedziawszy do projektowania topologii i pewnych elementów pochodnych tejże wÅ‚aÅ›nie topologii. 2.1. Definicja topologii Topologia to zbiór elementów i poÅ‚Ä…czeÅ„ bez uwzglÄ™dnienia dowolnych wÅ‚asnoÅ›ci struktury poza wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ciami istnienia ich spójnoÅ›ci. 2.2. Metody reprezentacji topologii Topologia przedstawiana jest zazwyczaj za pomocÄ… niezorientowanego grafu, w którym wÄ™zÅ‚y (wierzchoÅ‚ki) reprezentujÄ… urzÄ…dzenia sieciowe, gaÅ‚Ä™zie zaÅ› linie poÅ‚Ä…czeniowe (kanaÅ‚y trans- misyjne). Tradycyjny sposób reprezentacji topologii nie zawsze okazuje siÄ™ być skutecznym. Nie sprawdza siÄ™ np. przy okreÅ›laniu charakterystyk odpornoÅ›ciowych, gdzie lep- szym rozwiÄ…zaniem okazuje siÄ™ stosowanie grafów PDL. SÄ… to grafy, w których wÄ™zÅ‚ami sÄ… linie poÅ‚Ä…czeniowe, natomiast gaÅ‚Ä™ziami urzÄ…dzenia sieciowe. Przy ich pomocy można okreÅ›lić wszelkie niezawodnoÅ›ciowe parametry projektowanej sieci. Wyróżniamy dwie podstawowe metody zapisu topologii przejÄ™te z metod zapisu grafów: 1) macierz przylegÅ‚oÅ›ci, 2) macierz incydencji. 2.2.1. Macierz przylegÅ‚oÅ›ci Macierz przylegÅ‚oÅ›ci jest kwadratowÄ… macierzÄ… o rozmiarach n×n, gdzie n to liczba wierz- choÅ‚ków topologii. Element ai,j przyjmuje w macierzy przylegÅ‚oÅ›ci wartość 1, jeżeli istnieje gaÅ‚Ä…z Å‚Ä…czÄ…ca te wierz- choÅ‚ki. W przeciwnym przypadku ai,j równa siÄ™ 0. Macierz przylegÅ‚oÅ›ci nazywana jest również macierzÄ… sÄ…siedztwa. 2.2.2. Macierz incydencji Macierz incydencji to macierz o rozmiarze n×m elementów, gdzie m to liczba gaÅ‚Ä™zi grafu. Element bi,j jest równy 1 jeżeli xi jest poczÄ…tkowym wierzchoÅ‚kiem gaÅ‚Ä™zi Å‚Ä…czÄ…cej wierzchoÅ‚ki i oraz j. bi,j równa siÄ™ -1 jeżeli xi jest koÅ„cowym wierzchoÅ‚kiem. bi,j jest równy 0 jeżeli xi takim wierzchoÅ‚kiem nie jest. Macierz incydencji może być zastosowana również do prezentacji grafów nieskierowanych. Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Aukasiewicza ZakÅ‚ad Systemów Rozproszonych Rzeszów 2002 6 Projektowanie topologii bez odpowiednich narzÄ™dzi komputerowych jest możliwe tylko w przypadku maÅ‚ych rozmiarów. Algorytmy wykorzystywane do celów reali- zacji projektowania topologii majÄ… dużą zÅ‚ożoność nieliniowÄ…. Wynika to z ko- niecznoÅ›ci użycia algorytmów sortowania (czÄ™sto wielokrotnie) oraz badania spójnoÅ›ci grafu bÄ™dÄ…cego reprezentacjÄ… projektowanej topologii. W projektowaniu topologii nie stosuje siÄ™ grafów zupeÅ‚nych (peÅ‚nych). Jest to niemożliwe ze wzglÄ™du na użycie bardzo dużej liczby elementów (czyli wÄ™złów) w sieciach. Konieczność poÅ‚Ä…czenia każdego elementu z każdym (idea grafu peÅ‚- nego) niepotrzebnie utrudniÅ‚aby realizacjÄ™ i znacznie powiÄ™kszyÅ‚a koszty (do wielkoÅ›ci niemożliwych do zaakceptowania). W zwiÄ…zku z tymi problemami, stosuje siÄ™ grafy rzadkie. 2.3. Podstawowe parametry topologii Podstawowe parametry topologii to: 1) skalowalność, 2) stopieÅ„ wierzchoÅ‚ków, 3) Åšrednica topologii, 4) spójność topologii, 5) rekonfigurowalność, 6) algorytmiczność. 2.3.1. Skalowalność Skalowalność możliwość zmiany liczby wierzchoÅ‚ków w sieci bez zmiany podstawowych charakterystyk topologicznych i procesów realizacji funkcji. Zaprojektowanie sieci o strukturze docelowej jest zawsze bardzo maÅ‚o prawdo- podobne. CzÄ™sto okazuje siÄ™, że planowana struktura musi być rozbudowana. Nie jest pożądane, gdy rozbudowa sieci przez dodanie do niej kolejnego wÄ™zÅ‚a pociÄ…ga za sobÄ… pogorszenie parametrów funkcjonalnych (np. powstanie kolizji na skutek doÅ‚Ä…czenia kolejnego koncentratora i wydÅ‚użenia drogi miÄ™dzy skraj- nymi punktami). 2.3.2. StopieÅ„ wierzchoÅ‚ków StopieÅ„ wierzchoÅ‚ków jest to liczba gaÅ‚Ä™zi grafu incydentnych do danego wierzchoÅ‚ka. Z punktu widzenia sieci komputerowej, ten parametr moglibyÅ›my okreÅ›lić jako liczbÄ™ linii transmisyjnych, które dochodzÄ… do danego wÄ™zÅ‚a. Decyduje on o cha- rakterystykach caÅ‚ej sieci. Im wyższy stopieÅ„, tym prawdopodobnie przepustowość sieci widziana przez dany wÄ™zeÅ‚ bÄ™dzie wiÄ™ksza. Wiąże siÄ™ to z tym, że istnieje wiele tras z i do tego wÄ™zÅ‚a, a każda z nich ma jakÄ…Å› konkretnÄ… przepustowość. WzroÅ›nie też odporność na uszkodzenia. Rezultatem dziaÅ‚aÅ„ majÄ…cych na celu zwiÄ™kszenie stopnia wierz- choÅ‚ków jest podrożenie kosztów realizacji sieci. Jeżeli wÄ™zÅ‚em jest urzÄ…dzenie komputerowe (serwer bÄ…dz klient) to zwykle stopieÅ„ takiego wierzchoÅ‚ka nie przekracza 4. Duża liczba interfejsów niepotrzebnie ob- ciąża procesor przeznaczony do wykonywania procesów obliczeniowych. Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Aukasiewicza ZakÅ‚ad Systemów Rozproszonych Rzeszów 2002 7 UrzÄ…dzenia sieciowe zwykle majÄ… wyższe stopnie wierzchoÅ‚ków, ich wysokość jest limitowana przez dostÄ™pne technologie wykonania. 2.3.3. Åšrednica topologii ÅšrednicÄ… topologii nazywamy najkrótszÄ… trasÄ™ Å‚Ä…czÄ…cÄ… dwa najbardziej odlegÅ‚e wierzchoÅ‚ki. Sieci nadmiarowe to sieci, w której istniejÄ… wielodrogi (czyli wielokrotne trasy Å‚Ä…czÄ…ce dwa dowolne wierzchoÅ‚ki). W sieciach takich należy wybrać spoÅ›ród wie- lu tras jednÄ…, którÄ… przesÅ‚ane zostanÄ… dane. Mechanizm wyboru routing (traso- wanie, marszrutyzacja) na podstawie okreÅ›lonych kryteriów obiera takÄ… trasÄ™. Jednym z kryteriów jest dÅ‚ugość drogi miÄ™dzy danymi wierzchoÅ‚kami. Trudno tu wprowadzić rzeczywiste odlegÅ‚oÅ›ci miÄ™dzy wÄ™zÅ‚ami (wymagaÅ‚oby to ciÄ…gÅ‚ej inge- rencji administratora, a dąży siÄ™ do jej minimalizacji), dlatego drogÄ™ mierzy siÄ™ przez liczbÄ™ wierzchoÅ‚ków dzielÄ…cych nadawcÄ™ i odbiorcÄ™. OdlegÅ‚ość wykorzystywana do okreÅ›lania Å›rednicy mierzona jest najczęściej liczbÄ… wierzchoÅ‚- ków poÅ›rednich przechodzonych miÄ™dzy nadawcÄ… a odbiorcÄ… komunikatu. 2.3.4. Spójność topologii Wyróżniamy dwa rodzaje spójnoÅ›ci: 1) wierzchoÅ‚kowÄ…, 2) gaÅ‚Ä™ziowÄ…. W obu przypadkach parametr ten to minimalna liczba elementów (gaÅ‚Ä™zi lub wierzchoÅ‚ków), które należy usunąć z topologii aby rozÅ‚Ä…czyć dowolnÄ… innÄ… parÄ™ wierzchoÅ‚ków. Spójność jest miarÄ… odpornoÅ›ci na uszkodzenia topologii, a tym samym i caÅ‚ego systemu. Zastosowanie w sieci podwyższonej spójnoÅ›ci umożliwia przesyÅ‚anie informacji pomiÄ™dzy dowolnÄ… parÄ… wÄ™złów różnymi trasami. W przypadku uszkodzenia wÄ™- zÅ‚a (ewentualnie wÄ™złów) czy też gaÅ‚Ä™zi, poÅ‚Ä…czenie nadal może być realizowane. Duża spójność topologii gwarantuje możliwość realizacji sieci o lepszych charak- terystykach przepustowoÅ›ciowych. Wzrost ruchu pomiÄ™dzy dowolnÄ… parÄ… wÄ™złów możliwy jest do rozÅ‚adowania poprzez przesÅ‚anie go różnymi trasami. W przy- padku sieci o spójnoÅ›ci równej 1 takiej możliwoÅ›ci nie ma. Budowanie sieci o wysokiej spójnoÅ›ci jest korzystne. Wiąże siÄ™ jednak z wysokimi kosztami. Należy znalezć kompromis miÄ™dzy wysokÄ… spójnoÅ›ciÄ… a cenÄ… takiego przedsiÄ™wziÄ™cia. Koszt realizacji sieci jest wprost proporcjonalny do spójnoÅ›ci. Sieci lokalne, kampusowe i segmentowe buduje siÄ™ ze spójnoÅ›ciÄ… równÄ… 1. W sieciach MAN wprowadza siÄ™ spójność na podwyższonym poziomie (nie jest to jednak reguÅ‚Ä…). Dla sieci WAN wysoka spójność jest absolutnie konieczna. Charakterystyki odpornoÅ›ciowe sieci w dużym stopniu zależą od jej topologii. Nie należy jednak zapominać o awaryjnoÅ›ci urzÄ…dzeÅ„. UrzÄ…dzenia okreÅ›lane sÄ… przez parametr MTBF (ang. mean time between failures Å›redni czas pomiÄ™dzy uszkodzeniami). Czas MTBF jest w dużym stopniu funkcjÄ… iloÅ›ci poÅ‚Ä…czeÅ„ w systemie. Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Aukasiewicza ZakÅ‚ad Systemów Rozproszonych Rzeszów 2002 8 Okazuje siÄ™, że w systemie głównie psujÄ… siÄ™ poÅ‚Ä…czenia, czyli te elementy gdzie dokonuje siÄ™ poÅ‚Ä…czenia pomiÄ™dzy poszczególnymi komponentami. 2.3.5. Rekonfigurowalność Rekonfigurowalność to parametr okreÅ›lajÄ…cy możliwość zmiany topologii w celu osiÄ…gniÄ™cia maksymalnej adekwatnoÅ›ci pomiÄ™dzy strukturÄ… sieci a jej wykorzystanymi funkcjami. W każdej sieci jesteÅ›my w stanie wyróżnić kilka różnych rodzajów ruchu w sieci: ruch unicastowy (jeden użytkownik wysyÅ‚a informacje do jednego użytkownika), ruch multicastowy (jeden użytkownik wysyÅ‚a informacje do grupy użytkowników), ruch rozgÅ‚oszeniowy (broadcast od jednego użytkownika do wszystkich) i inne. DobrÄ… cechÄ… topologii byÅ‚aby możliwość dostosowania siÄ™ w jakimÅ› momencie do potrzeby realizacji ruchu rozgÅ‚oszeniowego czyli do rozsyÅ‚ania informacji po caÅ‚ej strukturze sieci. Tworzenie dużych domen rozgÅ‚oszeniowych (struktur pozwalajÄ…cych na realizacjÄ™ takiego wÅ‚aÅ›nie rozgÅ‚aszania) jest poważnym problemem. Może bowiem zaistnieć sytuacja, że w sieci bÄ™dzie istniaÅ‚ tylko ruch rozgÅ‚oszeniowy zbierany ze wszyst- kich segmentów sieci i rozgÅ‚aszany po caÅ‚ej strukturze sieciowej. Jest to sytuacja szczególnie niepokojÄ…ca w przypadku tzw. protokołów gadatli- wych (np. IPX). 2.3.6. Algorytmiczność Algorytmiczność jest to prostota opisu adresacji, tras itd. 2.4. Bazowe topologie sieci komputerowych 2.4.1. W sieciach LAN Do realizacji sieci LAN wykorzystuje siÄ™ najczęściej magistralÄ™, pierÅ›cieÅ„, gwiazdÄ™, drzewo. WydawaÅ‚oby siÄ™, że najstarszÄ… topologiÄ… jest magistrala. Faktycznie, najstarszy jest pierÅ›cieÅ„ (1969 rok technologia Token-Ring opracowana przez firmÄ™ IBM, zarzucona pózniej na okres 10 lat). W dowolnym systemie wyróżnić można topologiÄ™ fizycznÄ…, która odzwierciedla poÅ‚Ä…czenia pomiÄ™dzy wÄ™zÅ‚ami tego systemu oraz topologiÄ™ logicznÄ…, która poka- zuje jak przemieszczajÄ… siÄ™ pakiety. Topologie: fizyczna i logiczna nie w każdym przypadku sÄ… identyczne. Technologia Token-Ring w standardowej swojej wersji to gwiazda, natomiast pierÅ›cieÅ„ wykorzystywany jest do przesyÅ‚ania ramek. Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Aukasiewicza ZakÅ‚ad Systemów Rozproszonych Rzeszów 2002 9 2.4.1.1. Magistrala Topologia ta przeznaczona jest do sieci opartych o kable ekranowane. Magistrala oparta jest o kabel ekranowany. Jednostki komputerowe (klienci, serwery lub inne) podÅ‚Ä…czone sÄ… do magistrali poprzez tzw. link (ewentualnie tzw. kabel dystansowy). Może zda- rzyć siÄ™ tak, że linki w takim systemie sÄ… nieobecne. Na koÅ„cach magistrali umieszczone sÄ… terminatory (rezystory 50&! dla cienkiego Ethernetu). PodstawowÄ… zaletÄ… topologii magistralowej jest Å›rednica równa 1. Do jej wad zaliczamy: 1) rozgÅ‚oszeniowy charakter ruchu, 2) falowość medium transmisyjnego, 3) pogorszenie parametrów transmisyjnych bÄ™dÄ…ce rezultatem przyÅ‚Ä…czeÅ„ do magistrali. Kable ekranowane charakteryzowaÅ‚y siÄ™ tym, że z ich pomocÄ… trudno jest uzyskać transmisje z dużą szybkoÅ›ciÄ… na znacznych odlegÅ‚oÅ›ciach. Wynika to głównie z tego, że im dÅ‚ugość fali jest mniejsza, tym parametry transmisyjne sÄ… lepsze (im wyższa wykorzystywana czÄ™stotliwość sygnaÅ‚u noÅ›nego, tym wyższa przepusto- wość Å‚Ä…cza). Może siÄ™ zdarzyć, że dÅ‚ugość kabla bÄ™dzie porównywalna do dÅ‚ugoÅ›ci fali. Wów- czas parametry tÅ‚umiennoÅ›ciowe w przypadku wyższych czÄ™stotliwoÅ›ci bÄ™dÄ… bar- dzo wyraznie przejawiać swoje dziaÅ‚anie na funkcjonowanie magistrali. Tak wiÄ™c, w przypadku dÅ‚ugich odcinków (a magistrala w przypadku budowy sie- ci powinna być dÅ‚uga), nie jest możliwa realizacja transmisji o dużej szybkoÅ›ci. Należy też zadbać o to, aby każde przyÅ‚Ä…cze dokonane do magistrali wprowadzaÅ‚o minimalne zakłócenia. PrzyÅ‚Ä…cza niszczÄ…ce, polegajÄ…ce na rozciÄ™ciu kabla, nie stanowiÄ… wiÄ™c dobrego rozwiÄ…zania. PrzyÅ‚Ä…cza (niszczÄ…ce, czy nieniszczÄ…ce) do kabli elektrycznych realizuje siÄ™ sto- sunkowo prosto. Takie dziaÅ‚anie dla Å‚Ä…cza optycznego (Å›wiatÅ‚owód) mija siÄ™ jed- nak z celem. IstniejÄ… rozgaÅ‚Ä™zniki promienia Å›wietlnego, można by takie rozga- Å‚Ä™zniki zaimplementować również w przypadku technologii wielopunktowych. Jednak koszty spawów i koszty innych elementów (zÅ‚Ä…czy, półzÅ‚Ä…czy itd.) byÅ‚yby na tyle wysokie, że ta technologia nie miaÅ‚aby praktycznie racji bytu. Z tego wzglÄ™du magistrala ogranicza swoje zastosowanie do realizacji sieci opar- tych o kable ekranowane. Ponieważ zakłócenia wnoszone przez przyÅ‚Ä…cza powinny być minimalne, impe- dancja falowa przyÅ‚Ä…cza zawsze, w każdym przypadku musi być równa impedan- Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Aukasiewicza ZakÅ‚ad Systemów Rozproszonych Rzeszów 2002 10 cji falowej kabla, która dla 1 MHz wynosi 50 &!. Kabel powinien być również za- koÅ„czony terminatorami o rezystancji 50 &!. Jakiekolwiek uszkodzenie magistrali bÄ™dzie równoznaczne z tym, że traci ona możliwość funkcjonowania. Do cech pozytywnych należy zaliczyć staÅ‚y czas propagacji, niezależny od iloÅ›ci jednostek przyÅ‚Ä…czonych do magistrali (liczba ta jest limitowana implementacjÄ… technologicznÄ…). Sieć oparta na magistrali ma charakter rozgÅ‚oszeniowy. Jeżeli warunkiem funk- cjonowania sieci jest zainstalowanie protokołów gadatliwych i wykorzystanie pakietów rozgÅ‚oszeniowych, wysyÅ‚anych przez te wÅ‚aÅ›nie protokoÅ‚y, to z pewno- Å›ciÄ… ta technologia jest dobrym rozwiÄ…zaniem. Z tego wÅ‚aÅ›nie powodu (ale również z powodów technologicznych) magistrala zo- staÅ‚a zaimplementowana w technologii zapadniÄ™tego rdzenia. W technologii zapadniÄ™tego rdzenia (collapsed backbone) magistrala ma charakter elektronicz- ny. W magistrali tej wysÅ‚any sygnaÅ‚ dociera do wszystkich elementów do niej doÅ‚Ä…czonych. PrzykÅ‚ad Komputer A przesyÅ‚a pakiet do komputera B. SygnaÅ‚ rozsyÅ‚any jest w sposób bierny, trafia wiÄ™c nie tylko do adresata (B) lecz także do pozostaÅ‚ych komputerów (K,L) oraz terminatorów. Tak wiÄ™c w powyższej strukturze, w danym momencie czasu może odbywać siÄ™ wyÅ‚Ä…cznie komunikacja pomiÄ™dzy jednÄ… parÄ… użytkowników (pomijajÄ…c ruch rozgÅ‚oszeniowy). Jest to podstawowe ograniczenie przepustowoÅ›ci. RozgÅ‚oszeniowy charakter ruchu ogranicza w tej strukturze jej przepustowość. W celu poprawy parametrów niezawodnoÅ›ciowych oraz przepustowoÅ›ci sieci, wykorzystuje siÄ™ magistrale wielokanaÅ‚owe bÄ™dÄ…ce poÅ‚Ä…czeniem szeregu niezależnych magistral jednokanaÅ‚o- wych. Z systemów równolegÅ‚ych powstaÅ‚y magistrale wielokanaÅ‚owe. ByÅ‚y one stosowa- ne głównie do celów poÅ‚Ä…czenia procesora z pamiÄ™ciÄ…. ZostaÅ‚y jednak zaimple- mentowane w sieciach komputerowych. Do jednej lub wielu równolegÅ‚ych magistral doÅ‚Ä…cza siÄ™ użytkowników. Efektem tego jest wiÄ™ksza odporność na uszkodzenia (w przypadku uszkodzenia pojedyn- czej magistrali, struktura nadal funkcjonuje) oraz przepustowość (to suma prze- pustowoÅ›ci poszczególnych magistral). WadÄ… magistrali wielokanaÅ‚owych jest kwestia ich realizacji. Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Aukasiewicza ZakÅ‚ad Systemów Rozproszonych Rzeszów 2002 11 2.4.1.2. PierÅ›cieÅ„ Topologia ta zostaÅ‚a zaimplementowana po raz pierwszy przez firmÄ™ IBM przy projektowaniu technologii Token-Ring. W topologii ten sygnaÅ‚ przesyÅ‚any pomiÄ™dzy wÄ™zÅ‚ami przechodzi przez stacje poÅ›redniczÄ…ce gdzie może być wzmacniany. Przechodzenie sygnaÅ‚u przez każdÄ… jednostkÄ™ ma swoje dobre i zÅ‚e strony. ZaletÄ… jest niewÄ…tpliwie regeneracja sygnaÅ‚u powstajÄ… możliwoÅ›ci zwiÄ™kszania maksymalnej odlegÅ‚oÅ›ci, na jakÄ… można przesyÅ‚ać informacje. WadÄ… jest konieczność stosowania przeÅ‚Ä…czników obejÅ›ciowych (tzw. bypasów) zamykajÄ…cych obwód w przypadku awarii jednego z komputerów. W praktyce bu- duje siÄ™ specjalne gniazda, wyposażone w przeÅ‚Ä…czniki obejÅ›ciowe. W momencie wÅ‚ożenia wtyczki (kabla sieciowego) przeÅ‚Ä…cznik jest rozÅ‚Ä…czany obwód pozostaje zamkniÄ™ty. Sieć ta gwarantuje naturalne mechanizmy potwierdzania poprawnoÅ›ci transmisji. Jest ona pre- ferowana dla sieci z dostÄ™pem deterministycznym, dla których pozwala to priorytetować ruch. Sieć ta jest zÅ‚ożona w rozbudowie a czas propagacji zależny jest od iloÅ›ci doÅ‚Ä…czonych do niej stacji. W topologii tej, bardzo niskim kosztem osiÄ…gniÄ™to spójność równÄ… 2. UsuniÄ™cie jednego wierzchoÅ‚ka (bÄ…dz jednej gaÅ‚Ä™zi) nie powoduje rozÅ‚Ä…czenia caÅ‚ej struktu- ry. Istnieje zawsze możliwość zmiany kierunku ruchu i sieć powinna dalej funk- cjonować. Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Aukasiewicza ZakÅ‚ad Systemów Rozproszonych Rzeszów 2002 12 2.4.1.3. Gwiazda Topologia gwiazdy jest jednÄ… z najczęściej wykorzystywanych. W topologii tej istnieje jeden wyróżniony element centralny wÄ™zeÅ‚ (CW). Z jego pomocÄ… komunikujÄ… siÄ™ pomiÄ™dzy sobÄ… wszystkie pozostaÅ‚e jednostki. Innych sposobów komunikacji siÄ™ miÄ™dzy jednostkami nie ma. Istnienie centralnego wÄ™zÅ‚a daje doskonaÅ‚Ä… możliwość scentralizowanego zarzÄ…- dzania ruchem w systemie (możliwość zabraniania i zezwalania ruchu, Å›ledzenia ruchu poszczególnych użytkowników). Powoduje to dość poważne obciążenie centralnego wÄ™zÅ‚a. W przypadku awarii, uszkodzeniu podlega caÅ‚a struktura sieciowa. W dniu dzisiejszym, rolÄ™ wÄ™złów centralnych peÅ‚niÄ… specjalistyczne urzÄ…dzenia typu przeÅ‚Ä…cznik (switch), koncentrator (hub), router. Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Aukasiewicza ZakÅ‚ad Systemów Rozproszonych Rzeszów 2002 13 2.4.1.4. Drzewo Struktura ta nazywana jest również hierarchicznÄ…. W niej, tylko na najniższym poziomie hie- rarchii doÅ‚Ä…czane sÄ… stacje robocze użytkowników. PozostaÅ‚e poziomy realizowane sÄ… za po- mocÄ… urzÄ…dzeÅ„ sieciowych. W technologiach wrażliwych na czas propagacji sygnaÅ‚u gÅ‚Ä™bokość drzewa jest limitowana. Jeżeli przepustowość kanałów transmisyjnych Å‚Ä…czÄ…cych poszczególne stopnie hierarchii roÅ›nie wraz ze zbliżaniem siÄ™ do korzenia drzewa, drzewo takie nosi nazwÄ™ grubego. W sieciach drzewiastych możliwe jest również poÅ‚Ä…czenie elementów na konkretnym pozio- mie hierarchii. Taka topologia nosi nazwÄ™ X-drzewa. W realnych systemach komputerowych gÅ‚Ä™bokość drzewa ograniczona jest do 3. Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Aukasiewicza ZakÅ‚ad Systemów Rozproszonych Rzeszów 2002 14 2.4.2. W sieciach WAN Do tego celu wykorzystuje siÄ™ topologie hierarchiczne, kratowe oraz wielogwiazdziste. 2.4.2.1. Topologia kratowa Rysunek przedstawia strukturÄ™ kraty regularnej, zupeÅ‚nej. Krata nie musi być strukturÄ… regularnÄ…. Może mieć charakter niezupeÅ‚ny (brak pewnych poÅ‚Ä…czeÅ„ lub elementów). GłównÄ… wadÄ… tej struktury jest potrzeba dość pracochÅ‚onnej, dÅ‚ugotrwaÅ‚ej trans- misji pomiÄ™dzy dwoma skrajnymi elementami. Z tego wzglÄ™du pojawiÅ‚y siÄ™ topo- logie toroidalne. 2.4.2.2. Topologia toroidalna Topologie toroidalne to modyfikacje topologii kratowych, w których poÅ‚Ä…czono dodatkowo skrajne elementy. 2.4.2.3. Topologia wielogwiazdzista Topologie wielogwiazdziste sÄ… poÅ‚Ä…czeniem typowych topologii gwiazdzistych. 2.4.2.4. Sieć rdzeniowa We wszystkich omówionych wczeÅ›niej topologiach nie istniaÅ‚a wydzielona struktura przezna- czona do realizacji komunikacji miÄ™dzy wÄ™zÅ‚ami sieci. Jeżeli struktura takowa zostaje wydzie- lona to sieć taka nosi nazwÄ™ sieci rdzeniowej. Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Aukasiewicza ZakÅ‚ad Systemów Rozproszonych Rzeszów 2002