ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОТОКОЛІВ ЛОКАЛЬНИХ МЕРЕЖ
При організації взаємодії вузлів у локальних мережах основна роль приділяється протоколу канального рівня. Однак для того, щоб канальний рівень міг упоратися із цією задачею, структура локальних мереж повинна бути цілком певної, так, наприклад, найбільш популярний протокол канального рівня - Ethernet - розрахований на паралельне підключення всіх вузлів мережі до загального для них шині - відрізку коаксіального кабелю або ієрархічній деревоподібній структурі сегментів, утворених повторювачами. Протокол Token Ring також розрахований на цілком певну конфігурацію - з'єднання комп'ютерів у вигляді логічного кільця.
Подібний підхід, що полягає у використанні простих структур кабельних з'єднань між комп'ютерами локальної мережі, відповідав основній меті, що ставили перед собою розроблювачі перших локальних мереж у другій половині 70-х років. Ця мета полягала в знаходженні простого й дешевого рішення для об'єднання в обчислювальну мережу декількох десятків комп'ютерів, що перебувають у межах одного будинку. Рішення повинне було бути недорогим, оскільки в мережу поєднувалися недорогі комп'ютери - що з'явилися й швидко, що поширилися тоді міні-комп'ютери, вартістю в 10 000-20 000 доларів. Кількість їх в одній організації було невеликим, тому межу в кілька десятків (максимум - до сотні) комп'ютерів представлявся цілком достатнім для росту практично будь-якої локальної мережі.
Для спрощення й, відповідно, здешевлення апаратних і програмних рішень розроблювачі перших локальних мереж зупинилися на спільному використанні кабелів всіма комп'ютерами мережі в режимі поділу часу, тобто режимі TDM. Найбільш явним образом режим спільного використання кабелю проявляється в класичних мережах Ethernet, де коаксіальний кабель фізично являє собою неподільний відрізок кабелю, загальний для всіх вузлів мережі. Але й у мережах Token Ring і FDDI, де кожна сусідня пара комп'ютерів з'єднана, здавалося б, своїми індивідуальними відрізками кабелю з концентратором, ці відрізки не можуть використатися комп'ютерами, які безпосередньо до них підключені, у довільний момент часу. Ці відрізки утворять логічне кільце, доступ до якого як до єдиного цілого може бути отриманий тільки по цілком певному алгоритмі, у якому беруть участь всі комп'ютери мережі. Використання кільця як загального поділюваного ресурсу спрощує алгоритми передачі по ньому кадрів, тому що в кожний конкретний момент часу кільце зайняте тільки одним комп'ютером.
Використання поділюваних середовищ (shared media) дозволяє спростити логікові роботи мережі. Наприклад, відпадає необхідність контролю переповнення вузлів мережі кадрами від багатьох станцій, що вирішили одночасно обмінятися інформацією. У глобальних мережах, де відрізки кабелів, що з'єднують окремі вузли, не розглядаються як загальний ресурс, така необхідність виникає, і для рішення цієї проблеми в протоколи обміну інформацією вводяться досить складні процедури керування потоком кадрів, що запобігають переповнення каналів зв'язку й вузлів мережі. Використання в локальних мережах дуже простих конфігурацій (загальна шина й кільце) поряд з позитивними мало й негативні наслідки, з яких найбільш неприємними були обмеження по продуктивності й надійності. Наявність тільки одного шляху передачі інформації, поділюваного всіма вузлами мережі, у принципі обмежувало пропускну здатність мережі пропускною здатністю цього шляху (яка ділилася в середньому на число комп'ютерів мережі), а надійність мережі - надійністю цього шляху. Тому в міру підвищення популярності локальних мереж і розширення їхніх сфер застосування усе більше стали застосовуватися спеціальні комунікаційні пристрої - мости й маршрутизатори, - які значною мірою знімали обмеження єдиного поділюваного середовища передачі даних. Базові конфігурації у формі загальної шини й кільця перетворилися в елементарні структури локальних мереж, які можна тепер з'єднувати один з одним більше складним образом, створюючи паралельні основні або резервні шляхи між вузлами. Проте усередині базових структур як і раніше працюють всі ті ж протоколи поділюваних єдиних середовищ передачі даних, які були розроблені більше 15 років тому. Це пов'язане з тим, що гарні швидкісні й надійністні характеристики кабелів локальних мереж задовольняли протягом всього цього років користувачів невеликих комп'ютерних мереж, які могли побудувати мережа без більших витрат тільки за допомогою мережних адаптерів і кабелю. До того ж колосальна інсталяційна база встаткування й програмного забезпечення для технологій Ethernet і Token Ring сприяла тому, що зложився наступний підхід: у межах невеликих сегментів використаються старі протоколи в їхньому незмінному виді, а об'єднання таких сегментів у загальну мережу відбувається за допомогою додаткового й досить складного встаткування.
В останні кілька років намітився рух до відмови від поділюваних середовищ передачі даних у локальних мережах і переходу до застосування активних комутаторів, до яких кінцеві вузли приєднуються індивідуальними лініями зв'язку. У чистому виді такий підхід пропонується в технології АТМ (Asynchronous Transfer Mode), а в технологіях, що носять традиційні назви із приставкою switched ( щокомутирує): switched Ethernet, switched Token Ring, switched FDDI, звичайно використається змішаний підхід, що сполучає поділювані й індивідуальні середовища передачі даних. Найчастіше кінцеві вузли з'єднуються в невеликі поділювані сегменти за допомогою повторювачів, а сегменти з'єднуються один з одним за допомогою індивідуальних зв'язків, що комутирують.
Існує й досить помітна тенденція до використання в традиційних технологіях так називаної мікросегментації, коли навіть кінцеві вузли відразу з'єднуються з комутатором індивідуальними каналами. Такі мережі виходять дорожче поділювана або змішаних, але продуктивність їх вище. При використанні комутаторів у традиційних технологій з'явився новий режим роботи - повнодуплексний (full-duplex). У поділюваному сегменті станції завжди працюють у напівдуплексному режимі (half-duplex), тому що в кожний момент часу мережний адаптер станції або передає свої дані, або приймає чужі, але ніколи не робить це одночасно. Це справедливо для всіх технологій локальних мереж, тому що поділювані середовища підтримуються не тільки класичними технологіями локальних мереж Ethernet, Token Ring, FDDI, але й всіма новими - Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, Gigabit Ethernet.
У повнодуплексному режимі мережний адаптер може одночасно передавати свої дані в мережу й приймати з мережі чужі дані. Такий режим нескладно забезпечується при прямому з'єднання з мостом/комутатором або маршрутизатором, тому що вхід і вихід кожного порту такого пристрою працюють незалежно друг від друга, кожний зі своїм буфером кадрів.
У поділюваному сегменті станції завжди працюють з використанням напівдуплексному режимі (half-duplex), тому що в кожен момент часу мережний адаптер станції або передає свої дані, або приймає чужі, але ніколи не робить це одночасно.
Це справедливо для всіх технологій локальних мереж, тому що поділювані середовища підтримуються не тільки класичними технологіями локальних мереж Ethernet, Token Ring, FDDI, але і всіма новими — Fast Ethernet, l00VG-AnyLAN, Gigabit Ethernet.
Сьогодні кожна технологія локальних мереж пристосована для роботи як у напівдуплексному, так і полвнодуплексному режимах. У цих режимах обмеження, що накладають на загальну довжину мережі, істотно відрізняються, так що та сама технологія може дозволяти будувати досить різні мережі залежно від обраного режиму роботи (який залежить від того, які пристрої використаються для з'єднання вузлів - повторювачі або комутатори). Наприклад, технологія Fast Ethernet дозволяє для напівдуплексного режиму будувати мережі діаметром не більше 200 метрів, а для полнодуплексного режиму обмежень на діаметр мережі не існує. Тому при порівнянні різних технологій необхідно обов'язково приймати в увагу можливість їхньої роботи у двох режимах. У даній главі вивчається в основному напівдуплексний режим роботи протоколів, а полнодуплексный режим розглядається в наступній главі, разом з вивченням комутаторів.
Незважаючи на появу нових технологій, класичні протоколи локальних мереж Ethernet і Token Ring за прогнозами фахівців будуть повсюдно використатися ще принаймні років 5-10, у зв'язку із чим знання їхніх деталей необхідно для успішного застосування сучасних комунікаційних апаратур. Крім того, деякі сучасні високопродуктивні технології, такі як Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, у значній мірі зберігають наступність зі своїми попередниками. Це ще раз підтверджує важливість вивчення класичних протоколів локальних мереж, природно, поряд з вивченням нових технологій.
