Простота установки.
Хорошо известная и наиболее распространенная сетевая технология.
Невысокая стоимость сетевых карт.
Возможность реализации с использованием различных типов кабеля и схем прокладки кабельной системы.
Недостатки сети Ethernet
Снижение реальной скорости передачи данных в сильно загруженной сети, вплоть до ее полной остановки, из-за конфликтов в среде передачи данных.
Трудности поиска неисправностей: при обрыве кабеля отказывает весь сегмент ЛВС, и локализовать неисправный узел или участок сети достаточно сложно.
Краткая характеристика Fast Ethernet.
Fast Ethernet (Быстрый Ethernet) - высокоскоростная технология, предложенная фирмой 3Com для реализации сети Ethernet со скоростью передачи данных 100 Мбит/с, сохранившая в максимальной степени особенности 10-мегабитного Ethernet (Ethernet-10) и реализованная в виде стандарта 802.3u (точнее дополнения к стандарту 802.3 в виде глав с 21 по 30). Метод доступа - такой же, как в Ethernet-10 - CSMA/CD уровня МАС, что позволяет использовать прежнее программное обеспечение и средства управления сетями Ethernet.
Все отличия Fast Ethernet от Ethernet-10 сосредоточены на физическом уровне. Используются 3 варианта кабельных систем:
многомодовый ВОК (используется 2 волокна);
Структура сети - иерархическая древовидная, построенная на концентраторах (как 10Base-T и 10Base-F), поскольку не используется коаксиальный кабель.
Диаметр сети Fast Ethernet сокращен до 200 метров, что объясняется уменьшением времени передачи кадра минимальной длины в 10 раз за счет увеличения скорости передачи в 10 раз по сравнению с Ethernet-10. Тем не менее, возможно построение крупных сетей на основе технологии Fast Ethernet, благодаря широкому распространению недорогих высокоскоростных технологий, а также бурному развитию ЛВС на основе коммутаторов. При использовании коммутаторов протокол Fast Ethernet может работать в полнодуплексном режиме, в котором нет ограничений на общую длину сети, а остаются только ограничения на длину физических сегментов, соединяющих соседние устройства (адаптер - коммутатор или коммутатор - коммутатор).
Стандарт IEEE 802.3u определяет 3 спецификации физического уровня Fast Ethernet, несовместимых друг с другом:
100Base-ТX - передача данных по двум неэкранированным парам категории 5 (2 пары UTP категории 5 или STP Type 1);
100Base-Т4 - передача данных по четырем неэкранированным парам категорий 3, 4, 5 (4 пары UTP категории 3, 4 или 5);
100Base-FX - передача данных по двум волокнам многомодового ВОК.
Чему равно время передачи кадра минимальной (максимальной) длины (вместе с преамбулой) в битовых интервалах для сети Ethernet 10Мбит/с?
? 84 / 1538
Что такое PDV (PVV)?
PDV - время, за которое сигнал коллизии успевает распространиться от самого дальнего узла сети – время двойного оборота (Path Delay Value)
PVV - сокращение межкадрового интервала (Path Variability Value)
Чему равно ограничение на PDV (PVV)?
PDV- не более575 битовых интервала
PVV- при прохождении последовательности кадров через все повторители должно быть не больше, чем 49 битовых интервала
Сколько битовых интервалов составляет достаточный запас надежности для PDV? 4
Когда необходимо рассчитывать максимальное количество повторителей и максимальную длину сети? Почему нельзя просто применить правила «5-4-3» или «4-х хабов»?
Когда разные типы сред передачи
Перечислите основные условия корректной работы сети Ethernet, состоящей из сегментов различной физической природы.
кол-во станций не больше 1024
длины всех ответвлений не больше стандарта
PDVне больше 575
PVV- при прохождении последовательности кадров через все повторители должно быть не больше, чем 49 битовых интервала
Что понимают под базой сегмента при расчете PDV?
Задержки, вносимые повторителями
Где в худшем случае происходит столкновение кадров: в правом, левом или промежуточном сегменте?
В правом – принимающем
В каком случае необходимо выполнять расчет PDV дважды? Почему?
Если различная длина сегментов на удаленных краях сети, т.к. они имеют разные величины базовой задержки.
Краткая характеристика ЛВС Token Ring.
Token Ring (маркерное кольцо) - сетевая технология, в которой станции могут передавать данные только тогда, когда они владеют маркером, непрерывно циркулирующим по кольцу.
Максимальное число станций в одном кольце - 256.
Максимальное расстояние между станциями зависит от типа передающей среды (линии связи) и составляет:
До 8 колец (MSAU) могут быть соединены мостами.
Максимальная протяженность сети зависит от конфигурации.
Назначение сетевой технологии Token Ring.
Сеть Token Ring предложена фирмой IBM в 1985 году (первый вариант появился в 1980 году). Назначением Token Ring было объединение в сеть всех типов ЭВМ, выпускаемых фирмой (от ПК до больших ЭВМ).
Каким международным стандартом определена сетевая технология Token Ring?
Token Ring является в настоящее время международным стандартом IEEE 802.5.
Какая пропускная способность обеспечивается в ЛВС Token Ring?
Существует два варианта этой технологии, обеспечивающие скорость передачи данных 4 и 16 Мбит/с соответственно.
Что представляет собой устройство множественного доступа MSAU?
Концентратор MSAU представляет собой автономный блок с 8-ю разъемами для подключения компьютеров с помощью адаптерных кабелей и двумя крайними разъемами для подключения к другим концентраторам с помощью магистральных кабелей.
Несколько MSAU могут конструктивно объединяться в группу (кластер/cluster), внутри которого абоненты соединены в кольцо, что позволяет увеличить количество абонентов, подключенных к одному центру.
Каждый адаптер соединяется с MSAU с помощью двух разнонаправленных линий связи.
Нарисовать структуру и описать функционирование ЛВС Token Ring на основе одного (нескольких) MSAU.
Одного – см. выше
Несколько – (продеолжение)…Такими же двумя разнонаправленными линиями связи, входящими в магистральный кабель, могут быть связаны MSAU в кольцо (рис.3.3), в отличие от однонаправленного магистрального кабеля, как это показано на рис.3.2.
Каждый узел ЛВС принимает кадр от соседнего узла, восстанавливает уровни сигналов до номинальных и передает кадр следующему узлу.
Передаваемый кадр может содержать данные или являться маркером, представляющим собой специальный служебный 3-х байтовый кадр. Узел, владеющий маркером, имеет право на передачу данных.
Когда РС необходимо передать кадр, ее адаптер дожидается поступления маркера, а затем преобразует его в кадр, содержащий данные, сформированные по протоколу соответствующего уровня, и передает его в сеть. Пакет передается по сети от адаптера к адаптеру, пока не достигнет адресата, который установит в нем определенные биты для подтверждения того, что кадр получен адресатом, и ретранслирует его далее в сеть. Пакет продолжает движение по сети до возвращения в узел-отправитель, в котором проверяется правильность передачи. Если кадр был передан адресату без ошибок, узел передает маркер следующему узлу. Таким образом, в ЛВС с передачей маркера невозможны столкновения кадров.
В чем отличие физической топологии ЛВС Token Ring от логической?
Физическая топология Token Ring может быть реализована двумя способами:
1) "звезда" (рис.3.1);
Логическая топология во всех способах - "кольцо". Пакет передается от узла к узлу по кольцу до тех пор, пока он не вернется в узел, где он был порожден.
Нарисовать возможные варианты структуры ЛВС Token Ring.
1) "звезда" (рис.3.1);
2) "расширенное кольцо" (рис.3.2).
Краткое описание функциональной организации ЛВС Token Ring. См. №93
Понятие и функции активного монитора в ЛВС Token Ring.
При инициализации ЛВС Token Ring одна из рабочих станций назначается в качестве активного монитора , на который возлагаются дополнительные контрольные функции в кольце:
временной контроль в логическом кольце с целью выявления ситуаций, связанных с потерей маркера;
формирование нового маркера после обнаружения потери маркера;
формирование диагностических кадров при определенных обстоятельствах.
При выходе активного монитора из строя, назначается новый активный монитор из множества других РС.
Какой режим (способ) передачи маркера используется в ЛВС Token Ring со скоростью 16 Мбит/с?
Для увеличения производительности сети в Token Ring со скоростью 16 Мбит/с используется так называемый режим ранней передачи маркера (Early Token Release - ETR), при котором РС передает маркер следующей РС сразу после передачи своего кадра. При этом у следующей РС появляется возможность передавать свои кадры, не ожидая завершения передачи исходной РС.
Перечислить типы кадров, используемых в ЛВС Token Ring.
маркер; кадр данных; последовательность завершения.
Нарисовать и пояснить формат маркера (кадра данных, последовательности завершения) ЛВС Token Ring.
Формат маркера
КО - конечный ограничитель - [ J | K | 1 | J | K | 1 | ПК | ОО ]
Формат кадра данных
СПК - стартовая последовательность кадра
НО - начальный ограничитель - [ J|K| 0 |J|K| 0 | 0 | 0 ]
УД - управление доступом - [ P|P|P|T|M|R|R|R]
УК - управление кадром
АН - адрес назначения
АИ - адрес источника
Данные - поле данных
КС - контрольная сумма
ПКК - признак конца кадра
КО - конечный ограничитель
СК - статус кадра
Формат последовательности завершения
Структура поля "управление доступом" в кадре ЛВС Token Ring.
УД - управление доступом (Access Control) - имеет следующую структуру: [ P | P | P | T | M | R | R | R ] , где PPP - биты приоритета;
сетевой адаптер имеет возможность присваивать приоритеты маркеру и кадрам данных путем записи в поле битов приоритета уровня приоритета в виде чисел от 0 до 7 (7 - наивысший приоритет); РС имеет право передачи сообщения только в том случае, когда ее собственный приоритет не ниже приоритета маркера, который она получила;T - бит маркера: 0 для маркера и 1 для кадра данных;M - бит монитора:1, если кадр передан активным монитором и 0 - в противном случае; получение активным монитором кадра с битом монитора, равным 1, означает, что сообщение или маркер обошло ЛВС не найдя адресата;RRR - биты резервирования используются совместно с битами приоритета; РС может резервировать дальнейшее использование сети, поместив значение своего приоритета в биты резервирования, если ее приоритет выше текущего значения поля резервирования;
после этого, когда передающий узел, получив вернувшийся кадр данных, формирует новый маркер, он устанавливает его приоритет равным значению поля резервирования у полученного перед этим кадра; таким образом маркер будет передан узлу, установившему в поле резервирования наивысший приоритет;
Назначение битов приоритета (бита маркера, бит монитора, битов резервирования) поля "управление доступом" в маркере ЛВС Token Ring. См выше
В чем отличие кадров уровня MAC от кадров уровня LLC?
УК - управление кадром (Frame Control - FC) определяет тип кадра (MAC или LLC) и контрольный код MAC; однобайтовое поле содержит две области:
, где FF - формат (тип) кадра: 00 - для кадра типа MAC; 01 - для кадра уровня LLC; (значения 10 и 11 зарезервированы); 00 - неиспользуемые резервные разряды; CCCC - код УДС-кадра MAC (поле физического управления), определяющий к какому типу (определенных стандартом IEEE 802.5) управляющих кадров уровня MAC он принадлежит;
В каком поле кадра данных указывается принадлежность к типу MAC (LLC)? В поле УК (см.выше)
Длина поля данных в кадрах ЛВС Token Ring.
специального ограничения на длину поля данных нет, хотя практически оно возникает из-за ограничений на допустимое время занятия сети отдельной рабочей станцией и составляет 4096 байт и может достигать 18 Кбайт для сети со скоростью передачи 16 Мбит/с.
Какую дополнительную информацию и для чего содержит концевой разделитель кадра ЛВС Token Ring?
КО - конечный ограничитель, содержащий, кроме уникальной последовательности электрических импульсов, еще две области длиной 1 бит каждая:
бит промежуточного кадра (Intermediate Frame), принимающий значения:
1, если данный кадр является частью многопакетной передачи,
0, если кадр является последним или единственным;
бит обнаруженной ошибки (Error-detected), который устанвливается в 0 в момент создания кадра в источнике и может быть изменен на значение 1 в случае обнаружения ошибки при прохождении через узлы сети; после этого кадр ретранслируется без контроля шибок в последующих узлах до достижения узла источника, который в этом случае предпримет повторную попытку передачи кадра;
Как функционирует сеть Token Ring, если "бит обнаруженной ошибки" в концевом разделителе кадра имеет значение "1"?
после этого кадр ретранслируется без контроля шибок в последующих узлах до достижения узла источника, который в этом случае предпримет повторную попытку передачи кадра;
Структура поля "статус пакета" кадра данных ЛВС Token Ring.
СК - (состояние) статус кадра (Frame Status - FS) - однобайтовое поле, содержащее 4 резервных бита (R) и два внутренних поля:
бит (индикатор) распознавания адреса (A);
бит (индикатор) копирования пакета (С): [ AC RR AC RR ]
Так как контрольная сумма не охватывает поле СП, то каждое однобитное поле в байте задублировано для гарантии достоверности данных.
Передающий узел устанавливает в 0 биты А и С .
Приемный узел после получения кадра устанавливает бит А в 1.
Если после копирования кадра в буфер приемного узла не обнаружено ошибок в кадре, то бит С также устанавливается в 1.
Таким образом, признаком успешной передачи кадра является возвращение кадра к источнику с битами: А =1 и С =1.
А=0 означает, что станции-адресата больше нет в сети или РС вышла из строя (выключена).
А=1 и С=0 означает, что произошла ошибка на пути кадра от источника к адресату (при этом также будет установлен в 1 бит обнаружения ошибки в концевом разделителе).
А=1, С=1 и бит обнаружения ошибки = 1 означает, что ошибка произошла на обратном пути кадра от адресата к источнику, после того как кадр был успешно принят узлом-адресатом.
О чем свидетельствует значение "бита распознавания адреса" ("бита копирования пакета в буфер"), равное 1 (0)? - См выше
Максимальное число станций в одном кольце ЛВС Token Ring равно...? -256
Чему равно максимальное расстояние между станциями в ЛВС Token Ring?
Максимальное расстояние между станциями зависит от типа передающей среды
(линии связи) и составляет:
100 метров - для витой пары (UTP категории 4);
150 метров - для витой пары (IBM тип 1);
3000 метров - для оптоволоконного многомодового кабеля.
Достоинства и недостатки Token Ring.
Достоинства Token Ring:
отсутствие конфликтов в среде передачи данных;
обеспечивается гарантированное время доступа всем пользователям сети;
сеть Token Ring хорошо функционирует и при больших нагрузках, вплоть до нагрузки 100%, в отличие от Ethernet, в которой уже при нагрузке 30% и более существенно возрастает время доступа; это крайне важно для сетей реального времени;
больший допустимый размер передаваемых данных в одном кадре (до 18 Кбайт), по сравнению с Ethernet, обеспечивает более эффективное функционирование сети при передаче больших объемов данных;
реальная скорость передачи данных в сети Token Ring может оказаться выше, чем в обычном Ethernet (реальная скорость зависит от особенностей аппаратуры используемых адаптеров и от быстродействия компьютеров сети).
Недостатки Token Ring:
более высокая стоимость сети Token Ring по сравнению с Ethernet, так как:
дороже адаптеры из-за более сложного протокола Token Ring;
дополнительные затраты на приобретение концентраторов MSAU;
меньшие размеры сети Token Ring по сравнению с Ethernet;
необходимость контроля за целостностью маркера.
В каких ЛВС отсутствуют конфликты в среде передачи данных (обеспечивается гарантированное время доступа всем пользователям сети)?
В ЛВС с маркерным доступом
Краткая характеристика ЛВС FDDI.
Максимальное число станций в кольце - 500.
Максимальная протяженность сети - 100 км.
Среда передачи - оптоволоконный кабель (возможно применение витой пары).
Максимальное расстояние между станциями зависит от типа передающей среды и составляет:
2 км - для оптоволоконного многомодового кабеля.
50 (40 ?) км - для оптоволоконного одномодового кабеля;
100 м - для витой пары (UTP категории 5);
100 м - для витой пары (IBM тип 1).
Метод доступа - маркерный.
Скорость передачи данных - 100 Мбит/с (200 Мбит/с для дуплексного режима передачи).
Ограничение на общую длину сети обусловлено ограничением времени полного прохождения сигнала по кольцу для обеспечения предельно допустимого времени доступа. Максимальное расстояние между абонентами определяется затуханием сигналов в кабеле.
Что означает аббревиатура FDDI?
FDDI (Fiber Distributed Data Interface -оптоволоконный интерфейс распределения данных) - одна из первых высокоскоростных технологий ЛВС.
Назначение сетевой технологии FDDI.
Стандарт FDDI ориентирован на высокую скорость передачи данных - 100 Мбит/с. Этот стандарт задумывался так, чтобы максимально соответствовать стандарту IEEE 802.5 Token Ring. Небольшие отличия от этого стандарта определяются необходимостью обеспечения большей скорости передачи данных на большие расстояния.
FDDI-технология предусматривает использование оптического волокна в качестве среды передачи, что обеспечивает:
высокую надежность;
гибкость реконфигурации;
высокую скорость передачи данных - 100 Мбит/с;
большие расстояния между станциями (для многомодового волокна - 2 км; для одномодового при использовании лазерных диодов - до 40 км; максимальная длина всей сети - 200 км).
Какая пропускная способность обеспечивается в ЛВС FDDI?
Fast Ethernet как развитие технологии Ethernet
Стандарт 10Base-F
Использует в качестве кабеля оптоволокно. Рекомендуется использование недорогого оптоволокна с длиной кабеля 1км, но возможна протяженность до 2 км..
Функционально сеть состоит из тех же элементов, что и в стандарте 10Base-T – сетевых адаптеров, концентраторов и сегментов кабеля, соединяющих адаптер с портом концентратора. Для соединения сетевого адаптера и концентратора используется два оптоволокна (объединенных в один кабель).
К достоинствам стандарта следует отнести значительное увеличение расстояния от узла сети до концентратора. К недостаткам относится высокая стоимость кабеля и сложность его монтажа.
Классический 10-мегабитный Ethernet устраивал большинство пользователей на протяжении около 15 лет. Однако в начале 90-х годов начала ощущаться его недостаточная пропускная способность. Назрела необходимость в разработке «нового» Ethernet, то есть технологии, которая была бы такой же эффективной по соотношению цена/качество при производительности 100 Мбит/с. В результате поисков и исследований специалисты разделились на два лагеря, что в конце концов привело к появлению новой технологии - Fast Ethernet.
В Fast Ethernet сохранен метод CSMA/CD и только увеличена скорость до 100 Мбит/с.
В ней используются три варианта кабельных систем:
· волоконно-оптический многомодовый кабель, используются два волокна;
Коаксиальный кабель, давший миру первую сеть Ethernet, в число разрешенных сред передачи данных новой технологии Fast Ethernet не попал. Это общая тенденция многих новых технологий, поскольку на небольших расстояниях витая пара категории 5 позволяет передавать данные с той же скоростью, что и коаксиальный кабель, но сеть получается более дешевой и удобной в эксплуатации. На больших расстояниях оптическое волокно обладает гораздо более широкой полосой пропускания, чем коаксиал, а стоимость сети получается ненамного выше, особенно если учесть высокие затраты на поиск и устранение неисправностей в крупной кабельной коаксиальной системе
При использовании коммутаторов протокол Fast Ethernet может работать в полнодуплексном режиме, в котором нет ограничений на общую длину сети, а остаются только ограничения на длину физических сегментов, соединяющих соседние устройства (адаптер - коммутатор или коммутатор - коммутатор)
· 100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5 или экранированной витой паре STP Type 1;
· 100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3, 4 или 5;
· 100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля, используются два волокна.
Таблица 2. Общие характеристики стандартов FastEthernet
100Base-FX - многомодовое оптоволокно, два волокна, работа в полудуплексном и полнодуплексном режимах на основе схемы кодирования - 4В/5В.
100Base-TX - витая пара5 категории.
Всего в настоящее время определено 5 различных режимов работы, которые могут поддерживать устройства l00Base-TX или 100Base-T4 на витых парах;
100Base-T4 - витая пара UTP Cat 3, четыре пары
100Base-T4 была разработана для того, чтобы можно было использовать для высокоскоростного Ethernet имеющуюся проводку на витой паре категории 3. Ее самое главное преимущество состояло не столько в стоимости, а в том, что она была уже проложена в подавляющем числе зданий. Эта спецификация позволяет повысить общую пропускную способность за счет одновременной передачи потоков бит по всем 4 парам кабеля.
Четвертая пара всегда используется для прослушивания несущей частоты в целях обнаружения коллизии. Скорость передачи данных по каждой из трех передающих пар равна 33,3 Мбит/с, поэтому общая скорость протокола 100Base-T4 составляет 100 Мбит/с.
Наибольшее распространение среди стандартных сетей получила сеть Ethernet. Она появилась в 1972 году, а в 1985 году 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.
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 шина 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.
Рис. 7.1. Классическая топология сети Ethernet.
В сети Fast Ethernet не предусмотрена физическая топология шина, используется только пассивная звезда или пассивное дерево. К тому же в Fast Ethernet гораздо более жесткие требования к предельной длине сети. Ведь при увеличении в 10 раз скорости передачи и сохранении формата пакета его минимальная длина становится в десять раз короче. Таким образом в 10 раз уменьшается допустимая величина двойного времени прохождения сигнала по сети (5,12 мкс против 51,2 мкс в Ethernet).
Для передачи информации в сети Ethernet применяется стандартный манчестерский код.
Доступ к сети Ethernet осуществляется по случайному методу CSMA/CD, обеспечивающему равноправие абонентов. В сети используются пакеты переменной длины.
Для сети Ethernet, работающей на скорости 10 Мбит/с, стандарт определяет четыре основных типа сегментов сети, ориентированных на различные среды передачи информации:
· 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель);
· 10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель);
· 10BASE-T (витая пара);
· 10BASE-FL (оптоволоконный кабель).
Наименование сегмента включает в себя три элемента: цифра "10" означает скорость передачи 10 Мбит/с, слово BASE – передачу в основной полосе частот (то есть без модуляции высокочастотного сигнала), а последний элемент – допустимую длину сегмента: "5" – 500 метров, "2" – 200 метров (точнее, 185 метров) или тип линии связи: "Т" – витая пара (от английского "twisted-pair"), "F" – оптоволоконный кабель (от английского "fiber optic").
Точно так же для сети Ethernet, работающей на скорости 100 Мбит/с (Fast Ethernet) стандарт определяет три типа сегментов, отличающихся типами среды передачи:
· 100BASE-T4 (счетверенная витая пара);
· 100BASE-TX (сдвоенная витая пара);
· 100BASE-FX (оптоволоконный кабель).
Здесь цифра "100" означает скорость передачи 100 Мбит/с, буква "Т" – витую пару, буква "F" – оптоволоконный кабель. Типы 100BASE-TX и 100BASE-FX иногда объединяют под именем 100BASE-X, а 100BASE-T4 и 100BASE-TX – под именем 100BASE-T.
Сеть Token-Ring
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.
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.
Рис. 7.3. Звездно-кольцевая топология сети Token-Ring.
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. 4.15). 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.
Сеть Arcnet
Сеть Arcnet (или ARCnet от английского Attached Resource Computer Net, компьютерная сеть соединенных ресурсов) – это одна из старейших сетей. Она была разработана компанией Datapoint Corporation еще в 1977 году. Международные стандарты на эту сеть отсутствуют, хотя именно она считается родоначальницей метода маркерного доступа. Несмотря на отсутствие стандартов, сеть Arcnet до недавнего времени (в 1980 – 1990 г.г.) пользовалась популярностью, даже серьезно конкурировала с Ethernet. Большое количество компаний производили аппаратуру для сети этого типа. Но сейчас производство аппаратуры Arcnet практически прекращено.
Среди основных достоинств сети Arcnet по сравнению с Ethernet можно назвать ограниченную величину времени доступа, высокую надежность связи, простоту диагностики, а также сравнительно низкую стоимость адаптеров. К наиболее существенным недостаткам сети относятся низкая скорость передачи информации (2,5 Мбит/с), система адресации и формат пакета.
Для передачи информации в сети Arcnet используется довольно редкий код, в котором логической единице соответствует два импульса в течение битового интервала, а логическому нулю – один импульс. Очевидно, что это самосинхронизирующийся код, который требует еще большей пропускной способности кабеля, чем даже манчестерский.
В качестве среды передачи в сети используется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 93 Ом, к примеру, марки RG-62A/U. Варианты с витой парой (экранированной и неэкранированной) не получили широкого распространения. Были предложены и варианты на оптоволоконном кабеле, но и они также не спасли Arcnet.
В качестве топологии сеть Arcnet использует классическую шину (Arcnet-BUS), а также пассивную звезду (Arcnet-STAR). В звезде применяются концентраторы (хабы). Возможно объединение с помощью концентраторов шинных и звездных сегментов в древовидную топологию (как и в Ethernet). Главное ограничение – в топологии не должно быть замкнутых путей (петель). Еще одно ограничение: количество сегментов, соединенных последовательной цепочкой с помощью концентраторов, не должно превышать трех.
Таким образом, топология сети Arcnet имеет следующий вид (рис.7.15).
Рис. 7.15. Топология сети Arcnet типа шина (B – адаптеры для работы в шине, S – адаптеры для работы в звезде).
Основные технические характеристики сети Arcnet следующие.
· Среда передачи – коаксиальный кабель, витая пара.
· Максимальная длина сети – 6 километров.
· Максимальная длина кабеля от абонента до пассивного концентратора – 30 метров.
· Максимальная длина кабеля от абонента до активного концентратора – 600 метров.
· Максимальная длина кабеля между активным и пассивным концентраторами – 30 метров.
· Максимальная длина кабеля между активными концентраторами – 600 метров.
· Максимальное количество абонентов в сети – 255.
· Максимальное количество абонентов на шинном сегменте – 8.
· Минимальное расстояние между абонентами в шине – 1 метр.
· Максимальная длина шинного сегмента – 300 метров.
· Скорость передачи данных – 2,5 Мбит/с.
При создании сложных топологий необходимо следить за тем, чтобы задержка распространения сигналов в сети между абонентами не превышала 30 мкс. Максимальное затухание сигнала в кабеле на частоте 5 МГц не должно превышать 11 дБ.
В сети Arcnet используется маркерный метод доступа (метод передачи права), но он несколько отличается от аналогичного в сети Token-Ring. Ближе всего этот метод к тому, который предусмотрен в стандарте IEEE 802.4.
Так же, как и в случае Token-Ring, конфликты в Arcnet полностью исключены. Как и любая маркерная сеть, Arcnet хорошо держит нагрузку и гарантирует величину времени доступа к сети (в отличие от Ethernet). Полное время обхода маркером всех абонентов составляет 840 мс. Соответственно, этот же интервал определяет верхний предел времени доступа к сети.
Маркер формируется специальным абонентом – контроллером сети. Им является абонент с минимальным (нулевым) адресом.
Сеть FDDI
Сеть FDDI (от английского Fiber Distributed Data Interface, оптоволоконный распределенный интерфейс данных) – это одна из новейших разработок стандартов локальных сетей. Стандарт FDDI был предложен Американским национальным институтом стандартов ANSI (спецификация ANSI X3T9.5). Затем был принят стандарт ISO 9314, соответствующий спецификациям ANSI. Уровень стандартизации сети достаточно высок.
В отличие от других стандартных локальных сетей, стандарт FDDI изначально ориентировался на высокую скорость передачи (100 Мбит/с) и на применение наиболее перспективного оптоволоконного кабеля. Поэтому в данном случае разработчики не были стеснены рамками старых стандартов, ориентировавшихся на низкие скорости и электрический кабель.
Выбор оптоволокна в качестве среды передачи определил такие преимущества новой сети, как высокая помехозащищенность, максимальная секретность передачи информации и прекрасная гальваническая развязка абонентов. Высокая скорость передачи, которая в случае оптоволоконного кабеля достигается гораздо проще, позволяет решать многие задачи, недоступные менее скоростным сетям, например, передачу изображений в реальном масштабе времени. Кроме того, оптоволоконный кабель легко решает проблему передачи данных на расстояние нескольких километров без ретрансляции, что позволяет строить большие по размерам сети, охватывающие даже целые города и имеющие при этом все преимущества локальных сетей (в частности, низкий уровень ошибок). Все это определило популярность сети FDDI, хотя она распространена еще не так широко, как Ethernet и Token-Ring.
За основу стандарта FDDI был взят метод маркерного доступа, предусмотренный международным стандартом IEEE 802.5 (Token-Ring). Несущественные отличия от этого стандарта определяются необходимостью обеспечить высокую скорость передачи информации на большие расстояния. Топология сети FDDI – это кольцо, наиболее подходящая топология для оптоволоконного кабеля. В сети применяется два разнонаправленных оптоволоконных кабеля, один из которых обычно находится в резерве, однако такое решение позволяет использовать и полнодуплексную передачу информации (одновременно в двух направлениях) с удвоенной эффективной скоростью в 200 Мбит/с (при этом каждый из двух каналов работает на скорости 100 Мбит/с). Применяется и звездно-кольцевая топология с концентраторами, включенными в кольцо (как в Token-Ring).
Основные технические характеристики сети FDDI.
· Максимальное количество абонентов сети – 1000.
· Максимальная протяженность кольца сети – 20 километров.
· Максимальное расстояние между абонентами сети – 2 километра.
· Среда передачи – многомодовый оптоволоконный кабель (возможно применение электрической витой пары).
· Метод доступа – маркерный.
· Скорость передачи информации – 100 Мбит/с (200 Мбит/с для дуплексного режима передачи).
Стандарт FDDI имеет значительные преимущества по сравнению со всеми рассмотренными ранее сетями. Например, сеть Fast Ethernet, имеющая такую же пропускную способность 100 Мбит/с, не может сравниться с FDDI по допустимым размерам сети. К тому же маркерный метод доступа FDDI обеспечивает в отличие от CSMA/CD гарантированное время доступа и отсутствие конфликтов при любом уровне нагрузки.
Ограничение на общую длину сети в 20 км связано не с затуханием сигналов в кабеле, а с необходимостью ограничения времени полного прохождения сигнала по кольцу для обеспечения предельно допустимого времени доступа. А вот максимальное расстояние между абонентами (2 км при многомодовом кабеле) определяется как раз затуханием сигналов в кабеле (оно не должно превышать 11 дБ). Предусмотрена также возможность применения одномодового кабеля, и в этом случае расстояние между абонентами может достигать 45 километров, а полная длина кольца – 200 километров.
Имеется также реализация FDDI на электрическом кабеле (CDDI – Copper Distributed Data Interface или TPDDI – Twisted Pair Distributed Data Interface). При этом используется кабель категории 5 с разъемами RJ-45. Максимальное расстояние между абонентами в этом случае должно быть не более 100 метров. Стоимость оборудования сети на электрическом кабеле в несколько раз меньше. Но эта версия сети уже не имеет столь очевидных преимуществ перед конкурентами, как изначальная оптоволоконная FDDI. Электрические версии FDDI стандартизованы гораздо хуже оптоволоконных, поэтому совместимость оборудования разных производителей не гарантируется.
Для передачи данных в FDDI применяется код 4В/5В, специально разработанный для этого стандарта.
Стандарт FDDI для достижения высокой гибкости сети предусматривает включение в кольцо абонентов двух типов:
· Абоненты (станции) класса А (абоненты двойного подключения, DAS – Dual-Attachment Stations) подключаются к обоим (внутреннему и внешнему) кольцам сети. При этом реализуется возможность обмена со скоростью до 200 Мбит/с или резервирования кабеля сети (при повреждении основного кабеля используется резервный). Аппаратура этого класса применяется в самых критичных с точки зрения быстродействия частях сети.
· Абоненты (станции) класса В (абоненты одинарного подключения, SAS – Single-Attachment Stations) подключаются только к одному (внешнему) кольцу сети. Они более простые и дешевые, по сравнению с адаптерами класса А, но не имеют их возможностей. В сеть они могут включаться только через концентратор или обходной коммутатор, отключающий их в случае аварии.
Кроме собственно абонентов (компьютеров, терминалов и т.д.) в сети используются связные концентраторы (Wiring Concentrators), включение которых позволяет собрать в одно место все точки подключения с целью контроля работы сети, диагностики неисправностей и упрощения реконфигурации. При применении кабелей разных типов (например, оптоволоконного кабеля и витой пары) концентратор выполняет также функцию преобразования электрических сигналов в оптические и наоборот. Концентраторы также бывают двойного подключения (DAC – Dual-Attachment Concentrator) и одинарного подключения (SAC – Single-Attachment Concentrator).
Пример конфигурации сети FDDI представлен на рис. 8.1. Принцип объединения устройств сети иллюстрируется на рис.8.2.
Рис. 8.1. Пример конфигурации сети FDDI.
В отличие от метода доступа, предлагаемого стандартом IEEE 802.5, в FDDI применяется так называемая множественная передача маркера. Если в случае сети Token-Ring новый (свободный) маркер передается абонентом только после возвращения к нему его пакета, то в FDDI новый маркер передается абонентом сразу же после окончания передачи им пакета (подобно тому, как это делается при методе ETR в сети Token-Ring).
В заключение следует отметить, что несмотря на очевидные преимущества FDDI данная сеть не получила широкого распространения, что связано главным образом с высокой стоимостью ее аппаратуры (порядка нескольких сот и даже тысяч долларов). Основная область применения FDDI сейчас – это базовые, опорные (Backbone) сети, объединяющие несколько сетей. Применяется FDDI также для соединения мощных рабочих станций или серверов, требующих высокоскоростного обмена. Предполагается, что сеть Fast Ethernet может потеснить FDDI, однако преимущества оптоволоконного кабеля, маркерного метода управления и рекордный допустимый размер сети ставят в настоящее время FDDI вне конкуренции. А в тех случаях, когда стоимость аппаратуры имеет решающее значение, можно на некритичных участках применять версию FDDI на основе витой пары (TPDDI). К тому же стоимость аппаратуры FDDI может сильно уменьшиться с ростом объема ее выпуска.
Сеть 100VG-AnyLAN
Сеть 100VG-AnyLAN – это одна из последних разработок высокоскоростных локальных сетей, недавно появившаяся на рынке. Она соответствует международному стандарту IEEE 802.12, так что уровень ее стандартизации достаточно высокий.
Главными достоинствами ее являются большая скорость обмена, сравнительно невысокая стоимость аппаратуры (примерно вдвое дороже оборудования наиболее популярной сети Ethernet 10BASE-T), централизованный метод управления обменом без конфликтов, а также совместимость на уровне форматов пакетов с сетями Ethernet и Token-Ring.
В названии сети 100VG-AnyLAN цифра 100 соответствует скорости 100 Мбит/с, буквы VG обозначают дешевую неэкранированную витую пару категории 3 (Voice Grade), а AnyLAN (любая сеть) обозначает то, что сеть совместима с двумя самыми распространенными сетями.
Основные технические характеристики сети 100VG-AnyLAN:
· Скорость передачи – 100 Мбит/с.
· Топология – звезда с возможностью наращивания (дерево). Количество уровней каскадирования концентраторов (хабов) – до 5.
· Метод доступа – централизованный, бесконфликтный (Demand Priority – с запросом приоритета).
· Среда передачи – счетверенная неэкранированная витая пара (кабели UTP категории 3, 4 или 5), сдвоенная витая пара (кабель UTP категории 5), сдвоенная экранированная витая пара (STP), а также оптоволоконный кабель. Сейчас в основном распространена счетверенная витая пара.
· Максимальная длина кабеля между концентратором и абонентом и между концентраторами – 100 метров (для UTP кабеля категории 3), 200 метров (для UTP кабеля категории 5 и экранированного кабеля), 2 километра (для оптоволоконного кабеля). Максимально возможный размер сети – 2 километра (определяется допустимыми задержками).
· Максимальное количество абонентов – 1024, рекомендуемое – до 250.
Таким образом, параметры сети 100VG-AnyLAN довольно близки к параметрам сети Fast Ethernet. Однако главное преимущество Fast Ethernet – это полная совместимость с наиболее распространенной сетью Ethernet (в случае 100VG-AnyLAN для этого требуется мост). В то же время, централизованное управление 100VG-AnyLAN, исключающее конфликты и гарантирующее предельную величину времени доступа (чего не предусмотрено в сети Ethernet), также нельзя сбрасывать со счетов.
Пример структуры сети 100VG-AnyLAN показан на рис. 8.8.
Сеть 100VG-AnyLAN состоит из центрального (основного, корневого) концентратора уровня 1, к которому могут подключаться как отдельные абоненты, так и концентраторы уровня 2, к которым в свою очередь подключаются абоненты и концентраторы уровня 3 и т.д. При этом сеть может иметь не более пяти таких уровней (в первоначальном варианте было не более трех). Максимальный размер сети может составлять 1000 метров для неэкранированной витой пары.
Рис. 8.8. Структура сети 100VG-AnyLAN.
В отличие от неинтеллектуальных концентраторов других сетей (например, Ethernet, Token-Ring, FDDI), концентраторы сети 100VG-AnyLAN – это интеллектуальные контроллеры, которые управляют доступом к сети. Для этого они непрерывно контролируют запросы, поступающие на все порты. Концентраторы принимают приходящие пакеты и отправляют их только тем абонентам, которым они адресованы. Однако никакой обработки информации они не производят, то есть в данном случае получается все-таки не активная, но и не пассивная звезда. Полноценными абонентами концентраторы назвать нельзя.
Каждый из концентраторов может быть настроен на работу с форматами пакетов Ethernet или Token-Ring. При этом концентраторы всей сети должны работать с пакетами только какого-нибудь одного формата. Для связи с сетями Ethernet и Token-Ring необходимы мосты, но мосты довольно простые.
Концентраторы имеют один порт верхнего уровня (для присоединения его к концентратору более высокого уровня) и несколько портов нижнего уровня (для присоединения абонентов). В качестве абонента может выступать компьютер (рабочая станция), сервер, мост, маршрутизатор, коммутатор. К порту нижнего уровня может также присоединяться другой концентратор.
Каждый порт концентратора может быть установлен в один из двух возможных режимов работы:
· Нормальный режим предполагает пересылку абоненту, присоединенному к порту, только пакетов, адресованных лично ему.
· Мониторный режим предполагает пересылку абоненту, присоединенному к порту, всех пакетов, приходящих на концентратор. Этот режим позволяет одному из абонентов контролировать работу всей сети в целом (выполнять функцию мониторинга).
Метод доступа к сети 100VG-AnyLAN типичен для сетей с топологией звезда.
При использовании счетверенной витой пары передача по каждой из четырех витых пар производится со скоростью 30 Мбит/с. Суммарная скорость передачи составляет 120 Мбит/с. Однако полезная информация вследствие использования кода 5В/6В передается всего лишь со скоростью 100 Мбит/с. Таким образом, пропускная способность кабеля должна быть не менее 15 МГц. Этому требованию удовлетворяет кабель с витыми парами категории 3 (полоса пропускания – 16 МГц).
Таким образом, сеть 100VG-AnyLAN представляет собой доступное решение для увеличения скорости передачи до 100 Мбит/с. Однако не обладает полной совместимостью ни с одной из стандартных сетей, поэтому ее дальнейшая судьба проблематична. К тому же, в отличие от сети FDDI, она не имеет никаких рекордных параметров. Скорее всего, 100VG-AnyLAN несмотря на поддержку солидных фирм и высокий уровень стандартизации останется всего лишь примером интересных технических решений.
Если говорить о наиболее распространенной 100-мегабитной сети Fast Ethernet, то 100VG-AnyLAN обеспечивает вдвое большую длину кабеля UTP категории 5 (до 200 метров), а также бесконфликтный метод управления обменом.
Технология Ethernet
Ethernet – это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей .
Ethernet – это сетевой стандарт, основанный на экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году.
В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II для сети, построенной на основе коаксиального кабеля, который стал последней версией фирменного стандарта Ethernet. Поэтому фирменную версию стандарта Ethernet называют стандартом Ethernet DIX, или Ethernet II, на основе которых был разработан стандарт IEEE 802.3.
На основе стандарта Ethernet были приняты дополнительные стандарты: в 1995 году Fast Ethernet (дополнение к IEEE 802.3), в 1998 году Gigabit Ethernet (раздел IEEE 802.3z основного документа), которые во многом не являются самостоятельными стандартами.
Для передачи двоичной информации по кабелю для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet, обеспечивающих пропускную способность 10 Мбит/с, используется манчестерский код (рис. 3.9).
В манчестерском коде для кодирования единиц и нулей используется перепад потенциала, то есть фронт импульса. При манчестерском кодировании каждый такт делится на две части. Информация кодируется перепадами потенциала, происходящими в середине каждого такта. Единица кодируется перепадом от низкого уровня сигнала к высокому (передним фронтом импульса), а ноль ‑ обратным перепадом (задним фронтом).
Рис. 3.9. Дифференциальное манчестерское кодирование
В стандарте Ethernet (в том числе Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) используется один и тот же метод разделения среды передачи данных ‑ метод CSMA/CD.
Каждый ПК работает в Ethernet согласно принципу «Слушай канал передачи, перед тем как отправить сообщения; слушай, когда отправляешь; прекрати работу в случае помех и попытайся еще раз».
Данный принцип можно расшифровать (объяснить) следующим образом:
1. Никому не разрешается посылать сообщения в то время, когда этим занят уже кто-то другой (слушай перед тем, как отправить).
2. Если два или несколько отправителей начинают посылать сообщения примерно в один и тот же момент, рано или поздно их сообщения «столкнутся» друг с другом в канале связи, что называется коллизией.
Коллизии нетрудно распознать, поскольку они всегда вызывают сигнал помехи, который не похож на допустимое сообщение. Ethernet может распознать помехи и заставляет отправителя приостановить передачу и подождать некоторое время, прежде, чем повторно отправить сообщение.
Причины широкой распространенности и популярности Ethernet (достоинства):
1. Дешевизна.
2. Большой опыт использования.
3. Продолжающиеся нововведения.
4. Богатство выбора оборудования. Многие изготовители предлагают аппаратуру построения сетей, базирующуюся на Ethernet.
Недостатки Ethernet:
1. Возможность столкновений сообщений (коллизии, помехи).
2. В случае большой загрузки сети время передачи сообщений непредсказуемо.
Технология Token Ring
Сети Token Ring, как и сети Ethernet, характеризует разделяемая среда передачи данных, которая состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо . Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему требуется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером, или токеном (token) .
Технология Token Ring был разработана компанией IBM в 1984 году, а затем передана в качестве проекта стандарта в комитет IEЕЕ 802, который на ее основе принял в 1985 году стандарт 802.5.
Каждый ПК работает в Token Ring согласно принципу «Ждать маркера, если необходимо послать сообщение, присоединить его к маркеру, когда он будет проходить мимо. Если проходит маркер, снять с него сообщение и отправить маркер дальше».
Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями ‑ 4 и 16 Мбит/с. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается.
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.
Рис. 3.10. Принцип технологии TOKEN RING
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.
Для контроля сети одна из станций выполняет роль так называемого активного монитора. Активный монитор выбирается во время инициализации кольца как станция с максимальным значением МАС-адреса. Если активный монитор выходит из строя, процедура инициализации кольца повторяется и выбирается новый активный монитор. Сеть Token Ring может включать до 260 узлов.
Концентратор Token Ring может быть активным или пассивным. Пассивный концентратор просто соединяет порты внутренними связями так, чтобы станции, подключаемые к этим портам, образовали кольцо. Ни усиление сигналов, ни их ресинхронизацию пассивный MSAU не выполняет.
Активный концентратор выполняет функции регенерации сигналов, и поэтому иногда называется повторителем, как в стандарте Ethernet.
В общем случае сеть Token Ring имеет комбинированную звездно-кольцевую конфигурацию. Конечные узлы подключаются к MSAU по топологии звезды, а сами MSAU объединяются через специальные порты Ring In (RI) и Ring Out (RO) для образования магистрального физического кольца.
Все станции в кольце должны работать на одной скорости либо 4 Мбит/с, либо 16 Мбит/с. Кабели, соединяющие станцию с концентратором, называются ответвительными (lobe cable), а кабели, соединяющие концентраторы, – магистральными (trunk cable).
Технология Token Ring позволяет использовать для соединения конечных станций и концентраторов различные типы кабеля:
– STP Type 1
‑ экранированная витая пара (Shielded Twistedpair).
В кольцо допускается объединять до 260 станций при длине ответвительных
кабелей до 100 метров;
– UTP Туре 3, UTP Туре 6 ‑ неэкранированная витая пара (Unshielded Twistedpair). Максимальное количество станций сокращается до 72 при длине ответвительных кабелей до 45 метров;
– волоконно-оптический кабель.
Расстояние между пассивными MSAU может достигать 100 м при использовании кабеля STP Туре 1 и 45 м при использовании кабеля UTP Type 3. Между активными MSAU максимальное расстояние увеличивается соответственно до 730 м или 365 м в зависимости от типа кабеля.
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 в основном связаны со временем оборота маркера по кольцу.
Все значения тайм-аутов в сетевых адаптерах узлов сети Token Ring можно настраивать, поэтому можно построить сеть Token Ring с большим количеством станций и с большей длиной кольца.
Преимущества технологии Token Ring:
· гарантированная доставка сообщений;
· высокая скорость передачи данных (до 160% Ethernet).
Недостатки технологии Token Ring:
· необходимы дорогостоящие устройства доступа к среде;
· технология более сложная в реализации;
· необходимы 2 кабеля (для повышения надежности): один входящий, другой исходящий от компьютера к концентратору;
· высокая стоимость (160-200% от Ethernet).
Технология FDDI
Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface) – оптоволоконный интерфейс распределенных данных ‑ это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконно-оптический кабель. Технология появилась в середине 80-х годов .
Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, поддерживая метод доступа с передачей маркера.
Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец – это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам.
В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного (Primary) кольца, этот режим назван режимом Thru ‑ «сквозным», или «транзитным». Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.
В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным, вновь образуя единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap, то есть «свертывание» или «сворачивание» колец. Операция свертывания производится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI.
Рис. 3.11. ИВС с двумя циклическими кольцами в аварийном режиме
Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении (на диаграммах это направление изображается против часовой стрелки), а по вторичному – в обратном (изображается по часовой стрелке). Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.
Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов ее элементов. При множественных отказах сеть распадается на несколько не связанных сетей.
Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа. Этот метод очень близок к методу доступа сетей Token Ring и также называется методом маркерного (или токенного) кольца – token ring.
Отличия метода доступа заключаются в том, что время удержания маркера в сети FDDI не является постоянной величиной. Это время зависит от загрузки кольца - при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля. Эти изменения в методе доступа касаются только асинхронного трафика, который не критичен к небольшим задержкам передачи кадров. Для синхронного трафика время удержания маркера по-прежнему остается фиксированной величиной.
Технология FDDI в настоящее время поддерживает типа кабелей:
– волоконно-оптический кабель;
– неэкранированная витая пара категории 5. Последний стандарт появился позже оптического и носит название TP-PMD (Physical Media Dependent).
Оптоволоконная технология обеспечивает необходимые средства для передачи данных от одной станции к другой по оптическому волокну и определяет:
Использование в качестве основной физической среды многомодового волоконно-оптического кабеля 62,5/125 мкм;
Требования к мощности оптических сигналов и максимальному затуханию между узлами сети. Для стандартного многомодового кабеля эти требования приводят к предельному расстоянию между узлами в 2 км, а для одномодового кабеля расстояние увеличивается до 10–40 км в зависимости от качества кабеля;
Требования к оптическим обходным переключателям (optical bypass switches) и оптическим приемопередатчикам;
Параметры оптических разъемов MIC (Media Interface Connector), их маркировку;
Использование для передачи света с длиной волны в 1,3 нм;
Максимальная общая длина кольца FDDI составляет 100 километров, максимальное число станций с двойным подключением в кольце ‑ 500.
Технология FDDI разрабатывалась для применения в ответственных участках сетей ‑ на магистральных соединениях между крупными сетями, например сетями зданий, а также для подключения к сети высокопроизводительных серверов. Поэтому главные требования, у разработчиков были (достоинства ):
‑ обеспечение высокой скорости передачи данных,
‑ отказоустойчивость на уровне протокола;
‑ большие расстояния между узлами сети и большое количество подключенных станций.
Все эти цели были достигнуты. В результате технология FDDI получилась качественной, но весьма дорогой (недостаток ). Даже появление более дешевого варианта для витой пары не намного снизило стоимость подключения одного узла к сети FDDI. Поэтому практика показала, что основной областью применения технологии FDDI стали магистрали сетей, состоящих из нескольких зданий, а также сети масштаба крупного города, то есть класса MAN.
Технология Fast Ethernet
Потребности в высокоскоростной и в то же время недорогой технологии для подключения к сети мощных рабочих станций привели в начале 90-х годов к созданию инициативной группы, которая занялась поисками нового Ethernet, такой же простой и эффективной технологии, но работающей на скорости 100 Мбит/с .
Специалисты разбились на два лагеря, что в конце концов привело к появлению двух стандартов, принятых осенью 1995 года: комитет 802.3 утвердил стандарт Fast Ethernet, почти полностью повторяющий технологию Ethernet 10 Мбит/с.
Технология Fast Ethernet сохранила в неприкосновенности метод доступа CSMA/CD, оставив в нем тот же алгоритм и те же временные параметры в битовых интервалах (сам битовый интервал уменьшился в 10 раз). Все отличия Fast Ethernet от Ethernet проявляются на физическом уровне.
В стандарте Fast Ethernet определены три спецификации физического уровня:
‑ 100Base-TX для 2-х пар UTP категории 5 или 2-х пар STP Type 1 (метод кодирования 4В/5В);
‑ l00Base-FX для многомодового волоконно-оптического кабеля с двумя оптическими волокнами (метод кодирования 4В/5В);
‑ 100Base-T4, работающую на 4-х парах UTP категории 3, но использующую одновременно только три пары для передачи, а оставшуюся ‑ для обнаружения коллизии (метод кодирования 8В/6Т).
Стандарты l00Base-TX/FX могут работать в полнодуплексном режиме.
Максимальный диаметр сети Fast Ethernet равен приблизительно 200 м, а более точные значения зависят от спецификации физической среды. В домене коллизий Fast Ethernet допускается не более одного повторителя класса I (позволяющего транслировать коды 4В/5В в коды 8В/6Т и обратно) и не более двух повторителей класса II (не позволяющих выполнять трансляцию кодов).
Технология Fast Ethernet при работе на витой паре позволяет за счет процедуры автопереговоров двум портам выбирать наиболее эффективный режим работы - скорость 10 Мбит/с или 100 Мбит/с, а также полудуплексный или полнодуплексный режим.
Технология Gigabit Ethernet
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 в 8 раз (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),
‑ 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.