Логические сети создаются при помощи красных или зеленых проводов и позволяют контролировать устройства-приемники , используя передачу информации в сеть со всех устройств-передатчиков . Большая часть передатчиков – устройства хранения, они транслируют информацию по специальному каналу, в зависимости от предмета или типа жидкости, хранящейся в устройстве хранения. Каждая логическая сеть имеет канал на каждый тип предмета, а также на 45 дополнительных Виртуальных сигналов которые используются как настраиваемые пользовательские каналы.
Contents
Физическая структура сети
Логическая сеть включает в себя только те устройства, которые соединены проводом одного цвета. Провод может быть проятнут напрямую от устройства к устройству, либо через столбы ЛЭП.
Важно понять, что каждый подключенный набор проводов создает отдельную сеть. Например возможно иметь четыре сети с красными проводами и три – с зелеными. Красные и зеленые сети всегда будут отдельными, даже если они соприкоснутся где-либо на столбах ЛЭП или в устройстве.
- Для совединения проводов или кабелей к столбу ЛЭП просто протяните провод до основания столба.
- Чтобы убрать провод или кабель, протяните провод того же цвета над текущим соединением. Провод/кабель назад не возвращается.
- Для того, чтобы убрать все подключения к конкретному столбу ЛЭП, используйте сочетание SHIFT+ЛКМ. Первый щелчок уберет все электрические провода, второй – все зеленые и красные провода. Назад провода вы не получите.
- Во время подключения к арифметическому комбинатору или Сравнивающему комбинатору , внимательно следите за тем, чтобы подключить провод на правильную сторону – на вывод или на ввод. Чтобы узнать это включите детализированный режим (ALT).
Транслируемая информация
Передающие устройства транслируют количество предметов или жидкости которые на данный момент содержатся в них, либо любые другие данные, обозначенные игроком. Каждый транслируемый объем является числовым значением в "канале", соответствующему хранящемуся премету. К пример, Цистерна, содержащая 1000 единиц нефти будет транслировать значение равное 1000 по каналу «Нефть».
Несколько трансляций одного предмета или жидкости складываются: если к сети подключено две цистерны, в которые залито по 1000 единиц нефти, значение канала «нефть» будет равна 2000.
Провода, соединенные вместе будут передавать сигналы по одному цвету. Например, если два красных провода подключнеы к входу одного комбинатора, оба провода будут получать сведения друг от друга. Если не принять мер, может начаться проблема обратной связи. Подробней об этой проблеме ниже.
Использование информации
Условие примера: "Работать только если количество железных пластин ниже, чем количество стальных."
Приемники могут использовать транслируемую информацию, в большинстве случаев, чтобы включить/выключить устройство.
Они могут либо сравнивать значения разных каналов, либо сравнивать значение канала с фиксированным значением. Манипулятор на картинке работает, если количество жлезных пластин ниже, чем количество стальных.
Приемники суммируют все сигналы с каждого провода, подключенного к ним. Даже если это и красные, и зеленые провода. К примеру, если манипулятор подсоединен к красному проводу, по которому идет информация о 20 железных пластинах, к зеленому проводу, несущему сведения о 10 медных пластинах, и еще одному зеленому проводу с информацией о 5 железных пластинах, входящий сигнал на манипулятор будут 25 железных пластин и 10 медных.
Основы
Несложная логическая сеть позволит заполнить сундук заданным количеством предметов.
Простейшую сеть можно создать, соединив програмируемый манипулятор с сундуком рядом. Так можно контролировать количество предметов в сундуке. (обратите внимание, что вам не обязательно использовать столбы ЛЭП для соединения – как показано на картинке. Можете соединить их напрямую)
Комбинаторы
Комбинаторы совмещают в себе возможности приемников и передатчиков, что позволяет логической сети использовать сложные функции.
- Постоянный комбинатор транслирует до 15 значений в любой из каналов, по любой из подключенных к нему сетей. (На данный момент вы не можете уточнять, какое именно значение – красное или зеленое – использовать. Если нужны разные значения – используйте два комбинатора – под каждый цвет). Вы можете использовать канал любого предмета либо каналы виртуальных сигналов .
- Обратите внимание, что использовать два из 15 слотов для трансляции значений на том же канале – это то же самое, что транслировать сумму двух значений в один слот.
- Арифметический комбинатор выполняет арифметические операции с поступаемыми значениями и транслирует результат на указанном канале вывода. Каналы входа и вывода могут занимать канал любого предмета, либо любой из каналов виртуальных сигналов.
- Подключение: Арифметический комбинатор подключается к красной или зеленой сети в свою входную сторону (терминалы ставятся на корпус и выглядят как свечи зажигания) и выполняет арифметические вычисления, которые затем транслируются по указанному каналу на стороне выхода (провода на этой стороне как будто слегка вылезают наружу).
- Обратная связь: Обратите внимание, что входная и выходная сети не являются одной и той же сетью . Соединение выхода к сети, которая направляется на вход приведет к петле обратной связи. К примеру, добавив 1 к значению медных пластин и трансляция в канал медных пластин приводит к тому, что в случае подключения ввода-вывода друг к другу результат создает бесконечный цикл. Количество медных пластин быстро (но не мгновенно) начнет расти. Эту особенность можно использовать с логикой Сравнивающего комбинатора для создания электронных часов, ворот и других систем. Подробней можно ознакомиться вот тут: Combinator Tutorial/ru .
- Каждый: Этот комбинатор может использовать сигнал "Каждый" и для ввода и для вывода. В данном случае все каналы ввода, не равные нулю будут задействовать комбинатор и транслироваться на вывод. Использование сигнала Каждый для ввода и для вывода при использовании неизменной операции (например прибавление нуля) эквивалентно использованию провода "в одном направлении". Вся информация из сети ввода будет копирована в сеть вывода. Обратное невозможно.
- Мультисетевая работа: Арифметический комбинатор может быть подключен одновременно к красной и зеленой сети на сторону ввода и будет складывать их значения.
- Функции Сравнивающего комбинатора сильно напоминают функции Арифметического, но он предназначен для сравнения значений. Говоря о соединении, обратной связи и сигнала Каждый его особенности аналогичны описаным выше. Вдобавок он может обрабатывать сигналы Все и Ничего и при подключении к нескольким сетям выполнять более сложные чем сложение функции. Чтобы понять, как лучше его использовать, прочтите эту статью:
Логическая структуризация сети с помощью мостов и коммутаторов
Под логической структуризацией сети понимается разбиение общей разделяемой среды на логические сегменты, которые представляют самостоятельные разделяемые среды с меньшим количеством узлов. Сеть, разделенная на логические сегменты, обладает более высокой производительностью и надежностью. Взаимодействие между логическими сегментами организуется с помощью мостов и коммутаторов.
Причины логической структуризации локальных сетей
Ограничения сети, построенной на общей разделяемой среде
При построении небольших сетей, состоящих из 10-30 узлов, использование стандартных технологий на разделяемых средах передачи данных приводит к экономичным и эффективным решениям. Во всяком случае, это утверждение справедливо для очень большого числа сегодняшних сетей, даже тех, в которых передаются большие объемы мультимедийной информации, - появление высокоскоростных технологий со скоростями обмена 100 и 1000 Мбит/с решает проблему качества транспортного обслуживания таких сетей.
Эффективность разделяемой среды для небольшой сети проявляется в первую очередь в следующих свойствах:
· простой топологии сети, допускающей легкое наращивание числа узлов (в небольших пределах);
· отсутствии потерь кадров из-за переполнения буферов коммуникационных устройств, так как новый кадр не передается в сеть, пока не принят предыдущий - сама логика разделения среды регулирует поток кадров и приостанавливает станции, слишком часто генерирующие кадры, заставляя их ждать доступа;
· простоте протоколов, обеспечившей низкую стоимость сетевых адаптеров, повторителей и концентраторов.
Преимущества логической структуризации сети
Ограничения, возникающие из-за использования общей разделяемой среды, можно преодолеть, разделив сеть на несколько разделяемых сред и соединив отдельные сегменты сети такими устройствами, как мосты, коммутаторы или маршрутизаторы (рис.).
Рис.. Логическая структуризация сети
Перечисленные устройства передают кадры с одного своего порта на другой, анализируя адрес назначения, помещенный в этих кадрах. (В отличие от концентраторов, которые повторяют кадры на всех своих портах, передавая их во все подсоединенные к ним сегменты, независимо от того, в каком из них находится станция назначения.) Мосты и коммутаторы выполняют операцию передачи кадров на основе плоских адресов канального уровня, то есть МАС - адресов, а маршрутизаторы - на основе номера сети. При этом единая разделяемая среда, созданная концентраторами (или в предельном случае - одним сегментом кабеля), делится на несколько частей, каждая из которых присоединена к порту моста, коммутатора или маршрутизатора.
Говорят, что при этом сеть делится на логические сегменты или сеть подвергается логической структуризации. Логический сегмент представляет собой единую разделяемую среду. Деление сети на логические сегменты приводит к тому, что нагрузка, приходящаяся на каждый из вновь образованных сегментов, почти всегда оказывается меньше, чем нагрузка, которую испытывала исходная сеть. Следовательно, уменьшаются вредные эффекты от разделения среды: снижается время ожидания доступа, а в сетях Ethernet - и интенсивность коллизий.
Большинство крупных сетей разрабатывается на основе структуры с общей магистралью, к которой через мосты и маршрутизаторы присоединяются подсети. Эти подсети обслуживают различные отделы. Подсети могут делиться и далее на сегменты, предназначенные для обслуживания рабочих групп.
В общем случае деление сети на логические сегменты повышает производительность сети (за счет разгрузки сегментов), а также гибкость построения сети, увеличивая степень защиты данных, и облегчает управление сетью.
Сегментация увеличивает гибкость сети. При построении сети как совокупности подсетей каждая подсеть может быть адаптирована к специфическим потребностям рабочей группы или отдела. Например, в одной подсети может использоваться технология Ethernet и ОС NetWare, а в другой Token Ring и OS-400, в соответствии с традициями того или иного отдела или потребностями имеющихся приложений. Вместе с тем, у пользователей обеих подсетей есть возможность обмениваться данными через межсетевые устройства, такие как мосты, коммутаторы, маршрутизаторы. Процесс разбиения сети на логические сегменты можно рассматривать и в обратном направлении, как процесс создания большой сети из модулей - уже имеющихся подсетей.
Подсети повышают безопасность данных. При подключении пользователей к различным физическим сегментам сети можно запретить доступ определенных пользователей к ресурсам других сегментов. Устанавливая различные логические фильтры на мостах, коммутаторах и маршрутизаторах, можно контролировать доступ к ресурсам, чего не позволяют сделать повторители.
Подсети упрощают управление сетью. Побочным эффектом уменьшения трафика и повышения безопасности данных является упрощение управления сетью. Проблемы очень часто локализуются внутри сегмента. Как и в случае структурированной кабельной системы, проблемы одной подсети не оказывают влияния на другие подсети. Подсети образуют логические домены управления сетью.
Сети должны проектироваться на двух уровнях: физическом и логическом. Логическое проектирование определяет места расположения ресурсов, приложений и способы группировки этих ресурсов в логические сегменты.
Структуризация с помощью мостов и коммутаторов
В данной главе рассматриваются устройства логической структуризации сетей, работающие на канальном уровне стека протоколов, а именно - мосты и коммутаторы. Структуризация сети возможна также на основе маршрутизаторов, которые для выполнения этой задачи привлекают протоколы сетевого уровня. Каждый способ структуризации - с помощью канального протокола и с помощью сетевого протокола - имеет свои преимущества и недостатки. В современных сетях часто используют комбинированный способ логической структуризации - небольшие сегменты объединяются устройствами канального уровня в более крупные подсети, которые, в свою очередь, соединяются маршрутизаторами.
Итак, сеть можно разделить на логические сегменты с помощью устройств двух типов - мостов (bridge) и/или коммутаторов (switch, switching hub). Мост и коммутатор - это функциональные близнецы. Оба эти устройства продвигают кадры на основании одних и тех же алгоритмов. Мосты и коммутаторы используют два типа алгоритмов: алгоритм прозрачного моста (transparent bridge), описанного в стандарте IEEE 802. ID, либо алгоритм моста с маршрутизацией от источника (source routing bridge) компании IBM для сетей Token Ring. Эти стандарты были разработаны задолго до появления первого коммутатора, поэтому в них используется термин «мост». Когда же на свет появилась первая промышленная модель коммутатора для технологии Ethernet, то она выполняла тот же алгоритм продвижения кадров IEEE 802.1D, который был с десяток лет отработан мостами локальных и глобальных сетей. Точно так же поступают и все современные коммутаторы. Коммутаторы, которые продвигают кадры протокола Token Ring, работают по алгоритму Source Routing, характерному для мостов IBM.
Основное отличие коммутатора от моста заключается в том, что мост обрабатывает кадры последовательно, а коммутатор - параллельно.
Если мосты могли даже замедлять работу сети, когда их производительность оказывалась меньше интенсивности межсегментного потока кадров, то коммутаторы всегда выпускаются с процессорами портов, которые могут передавать кадры с той максимальной скоростью, на которую рассчитан протокол. Добавление к этому параллельной передачи кадров между портами сделало производительность коммутаторов на несколько порядков выше, чем мостов - коммутаторы могут передавать до нескольких миллионов кадров в секунду, в то время как мосты обычно обрабатывали 3-5 тысяч кадров в секунду. Это и предопределило судьбу мостов и коммутаторов.
В дальнейшем будем называть устройство, которое продвигает кадры по алгоритму моста и работает в локальной сети, современным термином «коммутатор». При описании же самих алгоритмов 802.1D и Source Routing в следующем разделе будем по традиции называть устройство мостом, как собственно оно в этих стандартах и называется.
Принципы работы мостов
Алгоритм работы прозрачного моста
Прозрачные мосты незаметны для сетевых адаптеров конечных узлов, так как они самостоятельно строят специальную адресную таблицу, на основании которой можно решить, нужно передавать пришедший кадр в какой-либо другой сегмент или нет. Сетевые адаптеры при использовании прозрачных мостов работают точно так же, как и в случае их отсутствия, то есть не предпринимают никаких дополнительных действий, чтобы кадр прошел через мост. Алгоритм прозрачного моста не зависит от технологии локальной сети, в которой устанавливается мост, поэтому прозрачные мосты Ethernet работают точно так же, как прозрачные мосты FDDI.
Прозрачный мост строит свою адресную таблицу на основании пассивного наблюдения за трафиком, циркулирующим в подключенных к его портам сегментах. При этом мост учитывает адреса источников кадров данных, поступающих на порты моста. По адресу источника кадра мост делает вывод о принадлежности этого узла тому или иному сегменту сети.
Рассмотрим процесс автоматического создания адресной таблицы моста и ее использования на примере простой сети, представленной на рис. 4.18.
Рис. 4.18. Принцип работы прозрачного моста
Мост соединяет два логических сегмента. Сегмент 1 составляют компьютеры, подключенные с помощью одного отрезка коаксиального кабеля к порту 1 моста, а сегмент 2 - компьютеры, подключенные с помощью другого отрезка коаксиального кабеля к порту 2 моста.
Каждый порт моста работает как конечный узел своего сегмента за одним исключением - порт моста не имеет собственного МАС - адреса. Порт моста работает в так называемом неразборчивом (promisquous) режиме захвата пакетов, когда все поступающие на порт пакеты запоминаются в буферной памяти. С помощью такого режима мост следит за всем трафиком, передаваемым в присоединенных к нему сегментах, и использует проходящие через него пакеты для изучения состава сети. Так как в буфер записываются все пакеты, то адрес порта мосту не нужен.
Мосты с маршрутизацией от источника
Мосты с маршрутизацией от источника применяются для соединения колец Token Ring и FDDI, хотя для этих же целей могут использоваться и прозрачные мосты. Маршрутизация от источника (Source Routing, SR) основана на том, что станция-отправитель помещает в посылаемый в другое кольцо кадр всю адресную информацию о промежуточных мостах и кольцах, которые должен пройти кадр перед тем, как попасть в кольцо, к которому подключена станция-получатель. Хотя в название этого способа входит термин «маршрутизация», настоящей маршрутизации в строгом понимании этого термина здесь нет, так как мосты и станции по-прежнему используют для передачи кадров данных только информацию МАС - уровня, а заголовки сетевого уровня для мостов данного типа по-прежнему остаются неразличимой частью поля данных кадра.
Рассмотрим принципы работы мостов Source Routing (в дальнейшем, SR-мосты) на примере сети, изображенной на рис. 4.21. Сеть состоит из трех колец, соединенных тремя мостами. Для задания маршрута кольца и мосты имеют идентификаторы. SR-мосты не строят адресную таблицу, а при продвижении кадров пользуются информацией, имеющейся в соответствующих полях кадра данных.
Рис. 4.21. Мосты типа Source Routing
При получении каждого пакета SR-мосту нужно только просмотреть поле маршрутной информации (поле Routing Information Field, RIF, в кадре Token Ring или FDDI) на предмет наличия в нем своего идентификатора. И если он там присутствует и сопровождается идентификатором кольца, которое подключено к данному мосту, то в этом случае мост копирует поступивший кадр в указанное кольцо. В противном случае кадр в другое кольцо не копируется. В любом случае исходная копия кадра возвращается по исходному кольцу станции-отправителю, и если он был передан в другое кольцо, то бит А (адрес распознан) и бит С (кадр скопирован) поля статуса кадра устанавливаются в 1, чтобы сообщить станции-отправителю, что кадр был получен станцией назначения (в данном случае передан мостом в другое кольцо).
Поле RIF имеет управляющее подполе, состоящее из трех частей.
· Тип кадра определяет тип поля RIF. Существуют различные типы полей RIF, использующиеся для нахождения маршрута и для отправки кадра по известному маршруту.
· Поле максимальной длины кадра используется мостом для связи колец, в которых установлено различное значение MTU. С помощью этого поля мост уведомляет станцию о максимально возможной длине кадра (то есть минимальном значении MTU на протяжении всего составного маршрута).
· Длина поля RIF необходима, так как заранее неизвестно количество описателей маршрута, задающих идентификаторы пересекаемых колец и мостов.
Для работы алгоритма маршрутизации от источника используются два дополнительных типа кадра - одномаршрутный широковещательный кадр-исследователь SRBF (single-route broadcast frame) и многомаршрутный широковещательный кадр-исследователь ARBF (all-route broadcast frame).
Все SR-мосты должны быть сконфигурированы администратором вручную, чтобы передавать кадры ARBF на все порты, кроме порта-источника кадра, а для кадров SRBF некоторые порты мостов нужно заблокировать, чтобы в сети не было петель.
Мосты с маршрутизацией от источника имеют по сравнению с прозрачными мостам как преимущества, так и недостатки, отраженные в табл. 4.1.
Таблица 4.1. Преимущества и недостатки мостов с маршрутизацией от источника
До некоторого времени эта проблема решалась двумя способами. Один способ заключался в использовании во всех сегментах либо только маршрутизации от источника, либо только прозрачных мостов. Другим способом была установка маршрутизаторов. Сегодня имеется третье решение. Оно основано на стандарте, который позволяет объединить обе технологии работы моста в одном устройстве. Этот стандарт, называемый SRT (Source Route Transparent), позволяет мосту работать в любом режиме. Мост просматривает специальные флаги в заголовке кадров Token Ring и автоматически определяет, какой из алгоритмов нужно применить.
Ограничения топологии сети, построенной на мостах
Слабая защита от широковещательного шторма - одно из главных ограничений моста, но не единственное. Другим серьезным ограничением их функциональных возможностей является невозможность поддержки петлеобразных конфигураций сети.
Коммутаторы локальных сетей
Коммутатор - устройство, которое продвигает кадры по алгоритму моста и работает в локальной сети.
Полнодуплексные протоколы локальных сетей
Изменения в работе МАС - уровня при полнодуплексной работе
Технология коммутации сама по себе не имеет непосредственного отношения к методу доступа к среде, который используется портами коммутатора. При подключении сегментов, представляющих собой разделяемую среду, порт коммутатора должен поддерживать полудуплексный режим, так как является одним из узлов этого сегмента.
Однако, когда к каждому порту коммутатора подключен не сегмент, а только один компьютер, причем по двум раздельным каналам, как это происходит почти во всех стандартах физического уровня, кроме коаксиальных версий Ethernet, ситуация становится не такой однозначной. Порт может работать как в обычном полудуплексном режиме, так и в полнодуплексном. Подключение к портам коммутатора не сегментов, а отдельных компьютеров называется микросегментацией .
В обычном режиме работы порт коммутатора по-прежнему распознает коллизии, Доменом коллизий в этом случае будет участок сети, включающий передатчик коммутатора, приемник коммутатора, передатчик сетевого адаптера компьютера, приемник сетевого адаптера компьютера и две витые пары, соединяющие передатчики с приемниками (рис. 4.27).
Рис. 4.27. Домен коллизий, образуемый компьютером и портом коммутатора
Коллизия возникает, когда передатчики порта коммутатора и сетевого адаптера одновременно или почти одновременно начинают передачу своих кадров, считая, что изображенный на рисунке сегмент свободен. Правда, вероятность коллизии в таком сегменте гораздо меньше, чем в сегменте, состоящем из 20-30 узлов, но она не нулевая.
В полнодуплексном режиме одновременная передача данных передатчиком порта коммутатора и сетевого адаптера коллизией не считается. В принципе, это достаточно естественный режим работы для индивидуальных полнодуплексных каналов связи, и он часто используется в протоколах территориальных сетей. При полнодуплексной связи порты Ethernet могут передавать данные со скоростью 20 Мбит/с - по 10 Мбит/с в каждом направлении.
Естественно, необходимо, чтобы МАС - узлы взаимодействующих устройств поддерживали этот специальный режим. В случае когда только один узел будет поддерживать полнодуплексный режим, второй узел будет постоянно фиксировать коллизии и приостанавливать свою работу, в то время как другой узел будет продолжать передавать данные, которые никто в этот момент не принимает. Изменения, которые нужно сделать в логике МАС - узла, чтобы он мог работать в полнодуплексном режиме, минимальны - нужно просто отменить фиксацию и отработку коллизий в сетях Ethernet, а в сетях Token Ring и FDDI - посылать кадры в коммутатор, не дожидаясь прихода токена доступа, а тогда, когда это нужно конечному узлу. Фактически, при работе в полнодуплексном режиме МАС - узел не использует метод доступа к среде, разработанный для данной технологии.
При использовании полнодуплексных версий протоколов происходит некоторое сближение различных технологий, так как метод доступа во многом определял лицо каждой технологии. Различие технологий остается в различных форматах кадров, а также в процедурах контроля корректности работы сети на физическом и канальном уровнях.
Полнодуплексные версии протоколов могли бы быть реализованы и в мостах. Принципиальных препятствий для этого не было, просто в период применения локальных мостов потребности в высокоскоростной передаче межсегментного трафика не возникало.
Проблема управления потоком данных при полнодуплексной работе
Простой отказ от поддержки алгоритма доступа к разделяемой среде без какой-либо модификации протокола ведет к повышению вероятности потерь кадров коммутаторами, так как при этом теряется контроль за потоками кадров, направляемых конечными узлами в сеть. Раньше поток кадров регулировался методом доступа к разделяемой среде, так что слишком часто генерирующий кадры узел вынужден был ждать своей очереди к среде и фактическая интенсивность потока данных, который направлял в сеть этот узел, была заметно меньше той интенсивности, которую узел хотел бы отправить в сеть. При переходе на полнодуплексный режим узлу разрешается отправлять кадры в коммутатор всегда, когда это ему нужно, поэтому коммутаторы сети могут в этом режиме сталкиваться с перегрузками, не имея при этом никаких средств регулирования («притормаживания») потока кадров.
Причина перегрузок обычно кроется не в том, что коммутатор является блокирующим, то есть ему не хватает производительности процессоров для обслуживания потоков кадров, а в ограниченной пропускной способности отдельного порта, которая определяется временными параметрами протокола. Например, порт Ethernet не может передавать больше 14 880 кадров в секунду, если он не нарушает временных соотношений, установленных стандартом.
Поэтому, если входной трафик неравномерно распределяется между выходными портами, легко представить ситуацию, когда в какой-либо выходной порт коммутатора будет направляться трафик с суммарной средней интенсивностью большей, чем протокольный максимум. На рис. 4.28 изображена как раз такая ситуация, когда в порт 3 коммутатора направляется трафик от портов 1,2,4 и 6 , с суммарной интенсивностью в 22 100 кадров в секунду. Порт 3 оказывается загружен на 150 %, Естественно, что когда кадры поступают в буфер порта со скоростью 20 100 кадров в секунду, а уходят со скоростью 14 880 кадров в секунду, то внутренний буфер выходного порта начинает неуклонно заполняться необработанными кадрами.
Рис. 4.28. Переполнение буфера порта из-за несбалансированности трафика
Какой бы ни был объем буфера порта, он в какой-то момент времени обязательно переполнится. Нетрудно подсчитать, что при размере буфера в 100 Кбайт в приведенном примере полное заполнение буфера произойдет через 0,22 секунды после начала его работы (буфер такого размера может хранить до 1600 кадров размером в 64 байт). Увеличение буфера до 1 Мбайт даст увеличение времени заполнения буфера до 2,2 секунд, что также неприемлемо. А потери кадров всегда очень нежелательны, так как снижают полезную производительность сети, и коммутатор, теряющий кадры, может значительно ухудшить производительность сети вместо ее улучшения.
Коммутаторы локальных сетей - не первые устройства, которые сталкиваются с такой проблемой. Мосты также могут испытывать перегрузки, однако такие ситуации при использовании мостов встречались редко из-за небольшой интенсивности межсегментного трафика, поэтому разработчики мостов не стали встраивать в протоколы локальных сетей или в сами мосты механизмы регулирования потока. В глобальных сетях коммутаторы технологии Х.25 поддерживают протокол канального уровня LAP-В, который имеет специальные кадры управления потоком «Приемник готов» (RR) и «Приемник не готов» (RNR), аналогичные по назначению кадрам протокола LLC2 (это не удивительно, так как оба протокола принадлежат семейству протоколов HDLC. Протокол LAP-B работает между соседними коммутаторами сети Х.25 и в том случае, когда очередь коммутатора доходит до опасной границы, запрещает своим ближайшим соседям с помощью кадра «Приемник не готов» передавать ему кадры, пока очередь не уменьшится до нормального уровня. В сетях Х.25 такой протокол необходим, так как эти сети никогда не использовали разделяемые среды передачи данных, а работали по индивидуальным каналам связи в полнодуплексном режиме.
При разработке коммутаторов локальных сетей ситуация коренным образом отличалась от ситуации, при которой создавались коммутаторы территориальных сетей. Основной задачей было сохранение конечных узлов в неизменном виде, что исключало корректировку протоколов локальных сетей. А в этих протоколах процедур управления потоком не было - общая среда передачи данных в режиме разделения времени исключала возникновение ситуаций, когда сеть переполнялась бы необработанными кадрами. Сеть не накапливала данных в каких-либо промежуточных буферах при использовании только повторителей или концентраторов.
Применение коммутаторов без изменения протокола работы оборудования всегда порождает опасность потери кадров. Если порты коммутатора работают в обычном, то есть в полудуплексном режиме, то у коммутатора имеется возможность оказать некоторое воздействие на конечный узел и заставить его приостановить передачу кадров, пока у коммутатора не разгрузятся внутренние буферы. Нестандартные методы управления потоком в коммутаторах при сохранении протокола доступа в неизменном виде будут рассмотрены ниже.
Если же коммутатор работает в полнодуплексном режиме, то протокол работы конечных узлов, да и его портов все равно меняется. Поэтому имело смысл для поддержки полнодуплексного режима работы коммутаторов несколько модифицировать протокол взаимодействия узлов, встроив в него явный механизм управления потоком кадров.
Управления потоком кадров при полудуплексной работе
При работе порта в полудуплексном режиме коммутатор не может изменять протокол и пользоваться для управления потоком новыми командами, такими как «Приостановить передачу» и «Возобновить передачу».
Зато у коммутатора появляется возможность воздействовать на конечный узел с помощью механизмов алгоритма доступа к среде, который конечный узел обязан отрабатывать. Эти приемы основаны на том, что конечные узлы строго соблюдают все параметры алгоритма доступа к среде, а порты коммутатора - нет. Обычно применяются два основных способа управления потоком кадров - обратное давление на конечный узел и агрессивный захват среды.
Метод обратного давления (backpressure) состоит в создании искусственных коллизий в сегменте, который чересчур интенсивно посылает кадры в коммутатор. Для этого коммутатор обычно использует jam-последовательность, отправляемую на выход порта, к которому подключен сегмент (или узел), чтобы приостановить его активность. Кроме того, метод обратного давления может применяться в тех случаях, когда процессор порта не рассчитан на поддержку максимально возможного для данного протокола трафика. Один из первых примеров применения метода обратного давления как раз связан с таким случаем - метод был применен компанией LANNET в модулях LSE-1 и LSE-2, рассчитанных на коммутацию трафика Ethernet с максимальной интенсивностью соответственно 1 Мбит/с и 2 Мбит/с.
Второй метод «торможения» конечного узла в условиях перегрузки внутренних буферов коммутатора основан на так называемом агрессивном поведении порта коммутатора при захвате среды либо после окончания передачи очередного пакета, либо после коллизии. Эти два случая иллюстрируются рис. 4.29, а и б .
Рис. 4.29. Агрессивное поведение коммутатора при перегрузках буферов
В первом случае коммутатор окончил передачу очередного кадра и вместо технологической паузы в 9,6 мкс сделал паузу в 9,1 мкс и начал передачу нового кадра. Компьютер не смог захватить среду, так как он выдержал стандартную паузу в 9,6 мкс и обнаружил после этого, что среда уже занята.
Во втором случае кадры коммутатора и компьютера столкнулись и была зафиксирована коллизия. Так как компьютер сделал паузу после коллизии в 51,2 мкс, как это положено по стандарту (интервал отсрочки равен 512 битовых интервалов), а коммутатор - 50 мкс, то и в этом случае компьютеру не удалось передать свой кадр.
Коммутатор может пользоваться этим механизмом адаптивно, увеличивая степень своей агрессивности по мере необходимости.
Многие производители реализуют с помощью сочетания описанных двух методов достаточно тонкие механизмы управления потоком кадров при перегрузках. Эти методы используют алгоритмы чередования передаваемых и принимаемых кадров (frame interleave). Алгоритм чередования должен быть гибким и позволять компьютеру в критических ситуациях на каждый принимаемый кадр передавать несколько своих, разгружая внутренний буфер кадров, причем не обязательно снижая при этом интенсивность приема кадров до нуля, а просто уменьшая ее до необходимого уровня.
Практически во всех моделях коммутаторов, кроме самых простых моделей для рабочих групп, реализуют тот или иной алгоритм управления потоком кадров при полудуплексном режиме работы портов. Этот алгоритм, как правило, реализует более тонкое управление потоком, чем стандарт 802.3х, не приостанавливая до нуля прием кадров от соседнего узла и тем самым не способствуя переносу перегрузки в соседний коммутатор, если к порту подключен не конечный узел, а другой коммутатор.
Выводы
· Логическая структуризация сети необходима при построении сетей средних и крупных размеров. Использование общей разделяемой среды приемлемо только для сети, состоящей из 5-10 компьютеров.
· Деление сети на логические сегменты повышает производительность, надежность, гибкость построения и управляемость сети.
· Для логической структуризации сети применяются мосты и их современные преемники - коммутаторы и маршрутизаторы. Первые два типа устройств позволяют разделить сеть на логические сегменты с помощью минимума средств - только на основе протоколов канального уровня. Кроме того, эти устройства не требуют конфигурирования.
· Логические сегменты, построенные на основе коммутаторов, являются строительными элементами более крупных сетей, объединяемых маршрутизаторами.
· Коммутаторы - наиболее быстродействующие современные коммуникационные устройства, они позволяют соединять высокоскоростные сегменты без блокирования (уменьшения пропускной способности) межсегментного трафика.
· Пассивный способ построения адресной таблицы коммутаторами - с помощью слежения за проходящим трафиком - приводит к невозможности работы в сетях с петлевидными связями. Другим недостатком сетей, построенных на коммутаторах, является отсутствие защиты от широковещательного шторма, который эти устройства обязаны передавать в соответствии с алгоритмом работы.
· Применение коммутаторов позволяет сетевым адаптерам использовать полнодуплексный режим работы протоколов локальных сетей (Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI). В этом режиме отсутствует этап доступа к разделяемой среде, а общая скорость передачи данных удваивается.
· В полнодуплексном режиме для борьбы с перегрузками коммутаторов используется метод управления потоком, описанный в стандарте 802.3х. Он повторяет алгоритмы полной приостановки трафика по специальной команде, известной из технологий глобальных сетей.
· При полудуплексном режиме работы коммутаторы используют для управления потоком при перегрузках два метода: агрессивный захват среды и обратное давление на конечный узел. Применение этих методов позволяет достаточно гибко управлять потоком, чередуя несколько передаваемых кадров с одним принимаемым.
Моделирование реакций (поведения) ансамблей, составленных из многих элементов (и тем более нервной системы в целом), с детальной имитацией всех или даже большинства свойств реального нейрона на физических моделях в настоящее время является практически неразрешимой задачей. Поэтому в нейрокибернетике, используя аппарат математической логики, анализируются для этой цели логические сети, состоящие из множества логических элементов, каждый из которых выполняет какую-либо элементарную логическую функцию, т. е. осуществляет определенную логическую зависимость между входными и выходными сигналами. Наибольшее распространение получили сети с двоичными логическими элементами, когда сигналы на выходе могут иметь только два значения (0; 1) по принципу "все или ничего". Используя правила алгебры логики, с помощью сети из двухзначных логических элементов можно представить различные логические формулы, или "высказывания", причем задача состоит в том, чтобы определить истинность или ложность сложного высказывания, полученного на выходе системы, в зависимости от истинности и ложности высказываний сигналов на входе.
Обычно высказывания обозначаются большими латинскими буквами: А, В, С, ..., а логические действия над ними с помощью значков операторов.
Утверждение (или тавтология) не имеет отдельного знака и обозначается буквой высказывания. Отрицание высказывания А (оператор "не") есть такое высказывание, которое истинно, если А ложно, и ложно, когда А истинно. Обозначается чертой "-" сверху.
Конъюнкция высказываний (оператор И, логическое умножение) - сложное высказывание, которое будет истинным только в случае, когда истинны все его составляющие (т. е. и первое, и второе и т. д.). Конъюнкция обозначается значком "∧", а в табл. 12 даны примеры для двух составляющих. В электрической цепи конъюнкция означает последовательное соединение контактов - ток течет, только если все контакты замкнуты.Дизъюнкция (оператор "или", логическое сложение) - высказывание, которое ложно, если ложны все составляющие, и истинно во всех остальных случаях (здесь значок "∨" имеет смысл союза "или" "неразделительного"). В параллельной схеме соединения контактов ток течет, если хоть один из контактов замкнут.
Таблица 12. Примеры конъюнкции, дизъюнкции, эквивалентности и
импликации двух составляющих
Эквивалентность - "∼" - сложное высказывание, истинное в том случае, когда значения истинности составляющих высказываний одинаковы, и ложное, если они различны.
Импликация двух высказываний - А "→" В - такое сложное высказывание, которое всегда истинно, кроме случая, когда А истинно, а В ложно. Используя знак инверсии (оператор "не"), можно образовывать и другие логические высказывания. Так, например, "отрицание импликации" позволяет моделировать реакцию нейрона, имеющего возбуждающий (А) и тормозящий (В) синапсы. Сигнал на выходе появится, очевидно, только тогда, когда имеется сигнал А и нет В, иначе это условие можно представить как: (А ∧ В¯).
Число различных сложных высказываний, полученных посредством указанных логических операций из n простых высказываний, равно 2 2n . В частности, для двух переменных (А и В) число различных сложных высказываний N = 2 2 2 = 16, в которое входят и рассмотренные выше. Логической сетью называется совокупность соединенных между собой логических элементов, с помощью которой можно моделировать функции математической логики. Основные задачи теории логических сетей сводятся к анализу данной сети (определение реализуемой функции, преобразование заданной сети в алгебраически ей эквивалентную) и синтезу (по данной логической функции построить логическую сеть с минимальным числом элементов и т. д.). Логические сети являются основными функциональными устройствами цифровых вычислительных и управляющих машин. Наиболее распространенные логические сети строятся из трех типов логических элементов, выполняющих операции "и", "или", "не", с помощью которых можно реализовать любую логическую функцию.
Физическая (техническая) реализация логических элементов осуществляется различными способами. На рис. 85 показаны обозначения основных элементов на схеме (А) и их аналогии на электромеханических реле (Б) и на электронных лампах (В). Для реализации логических сетей с параметрами, зависящими от времени, используют еще два типа элементов -задержки исчетчик импульсов . Задержкой (или линией задержки) является двухполюсник, на выходе которого сигнал просто повторяет значение входного сигнала, но с запаздыванием на время задержки. Счетчиком называют трехполюсник с одним выходом и двумя входами -счет исброс . Если счетчик на n импульсов находится в нулевом положении, а на счетный вход подается серия импульсов, то на выходе сигнал появится после прохождения n импульсов, после чего счетчик возвращается в нулевое положение. При появлении импульса на втором входе происходит сброс показаний до нулевого, после чего счет поступающих импульсов начинается снова.
Рис. 85. Логические элементы "не", "и", "или" (А) и их техническая
реализация; Б - на электромагнитных реле, В - на электронных лампах
Таким образом, логическая сеть представляет собой дискретную структуру из различных логических элементов (рис. 86), соединенных между собой таким способом, что выход одного или нескольких из них является входом для другого. Часть элементов, входы которых свободны от связи с другими элементами, называются входными. Другие, не имеющие связей на выходе, называются выходными (остальные относятся к внутренним). Задать логическую сеть - значит указать состояние всех элементов в данный момент и порядок перехода из одного состояния в другое. Тогда при наличии информации о воздействии внешних сигналов на входные элементы (входной алфавит) можно определить состояние выхода в сети (выходной алфавит). Однозначно, если сеть детерминирована, и с некоторой вероятностью, если порядок переходов определен лишь с некоторой вероятностью. В абстрактной теории автоматов содержание понятий "автомат" или "машина" определяется формальным описанием того преобразования информации или состояний, которое осуществляется данным автоматом. Принято различать автоматы с бесконечной памятью (машина Тьюринга), автоматы на неограниченное число действий (при ограниченном числе различных операций) и конечные автоматы.
Рис. 86. Условные изображения и схема функционирования некоторых
элементов логических сетей
Конечным автоматом называется логическая сеть с m входными состояниями x 1 , х 2 , ... х, n внутренними состояниями (q 1 , q 2 , ..., q n) и k выходными состояниями (y 1 , y 2 , ... y k). Время отсчитывается дискретными тактами 1, 2, 3, ... t для всех элементов одномоментно. Состояние выхода автомата в данный момент зависит от состояния входа (или внутреннего состояния) в предшествующем такте (могут быть и другие зависимости):
где φ и ψ - функции перехода состояний и выходов, задаваемые обычно таблицами или диаграммами переходов.
Изучение проблем синтеза конечных автоматов производится в терминах представимостисобытий , понимаемых как определенное множество состояний входов, которые представляются изоморфными множествами внутренних или выходных состояний. При анализе конечных автоматов решается обратная задача: по заданной таблице переходов установить, какие события представляет данный автомат. Сюда же относится задачаминимизации - найти схему автомата, эквивалентного данному, но с наименьшим числом состояний. Для моделирования биологических систем представляют интерес автоматы с изменяющейся под влиянием внешних воздействий структурой. Рассмотрим процесс обучения простого автомата с линейной тактикой (Цетлин, 1961; Варшавский, Воронцова и Цетлин, 1962), имеющего несколько состояний, причем переход в то или иное состояние зависит от воздействия, которое он получает на входе от внешней среды. Воздействия среды разделяются автоматом на два класса, условно обозначенные как "штраф" и "поощрение", причем задачей обучения автомата является выработка такого "поведения", чтобы математическое ожидание штрафов было бы наименьшим (примером может служить автомат, изменяющий свои действия после "штрафа" и повторяющий их после "поощрения").
Интересно изучить поведение автомата в среде, свойства которой изменяются во времени, например, переключаются с некоторой вероятностью. Оказалось, что для каждой частоты переключений существует оптимальное число автомата (Цетлин, 1961). Наличие оптимума объясняется тем, что если среда изменяется медленно, то можно применять длинный алгоритм, который работает долго, но более точно (за счет изменения шага квантования состояний). Если же среда изменяется быстро, то такой алгоритм сработает слишком поздно. Этот результат интересно сравнить с проблемой оптимальной подвижности нервных процессов при переделке условных рефлексов. В простейшем случае полагают, что выход нейрона имеет только два состояния в соответствии с правилом "все или ничего", и эти состояния в каждый данный момент определяются однозначно состоянием его входов, действующих по такому же правилу.
На основании таких определений формального нейрона Мак Каллох и Питтс (1956) создали абстрактную модель нервной сети, которая состоит из конечного числа нейронов, связанных между собой определенным образом. Каждый нейрон соединен с соседними при помощи аксона с нервными окончаниями, которые относятся при анализе сети к следующему нейрону. Число входов (синапсов) может быть любым, но каждый синапс может быть или возбуждающим, или тормозящим. Синапсы могут иметь различный вес, определяемый специальным коэффициентом, который имеет разные знаки для возбуждающих и тормозных синапсов. Нейрон возбуждается в том случае, если сумма возбуждающих синаптических коэффициентов превышает значение порога данного нейрона, и не возбужден ни один тормозящий синапс. Нейрон называется входным или рецепторным, если ни одно нервное волокно на нем не оканчивается. Его выход определяется состоянием входов вне нервной сети в данный момент. Состояние внутренних нейронов определяется суммой синаптических влияний со стороны его входов в предыдущий момент времени, поскольку время для данной сети отсчитывается дискретными тактами, а в каждом синапсе всегда происходит временная задержка на один такт. Иными словами, состояние выхода нейрона в данный момент определяется состояниями его входов в предыдущем такте. Возбуждение тормозящего синапса исключает возбуждение нейрона в данный момент времени. Структура нервной сети неизменна. Более поздние исследования несколько изменили понятие формального нейрона. В частности, тормозной сигнал перестал быть абсолютно запрещающим, и условия возбуждения нейрона определяются разностью возбуждающих и тормозящих сигналов, которая должна превосходить некоторое число, называемое порогом данного нейрона (рис. 87). В дальнейшем появились и другие разновидности формальных нейронов, в том числе и такие, свойства которых изменяются во времени или под влиянием внешнего сигнала (Brain, 1961; Blum, 1962).
Рис. 87. Логические функции, вычисляемые различными схемами
синаптических соединений при разных значениях порога
Некоторое упрощение логической нервной сети можно получить, используя однородные пороговые элементы, где появление реакции на выходе описывается функцией
где n - порог возбуждения, а k - вес входа (синаптическое число), а функция y получает значение 1 или 0, если выражение в скобках больше или меньше нуля.
Логический анализ пороговой модели показал возможности реализации большого числа логических функций (Варшавский, 1963) и создание систем с высокой надежностью работы (Сочивко, 1965). При очень большом числе элементов поведение (или изменение состояния всех элементов) логической сети становится весьма сложным и трудно обозримым даже в математической форме. Это привело к созданию моделей сплошных (непрерывных) возбудимых тканей, или континуальных моделей (Гельфанд и Цетлин, 1960; Балаховский, 1961; Варшавский; 1963).
Понятие возбудимой ткани можно пояснить рассмотрением нервной сети в мелком масштабе, когда ее отдельные элементы уже не различимы. В простейшем случае рассматривают изотропную ткань, которая обладает следующими свойствами. Каждая точка ткани может возбуждаться спонтанно с определенным периодом Т или под влиянием соседних возбужденных точек. После мгновенного возбуждения следует период рефрактерности (R < Т). Возбуждение может волнообразно распространяться во все стороны со скоростью, пропорциональной в данной точке ее фазе, т. е. времени, которое прошло с момента последнего возбуждения (понятно, что через зону рефрактерности волна возбуждения распространяться не может). На модели непрерывных возбудимых тканей были изучены их интересные свойства. Они способны к самосинхронизации, и отдельные участки таких тканей обладают памятью на предыдущие внешние воздействия и даже могут выполнять некоторые логические операции. Такое устройство памяти, по мнению авторов, имеет высокую надежность работы, недостижимую для дискретных моделей. Дополнительные возможности моделирования возникают, если создать анизотропную ткань, в которой направление распространения волны возбуждения поддается управлению. Континуальные модели успешно применяются для моделирования процессов синхронизации активности множества элементов в биологических однородных тканях (Гельфанд и соавт., 1962; Лукашевич, 1964).
Физическая структуризация сети полезна во многих отношениях, однако в ряде случаев, обычно относящихся к сетям большого и среднего размера, без логической структуризации сети обойтись невозможно. Наиболее важной проблемой, не решаемой путем физической структуризации, остается проблема перераспределения передаваемого трафика между различными физическими сегментами сети.
В большой сети естественным образом возникает неоднородность информационных потоков : сеть состоит из множества подсетей рабочих групп , отделов, филиалов предприятия и других административных образований. В одних случаях наиболее интенсивный обмен данными наблюдается между компьютерами, принадлежащими одной подсети , и только небольшая часть обращений происходит к ресурсам компьютеров, находящихся вне локальных рабочих групп . На других предприятиях, особенно там, где имеются централизованные хранилища корпоративных данных, активно используемые всеми сотрудниками предприятия, наблюдается обратная ситуация: интенсивность внешних обращений выше интенсивности обмена между "соседними" машинами. Но независимо от того, как распределяются внешний и внутренний трафик, для повышения эффективности работы сети неоднородность информационных потоков необходимо учитывать.
Сеть с типовой топологией (" шина ", "кольцо", " звезда "), в которой все физические сегменты рассматриваются в качестве одной разделяемой среды , оказывается неадекватной структуре информационных потоков в большой сети . Например, в сети с общей шиной взаимодействие любой пары компьютеров занимает ее на все время обмена, поэтому при увеличении числа компьютеров в сети шина становится узким местом. Компьютеры одного отдела вынуждены ждать, когда завершит обмен пара компьютеров другого отдела.
Рис.
8.5.
Рис. 8.6. Логическая структура продолжает соответствовать "общей шине".
Для решения проблемы придется отказаться от идеи единой однородной разделяемой среды . Например, в рассмотренном выше примере желательно было бы сделать так, чтобы кадры, которые передают компьютеры отдела 1, выходили бы за пределы этой части сети в том и только в том случае, если эти кадры направлены какому-либо компьютеру из других отделов. С другой стороны, в сеть каждого из отделов должны попадать только те кадры, которые адресованы узлам этой сети . При такой организации работы сети ее производительность существенно повысится, так как компьютеры одного отдела не будут простаивать в то время, когда обмениваются данными компьютеры других отделов.
Нетрудно заметить, что в предложенном решении мы отказались от идеи общей разделяемой среды в пределах всей сети , хотя и оставили ее в пределах каждого отдела. Пропускная способность линий связи между отделами не должна совпадать с пропускной способностью среды внутри отделов. Если трафик между отделами составляет только 20% трафика внутри отдела (как уже отмечалось, эта величина может быть другой), то и пропускная способность линий связи и коммуникационного оборудования , соединяющего отделы, может быть значительно ниже внутреннего трафика сети отдела.
Рис. 8.7.
Распространение трафика, предназначенного для компьютеров некоторого сегмента сети , только в пределах этого сегмента, называется локализацией трафика . Логическая структуризация сети - это процесс разбиения сети на сегменты с локализованным трафиком.
Для логической структуризации сети используются коммуникационные устройства:
- мосты ;
- коммутаторы ;
- маршрутизаторы ;
- шлюзы .
Мост (bridge ) делит разделяемую среду передачи сети на части (часто называемые логическими сегментами), передавая информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если такая передача действительно необходима, то есть если адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети . Тем самым мост изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность передачи данных в сети . Локализация трафика не только экономит пропускную способность, но и уменьшает возможность несанкционированного доступа к данным, так как кадры не выходят за пределы своего сегмента, и злоумышленнику сложнее перехватить их.
На рис. 8.8 показана сеть , которая была получена из сети с центральным концентратором (см. рис. 8.5) путем его замены на мост . Сети 1-го и 2-го отделов состоят из отдельных логических сегментов, а сеть отдела 3 - из двух логических сегментов. Каждый логический сегмент построен на базе концентратора и имеет простейшую физическую структуру , образованную отрезками кабеля, связывающими компьютеры с портами концентратора . Если пользователь компьютера А пошлет данные пользователю компьютера В, находящемуся в одном с ним сегменте, то эти данные будут повторены только на тех сетевых интерфейсах , которые отмечены на рисунке заштрихованными кружками.
Рис. 8.8.
Мосты используют для локализации трафика аппаратные адреса компьютеров. Это затрудняет распознавание принадлежности того или иного компьютера к определенному логическому сегменту - сам адрес не содержит подобной информации. Поэтому мост достаточно упрощенно представляет деление сети на сегменты - он запоминает, через какой порт на него поступил кадр данных от каждого компьютера сети , и в дальнейшем передает кадры, предназначенные для данного компьютера, на этот порт . Точной топологии связей между логическими сегментами мост не знает. Из-за этого применение мостов приводит к значительным ограничениям на конфигурацию связей сети - сегменты должны быть соединены таким образом, чтобы в сети не образовывались замкнутые контуры.
Коммутатор (switch ) по принципу обработки кадров от моста практически ничем не отличается. Единственное его отличие состоит в том, что он является своего рода коммуникационным мультипроцессором , так как каждый его порт оснащен специализированной микросхемой, которая обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от микросхем других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста , имеющего один процессорный блок. Можно сказать, что коммутаторы - это мосты нового поколения, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме.
Ограничения, связанные с применением мостов и коммутаторов - по
При математическом описании тех или иных физических объектов, как правило, отвлекаются от целого ряда второстепенных факторов и процессов, действующих в этих физических объектах. Такая абстракция необходима для создания общей математической теории для целого класса родственных между собой физических процессов.
Целью настоящей книги является математическая теория анализа и синтеза физических устройств, предназначенных для переработки дискретной информации.
Мы будем изучать не сами эти устройства, а некоторым образом адекватные им математические схемы. Эта адекватность выражается в том, что работа обеих схем (физической, реально действующей и математической, абстрактной) описывается с помощью одних и тех же математических соотношений.
Такую адекватную математическую схему мы будем называть логической сетью.
Дадим более четкое определение понятия логической сети. Пусть мы имеем конечное множество А
И пусть нам задано множество В, элементами которого являются упорядоченные пары элементов множества А
Здесь - любые из элементов множества
Пусть, наконец, нам задано некоторое множество элементами которого являются логические функции
Установим однозначное отображение множества А на т. е. сопоставим каждому элементу множества А один из элементов множества
Определение 3-1. Совокупность множества А и В совместно с однозначным отображением множества А на множестве называется логической сетью.
Геометрической интерпретацией логической сети служит некоторая схема логической сети, которая строится следующим образом.
Рис. 3-1. (см. скан)
На плоскости в произвольном порядке располагаются элементы множества А (для их обозначения будем использовать кружок). Эти элементы называются вершинами графа (рис. 3-1,а). Символ соответствующего данному кружку элемента (т. е. номер) пишется рядом с этим кружком. Внутри
кружка вписывается элемент множества сопоставленный при отображении А на элементу, соответствующему данному кружку. Наконец, все кружки соединяются между собой ориентированными стрелками согласно элементам множества В. Элементу соответствует стрелка, идущая от кружка, сопоставленного элементу к кружку, сопоставленному элементу Эти стрелки носят название дуг графа.
Пример 3-1. Пусть
и отображение А на задано как
Соответствующая схема заданной логической сети показана на рис. 3-1,а.
Рассмотрим множество аргументов
Произведем теперь отображение некоторых подмножеств множества X на некоторые элементы множества А
где X - некоторое подмножество множества X.
При геометрической интерпретации элементы множества X будем изображать жирными точками и называть входами, схемы логической сети. Задание отображения подмножества X на элементы а эквивалентно заданию множества С следующего вида:
Геометрической интерпретацией множества С являются дуги, проведенные из соответствующих входов схемы к вершинам графа, сопоставленным нужным элементам множества А.
Пример 3-2. Для логической сети рис. 3-1,а заданы:
Соответствующая схема логической сети чриведеиа на рис. 3-1,б.
Потребуем теперь, чтобы элементы множества В обладали тем свойством, что для всякого элемента Подобную логическую сеть назовем упорядоченной или логической сетью без обратных связей.
Теперь ограничим отображение множества А на следующим образом. Потребуем, чтобы функция сопоставляемая вершине с номером зависела от стольких аргументов, сколько дуг входит в данную вершину. Эквивалентным требованием является органичение на элементы множеств В и С при заданном отображении А на Суммарное число пар вида не должно превышать числа аргументов, имеющихся у функции, сопоставленной вершине с номером Логическую сеть, для которой выполнено это требование, назовем правильной.
Определение 3-2. Упорядоченная и правильная логическая сеть называется регулярной логической сетью (РЛС).
В дальнейшем будем рассматривать только правильные логические сети, а на протяжении этого раздела ограничимся рассмотрением только регулярных логических сетей. Рассмотрим, наконец, множество выходов
Произведем теперь взаимно однозначное отображение некоторого подмножества А множества А на множество Геометрической интерпретацией этого отображения будут дуги, направленные от элементов множества А к соответствующим элементам множества Элементы множества как и элементы множества X, будем обозначать жирными точками.-полюсник, вход у которого является фиктивным, поэтому он опущен на схеме логической сети (рис. 3-1,г).
Теория логических сетей включает в себя целый ряд различных разделов. В этих разделах изучаются вопросы, связанные с поисками методов эффективного преобразования информации, оптимальным кодированием, геометрией сетей, проблемами надежности сети и т. д. Из всего множества этих проблем мы в настоящей книге рассмотрим только проблемы, связанные с анализом и синтезом логической сети. В последующих параграфал и главах будут рассмотрены проблемы анализа и синтеза регулярных логических сетей, во втором разделе рассматриваются подобные же проблемы для сетей с обратными связями.
