Реферат: Локальные сети

Государственныйкомитет по высшему образованию РФ

 Рязанская государственная радиотехническая академия

Кафедра прикладной вычислительной математики

 

Реферат на тему:

Локальные сети

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент группы 743:

Кондратов В. В.

 

Проверил доцент кафедры ВПМ:

Баринов В. В.

 

 

 

 

Рязань 2000


1. Содержание

1. Содержание… 2

2. Введение… 4

3. Протоколы локальных сетей… 4

3.1 Структура стандартов IEEE 802.1 — 802.5… 5

3.2 Протокол LLC уровня управления логическим каналом… 6

4. Стандарты технологии Ethernet… 7

4.1 Метод доступа CSMA/CD… 7

4.2 Форматы кадров технологии Ethernet… 10

4.3 Спецификации физической среды Ethernet… 12

4.4 Стандарт 10Base-5… 12

4.5 Стандарт 10Base-2… 13

4.6 Стандарт 10Base-T… 13

4.7 Стандарт 10Base-F… 14

4.8 Правило 4-х повторителей… 14

5. Стандарт Token Ring… 15

5.1 Основные характеристики стандарта Token Ring… 15

5.2 Маркерный метод доступа к разделяемой среде… 16

5.3 Физическая реализация сетей Token Ring… 16

6. ArcNet… 17

6.1 Платы сетевогоинтерфейса… 18

6.2 Активный и пассивныйконцентратор… 18

6.3 Кабели и разъемы итерминаторы ArcNet… 18

7. Fast Ethernet… 19

7.1 Fast Ethernet как развитие классического Ethernet'а… 19

7.2 Форматы кадров технологии Fast Ethernet… 20

7.3 Спецификации физического уровня Fast Ethernet… 20

7.4 Интерфейс MII… 21

7.5 Физический уровень 100Base-FX — многомодовое оптоволокно… 21

7.6 Физический уровень 100Base-TХ — двухпарная витая пара… 21

7.7 Физический уровень 100Base-T4 — четырехпарная витая пара   23

8. Протокол Gigabit Ethernet… 23

9. FDDI… 24

9.1 История создания стандарта FDDI… 24

9.2 Основы технологии FDDI… 24

10. 100VG-AnyLAN… 27

10.1 Общая характеристика технологии 100VG-AnyLAN… 27

10.2 Структура сети 100VG-AnyLAN… 28

10.3 Стек протоколов технологии 100VG-AnyLAN… 29

10.4 Функции уровня MAC… 29

11. Список литературы… 30


/>2. Введение

Локальной вычислительной сетью принято называть сеть, всеэлементы которой располагаются на сравнительно небольшой территории. Такая сетьобычно предназначена для сбора, передачи и распределённой обработки информациив пределах одного предприятия или организации.

Структура ЛВС отражает в определённых пределах структуруобслуживаемой организации, а поэтому часто имеет иерархическое построение. ВЛВС применяется, главным образом, прямая передача дискретной информации, прикоторой цифровые сигналы, без модуляции несущей частоты (используемой дляширокополосной передачи по телефонным линиям) поступают в физический канал(соеденительный кабель).

Особенностью локальных сетей является использованиепользователями сети единой среды передачи данных (в отличие от глобальныхсетей, где большое распостранение получили соеденения типа «точка-точка»). Этимопределяется необходимость использования специфичных методов доступа кмоноканалу.

3. Протоколы локальных сетей

При организации взаимодействия узлов в локальных сетяхосновная роль отводится протоколу канального уровня. Однако, для того, чтобыканальный уровень мог справиться с этой задачей, структура локальных сетейдолжна быть вполне определенной, так, например, наиболее популярный протоколканального уровня — Ethernet — рассчитан на параллельное подключение всех узловсети к общей для них шине — отрезку коаксиального кабеля. Протокол Token Ringтакже рассчитан на вполне определенную конфигурацию связей между компьютерами — соединение в кольцо.

Подобный подход, заключающийся в использованиипростых структур кабельных соединений между компьютерами локальной сети,являлся следствием основной цели, которую ставили перед собой разработчикипервых локальных сетей во второй половине 70-х годов. Эта цель заключалась внахождении простого и дешевого решения для объединения нескольких десятковкомпьютеров, находящихся в пределах одного здания, в вычислительную сеть.Решение должно было быть недорогим, потому что в сеть объединялись недорогиекомпьютеры — появившиеся и быстро распространившиеся тогда миникомпьютерыстоимостью в 10 000 — 20 000 долларов. Количество их в одной организации былонебольшим, поэтому предел в несколько десятков (максимум — до сотни)компьютеров представлялся вполне достаточным для роста практически любойлокальной сети.

Для упрощения и, соответственно, удешевления аппаратных ипрограммных решений разработчики первых локальных сетей остановились насовместном использовании кабелей всеми компьютерами сети в режиме разделениявремени. Наиболее явным образом режим совместного использования кабеляпроявляется в сетях Ethernet, где коаксиальный кабель физически представляетсобой неделимый отрезок кабеля, общий для всех узлов сети. Но и в сетях TokenRing и FDDI, где каждая соседняя пара компьютеров соединена, казалось бы,своими индивидуальными отрезками кабеля, эти отрезки не могут использоватьсякомпьютерами, которые непосредственно к ним подключены, в произвольный моментвремени. Эти отрезки образуют кольцо, доступ к которому как к единому целомуможет быть получен только по вполне определенному алгоритму, в которомучаствуют все компьютеры сети. Использование кольца как общего разделяемогоресурса упрощает алгоритмы передачи по нему кадров, так как в каждый конкретныймомент времени кольцо используется только одним компьютером.

Такой подход позволяет упростить логику работы сети.Например, отпадает необходимость контроля переполнения узлов сети кадрами отмногих станций, решивших одновременно обменяться информацией. В глобальныхсетях, где отрезки кабелей, соединяющих отдельные узлы, не рассматриваются какобщий ресурс, такая необходимость возникает, и для решения этой проблемы валгоритмы обмена информацией вводятся весьма сложные процедуры, предотвращающиепереполнение каналов связи и узлов сети.

Использование в локальных сетях очень простых конфигураций(общая шина и кольцо) наряду с положительными имело и негативные стороны, изкоторых наиболее неприятными были ограничения по производительности инадежности. Наличие только одного пути передачи информации, разделяемого всемиузлами сети, в принципе ограничивало пропускную способность сети пропускнойспособностью этого пути (к тому же разделенной на число компьютеров сети), анадежность сети — надежностью этого пути. Поэтому по мере повышенияпопулярности локальных сетей и расширения их сфер применения все больше сталиприменяться специальные коммуникационные устройства — мосты и маршрутизаторы — которые в значительной мере снимали ограничения единственной разделяемой средыпередачи данных. Базовые конфигурации в форме общей шины и кольца превратилисьв элементарные структуры локальных сетей, которые можно теперь соединять друг сдругом более сложным образом, образуя параллельные основные или резервные путимежду узлами.

Тем не менее, внутри базовых структур по-прежнемуработают все те же протоколы разделяемых единственных сред передачи данных,которые были разработаны более 15 лет назад. Это связано с тем, что хорошиескоростные и надежностные характеристики кабелей локальных сетей удовлетворялив течение всех этих лет пользователей небольших компьютерных сетей, которыемогли построить сеть без больших затрат только с помощью сетевых адаптеров икабеля. К тому же колоссальная инсталляционная база оборудования и программногообеспечения для протоколов Ethernet и Token Ring способствовала тому, чтосложился следующий подход — в пределах небольших сегментов используются старыепротоколы в их неизменном виде, а объединение таких сегментов в общую сетьпроисходит с помощью дополнительного и достаточно сложного оборудования.

В последние несколько лет наметилось движение к отказу отиспользования в локальных сетях разделяемых сред передачи данных и переходу кобязательному использованию между станциями активных коммутаторов, к которымконечные узлы присоединяются индивидуальными линиями связи. В чистом виде такойподход предлагается в технологии ATM (Asynchronous Transfer Mode), а смешанныйподход, сочетающий разделяемые и индивидуальные среды передачи данных,используется в технологиях, носящих традиционные названия с приставкойswitching (коммутирующий): switching Ethernet, switching Token Ring, switchingFDDI.

Но, несмотря на появление новых технологий, классическиепротоколы локальных сетей Ethernet и Token Ring по прогнозам специалистов будутповсеместно использоваться еще по крайней мере лет 5 — 10.

3.1 Структура стандартов IEEE 802.1 — 802.5

В 1980 году в институте IEEE был организован «Комитет802 по стандартизации локальных сетей», в результате работы которого былопринято семейство стандартов IEEE 802.х, которые содержат рекомендации дляпроектирования нижних уровней локальных сетей. Позже результаты его работылегли в основу комплекса международных стандартов ISO 8802-1...5. Эти стандартыбыли созданы на основе очень распространенных фирменных стандартов сетейEthernet, ArcNet и Token Ring.

(Помимо IEEE в работе по стандартизации протоколов локальныхсетей принимали участие и другие организации. Так для сетей, работающих наоптоволокне, американским институтом по стандартизации ANSI был разработанстандарт FDDI, обеспечивающий скорость передачи данных 100 Мб/с. Работы постандартизации протоколов ведутся также ассоциацией ECMA (European ComputerManufacturers Association), которой приняты стандарты ECMA-80, 81, 82 длялокальной сети типа Ethernet и впоследствии стандарты ECMA-89, 90 по методупередачи маркера.)

Стандарты семейства IEEE 802.x охватывают только два нижнихуровня семиуровней модели OSI — физический и канальный. Это связано с тем, чтоименно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей.Старшие же уровни, начиная с сетевого, в значительной степени имеют общие чертыкак для локальных, так и для глобальных сетей.

Специфика локальных сетей нашла также свое отражение вразделении канального уровня на два подуровня:

·    подуровень управления доступом к среде (Media Access Control,MAC)

·    подуровень логической передачи данных (Logical Link Control,LLC).

MAC-уровень появился из-за существования в локальныхсетях разделяемой среды передачи данных. Именно этот уровень обеспечиваеткорректное совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствиис определенным алгоритмом в распоряжение той или иной станции сети. После того,как доступ к среде получен, ею может пользоваться следующий подуровень,организующий надежную передачу логических единиц данных — кадров информации. Всовременных локальных сетях получили распространение несколько протоколовMAC-уровня, реализующих различные алгоритмы доступа к разделяемой среде. Этипротоколы полностью определяют специфику таких технологий как Ethernet, TokenRing, FDDI, 100VG-AnyLAN.

Уровень LLC отвечает за достоверную передачу кадров данныхмежду узлами, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевымуровнем. Для уровня LLC также существует несколько вариантов протоколов,отличающихся наличием или отсутствием на этом уровне процедур восстановлениякадров в случае их потери или искажения, то есть отличающихся качествомтранспортных услуг этого уровня.

Протоколы уровней MAC и LLC взаимно независимы — каждыйпротокол MAC-уровня может применяться с любым типом протокола LLC-уровня инаоборот.

Стандарт IEEE 802 содержит несколько разделов:

В разделе 802.1 приводятся основные понятия и определения,общие характеристики и требования к локальным сетям.

Раздел 802.2 определяет подуровень управления логическимканалом LLC.

Разделы 802.3 — 802.5 регламентируют спецификации различныхпротоколов подуровня доступа к среде MAC и их связь с уровнем LLC:

·    стандарт 802.3 описывает коллективный доступ с опознаваниемнесущей и обнаружением конфликтов (Carrier sense multiple access with collisiondetection — CSMA/CD), прототипом которого является метод доступа стандартаEthernet;

·    стандарт 802.4 определяет метод доступа к шине с передачеймаркера (Token bus network), прототип — ArcNet;

·    стандарт 802.5 описывает метод доступа к кольцу с передачеймаркера (Token ring network), прототип — Token Ring.

Для каждого из этих стандартов определеныспецификации физического уровня, определяющие среду передачи данных(коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель), ее параметры, атакже методы кодирования информации для передачи по данной среде.

Все методы доступа используют протоколы уровня управлениялогическим каналом LLC, описанным в стандарте 802.2.

3.2 Протокол LLC уровняуправления логическим каналом

В основу протокола LLC положен протокол HDLC (High-levelData Link Control Procedure), широко использующийся в территориальных сетях.

В соответствии со стандартом 802.2 уровеньуправления логическим каналом LLC предоставляет верхним уровням три типапроцедур:

LLC1 — сервис без установления соединения и безподтверждения;

LLC2 — сервис с установлением соединения и подтверждением;

LLC3 — сервис без установления соединения, но сподтверждением.

Этот набор процедур является общим для всех методов доступак среде, определенных стандартами 802.3-802.5.

Сервис без установления соединения и без подтвержденияLLC1 дает пользователю средства для передачи данных с минимумом издержек.Обычно, этот вид сервиса используется тогда, когда такие функции каквосстановление данных после ошибок и упорядочивание данных выполняютсяпротоколами вышележащих уровней, поэтому нет нужды дублировать их на уровнеLLC.

Сервис с установлением соединений и с подтверждением LLC2дает пользователю возможность установить логическое соединение перед началомпередачи любого блока данных и, если это требуется, выполнить процедурывосстановления после ошибок и упорядочивание потока этих блоков в рамкахустановленного соединения. Протокол LLC2 во многом аналогичен протоколамсемейства HDLC (LAP-B, LAP-D, LAP-M), которые применяются в глобальных сетяхдля обеспечения надежной передачи кадров на зашумленных линиях.

В некоторых случаях (например, при использовании сетей всистемах реального времени, управляющих промышленными объектами), когдавременные издержки установления логического соединения перед отправкой данныхнеприемлемы, а подтверждение корректности приема переданных данных необходимо,базовый сервис без установления соединения и без подтверждения не подходит. Длятаких случаев предусмотрен дополнительный сервис, называемый сервисом безустановления соединения, но с подтверждением LLC3.

Чаще всего в локальных сетях используются протоколы LLC1.Это объясняется тем, что кабельные каналы локальных сетей обеспечивают низкуювероятность искажений бит и потери кадров. Поэтому, использование повышающегонадежность обмена протокола LLC2 часто приводит к неоправданной избыточности,только замедляющей общую пропускную способность стека коммуникационныхпротоколов. Тем не менее, иногда протокол LLC2 применяется и в локальных сетях.Так, этот протокол используется стеком SNA в том случае, когда мэйнфремы илиминикомпьютеры IBM взаимодействуют через сети Token Ring. Протокол LLC2используется также компанией Hewlett-Packard в том случае, когда принтерыподключается к сети Ethernet непосредственно, с помощью встроенных сетевыхадаптеров.

4. Стандарты технологии Ethernet

Ethernet — это самый распространенный на сегодняшний деньстандарт локальных сетей. Общее количество сетей, использующих в настоящеевремя Ethernet, оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров, работающихс установленными сетевыми адаптерами Ethernet — в 50 миллионов.

Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой извариантов этой технологии. В более узком смысле, Ethernet — это сетевойстандарт, основанный на технологиях экспериментальной сети Ethernet Network,которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году (еще до появленияперсонального компьютера). Метод доступа был опробован еще раньше: во второйполовине 60-х годов в радиосети Гавайского университета использовалисьразличные варианты случайного доступа к общей радиосреде, получившие общееназвание Aloha. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали иопубликовали стандарт Ethernet версии II для сети, построенной на основе коаксиальногокабеля. Поэтому стандарт Ethernet иногда называют стандартом DIX по заглавнымбуквам названий фирм.

На основе стандарта Ethernet DIX был разработан стандартIEEE 802.3, который во многом совпадает со своим предшественником, но некоторыеразличия все же имеются. В то время, как в стандарте IEEE 802.3 различаютсяуровни MAC и LLC, в оригинальном Ethernet оба эти уровня объединены в единыйканальный уровень. В Ethernet определяется протокол тестирования конфигурации(Ethernet Configuration Test Protocol), который отсутствует в IEEE 802.3.Несколько отличается и формат кадра, хотя минимальные и максимальные размерыкадров в этих стандартах совпадают.

В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3имеет различные модификации — 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-F.

Для передачи двоичной информации по кабелю для всехвариантов физического уровня технологии Ethernet используется манчестерскийкод.

Все виды стандартов Ethernet используют один и тот же методразделения среды передачи данных — метод CSMA/CD.

4.1 Метод доступа CSMA/CD

В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачиданных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей иобнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection,CSMA/CD).

Метод CSMA/CD определяет основные временные и логическиесоотношения, гарантирующие корректную работу всех станций в сети:

Между двумя последовательно передаваемыми по общей шинекадрами информации должна выдерживаться пауза в 9.6 мкс; эта пауза нужна дляприведения в исходное состояние сетевых адаптеров узлов, а также дляпредотвращения монопольного захвата среды передачи данных одной станцией.

При обнаружении коллизии (условия ее обнаружения зависят отприменяемой физической среды) станция выдает в среду специальную 32-х битнуюпоследовательность (jam-последовательность), усиливающую явление коллизии дляболее надежного распознавания ее всеми узлами сети.

После обнаружения коллизии каждый узел, который передавалкадр и столкнулся с коллизией, после некоторой задержки пытается повторнопередать свой кадр. Узел делает максимально 16 попыток передачи этого кадраинформации, после чего отказывается от его передачи. Величина задержкивыбирается как равномерно распределенное случайное число из интервала, длинакоторого экспоненциально увеличивается с каждой попыткой. Такой алгоритм выборавеличины задержки снижает вероятность коллизий и уменьшает интенсивность выдачикадров в сеть при ее высокой загрузке.

Четкое распознавание коллизий всеми станциями сети являетсянеобходимым условием корректной работы сети Ethernet. Если какая-либопередающая станция не распознает коллизию и решит, что кадр данных ею переданверно, то этот кадр данных будет утерян, так как информация кадра исказитсяиз-за наложения сигналов при коллизии, он будет отбракован принимающей станцией(скорее всего из-за несовпадения контрольной суммы). Конечно, скорее всегоискаженная информация будет повторно передана каким-либо протоколом верхнегоуровня, например, транспортным или прикладным, работающим с установлениемсоединения и нумерацией своих сообщений. Но повторная передача сообщенияпротоколами верхних уровней произойдет через гораздо более длительный интервалвремени (десятки секунд) по сравнению с микросекундными интервалами, которымиоперирует протокол Ethernet. Поэтому, если коллизии не будут надежнораспознаваться узлами сети Ethernet, то это приведет к заметному снижениюполезной пропускной способности данной сети.

Все параметры протокола Ethernet подобраны таким образом,чтобы при нормальной работе узлов сети коллизии всегда четко распознавались.Именно для этого минимальная длина поля данных кадра должна быть не менее 46байт (что вместе со служебными полями дает минимальную длину кадра в 72 байтаили 576 бит). Длина кабельной системы выбирается таким образом, чтобы за времяпередачи кадра минимальной длины сигнал коллизии успел бы распространиться досамого дальнего узла сети. Поэтому для скорости передачи данных 10 Мб/с,используемой в стандартах Ethernet, максимальное расстояние между двумя любымиузлами сети не должно превышать 2500 метров.

С увеличением скорости передачи кадров, что имеет место вновых стандартах, базирующихся на том же методе доступа CSMA/CD, например, FastEthernet, максимальная длина сети уменьшается пропорционально увеличениюскорости передачи. В стандарте Fast Ethernet она составляет 210 м, а вгигабитном Ethernet ограничена 25 метрами.

Независимо от реализации физической среды, все сети Ethernetдолжны удовлетворять двум ограничениям, связанным с методом доступа:

·    максимальное расстояние между двумя любыми узлами не должнопревышать 2500 м,

·    в сети не должно быть более 1024 узлов.

Кроме того, каждый вариант физической среды добавляет к этимограничениям свои ограничения, которые также должны выполняться.

Уточним основные параметры операций передачи иприема кадров Ethernet, кратко описанные выше.

Станция, которая хочет передать кадр, должна сначала спомощью MAC-узла упаковать данные в кадр соответствующего формата. Затем дляпредотвращения смешения сигналов с сигналами другой передающей станции,MAC-узел должен прослушивать электрические сигналы на кабеле и в случаеобнаружения несущей частоты 10 МГц отложить передачу своего кадра. Послеокончания передачи по кабелю станция должна выждать небольшую дополнительнуюпаузу, называемую межкадровым интервалом (interframe gap), что позволяетузлу назначения принять и обработать передаваемый кадр, и после этого начатьпередачу своего кадра.

Одновременно с передачей битов кадра приемно-передающееустройство узла следит за принимаемыми по общему кабелю битами, чтобы вовремяобнаружить коллизию. Если коллизия не обнаружена, то передается весь кадр, полечего MAC-уровень узла готов принять кадр из сети либо от LLC-уровня.

Если же фиксируется коллизия, то MAC-узел прекращаетпередачу кадра и посылает jam-последовательность, усиливающую состояниеколлизии. После посылки в сеть jam-последовательности MAC-узел делает случайнуюпаузу и повторно пытается передать свой кадр.

В случае повторных коллизий существует максимально возможноечисло попыток повторной передачи кадра (attempt limit), которое равно16. При достижении этого предела фиксируется ошибка передачи кадра, сообщение окоторой передается протоколу верхнего уровня.

Для того, чтобы уменьшить интенсивность коллизий, каждыйMAC-узел с каждой новой попыткой случайным образом увеличивает длительностьпаузы между попытками. Временное расписание длительности паузы определяется наоснове усеченного двоичного экспоненциального алгоритма отсрочки (truncatedbinary exponential backoff). Пауза всегда составляет целое число такназываемых интервалов отсрочки.

Интервал отсрочки (slot time) — это время, в течениекоторого станция гарантированно может узнать, что в сети нет коллизии. Этовремя тесно связано с другим важным временным параметром сети — окномколлизий (collision window). Окно коллизий равно времени двукратногопрохождения сигнала между самыми удаленными узлами сети — наихудшему случаюзадержки, при которой станция еще может обнаружить, что произошла коллизия. Интервалотсрочки выбирается равным величине окна коллизий плюс некоторая дополнительнаявеличина задержки для гарантии:

интервал отсрочки = окно коллизий + дополнительнаязадержка

В стандартах 802.3 большинство временных интерваловизмеряется в количестве межбитовых интервалов, величина которых для битовойскорости 10 Мб/с составляет 0.1 мкс и равна времени передачи одного бита.

Величина интервала отсрочки в стандарте 802.3 определенаравной 512 битовым интервалам, и эта величина рассчитана для максимальной длиныкоаксиального кабеля в 2.5 км. Величина 512 определяет и минимальную длинукадра в 64 байта, так как при кадрах меньшей длины станция может передать кадри не успеть заметить факт возникновения коллизии из-за того, что искаженныеколлизией сигналы дойдут до станции в наихудшем случае после завершенияпередачи. Такой кадр будет просто потерян.

Время паузы после N-ой коллизии полагается равным Lинтервалам отсрочки, где L — случайное целое число, равномерно распределенное вдиапазоне [0, 2N]. Величина диапазона растет только до 10 попытки (напомним,что их не может быть больше 16), а далее диапазон остается равным [0, 210], тоесть [0, 1024]. Значения основных параметров процедуры передачи кадра стандарта802.3 приведено в таблице 1.

 

Таблица 1.

Битовая скорость 10 Мб/c Интервал отсрочки 512 битовых интервалов Межкадровый интервал 9.6 мкс Максимальное число попыток передачи 16 Максимальное число возрастания диапазона паузы 10 Длина jam-последовательности 32 бита Максимальная длина кадра (без преамбулы) 1518 байтов Минимальная длина кадра (без преамбулы) 64 байта (512 бит) Длина преамбулы 64 бита

Учитывая приведенные параметры, нетрудно рассчитатьмаксимальную производительность сегмента Ethernet в таких единицах, как числопереданных пакетов минимальной длины в секунду (packets-per-second, pps).Количество обрабатываемых пакетов Ethernet в секунду часто используется приуказании внутренней производительности мостов и маршрутизаторов, вносящихдополнительные задержки при обмене между узлами. Поэтому интересно знать чистуюмаксимальную производительность сегмента Ethernet в идеальном случае, когда накабеле нет коллизий и нет дополнительных задержек, вносимых мостами имаршрутизаторами.

Так как размер пакета минимальной длины вместе с преамбулойсоставляет 64+8 = 72 байта или 576 битов, то на его передачу затрачивается 57.6мкс. Прибавив межкадровый интервал в 9.6 мкс, получаем, что период следованияминимальных пакетов равен 67.2 мкс. Это соответствует максимально возможнойпропускной способности сегмента Ethernet в 14880 п/с.

4.2 Форматы кадров технологии Ethernet

Стандарт на технологию Ethernet, описанный в документе802.3, дает описание единственного формата кадра МАС-уровня. Так как в кадрМАС-уровня должен вкладываться кадр уровня LLC, описанный в документе 802.2, топо стандартам IEEE в сети Ethernet может использоваться только единственныйвариант кадра канального уровня, образованный комбинацией заголовков МАС и LLCподуровней. Тем не менее, на практике в сетях Ethernet на канальном уровнеиспользуются заголовки 4-х типов. Это связано с длительной историей развитиятехнологии Ethernet до принятия стандартов IEEE 802, когда подуровень LLC невыделялся из общего протокола и, соответственно, заголовок LLC не применялся.Затем, после принятия стандартов IEEE и появления двух несовместимых форматовкадров канального уровня, была сделана попытка приведения этих форматов кнекоторому общему знаменателю, что привело еще к одному варианту кадра.

Различия в форматах кадров могут иногда приводить кнесовместимости аппаратуры, рассчитанной на работу только с одним стандартом,хотя большинство сетевых адаптеров, мостов и маршрутизаторов умеет работать совсеми используемыми на практике форматами кадров технологии Ethernet.

Ниже приводится описание всех четырех модификаций заголовковкадров Ethernet (причем под заголовком кадра понимается весь набор полей,которые относятся к канальному уровню):

·    Кадр 802.3/LLC (или кадр Novell 802.2)

·    Кадр Raw 802.3 (или кадр Novell 802.3)

·    Кадр Ethernet DIX (или кадр Ethernet II)

·    Кадр Ethernet SNAP

Заголовок кадра 802.3/LLC является результатомобъединения полей заголовков кадров, определенных в стандартах 802.3 и 802.2.

Стандарт 802.3 определяет восемь полей заголовка:

Поле преамбулы состоит из семи байтов синхронизирующихданных. Каждый байт содержит одну и ту же последовательность битов — 10101010.При манчестерском кодировании эта комбинация представляется в физической средепериодическим волновым сигналом. Преамбула используется для того, чтобы датьвремя и возможность схемам приемопередатчиков (transceiver) прийти в устойчивыйсинхронизм с принимаемыми тактовыми сигналами.

Начальный ограничитель кадра состоит из одного байтас набором битов 10101011. Появление этой комбинации является указанием напредстоящий прием кадра.

Адрес получателя — может быть длиной 2 или 6 байтов(MAC-адрес получателя). Первый бит адреса получателя — это признак того,является адрес индивидуальным или групповым: если 0, то адрес указывает наопределенную станцию, если 1, то это групповой адрес нескольких (возможно всех)станций сети. При широковещательной адресации все биты поля адресаустанавливаются в 1. Общепринятым является использование 6-байтовых адресов.

Адрес отправителя — 2-х или 6-ти байтовое поле,содержащее адрес станции отправителя. Первый бит — всегда имеет значение 0.

Двухбайтовое поле длины определяет длину поля данныхв кадре.

Поле данных может содержать от 0 до 1500 байт. Ноесли длина поля меньше 46 байт, то используется следующее поле — полезаполнения, чтобы дополнить кадр до минимально допустимой длины.

Поле заполнения состоит из такого количества байтовзаполнителей, которое обеспечивает определенную минимальную длину поля данных(46 байт). Это обеспечивает корректную работу механизма обнаружения коллизий. Еслидлина поля данных достаточна, то поле заполнения в кадре не появляется.

Поле контрольной суммы — 4 байта, содержащиезначение, которое вычисляется по определенному алгоритму (полиному CRC-32).После получения кадра рабочая станция выполняет собственное вычислениеконтрольной суммы для этого кадра, сравнивает полученное значение со значениемполя контрольной суммы и, таким образом, определяет, не искажен ли полученныйкадр.

Кадр 802.3 является кадром MAС-подуровня, в соответствии состандартом 802.2 в его поле данных вкладывается кадр подуровня LLC с удаленнымифлагами начала и конца кадра. Формат кадра LLC был описан выше.

Рассмотрим кадр, который называют кадром Raw 802.3 (то есть«грубый» вариант 802.3) или же кадром Novell 802.3. Это кадрMAC-подуровня стандарта 802.3, но без вложенного кадра подуровня LLC. КомпанияNovell долгое время не использовала служебные поля кадра LLC в своейоперационной системе NetWare из-за отсутствия необходимости идентифицироватьтип информации, вложенной в поле данных — там всегда находился пакет протоколаIPX, долгое время бывшего единственным протоколом сетевого уровня в ОС NetWare.

Теперь, когда необходимость идентификации протокола верхнегоуровня появилась, компания Novell стала использовать возможность инкапсуляции вкадр MAC-подуровня кадра LLC, то есть использовать стандартные кадры 802.3/LLC.Такой кадр компания обозначает теперь в своих операционных системах как кадр802.2, хотя он является комбинацией заголовков 802.3 и 802.2.

Кадр стандарта Ethernet DIX, называемый также кадромEthernet II, похож на кадр Raw 802.3 тем, что он также не использует заголовкиподуровня LLC, но отличается тем, что на месте поля длины в нем определено полетипа протокола (поле Type). Это поле предназначено для тех же целей, что и поляDSAP и SSAP кадра LLC — для указания типа протокола верхнего уровня, вложившегосвой пакет в поле данных этого кадра. Для кодирования типа протоколаиспользуются значения, превышающие значение максимальной длины поля данных,равное 1500, поэтому кадры Ethernet II и 802.3 легко различимы.

Еще одним популярным форматом кадра является кадр EthernetSNAP (SNAP — SubNetwork Access Protocol, протокол доступа к подсетям). КадрEthernet SNAP определен в стандарте 802.2H и представляет собой расширениекадра 802.3 путем введения дополнительного поля идентификатора организации,которое может использоваться для ограничения доступа к сети компьютеров другихорганизаций.

В таблице 2 приведены данные о том, какие типы кадровEthernet обычно поддерживают реализации популярных протоколов сетевого уровня.

Таблица 2

Тип кадра Сетевые протоколы Ethernet_II IPX, IP, AppleTalk Phase I Ethernet 802.3 IPX Ethernet 802.2 IPX, FTAM Ethernet_SNAP IPX, IP, AppleTalk Phase II 4.3 Спецификации физической среды Ethernet

Исторически первые сети технологии Ethernet были созданы накоаксиальном кабеле диаметром 0.5 дюйма. В дальнейшем были определены и другиеспецификации физического уровня для стандарта Ethernet, позволяющиеиспользовать различные среды передачи данных в качестве общей шины. Методдоступа CSMA/CD и все временные параметры Ethernet остаются одними и теми жедля любой спецификации физической среды.

Физические спецификации технологии Ethernet на сегодняшнийдень включают следующие среды передачи данных:

10Base-5 — коаксиальный кабель диаметром 0.5 дюйма,называемый «толстым» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом.Максимальная длина сегмента — 500 метров (без повторителей).

10Base-2 — коаксиальный кабель диаметром 0.25 дюйма,называемый «тонким» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом.Максимальная длина сегмента — 185 метров (без повторителей).

10Base-T — кабель на основе неэкранированной витойпары (Unshielded Twisted Pair, UTP). Образует звездообразную топологию сконцентратором. Расстояние между концентратором и конечным узлом — не более 100м.

10Base-F — оптоволоконный кабель. Топологияаналогична стандарту на витой паре. Имеется несколько вариантов этойспецификации — FOIRL, 10Base-FL, 10Base-FB.

Число 10 обозначает битовую скорость передачи данных этихстандартов — 10 Мб/с, а слово Base — метод передачи на одной базовой частоте 10МГц (в отличие от стандартов, использующих несколько несущих частот, которыеназываются broadband — широкополосными).

4.4 Стандарт 10Base-5

Стандарт 10Base-5 соответствует экспериментальной сетиEthernet фирмы Xerox и может считаться классическим Ethernet'ом. Он используетв качестве среды передачи данных коаксиальный кабель с диаметром центральногомедного провода 2,17 мм и внешним диаметром около 10 мм («толстый»Ethernet).

Кабель используется как моноканал для всех станций. Сегменткабеля имеет максимальную длину 500 м (без повторителей) и должен иметь наконцах согласующие терминаторы сопротивлением 50 Ом, поглощающие распространяющиесяпо кабелю сигналы и препятствующие возникновению отраженных сигналов.

Станция должна подключаться к кабелю при помощиприемопередатчика — трансивера. Трансивер устанавливается непосредственно накабеле и питается от сетевого адаптера компьютера (рис. 6). Трансивер можетподсоединяться к кабелю как методом прокалывания, обеспечивающимнепосредственный физический контакт, так и бесконтактным методом.

рансивер соединяется с сетевым адаптером интерфейснымкабелем AUI (Attachment Unit Interface) длиной до 50 м, состоящим из 4 витыхпар (адаптер должен иметь разъем AUI). Допускается подключение к одномусегменту не более 100 трансиверов, причем расстояние между подключениямитрансиверов не дожно быть меньше 2.5 м.

Трансивер — это часть сетевого адаптера, которая выполняетследующие функции:

·    прием и передача данных с кабеля на кабель,

·    определение коллизий на кабеле,

·    электрическая развязка между кабелем и остальной частью адаптера,

·    защита кабеля от некорректной работы адаптера.

Последнюю функцию часто называют контролем болтливости(jabber control). При возникновении неисправностей в адаптере можетвозникнуть ситуация, когда на кабель будет непрерывно выдаватьсяпоследовательность случайных сигналов. Так как кабель — это общая среда длявсех станций, то работа сети будет заблокирована одним неисправным адаптером.Чтобы этого не случилось, на выходе передатчика ставится схема, котораяпроверяет количество битов, переданных в пакете. Если максимальная длина пакетапревышается, то эта схема просто отсоединяет выход передатчика от кабеля.

Детектор коллизий определяет наличие коллизии вкоаксиальном кабеле по повышенному уровню постоянной составляющей сигналов.Если постоянная составляющая превышает определенный порог, то значит на кабельработает более чем один передатчик.

К достоинствам стандарта 10Base-5 относятся:

·    хорошая защищенность кабеля от внешних воздействий,

·    сравнительно большое расстояние между узлами,

·    возможность простого перемещения рабочей станции в пределах длиныкабеля AUI.

К недостаткам следует отнести:

·    высокую стоимость кабеля,

·    сложность его прокладки из-за большой жесткости,

·    наличие специального инструмента для заделки кабеля,

·    при повреждении кабеля или плохом соединении происходит остановработы всей сети,

·    необходимо заранее предусмотреть подводку кабеля ко всемвозможным местам установки компьютеров.

4.5 Стандарт 10Base-2

Стандарт 10Base-2 использует в качестве передающей средыкоаксиальный кабель с диаметром центрального медного провода 0,89 мм ивнешним диаметром около 5 мм («тонкий» Ethernet, волновоесопротивление кабеля 50 Ом). Максимальная длина сегмента без повторителейсоставляет 185 м, сегмент должен иметь на концах согласующие терминаторы 50 Ом.

Станции подключаются к кабелю с помощью T-коннектора,который представляет из себя тройник, один отвод которого соединяется с сетевымадаптером, а два других — с двумя концами разрыва кабеля. Максимальноеколичество станций, подключаемых к одному сегменту, 30. Минимальное расстояниемежду станциями — 1 м.

Этот стандарт очень близок к стандарту 10Base-5. Нотрансиверы в нем объединены с сетевыми адаптерами за счет того, что болеегибкий тонкий коаксиальный кабель может быть подведен непосредственно квыходному разъему платы сетевого адаптера, установленной в шасси компьютера.Кабель в данном случае «висит» на сетевом адаптере, что затрудняетфизическое перемещение компьютеров.

Реализация этого стандарта на практике приводит к наиболеепростому решению для кабельной сети, так как для соединения компьютеровтребуются только сетевые адаптеры и Т-коннекторы. Однако этот вид кабельныхсоединений наиболее сильно подвержен авариям и сбоям: кабель восприимчив кпомехам, в моноканале имеется большое количество механических соединений(каждый T-коннектор дает три механических соединения, два из которых имеютжизненно важное значение для всей сети), пользователи имеют доступ к разъемам имогут нарушить целостность моноканала. Кроме того, эстетика и эргономичностьэтого решения оставляют желать лучшего, так как от каждой станции черезT-коннектор отходят два довольно заметных провода, которые под столом частообразуют моток кабеля — запас, необходимый на случай даже небольшогоперемещения рабочего места.

Общим недостатком стандартов 10Base-5 и 10Base-2 являетсяотсутствие оперативной информации о состоянии моноканала. Повреждение кабеляобнаруживается сразу же (сеть престает работать), но для поиска отказавшегоотрезка кабеля необходим специальный прибор — кабельный тестер.

4.6 Стандарт 10Base-T

Стандарт принят в 1991 году как дополнение к существующемунабору стандартов Ethernet и имеет обозначение 802.3i.

Использует в качестве среды двойную неэкранированную витуюпару (Unshielded Twisted Pair, UTP). Соединения станций осуществляются потопологии «точка — точка» со специальным устройством — многопортовымповторителем с помощью двух витых пар. Одна витая пара используется дляпередачи данных от станции к повторителю (выход Tx сетевого адаптера), а другая- для передачи данных от повторителя станции (вход Rx сетевого адаптера).

Многопортовые повторители в данном случае обычно называютсяконцентраторами (англоязычные термины — hub или concentrator). Концентраторосуществляет функции повторителя сигналов на всех отрезках витых пар,подключенных к его портам, так что образуется единая среда передачи данных — моноканал (шина). Повторитель обнаруживает коллизию в сегменте в случаеодновременной передачи сигналов по нескольким своим Rx входам и посылаетjam-последовательность на все свои Tx выходы. Стандарт определяет битовуюскорость передачи данных 10 Мб/с и максимальное расстояние отрезка витой парымежду двумя непосредственно связанными узлами (станциями и концентраторами) неболее 100 м при использовании витой пары качества не ниже категории 3.

Возможно иерархическое соединение концентраторов в дерево. Дляобеспечения синхронизации станций при реализации процедур доступа CSMA/CD инадежного распознавания станциями коллизий в стандарте определено максимальночисло концентраторов между любыми двумя станциями сети.

Общее количество станций в сети 10Base-T не должно превышать1024.

Сети, построенные на основе стандарта 10Base-T, обладают посравнению с коаксиальными вариантами Ethernet'а многими преимуществами. Этипреимущества связаны с разделением общего физического кабеля на отдельныекабельные отрезки, подключенные к центральному коммуникационному устройству. Ихотя логически эти отрезки попрежнему образуют общий домен коллизий, ихфизическое разделение позволяет контролировать их состояние и отключать вслучае обрыва, короткого замыкания или неисправности сетевого адаптера наиндивидуальной основе. Это обстоятельство существенно облегчает эксплуатациюбольших сетей Ethernet, так как концентратор обычно автоматически выполняеттакие функции, уведомляя при этом администратора сети о возникшей проблеме.

4.7 Стандарт 10Base-F

Стандарт 10Base-F использует в качестве среды передачиданных оптоволокно. Функционально сеть стандарта 10Base-F состоит из тех жеэлементов, что и сеть стандарта 10Base-T — сетевых адаптеров, многопортовогоповторителя и отрезков кабеля, соединяющих адаптер с портом повторителя. Как ипри использовании витой пары, для соединения адаптера с повторителемиспользуется два оптоволокна — одно соединяет выход Tx адаптера со входом Rxповторителя, а другое — вход Rx адаптера с выходом Tx повторителя.

Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) — этопервый стандарт комитета 802.3 для использования оптоволокна в сетях Ethernet.Он гарантирует длину оптоволоконной связи между повторителями до 1 км при общейдлине сети не более 2500 м. Максимальное число повторителей — 4.

Стандарт 10Base-FL предназначен для соединения конечныхузлов с концентратором и работает с сегментами оптоволокна длиной не более 2000м при общей длине сети не более 2500 м. Максимальное число повторителей — 4.

Стандарт 10Base-FB предназначен для магистральногосоединения повторителей. Он позволяет иметь в сети до 5 повторителей примаксимальной длине одного сегмента 2000 м и максимальной длине сети 2740 м.Повторители, соединенные по стандарту 10Base-FB постоянно обмениваютсяспециальными последовательностями сигналов, отличающимися от сигналов кадровданных, для обнаружения отказов своих портов. Поэтому, концентраторы стандарта10Base-FB могут поддерживать резервные связи, переходя на резервный порт приобнаружении отказа основного с помощью тестовых специальных сигналов.Концентраторы этого стандарта передают как данные, так и сигналы простоя линиисинхронно, поэтому биты синхронизации кадра не нужны и не передаются. Стандарт10Base-FB поэтому называют также синхронный Ethernet.

Стандарты 10Base-FL и 10Base-FB не совместимы между собой.

4.8 Правило 4-х повторителей

При описании топологии сети стандарта 10Base-5 приводилисьограничения на длину одного непрерывного отрезка коаксиального кабеля,используемого в качестве общей шины передачи данных для всех станций сети.Отрезок кабеля, завершающийся на обоих концах терминаторами и имеющий общуюдлину не более 500 м называется физическим сегментом сети. Однако при расчетеокна коллизий общая максимальная длина сети 10Base-5 считалась равной 2500 м.Противоречия здесь нет, так как стандарт 10Base-5 (впрочем как и остальныестандарты физического уровня Ethernet) допускает соединение несколькихсегментов коаксиального кабеля с помощью повторителей, которые обеспечиваютувеличение общей длины сети.

Повторитель соединяет два сегмента коаксиального кабеля ивыполняет функции регенерации электрической формы сигналов и их синхронизации(retiming). Повторитель прозрачен для станций, он обязан передавать кадры безискажений, модификации, потери или дублирования. Имеются ограничения намаксимально допустимые величины дополнительных задержек распространения битовнормального кадра через повторитель, а также битов jam-последовательности,которую повторитель обязан передать на все подключенные к нему сегменты приобнаружении коллизии на одном из них. Воспроизведение коллизии на всехподключенных к повторителю сегментах — одна из его основных функций. Говорят,что сегменты, соединенные повторителями, образуют один домен коллизий(collision domain).

Повторитель состоит из трансиверов, подключаемых ккоаксиальным сегментам, а также блока повторения, выполняющего основные функцииповторителя.

В общем случае стандарт 10Base-5 допускает использование до4-х повторителей, соединяющих в этом случае 5 сегментов длиной до500 метров каждый, если используемые повторители удовлетворяют ограничениям надопустимые величины задержек сигналов. При этом общая длина сети будетсоставлять 2500 м, и такая конфигурация гарантирует правильное обнаружениеколлизии крайними станциями сети. Только 3 сегмента из 5 могут бытьнагруженными, то есть сегментами с подключенными к ним трансиверами конечныхстанций.

Правила 4-х повторителей и максимальной длины каждого изсегментов легко использовать на практике для определения корректностиконфигурации сети. Однако эти правила применимы только тогда, когда всесоединяемые сегменты представляют собой одну физическую среду, то есть в нашемслучае толстый коаксиальный кабель, а все повторители также удовлетворяюттребованиям физического стандарта 10Base-5. Аналогичные простые правиласуществуют и для сетей, все сегменты которых удовлетворяют требованиям другогофизического стандарта, например, 10Base-T или 10Base-F. Однако для смешанныхслучаев, когда в одной сети Ethernet присутствуют сегменты различных физическихстандартов, правила, основанные только на количестве повторителей имаксимальных длинных сегментов становятся более запутанными. Поэтому болеенадежно рассчитывать время полного оборота сигнала по смешанной сети с учетомзадержек в каждом типе сегментов и в каждом типе повторителей и сравнивать егос максимально допустимым временем, которое для любых сетей Ethernet с битовойскоростью 10 Мб/с не должно превышать 575 битовых интервалов (количествобитовых интервалов в пакете минимальной длины с учетом преамбулы).

5. Стандарт Token Ring5.1 Основные характеристики стандарта Token Ring

Сети стандарта Token Ring, также как и сети Ethernet,используют разделяемую среду передачи данных, которая состоит из отрезковкабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общийразделяемый ресурс, и для доступа к нему используется не случайный алгоритм,как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциямиправа на использование кольца в определенном порядке. Право на использованиекольца передается с помощью кадра специального формата, называемого маркеромили токеном.

Стандарт Token Ring был принят комитетом 802.5 в 1985 году.В это же время компания IBM приняла стандарт Token Ring в качестве своей основнойсетевой технологии. В настоящее время именно компания IBM является основнымзаконодателем моды технологии Token Ring, производя около 60% сетевых адаптеровэтой технологии.

Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями — 4Мб/с и 16 Мб/с. Первая скорость определена в стандарте 802.5, а вторая являетсяновым стандартом де-факто, появившимся в результате развития технологии TokenRing. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце недопускается.

Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мб/с, имеют инекоторые усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4Мб/с.

5.2 Маркерный метод доступа к разделяемой среде

В сетях с маркерным методом доступа право на доступ ксреде передается циклически от станции к станции по логическому кольцу. Кольцообразуется отрезками кабеля, соединяющими соседние станции. Таким образом,каждая станция связана со своей предшествующей и последующей станцией и можетнепосредственно обмениваться данными только с ними. Для обеспечения доступастанций к физической среде по кольцу циркулирует кадр специального формата иназначения — маркер (токен).

Получив маркер, станция анализирует его, принеобходимости модифицирует и при отсутствии у нее данных для передачиобеспечивает его продвижение к следующей станции. Станция, которая имеет данныедля передачи, при получении маркера изымает его из кольца, что дает ей праводоступа к физической среде и передачи своих данных. Затем эта станция выдает вкольцо кадр данных установленного формата последовательно по битам. Переданныеданные проходят по кольцу всегда в одном направлении от одной станции к другой.

При поступлении кадра данных к одной или несколькимстанциям, эти станции копируют для себя этот кадр и вставляют в этот кадрподтверждение приема. Станция, выдавшая кадр данных в кольцо, при обратном егополучении с подтверждением приема изымает этот кадр из кольца и выдает новыймаркер для обеспечения возможности другим станциям сети передавать данные.

Время удержания одной станцией маркера ограничивается тайм-аутомудержания маркера, после истечение которого станция обязана передать маркердалее по кольцу.

В сетях Token Ring 16 Мб/с используется также несколькодругой алгоритм доступа к кольцу, называемый алгоритмом раннего освобождениямаркера (Early Token Release). В соответствии с ним станция передает маркердоступа следующей станции сразу же после окончания передачи последнего битакадра, не дожидаясь возвращения по кольцу этого кадра с битом подтвержденияприема. В этом случае пропускная способность кольца используется болееэффективно и приближается к 80 % от номинальной.

Для различных видов сообщений передаваемым данным могутназначаться различные приоритеты.

Каждая станция имеет механизмы обнаружения и устранениянеисправностей сети, возникающих в результате ошибок передачи или переходныхявлений (например, при подключении и отключении станции).

Не все станции в кольце равны. Одна из станций обозначаетсякак активный монитор, что означает дополнительную ответственность поуправлению кольцом. Активный монитор осуществляет управление тайм-аутом вкольце, порождает новые маркеры (если необходимо), чтобы сохранить рабочеесостояние, и генерирует диагностические кадры при определенных обстоятельствах.Активный монитор выбирается, когда кольцо инициализируется, и в этом качествеможет выступить любая станция сети. Если монитор отказал по какой-либо причине,существует механизм, с помощью которого другие станции (резервные мониторы)могут договориться, какая из них будет новым активным монитором.

5.3 Физическая реализация сетей Token Ring

Стандарт Token Ring фирмы IBM предусматривает построениесвязей в сети как с помощью непосредственного соединения станций друг с другом,так и образование кольца с помощью концентраторов (называемых MAU — MediaAttachment Unit или MSAU — Multi-Station Access Unit).

Станции могут подключаться к кольцу через концентратор.Обычно такими станциями являются компьютеры с установленными в них сетевымиадаптерами. Станции этого типа соединяются с концентратором ответвительнымкабелем (lobe cable), который обычно является экранированной витой парой(Shielded Twisted Pair, STP), соответствующей стандартному типу кабеля изкабельной системы IBM (Type 1, 2, 6, 8, 9).

Максимальная длина ответвительного кабеля зависит от типаконцентратора, типа кабеля и скорости передачи данных. Обычно для скорости 16Мб/с максимальная длина кабеля Type 1 может достигать 200 м, а для скорости 4Мб/с — 600 м. Концентраторы Token Ring делятся на активные и пассивные.Пассивные концентраторы обеспечивают только соединения портов внутриконцентратора в кольцо, активные выполняют и функции повторителя, обеспечиваяресинхронизацию сигналов и исправление их амплитуды и формы. Естественно, чтоактивные концентраторы поддерживают большие расстояния до станции, чемпассивные.

Остальные станции сети соединены в кольцо непосредственнымисвязями. Такие связи называются магистральными (trunk cable). Обычно связитакого рода используются для соединения концентраторов друг с другом дляобразования общего кольца. Порты концентраторов, предназначенные для такогосоединения, называются портами Ring-In и Ring-Out.

Для предотвращения влияния отказавшей или отключеннойстанции на работу кольца станции подключаются к магистрали кольца черезспециальные устройства, называемые устройствами подключения к магистрали (TrunkCoupling Unit, TCU). В функции такого устройства входит образование обходногопути, исключающего заход магистрали в MAC-узел станции при ее отключении илиотказе. Обычно для этих целей в TCU используются реле, которые подпитываютсяпостоянным током во время нормальной работы. При пропадании тока подпиткиконтакты реле переключаются и образуют обходной путь, исключая станцию.

При подключении станции в кольцо через концентратор,устройства TCU встраивают в порты концентратора.

Максимальное количество станций в одном кольце — 250.

Кроме экранированной витой пары существуют сетевые адаптерыи концентраторы Token Ring, поддерживающие неэкранированную витую пару иоптоволокно.

6. ArcNet

ARCnet (Attached Resource Computer Network — компьютернаясеть соединенных ресурсов) — архитектура сетей с разделяемой средой ишироковещательной передачей. Метод доступа маркерный (Token passing).Логическая топология — шина, физическая — комбинация шины и звезды (дерево).

ArcNet — это сеть спередачей лексемы, которая по недорогой цене предлагает гибкие топологии типазвезды или шины. Она обеспечивает скорость передачи 2.5 Мбит/сек. ArcNetиспользует метод доступа с передачей маркера,однако сама ArcNet не является стандартом IEEE. ArcNet была разработана фирмойDatapoint в 1970 г. С тех пор лицензии на нее приобрели многие другие компании.В 1981 г. Standard Microsystem Corporation (SMC) на базе протокола ArcNet спередачей лексемы разработала первый однокристальный LAN-контроллер.

Хотя обычно считается,что ArcNet имеет низкую пропускную способность, при использовании активныхконцентраторов она поддерживает длину кабеля до 2000 м. Ее хорошо использоватьдля текстовых приложений, когда пользователь не обращаются часто к серверу.Последние версии ArcNet поддерживают волоконно-оптические кабели и кабели типа«витая пара».

Основные преимущества ARCnet перед Ethernet, обеспечивавшиеего былую популярность: низкая стоимость схем присоединения (по сравнению сCSMA/CD), меньшая критичность к кабелю, более гибкая топология, легкостьдиагностики сети при звездообразной топологии, менее резкая (по сравнению сEthernet) чувствительность пропускной способности к количеству и активностиузлов сети.

Недостатки: малоэффективное использование и без того низкойпропускной способности канала из-за избыточности кода и административныхпакетов. Реальная производительность, даже для небольших сетей не превышающая65% от максимальной, с увеличением числа узлов падает. Однобайтное ограничениена адрес создает неудобства при объединении сетей. Ошибочное заданиесовпадающих адресов локализуется исключительно методом последовательногоотключения узлов. Малый размер фрейма (252 байта данных в оригинальном вариантеи 508 байтов в расширенном) трудно стыкуем с вышестоящими уровнями (Novell IPXпередает пакет длиной 576 байт). В настоящее время аппаратура ARCnetпрактически не выпускается, но поддерживается всеми продуктами Novell.

6.1 Платы сетевого интерфейса .

Стандартные коаксиальныеплаты должны иметь разъемы BNC. Когда ArcNet конфигурируется как линейная шина,для подключения к плате используются T-образные разъемы. При установке платы набездисковой рабочей станции требуется ППЗУ.

6.2 Активный и пассивный концентратор

Активный концентраторпередает усиливает сигнал в сети. Рабочие станции могут находиться нарасстоянии до 600 м. от активного концентратора. Большинство активныхконцентраторов имеют 8 портов для подключения рабочих станций, пассивныхконцентраторов или дополнительных активных концентраторов. К неиспользуемымпор- там терминаторы подключать не обязательно.

Пассивный концентраторимеет 4-портовый разъем с гнездами BNC и используется как центр коммутации иразделитель сигнала. Рабочие станции могут удаляться от пассивногоконцентратора не более чем на 100 м. К каждому неиспользуемому порту пассивногоконцентратора должен подключаться терминатор.

6.3 Кабели и разъемы и терминаторы ArcNet

В сетях ArcNetиспользуется 93-омный коаксиальный кабель. Для подключения сегментов кабеля кинтерфейсным платам, активным и пассивным концентраторам используются разъемыBNC. Такие кабели в различных вариантах производит сейчас множество фирм.

При использовании шиннойтопологии к BNC-разъему подключает- ся Т-образный разъем, который обеспечиваетподключение двух ка- бельных концов (вход и выход). Вам потребуются Т-разъемыдля каж- дой рабочей станции и по два разъема для каждого используемогоповторителя.

Ко всем неиспользуемымпортам пассивных концентраторов подключаются терминаторы.

К сетям ArcNet применяютсяследующие правила и ограничения:

·    Большинство активныхконцентраторов имеют 8 узлов. Рабочие станции могут удаляться от активногоконцентратора на расстояние до 600 м.

·    Вы можете подключать активныеконцентраторы друг к другу, образуя иерархическую конфигурацию. Максимальноерасстоя- ние между двумя активными концентраторами — 600 м.

·    Вокруг четырехпортовогопассивного концентратора могут группироваться до 3 рабочих станций. Односоединение остатся для активного концентратора или файлового сервера. Каждаярабочая станция может удаляться от такого концент- ратора не более чем на 30.5м.

·    Ко всем неиспользуемым портампассивных концентраторов подк- лючаются колпачки-терминаторы.

·    Максимальное расстояние междустанциями противоположных концов многосегментной сети — до 2000 м.

·    При использовании шиннойконфигурации максимальная длина магистрали в сегменте — 305 м.

·    Максимальное число станций — 255. Каждой станции в ArcNet присваивается адрес от 1 до 255. За- пишите данныеадреса. Это может вам потребоваться при добавлении других станций

7. FastEthernet7.1 Fast Ethernet как развитие классическогоEthernet'а

Технология Fast Ethernet является эволюционным развитиемклассической технологии Ethernet. 10-Мегабитный Ethernet устраивал большинствопользователей на протяжении около 15 лет. Однако в начале 90-х годов началаощущаться его недостаточная пропускная способность. Если для компьютеров напроцессорах Intel 80286 или 80386 с шинами ISA (8 Мбайт/с) или EISA (32Мбайт/с) пропускная способность сегмента Ethernet составляла 1/8 или 1/32канала «память — диск», то это хорошо согласовывалось с соотношениемобъемов локальных данных и внешних данных для компьютера. Теперь же у мощныхклиентских станций с процессорами Pentium или Pentium PRO и шиной PCI (133Мбайт/с) эта доля упала до 1/133, что явно недостаточно. Поэтому многиесегменты 10-Мегабитного Ethernet'а стали перегруженными, реакция серверов в нихзначительно упала, а частота возникновения коллизий существенно возросла, ещеболее снижая номинальную пропускную способность.

В 1992 году группа производителей сетевого оборудования,включая таких лидеров технологии Ethernet как SynOptics, 3Com и ряд других,образовали некоммерческое объединение Fast Ethernet Alliance для разработкистандарта на новую технологию, которая обобщила бы достижения отдельныхкомпаний в области Ethernet-преемственного высокоскоростного стандарта. Новаятехнология получила название Fast Ethernet.

Одновременно были начаты работы в институте IEEE постандартизации новой технологии — там была сформирована исследовательскаягруппа для изучения технического потенциала высокоскоростных технологий. Запериод с конца 1992 года и по конец 1993 года группа IEEE изучила100-Мегабитные решения, предложенные различными производителями. Наряду с предложениямиFast Ethernet Alliance группа рассмотрела также и другую высокоскоростнуютехнологию, предложенную компаниями Hewlett-Packard и AT&T.

В центре дискуссий была проблема сохранениясоревновательного метода доступа CSMA/CD. Предложение по Fast Ethernet'усохраняло этот метод и тем самым обеспечивало преемственность и согласованностьсетей 10Base-T и 100Base-T. Коалиция HP и AT&T, которая имела поддержкугораздо меньшего числа производителей в сетевой индустрии, чем Fast EthernetAlliance, предложила совершенно новый метод доступа, называемый DemandPriority. Он существенно менял картину поведения узлов в сети, поэтому несмог вписаться в технологию Ethernet и стандарт 802.3, и для его стандартизациибыл организован новый комитет IEEE 802.12.

В мае 1995 года комитет IEEE принял спецификацию FastEthernet в качестве стандарта 802.3u, который не является самостоятельнымстандартом, а представляет собой дополнение к существующему стандарту 802.3 ввиде глав с 21 по 30. Отличия Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены нафизическом уровне.

Канальный Уровень LLC 802.2 Уровень LLC 802.2 Подуровень доступа к среде MAC Подуровень доступа к среде MAC Согласование (Reconcilation) Физический Подуровень кодирования (Phisical Coding) Подуровень физического присоеденения (Phisical Medium Attachment) Подуровень физического присоеденения (Phisical Medium Attachment) Разъём(Medium Independent Interface) Подуровень зависимости физической среды (Phisical Media Dependent) Подуровень автопереговоров  о скорости передачи (Auto-Negatiation) Разъём(Medium Independent Interface)

Более сложная структура физического уровня технологии FastEthernet вызвана тем, что в ней используется три варианта кабельных систем — оптоволокно, 2-х парная витая пара категории 5 и 4-х парная витая паракатегории 3, причем по сравнению с вариантами физической реализации Ethernet (аих насчитывается шесть), здесь отличия каждого варианта от других глубже — меняется и количество проводников, и методы кодирования. А так как физическиеварианты Fast Ethernet создавались одновременно, а не эволюционно, как длясетей Ethernet, то имелась возможность детально определить те подуровнифизического уровня, которые не изменяются от варианта к варианту, и остальныеподуровни, специфические для каждого варианта.

Основными достоинствами технологии Fast Ethernet являются:

·    увеличение пропускной способности сегментов сети до 100 Мб/c;

·    сохранение метода случайного доступа Ethernet;

·    сохранение звездообразной топологии сетей и поддержкатрадиционных сред передачи данных — витой пары и оптоволоконного кабеля.

Указанные свойства позволяют осуществлятьпостепенный переход от сетей 10Base-T — наиболее популярного на сегодняшнийдень варианта Ethernet — к скоростным сетям, сохраняющим значительнуюпреемственность с хорошо знакомой технологией: Fast Ethernet не требуеткоренного переобучения персонала и замены оборудования во всех узлах сети.

Официальный стандарт 100Base-T (802.3u) установилтри различных спецификации для физического уровня (в терминах семиуровневоймодели OSI) для поддержки следующих типов кабельных систем:

·    100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой пареUTP категории 5, или экранированной витой паре STP Type 1;

·    100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витойпаре UTP категории 3, 4 или 5;

·    100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля.

Подуровни LLC и MAC в стандарте Fast Ethernet не претерпелиизменений.

7.2 Форматы кадров технологии Fast Ethernet

Форматы кадров технологии Fast Ethernet не отличаются отформатов кадров технологий 10-Мегабитного Ethernet'a. В кадрах стандартаEthernet-II (или Ethernet DIX), опубликованного компаниями Xerox, Intel иDigital еще до появления стандарта IEEE 802.3, вместо двухбайтового поля L (длинаполя данных) используется двухбайтовое поле T (тип кадра). Значение поля типакадра всегда больше 1518 байт, что позволяет легко различить эти два разныхформата кадров Ethernet DIX и IEEE 802.3.

Все времена передачи кадров Fast Ethernet в 10 раз меньшесоответствующих времен технологии 10-Мегабитного Ethernet'а: межбитовыйинтервал составляет 10 нс вместо 100 нс, а межкадровый интервал — 0.96 мксвместо 9.6 мкс соответственно.

7.3 Спецификации физического уровня Fast Ethernet

Для технологии Fast Ethernet разработаны различные вариантыфизического уровня, отличающиеся не только типом кабеля и электрическимипараметрами импульсов, как это сделано в технологии 10 Мб/с Ethernet, но испособом кодирования сигналов, и количеством используемых в кабеле проводников.Поэтому физический уровень Fast Ethernet имеет более сложную структуру, чемклассический Ethernet.

Физический уровень состоит из трех подуровней:

·    Уровень согласования (reconciliation sublayer).

·    Независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface,MII).

·    Устройство физического уровня (Physical layer device, PHY).

Устройство физического уровня (PHY) обеспечивает кодированиеданных, поступающих от MAC-подуровня для передачи их по кабелю определенноготипа, синхронизацию передаваемых по кабелю данных, а также прием идекодирование данных в узле-приемнике.

Интерфейс MII поддерживает независимый от используемойфизической среды способ обмена данными между MAC-подуровнем и подуровнем PHY.Этот интерфейс аналогичен по назначению интерфейсу AUI классического Ethernet'аза исключением того, что интерфейс AUI располагался между подуровнемфизического кодирования сигнала (для любых вариантов кабеля использовалсяодинаковый метод физического кодирования — манчестерский код) и подуровнемфизического присоединения к среде, а интерфейс MII располагается междуMAC-подуровнем и подуровнями кодирования сигнала, которых в стандарте FastEthernet три — FX, TX и T4.

Подуровень согласования нужен для того, чтобы согласоватьработу подуровня MAC с интерфейсом MII.

7.4 Интерфейс MII

Существует два варианта реализации интерфейса MII:внутренний и внешний.

При внутреннем варианте микросхема, реализующая подуровниMAC и согласования, с помощью интереса MII соединяется с микросхемой трансиверавнутри одного и того же конструктива, например, платы сетевого адаптера илимодуля маршрутизатора. Микросхема трансивера реализует все функции устройстваPHY.

Внешний вариант соответствует случаю, когда трансивервынесен в отдельное устройство и соединен кабелем MII через разъем MII смикросхемой MAC-подуровня. Разъем MII в отличие от разъема AUI имеет 40контактов, максимальная длина кабеля MII составляет 1 метр. Сигналы,передаваемые по интерфейсу MII, имеют амплитуду 5 В.

Интерфейс MII может использоваться не только для связи PHY сMAC, но и для соединения устройств PHY с микросхемой повторения сигналов вмногопортовом повторителе-концентраторе.

7.5 Физический уровень 100Base-FX — многомодовоеоптоволокно

Физический уровень PHY ответственен за прием данных впараллельной форме от MAC-подуровня, трансляцию их в один (TX или FX) или трипоследовательных потока бит с возможностью побитной синхронизации и передачу ихчерез разъем на кабель. Аналогично, на приемном узле уровень PHY долженпринимать сигналы по кабелю, определять моменты синхронизации бит, извлекатьбиты из физических сигналов, преобразовывать их в параллельную форму ипередавать подуровню MAC.

Эта спецификация определяет работу протокола Fast Ethernetпо многомодовому оптоволокну в полудуплексном и полнодуплексном режимах наоснове хорошо проверенной схемы кодирования и передачи оптических сигналов,использующейся уже на протяжении ряда лет в стандарте FDDI. Как и в стандартеFDDI, каждый узел соединяется с сетью двумя оптическими волокнами, идущими отприемника (Rx) и от передатчика (Tx).

7.6 Физический уровень 100Base-TХ — двухпарнаявитая пара

Основные отличия от спецификации PHY FX — использованиеметода MLT-3 для передачи сигналов 5-битовых порций кода 4В/5B по витой паре, атакже наличие функции автопереговоров (Auto-negotiation) для выбора режимаработы порта.

Метод MLT-3 использует потенциальные сигналы двухполярностей для представления 5-битовых порций информации.

Кроме использования метода MLT-3, спецификация PHY TXотличается от спецификации PHY FX тем, что в ней используется парашифратор-дешифратор (scrambler/descrambler), как это определено в спецификацииANSI TP-PMD. Шифратор принимает 5-битовые порции данных от подуровня PCS,выполняющего кодирование 4B/5B, и зашифровывает сигналы перед передачей наподуровень MLT-3 таким образом, чтобы равномерно распределить энергию сигналапо всему частотному спектру — это уменьшает электромагнитное излучение кабеля.

Автопереговорный процесс

Спецификации PHY TX и PHY T4 поддерживают функцию Auto-negotiation,с помощью которой два взаимодействующих устройства PHY могут автоматическивыбрать наиболее эффективный режим работы.

Описанная ниже схема Auto-negotiation является теперьстандартом технологии 100Base-T. До этого производители применяли различныесобственные схемы автоматического определения скорости работы взаимодействующихпортов, которые не были совместимы. Принятую в качестве стандарта схемуAuto-negotiation предложила первоначально компания National Semiconductor подназванием NWay.

Всего в настоящее время определено 5 различных режимовработы, которые могут поддерживать устройства PHY TX или PHY T4 на витых парах:

·    10Base-T — 2 пары категории 3;

·    10Base-T full-duplex — 2 пары категории 3;

·    100Base-TX — 2 пары категории 5 (или Type 1A STP);

·    100Base-TX full-duplex — 2 пары категории 5 (или Type 1A STP);

·    100Base-T4 — 4 пары категории 3.

Режим 10Base-T имеет самый низкий приоритет при переговорномпроцессе, а режим 100Base-T4 — самый высокий. Переговорный процесс происходитпри включении питания устройства, а также может быть инициирован и в любоймомент модулем управления.

Для организации переговорного процесса используютсяслужебные сигналы проверки целостности линии технологии 10Base-T — link testpulses, если узел-партнер поддерживает только стандарт 10Base-T. Узлы,поддерживающие функцию Auto-negotiation, также используют существующуютехнологию сигналов проверки целостности линии, при этом они посылают пачкитаких импульсов, инкапсулирующие информацию переговорного процессаAuto-negotiation. Такие пачки носят название Fast Link Pulse burst (FLP).

Устройство, начавшее процесс auto-negotiation, посылаетсвоему партнеру пачку импульсов FLP, в котором содержится 8-битное слово,кодирующее предлагаемый режим взаимодействия, начиная с самого приоритетного,поддерживаемого данным узлом.

Если узел-партнер поддерживает функцию Auto-negotuiation итакже может поддерживать предложенный режим, то он отвечает пачкой импульсовFLP, в которой подтверждает данный режим и на этом переговоры заканчиваются.Если же узел-партнер может поддерживать менее приоритетный режим, то онуказывает его в ответе и этот режим выбирается в качестве рабочего. Такимобразом, всегда выбирается наиболее приоритетный общий режим узлов.

Узел, который поддерживает только технологию 10Base-T,каждые 16 миллисекунд посылает импульсы для проверки целостности линии,связывающей его с соседним узлом. Такой узел не понимает запрос FLP, которыйделает ему узел с функцией Auto-negotiation, и продолжает посылать своиимпульсы. Узел, получивший в ответ на запрос FLP только импульсы проверкицелостности линии, понимает, что его партнер может работать только по стандарту10Base-T и устанавливает этот режим работы и для себя.

Полнодуплексный режим работы

Узлы, поддерживающие спецификации PHY FX и PHY TX, могутработать в полнодуплексном режиме (full-duplex mode). В этом режиме неиспользуется метод доступа к среде CSMA/CD и отсутствует понятие коллизий — каждый узел одновременно передает и принимает кадры данных по каналам Tx и Rx.

Полнодуплексная работа возможна только при соединениясетевого адаптера с коммутатором или же при непосредственном соединениикоммутаторов.

При полнодуплексной работе стандарты 100Base-TX и 100Base-FXобеспечивают скорость обмена данными между узлами 200 Мб/с.

Полнодуплексный режим работы для сетей 100Base-T пока непринят комитетом IEEE в качестве стандарта. Тем не менее, многие производителивыпускают как сетевые адаптеры, так и коммутаторы для этого режима. Из-заотсутствия стандарта эти продукты не обязательно корректно работают друг сдругом.

В полнодуплексном режиме необходимо определить процедурыуправления потоком кадров, так как без этого механизма возможны ситуации, когдабуферы коммутатора переполнятся и он начнет терять кадры Ethernet, что всегдакрайне нежелательно, так как восстановление информации будет осуществлятьсяболее медленными протоколами транспортного или прикладного уровней.

Ввиду отсутствия стандартов на полнодуплексные вариантыEthernet'a каждый производитель сам определяет способы управления потокомкадров в коммутаторах и сетевых адаптерах. Обычно, при заполнении буфераустройства до определенного предела, это устройство посылает передающемуустройству сообщение о временном прекращении передачи (XOFF). При освобождениибуфера посылается сообщение о возможности возобновить передачу (XON).

7.7 Физический уровень 100Base-T4 — четырехпарнаявитая пара

Спецификация PHY T4 была разработана для того, чтобы можнобыло использовать для высокоскоростного Ethernet'а имеющуюся проводку на витойпаре категории 3. Эта спецификация использует все 4 пары кабеля для того, чтобыможно было повысить общую пропускную способность за счет одновременной передачипотоков бит по нескольким витым парам.

Вместо кодирования 4B/5В в этом методе используетсякодирование 8B/6T. Каждые 8 бит информации MAC-уровня кодируются 6-ю троичнымицифрами (ternary symbols), то есть цифрами, имеющими три состояния. Каждаятроичная цифра имеет длительность 40 наносекунд. Группа из 6-ти троичных цифрзатем передается на одну из трех передающих витых пар, независимо ипоследовательно. Четвертая пара всегда используется для прослушивания несущейчастоты в целях обнаружения коллизии. Скорость передачи данных по каждой изтрех передающих пар равна 33.3 Мб/c, поэтому общая скорость протокола100Base-T4 составляет 100 Мб/c. В то же время из-за принятого способакодирования скорость изменения сигнала на каждой паре равна всего 25 Мбод, чтои позволяет использовать витую пару категории 3.

8. Протокол Gigabit Ethernet

Хотя переход на новые высокоскоростные технологии, такие какFast Ethernet и 100VG-AnyLAN, начался не так давно, уже находятся в разработкедва новых проекта — технология Gigabit Ethernet и Gigabit VG, предложенныесоответственно Gigabit Ethernet Alliance и комитетом IEEE 802.12.

Интерес к технологиям для локальных сетей с гигабитнымискоростями повысился в связи с двумя обстоятельствами — во-первых, успехомсравнительно недорогих (по сравнению с FDDI) технологий Fast Ethernet и100VG-AnyLAN, во-вторых, со слишком большими трудностями, испытываемыми технологиейАТМ на пути к конечному пользователю.

Технология АТМ обладает многими привлекательными свойствами- масштабируемой скоростью передачи данных, доходящей до 10 Гб/с, отличнойподдержкой мультимедийного трафика и возможностью работы как в локальных, так ив глобальных сетях. Однако, стоимость технологии АТМ и ее сложность не всегдаоправданы. Вот для таких применений, в которых нужна в первую очередь высокаяскорость обмена, а без других возможностей, предлагаемых АТМ, можно прожить, ипредназначены активно разрабатываемые сегодня гигабитные варианты Ethernet иVG.

За комитетом 802.12 стоит, естественно, компанияHewlett-Packard, сотрудница которой и возглавляет сегодня этот комитет. Кэнтузиастам перевода технологии VG на гигабитные скорости относятся такжекомпании Compaq Computer, Texas Instrument и Motorola.

В Gigabit Ethernet Alliance входят наряду с другими компанииBay Networks, Cisco Systems и 3Com.

Обе группы намерены широко использовать достижениятехнологии Fibre Channel, уже работающей с гигабитными скоростями. Во всякомслучае, Fibre Channel со своим методом кодирования 8B/10B фигурирует как одиниз вариантов физического уровня для оптоволоконного кабеля.

Разрабатываемые предложения оставляют метод доступа внеизменном виде: CSMA/CD для технологии Gigabit Ethernet и Demand Priority дляGigabit VG.

В связи с ограничениями, накладываемыми методом CSMA/CD надлину кабеля, версия Gigabit Ethernet для разделяемой среды будет допускатьдлину связей до 25 метров на витой паре. В связи с такими серьезнымиограничениями более популярны будут, очевидно, полнодуплексные версиигигабитного Ethernet'a, работающие только с коммутаторами и допускающиерасстояние между узлом и коммутатором в 500 метров для многомодового кабеля идо 2 км для одномодового кабеля.

Первый проект стандарта Gigabit Ethernet был принят в 1997года, а его окончательное принятие ожидается в конце 1998 года.

Gigabit Ethernet Alliance предполагает, что стоимость одногопорта концентратора Gigabit Ethernet в 1998 году составит от $920 до $1400, астоимость одного порта коммутатора Gigabit Ethernet составит от $1850 до $2800.

Для технологии Gigabit VG предлагается реализовать скорость500 Мб/с для витой пары и 1 Гб/с для оптоволокна. Предельные расстояния междуузлами ожидаются следующие: для витой пары — 100 м, для многомодовогооптоволокна — 500 м и для одномодового оптоволокна — 2 км.

9. FDDI9.1 История создания стандарта FDDI

Технология Fiber Distributed Data Interface — перваятехнология локальных сетей, которая использовала в качестве среды передачиданных оптоволоконный кабель.

Попытки применения света в качестве среды, несущейинформацию, предпринимались давно — еще в 1880 году Александр Белл запатентовалустройство, которое передавало речь на расстояние до 200 метров с помощью зеркала,вибрировавшего синхронно со звуковыми волнами и модулировавшего отраженныйсвет.

Работы по использованию света для передачи информацииактивизировались в 1960-е годы в связи с изобретением лазера, который могобеспечить модуляцию света на очень высоких частотах, то есть создатьширокополосный канал для передачи большого количества информации с высокойскоростью. Примерно в то же время появились оптические волокна, которые моглипередавать свет в кабельных системах, подобно тому, как медные провода передаютэлектрические сигналы в традиционных кабелях. Однако потери света в этихволокнах были слишком велики, чтобы они могли быть использованы какальтернатива медным жилам. Недорогие оптические волокна, обеспечивающие низкиепотери мощности светового сигнала и широкую полосу пропускания (до несколькихГГц) появились только в 1970-е годы. В начале 1980-х годов началосьпромышленная установка и эксплуатация оптоволоконных каналов связи длятерриториальных телекоммуникационных систем.

В 1980-е годы начались также работы по созданию стандартныхтехнологий и устройств для использования оптоволокнных каналов в локальныхсетях. Работы по обобщению опыта и разработке первого оптоволоконного стандартадля локальных сетей были сосредоточены в Американском Национальном Институте поСтандартизации — ANSI, в рамках созданного для этой цели комитета X3T9.5.

Начальные версии различных составляющих частей стандартаFDDI были разработаны комитетом Х3Т9.5 в 1986 — 1988 годах, и тогда жепоявилось первое оборудование — сетевые адаптеры, концентраторы, мосты имаршрутизаторы, поддерживающие этот стандарт.

В настоящее время большинство сетевых технологийподдерживают оптоволоконные кабели в качестве одного из вариантов физическогоуровня, но FDDI остается наиболее отработанной высокоскоростной технологией,стандарты на которую прошли проверку временем и устоялись, так что оборудованиеразличных производителей показывает хорошую степень совместимости.

9.2 Основы технологии FDDI

Технология FDDI во многом основывается на технологии TokenRing, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDIставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

Повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мб/с.

Повысить отказоустойчивость сети за счет стандартныхпроцедур восстановления ее после отказов различного рода — повреждения кабеля,некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех налинии и т.п.

Максимально эффективно использовать потенциальную пропускнуюспособность сети как для асинхронного, так и для синхронного трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец,которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети.Использование двух колец — это основной способ повышения отказоустойчивости всети FDDI, и узлы, которые хотят им воспользоваться, должны быть подключены кобоим кольцам. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы ивсе участки кабеля первичного (Primary) кольца, поэтому этот режим названрежимом Thru — «сквозным» или «транзитным». Вторичноекольцо (Secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичногокольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла),первичное кольцо объединяется со вторичным, образуя вновь единое кольцо. Этотрежим работы сети называется Wrap, то есть «свертывание» или«сворачивание» колец. Операция свертывания производится силамиконцентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедурыданные по первичному кольцу всегда передаются против часовой стрелки, а повторичному — по часовой. Поэтому при образовании общего кольца из двух колецпередатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседнихстанций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседнимистанциями.

В стандартах FDDI отводится много внимания различнымпроцедурам, которые позволяют определить наличие отказа в сети, а затемпроизвести необходимую реконфигурацию. Сеть FDDI может полностью восстанавливатьсвою работоспособность в случае единичных отказов ее элементов. Примножественных отказах сеть распадается на несколько не связанных сетей.

Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемаясреда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа.Этот метод очень близок к методу доступа сетей Token Ring и также называетсяметодом маркерного (или токенного) кольца — token ring.

Станция может начать передачу своих собственных кадровданных только в том случае, если она получила от предыдущей станции специальныйкадр — токен доступа. После этого она может передавать свои кадры, если они унее имеются, в течение времени, называемого временем удержания токена — TokenHolding Time (THT). После истечения времени THT станция обязана завершитьпередачу своего очередного кадра и передать токен доступа следующей станции.Если же в момент принятия токена у станции нет кадров для передачи по сети, тоона немедленно транслирует токен следующей станции. В сети FDDI у каждойстанции есть предшествующий сосед (upstream neighbor) и последующий сосед(downstream neighbor), определяемые ее физическими связями и направлениемпередачи информации.

Каждая станция в сети постоянно принимает передаваемые ейпредшествующим соседом кадры и анализирует их адрес назначения. Если адресназначения не совпадает с ее собственным, то она транслирует кадр своемупоследующему соседу. Нужно отметить, что, если станция захватила токен ипередает свои собственные кадры, то на протяжении этого периода времени она нетранслирует приходящие кадры, а удаляет их из сети.

Если же адрес кадра совпадает с адресом станции, то онакопирует кадр в свой внутренний буфер, проверяет его корректность (в основном,по контрольной сумме), передает его поле данных для последующей обработкипротоколу, лежащего выше FDDI уровня (например, IP), а затем передает исходныйкадр по сети последующей станции. В передаваемом в сеть кадре станцияназначения отмечает три признака: распознавания адреса, копирования кадра иотсутствия или наличия в нем ошибок.

После этого кадр продолжает путешествовать по сети,транслируясь каждым узлом. Станция, являющаяся источником кадра для сети,ответственна за то, чтобы удалить кадр из сети, после того, как он, совершивполный оборот, вновь дойдет до нее. При этом исходная станция проверяетпризнаки кадра, дошел ли он до станции назначения и не был ли при этомповрежден. Процесс восстановления информационных кадров не входит в обязанностипротокола FDDI, этим должны заниматься протоколы более высоких уровней.

FDDI определяет протокол физического уровня и протоколподуровня доступа к среде (MAC) канального уровня. Как и многие другиетехнологии локальных сетей, технология FDDI использует протокол 802.2 подуровняуправления каналом данных (LLC), определенный в стандартах IEEE 802.2 и ISO8802.2. FDDI использует первый тип процедур LLC, при котором узлы работают вдейтаграммном режиме — без установления соединений и без восстановленияпотерянных или поврежденных кадров.

Физический уровень разделен на два подуровня: независимый отсреды подуровень PHY (Physical), и зависящий от среды подуровень PMD (PhysicalMedia Dependent). Работу всех уровней контролирует протокол управления станциейSMT (Station Management).

Уровень PMD обеспечивает необходимые средства для передачиданных от одной станции к другой по оптоволокну. В его спецификацииопределяются:

Требования к мощности оптических сигналов и к многомодовомуоптоволоконному кабелю 62.5/125 мкм.

Требования к оптическим обходным переключателям (opticalbypass switches) и оптическим приемопередатчикам.

Параметры оптических разъемов MIC (Media InterfaceConnector), их маркировка.

Длина волны в 1300 нанометров, на которой работаютприемопередатчики.

Представление сигналов в оптических волокнах в соответствиис методом NRZI.

Спецификация TP-PMD определяет возможность передачи данныхмежду станциями по витой паре в соответствии с методом MLT-3. Спецификацииуровней PMD и TP-PMD уже были рассмотрены в разделах, посвященных технологииFast Ethernet.

Уровень PHY выполняет кодирование и декодирование данных,циркулирующих между MAC-уровнем и уровнем PMD, а также обеспечиваеттактирование информационных сигналов. В его спецификации определяются:

·    кодирование информации в соответствии со схемой 4B/5B;

·    правила тактирования сигналов;

·    требования к стабильности тактовой частоты 125 МГц;

·    правила преобразования информации из параллельной формы впоследовательную.

Уровень MAC ответственен за управление доступом к сети, атакже за прием и обработку кадров данных. В нем определены следующие параметры:

·    Протокол передачи токена.

·    Правила захвата и ретрансляции токена.

·    Формирование кадра.

·    Правила генерации и распознавания адресов.

·    Правила вычисления и проверки 32-разрядной контрольной суммы.

Уровень SMT выполняет все функциипо управлению и мониторингу всех остальных уровней стека протоколов FDDI. Вуправлении кольцом принимает участие каждый узел сети FDDI. Поэтому все узлыобмениваются специальными кадрами SMT для управления сетью. В спецификации SMTопределено следующее:

·    Алгоритмы обнаружения ошибок и восстановления после сбоев.

·    Правила мониторинга работы кольца и станций.

·    Управление кольцом.

·    Процедуры инициализации кольца.

Отказоустойчивость сетей FDDI обеспечивается за счетуправления уровнем SMT другими уровнями: с помощью уровня PHY устраняютсяотказы сети по физическим причинам, например, из-за обрыва кабеля, а с помощьюуровня MAC — логические отказы сети, например, потеря нужного внутреннего путипередачи токена и кадров данных между портами концентратора.

В следующей таблице представлены результаты сравнениятехнологии FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring.




Характеристика

FDDI

Ethernet

Token Ring

Битовая скорость 100 Мб/с 10 Мб/с 16 Мб/c Топология Двойное кольцо деревьев Шина/звезда Звезда/кольцо Метод доступа Доля от времени оборота токена CSMA/CD Приоритетная система резервирования Среда передачи данных Многомодовое оптоволокно, неэкранированная витая пара Толстый коаксиал, тонкий коаксиал, витая пара, оптоволокно Экранированная и неэкранированная витая пара, оптоволокно Максимальная длина сети (без мостов) 200 км (100 км на кольцо) 2500 м 1000 м Максимальное расстояние между узлами 2 км (-11 dB потерь между узлами) 2500 м 100 м Максимальное количество узлов 500 (1000 соединений) 1024 260 для экранированной витой пары, 72 для неэкранированной витой пары Тактирование и восстановление после отказов Распределенная реализация тактирования и восстановления после отказов Не определены Активный монитор 10. 100VG-AnyLAN10.1 Общая характеристика технологии 100VG-AnyLAN

В качестве альтернативы технологии Fast Ethernet компаниямиAT&T и HP был выдвинут проект новой технологии со скоростью передачи данных100 Мб/с — 100Base-VG. В этом проекте было предложено усовершенствовать методдоступа с учетом потребности мультимедийных приложений, при этом сохранитьсовместимость формата пакета с форматом пакета сетей 802.3. В сентябре 1993года по инициативе фирм IBM и HP был образован комитет IEEE 802.12, которыйзанялся стандартизацией новой технологии. Проект был расширен за счет поддержкив одной сети кадров не только формата Ethernet, но и формата Token Ring. Врезультате новая технология получила название 100VG-AnyLAN, то есть технологиядля любых сетей (Any LAN — любые сети), имея в виду, что в локальных сетяхтехнологии Ethernet и Token Ring используются в подавляющем количестве узлов.

Летом 1995 года технология 100VG-AnyLAN получила статусстандарта IEEE 802.12.

В технологии 100VG-AnyLAN определены новый метод доступаDemand Priority и новая схема квартетного кодирования Quartet Coding,использующая избыточный код 5В/6В.

Метод доступа Demand Priority основан на передачеконцентратору функций арбитра, решающего проблему доступа к разделяемой среде.Метод Demand Priority повышает коэффициент использования пропускной способностисети за счет введения простого, детерминированного метода разделения общейсреды, использующего два уровня приоритетов: низкий — для обычных приложений ивысокий — для мультимедийных.

Технология 100VG-AnyLAN имеет меньшую популярность средипроизводителей коммуникационного оборудования, чем конкурирующее предложение — технология Fast Ethernet. Компании, которые не поддерживают технологию100VG-AnyLAN, объясняют это тем, что для большинства сегодняшних приложений исетей достаточно возможностей технологии Fast Ethernet, которая не так заметноотличается от привычной большинству пользователей технологии Ethernet. В болеедалекой перспективе эти производители предлагают использовать длямультимедийных приложений технологию АТМ, а не 100VG-AnyLAN.

И хотя в число сторонников технологии 100VG-AnyLAN одновремя входило около 30 компаний, среди которых Hewlett-Packard и IBM, CiscoSystems и Cabletron, общим мнением сетевых специалистов является констатацияотсутствия дальнейщих перспектив у технологии 100VG-AnyLAN.

10.2 Структура сети 100VG-AnyLAN

Сеть 100VG-AnyLAN всегда включает центральный концентратор,называемый концентратором уровня 1 или корневым концентратором.

Корневой концентратор имеет связи с каждым узлом сети,образуя топологию типа звезда. Этот концентратор представляет собойинтеллектуальный центральный контроллер, который управляет доступом к сети,постоянно выполняя цикл «кругового» сканирования своих портов ипроверяя наличие запросов на передачу кадров от присоединенных к ним узлов.Концентратор принимает кадр от узла, выдавшего запрос, и передает его толькочерез тот порт, к которому присоединен узел c адресом, совпадающим с адресомназначения, указанным в кадре.

Каждый концентратор может быть сконфигурирован на поддержкулибо кадров 802.3 Ethernet, либо кадров 802.5 Token Ring. Все концентраторы,расположенные в одном и том же логическом сегменте (не разделенном мостами,коммутаторами или маршрутизаторами), должны быть сконфигурированы на поддержкукадров одного типа. Для соединения сетей 100VG-AnyLAN, использующих разныеформаты кадров 802.3, нужен мост, коммутатор или маршрутизатор. Аналогичноеустройство требуется и в том случае, когда сеть 100VG-AnyLAN должна бытьсоединена с сетью FDDI или АТМ.

Каждый концентратор имеет один «восходящий»(up-link) порт и N «нисходящих» портов (down-link).

Восходящий порт работает как порт узла, но он зарезервировандля присоединения в качестве узла к концентратору более высокого уровня.Нисходящие порты служат для присоединения узлов, в том числе и концентраторовнижнего уровня. Каждый порт концентратора может быть сконфигурирован для работыв нормальном режиме или в режиме монитора. Порт, сконфигурированный для работыв нормальном режиме, передает только те кадры, которые предназначены узлу,подключенному к данному порту. Порт, сконфигурированный для работы в режимемонитора, передает все кадры, обрабатываемые концентратором. Такой порт можетиспользоваться для подключения анализатора протоколов.

Узел представляет собой компьютер или коммуникационноеустройство технологии 100VG-AnyLAN — мост, коммутатор, маршрутизатор иликонцентратор. Концентраторы, подключаемые как узлы, называются концентраторами2-го и 3-го уровней. Всего разрешается образовывать до трех уровней иерархииконцентраторов.

Связь, соединяющая концентратор и узел, может бытьобразована либо 4 парами неэкранированной витой пары категорий 3, 4 или 5(4-UTP Cat 3, 4, 5), либо 2 парами неэкранированной витой пары категории 5(2-UTP Cat 5), либо 2 парами экранированной витой пары типа 1 (2-STP Type 1),либо 2 парами многомодового оптоволоконного кабеля.

Варианты кабельной системы могут использоваться любые, нониже будет рассмотрен вариант 4-UTP, который был разработан первым и получилнаибольшее распространение.

В заключение раздела приведем таблицу, составленнуюкомпанией Hewlett-Packard, в которой приводятся результаты сравнения этойтехнологии с технологиями 10Base-T и 100Base-T.


Характеристика

10Base-T

100VG-AnyLAN

100Base-T

Топология

- - - Максимальный диаметр сети 2500 м 8000 м 412 м Каскадирование концентраторов Да; 3 уровня Да; 5 уровней Два концентратора максимум

Кабельная система

- - - UTP Cat 3,4 100 м 100 м 100 м UTP Cat 5 150 м 200 м 100 м STP Type 1 100 м 100 м 100 м Оптоволокно 2000 м 2000 м 412 м

Производительность

- - - При длине сети 100 м 80% (теоретическая) 95% (продемонстрированная) 80% (теоретическая) При длине сети 2500 м 80% (теоретическая) 80% (продемонстрированная) Не поддерживается

Технология

- - - Кадры IEEE 802.3 Да Да Да Кадры 802.5 Нет Да Нет Метод доступа CSMA/CD Demand Priority CSMA/CD + подуровень согласования (Reconciliation sublayer) 10.3 Стек протоколов технологии 100VG-AnyLAN

Структура стека протоколов технологии 100VG-AnyLANсогласуется с архитектурными моделями OSI/ISO и IEEE, в которых канальныйуровень разделен на подуровни. Cтек протоколовтехнологии 100VG-AnyLAN состоит из подуровня доступа к среде (Media AccessControl, MAC), подуровня, независящего от физической среды (Physical MediaIndependent, PMI) и подуровня, зависящего от физической среды (Physical MediaDependent, PMD).

10.4 Функции уровня MAC

Функции уровня МАС включают реализацию протокола доступаDemand Priority, подготовки линии связи и формирования кадра соответствующего формата.

Метод Demand Priority (приоритетный доступ по требованию)основан на том, что узел, которому нужно передать кадр по сети, передает запрос(требование) на выполнение этой операции концентратору. Каждый запрос можетиметь либо низкий, либо высокий приоритеты. Высокий приоритет отводится длятрафика чувствительных к задержкам мультимедийных приложений.

Высокоприоритетные запросы всегда обслуживаются раньшенизкоприоритетных. Требуемый уровень приоритета кадра устанавливаетсяпротоколами верхних уровней, не входящими в технологию 100VG-AnyLAN, например,Real Audio, и передается для отработки уровню МАС.

Концентратор уровня 1 постоянно сканирует запросы узлов,используя алгоритм кругового опроса (round-robin). Это сканирование позволяетконцентратору определить, какие узлы требуют передачи кадров через сеть икаковы их приоритеты.

В течение одного цикла кругового сканирования каждому узлуразрешается передать один кадр данных через сеть. Концентраторы, присоединенныекак узлы к концентраторам верхних уровней иерархии, также выполняют свои циклысканирования и передают запрос на передачу кадров концентратору. Концентраторнижнего уровня с N портами имеет право передать N кадров в течение одного циклаопроса.

Каждый концентратор ведет отдельные очереди длянизкоприоритетных и высокоприоритетных запросов. Низкоприоритетные запросыобслуживаются только до тех пор, пока не получен высокоприоритетный запрос. Вэтом случае текущая передача низкоприоритетного кадра завершается иобрабатывается высокоприоритетный запрос. Перед возвратом к обслуживаниюнизкоприоритетных кадров должны быть обслужены все высокоприоритетные запросы.Для того, чтобы гарантировать доступ для низкоприоритетных запросов в периодывысокой интенсивности поступления высокоприоритетных запросов, вводится порогожидания запроса. Если у какого-либо низкоприоритетного запроса время ожиданияпревышает этот порог, то ему присваивается высокий приоритет.

Процедура подготовки линии Link Training «обучает»внутренние схемы концентратора и узла приему и передаче данных, а такжепроверяет работоспособность линии, соединяющей концентратор и узел.

Во время подготовки линии концентратор и узел обмениваютсясерией специальных тестовых кадров. Данная процедура включает функциональныйтест кабеля, дающий возможность убедиться в том, что кабель правильно соединяетконтакты разъемов и информация может быть корректно передана междуконцентратором и узлом.

Процедура подготовки также позволяет концентраторуавтоматически узнать информацию об узлах, подключенных к каждому порту. Кадры,получаемые концентратором от узла во время подготовки, содержат данные о типеустройства (конечный узел, концентратор, мост, маршрутизатор, анализаторпротокола и т.п.), режиме работы (нормальный или монитор), адресе узла, присоединенногок данному порту.

Процедура подготовки инициируется узлом, когда узел иликонцентратор впервые включаются или при первом присоединении узла кконцентратору. Узел или концентратор могут потребовать выполнения процедурыподготовки при обнаружении ошибочной ситуации.

Уровень МАС получает кадр от уровня LLC и добавляет к немуадрес узла-источника, дополняет поле данных байтами-заполнителями до минимальнодопустимого размера, если это требуется, а затем вычисляет контрольную сумму ипомещает ее в соответствующее поле. После этого кадр передается на физическийуровень.

11. Список литературы

1.    Н.Олифер, В. Олифер. Базовые технологии локальных сетей

2.    Б.М. Каган. Электронные вычислительные машины и системы

3.    Курс«Cisco Intеrnetworking technologyoverview».

4.    Н. Олифер,В. Олифер. Высокоскоростные технологии ЛВС.

5.    СпиринА. А. Введение в технику волоконно-оптических сетей.

6.    СтэнШатт. Мир компьютерных систем. — К: BHV, 1996

еще рефераты
Еще работы по информатике, программированию