Из каких соображений выбрана максимальная длина физического сегмента в стандартах ethernet
Осенью 1995 г. комитет IEEE 802.3 принял спецификацию Fast Ethernet в качестве стандарта 802.3u, который является дополнением к существующему стандарту 802.3.
Уровни MAC и LLC в Fast Ethernet остались теми же. Все отличия техно- логии Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уровне. Обеспе- чить скорость передачи 100 Мбит/с сложнее, чем 10 Мбит/с.
Коаксиальный кабель не применяется. На небольших расстояниях витая пара категории 5 позволяет передавать данные с той же скоростью, что и коак- сиальный кабель, но сеть дешевле и удобней в эксплуатации.
В Fast Ethernet меняется как количество проводников, так и методы коди- рования. В Fast Ethernet детально определены подуровни физического уровня, зависящие и не зависящие от физической среды.
Официальный стандарт 802.3u установил для разных сред передачи три различных спецификации физического уровня Fast Ethernet:
• 100Base-TX – для двух пар кабеля (прием/передача) UTP (Unshielded Twisted Pair – неэкранированная витая пара) категории 5 или STP (Shielded
Twisted Pair – экранированная витая пара) Type 1 (используемые коды – 4В/5В и MLT-3);
• 100Base-T4 – для четырех пар кабеля UTP категории 3, 4 или 5;
Для передачи данных используется метод кодирования 4B/5B: 4-битовый код представляется 5-битовым кодом. Коды 4B/5B построены так, что гаранти- руют не более трех нулей подряд при любом сочетании бит в исходной инфор- мации. За счет достаточно частой смены знака передаваемых бит обеспечивает- ся синхронизация приемника с передатчиком. Избыточный бит вынуждает пе- редавать биты кода 4B/5B со скоростью 125 Мб/c.
Спецификация 100Base-T4 была разработана для того, чтобы можно было использовать имеющуюся проводку (в частности, телефонную) на витой паре категории 3.
Вместо кодирования 4B/5В в этом методе используется кодирование 8B/6T. Каждые 8 бит кодируются 6 троичными сигналами. Группа из 6 троич- ных цифр (посылок) передается на одну из трех передающих витых пар незави- симо и последовательно. Четвертая пара используется для прослушивания не- сущей частоты в целях обнаружения коллизии. Скорость передачи данных по каждой из трех передающих пар равна 33.3 Мб/c, поэтому общая скорость про- токола 100Base-T4 составляет 100 Мб/c. В то же время из-за принятого способа кодирования скорость изменения сигнала на каждой паре равна всего 25 Мбод, что и позволяет использовать витую пару категории 3.
Формат кадров технологии Fast Ethernet (рис. 3.7) почти не отличается от формата кадров технологий 10-мегабитного Ethernet.
DSAP | SSAP | Control | Data |
Байты … 1 7 1 6 6 2 ≥1500 4 ≤448 …
Рис. 3.7. Формат кадра Fast (Giga) Ethernet
Отличие проявляется в использовании перед началом кадра комбинации символов Start Delimiter (пара символов J (11000) и К (10001) кода 4В/5В (при- меняемого в l00Base-FX/TX), а после завершения кадра символа Т (End Delimit- er). Данные служебные поля нужны для отделения кадра от постоянной запол- няющей последовательности символов Idle (не используемой в сети Ethernet 10 Мбит/с, в которой общая среда должна в паузах «молчать»).
Сети Fast Ethernet имеют иерархическую древовидную структуру, по- строенную на концентраторах. Основным отличием конфигураций сетей Fast Ethernet является сокращение диаметра сети примерно до 200 м, что объясняет- ся уменьшением времени передачи кадра минимальной длины в 10 раз за счет увеличения скорости передачи в 10 раз.
Протокол Gigabit Ethernet
Стандарт IEEE 802.3z (1998 г.). Применяется та же стратегия, что и в сети Fast Ethernet: сохранены протокол CSMA/CD и формат кадра.
Изменен носитель. Спецификация IEEE 802.3z включает варианты:
• 1000 BASE-LX. Длинноволновый вариант: оптоволоконный многомо- довый кабель ∅ 62,5 μкм или 50 μкм длиной до 550 м или одномодовый кабель
∅ 10 μкм длиной до 5 км; дуплексные линии;
• 1000 BASE-SX. Коротковолновый вариант: оптоволоконный одномо- довый кабель ∅ 62,5 μкм длиной до 275 м или ∅50 μкм длиной до 550 м; дуп- лексные линии;
• 1000 BASE-CX. Специализированные экранированные кабели из витых пар протяженностью не более 25 м (медные перемычки). Каждая линия состоит
из отдельной витой пары, по которой данные передаются в обе стороны;
• 1000 BASE-T. Используются 4 неэкранированные витые пары катего- рии 5 для связи с устройствами до 100 м.
25 м – неприемлемо малая длина. Применяют пакетную передачу кадров – аппаратное решение «расширение носителя» до 512 байт, что увеличивает мак- симальную длину сегмента до 200 м.
• кодовые слова не должны иметь более 4-х одинаковых битов подряд;
• в кодовых словах не должно быть более 6 нулей или 6 единиц. Почему так?
Во-первых, достаточное количество изменений в потоке данных обеспе- чивает синхронизацию приемника с передатчиком;
Предусмотрен контроль потока – посылка специального служебного кад- ра, сообщающего о том, что передающей стороне необходимо приостановиться. Непрекращающийся рост трафика способствовал появлению 10-
гигабитной сети Ethernet (стандарт IEEE 802.3 ac).
Вначале 10-гигабитную сеть Ethernet использовали в качестве ЛС. По ме- ре увеличения спроса на широкополосную связь технология 10-гигабитной сети Ethernet распространяется на серверные фермы, магистрали и ЛС, охватываю- щие комплексы зданий. Эта технология позволяет создавать региональные се- ти, соединяющие удаленные ЛС.
Стандарт Token Ring
Стандарт Token Ring был принят комитетом IEEE 802.5 в 1985 году.
Передающая среда – сегменты экранированной или неэкранированной витой пары, или оптоволокна, сопрягаемые в кольцо – общий разделяемый ре- сурс. Право на доступ к кольцу передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном. В любой момент времени толь- ко одна станция в сети обладает правом доступа. Доступ передается цикличе- ски по логическому кольцу. Это детерминированный алгоритм доступа.
На рис. 3.8 доступ к среде иллюстрируется временной диаграммой, на ри- сунке показана передача пакета А в кольце от станции 1 к станции 3.
Получив маркер, станция анализирует его, при необходимости модифи- цирует и при отсутствии у нее данных для передачи транслирует к следующей станции. Станция, имеющая данные для передачи, при получении маркера изымает его из кольца, затем выдает в кольцо кадр данных установленного формата последовательно по битам. Переданные данные проходят по кольцу всегда в одном направлении от одной станции к другой.
Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями – 4 Мб/с и 16 Мб/с. Сети Token Ring, работющие со скоростью 16 Мб/с, имеют некоторые усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Мб/с (алгоритмом раннего освобождения маркера). Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается.
3
| | |
t1 Станция 1 получила
t2 t3 t4 Копирование пакета А в буфер станции 3. Отметка
t5 t6
t7 Изъятие пакета А
t8 Маркер получает
t9 Передача пакета В
в пакете о получении (*)
пакета станции 1
из кольца станция 2
Рис. 3.8. Принцип маркерного доступа
Каждая станция имеет механизмы обнаружения и устранения неисправ- ностей сети, возникающих в результате ошибок передачи или переходных яв- лений (например, при подключении и отключении станции).
Одна из станций обозначается как активный монитор, что означает до- полнительную ответственность по управлению кольцом.
Активный монитор выбирается, когда кольцо инициализируется.
В Token Ring существует три различных формата кадров: маpкеpа, кадpа данных, пpеpывающей последовательности.
Кадр маркера состоит из трех полей, каждое длиной в один байт.
• Поля начального и конечного ограничителей – в начале и в конце мар-
• Поле контроля доступа. Разделяется на четыре элемента данных:
Кадр данных состоит из нескольких групп полей: последовательность начала кадра; адрес получателя; адрес отправителя; данные; последователь- ность контроля кадра; последовательность конца кадра. Кадр данных может пе- реносить данные либо для управления кольцом (данные MAC-уровня), либо пользовательские данные (LLC-уровня).
Прерывающая последовательность состоит из двух байтов, содержа- щих начальный ограничитель и конечный ограничитель. Прерывающая после- довательность может появиться в любом месте потока битов и сигнализирует о том, что текущая передача кадра или маркера отменяется.
В конфигурации выделяют станции двух типов:
• станции, подключаемые к кольцу через концентратор. Обычно такими станциями являются компьютеры с установленными в них сетевыми адаптера-
ми. Концентраторы Token Ring делятся на активные и пассивные. Активные концентраторы поддерживают большие расстояния до станции, чем пассивные.
• станции сети, соединенные в кольцо непосредственными связями, называются магистральными (trunk cable). Обычно связи такого рода исполь-
зуются для соединения концентраторов друг с другом для образования общего кольца. Порты концентраторов, предназначенные для такого соединения, назы- ваются портами Ring-In и Ring-Out.
Кроме экранированной витой пары существуют сетевые адаптеры и кон- центраторы Token Ring, поддерживающие неэкранированную витую пару и оптоволокно.
Максимальное количество станций в одном кольце – 250.
Максимальная длина кольца Token Ring составляет 4000 м. Ограничения на максимальную длину кольца и количество станций в кольце в технологии Token Ring не являются такими жесткими, как в технологии Ethernet. Здесь эти ограничения во многом связаны со временем оборота маркера по кольцу. Одна- ко сети Token Ring можно настраивать, что позволяет построить сеть Token Ring с большим количеством станций и с большей длиной кольца.
Технология Fiber Distributed Data Interface – первая технология локаль- ных сетей, которая использовала в качестве среды передачи данных оптоволо- конный кабель (1986÷1988 гг). Тогда же появилось первое оборудование – се-
тевые адаптеры, концентраторы, мосты и маршрутизаторы, поддерживающие
FDDI остается наиболее отработанной высокоскоростной технологией. Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring.
Разработчики технологии FDDI ставили перед собой следующие цели:
• повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мб/с;
• повысить отказоустойчивость сети после отказов различного рода;
• максимально эффективно использовать пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного трафиков.
Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые об- разуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Узлы должны быть подключены к обоим кольцам. В нормальном режиме работы се-
ти данные проходят через все узлы и все участки кабеля первичного (Primary) кольца, поэтому этот режим назван режимом Thru – «сквозным» или «транзит- ным». Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.
|
Рис. 3.9. Реконфигурация колец FDDI при отказе
Операция свертывания производится силами концентраторов и/или сете- вых адаптеров FDDI. Данные по первичному кольцу всегда передаются против часовой стрелки, а по вторичному – по часовой. Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов ее эле- ментов. При множественных отказах сеть распадается на несколько не связан- ных сетей.
Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемая среда пе- редачи данных. Метод очень близок к методу доступа сетей Token Ring и также называется методом маркерного (или токенного) кольца – Token ring.
В сети FDDI у каждой станции есть предшествующий сосед (upstream neighbour) и последующий сосед (downstream neighbour), определяемые ее фи- зическими связями и направлением передачи информации.
Если станция захватила токен и передает свои собственные кадры, то на протяжении этого периода времени она не транслирует приходящие кадры, а удаляет их из сети.
Если же адрес кадра совпадает с адресом станции, то она копирует кадр в свой внутренний буфер, проверяет его корректность (в основном, по контроль- ной сумме), передает его поле данных для последующей обработки протоколу, лежащего выше FDDI уровня (например, IP), а затем передает исходный кадр по сети последующей станции. В передаваемом в сеть кадре станция назначе- ния отмечает три признака: распознавания адреса, копирования кадра и от- сутствия или наличия в нем ошибок.
Технология Fibre Channel
Сеть представляет собой набор точек доступа с программной структурой протоколов, обеспечивающей обмен данными. Элементами сети Fibre Channel являются конечные элементы, называемые узлами (N – nodes), и набор комму- никационных элементов, называемый каркасом (F – fabric (рис. 3.10)).
|
Интерфейс Fibre Channel разработан для объединения лучших качеств обеих технологий – простоты и скорости каналов ввода-вывода и гибкости и взаимосвязанности сетевых технологий. Канал ввода-вывода – прямая двухто- чечная линия связи, аппаратно реализованная, высокая скорость ПД на корот- кие расстояния.
Рис. 3.10. Сеть Fibre Cannel
Элементы соединены двухточечными линиями между портами индивиду- альных узлов и коммутаторов. Взаимодействие состоит из передачи кадров по двунаправленным двухточечным линиям между портами.
Архитектура протоколов FCh включает 5 уровней.
FCh-0. Физический носитель – оптоволоконный кабель, ПД на большие расстояния; коаксиальный кабель для высоких скоростей на короткие расстоя- ния; экранированная витая пара для низких скоростей и коротких расстояний.
Скорости ПД от 100 Мбит/с до 3,2 Гбит/с. Расстояния от 33 м до 10 км.
FCh-1. Протокол ПД. Определяет схему кодирования сигнала (NRZI – потенциальный код с инверсией при единице).
FCh-2. Кадровый протокол. Имеет дело с определением форматов кадров, управлением потоком, контролем ошибок, группированием кадров в логиче- ские объекты, называемые последовательностями и обменами.
FCh-3. Общие службы. Сюда относят групповую рассылку.
FCh-4. Отображение. Определяет отображение на протоколы Fibre Chan- nel различных канальных и сетевых протоколов, включая IEEE802, ATM, IP и интерфейс SCSI (Small Computer Systems Interface – интерфейс малых компью- терных систем).
Соединение с кластерами
Лекции
Лабораторные
Справочники
Эссе
Вопросы
Стандарты
Программы
Дипломные
Курсовые
Помогалки
Графические
Доступные файлы (174):
3.1. Протоколы и стандарты локальных сетей
3.1.2. Структура стандартов IEEE 802.X
В 1980 году в институте IEEE был организован комитет 802 по стандартизации локальных сетей, в результате работы которого было принято семейство стандартов IEEE 802-х, которые содержат рекомендации по проектированию нижних уровней локальных сетей. Позже результаты работы этого комитета легли в основу комплекса международных стандартов ISO 8802-1. 5. Эти стандарты были созданы на основе очень распространенных фирменных стандартов сетей Ethernet, ArcNet и Token Ring.
Помимо IEEE в работе по стандартизации протоколов локальных сетей принимали участие и другие организации. Так, для сетей, работающих на оптоволокне, американским институтом по стандартизации ANSI был разработан стандарт FDDI, обеспечивающий скорость передачи данных 100 Мб/с. Работы по стандартизации протоколов ведутся также ассоциацией ЕСМА, которой приняты стандарты ЕСМА-80, 81, 82 для локальной сети типа Ethernet и впоследствии стандарты ЕСМА-89,90 по методу передачи маркера.
Стандарты семейства IEEE 802.X охватывают только два нижних уровня семи-уровневой модели OSI - физический и канальный. Это связано с тем, что именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей. Старшие же уровни, начиная с сетевого, в значительной степени имеют общие черты как для локальных, так и для глобальных сетей.
логической передачи данных (Logical Link Control, LLC);
управления доступом к среде (Media Access Control, MAC).
^ Уровень LLC отвечает за передачу кадров данных между узлами с различной степенью надежности, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. Именно через уровень LLC сетевой протокол запрашивает у канального уровня нужную ему транспортную операцию с нужным качеством. На уровне LLC существует несколько режимов работы, отличающихся наличием или отсутствием на этом уровне процедур восстановления кадров в случае их потери или искажения, то есть отличающихся качеством транспортных услуг этого уровня.
Протоколы уровней MAC и LLC взаимно независимы - каждый протокол уровня MAC может применяться с любым протоколом уровня LLC, и наоборот.
Стандарты IEEE 802 имеют достаточно четкую структуру, приведенную на рис. 3.1:
Рис. 3.1. Структура стандартов IEEE 802.X
Эта структура появилась в результате большой работы, проведенной комитетом 802 по выделению в разных фирменных технологиях общих подходов и общих функций, а также согласованию стилей их описания. В результате канальный уровень был разделен на два упомянутых подуровня. Описание каждой технологии разделено на две части: описание уровня MAC и описание физического уровня. Как видно из рисунка, практически у каждой технологии единственному протоколу уровня MAC соответствует несколько вариантов протоколов физического уровня (на рисунке в целях экономии места приведены только технологии Ethernet и Token Ring, но все сказанное справедливо также и для остальных технологий, таких как ArcNet, FDDI, l00VG-AnyLAN).
Над канальным уровнем всех технологий изображен общий для них протокол LLC, поддерживающий несколько режимов работы, но независимый от выбора конкретной технологии. Стандарт LLC курирует подкомитет 802.2. Даже технологии, стандартизованные не в рамках комитета 802, ориентируются на использование протокола LLC, определенного стандартом 802.2, например протокол FDDI, стандартизованный ANSI.
Особняком стоят стандарты, разрабатываемые подкомитетом 802.1. Эти стандарты носят общий для всех технологий характер. В подкомитете 802.1 были разработаны общие определения локальных сетей и их свойств, определена связь трех уровней модели IEEE 802 с моделью OSI. Но наиболее практически важными являются стандарты 802.1, которые описывают взаимодействие между собой различных технологий, а также стандарты по построению более сложных сетей на основе базовых топологий. Эта группа стандартов носит общее название стандартов межсетевого взаимодействия (internetworking). Сюда входят такие важные стандарты, как стандарт 802. ID, описывающий логику работы моста/коммутатора, стандарт 802.1Н, определяющий работу транслирующего моста, который может без маршрутизатора объединять сети Ethernet и FDDI, Ethernet и Token Ring и т. п. Сегодня набор стандартов, разработанных подкомитетом 802.1, продолжает расти. Например, недавно он пополнился важным стандартом 802.1Q, определяющим способ построения виртуальных локальных сетей VLAN в сетях на основе коммутаторов.
Стандарты 802.3,802.4,802.5 и 802.12 описывают технологии локальных сетей, которые появились в результате улучшений фирменных технологий, легших в их основу. Так, основу стандарта 802.3 составила технология Ethernet, разработанная компаниями Digital, Intel и Xerox (или Ethernet DIX), стандарт 802.4 появился | как обобщение технологии ArcNet компании Datapoint Corporation, а стандарт 802.5 в основном соответствует технологии Token Ring компании IBM.
Исходные фирменные технологии и их модифицированные варианты - стандарты 802.х в ряде случаев долгие годы существовали параллельно. Например, технология ArcNet так до конца не была приведена в соответствие со стандартом 802.4 (теперь это делать поздно, так как где-то примерно с 1993 года производство оборудования ArcNet было свернуто). Расхождения между технологией Token Ring и стандартом 802.5 тоже периодически возникают, так как компания IBM регулярно вносит усовершенствования в свою технологию и комитет 802.5 отражает эти усовершенствования в стандарте с некоторым запозданием. Исключение составляет технология Ethernet. Последний фирменный стандарт Ethernet DIX был принят в 1980 году, и с тех пор никто больше не предпринимал попыток фирменного развития Ethernet. Все новшества в семействе технологий Ethernet вносятся только в результате принятия открытых стандартов комитетом 802.3.
Более поздние стандарты изначально разрабатывались не одной компанией, а группой заинтересованных компаний, а потом передавались в соответствующий подкомитет IEEE 802 для утверждения. Так произошло с технологиями Fast Ethernet, l00VG-AnyLAN, Gigabit Ethernet. Группа заинтересованных компаний образовывала сначала небольшое объединение, а затем по мере развития работ к нему присоединялись другие компании, так что процесс принятия стандарта носил открытый характер.
1. Поясните разницу между расширяемостью и масштабируемостью на примере технологии Ethernet .
2. Сравните случайные и детерминированные методы доступа к разделяемой среде.
3. Почему протоколы канального уровня технологий глобальных сетей не делятся на подуровни MAC �и LLC ? Потому что глобальные сети не используют разделяемую среду.
4. Какие функции выполняет уровень � LLC ?
5. Что такое коллизия ?
6. В чем состоят функции преамбулы �и начального ограничителя кадра в стандарте Ethernet ?
7. Какие сетевые средства осуществляют jabber-контроль ?
8. Зачем в технологии Ethernet �введен межпакетный (межкадровый) интервал? Эта пауза нужна для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние, а также для предотвращения монопольного захвата среды одной станцией
9. Чему равны значения следующих характеристик стандарта 10Base-5 :
� номинальная пропускная способность �(бит/с); 10 Мбит/с
� эффективная (полезная ) пропускная способность �(бит/с); 9,76 Мбит/с для кадров максимальной длины. �
� пропускная способность �(кадр /с); 14880 кадров в секунду для кадров минимальной длины.
� внутрипакетная скорость передачи �(бит/с); 10 Мбит/с
� межбитовый интервал (с). 0,1 мкс
10. Чем объясняется, что минимальный размер кадра в стандарте 10Base-5 �выбран равным 64 байт? Выбор объясняется необходимостью устойчивого распознавания коллизий� для кадров при максимальном диаметре сети.
11. Почему стандарты 10 Base - T �и 10 Base - FL / FB вытеснили стандарты Ethernet �на коаксиальном кабеле? Потому что они обеспечили более высокий уровень надежности, управляемости и простоту эксплуатации сетей Ethernet . �
12. Поясните смысл каждого поля кадра Ethernet .
13. Как известно, имеются 4 стандарта на формат кадров Ethernet . Выберите из нижеприведенного списка названия для каждого из этих стандартов. Учтите, что некоторые стандарты имеют несколько названий:
14. Что может произойти в сети, в которой передаются кадры Ethernet �разных форматов? Некоторые узлы не смогут взаимодействовать друг с другом.
15. Как длина кадра влияет на работу сети? Какие проблемы связаны со слишком длинными кадрами? В чем состоит неэффективность коротких кадров? Слишком длинные кадры монополизируют использовакние сети одним узлом и приводят к задержкам пеоредачи данных. Слишком короткие кадры снижают полезную скорость передачи данных, так как размер размеры служебных полей становится соизмеримы с размерами поля данных. ��
16. Как коэффициент использования �влияет на производительность сети �Ethernet ? Как только коэффициент использования �общей среды превышает определенный порог, очереди к среде начинают расти нелинейно, и сеть становится практически неработоспособной.
17. Как скорость передачи �данных �технологии Ethernet �на разделяемой среде влияет на максимальный диаметр сети ? Чем выше скорость передачи, тем меньше максимальный диаметр сети.
18. Из каких соображений выбрана максимальная длина физического сегмента в стандартах Ethernet ? �Она выбрана с учетом того, чтобы мощность передатчика, обеспечивающая устойчивой прием сигналов при заданном затухании физической среды, не была слишком большой. ���
19. За счет чего была увеличена максимальная длина сегмента при переходе от стандарта FOIRL �к стандарту 10 Base - FL ? За счет увеличения мощности передатчика.
20. С чем связано ограничение, известное как �правило 4-х хабов �? С внесением хабом дополнительной задержки, что влияет на процесс распознавания коллизий.
21. Почему дуплексный режим �Ethernet �не поддерживается в концентраторах? Потому что их принцип работы подразумевает, что все физический сегменты сети являются единой разделяемой средой, которая может быть использована только одним передатчиком в каждый момент времени, а не двумя, как это предусмотрено при дуплексном режиме работы. �
22. Являются ли доменами коллизий показанные на рис. 12.18 фрагменты сети? Да кроме e)
Рис. 12.18. Домены коллизий
23. Какое максимальное время может ожидать станция до того момента, когда ее кадр �будет отброшен адаптером?
Адаптер отбрасывает кадр своей станции тогда, когда последовательрные 16 попыток его передачи приводили к коллизии. Период между коллизиями состоит из передачи кадра до момента распознавания коллизии и случайной паузы до следующей попытки передачи. В худшем случае адаптер распознает коллизию в конце интервала в 576 битовых интервалов, то есть после передачи начальных бит кадра в течение 57,6 мкс. Адаптер делает 16 таких попыток, поэтому эта составляющая времени до отбрасывания кадра равна 57,6 х 16 = 921,6 мкс. Если каждый раз при первых 10 коллизиях адаптер выбирает максимальное значение случайной паузы в 2 N х 51,2 �(мкс), то суммарное значение первых 10 пауз будет равно 51,2 х (2 N +1 � 2) = 104755.2 мкс. Оставшиеся 5 пауз будут равны максимальному значению 51,2 х 2 10 = 52428,8 мкс, что в сумме дает 262144 мс. Таким образом, максимальное значение паузы до отбрасывания кадра равно 367820 мкс = 368 мс ��
24. Что произойдет, если в сети, построенной на концентраторах, имеются замкнутые контуры (например такие, как на рис. 12.19)?
Передача кадра в такой сети будет вызывать коллизию
Рис. 12.19. Замкнутый контур в сети Ethernet �на концентраторах
25. Оцените снижение производительности сети Ethernet �при передаче файла размером в 240 000 байт при повышении уровня потерянных и искаженных кадров с 0 до 3 %. Работу сети иллюстрирует рис. 12.20.�
Рис. 12.20. Работа сети Ethernet �при передаче файла
Файл передается с помощью протоколов: Ethernet , IPX �(сетевой уровень ) и NCP �(прикладной протокол файлового сервиса). Размеры заголовков протоколов:
� Ethernet � 26 байт (с учетом преамбулы �и поля FCS );
Файл передается сегментами по 1000 байт. Восстанавливает потерянные и искаженные кадры только протокол NCP , который работает по методу простоя источника. Тайм-аут ожидания положительных квитанций фиксированный и равный 500 мс (это не единственный режим работы NCP, этот протокол может также работать в режиме скользящего окна, но в рассматриваемом случае режим скользящего окна не используется). Размер квитанции равен 10 байтам. Время обработки одного пакета на клиентской стороне составляет 650 мкс, а на сервере � 50 мкс.
Подсказка . Задача состоит из двух частей. Сначала нужно найти фактическую скорость передачи �файла при идеальной работе сети, когда процент искаженный и потерянных кадров Ethernet �равен нулю. Вторая часть задачи состоит в определении скорости передачи файла уже в условиях, когда по каким-то причинам кадры начали искажаться и теряться. Выполним первую часть задачи вместе.
Всего для передачи файла потребуется 240 пакетов Размер кадра Ethernet , переносящего 1000 байт передаваемого файла, составит:
1000 + 20 + 30 + 26 = 1076 байт, или 8608 бит.
Размер кадра Ethernet , переносящего квитанцию, равен 86 байт (вместе с преамбулой), или 688 бит.
В этих условиях время одного цикла передачи очередной части файла в идеальной сети составит:
860,8 + 68.8 +650 + 50 = 1629,6 мкс.
При этом общее время передачи файла в 240 000 байт составит:
240 �1629,6 = 0,391 с,
а фактическая скорость передачи �данных :
240000/0,391 = 613810 байт/с, или 4,92 Мбит/c.
Остается найти скорость передачи �данных �в условиях потерь и искажений кадров.
Ответ: Клиент-эхо устройство, пользователь или программное обеспечение, которое использует ресурсы другого устройства, либо пользователя, либо программного обеспечения.
Сервер- это устройство, пользователь, либо программное обеспечение, который предоставляет свои ресурсы другим пользователям, в пользование.
5. Назовите главные недостатки полносвязной архитектуры, а также архитектур типа общая шина, звезда, кольцо? Ответ: Полносвязная топология- оказывает громоздким и неэффективным.
Общая шина - Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть.
Звезда - К недостаткам топологии типа звезда относится более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора.
6. Какую топологию имеет односегментная сеть Ethernet, построенная на основе концентратора: общая шина или звезда? Ответ: Физическая топология-звезда, логическая топология- общая шина.
Определите функциональное назначение основных типов коммуникационного оборудования - повторителей, концентраторов, мостов, коммутаторов, маршрутизаторов.
Ответ: Простейшее из коммуникационных устройств — повторитель (repeator) — используятся для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети. Повторитель передает сигналы, приходящие из одного сегмента сети, в другие ее сегменты. Повторитель позволяет преодолеть ограничения на длину линий связи за счет улучшения качества передаваемого сигнала — восстановления мощности и амплитуды, улучшения фронтов и т. п.
Мост делит разделяемую среду передачи сети на части, передавая информацию из одного сегмента в другой только в том случае ,если передача действительно необходима, то есть если адрес компьютера назначение принадлежит другой подсети. Коммутатор по принципу обработки кадров ничем не[отличается от моста. Основное его отличие от моста состоит в том, что он является своего рода коммуникационным мультипроцессором.
Маршрутизаторы более надежно и более эффективно, чем мосты, изолируют трафик отдельных частей сети друг от друга. Маршрутизаторы образуют логические сегменты посредством явной адресации.
8. В чем отличие логической структуризации сети от физической?
Ответ: Заметим, что конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров между собой и может отличаться от конфигурации логических связей между узлами сети. Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сети и образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования. Физич. Структцризация сети (не) решает проблему перераспределения передачи трафика методом различных физич. сегментов сети.
9. Если все коммуникационные устройства в приведенном ниже фрагменте сети (рис.1) являются концентраторами, то на каких портах появится кадр, если его отправил компьютер А компьютеру В? Компьютеру С? Компьютеру D? Ответ: В каждом из перечисленных случаев кадр появится на всех портах всех устройств сети.
Если в предыдущем упражнении изменить условия и считать, что не все коммуникационные устройства являются коммутаторами , то на каких портах появится кадр, посланный компьютером А компьютеру В? Компьютеру С? Компьютеру D?
Ответ: Кадр, посланный компьютеру В, появится на портах 5,6. Кадр посланный компьютеру С, появится на портах 5,7,12,13. Кадр посланный компьютеру D, появится на портах 1,3,5,7,8,11,12,15,16,17.
11. Что такое «открытая система»?
12. Поясните разницу в употреблении терминов «протокол» и «интерфейс» применительно к многоуровневой модели взаимодействия устройств в сети.
Ответ: Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему уровню. В сущности, протокол и интерфейс выражают одно и то же понятие, но традиционно в сетях ними закрепили разные области действия: протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных уздах, а интерфейсы — модулей соседних уровней вводном узле.
13. Что стандартизирует модель OSI?
Ответ: Модель OSI стандартизирует количество, функции и названия уровней системных средств взаимодействия.
При каких типах ошибок в сети Ethernet концентратор обычно отключает порт?
Ответ: Реакция концентратора зависит от его производителя, чаще всего порт отключается при слишком длительной передаче (jabber)u слишком интенсивных коллизиях. Все концентраторы отключают порт при отсутствии ответных импульсов link test.
26. Как величина MTU влияет на работу сети? Ответ:
27. Какие проблемы несут слишком длинные кадры? Ответ:
28. В чем состоит неэффективность коротких кадров?
Kaк коэффициент использования влияет на производительность Ethernet?
Ответ: С увеличением коэффициента использования производительность сети экспоненциально падает.
30. Если Один вариант технологии Ethernet имеет более высокую скорость передачи данных, чем другой (например, Fast Ethernet и Ethernet), то какая из них поддерживает большую максимальную длину сети? Ответ: Технология, работающая на меньшей скорости, поддерживает большую максимальную длину сети.
31. Из каких соображений выбрана максимальная длина физического сегмента в стандартах Ethernet? Ответ: Из соображений приемлемого затухания сигнала.
32. Проверьте корректность конфигурации сети Fast Ethernet, приведенной на рисунке 2? Ответ: Расчет времени двойного оборота должен показать корректность сети.
Укажите максимально допустимые значения MTU для: Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM.
Ответ:Token Ring-для 4Мбит/с=5000 байт, для 16 Мбит/с=16кбайт. FDDI-после данных нулевой длины. ATM-53 байт.
34. Опишите алгоритм доступа к среде технологии Token Ring.
Ответ: В сетях Token Ring исп-ся маркерный метод доступа, который гарантирует кажд. Станции получ. Доступа к раздел. Кольцу в течение времени оборота маркера. Из-за этого св-ва этот метод показывают детерминированным. Метод доступа основан на приорит-х от 0 до 7.
Из каких соображений выбирается максимальное время оборота маркера по кольцу?
Ответ: Это время является произведением времени удержания маркера и максимального количества станций в кольце.
36. Если бы вам пришлось выбирать какую из технологий - Ethernet или Token Ring - использовать в сети вашего предприятия, какое решение вы бы приняли? Какие соображения привели бы в качестве обоснования этого решения? Ответ: Технология Token Ring является более сложной технологией, чем Ethernet. Она обладает свойствами отказоустойчивости. В сети Token Ring определены процедуры контроля работы сети, которые используют обратную связь кольцеобразной структуры — посланный кадр всегда возвращается в станцию-отправитель. В некоторых случаях обнаруженные ошибки в работе сети устраняются автоматически, например может быть восстановлен потерянный маркер. В других случаях ошибки только фиксируются, а их устранение выполняется вручную обслуживающим персоналом.
Что общего в работе концентратора l00VG-AnyLan и обычного моста?
Ответ: Использование таблицы соответствия МАС-адресов узлов сети портам устройства.
Поясните значения терминов «клиент» и «сервер»?
Ответ: Клиент-эхо устройство, пользователь или программное обеспечение, которое использует ресурсы другого устройства, либо пользователя, либо программного обеспечения.
Сервер- это устройство, пользователь, либо программное обеспечение, который предоставляет свои ресурсы другим пользователям, в пользование.
5. Назовите главные недостатки полносвязной архитектуры, а также архитектур типа общая шина, звезда, кольцо? Ответ: Полносвязная топология- оказывает громоздким и неэффективным.
Общая шина - Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть.
Звезда - К недостаткам топологии типа звезда относится более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора.
6. Какую топологию имеет односегментная сеть Ethernet, построенная на основе концентратора: общая шина или звезда? Ответ: Физическая топология-звезда, логическая топология- общая шина.
В стандарте 802.3z определены следующие типы физической среды:
• одномодовый волоконно-оптический кабель;
• многомодовый волоконно-оптический кабель 62,5/125;
• многомодовый волоконно-оптический кабель 50/125;
• двойной коаксиал с волновым сопротивлением 75 Ом.
Многомодовый кабель
Для передачи данных по традиционному для компьютерных сетей многомодовому волоконно-оптическому кабелю стандарт определяет применение излучателей, работающих на двух длинах волн: 1300 и 850 нм. Применение светодиодов с длиной волны 850 нм объясняется тем, что они намного дешевле, чем светодиоды, работающие на волне 1300 нм, хотя при этом максимальная длина кабеля уменьшается, так как затухание многомодового оптоволокна на волне 850 м более чем в два раза выше, чем на волне 1300 нм. Однако возможность удешевления чрезвычайно важна для такой в целом дорогой технологии, как Gigabit Ethernet.
Для многомодового оптоволокна стандарт 802.3z определил спецификации 1000Base-SX и 1000Base-LX.
В первом случае используется длина волны 850 нм (S означает Short Wavelength, короткая волна), а во втором — 1300 нм (L — от Long Wavelength, длинная волна).
Для спецификации 1000Base-SX предельная длина оптоволоконного сегмента для кабеля 62,5/125 оставляет 220 м, а для кабеля 50/125 — 500 м. Очевидно, что эти максимальные значения могут достигаться только для полнодуплексной передачи данных, так как время двойного оборота сигнала на двух отрезках 220 м равно 4400 bt, что превосходит предел 4095 bt даже без учета повторителя и сетевых адаптеров. Для полудуплексной передачи максимальные значения сегментов оптоволоконного кабеля всегда должны быть меньше 100 м. Приведенные расстояния в 220 и 500 м рассчитаны для худшего по стандарту случая полосы пропускания многомодового кабеля, находящегося в пределах от 160 до 500 МГц/км. Реальные кабели обычно обладают значительно лучшими характеристиками, находящимися между 600 и 1000 МГц/км. В этом случае можно увеличить длину кабеля до примерно 800 м.
Одномодовый кабель
Для спецификации 1000Base-LX в качестве источника излучения всегда применяется полупроводниковый лазер с длиной волны 1300 нм.
Основная область применения стандарта 1000Base-LX — это одномодовое оптоволокно. Максимальная длина кабеля для одномодового волокна равна 5000 м.
Спецификация 1000Base-LX может работать и на многомодовом кабеле. В этом случае предельное расстояние получается небольшим — 550 м. Это связано с особенностями распространения когерентного света в широком канале многомодового кабеля. Для присоединения лазерного трансивера к многомодовому кабелю необходимо использовать специальный адаптер.
Твинаксиальный кабель
В качестве среды передачи данных используется высококачественный твинакси-альный кабель (Twinax) с волновым сопротивлением 150 Ом (2х75 Ом). Данные посылаются одновременно по паре проводников, каждый из которых окружен экранирующей оплеткой. При этом получается режим полудуплексной передачи. Для обеспечения полнодуплексной передачи необходимы еще две пары коаксиальных проводников. Начал выпускаться специальный кабель, который содержит четыре; коаксиальных проводника — так называемый Quad-кабель. Он внешне напоминает кабель категории 5 и имеет близкий к нему внешний диаметр и гибкость. Максимальная длина твинаксиального сегмента составляет всего 25 метров, поэтому это решение подходит для оборудования, расположенного в одной комнате.
13.7.4. Gigabit Ethernet на витой паре категории 5
Как известно, каждая пара кабеля категории 5 имеет гарантированную полосу пропускания до 100 МГц. Для передачи по такому кабелю данных со скоростью 1000 Мбит/с. было решено организовать параллельную передачу одновременно по всем 4 парам кабеля (так же, как и в технологии 100VG-AnyLAN). Это сразу уменьшило скорость передачи данных по каждой паре до 250 Мбит/с. Ярднако и для такой скорости необходимо было придумать метод кодирования, который имел бы спектр не выше 100 МГц. Кроме того, одновременное использование четырех пар на первый взгляд лишает сеть возможность распознавать колизии.
На оба эти вопроса комитет 802.3аЬ нашел ответы.
Для кодирования данных был применен код РАМ5, использующий 5 уровней потенциала: -2, -1,0, +1, +2. Поэтому за один такт по одной паре передается 2,322 бит информации. Следовательно, тактовую частоту вместо 250 МГц можно снизить до 125 МГц. При этом если использовать не все коды, а передавать 8 бит за такт (по 4 парам), то выдерживается требуемая скорость передачи в 1000 Мбит/с и еще остаётся запас неиспользуемых кодов, так как код РАМ5 содержит 5 4 = 625 комбинаций, а если передавать за один такт по всем четырем парам 8 бит данных, то для (Того требуется всего 2 8 = 256 комбинаций. Оставшиеся комбинации приемник может использовать для контроля принимаемой информации и выделения правильных комбинаций на фоне шума. Код РАМ5 на тактовой частоте 125 МГц укладывается в полосу 100 МГц кабеля категории 5.
Для распознавания коллизий и организации полнодуплексного режима разработчики спецификации 802-ЗаЬ применили технику, используемую при организации дуплексного режима на одной паре проводов в современных модемах и аппаратуре передачи данных абонентских окончаний ISDN. Вместо передачи по разным парам проводов или разнесения сигналов двух одновременно работающих на встречу передатчиков, по диапазону частот, оба передатчика работают навстречу друг другу по каждой из 4-х пар в одном и том же диапазоне частот, так как используют один и тот же потенциальный код РАМ5 (рис. 3.26). Схема гибридной развязки Н позволяет приемнику и передатчику одного и того же узла использовать одновременно витую пару и для приема и для передачи (так же, как и в трансиверах коаксиального Ethernet).
Рис. 3.26. Двунаправленная передача по четырем парам UTP категории 5
Для отделения принимаемого сигнала от своего собственного приемник вычитает из результирующего сигнала известный ему свой сигнал. Естественно, что это не простая операция и для ее выполнения используются специальные цифровые сигнальные процессоры - DSP (Digital Signal Processor). Такая техника уже прошла проверку практикой, но в модемах и сетях ISDN она применялась совсем на других скоростях.
При полудуплексном режиме работы получение встречного потока данных считается коллизией, а для полнодуплексного режима работы — нормальной ситуацией.
Ввиду того, что работы по стандартизации спецификации Gigabit Ethernet на неэкранированной витой паре категории 5 подходят к концу, многие производители и потребители надеются на положительный исход этой работы, так как в этом случае для поддержки технологии Gigabit Ethernet не нужно будет заменять уже установленную проводку категории 5 на оптоволокно или проводку категории 7.
• Технология Gigabit Ethernet добавляет новую, 1000 Мбит/с., ступень в иерархии скоростей семейства Ethernet. Эта ступень позволяет эффективно строить крупные локальные сети, в которых мощные серверы и магистрали нижних уровней сети работают на скорости 100 Мбит/с, а магистраль Gigabit Ethernet объединяет их, обеспечивая достаточно большой запас пропускной способности.
• Разработчики технологии Gigabit Ethernet сохранили большую степень преемственности с технологиями Ethernet и Fast Ethernet. Gigabit Ethernet использует те же форматы кадров, что и предыдущие версии Ethernet, работает в полнодуплексном и полудуплексном режимах, поддерживая на разделяемой среде тот же метод доступа CSMA/CD с минимальными изменениями.
• Для обеспечения приемлемого максимального диаметра сети в 200 м в полудуплексном режиме разработчики технологии пошли на увеличение минимального размера кадра с 64 до 512 байт. Разрешается также передавать несколько кадров подряд, не освобождая среду, на интервале 8096 байт, тогда кадры не обязательно дополнять до 512 байт. Остальные параметры метода доступа и максимального размера кадра остались неизменными.
• Летом 1998 года был принят стандарт 802.3z, который определяет использование в качестве физической среды трех типов кабеля: многомодового оптоволоконного (расстояние до 500 м), одномодового оптоволоконного (расстояние до 5000 м) и двойного коаксиального (twinax), по которому данные передаются одновременно по двум медным экранированным проводникам на расстояние до 25 м.
• Для разработки варианта Gigabit Ethernet на UTP категории 5 была создана специальная группа 802.3ab, которая уже разработала проект стандарта для работы по 4-м парам UTP категории 5. Принятие этого стандарта ожидается в ближайшее время.
Вопросы и упражнения
Поясните разницу между расширяемостью и масштабируемостью на примере технологии Ethernet.
2. Что такое коллизия:
• (А) ситуация, когда станция, желающая передать пакет, обнаруживает, что в данный момент другая станция уже заняла передающую среду;
• (В) ситуация, когда две рабочие станции одновременно передают данные в разделяемую передающую среду.
3. Что такое домен коллизий? Являются ли доменами коллизий фрагменты сети, показанные на рис. 3.27?
4. В чем состоят функции преамбулы и начального ограничителя кадра в стандарте Ethernet?
5. Какие сетевые средства осуществляют jabber control?
6. Чему равны значения следующих характеристик стандарта lOBase-5:
• номинальная пропускная способность (бит/с);
• эффективная пропускная способность (бит/с);
• пропускная способность (кадр/с);
• внутрипакетная скорость передачи (бит/с);
• межбитовый интервал (с).
7. Чем объясняется, что минимальный размер кадра в стандарте 10Base-5 был выбран равным 64 байт?
Рис. 3.27. Домены коллизий
8. Поясните смысл каждого поля кадра Ethernet.
9. Как известно, имеются 4 стандарта на формат кадров Ethernet. Выберите из ниже приведенного списка названия для каждого из этих стандартов. Учтите, что некоторые стандарты имеют несколько названий:
10. Что может произойти в сети, в которой передаются кадры Ethernet разных форматов?
11. При каких типах ошибок в сети Ethernet концентратор обычно отключает порт?
12. Как величина MTU влияет на работу сети? Какие проблемы несут слишком длинные кадры? В чем состоит неэффективность коротких кадров?
13. Как коэффициент использования влияет на производительность сети Ethernet?
14. Если один вариант технологии Ethernet имеет более высокую скорость передачи данных, чем другой (например, Fast Ethernet и Ethernet), то какая из них поддерживает большую максимальную длину сети?
15. Из каких соображений выбрана максимальная длина физического сегмента в стандартах Ethernet?
6. Проверьте корректность конфигурации сети Fast Ethernet, приведенной на рис. 3.28.
Рм. 3.28. Пример конфигурации сети
17. Укажите максимально допустимые значения MTU для:
18. Опишите алгоритм доступа к среде технологии Token Ring.
19. Из каких соображений выбирается максимальное время оборота маркера по кольцу?
20. Если бы вам пришлось выбирать, какую из технологий — Ethernet или Token Ring — использовать в сети вашего предприятия, какое решение вы бы приняли? Какие соображения привели бы в качестве обоснования этого решения?
21. В чем состоит сходство и различие технологий FDDI и Token Ring?
22. Какие элементы сети FDDI обеспечивают отказоустойчивость?
23. Технология FDDI является отказоустойчивой. Означает ли это, что при любом однократном обрыве кабеля сеть FDDI будет продолжать нормально работать?
24. К каким последствиям может привести двукратный обрыв кабеля в кольце FDDI?
25. Что общего в работе концентратора 100VG-AnyLAN и обычного моста?
26. Какие из ниже перечисленных пар сетевых технологий совместимы по форматам кадров и, следовательно, позволяют образовывать составную сеть без необходимости транслирования кадров:
• (А) FDDI - Ethernet;
• (В) Token Ring - Fast Ethernet;
• (С) Token Ring - 100VG-AnyLAN;
• (D) Ethernet - Fast Ethernet;
• (E) Ethernet - 100VG-AnyLAN;
• (F) Token Ring - FDDI.
27. Из-за увеличения пропускной способности минимальный размер кадра в Gigabit Ethernet пришлось увеличить до 512 байт. В тех случаях, когда передаваемые данные не могут полностью заполнить поле данных кадра, оно дополняется до необходимой длины неким «заполнителем», который не несет полезной информации. Что предпринято в Gigabit Ethernet для сокращения накладных расходов, возникающих при передаче коротких данных?
28. С чем связано ограничение, известное как «правило 4-х хабов»?
Построение локальных сетей по стандартам физического и канального уровней
В данной главе рассматриваются вопросы, связанные с реализацией рассмотренных выше протоколов физического и канального уровней в сетевом коммуникационном оборудовании. Хотя на основе оборудования только этого уровня трудно построить достаточно крупную корпоративную сеть, именно кабельные системы, сетевые адаптеры, концентраторы, мосты и коммутаторы представляют наиболее массовый тип сетевых устройств.
За исключением кабельной системы, которая является протокольно независимой, устройство и функции коммуникационного оборудования остальных типов существенно зависят от того, какой конкретно протокол в них реализован. Концентратор Ethernet устроен не так, как концентратор Token Ring, а сетевой адаптер hfddi не сможет работать в сети Fast Ethernet. С другой стороны, даже в рамках одной технологии оборудование разных производителей может заметно отличаться друг от друга. В этой главе будут рассмотрены наиболее типичные варианты реализации основных и дополнительных устройств физического и канального уровней.
Олифер глава 3.doc
Базовые технологии локальных сетей
3.1.1. Общая характеристика протоколов локальных сетей
Подобный подход, заключающийся в использовании простых структур кабельных соединений между компьютерами локальной сети, соответствовал основной цели, которую ставили перед собой разработчики первых локальных сетей во второй половине 70-х годов. Эта цель заключалась в нахождении простого и дешевого решения для объединения в вычислительную сеть нескольких десятков компьютеров, находящихся в пределах одного здания. Решение должно было быть недорогим, поскольку в сеть объединялись недорогие компьютеры - появившиеся и быстро распространившиеся тогда мини-компьютеры стоимостью в 10 000-20 000 долларов. Количество их в одной организации было небольшим, поэтому предел в несколько десятков (максимум - до сотни) компьютеров представлялся вполне достаточным для роста практически любой локальной сети.
Для упрощения и, соответственно, удешевления аппаратных и программных решений разработчики первых локальных сетей остановились на совместном использовании кабелей всеми компьютерами сети в режиме разделения времени, то есть режиме TDM. Наиболее явным образом режим совместного использования кабеля проявляется в классических сетях Ethernet, где коаксиальный кабель физически представляет собой неделимый отрезок кабеля, общий для всех узлов сети. Но и в сетях Token Ring и FDDI, где каждая соседняя пара компьютеров соединена, казалось бы, своими индивидуальными отрезками кабеля с концентратором, эти отрезки не могут использоваться компьютерами, которые непосредственно к ним подключены, в произвольный момент времени. Эти отрезки образуют логическое кольцо, доступ к которому как к единому целому может быть получен только по вполне определенному алгоритму, в котором участвуют все компьютеры сети. Использование кольца как общего разделяемого ресурса упрощает алгоритмы передачи по нему кадров, так как в каждый конкретный момент времени кольцо занято только одним компьютером.
Использование разделяемых сред (shared media) позволяет упростить логику работы сети. Например, отпадает необходимость контроля переполнения узлов сети кадрами от многих станций, решивших одновременно обменяться информацией. В глобальных сетях, где отрезки кабелей, соединяющих отдельные узлы, не рассматриваются как общий ресурс, такая необходимость возникает, и для решения этой проблемы в протоколы обмена информацией вводятся весьма сложные процедуры управления потоком кадров, предотвращающие переполнение каналов связи и узлов сети.
Использование в локальных сетях очень простых конфигураций (общая шина и кольцо) наряду с положительными имело и отрицательные последствия, из которых наиболее неприятными были ограничения по производительности и надежности. Наличие только одного пути передачи информации, разделяемого всеми узлами сети, в принципе ограничивало пропускную способность сети пропускной способностью этого пути (которая делилась в среднем на число компьютеров сети), а надежность сети - надежностью этого пути. Поэтому по мере повышения популярности локальных сетей и расширения их сфер применения все больше стали применяться специальные коммуникационные устройства - мосты и маршрутизаторы, - которые в значительной мере снимали ограничения единственной разделяемой среды передачи данных. Базовые конфигурации в форме общей шины и кольца превратились в элементарные структуры локальных сетей, которые можно теперь соединять друг с другом более сложным образом, образуя параллельные основные или резервные пути между узлами.
Тем не менее внутри базовых структур по-прежнему работают все те же протоколы разделяемых единственных сред передачи данных, которые были разработаны более 15 лет назад. Это связано с тем, что хорошие скоростные и надежностные характеристики кабелей локальных сетей удовлетворяли в течение всех этих лет пользователей небольших компьютерных сетей, которые могли построить сеть без больших затрат только с помощью сетевых адаптеров и кабеля. К тому же колоссальная инсталляционная база оборудования и программного обеспечения для технологий Ethernet и Token Ring способствовала тому, что сложился следующий подход: в пределах небольших сегментов используются старые протоколы в их неизменном виде, а объединение таких сегментов в общую сеть происходит с помощью дополнительного и достаточно сложного оборудования.
В последние несколько лет наметилось движение к отказу от разделяемых сред передачи данных в локальных сетях и переходу к применению активных коммутаторов, к которым конечные узлы присоединяются индивидуальными линиями связи. В чистом виде такой подход предлагается в технологии АТМ (Asynchronous Transfer Mode), а в технологиях, носящих традиционные названия с приставкой switched (коммутируемый): switched Ethernet, switched Token Ring, switched FDDI, обычно используется смешанный подход, сочетающий разделяемые и индивидуальные среды передачи данных. Чаще всего конечные узлы соединяются в небольшие разделяемые сегменты с помощью повторителей, а сегменты соединяются друг с другом с помощью индивидуальных коммутируемых связей.
Существует и достаточно заметная тенденция к использованию в традиционных технологиях так называемой микросегментации, когда даже конечные узлы сразу соединяются с коммутатором индивидуальными каналами. Такие сети получаются дороже разделяемых или смешанных, но производительность их выше.
При использовании коммутаторов у традиционных технологий появился новый режим работы - полнодуплексный (full-duplex). В разделяемом сегменте станции всегда работают в полудуплексном режиме (half-duplex), так как в каждый момент времени сетевой адаптер станции либо передает свои данные, либо принимает чужие, но никогда не делает это одновременно. Это справедливо для всех технологий локальных сетей, так как разделяемые среды поддерживаются не только классическими технологиями локальных сетей Ethernet, Token Ring, FDDI, но и всеми новыми - Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, Gigabit Ethernet.
В полнодуплексном режиме сетевой адаптер может одновременно передавать свои данные в сеть и принимать из сети чужие данные. Такой режим несложно обеспечивается при прямом соединение с мостом/коммутатором или маршрутизатором, так как вход и выход каждого порта такого устройства работают независимо друг от друга, каждый со своим буфером кадров.
Сегодня каждая технология локальных сетей приспособлена для работы как в полудуплексном, так и полнодуплексном режимах. В этих режимах ограничения, накладываемые на общую длину сети, существенно отличаются, так что одна и та же технология может позволять строить весьма различные сети в зависимости от выбранного режима работы (который зависит от того, какие устройства используются для соединения узлов - повторители или коммутаторы). Например, технология Fast Ethernet позволяет для полудуплексного режима строить сети диаметром не более 200 метров, а для полнодуплексного режима ограничений на диаметр сети не существует. Поэтому при сравнении различных технологий необходимо обязательно принимать во внимание возможность их работы в двух режимах. В данной главе изучается в основном полудуплексный режим работы протоколов, а полнодуплексный режим рассматривается в следующей главе, совместно с изучением коммутаторов.
Несмотря на появление новых технологий, классические протоколы локальных сетей Ethernet и Token Ring по прогнозам специалистов будут повсеместно использоваться еще по крайней мере лет 5-10, в связи с чем знание их деталей необходимо для успешного применения современной коммуникационной аппаратуры. Кроме того, некоторые современные высокопроизводительные технологии, такие как Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, в значительной степени сохраняют преемственность со своими предшественниками. Это еще раз подтверждает важность изучения классических протоколов локальных сетей, естественно, наряду с изучением новых технологий.
^
Доступные файлы (174):
Читайте также: