Какая организация разработала основные стандарты сетей ethernet и token ring
История возникновения Ethernet. Ethernet- самая популярная из используемых сегодня физической архитектуры сети. Созданная в 60-х годах, в гавайском университете как Aloha она стала первой пакетной радиосетью. В которой использовался метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружения конфликтов (CSMA/CD)76г.
На основе оригинальной спецификации компанией Xerox’s Intel Digital создали расширенную спецификацию сети позволяющая передавать данные со скоростью 10 Мбит/сек.
Данная спецификация стала основной для более позднего стандарта IEEE 802,3.
В 1990г. комитет IEEE, выпустил спецификацию для User net функционирующую на кабеле витая пара.
Ethernet имеет шинную или звездообразную топологию, в которой используется передача сигнала в основной полосе частот Base band и метод арбитража доступа к сети CSMA/CD.
Среда передачи данных Ethernet, пассивна, т.е. передачей сигнала по сети управляет ПК.
Принцип работы Ethernet. Ethernet осуществляет арбитраж доступа к сети по методу множественного доступа с контролем несущей и обнаружения конфликтов CSMA/CD. Это означает, что в каждый момент времени сеть может использовать только одна рабочая станция.
Если сняв трубку слышен тональный сигнал, то линия свободна, таким образом, система работает в режиме прослушивания несущей (CS) Carrier Seance. Если тональный сигнал несущая (CS) присутствует в сети, то его используют по назначению.
Множественный доступ, (MA) Multiple Access означает что с линией может работать одновременно несколько сторон.
Обнаружение конфликтов (CD) Collision Detection описывает ситуацию когда 2 человека одновременно набирают один и тот же номер в этом случае возникает конфликт, им либо придется повестить трубку и набрать номер снова, либо по очереди.
Первый из них захватывает линию и получает доступ и сможет позвонить.
В Ethernet рабочие станции посылают сигналы по сети. При возникновения конфликта они прекращают передачу, ждут в период случайного времени а затем повторяют ее.
Используя подобные правила, рабочие станции должны контролировать между собой за возможность представить информацию по сети. Большинство сетей работают со скоростью 10 Мбит/сек.
Принцип работы Ethernet.
Перед тем как передавать данные в каждый узел сети, проверяют свободна ли линия связи, если нет, то ждет окончания процесса передачи и потом повторяет попытку передачи своих данных. Данные которые передаются по линии связи объединяются в кадры.
Кадр- это набор двоичных символов определенной длины.
Каждый кадр- содержит адрес ПК получателя, адрес ПК отправителя, полезные данные (информацию для передачи) и служебную информацию для проверки достоверности данных и исправления ошибок.
Ethernet- 10 Мбит/сек. Применяются многие типы кабеля или среды передачи данных.
В различных типах Ethernet, применяются разные характеристики передачи сигнала, но во всех используется одна и та же спецификация кадров Ethernet, скорость 10 Мбит/сек. Арбитраж доступа CSMA/CD.
Наиболее распространенные типы кабельных систем Ethernet 10 Мбит/сек:
10 Base- 5- толстая Ethernet (с толстым коаксиальным кабелем Think net)
10 Base- 2- тонкая Ethernet (с тонким коаксиальным кабелемthin net)
10 Base- T- где применяются кабель неэкранированная витая пара
10 Base- FL- используется оптоволоконный кабель.
Цифры после Base это расстояние. Передача происходит по основной полосе.
4. Ethernet 100 Мбит/сек. Типы кабельных систем:
100 VG – Ang LAN
Ethernet 100 BaseT или Fast Ethernet.
5. Сегментация. При расширении сети Ethernet и увеличение числа станции сети ее производительность может значительно снизиться, это связано с тем, что Ethernet реализует совместно используемую (разделяющую) среду передачи Д. И когда информацию передают множество станций, возникает перегрузка сети (Congestion)- число конфликтов начинает превышать число успешных передач.
Одним из решения перегрузки, является использование сегментации.
Сегментация представляет собой разбиение сети Ethernet на 2 или более сегмента (фрагменты сети), связываемых с помощью мостов или маршрутизаторов, полученных в результате сегменты, имеют меньше число станций конкурирующих за доступ к сети.
Мост или маршрутизатор, передает Д. из одного сегмента в другой, остальной трафик остается в том сегменте к которому он принадлежит.
Базовые сетевые технологии: TOKEN RING.
Архитектура Token ring была разработана компанией IBM как высоконадежная устойчивая к отказам сеть. Она сложнее Ethernet что связано с ее функцией самовосстановления.
Token ring- это стандарт IEEE 802.5, она имеет топологию звезды с логическим кольцом.
В сети Token ring, каждый ПК имеет доступ к сети какое-то кол-во времени. Доступ разрешен при наличии специального разрешения (маркера)- Token.
В сети которая имеет кольцевую структуру, Д. передаются эстафетой с помощью маркера от станции к станции в одном направлении.
Станция имеет право передавать свой кадр только при наличии этого маркера.
Маркер генерируется одним ПК, который в сети называется активным монитором (Active Monitor).
Базовые сетевые технологии: FDDI
FDDI (Fiber Distributed Dat Interface)- распределенный интерфейс передачи Д. по Вол. Опт. каналам или распределенная оптоволоконная линия связи.
В отличие от Token ring, FDDI реализуется без традиционных концентраторов Hab, хотя здесь можно встретить аналогичное устройство Concentrator.
Принцип работы. FDDI как и Token ring использует для управления доступа к сети схем с передачей маркера.
В отличие от Token ring устройства FDDI могут передавать данные одновременно.
В FDDI применяется еще сложный метод доступа к сети чем в Token ring.
Как и в Token ring по кольцу передается маркер и владельцу маркера разрешается передавать кадры FDDI.
Но в отличие Token ring в сети FDDI может одновременно циркулировать несколько кадров. Это происходит потому что владельцу маркера разрешается передавать несколько маркеров не ожидая пока первый кадр завершит свой путь по кольцу.
Владельцу маркера FDDI, разрешается так же освободить свой маркер и передать его следующей станции в кольце как только он отправит свой первый кадр, и не ждать своего полного оборота маркера по кольцу- это означает что следующая станция может начать передачу когда кадры первой станции еще циркулируют в сети.
Базовые сетевые технологии: АТМ, AppleTalk, ARCNet
АТМ (Asynchronous Transfer Mode). Режим синхронной передачи: АТМ новая сетевая технология все шире используемая в магистральных и глобальных сетях. Это высокоскоростная сеть, в которой используется волок. опт. кабели или медный кабель категории 5.
АТМ- представляет собой коммутируемую сеть с прямыми соединениями. Это означает что станции соединяются друг с другом через центральное устройство коммутатор.
Apple Talk сетевая архитектура встраиваемая в каждый ПК Макинтош. Она появилась в 83г. и предназначалась для соединения ПК Apple, в рабочих группах с помощью простой кабельной схемы.
Сеть Token-Ring (маркерное кольцо) была предложена компанией IBM в 1985 году (первый вариант появился в 1980 году). Она предназначалась для объединения в сеть всех типов компьютеров, выпускаемых IBM . Уже тот факт, что ее поддерживает компания IBM , крупнейший производитель компьютерной техники, говорит о том, что ей необходимо уделить особое внимание. Но не менее важно и то, что Token-Ring является в настоящее время международным стандартом IEEE 802.5 (хотя между Token-Ring и IEEE 802.5 есть незначительные отличия). Это ставит данную сеть на один уровень по статусу с Ethernet .
Разрабатывалась Token-Ring как надежная альтернатива Ethernet . И хотя сейчас Ethernet вытесняет все остальные сети, Token-Ring нельзя считать безнадежно устаревшей. Более 10 миллионов компьютеров по всему миру объединены этой сетью.
Компания IBM сделала все для максимально широкого распространения своей сети: была выпущена подробная документация вплоть до принципиальных схем адаптеров. В результате многие компании, например, 3СOM, Novell, Western Digital , Proteon и другие приступили к производству адаптеров. Кстати, специально для этой сети, а также для другой сети IBM PC Network была разработана концепция NetBIOS. Если в созданной ранее сети PC Network программы NetBIOS хранились во встроенной в адаптер постоянной памяти, то в сети Token-Ring уже применялась эмулирующая NetBIOS программа . Это позволило более гибко реагировать на особенности аппаратуры и поддерживать совместимость с программами более высокого уровня.
Сеть Token-Ring имеет топологию кольцо, хотя внешне она больше напоминает звезду. Это связано с тем, что отдельные абоненты (компьютеры) присоединяются к сети не напрямую, а через специальные концентраторы или многостанционные устройства доступа ( MSAU или MAU – Multistation Access Unit ). Физически сеть образует звездно-кольцевую топологию (рис. 7.3). В действительности же абоненты объединяются все-таки в кольцо, то есть каждый из них передает информацию одному соседнему абоненту, а принимает информацию от другого.
Концентратор ( MAU ) при этом позволяет централизовать задание конфигурации, отключение неисправных абонентов, контроль работы сети и т.д. (рис. 7.4). Никакой обработки информации он не производит.
Для каждого абонента в составе концентратора применяется специальный блок подключения к магистрали (TCU – Trunk Coupling Unit), который обеспечивает автоматическое включение абонента в кольцо, если он подключен к концентратору и исправен. Если абонент отключается от концентратора или же он неисправен, то блок TCU автоматически восстанавливает целостность кольца без участия данного абонента. Срабатывает TCU по сигналу постоянного тока (так называемый "фантомный" ток), который приходит от абонента, желающего включиться в кольцо. Абонент может также отключиться от кольца и провести процедуру самотестирования (крайний правый абонент на рис. 7.4). "Фантомный" ток никак не влияет на информационный сигнал, так как сигнал в кольце не имеет постоянной составляющей.
Конструктивно концентратор представляет собой автономный блок с десятью разъемами на передней панели (рис. 7.5).
Восемь центральных разъемов (1. 8) предназначены для подключения абонентов (компьютеров) с помощью адаптерных ( Adapter cable ) или радиальных кабелей. Два крайних разъема: входной RI (Ring In) и выходной RO (Ring Out) служат для подключения к другим концентраторам с помощью специальных магистральных кабелей ( Path cable ). Предлагаются настенный и настольный варианты концентратора.
Существуют как пассивные, так и активные концентраторы MAU . Активный концентратор восстанавливает сигнал, приходящий от абонента (то есть работает, как концентратор Ethernet ). Пассивный концентратор не выполняет восстановление сигнала, только перекоммутирует линии связи.
Концентратор в сети может быть единственным (как на рис.7.4), в этом случае в кольцо замыкаются только абоненты, подключенные к нему. Внешне такая топология выглядит, как звезда . Если же нужно подключить к сети более восьми абонентов, то несколько концентраторов соединяются магистральными кабелями и образуют звездно-кольцевую топологию.
Как уже отмечалось, кольцевая топология очень чувствительна к обрывам кабеля кольца. Для повышения живучести сети, в Token-Ring предусмотрен режим так называемого сворачивания кольца, что позволяет обойти место обрыва.
В нормальном режиме концентраторы соединены в кольцо двумя параллельными кабелями, но передача информации производится при этом только по одному из них (рис. 7.6).
В случае одиночного повреждения (обрыва) кабеля сеть осуществляет передачу по обоим кабелям, обходя тем самым поврежденный участок. При этом даже сохраняется порядок обхода абонентов, подключенных к концентраторам (рис. 7.7). Правда, увеличивается суммарная длина кольца.
В случае множественных повреждений кабеля сеть распадается на несколько частей (сегментов), не связанных между собой, но сохраняющих полную работоспособность (рис. 7.8). Максимальная часть сети остается при этом связанной, как и прежде. Конечно, это уже не спасает сеть в целом, но позволяет при правильном распределении абонентов по концентраторам сохранять значительную часть функций поврежденной сети.
Несколько концентраторов может конструктивно объединяться в группу, кластер ( cluster ), внутри которого абоненты также соединены в кольцо. Применение кластеров позволяет увеличивать количество абонентов, подключенных к одному центру, например, до 16 (если в кластер входит два концентратора).
В качестве среды передачи в сети IBM Token-Ring сначала применялась витая пара , как неэкранированная ( UTP ), так и экранированная ( STP ), но затем появились варианты аппаратуры для коаксиального кабеля, а также для оптоволоконного кабеля в стандарте FDDI .
Основные технические характеристики классического варианта сети Token-Ring :
- максимальное количество концентраторов типа IBM 8228 MAU – 12;
- максимальное количество абонентов в сети – 96;
- максимальная длина кабеля между абонентом и концентратором – 45 метров;
- максимальная длина кабеля между концентраторами – 45 метров;
- максимальная длина кабеля, соединяющего все концентраторы – 120 метров;
- скорость передачи данных – 4 Мбит/с и 16 Мбит/с.
Все приведенные характеристики относятся к случаю использования неэкранированной витой пары. Если применяется другая среда передачи , характеристики сети могут отличаться. Например, при использовании экранированной витой пары ( STP ) количество абонентов может быть увеличено до 260 (вместо 96), длина кабеля – до 100 метров (вместо 45), количество концентраторов – до 33, а полная длина кольца, соединяющего концентраторы – до 200 метров. Оптоволоконный кабель позволяет увеличивать длину кабеля до двух километров.
Для передачи информации в Token-Ring применяется бифазный код (точнее, его вариант с обязательным переходом в центре битового интервала). Как и в любой звездообразной топологии, никаких дополнительных мер по электрическому согласованию и внешнему заземлению не требуется. Согласование выполняется аппаратурой сетевых адаптеров и концентраторов.
Для присоединения кабелей в Token-Ring используются разъемы RJ-45 (для неэкранированной витой пары), а также MIC и DB9P. Провода в кабеле соединяют одноименные контакты разъемов (то есть используются так называемые "прямые" кабели).
Сеть Token-Ring в классическом варианте уступает сети Ethernet как по допустимому размеру, так и по максимальному количеству абонентов. Что касается скорости передачи, то в настоящее время имеются версии Token-Ring на скорость 100 Мбит/с (High Speed Token -Ring, HSTR ) и на 1000 Мбит/с ( Gigabit Token -Ring). Компании, поддерживающие Token-Ring (среди которых IBM , Olicom, Madge), не намерены отказываться от своей сети, рассматривая ее как достойного конкурента Ethernet .
По сравнению с аппаратурой Ethernet аппаратура Token-Ring заметно дороже, так как используется более сложный метод управления обменом, поэтому сеть Token-Ring не получила столь широкого распространения.
Однако в отличие от Ethernet сеть Token-Ring значительно лучше держит высокий уровень нагрузки (более 30—40%) и обеспечивает гарантированное время доступа . Это необходимо, например, в сетях производственного назначения, в которых задержка реакции на внешнее событие может привести к серьезным авариям.
В сети Token-Ring используется классический маркерный метод доступа, то есть по кольцу постоянно циркулирует маркер, к которому абоненты могут присоединять свои пакеты данных (см. рис. 7.8). Отсюда следует такое важное достоинство данной сети, как отсутствие конфликтов, но есть и недостатки, в частности необходимость контроля целостности маркера и зависимость функционирования сети от каждого абонента (в случае неисправности абонент обязательно должен быть исключен из кольца).
Предельное время передачи пакета в Token-Ring 10 мс. При максимальном количестве абонентов 260 полный цикл работы кольца составит 260 x 10 мс = 2,6 с. За это время все 260 абонентов смогут передать свои пакеты (если, конечно, им есть чего передавать). За это же время свободный маркер обязательно дойдет до каждого абонента. Этот же интервал является верхним пределом времени доступа Token-Ring .
Каждый абонент сети (его сетевой адаптер ) должен выполнять следующие функции:
- выявление ошибок передачи;
- контроль конфигурации сети (восстановление сети при выходе из строя того абонента, который предшествует ему в кольце);
- контроль многочисленных временных соотношений, принятых в сети.
Большое количество функций, конечно, усложняет и удорожает аппаратуру сетевого адаптера.
Первое, что приходит в голову, когда речь заходит о технологиях локальных сетей – это, конечно, Ethernet. Эта технология была разработана в 1970 году Исследовательским центром в Пало-Альто, принадлежащем корпорации Xerox. В 1980 г. на его основе появилась спецификация IEEE 802.3. Пожалуй, самой характерной чертой Ethernet является метод доступа к среде передачи - CSMA/CD (carrier-sense multiple access/collision detection) - множественный доступ с обнаружением несущей. Перед началом передачи данных сетевой адаптер Ethernet "прослушивает" сеть, чтобы удостовериться, что никто больше ее не использует. Если среда передачи в данный момент кем-то используется, адаптер задерживает передачу, если же нет, то начинает передавать. В том случае, когда два адаптера, предварительно прослушав сетевой трафик и обнаружив "тишину", начинают передачу одновременно, происходит коллизия. При обнаружении адаптером коллизии обе передачи прерываются, и адаптеры повторяют передачу спустя некоторое случайное время (естественно, предварительно опять прослушав канал на предмет занятости). Для приема информации адаптер должен принимать все пакеты в сети, чтобы определить, не он ли является адресатом.
Различные реализации - Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet – обеспечивают пропускную способность соответственно 10, 100 и 1000 Мбит/с.
Основной недостаток сетей Ethernet обусловлен методом доступа к среде передачи: при наличии в сети большого количества одновременно передающих станций растет количество коллизий, а пропускная способность сети падает. В экстремальных случаях скорость передачи в сети может упасть до нуля. Но даже в сети, где средняя нагрузка не превышает максимально допустимую рекомендованную (30-40% от общей полосы пропускания), скорость передачи составляет 70-80% от номинальной. В некоторой степени этот недостаток может быть устранен применением коммутаторов (switch) вместо концентраторов (hub). При этом трафик между портами, подключенными к передающему и принимающему сетевым адаптерам, изолируется от других портов и адаптеров.
Весьма существенным преимуществом различных вариантов Ethernet является обратная совместимость, которая позволяет использовать их совместно в одной сети, в ряде случаев даже не изменяя существующую кабельную систему.
Эта технология настолько распространена и разнообразна, что заслуживает отдельного обзора.
Token Ring
В 1970 году эта технология была разработана компанией IBM, а после стала основой стандарта IEEE 802.5. Token Ring является сетью с передачей маркера. Кабельная топология – звезда или кольцо, но в логически данные всегда передаются последовательно от станции к станции по кольцу. При этом способе организации передачи информации по сети циркулирует небольшой блок данных – маркер. Каждая станция принимает маркер и может удерживать его в течении определенного времени. Если станции нет необходимости передавать информацию, она просто передает маркер следующей станции. Если станция начинает передачу, она модифицирует маркер, который преобразовывается в последовательность "начало блока данных", после которого следует собственно передаваемая информация. На время прохождения данных маркер в сети отсутствует, таким образом остальные станции не имеют возможности передачи и коллизии невозможны в принципе. При прохождении станции назначения информация принимается, но продолжает передаваться, пока не достигнет станции-отправителя, где удаляется окончательно. Для обработки возможных ошибок, в результате которых маркер может быть утерян, в сети присутствует станция с особыми полномочиями, которая может удалять информацию, отправитель которой не может удалить ее самостоятельно, а также восстанавливать маркер. Поскольку для Token Ring всегда можно заранее рассчитать максимальную задержку доступа к среде для передачи информации, она может применяться в различных автоматизированных системах управления, производящих обработку информации и управление процессами в реальном времени. Для сохранения работоспособности сети при возникновении неисправностей предусмотрены специальные алгоритмы, позволяющие в ряде случаев изолировать неисправные участки путем автоматической реконфигурации. Скорость передачи, описанная в IEEE 802.5, составляет 4 Мбит/с, однако существует также реализация 16 Мбит/с, разработанная в результате развития технологии Token Ring.
ARCnet
Attached Resourse Computing Network (ARCnet) – сетевая архитектура, разработанная компанией Datapoint в середине 70-х годов (наверное, пора уточнять - XX века :-).
В качестве стандарта IEEE ARCnet принят не был, но частично соответствует IEEE 802.4. Сеть с передачей маркера. Топология - звезда или шина. В качестве среды передачи ARCnet может использовать коаксиальный кабель, витую пару и оптоволоконный кабель. На местной почве, естественно, были популярны варианты на коаксиале и витой паре. Закрепить свои позиции этому недорогому стандарту помешало малое быстродействие - всего-то 2,5 Мбит/с. В начале 90-х Datapoint разработала ARCNETPLUS, со скоростью передачи до 20 Мбит/с, обратно совместимый с ARCnet. Но время было упущено – чересчур медленный ARCnet к тому времени мало где выжил, а в спину новому ARCNETPLUS уже дышал Fast Ethernet. Но есть место для применения ARCnet и в современной сети. Допустимая длина коаксиального кабеля при топологии "звезда" – 610 м. Чем не вариант для соединения локальных сетей в двух рядом стоящих зданиях? Что называется – "дешевле не бывает". Проблемы две - найти старинные сетевые адаптеры и "прикрутить" старые драйвера к современной операционной системе :-).
Технология Fiber Distributed Data Interface (FDDI) была разработана в 1980 году комитетом ANSI. Была первой технологией локальных сетей, использовавшей в качестве среды передачи оптоволоконный кабель. Причинами, вызвавшими его разработку, были возрастающие требования к пропускной способности и надежности сетей. Этот стандарт оговаривает передачу данных по двойному кольцу оптоволоконного кабеля со скоростью 100 Мбит/с. При этом сеть может охватывать очень большие расстояния – до 100 км по периметру кольца. FDDI, также как и Token Ring, является сетью с передачей маркера. В FDDI разделяются 2 вида трафика – синхронный и асинхронный. Полоса пропускания, выделяемая для синхронного трафика, может выделяться станциям, которым необходима постоянная возможность передачи. Это очень ценное свойство при передаче чувствительной к задержкам информации - как правило, это передача голоса и видео. Полоса пропускания, выделяемая под асинхронный трафик, может распределяться между станциями с помощью восьмиуровневой системы приоритетов. Применение двух оптоволоконных колец позволяет существенно повысить надежность сети. В обычном режиме передача данных происходит по основному кольцу, вторичное кольцо не задействуется. При возникновении неисправности в основном кольце вторичное кольцо объединяется с основным, вновь образуя замкнутое кольцо. При множественных неисправностях сеть распадается на отдельные кольца.
Высокая надежность, пропускная способность и допустимые расстояния, с одной стороны, и высокая стоимость оборудования, с другой, ограничивают область применения FDDI соединением фрагментов локальных сетей, построенных по более дешевым технологиям.
Технология, основанная на принципах FDDI, но с применением в качестве среды передачи медной витой пары, называется CDDI. Хотя стоимость построения сети CDDI ниже, чем FDDI, теряется очень существенное преимущество – большие допустимые расстояния.
Американский национальный институт стандартов (ANSI) и Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии (CCITT, МККТТ) начинали разработку стандартов ATM (Asynchronous Transfer Mode – Асинхронный Режим Передачи) как набора рекомендаций для сети B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network). При этом изначально преследовалась цель повышения эффективности использования телекоммуникационных соединений, возможность применения в локальных сетях не рассматривалась. Так как ATM, с одной стороны, весьма специфична и непохожа на другие технологии, а с другой стороны, получила достаточно широкое распространение (особенно за рубежом :-), она заслуживает отдельного, весьма обширного обзора. Сейчас попытаюсь отметить только основные черты.
В технологии ATM используются небольшие, фиксированной длины пакеты, называемые ячейками (cells). Размер ячейки - 53 байта (5 байт заголовок + 48 байт данные).
В отличии от традиционных технологий, применяемых в локальных сетях, АТМ – технология с установлением соединения. Т.е. перед сеансом передачи устанавливается виртуальный канал отправитель-получатель, который не может использоваться другими станциями. (В традиционных технологиях соединение не устанавливается, а в среду передачи помещаются пакеты с указанным адресом.) Несколько виртуальных каналов АТМ могут одновременно сосуществовать в одном физическом канале.
Для обеспечения взаимодействия устройств в ATM используются коммутаторы. При установлении соединения в таблицу коммутации заносятся номер порта и идентификатор соединения, который присутствует в заголовке каждой ячейки. В последствии коммутатор обрабатывает поступающие ячейки, основываясь на идентификаторах соединения в их заголовках.
Технология ATM предоставляет возможность регламентировать для каждого соединения минимально достаточную пропускную способность, максимальную задержку и максимальную потерю данных, а также содержит методы для обеспечения управления трафиком и механизмы обеспечения определенного качества обслуживания. Это позволяет совмещать в одной сети несколько типов трафика в одной сети. Обычно выделяют 3 разновидности трафика – видео, голос, данные.
Технология АТМ отличается широкими возможностями масштабирования. В рамках применения АТМ в локальных сетях интерес представляют варианты со скоростью передачи 25 (витая пара класса 3 и выше) и 155 Мбит/с (витая пара класса 5, оптоволокно), 622 Мбит/с (оптоволокно). Существующие стандарты АТМ предусматривают скорости передачи вплоть до 2,4 Гбит/с.
Использование АТМ на практике, прежде всего, привлекательно возможностью использовать одну сеть для всех необходимых видов трафика, причем технология АТМ не ограничивается уровнем локальных сетей – те же самые принципы функционирования и у WAN сегментов сетей ATM. В качестве недостатка можно указать стоимость оборудования, существенно большую, чем у Fast Ethernet, например. Кроме того, сама организация сетей АТМ несколько сложнее и в ряде случаев требует существенной реорганизации существующей сети.
Сети Ethernet и Fast Ethernet
Наибольшее распространение среди стандартных сетей получила сеть Ethernet . Впервые она появилась в 1972 году (разработчиком выступила известная фирма Xerox). Сеть оказалась довольно удачной, и вследствие этого ее в 1980 году поддержали такие крупнейшие компании, как DEC и Intel ( объединение этих компаний назвали DIX по первым буквам их названий). Их стараниями в 1985 году сеть Ethernet стала международным стандартом, ее приняли крупнейшие международные организации по стандартам: комитет 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers ) и ECMA (European Computer Manufacturers Association ).
Стандарт получил название IEEE 802.3 ( по -английски читается как "eight oh two dot three"). Он определяет множественный доступ к моноканалу типа шина с обнаружением конфликтов и контролем передачи, то есть с уже упоминавшимся методом доступа CSMA/CD . Этому стандарту удовлетворяли и некоторые другие сети, так как уровень его детализации невысок. В результате сети стандарта IEEE 802.3 нередко были несовместимы между собой как по конструктивным, так и по электрическим характеристикам. Однако в последнее время стандарт IEEE 802.3 считается стандартом именно сети Ethernet .
Основные характеристики первоначального стандарта IEEE 802.3:
- топология – шина;
- среда передачи – коаксиальный кабель;
- скорость передачи – 10 Мбит/с;
- максимальная длина сети – 5 км;
- максимальное количество абонентов – до 1024;
- длина сегмента сети – до 500 м;
- количество абонентов на одном сегменте – до 100;
- метод доступа – CSMA/CD;
- передача узкополосная, то есть без модуляции (моноканал).
Строго говоря, между стандартами IEEE 802.3 и Ethernet существуют незначительные отличия, но о них обычно предпочитают не вспоминать.
Сеть Ethernet сейчас наиболее популярна в мире (более 90% рынка), предположительно таковой она и останется в ближайшие годы. Этому в немалой степени способствовало то, что с самого начала характеристики, параметры, протоколы сети были открыты, в результате чего огромное число производителей во всем мире стали выпускать аппаратуру Ethernet , полностью совместимую между собой.
В классической сети Ethernet применялся 50-омный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий). Однако в последнее время (с начала 90-х годов) наибольшее распространение получила версия Ethernet , использующая в качестве среды передачи витые пары. Определен также стандарт для применения в сети оптоволоконного кабеля. Для учета этих изменений в изначальный стандарт IEEE 802.3 были сделаны соответствующие добавления. В 1995 году появился дополнительный стандарт на более быструю версию Ethernet , работающую на скорости 100 Мбит/с (так называемый Fast Ethernet , стандарт IEEE 802.3u), использующую в качестве среды передачи витую пару или оптоволоконный кабель . В 1997 году появилась и версия на скорость 1000 Мбит/с ( Gigabit Ethernet , стандарт IEEE 802.3z ).
Помимо стандартной топологии шины все шире применяются топологии типа пассивная звезда и пассивное дерево . При этом предполагается использование репитеров и репитерных концентраторов, соединяющих между собой различные части ( сегменты ) сети. В результате может сформироваться древовидная структура на сегментах разных типов (рис. 7.1).
В качестве сегмента (части сети) может выступать классическая шина или единичный абонент . Для шинных сегментов используется коаксиальный кабель , а для лучей пассивной звезды (для присоединения к концентратору одиночных компьютеров) – витая пара и оптоволоконный кабель . Главное требование к полученной в результате топологии – чтобы в ней не было замкнутых путей (петель). Фактически получается, что все абоненты соединены в физическую шину, так как сигнал от каждого из них распространяется сразу во все стороны и не возвращается назад (как в кольце).
Максимальная длина кабеля сети в целом (максимальный путь сигнала) теоретически может достигать 6,5 километров, но практически не превышает 3,5 километров.
UltraNet
Думаю, немногим представится возможность встретить эту технологию "живьем". Она используется для работы с вычислительными системами класса суперкомпьютеров и "большими" машинами. UltraNet представляет собой аппаратно-программный комплекс, способный обеспечить скорость обмена информацией между устройствами, подключенными к нему, до 1 Гбит/с. Эта технология использует топологию "звезда" с концентратором в центральной точке сети. UltraNet отличается достаточно сложной физической реализацией и совершенно нескромными ценами на оборудование – под стать ценам на суперкомпьютеры. Для инициализации и управления сетью UltraNet даже используются компьютеры класса Intel 386, которые подключаются к концентратору. Другими элементами сети UltraNet являются сетевые процессоры и канальные адаптеры. Также в состав сети могут входить мосты и роутеры для соединения ее с сетями, построенными по другим технологиям (Ethernet, Token Ring). В качестве среды передачи могут использоваться коаксиальный кабель и оптоволокно. Хосты, подключаемые к UltraNet, могут находится друг от друга на расстоянии до 30 км. Возможны также соединения и на большие расстояния путем подключения через высокоскоростные каналы WAN.
Apple Talk, Local Talk
Apple Talk – стек протоколов, предложенный компанией Apple в начале 80-х годов. Изначально протоколы Apple Talk применялись для работы с сетевым оборудованием, объединяемым названием Local Talk, к которому относятся адаптеры Local Talk (встроенные в компьютеры Apple), кабели, модули соединителей, удлинители кабеля. Сегмент Local Talk может объединять до 32 узлов. Топология сети – общая шина или дерево, максимальная длина - 300 м, скорость передачи – 230,4 Кбит/с, среда передачи – экранированная витая пара. Малая пропускная способность Local Talk вызвала необходимость разработки адаптеров для сетевых сред с большей пропускной способностью – Ether Talk, Token Talk и FDDI Talk для сетей стандарта Ethernet, Token Ring и FDDI соответственно. Теоретически Apple Talk может работать с любой разновидностью реализации канального уровня. В настоящее время используется расширенный стек протоколов, известный под названием Apple Talk Phase II, в котором расширены возможности маршрутизации по сравнению с начальной реализацией. Как и большинство других изделий компании Apple, живет внутри "яблочного" мира и практически не пересекается с миром PC.
Вступление
За время, прошедшее с момента появления первых локальных сетей, было разработано несколько сот самых разных сетевых технологий, однако заметное распространение получили немногие. Это связано, прежде всего, с высоким уровнем стандартизации принципов организации сетей и с поддержкой их известными компаниями. Тем не менее, не всегда стандартные сети обладают рекордными характеристиками, обеспечивают наиболее оптимальные режимы обмена. Но большие объемы выпуска их аппаратуры и, следовательно, ее невысокая стоимость дают им огромные преимущества. Немаловажно и то, что производители программных средств также в первую очередь ориентируются на самые распространенные сети. Поэтому пользователь , выбирающий стандартные сети, имеет полную гарантию совместимости аппаратуры и программ.
В настоящее время уменьшение количества типов используемых сетей стало тенденцией. Дело в том, что увеличение скорости передачи в локальных сетях до 100 и даже до 1000 Мбит/с требует применения самых передовых технологий, проведения дорогих научных исследований. Естественно, это могут позволить себе только крупнейшие фирмы, которые поддерживают свои стандартные сети и их более совершенные разновидности. К тому же большинство потребителей уже установило у себя какие-то сети и не желает сразу и полностью заменять сетевое оборудование. В ближайшем будущем вряд ли стоит ожидать того, что будут приняты принципиально новые стандарты.
На рынке предлагаются стандартные локальные сети всех возможных топологий, так что выбор у пользователей имеется. Стандартные сети обеспечивают широкий диапазон допустимых размеров сети, количества абонентов и, что не менее важно, цен на аппаратуру. Но сделать выбор все равно непросто. Ведь в отличие от программных средств, заменить которые нетрудно, аппаратура обычно служит многие годы, ее замена ведет не только к значительным затратам, к необходимости перекладки кабелей, но и к пересмотру системы компьютерных средств организации. В связи с этим ошибки в выборе аппаратуры обычно обходятся гораздо дороже ошибок при выборе программных средств.
В данной главе будут рассмотрены основные особенности аппаратуры наиболее популярных локальных сетей, что несомненно поможет читателю при необходимости сделать правильный выбор.
В табл. 7.1 приведены характеристики классических вариантов стандартных локальных сетей. Все стандартные сети имеют несколько вариантов, отличающихся типом используемого кабеля, скоростями передачи, допустимыми размерами сети. О них подробнее рассказано в разделах, посвященных конкретным типам сетей.
Token Ring
В 1970 году эта технология была разработана компанией IBM, а после стала основой стандарта IEEE 802.5. Token Ring является сетью с передачей маркера. Кабельная топология – звезда или кольцо, но в логически данные всегда передаются последовательно от станции к станции по кольцу. При этом способе организации передачи информации по сети циркулирует небольшой блок данных – маркер. Каждая станция принимает маркер и может удерживать его в течении определенного времени. Если станции нет необходимости передавать информацию, она просто передает маркер следующей станции. Если станция начинает передачу, она модифицирует маркер, который преобразовывается в последовательность "начало блока данных", после которого следует собственно передаваемая информация. На время прохождения данных маркер в сети отсутствует, таким образом остальные станции не имеют возможности передачи и коллизии невозможны в принципе. При прохождении станции назначения информация принимается, но продолжает передаваться, пока не достигнет станции-отправителя, где удаляется окончательно. Для обработки возможных ошибок, в результате которых маркер может быть утерян, в сети присутствует станция с особыми полномочиями, которая может удалять информацию, отправитель которой не может удалить ее самостоятельно, а также восстанавливать маркер. Поскольку для Token Ring всегда можно заранее рассчитать максимальную задержку доступа к среде для передачи информации, она может применяться в различных автоматизированных системах управления, производящих обработку информации и управление процессами в реальном времени. Для сохранения работоспособности сети при возникновении неисправностей предусмотрены специальные алгоритмы, позволяющие в ряде случаев изолировать неисправные участки путем автоматической реконфигурации. Скорость передачи, описанная в IEEE 802.5, составляет 4 Мбит/с, однако существует также реализация 16 Мбит/с, разработанная в результате развития технологии Token Ring.
39. Как коэффициент использования влияет на производительность сети Ethernet?
Увеличение коэффициента использования канала приводит к уменьшению пропускной способности сети Ethernet, что в свою очередь ограничивает количество узлов в домене.
Аннотация: В этой лекции говорится о стандартных локальных сетях, получивших большое распространение в конце 20 века: Ethernet, Token Ring, Arcnet, их особенностях, достоинствах и недостатках, месте на рынке и перспективах.
100VG-AnyLAN
Технология разрабатывалась в начале 90-х совместно компаниями AT&T и HP, как альтернатива технологии Fast Ethernet, для передачи данных в локальной сети со скоростью 100 Мбит/с. Летом 1995 года получила статус стандарта IEEE 802.12. "Any" в названии должно означать сети Ethernet и Token Ring, в которых может работать 100VG-AnyLAN. Каждый концентратор 100VG-AnyLAN может быть настроен на поддержку кадров 802.3 (Ethernet), либо кадров 802.5 (Token Ring). Специфические нововведения 100VG-AnyLAN – это метод доступа Demand Priority и схема квартетного кодирования Quartet Coding, использующая избыточный код 5В/6В. Demand Priority определяет простую систему приоритетов – высокий, применяемый для мультимедийных приложений, и низкий – применяемый для всех остальных. В результате коэффициент использования пропускной способности сети должен повышаться. При этом роль арбитра при передаче трафика исполняют концентраторы 100VG-AnyLAN. За счет применения специального кодирования и 4-х пар кабеля, сети 100VG-AnyLAN могут использовать витую пару категории 3. Естественно, могут использоваться кабели более высоких категорий, также поддерживается оптоволоконный кабель. Технология не получила широкого распространения, особенно на местной почве. С точки зрения скорости передачи информации с 100VG-AnyLAN конкурирует Fast Ethernet, который при сходных скоростных характеристиках гораздо более совместим с другими реализациями Ethernet и более дешев. С точки зрения специальных возможностей для передачи мультимедийного трафика в конкуренцию вступает ATM, которая к тому же имеет куда большие возможности масштабирования – как по скорости, так и по покрываемой территории.
Banyan VINES
Эта технология разработана компанией Banyan Virtual Network System (VINES). В качестве методов доступа к среде может использовать общеизвестные – Ethernet, Token Ring (и другие, применяемые уже в WAN). На более высоком уровне Banyan VINES используют модифицированные протоколы XNS, разработанные корпорацией Xerox в конце 1970-начале 1980 годов. К слову сказать, XNS послужили основой еще для очень многих реализаций протоколов, получивших гораздо большее распространение, чем собственно XNS. Протоколы высокого уровня Banyan VINES довольно сильно напоминают TCP/IP, но плюс к традиционным чертам TCP/IP, имеют целый ряд дополнений, призванных улучшить, расширить, и сделать более удобным все, что можно сделать таковым :-). Кроме того, имя "Banyan VINES" носит сетевая OC. Сложно сказать, почему эта весьма интересная технология не получила широкого распространения, по крайней мере на местной почве – вероятно, просто она не оказалась в нужное время в нужном месте.
Сеть Ethernetбыла впервые сконструирована в 70-х г. доктором Робертом Меткалфом как часть проекта «офиса будущего» и работала со скоростью 2,94 Мбит/с. В 1980 г. сетьEthernetбыла стандартизирована консорциумом фирмDEC–Intel–Xerox(DIX) как сеть со скоростью 10 Мбит/с, а в 1985 г. стандартизирована комитетом 802IEEE. С тех пор новые технологииEthernetнаследуют признаки базовой структуры исходной схемыEthernet: логическая шинная топология и метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов.
Следует отметить, что разновидности технологии Ethernetотличаются не только скоростью передачи и режимом работы, но и используемыми коммуникационным оборудованием и средой передачи. Если на этапе внедрения стандарта главные интерфейсы основывались на использовании коаксиального кабеля, то сейчас предпочтение отдается неэкранированной витой пареUTPкатегории 5 (cat.5) и оптическому волокну. Использование коммутаторов и сетевых карт, поддерживающих дуплексную передачу данных без коллизий при логической топологии «точка-точка», позволяет создавать протяженные волоконно-оптические сегменты сети, что значительно расширяет сферу применения технологии.
Главное различие между сетями Ethernetразных типов – в используемых физических средах передачи данных и зависящих от них скоростях работы. Однако небольшие отличия на физическом уровне и одинаковый стандарт канального уровня позволяет многим из них взаимодействовать друг с другом.
Технология Token Ring– архитектура сетей с кольцевой логической топологией и детерминированным методом доступа, основанным на передаче станциями права на использование кольца в определенном порядке. Право на использование кольца передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном.
Стандарт Token Ringбыл принят комитетом 802.5 в 1985 г.
Сети Token Ringработают с битовыми скоростями 4, 16 и 100 Мбит/с. Ведутся работы по гигабитной реализации сети. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается.
Читайте также: