Лекция 9. Топология современных систем. Архитектура с точки зрения топологии. Сегменты системы и их связь между собой.

Архитектура системы – это модули системы и способ связи между ними. Когда мы их связываем, то мы предполагаем какую-нибудь из топологий. Различают физическую и логическую топологию. Физическая топология – расположение устройств и связь между ними (серверы, рабочие станции, роутеры, коммутаторы и т.д.). Логическая топология — это пути передачи данных. Стандартов на эти понятия нет.

В компьютерных системах обычно выделяют следующие топологии: звезду, шину, кольцо, смешанная, гибридная. Началось все с телефонных систем, у которых топология точка-точка (станция – станция) или точка (станция – пользователи) – много точек. Отсюда проблема: какая топология должна быть и как с этим бороться. Если Point-to-Point, то адресация очевидна. Я тебе передаю данные, а ты мне. Если несколько устройств – требуется метод доступа и адрес может быть как физическим, так и логическим. Обычно метод доступа работает для определенной топологии.

Первая топология звезда: по центру – какое –то устройство, с ним соединением Point-to-Point другие устройства. модули системы работают так же. Что-то на рабочих станциях, что-то на коммутаторах и т.д. Все современные системы основаны на этой топологии. (99% передачи данных это интернет) Это стандартная интернет топология. Она считается наиболее простой для диагностики ошибок. Обычно по центру стоит либо repeater (hub), либо коммутатор. Hub просто усиливает сигнал и его регенерирует. А коммутатор просто коммутировать (соединять одни порты с другими). И hub 'ы и коммутаторы работают на модели OSI 802.2. Hub’ ы – 1-й уровень. Коммутаторы – 2-й уровень модели (т.к. присваивается физический адрес)

Топология шина – линейное подсоединение устройств. Очень экономная. Очень неэффективная с точки зрения поиска ошибок. Применяется очень редко. Максимально 500 метров – 2,5 км. Модификация очень тяжела.

Топология кольцо: Устройство объединены в кольцо. Компьютеры не являются частью кольца. Модули системы на них не работают, на них работает системный софт. А модули системы подсоединяются к устройствам (по сути это смешанная топология). 802.6 – кольцо-звезда для крупных сетей. И 802.5 для обычных.

Гибридная топология – смесь кольца и звезды. Устройства подсоединены через модуль, который является частью кольца. Это гибрид кольца и звезды.

Смешанная топология. Всякие устройства, на которых работают модули системы и каждый соединяется с каждым. (Point-to-Point каждого устройства). В принципе не возможна, т.к. интерфейс каждого компьютера должен соединиться с каждым. Есть смешанные топологии для беспроводных систем, но только для специализированных устройств.

Т.к. каждое устройство чего-то передает, то надо договориться о правилах, иначе мы просто столкнёмся. Правила, по которым мы передаем, по которым входим в канал, по которым заканчиваем передачу. Иначе мы друг другу ничего не передадим. Такие правила называются методом доступа в канал.

Существует три вида доступа: contention (соревнование), Polling (голосование), token (маркерный). А так же их комбинации, но в основном используют contention. Этот метод доступа применяется в Ethernet называется он Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD).

Contention проверяет занят ли канал, и если да – пробует 16 раз Если нет – занимает канал. Требуется учитывать конфликт (коллизию), если она обнаружена, то требуется предупредить других. Коллизия будет обязательно на порту коммутатора, т.к. метод доступа CSMA/CD. Если я передаю и принимаю – коллизия. Если на порту станции и передается, и принимается, то возникает коллизия, это нормально, но количество коллизий не должно быть слишком много. Для интернета это значение не должно превышать 5%, если больше – это уже ошибки. Есть специальные методы доступа с avoidance, которые сперва связываются с вами и говорят, что станция доступна, это позволяет избежать части коллизий, но они все равно будут. Нам дадут передать только если полоса пустая в этом случае. CSMA/CD поддерживается стандартом IEEE 802.3

Polling одно из устройств мастер, другое Slave. Одно из устройств опрашивает и контролирует второе. Так работают IDE контроллеры, Мейнфреймы, диагностическая аппаратура. Этот метод доступа применяется частично в WiMAX. IEEE 802.16 стандарт.

Token ring(топология кольцо). Способ разделения канала предполагает как соединены устройства, с этим ничего не сделаешь. Одно устройство вырабатывает маленький пакетик – фреймик. Если ты это фрейм получил, то можешь начать передачу (мой канал освободился). То устройство, у кого минимальный физический адрес вырабатывает маркер. После этого оно становится монитором, оно проверяет потерялся ли он и проводит активный мониторинг в этом плане. Пускает по кругу beacon (маячок). Если он приходит с ошибками – тестирует. Если потерялся – вырабатывает заново. Диагностика с ошибками называется beaconing. И каждое устройство, которое в сети должно этим заниматься. Если сломался тот, кто вырабатывал маркер, то следующий с минимальным физическим адресом вырабатывает новый маячок. Это специальные устройства, у которых либо хард специальный, либо еще и софт, который занимается всем мониторингом сети. Проблема управления и мониторинга это одна из самых сложных проблем в информационных системах.

Устройства нужно между собой связывать (коммутировать.) и просто топологий и методов доступа для этого не достаточно, нужны методы коммутации, присоединения одного устройства к другому.

Виды коммутации:

Коммутация каналов. Первый метод доступа, который придумали. Практически не используется, однако у IBM есть логическая коммутация. Не эффективна, т.к. для коммутации устройств на каждом этапе требуется дать ему канал. Это физическая коммутация.

Коммутация сообщений. От устройства А к Б по определенному пути, который мы ему задали. Это логическая коммутация. Сообщение: Некий кусочек информации неопределенной длинны. Практически не применяется, т.к. оно может быть слишком большое. Если сообщение слишком большое, то применяется технология Store Forward. Она применяется, например, для отправки почты. Оно запоминается где-либо, например, на диске и передается частями.

Коммутация пакетов. В конце 60-х годов RAND Corporation, которая консультирует и создана на деньги DoD – Department of Defense службы безопасности штатов, сказала, что требуется коммутация пакетов. Для того чтобы быстро отправлять и не думать какая память нужна и не бороться с очередями, буферами и т.д. передавать мы будем не сообщения, а пакеты определенной длинны. В Ethernet 1518-1522. Мы знаем размер пакета (фрейма) и понимаем какого размера буфера нужны, поэтому нам не нужна Store Forward. Если сообщение большое – разбиваем на кусочки и можем их отправлять по разным каналам. У этих кусочков будут порядковые номера и смещение относительно начала, чтобы понимать как их собирать. В этом кусочке есть Destination address и Source address, кто является источником, кто приемником. Это называется Date grammar. Работать Мы будем быстро и это хорошо.

Virtual Circuit. (Виртуальный канал). От устройства А к F, но перед этим установим соединение, это логическая топология. Физически может быть звезда, а логически точка – точка. Один канал Point-to-Point. Договариваемся о скорости, об определенных параметрах передачи, например максимальный размер пакета. Необходимость подтверждения о доставке, и будем делать это разными вариантами. Можно установить логическое соединение как на один сеанс, так и навсегда. Можем договориться, что размер данных будет меняться. Sliding windows – скользящее окно – размер передачи меняется. Connection loss – без подтверждения принятия сообщения. А можно с подтверждением. Все такие виды передачи, это коммутация при помощи передачи пакетов.

После того как компьютеры объединили при помощи какой-то топологии и запустили на них какие то программные продукты. Но как соединять острова компьютеров мы не понимаем. Это стандартные решения. Которые определяются теми принципы, на которых строятся устройства собирающие эту топологию. Делается это при помощи мостов, коммутаторов роутеров и шлюзов, и топология нашей системы будет определяться правилами их присоединения.

Смысл следующий: после того как компьютеры объединили, например, в шине, произошла проблема – изменилась скорость передачи, т.к. компьютеры общаются между собой по общему каналу. Но некоторые компьютеры не общаются между собой или общаются очень мало, поэтому эти компьютеры отсекаются. Устройства, которые делят называются bridge (мост). Если моя задача просто удлинить сеть, то нужно поставить усилитель – hub. А если нужно поделить трафик, то нужно поставить мост.

Мосты бывают TR (transparent) – прозрачный (самообучающийся), SR – source rooting, SRT - source rooting transport. Мы строим таблицу маршрутизации, никто из станций сети и модулей систем об этом просто не знают. Затем эту табличку просто поддерживаем, проверяя наличие/отсутствие других устройств. Мы отсекаем лишние фреймы, пропуская только те адреса. Которые могут через нас пройти, тем самым уменьшая трафик в системе.

Коммутатор – мультипортовый мост. Занимается микросегментацией, усиливает сигнал и передает с одного порта на другой. Могут быть TR и SR. Включаем устройства и определяем способы передачи, для определения скорости каналов. Весь интернет это транспорт. SR обычно встречаются в других сетях. Все устройства работают в сети по MAC адресу, который прошивается либо во флеш-памяти (можно перепрошить) либо напрямую в железе, что лучше, т.к. адрес будет уникальным. Первые 2 байта – это производители. Первый производитель это интел.

Технология коммутация бывает трех видов:

1. Storing forward. (Сохрани и передай) Пришел фрейм, ты его полностью принял, определил от кого и кому и отправил на тот порт который нужен. Меньше производительности, меньше ошибок.

2. Cut through. Не будем запоминать весь фрейм, так как назначение идет в заголовке, как толь считал – передаем куда надо не дожидаясь полной передачи. Больше производительность, больше ошибок.

3. Fragment free. Это комбинация. Запоминается часть пакета, и только потом передаем. За это время определяются ошибки и используется в топологии. Cisco

Коммутатор имеет процессор, память и соответствующие буферы, куда попадает ввод/вывод сетевого адаптера. Буфер может быть, как у каждого порта. Так и общий. Тип передачи определяется либо информационной системой, либо хардвером и повлиять мы на это не можем. Есть коммутаторы, которые переключаются самостоятельно. При переключения, в зависимости от состояния канала, производительность может как падать, так и возрастать. Все современные системы — это коммутируемые сети. При этом на коммутаторах работают свои операционные системы. А на бриджах нет.

Локальная система – система, которая имеет в диаметре 4-6 км. В зависти от того какое волокно лежит. А если мы в эти расстояние не укладывается, то один сегмент сети соединяется с другим при помощи роутера. Если хотим отправить в даль, то мы не можем каждому устройству передавать по физическому адресу, поэтому мы присваиваем адрес некоему кусочку subnet. Этот адрес задается администратором системы, это логический адрес. И будем пересылаться группе устройств. И маршрутизатор поддерживает табличку, чтобы определять как добираться от одного к другому. Кому передавать чтобы добраться до конечного subnet. Роутерная табличка маршрутизации. Локальная сеть – это кампусная сеть. Роутеры Работают на 3-м уровне модели ISO.

Последний тип устройств, которые составляют ядро архитектуры системы – шлюзы. Мы можем подсоединяться не только к точно таким же сегментом, но можем подсоединить сегмент, например, к мейнфрейму и вот тогда возникает проблемы кодирования (оно может быть разное), среды передачи (оптоволокно или коаксиал) и т.д. И требуется вместо роутера иметь шлюз, это специальное устройство gateway, которая конвертирует то что я делаю по всем 7 уровням модели ISO. Все от начало и до конца. Иногда шлюзами называют устройства, которые конвертируют все семь уровней. Иногда если более 4-х.

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: