Сучасні локальні обчислювальні мережі

Розглянемо найбільш популярні конфігурації локальних мереж, що використовуються на практиці. Кільцева структура локальної мережі вперше розроблена в обчислювальній лабораторії Кембриджського університету в Великобританії (мал. 43). Мережа являє собою кільце з двох провідних ліній або кабелю, до якого під'єднуються станції користувачів. Під'єднання здійснюється через спеціальний транслятор, що регенерує цифрові сигнали. Він являє собою мікропроцесор з певним запам'ятовуючим пристроєм. Інформація в такий мережі передається наступним чином: вся послідовність передач в кільці розбита на тимчасові сегменти. Кожна станція може розмістити в своєму сегменті повідомлення або залишити його порожнім. Сигнал, що передасться, містить в суворо певній послідовності стартову посилку, адресу одержувача, адресу відправника, інформаційне повідомлення, контрольне кодове слово і заключну посилку. Весь блок службових інтервалів та інформаційних проміжків рухається по кільцю, як по регістру зрушення, бо кабель вносить затримку при розповсюдженні по ньому сигналу. Кожна станція ловить момент, коли мимо її роз'єму (сполучення з кабелем) пройде порожній (вільний) проміжок. В цьому випадку станція помічає інтервал, що він зайнятий, вставляє в службовий інтервал адресу одержувача і записує інформаційний блок в інформаційний проміжок. Цей проміжок рухається по кабелю до станції-приймача, яка, виявивши свою адресу, зчитує інформаційний блок і вставляє свій символ, що означає, що "пакет отриманий". Далі цей проміжок досягає передавача, що відразу ж після відправлення починає відлік послідовності проміжків для того, щоб розпізнати свій пакет, коли він з'явиться знову біля станції відправника. Передавач звіряє пакет, що знаходиться в проміжку, з тим, який він відправив, зчитує мітку "пакет отриманий" і, впевнившись в правильності отримання, вставляє свою мітку проте, що "пакет порожній”.

Мал. 43. Кембриджська кільцева локальна мережа

Протоколом забороняється тут же використати для передачі проміжок, в який ставиться маркер "порожній". В той же час, протоколом передбачається повторна передача, якщо не прийнято підтвердження прийняття пакету.

Найбільш типові дані локальної мережі типу Cambridge Ring такі: мінімальна конфігурація складається з єдиної керуючої і трьох робочих станцій, з'єднаних відрізками кабелю довжиною 100 м. Під робочою станцією розуміється АРМ, факсимільний апарат або система СОМ - одним словом, будь-який інформаційний комплекс, приєднаний до мережі через транслятор Т. Максимальна довжина кабелю 600 м, об'єднує до 100 вузлів (станцій). Швидкість передачі інформації в Cambridge Ring рівна 10 Мбіт/с.

Кільцеву локальну систему PLANET – Рrivate Local Area Network розробила фірма Racal Milgo в Австрії. Вона призначена для використання в установах, школах, підприємствах, університетах, великих крамницях. Основними компонентами є: пристрій управління трафіком в кільці (адміністратор, виконаний на мікропроцесорі Р 3000), пристрій термінального доступу, через який підключається обладнання користувача і кабельний адаптер (КА), що здійснює сполучення з кабелем. До системи може підключатись до 500 користувачів різноманітного типу. Локальні мережі з кільцевою структурою, окрім названих, випускає ще низка фірм: Logica VTS виробляє апаратуру мережі Рolynet, SEEL -мережа Тransring 2000, АСОRN - мережа Сambridge Ring. Американська фірма ІВМ стала лідером і в виробництві локальних мереж. Разом з

Мал. 44. З’єднання мережі Ethernet

іншими фірмами:

Рroteon Іnc, General Electric, Тelecom Рroducts, СDС, Соrvus Systems, Datapoint Corp. вона зосередила в США практично все виробництво локальних мереж. Їх ринок до 1990р. досягнув 100 тис. примірників.

Фірма Хеrох розробила і випустила в 1973 р. локальну мережу Ethernet типу шина (мал. 44). Ця мережа призначена для сполучення різноманітних абонентських комплексів установ, систем пам'яті на магнітних дисках, пристроїв, що друкують, дисплеїв, копіювальних приладів, факсимільних апаратів та іншої апаратури. В якості середовища, по якому передається інформація, використовується коаксіальний кабель довжиною до 1000 м, швидкість передачі даних по шині 10 Мбіт/с. Мережа розрахована на підключення до 100 абонентських станцій (або АРМ) і дозволяє здійснювати розподілену обробку даних, взаємодіяти в режимі розподілу часу з робочими станціями, передавати файли між термінальними станціями і банками даних, використати розподілене програмне обслуговування і потужні комп'ютери в режимі розподілу часу. Мережа Ethernet (мал. 45) являє собою багатоабонентську систему передачі даних по коаксіальному або оптичному кабелю. Всі під'єднання абонентської апаратури здійснюються через інтерфейсні прилади - адаптери А. Згідно з одним з методів, для передачі інформаційного пакету станція повинна дочекатись моменту, коли лінія вільна, і тільки після цього почати передачу. В процесі передачі станція стежить за тим, щоб не було зіткнень з іншими станціями, що здійснюють передачу. Цю операцію також виконує адаптер, що є багатофункціональним процесором. Якщо виявляється зіткнення, адаптер станції передає групу додаткових біт для створення "пробки", а після цього припиняє передачу цього пакету. (Ці додаткові біти гарантують, що будь-який інший учасник зіткнення також виявить його.) Через деякий час після цього станція робить спробу повторної передачі, перевіривши, чи не передаються інші пакети.

Пакет в мережі Ethernet має службовий блок 64 біт, адреса джерела і місця призначення 48 біт, 16-бітове слово, що визначає тип даних, після чого слідує інформаційне поле розміром від 368 до 12 тис. біт, після цього 32-бітове слово циклічного надлишкового коду, з допомогою якого здійснюється перевірка даних, що проходять через контролер, і, нарешті, 96-бітовий міжпакетний проміжок. Статистичні дані фірми Хеrох показують, що приблизно 80% пакетів мають мінімальний розмір, а 20% - максимальний, середня довжина пакету складає приблизно 3 тис. біт. Оскільки швидкість передачі даних в мережі Ethernet рівна 10 Мбіт/с, середня тривалість передачі пакету дорівнює 300 мкс. Аналіз роботи експериментальних мереж Ethernet фірми Хегох показує, що типове навантаження складає 1%. Однак на протязі коротких інтервалів часу навантаження процесорів буває значно вище. Воно складає 3.6% на протязі найбільш завантаженої години, 17% для найбільш завантаженої хвилини і 37% для найбільш завантаженої секунди.

Мал. 45. Схема адаптера мережі Ethernet

Однією з перших локальних мереж Ethernet була мережа System 8000. В стандартний варіант мережі входить система пам'яті ємністю до 10 тис. сторінок тексту, лазерний принтер, інші периферійні прилади. Мережа дозволяє підключати до 1024 станцій, на інтервалі в 500 м можливо підключення до 100 прийомопередатчиків. Максимально можлива відстань між станціями 1.5 км. Варіант мережі Ethernet, розроблений для персональних комп'ютерів Аррle-11, отримав назву Nestar. В цій мережі використовується телевізійний кабель 300м, до якого можуть підключитись через адаптери 65 персональних комп'ютерів. Захист персональних файлів в мережі забезпечується системою паролів. Всі користувачі мережі користуються загальною пам'яттю на магнітних дисках. Фірма ЗСОМ розробила контролер і програмні засоби, що забезпечують підключення до локальної мережі Ethernet комп'ютерів фірми Digital Equipment (DЕС) з операційною системою UNIX.

Локальна мережа Danube з конфігурацією типу шина розроблена у Франції по проекту Кауаk. Мережа працює за принципом багаторазового доступу на несучій частоті з відкриттям зіткнень інформаційних пакетів. До коаксіального кабелю може бути підключено 255 абонентських станцій. Швидкість передачі в мережі 1 Мбіт/с. По мережі передаються, за принципом електронної пошти, повідомлення, архівні матеріали. Абонентські станції (це можуть бути АРМ) зв'язані з базами даних і більшими комп'ютерами.

Ми не ставимо собі задачу показати читачу всю різноманітність локальних мереж. Відзначимо лише один факт, важливий також і для вітчизняних розробників локальних мереж: за даними консультативної фірми Іnternational Data Соrр., парк локальних мереж, створюваних на Заході, до кінця 1990 р. досягнув 100 тис. примірників. Іншими словами, локальні мережі передачі даних вже давно випускаються як система, що укомплектована, яку залишається лише встановити в заданому мікрорайоні.

Застосування оптичних кабелів для утворення локальних мереж надто перспективно, але практично тільки починається. Оптичний кабель привертає увагу високою стійкістю до перешкод, широким діапазоном частот для передачі інформації, малою вагою і розмірами. Технічні та експлуатаційні характеристики сучасних волокон світловодів і оптичних кабелів дозволяють утворювати локальні мережі будь-який конфігурації і розмірів, однак мережа на оптичному

Мал. 46. Схема мережі на оптичному кабелі типу зірка

кабелі має ряд особливостей, зв'язаних з фізичними процесами передачі інформації на світловій несучій. Одна з них полягає в необхідності застосування спеціальних з'єднувачів для підключення апаратури до світловоду. Слід мати на увазі, що в кожному з’єднувачі через його неідеальність виникають втрати і велике число з'єднувачів може призвести до значного затухання сигналів. Це ж спостерігається при багатократному проходженні одного і того ж сигналу через один з'єднувач.

Іншою особливістю мережі на оптичному кабелі є вимога постійності динамічного діапазону змін сигналу на вході фотоприймача.

Зіркоподібна конфігурація локальної мережі при великому числі користувачів вимагає більших витрат кабелю, однак вона має низку переваг. Наприклад, при однаковій довжині ланок мережі ("променів") неважко зробити однаковими рівні сигналів. У випадку використання кабелю з малими втратами можливо застосування в мережі великого числа терміналів (мал. 46). В мережі типу шина сигнал передається по шині відправником в обидві сторони від точки з’єднання. При безлічі користувачів мережа сигналу має пройти через велике число з'єднувачів, що призведе до його часткового затухання. Тому в мережі типу шина на оптичному кабелі не рекомендується підключати більше 10 терміналів.

Розвитку локальних мереж приділяється велика увага. Американський інститут інженерів з електротехніки і електроніки (ІЕЕЕ) організував спеціальний комітет по розробці принципів функціонування локальних мереж і їхніх стандартів. Фірмами Хеrох, DЕС, Іntel розроблені вимоги до характеристик локальних мереж і протоколів зв'язку. Локальні мережі в загальному обсязі виробництва телекомунікаційного обладнання вже завоювали провідні позиції. Ось, наприклад, дані, що наводяться американськими експертами: 60% телекомунікаційного обладнання, що випускається для систем обробки даних, будуть забезпечувати передачу кореспонденції в межах одного будинку, 22% -передачу на відстань до 100 км, 10% - на відстань до 1000 км і 8% - на відстань більше 1000 км.