Rozdělení počítačových sítí, topologie sítí, metody přístupu k mediu

Rozdělení počítačových sítí, topologie sítí, metody přístupu k mediu.

Rozdělení počítačových sítí

Počítačové sítě se rozdělují podle mnoha hledisek. Toto rozdělení není pouze formální, ale vydělují skupiny sítí, které mají obdobnou technickou realizaci, obdobnou oblast použití a

obdobné vlastnosti. Nejobvyklejší je rozdělení podle rozlehlosti:

LAN - lokální počítačové sítě (Local Area Networks, LAN)

• sítě malého rozsahu, obvykle jedna firma, místnost, patro, menší budova
• rozlehlost max. několik kilometrů (obvykle méně)
• všechny prostředky (zejména přenosové cesty) ve vlastnictví provozovatele (tzn. nepoužívají se veřejné datové linky)

MAN metropolitní počítačová síť (Metropolitan Area Networks, MAN)

• sítě v městské aglomeraci

• rozlehlost typicky v desítkách kilometrů

WAN rozsáhlé počítačové sítě (Wide Area Networks, WAN)

• sítě značného rozsahu, rozměry omezeny dosahem civilizace

Kampusní sítě (Campus Area Networks, zkratka CAN se neužívá)

Tento pojem se vztahuje k sítím v určitém rozlehlejším areálu (univerzita, nemocnice, lázně, tovární areál, …). Motivací pro užívání tohoto pojmu je skutečnost, že tyto sítě se charakterem provozu blíží sítím lokálním, ovšem vzhledem k jejich rozměrům se často nevystačí s technickými prostředky typickými pro lokální sítě.

Dále můžeme sítě dělit podle režimu práce:

rovný s rovným (peer-to-peer, p2p)

• všechny počítače v síti jsou hierarchicky rovnocenné,
• principiálně každý počítač může poskytovat svoje prostředky a služby všem ostatním počítačům (některé prostředky lze ze sdílení vyloučit konfigurací nebo sdílení vázat na oprávnění uživatele),
• vhodné spíše pro sítě s menším počtem počítačů (malé LAN),
• typický software pro tento typ sítí v minulosti představovaly systémy Lantastic, Netware Lite, MS Windows 3.11, později Windows 95, Windows 98, u Windows NT/2000/XP je podpora sítí p2p zachována,

klient/server (client/server)

• v síti se nacházejí dva druhy počítačů: poskytovatelé služeb (servery) a konzu-menti služeb (klienti, stanice)
• v některých případech lze na serverech současně pracovat jako na stanicích (tzv. nevyhrazené servery, non-dedicated servers), v jiných to není možné (vyhrazené servery, dedicated servers)
• typický software je např. Novell Netware, MS Windows NT/XP/2000 (v kon-figuraci server/workstation)
• poměr serverů a stanic v síti bývá typicky 1:10 až 1:100
• obecně mohou servery sloužit pro různé služby a účely, např.:

o       diskový server (disc server)

o       souborový server (file server)

o       tiskový server (print server)

o       server jmen (name server)

o       komunikační, databázové a různé další specializované servery

host/terminal

V tomto případě se nejedná o počítačovou síť v pravém slova smyslu, ale obdobu architektury centrálního počítače se sítí terminálů

Podle způsobu zprostředkování spojení můžeme sítě rozdělit na:

přepojování okruhů (telefon,ISDN)

přepojování zpráv

přepojování paketů (AX.25, Frame relay, ATM, GPRS)

Někdy se uvádí též dělení sítí na:

soustředné

rozsáhlé

soukromé

veřejné

Topologie sítí

V případě, že mezi libovolnými dvěma uzly sítě (počítači) existuje právě jedna cesta, hovoří se o sítích s jednoznačnou topologií. Používají se ’následující základní topologie:

hvězda (star topology) – koncové uzly bývají počítače, ve středu hvězdy je umístěn propojovací prvek (obr. 3.1).

kruh (ring topology, obr. 3.2).

sběrnice (bus topology, obr. 3.3).

páteř (backbone topology) – základem je sběrnice, na ni ale nejsou přímo připojeny počítače, ale další sítě s různou topologií – obvykle opět zběrnice (obr. 3.4).

strom (tree topology) – v počítačových sítích často splývá stromová a hvězdicová topologie, strom často vzniká propojením několika hvězd, samozřejmě při zachování jednoznačné topologie (obr. 3.5).

neomezená topologie (unlimited topology) – obecná síť s nejednoznačnou topologií, extrémním případem je propojení tvořící úplný graf („každý s každým“), tato obecná topologie se používá spíše v rozlehlejších sítích (existence záložních cest pro případ poruchy).

Metody přístupu k médiu

V praxi používané metody lze podle jejich filozofie rozdělit do čtyř skupin:

Metody statického přidělování

– přenosové kapacity jsou pevně rozděleny pro jednotlivé účastníky. Používá se:

• frekvenční multiplex (FDMA)
• časový multiplex (TDMA), zejména v družicových sítích

Metody centrálního přidělování

– v tomto případě existuje zařízení, které je oprávněno přidělovat přenosovou kapacitu:

• na žádost – počítač požadující vysílání požádá centrum o přidělení přenosové cesty, tato žádost probíhá obvykle na zvláštním služebním kanále. Do této kategorie patří metoda DPA používaná sítí 100VG-AnyLAN.
• na výzvu (pooling) – přidělovací centrum se (periodicky) dotazuje počítačů, zda si nepřejí vysílat.

Metody náhodného přidělování

- vycházejí z názoru, že při slabém provozu (vzhle-dem k přenosové kapacitě) a náhodných okamžicích vzniků požadavků na vysílání je výhodné začít vysílat pokud možno okamžitě a nezdržovat se režií spojenou s řízením přístupu. Může docházet ke kolizím, kdy v soustředěné síti současně vysílají dva nebo více účastníků. Použití pouze v sítích, ve kterých se vysílaný signál v zanedbatelně krátkém čase rozšíří ke všem účastníkům (tedy ne např. pro kruhové sítě).

• ALOHA – vyvinuto v roce 1970 Havajskou universitou pro potřeby tamního rozhlasu. Když účastník komunikace potřebuje vysílat, neprodleně vysílá. Pra-cuje se s potvrzováním, pokud do stanovené doby nepřijde potvrzení od adre-sáta, předpokládá se, že se vyskytla kolize a přenos se opakuje. Tato strategie vede k neuspokojivým výsledkům v případě silnějšího provozu. Udává se vy-užití přenosové kapacity na 18%, při zavedení časování (tzv. řízená ALOHA) se využití zvýší až na 36%. Navzdory zdánlivě neefektivní strategii ukázala se jako perspektivní a její zdokonalené verze (viz dále) se používají v dnešních nejrozšířenějších počítačových sítích.

• Rezervační ALOHA – podobná jako ALOHA, stanice, která úspěšně odvysílala rámec, má prioritní právo pokračovat ve vysílání. Využití je v oblasti družico-vých sítí.

• CSMA (Carrier Sense Multiple Access) – metoda vícenásobného přístupu s pří-poslechem nosné. Před zahájením vysílání se vždy testuje, zda již nevysílá někdo jiný, pokud ano, vysílání se nezahájí. Vznik kolizí není vyloučen (rychlost šíření signálu je konečná, takže vysílaný signál se nerozšíří ke všem účastníkům komunikace okamžitě – v nulovém čase), ale podstatně omezen.

• CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) – po každém uskutečněném vysílání se rezervuje doba potřebná pro přenos potvrzovacího rámce. Vznik kolizí opět není úplně vyloučen. Použití v rádiových sítích. (avoidance = anglicky „vyvarování se“)

• CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) – metoda je podobná jako CSMA, vysílající počítač ale během vysílání stále sleduje, zda signál, který se v síti nachází odpovídá signálu, který on sám vysílá. Pokud tomu tak není, vyhodnotí situaci jako kolizi a všechny počítače v síti na kolizi upozorní speciálním signálem označovaným jam (má charakter šumu). Po kolizi každý uzel náhodnou dobu počká a pokus o vysílání opakuje. Náhodné zpoždění se generuje algoritmem binárního exponenciálního odpočítávání. Pokud se ani po šestnácti pokusech po první kolizi nepodaří data odvysílat, další pokusy se nekonají a je hlášena chyba spojení. Metoda CSMA/CD je používána v síti Ethernet.

Metody distribuovaného přidělování

• Token Ring (kruh řízený příznakem oprávnění) je metodou používanou v sítích s kruhovou topologií. Pokud žádný počítač nepožaduje vysílání, cirkuluje v kruhu příznak (token). Pokud si uzel přeje vyslat rámec, musí počkat na token a místo něj vyslat svoje data. Token je v kruhu pouze jeden, takže vysílat může v jednom okamžiku pouze jedna stanice. Jakmile bity vyslaného rámce prošly celým kruhem, vysílač je z kruhu odstraňuje. Po odvysílání celého rám-ce je opět vyslán token. Tato metoda elegantně řeší potvrzování – uzel, které-mu byla data určena, může přímo v rámci nastavit příznak, že rámec byl v po-řádku doručen. Popsaná metoda se používá v síti s názvem Token Ring (síť vyvinutá firmou IBM, podpora ostatních výrobců je nízká).
• Token Bus (logický kruh) je metoda principiálně podobná metodě Token Ring, používá se u sítí s jinou než kruhovou topologií. Příznak opravňující k vysílání (token) zůstává a předává se mezi stanicemi. Stanice jsou očíslované (podle pořadí jejich zařazení do kruhu – pořadí, v jakém byly zapnuty), číslo určuje jejich pozici v logickém kruhu, ve kterém cirkuluje token i vysílané datové rámce. V jednom okamžiku může vysílat nanejvýš jedna stanice (existuje pouze jeden token). Realizace této metody je poměrně komplikovaná – je nutno řešit např. problémy spojené se zařazováním nové stanice do kruhu (byl zapnut další počítač) a s vypnutím počítače (je nutno jej vyřadit z logického kruhu). Metoda Token Bus byla implementována v síti Arcnet, která se dnes již nepoužívá