Протокол fast ethernet. Опис технології Fast Ethernet. Контрольна сума кадру

Ethernet, не дивлячись
на весь його успіх, ніколи не був елегантним.
Мережеві плати мають тільки рудиментарні
поняття про інтелект. вони дійсно
спочатку посилають пакет, а тільки потім
дивляться, чи передавав дані хто-небудь ще
одночасно з ними. Хтось порівняв Ethernet з
суспільством, в якому люди можуть спілкуватися
один з одним, тільки коли всі кричать
одночасно.

Як і його
попередник, Fast Ethernet використовує метод
передачі даних CSMACD (Carrier Sense Multiple Access with
Collision Detection - Множинний доступ до середовища з
контролем несучої і виявленням колізій).
За цією довгою і незрозумілим акронімом
ховається дуже проста технологія. коли
плата Ethernet повинна послати повідомлення, то
спочатку вона чекає настання тиші, потім
відправляє пакет і одночасно слухає, чи не
послав хтось повідомлення
одночасно з ним. Якщо це сталося, то
обидва пакети не доходять до адресата. якщо
колізії не було, а плата повинна продовжувати
передавати дані, вона все одно чекає
кілька мікросекунд, перш ніж знову
спробує послати нову порцію. це
зроблено для того, щоб інші плати також
могли працювати і ніхто не зміг захопити
канал монопольно. У разі колізії, обидва
пристрою замовкають на невеликий
проміжок часу, що згенерував
випадковим чином, а потім роблять
нову спробу передати дані.

Через колізій ні
Ethernet, ні Fast Ethernet ніколи не зможуть досягти
своєї максимальної продуктивності 10
або 100 Мбіт / с. Як тільки починає
збільшуватися трафік мережі, тимчасові
затримки між посилками окремих пакетів
скорочуються, а кількість колізій
збільшується. реальна
продуктивність Ethernet не може перевищувати
70% його потенційної пропускної
здібності, і може ще нижче, якщо лінія
серйозно перевантажена.

Ethernet використовує
розмір пакета 1516 байт, який чудово
підходив, коли він тільки створювався.
Сьогодні це вважається недоліком, коли
Ethernet використовується для взаємодії
серверів, оскільки сервери і лінії зв'язку
мають звичай обмінюватися великою
кількістю маленьких пакетів, що
перевантажує мережу. Крім того, Fast Ethernet
накладає обмеження на відстань між
підключаються пристроями - не більше 100
метрів і це змушує проявляти
додаткову обережність при
проектуванні таких мереж.

Спочатку Ethernet був
спроектований на основі шинної топології,
коли всі пристрої підключалися до загального
кабелю, тонкому або товстому. застосування
кручений пари лише частково змінило протокол.
При використанні коаксіального кабелю
колізія визначалася відразу усіма
станціями. У випадку з кручений парою
використовується "jam" сигнал, як тільки
станція визначає колізію, то вона
посилає сигнал концентратора, останній в
свою чергу розсилає "jam" всім
підключеним до нього пристроям.

Для того щоб
знизити перевантаження, мережі стандарту Ethernet
розбиваються на сегменти, які
об'єднуються за допомогою мостів і
маршрутизаторів. Це дозволяє передавати
між сегментами лише необхідний трафік.
Повідомлення, передане між двома
станціями в одному сегменті, що не буде
передано в інший і не зможе викликати в ньому
перевантаження.

сьогодні при
побудові центральної магістралі,
об'єднуючою сервери використовують
комутований Ethernet. Ethernet-комутатори можна
розглядати як високошвидкісні
багатопортові мости, які в стані
самостійно визначити, в якій із його
портів адресований пакет. комутатор
переглядає заголовки пакетів і таким
чином складає таблицю, що визначає,
де знаходиться той чи інший абонент з таким
фізичною адресою. Це дозволяє
обмежити область поширення пакета
і знизити ймовірність переповнення,
посилаючи його тільки в потрібний порт. тільки
широкомовні пакети розсилаються по
всіх портах.

100BaseT
- старший брат 10BaseT

ідея технології
Fast Ethernet народилася в 1992 році. В серпні
наступного року група виробників
об'єдналася в Союз Fast Ethernet (Fast Ethernet Alliance, FEA).
Метою FEA було якомога швидше отримати
формальне схвалення Fast Ethernet від комітету
802.3 Інституту інженерів з електротехніки та
радіоелектроніці (Institute of Electrical and Electronic
Engineers, IEEE), так як саме цей комітет
займається стандартами для Ethernet. удача
супроводжувала нової технології і
підтримує її альянсу: у червні 1995 року
всі формальні процедури були завершені, і
технології Fast Ethernet привласнили найменування
802.3u.

З легкої руки IEEE
Fast Ethernet іменується 100BaseT. пояснюється це
просто: 100BaseT є розширенням
стандарту 10BaseT з пропускною спроможністю від
10 М біт / с до 100 Мбіт / с. Стандарт 100BaseT включає
в себе протокол обробки множинного
доступу з пізнанням несучої і
виявленням конфліктів CSMA / CD (Carrier Sense Multiple
Access with Collision Detection), який використовується і в
10BaseT. Крім того, Fast Ethernet може працювати на
кабелях декількох типів, в тому числі і на
кручений парі. Обидва ці властивості нового
стандарту вельми важливі для потенційних
покупців, і саме завдяки їм 100BaseT
виявляється вдалим шляхом міграції мереж
на базі 10BaseT.

головним
комерційним аргументом на користь 100BaseT
є те, що Fast Ethernet базується на
успадковане технології. Так як в Fast Ethernet
використовується той же протокол передачі
повідомлень, що і в старих версіях Ethernet, а
кабельні системи цих стандартів
сумісні, для переходу до 100BaseT від 10BaseT
потрібні

менші
капітальні вкладення, ніж для установки
інших видів високошвидкісних мереж. Крім
того, оскільки 100BaseT є
продовження старого стандарту Ethernet, все
інструментальні засоби і процедури
аналізу роботи мережі, а також всі
програмне забезпечення, яке працює на
старих мережах Ethernet повинні в даному стандарті
зберегти працездатність.
Отже, середовище 100BaseT буде знайома
адміністраторам мереж, які мають досвід роботи
з Ethernet. А значить, навчання персоналу займе
менше часу і обійдеться істотно
дешевше.

ЗБЕРЕЖЕННЯ
ПРОТОКОЛУ

мабуть,
найбільшу практичну користь нової
технології принесло рішення залишити
протокол передачі повідомлень без зміни.
Протокол передачі повідомлень, в нашому випадку
CSMA / CD, визначає спосіб, яким дані
передаються по мережі від одного вузла до іншого
через кабельну систему. У моделі ISO / OSI
протокол CSMA / CD є частиною рівня
управління доступом до середовища (Media Access Control, MAC).
На цьому рівні визначається формат, в
якому інформація передається по мережі, і
спосіб, яким мережевий пристрій отримує
доступ до мережі (або управління мережею) для
передачі даних.

Назва CSMA / CD
можна розбити на дві частини: Carrier Sense Multiple Access
і Collision Detection. З першої частини імені можна
зробити висновок, яким чином вузол з мережевим
адаптером визначає момент, коли йому
слід послати повідомлення. Відповідно до
протоколом CSMA, мережевий вузол спочатку "слухає"
мережу, щоб визначити, чи не передається в
наразі будь-яке інше повідомлення.
Якщо прослуховується несучий сигнал (carrier tone),
значить в даний момент мережа зайнята іншим
сполученням - мережевий вузол переходить в режим
очікування і перебуває в ньому, поки мережа не
звільниться. Коли в мережі наступає
мовчання, вузол починає передачу.
Фактично дані посилаються всім вузлам
мережі або сегмента, але приймаються лише тим
вузлом, якому вони адресовані.

Collision Detection -
друга частина імені - служить для дозволу
ситуацій, коли два або більше вузла намагаються
передавати повідомлення одночасно.
Згідно з протоколом CSMA, кожен готовий до
передачі вузол повинен спочатку слухати мережа,
щоб визначити, чи вільна вона. Однак,
якщо два вузли слухають в одне і теж час,
обидва вони вирішать, що мережа вільна, і почнуть
передавати свої пакети одночасно. В цій
ситуації передані дані
накладаються один на одного (мережеві
інженери називають це конфліктом), і жодне
з повідомлень не доходить до пункту
призначення. Collision Detection вимагає, щоб вузол
прослухав мережу також і після передачі
пакету. Якщо буде виявлено конфлікт, то
вузол повторює передачу через випадковим
чином вибраний проміжок часу і
знову перевіряє, чи не відбулося конфлікт.

ТРИ ВИДУ FAST ETHERNET

Поряд з
збереженням протоколу CSMA / CD, іншим важливим
рішенням було спроектувати 100BaseT таким
чином, щоб в ньому можна було застосовувати
кабелі різних типів - як ті, що
використовуються в старих версіях Ethernet, так і
новіші моделі. Стандарт визначає три
модифікації для забезпечення роботи з
різними видами кабелів Fast Ethernet: 100BaseTX, 100BaseT4
і 100BaseFX. Модифікації 100BaseTX і 100BaseT4 розраховані
на виту пару, а 100BaseFX був розроблений для
оптичного кабелю.

стандарт 100BaseTX
вимагає застосування двох пар UTP або STP. одна
пара служить для передачі, інша - для
прийому. Цим вимогам відповідають два
основних кабельних стандарту: EIA / TIA-568 UTP
Категорії 5 і STP Типу 1 компанії IBM. У 100BaseTX
привабливо забезпечення
полнодуплексного режиму при роботі з
мережевими серверами, а також використання
всього двох з чотирьох пар восьмижильного
кабелю - дві інші пари залишаються
вільними і можуть бути використані в
Надалі для розширення можливостей
мережі.

Втім, якщо ви
збираєтеся працювати з 100BaseTX, використовуючи для
цього проводку Категорії 5, то вам слід
знати і про його недоліки. цей кабель
дорожче інших восьмижильний кабелів (наприклад
Категорії 3). Крім того, для роботи з ним
потрібне використання пробійної блоків (punchdown
blocks), роз'ємів і комутаційних панелей,
задовольняють вимогам розділу 5.
Потрібно додати, що для підтримки
полнодуплексного режиму слід
встановити повнодуплексні комутатори.

стандарт 100BaseT4
відрізняється більш м'якими вимогами до
використовуваному кабелю. Причиною тому то
обставина, що в 100BaseT4 використовуються
всі чотири пари восьмижильного кабелю: одна
для передачі, інша для прийому, а
залишилися дві працюють як на передачу,
так і на прийом. Таким чином, в 100BaseT4 і прийом,
і передача даних можуть здійснюватися по
трьом парам. Розкладаючи 100 Мбіт / с на три пари,
100BaseT4 зменшує частоту сигналу, тому
для його передачі досить і менш
високоякісного кабелю. Для реалізації
мереж 100BaseT4 підійдуть кабелі UTP Категорій 3 і
5, так само як і UTP Категорії 5 і STP Типу 1.

перевага
100BaseT4 полягає в менш жорстких
вимогах до проводки. Кабелі Категорій 3 і
4 більш поширені, і, крім того, вони
істотно дешевше, ніж кабелі
Категорії 5, про що не слід забувати до
початку монтажних робіт. недоліки ж
полягають у тому, що для 100BaseT4 потрібні всі чотири
пари і що повнодуплексний режим цим
протоколом не підтримується.

Fast Ethernet включає
також стандарт для роботи з багатомодовим
оптоволокном з 62.5-мікронним ядром і 125-мікронною
оболонкою. Стандарт 100BaseFX орієнтований в
основному на магістралі - на з'єднання
повторителей Fast Ethernet в межах одного
будівлі. традиційні переваги
оптичного кабелю властиві і стандарту
100BaseFX: стійкість до електромагнітних
шумів, поліпшений захист даних і великі
відстані між мережевими пристроями.

БЕГУН
НА КОРОТКІ ДИСТАНЦІЇ

Хоча Fast Ethernet і
є продовженням стандарту Ethernet,
перехід від мережі 10BaseT до 100BaseT не можна
розглядати як механічну заміну
обладнання - для цього можуть
знадобитися зміни в топології мережі.

теоретичний
межа діаметра сегмента мережі Fast Ethernet
становить 250 метрів; це всього лише 10
відсотків теоретичної межі розміру
мережі Ethernet (2500 метрів). дане обмеження
виникає з характеру протоколу CSMA / CD і
швидкості передачі 100 Мбіт / с.

як уже
зазначалося раніше, передає дані
робоча станція повинна прослуховувати мережу в
Протягом часу, що дозволяє переконатися в
тому, що дані досягли станції призначення.
У мережі Ethernet з пропускною спроможністю 10
Мбіт / с (наприклад 10Base5) проміжок часу,
необхідний робочої станції для
прослуховування мережі на предмет конфлікту,
визначається відстанню, яке 512-бітний
кадр (розмір кадру заданий в стандарті Ethernet)
пройде за час обробки цього кадру на
робочої станції. Для мережі Ethernet з пропускною
здатністю 10 Мбіт / с ця відстань дорівнює
2500 метрів.

З іншого боку,
той же самий 512-бітний кадр (стандарт 802.3u
задає кадр того ж розміру, що і 802.3, то
є в 512 біт), який передається робочою
станцією в мережі Fast Ethernet, пройде всього 250 м,
перш ніж робоча станція завершить його
обробку. Якби приймаюча станція була
віддалена від передавальної станції на
відстань понад 250 м, то кадр міг би
вступити в конфлікт з іншим кадром на
лінії де-небудь далі, а передає
станція, завершивши передачу, вже не
сприйняла б цей конфлікт. Тому
максимальний діаметр мережі 100BaseT становить
250 метрів.

щоб
використовувати допустиму дистанцію,
буде потрібно два повторювача для з'єднання
всіх вузлів. Відповідно до стандарту,
максимальна відстань між вузлом і
повторителем становить 100 метрів; в Fast Ethernet,
як і в 10BaseT, відстань між
концентратором і робочою станцією
має перевищувати 100 метрів. оскільки
з'єднувальні пристрої (повторювачі)
вносять додаткові затримки, реальна
робоча відстань між вузлами може
виявитися ще менше. Тому
представляється розумним брати всі
відстані з деяким запасом.

Для роботи на
великих відстанях доведеться придбати
оптичний кабель. Наприклад, обладнання
100BaseFX в напівдуплексному режимі дозволяє
з'єднати комутатор з іншим комутатором
або кінцевою станцією, що знаходяться на
відстані до 450 метрів один від одного.
Встановивши повнодуплексний 100BaseFX, можна
з'єднати два мережевих устрою на
відстані до двох кілометрів.

ЯК
ВСТАНОВИТИ 100BASET

Крім кабелів,
які ми вже обговорили, для установки Fast
Ethernet потрібні мережеві адаптери для
робочих станцій і серверів, концентратори
100BaseT і, можливо, кілька
комутаторів 100BaseT.

адаптери,
необхідні для організації мережі 100BaseT,
звуться адаптерів Ethernet 10/100 Мбіт / с.
Дані адаптери здатні (ця вимога
стандарту 100BaseT) самостійно відрізняти 10
Мбіт / с від 100 Мбіт / с. Щоб обслуговувати групу
серверів і робочих станцій, переведених на
100BaseT, буде потрібно також концентратор 100BaseT.

при включенні
сервера або персонального комп'ютера з
адаптером 10/100 останній видає сигнал,
сповіщає про те, що він може забезпечити
пропускну здатність 100 Мбіт / с. якщо
приймаюча станція (швидше за все, це
буде концентратор) теж розрахована на
роботу з 100BaseT, вона у відповідь видасть сигнал, по
якому і концентратор, і ПК або сервер
автоматично переходять в режим 100BaseT. якщо
концентратор працює тільки з 10BaseT, він не
подає відповідний сигнал, і ПК або сервер
автоматично перейдуть в режим 10BaseT.

В разі
дрібномасштабних конфігурацій 100BaseT можна
застосувати міст або комутатор 10/100, які
забезпечать зв'язок частини мережі, що працює з
100BaseT, з вже існуючою мережею
10BaseT.

ОМАНЛИВА
ШВИДКІСТЬ

Підсумовуючи все
вищесказане, зауважимо, що, як нам здається,
Fast Ethernet найбільш хороший для вирішення проблем
високих пікових навантажень. Наприклад, якщо
хтось із користувачів працює з САПР або
програмами обробки зображень і
потребує підвищення пропускної
здібності, то Fast Ethernet може виявитися
хорошим виходом з положення. Однак якщо
проблеми викликані надмірною кількістю
користувачів в мережі, то 100BaseT починає
гальмувати обмін інформацією при приблизно 50-відсоткової
завантаженні мережі - іншими словами, на тому ж
рівні, що і 10BaseT. Але врешті-решт, це
адже не більше ніж розширення.

Найбільшого поширення серед стандартних мереж одержала мережа Ethernet. Вперше вона з'явилася в 1972 році (розробником виступила відома фірма Xerox). Мережа виявилася досить вдалою, і внаслідок цього її в 1980 році підтримали такі найбільші компанії, як DEC і Intel (об'єднання цих компаній назвали DIX по перших буквах їхніх назв). Їх стараннями в 1985 році мережа Ethernet стала міжнародним стандартом, її прийняли найбільші міжнародні організації по стандартах: комітет 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) і ECMA (European Computer Manufacturers Association).

Стандарт отримав назву IEEE 802.3 (по-англійськи читається як eight oh two dot three). Він визначає множинний доступ до моноканалу типу шина з виявленням конфліктів і контролем передачі, тобто з уже згадуваним методом доступу CSMA / CD. Цьому стандарту задовольняли і деякі інші мережі, так як рівень його деталізації невисокий. В результаті мережі стандарту IEEE 802.3 нерідко були несумісні між собою як за конструктивними, так і по електричним характеристикам. Однак останнім часом стандарт IEEE 802.3 вважається стандартом саме мережі Ethernet.

Основні характеристики початкового стандарту IEEE 802.3:

• топологія - шина;
• середовище передачі - коаксіальний кабель;
• швидкість передачі - 10 Мбіт / с;
• максимальна довжина мережі - 5 км;
• максимальна кількість абонентів - до 1024;
• довжина сегмента мережі - до 500 м;
• кількість абонентів на одному сегменті - до 100;
• метод доступу - CSMA / CD;
• передача узкополосная, тобто без модуляції (моноканал).

Строго кажучи, між стандартами IEEE 802.3 і Ethernet існують незначні відмінності, але про них зазвичай вважають за краще не згадувати.

Мережа Ethernet зараз найбільш популярна в світі (більше 90% ринку), імовірно такою вона і залишиться в найближчі роки. Цьому значною мірою сприяло те, що з самого початку характеристики, параметри, протоколи мережі були відкриті, в результаті чого велика кількість виробників у всьому світі стали випускати апаратуру Ethernet, повністю сумісну між собою.

У класичній мережі Ethernet застосовувався 50-омний коаксіальний кабель двох видів (товстий і тонкий). Однак останнім часом (з початку 90-х років) найбільшого поширення набула версія Ethernet, що використовує в якості середовища передачі виті пари. Визначено також стандарт для застосування в мережі оптоволоконного кабелю. Для обліку цих змін в початковий стандарт IEEE 802.3 були зроблені відповідні додавання. У 1995 році з'явився додатковий стандарт на швидшу версію Ethernet, що працює на швидкості 100 Мбіт / с (так званий Fast Ethernet, стандарт IEEE 802.3u), що використовує в якості середовища передачі кручену пару або оптоволоконний кабель. У 1997 році з'явилася і версія на швидкість 1000 Мбіт / с (Gigabit Ethernet, стандарт IEEE 802.3z).

Крім стандартної топології шини все ширше застосовуються топології типу пасивна зірка і пасивне дерево. При цьому передбачається використання репітерів і репітерних концентраторів, що з'єднують між собою різні частини (сегменти) мережі. В результаті може сформуватися деревоподібна структура на сегментах різних типів (рис. 7.1).

Мал. 7.1. Класична топологія мережі Ethernet

Як сегменту (частини мережі) може виступати класична шина або одиничний абонент. Для шинних сегментів використовується коаксіальний кабель, а для променів пасивної зірки (для приєднання до концентратора одиночних комп'ютерів) - кручена пара і оптоволоконний кабель. Головна вимога до отриманої в результаті топології - щоб в ній не було замкнутих шляхів (петель). Фактично виходить, що всі абоненти з'єднані в фізичну шину, так як сигнал від кожного з них поширюється відразу на всі боки і не повертається назад (як в кільці).

Максимальна довжина кабелю мережі в цілому (максимальний шлях сигналу) теоретично може досягати 6,5 кілометрів, але практично не перевищує 3,5 кілометрів.

У мережі Fast Ethernet не передбачена фізична топологія шина, використовується тільки пасивна зірка або пасивне дерево. До того ж в Fast Ethernet набагато більш жорсткі вимоги до граничної довжини мережі. Адже при збільшенні в 10 разів швидкості передачі і збереженні формату пакета його мінімальна довжина стає в десять разів коротше. Таким чином в 10 разів зменшується допустима величина подвійного часу проходження сигналу по мережі (5,12 мкс проти 51,2 мкс в Ethernet).

Для передачі інформації в мережі Ethernet застосовується стандартний манчестерський код.

Доступ до мережі Ethernet здійснюється за випадковим методом CSMA / CD, що забезпечує рівноправність абонентів. У мережі використовуються пакети змінної довжини зі структурою, представленою на рис. 7.2. (Цифри показують кількість байт)

Мал. 7.2. Структура пакета мережі Ethernet

Довжина кадру Ethernet (тобто пакета без преамбули) повинна бути не менше 512 бітових інтервалів або 51,2 мкс (саме така гранична величина подвійного часу проходження в мережі). Передбачена індивідуальна, групова і широковещательная адресація.

У пакет Ethernet входять наступні поля:

• Преамбула складається з 8 байт, перші сім являють собою код 10101010, а останній байт - код 10101011. У стандарті IEEE 802.3 восьмий байт називається ознакою початку кадру (SFD - Start of Frame Delimiter) і утворює окреме поле пакету.
• Адреси одержувача (приймача) і відправника (передавача) включають по 6 байт і будуються за стандартом, описаного в розділі Адресація пакетів лекції 4. Ці адресні поля обробляються апаратурою абонентів.
• Поле управління (L / T - Length / Type) містить інформацію про довжину поля даних. Воно може також визначати тип використовуваного протоколу. Прийнято вважати, що якщо значення цього поля не більш 1500, то воно вказує на довжину поля даних. Якщо ж його значення більше 1500, то воно визначає тип кадру. Поле управління обробляється програмно.
• Поле даних має включати в себе від 46 до 1500 байт даних. Якщо пакет повинен містити менше 46 байт даних, то поле даних доповнюється байтами заповнення. Відповідно до стандарту IEEE 802.3, в структурі пакета виділяється спеціальне поле заповнення (pad data - незначні дані), яке може мати нульову довжину, коли даних досить (більше 46 байт).
• Поле контрольної суми (FCS - Frame Check Sequence) містить 32-розрядну циклічну контрольну суму пакета (CRC) і служить для перевірки правильності передачі пакета.

Таким чином, мінімальна довжина кадру (пакета без преамбули) становить 64 байта (512 біт). Саме ця величина визначає максимально допустиму подвійну затримку поширення сигналу по мережі в 512 бітових інтервалів (51,2 мкс для Ethernet або 5,12 мкс для Fast Ethernet). Стандарт передбачає, що преамбула може зменшуватися при проходженні пакета через різні мережеві пристрої, тому вона не враховується. Максимальна довжина кадру дорівнює 1518 байт (12144 біта, тобто 1214,4 мкс для Ethernet, 121,44 мкс для Fast Ethernet). Це важливо для вибору розміру буферної пам'яті мережного обладнання і для оцінки загальної завантаженості мережі.

Вибір формату преамбули не випадковий. Справа в тому, що послідовність чергуються одиниць і нулів (101010 ... 10) в манчестерському коді характеризується тим, що має переходи тільки в середині бітових інтервалів (див. Розділ 2.6.3), тобто тільки інформаційні переходи. Безумовно, приймача просто налаштуватися (синхронізувати) при такій послідовності, навіть якщо вона з якоїсь причини коротшає на кілька біт. Останні два одиничні біти преамбули (11) істотно відрізняються від послідовності 101010 ... 10 (з'являються переходи ще й на кордоні бітових інтервалів). Тому вже налаштовані приймач легко може виділити їх і детектувати тим самим початок корисної інформації (початок кадру).

Для мережі Ethernet, що працює на швидкості 10 Мбіт / с, стандарт визначає чотири основних типи сегментів мережі, орієнтованих на різні середовища передачі інформації:

• 10BASE5 (товстий коаксіальний кабель);
• 10BASE2 (тонкий коаксіальний кабель);
• 10BASE-T (кручена пари);
• 10BASE-FL (оптоволоконний кабель).

Найменування сегмента включає в себе три елементи: цифра 10 означає швидкість передачі 10 Мбіт / с, слово BASE - передачу в основній смузі частот (тобто без модуляції високочастотного сигналу), а останній елемент - припустиму довжину сегмента: 5 - 500 метрів, 2 - 200 метрів (точніше, 185 метрів) або тип лінії зв'язку: Т - кручена пара (від англійського twisted-pair), F - оптоволоконний кабель (від англійського fiber optic).

Точно так же для мережі Ethernet, що працює на швидкості 100 Мбіт / с (Fast Ethernet) стандарт визначає три типи сегментів, що відрізняються типами середовища передачі:

• 100BASE-T4 (зчетверена кручена пара);
• 100BASE-TX (здвоєна кручена пара);
• 100BASE-FX (оптоволоконний кабель).

Тут цифра 100 означає швидкість передачі 100 Мбіт / с, буква Т - виту пару, буква F - оптоволоконний кабель. Типи 100BASE-TX і 100BASE-FX іноді об'єднують під ім'ям 100BASE-X, а 100BASE-T4 і 100BASE-TX - під ім'ям 100BASE-T.

Детальніше особливості апаратури Ethernet, а також алгоритму управління обміном CSMA / CD і алгоритму обчислення циклічної контрольної суми (CRC) будуть розглянуті далі в спеціальних розділах курсу. Тут слід зазначити тільки те, що мережа Ethernet не відрізняється ні рекордними характеристиками, ні оптимальними алгоритмами, вона поступається по ряду параметрів іншим стандартним мережам. Але завдяки потужній підтримці, найвищому рівню стандартизації, величезним обсягам випуску технічних засобів, Ethernet вигідно виділяється серед інших стандартних мереж, і тому будь-яку іншу мережеву технологію прийнято порівнювати саме з Ethernet.

Розвиток технології Ethernet йде по шляху все більшого відходу від початкового стандарту. Застосування нових середовищ передачі і комутаторів дозволяє істотно збільшити розмір мережі. Відмова від манчестерського коду (в мережі Fast Ethernet і Gigabit Ethernet) забезпечує збільшення швидкості передачі даних і зниження вимог до кабелю. Відмова від методу управління CSMA / CD (при повнодуплексному режимі обміну) дає можливість різко підвищити ефективність роботи і зняти обмеження з довжини мережі. Проте, все нові різновиди мережі також називаються мережею Ethernet.

Мережа Token-Ring

Мережа Token-Ring (маркерное кільце) була запропонована компанією IBM в 1985 році (перший варіант з'явився в 1980 році). Вона призначалася для об'єднання в мережу всіх типів комп'ютерів, що випускаються IBM. Уже той факт, що її підтримує компанія IBM, найбільший виробник комп'ютерної техніки, Говорить про те, що їй необхідно приділити особливу увагу. Але не менш важливо й те, що Token-Ring є в даний час міжнародним стандартом IEEE 802.5 (хоча між Token-Ring і IEEE 802.5 є незначні відмінності). Це ставить дану мережу на один рівень за статусом з Ethernet.

Розроблялася Token-Ring як надійна альтернатива Ethernet. І хоча зараз Ethernet витісняє всі інші мережі, Token-Ring не можна вважати безнадійно застарілою. Понад 10 мільйонів комп'ютерів по всьому світу об'єднані цією мережею.

Компанія IBM зробила все для максимально широкого поширення своєї мережі: була випущена докладна документація аж до принципових схем адаптерів. В результаті багато компаній, наприклад, 3Сom, Novell, Western Digital, Proteon і інші приступили до виробництва адаптерів. До речі, спеціально для цієї мережі, а також для іншої мережі IBM PC Network була розроблена концепція NetBIOS. Якщо в створеній раніше мережі PC Network програми NetBIOS зберігалися у вбудованій в адаптер постійній пам'яті, то в мережі Token-Ring вже застосовувалася емулююча NetBIOS програма. Це дозволило більш гнучко реагувати на особливості апаратури і підтримувати сумісність з програмами більш високого рівня.

Мережа Token-Ring має топологію кільце, хоча зовні вона більше нагадує зірку. Це пов'язано з тим, що окремі абоненти (комп'ютери) приєднуються до мережі не прямо, а через спеціальні концентратори або багатостанційні пристрої доступу (MSAU або MAU - Multistation Access Unit). Фізично мережа утворює зірково-кільцеву топологію (рис. 7.3). Насправді ж абоненти поєднуються все-таки в кільце, тобто кожен з них передає інформацію одному сусідньому абонентові, а приймає інформацію від іншого.

Мал. 7.3. Зоряно-кільцева топологія мережі Token-Ring

Концентратор (MAU) при цьому дозволяє централізувати завдання конфігурації, відключення несправних абонентів, контроль роботи мережі і т.д. (Рис. 7.4). Ніякої обробки інформації він не виробляє.

Мал. 7.4. З'єднання абонентів мережі Token-Ring в кільце за допомогою концентратора (MAU)

Для кожного абонента в складі концентратора застосовується спеціальний блок підключення до магістралі (TCU - Trunk Coupling Unit), який забезпечує автоматичне включення абонента в кільце, якщо він підключений до концентратора і справний. Якщо абонент відключається від концентратора або ж він несправний, то блок TCU автоматично відновлює цілісність кільця без участі даного абонента. Спрацьовує TCU по сигналу постійного струму (Так званий фантомний ток), який приходить від абонента, який бажає включитися в кільце. Абонент може також відключитися від кільця і \u200b\u200bпровести процедуру самотестування (крайній правий абонент на рис. 7.4). Фантомний ток ніяк не впливає на інформаційний сигнал, тому що сигнал в кільці не має постійної складової.

Конструктивно концентратор являє собою автономний блок з десятьма роз'ємами на передній панелі (рис. 7.5).

Мал. 7.5. Концентратор Token-Ring (8228 MAU)

Вісім центральних роз'ємів (1 ... 8) призначені для підключення абонентів (комп'ютерів) за допомогою адаптерних (Adapter cable) або радіальних кабелів. Два крайніх роз'єму: вхідний RI (Ring In) і вихідний RO (Ring Out) служать для підключення до інших концентраторів за допомогою спеціальних магістральних кабелів (Path cable). Пропонуються настінний і настільний варіанти концентратора.

Існують як пасивні, так і активні концентратори MAU. Активний концентратор відновлює сигнал, що приходить від абонента (тобто працює, як концентратор Ethernet). Пасивний концентратор не виконує відновлення сигналу, тільки перекоммутірует лінії зв'язку.

Концентратор в мережі може бути єдиним (як на рис.7.4), в цьому випадку в кільце замикаються тільки абоненти, підключені до нього. Зовні така топологія виглядає, як зірка. Якщо ж потрібно підключити до мережі більше восьми абонентів, то кілька концентраторів з'єднуються магістральними кабелями й утворюють зірково-кільцеву топологію.

Як уже зазначалося, кільцева топологія дуже чутлива до обривів кабелю кільця. Для підвищення живучості мережі, в Token-Ring передбачений режим так званого згортання кільця, що дозволяє обійти місце обриву.

У нормальному режимі концентратори з'єднані в кільце двома паралельними кабелями, але передача інформації проводиться при цьому тільки по одному з них (рис. 7.6).

Мал. 7.6. Об'єднання концентраторів MAU в нормальному режимі

У разі одиночного ушкодження (обриву) кабелю мережу здійснює передачу по обом кабелям, обходячи тим самим пошкоджену ділянку. При цьому навіть зберігається порядок обходу абонентів, підключених до концентраторів (рис. 7.7). Правда, збільшується сумарна довжина кільця.

У разі множинних ушкоджень кабелю мережа розпадається на кілька частин (сегментів), не пов'язаних між собою, але зберігають повну працездатність (рис. 7.8). Максимальна частина мережі залишається при цьому пов'язаної, як і раніше. Звичайно, це вже не рятує мережу в цілому, але дозволяє при правильному розподілі абонентів по концентраторів зберігати значну частину функцій пошкодженої мережі.

Кілька концентраторів може конструктивно об'єднуватися в групи, кластер (cluster), всередині якого абоненти також з'єднані в кільце. Застосування кластерів дозволяє збільшувати кількість абонентів, підключених до одного центру, наприклад, до 16 (якщо в кластер входить два концентратора).

Мал. 7.7. Згортання кільця при пошкодженні кабелю

Мал. 7.8. Розпад кільця при множинних пошкодженнях кабелю

Як середовище передачі в мережі IBM Token-Ring спочатку застосовувалася кручена пара, як неекранована (UTP), так і екранована (STP), але потім з'явилися варіанти апаратури для коаксіального кабелю, а також для оптоволоконного кабелю в стандарті FDDI.

Основні технічні характеристики класичного варіанту мережі Token-Ring:

• максимальна кількість концентраторів типу IBM 8228 MAU - 12;
• максимальна кількість абонентів у мережі - 96;
• максимальна довжина кабелю між абонентом і концентратором - 45 метрів;
• максимальна довжина кабелю між концентраторами - 45 метрів;
• максимальна довжина кабелю, що з'єднує всі концентратори - 120 метрів;
• швидкість передачі даних - 4 Мбіт / с і 16 Мбіт / с.

Всі наведені характеристики відносяться до випадку використання неекранованої кручений пари. Якщо застосовується інше середовище передачі, характеристики мережі можуть відрізнятися. Наприклад, при використанні екранованої кручений пари (STP) кількість абонентів може бути збільшено до 260 (замість 96), довжина кабелю - до 100 метрів (замість 45), кількість концентраторів - до 33, а повна довжина кільця, що з'єднує концентратори - до 200 метрів . Оптоволоконний кабель дозволяє збільшувати довжину кабелю до двох кілометрів.

Для передачі інформації в Token-Ring застосовується біфазної код (точніше, його варіант з обов'язковим переходом в центрі бітового інтервалу). Як і в будь-який зіркоподібній топології, ніяких додаткових заходів по електричному погодженням і зовнішньому заземлення не потрібне. Узгодження виконується апаратурою мережевих адаптерів і концентраторів.

Для приєднання кабелів в Token-Ring використовуються роз'єми RJ-45 (для неекранованої кручений пари), а також MIC і DB9P. Провід в кабелі з'єднують однойменні контакти роз'ємів (тобто використовуються так звані прямі кабелі).

Мережа Token-Ring в класичному варіанті поступається мережі Ethernet як по допустимому розміру, так і по максимальній кількості абонентів. Що стосується швидкості передачі, то в даний час є версії Token-Ring на швидкість 100 Мбіт / с (High Speed \u200b\u200bToken-Ring, HSTR) і на 1000 Мбіт / с (Gigabit Token-Ring). Компанії, що підтримують Token-Ring (серед яких IBM, Olicom, Madge), не мають наміру відмовлятися від своєї мережі, розглядаючи її як гідного конкурента Ethernet.

У порівнянні з апаратурою Ethernet апаратура Token-Ring помітно дорожче, так як використовується більш складний метод управління обміном, тому мережа Token-Ring не отримала такого широкого поширення.

Однак на відміну від Ethernet мережу Token-Ring значно краще тримає високий рівень навантаження (понад 30-40%) і забезпечує гарантований час доступу. Це необхідно, наприклад, в мережах виробничого призначення, в яких затримка реакції на зовнішню подію може привести до серйозних аварій.

У мережі Token-Ring використовується класичний маркерний метод доступу, тобто по кільцю постійно циркулює маркер, до якого абоненти можуть приєднувати свої пакети даних (див. Рис. 7.8). Звідси випливає таке важливе гідність даної мережі, як відсутність конфліктів, але є і недоліки, зокрема необхідність контролю цілісності маркера і залежність функціонування мережі від кожного абонента (в разі несправності абонент обов'язково повинен бути виключений з кільця).

Граничний час передачі пакета в Token-Ring 10 мс. При максимальній кількості абонентів 260 повний цикл роботи кільця складе 260 x 10 мс \u003d 2,6 с. За цей час всі 260 абонентів зможуть передати свої пакети (якщо, звичайно, їм є чого передавати). За цей же час вільний маркер обов'язково дійде до кожного абонента. Цей же інтервал є верхньою межею часу доступу Token-Ring.

Кожен абонент мережі (його мережевий адаптер) повинен виконувати наступні функції:

• виявлення помилок передачі;
• контроль конфігурації мережі (відновлення мережі при виході з ладу того абонента, який передує йому в кільці);
• контроль численних тимчасових співвідношень, прийнятих в мережі.

Велика кількість функцій, звичайно, ускладнює і здорожує апаратуру мережевого адаптера.

Для контролю цілісності маркера в мережі використовується один з абонентів (так званий активний монітор). При цьому його апаратура нічим не відрізняється від інших, але його програмні засоби стежать за тимчасовими співвідношеннями в мережі і формують в разі потреби новий маркер.

Активний монітор виконує наступні функції:

• запускає в кільце маркер на початку роботи і при його зникненні;
• регулярно (раз в 7 с) повідомляє про свою присутність спеціальним керуючим пакетом (AMP - Active Monitor Present);
• видаляє з кільця пакет, який не був видалений послав його абонентом;
• стежить за допустимим часом передачі пакета.

Активний монітор вибирається при ініціалізації мережі, їм може бути будь-який комп'ютер мережі, але, як правило, стає перший включений в мережу абонент. Абонент, який став активним монітором, включає в мережу свій буфер (зсувний регістр), який гарантує, що маркер буде вміщатися в кільці навіть при мінімальній довжині кільця. Розмір цього буфера - 24 біта для швидкості 4 Мбіт / с і 32 біта для швидкості 16 Мбіт / с.

Кожен абонент постійно стежить за тим, як активний монітор виконує свої обов'язки. Якщо активний монітор з якоїсь причини виходить з ладу, то включається спеціальний механізм, за допомогою якого всі інші абоненти (запасні, резервні монітори) приймають рішення про призначення нового активного монітора. Для цього абонент, який знайшов аварію активного монітора, передає по кільцю керуючий пакет (пакет запиту маркера) зі своїм MAC-адресою. Кожен наступний абонент порівнює MAC-адресу з пакета з власним. Якщо його власну адресу менше, він передає пакет далі без змін. Якщо ж більше, то він встановлює в пакеті свій MAC-адресу. Активним монітором стане той абонент, у якого значення MAC-адреси більше, ніж у інших (він повинен тричі отримати назад пакет зі своїм MAC-адресою). Ознакою виходу з ладу активного монітора є невиконання ним однієї з перерахованих функцій.

Маркер мережі Token-Ring є керуючий пакет, що містить всього три байта (рис. 7.9): байт початкового роздільник (SD - Start Delimiter), байт управління доступом (AC - Access Control) і байт кінцевого роздільника (ED - End Delimiter). Всі ці три байта входять також до складу інформаційного пакета, правда, функції їх в маркері і в пакеті не однакові.

Початковий і кінцевий роздільники являють собою не просто послідовність нулів і одиниць, а містять сигнали спеціального виду. Це було зроблено для того, щоб роздільники не можна було сплутати ні з якими іншими байтами пакетів.

Мал. 7.9. Формат маркера мережі Token-Ring

Початковий роздільник SD містить чотири нестандартних бітових інтервалу (рис. 7.10). Два з них, позначаються J, є низький рівень сигналу протягом усього бітового інтервалу. Два інших біта, позначаються К, є високий рівень сигналу протягом усього бітового інтервалу. Зрозуміло, що такі збої в синхронізації легко виявляються приймачем. Біти J і K ніколи не можуть зустрічатися серед бітів корисної інформації.

Мал. 7.10. Формати початкового (SD) і кінцевого (ED) роздільників

Кінцевий роздільник ED також містить в собі чотири біта спеціального виду (два біта J і два біта K), а також два одиничних біта. Але, крім того, в нього входять і два інформаційних біта, які мають сенс тільки в складі інформаційного пакета:

• Біт I (Intermediate) являє собою ознаку проміжного пакета (1 відповідає першому в ланцюжку або проміжного пакету, 0 - останньому в ланцюжку або єдиному пакету).
• Біт E (Error) є ознакою виявленої помилки (0 відповідає відсутності помилок, 1 - їх наявності).

Байт управління доступом (AC - Access Control) розділений на чотири поля (рис. 7.11): поле пріоритету (три біти), біт маркера, біт монітора і поле резервування (три біти).

Мал. 7.11. Формат байта управління доступом

Біти (поле) пріоритету дозволяють абоненту привласнювати пріоритет своїм пакетам або маркера (пріоритет може бути від 0 до 7, причому 7 відповідає найвищому пріоритету, а 0 - нижчого). Абонент може приєднати до маркера свій пакет тільки тоді, коли його власний пріоритет (пріоритет його пакетів) такий же або вище пріоритету маркера.

Біт маркера визначає, приєднаний чи до маркера пакет чи ні (одиниця відповідає маркера без пакета, нуль - маркера з пакетом). Біт монітора, встановлений в одиницю, говорить про те, що даний маркер переданий активним монітором.

Біти (поле) резервування дозволяють абоненту зарезервувати своє право на подальше захоплення мережі, тобто зайняти чергу на обслуговування. Якщо пріоритет абонента (пріоритет його пакетів) вище, ніж поточне значення поля резервування, то він може просити за свій пріоритет замість колишнього. Після обходу по кільцю в поле резервування буде записаний найвищий пріоритет з усіх абонентів. Вміст поля резервування аналогічно вмісту поля пріоритету, але говорить про майбутнє пріоритеті.

В результаті використання полів пріоритету і резервування забезпечується можливість доступу до мережі тільки абонентам, які мають пакети для передачі з найвищим пріоритетом. Менш пріоритетні пакети будуть обслуговуватися тільки після вичерпання більш пріоритетних пакетів.

Формат інформаційного пакета (кадру) Token-Ring представлений на рис. 7.12. Крім початкового та кінцевого роздільників, а також байта управління доступом в цей пакет входять також байт управління пакетом, мережеві адреси приймача і передавача, дані, контрольна сума і байт стану пакета.

Мал. 7.12. Формат пакета (кадру) мережі Token-Ring (довжина полів дана в байтах)

Призначення полів пакету (кадру).

• Початковий роздільник (SD) є ознакою початку пакета, формат - такий же, як і в маркері.
• Байт управління доступом (AC) має той же формат, що і в маркері.
• Байт управління пакетом (FC - Frame Control) визначає тип пакету (кадру).
• Шестібайтовие MAC-адреси відправника і одержувача пакету мають стандартний формат, описаний в лекції 4.
• Поле даних (Data) включає в себе дані, що передаються (в інформаційному пакеті) або інформацію для управління обміном (в керуючому пакеті).
• Поле контрольної суми (FCS - Frame Check Sequence) являє собою 32-розрядну циклічну контрольну суму пакета (CRC).
• Кінцевий роздільник (ED), як і в маркері, вказує на кінець пакету. Крім того, він визначає, чи є даний пакет проміжним або заключним в послідовності переданих пакетів, а також містить ознака хибності пакета (див. Рис. 7.10).
• Байт стану пакета (FS - Frame Status) говорить про те, що відбувалося з даними пакетом: чи був він побачений приймачем (тобто, чи існує приймач із заданим адресою) і скопійований в пам'ять приймача. По ньому відправник пакета дізнається, чи дійшов пакет за призначенням і без помилок або його треба передавати заново.

Слід зазначити, що більший допустимий розмір переданих даних в одному пакеті в порівнянні з мережею Ethernet може стати вирішальним фактором для збільшення продуктивності мережі. Теоретично для швидкостей передачі 16 Мбіт / с і 100 Мбіт / с довжина поля даних може досягати навіть 18 Кбайт, що важливо при передачі великих обсягів даних. Але навіть при швидкості 4 Мбіт / с завдяки маркерні методом доступу мережу Token-Ring часто забезпечує велику фактичну швидкість передачі, ніж мережу Ethernet (10 Мбіт / с). Особливо помітна перевага Token-Ring при великих навантаженнях (понад 30-40%), так як в цьому випадку метод CSMA / CD вимагає багато часу на дозвіл повторних конфліктів.

Абонент, що бажає передавати пакет, чекає приходу вільного маркера і захоплює його. Захоплений маркер перетворюється в обрамлення інформаційного пакета. Потім абонент передає інформаційний пакет в кільце і чекає його повернення. Після цього він звільняє маркер і знову посилає його в мережу.

Крім маркера і звичайного пакета в мережі Token-Ring може передаватися спеціальний керуючий пакет, службовець для переривання передачі (Abort). Він може бути посланий в будь-який момент і в будь-якому місці потоку даних. Пакет цей складається з двох однобайтових полів - початкового (SD) і кінцевого (ED) роздільників описаного формату.

Цікаво, що в більш швидкої версії Token-Ring (16 Мбіт / с і вище) застосовується так званий метод раннього формування маркера (ETR - Early Token Release). Він дозволяє уникнути непродуктивного використання мережі в той час, поки пакет даних не повернеться по кільцю до свого відправнику.

Метод ETR зводиться до того, що відразу після передачі свого пакета, приєднаного до маркера, будь-який абонент видає в мережу новий вільний маркер. Інші абоненти можуть починати передачу своїх пакетів відразу ж після закінчення пакета попереднього абонента, не чекаючи, поки він завершить обхід всього кільця мережі. В результаті в мережі може бути кілька пакетів одночасно, але завжди буде не більше одного вільного маркера. Цей конвеєр особливо ефективний в мережах великої протяжності, що мають значну затримку поширення.

При підключенні абонента до концентратора він виконує процедуру автономного самотестування і тестування кабелю (в кільце він поки не включається, так як немає сигналу фантомного струму). Абонент посилає сам собі ряд пакетів і перевіряє правильність їх проходження (його вхід безпосередньо з'єднаний з його ж виходом блоком TCU, як показано на рис. 7.4). Після цього абонент включає себе в кільце, посилаючи фантомний струм. У момент включення, що передається по кільцю пакет може бути зіпсований. Далі абонент налаштовує синхронізацію і перевіряє наявність в мережі активного монітора. Якщо активного монітора немає, абонент починає змагання за право стати їм. Потім абонент перевіряє унікальність власної адреси в кільці і збирає інформацію про інших абонентів. Після чого він стає повноправним учасником обміну по мережі.

В процесі обміну кожний абонент стежить за справністю попереднього абонента (по кільцю). Якщо він підозрює відмову попереднього абонента, він запускає процедуру автоматичного відновлення кільця. Спеціальний керуючий пакет (бакен) говорить попереднього абоненту про необхідність провести самотестування і, можливо, відключитися від кільця.

У мережі Token-Ring передбачено також використання мостів і комутаторів. Вони застосовуються для поділу великого кільця на кілька кільцевих сегментів, що мають можливість обміну пакетами між собою. Це дозволяє знизити навантаження на кожен сегмент і збільшити частку часу, що надається кожному абоненту.

В результаті можна сформувати розподілене кільце, тобто об'єднання декількох кільцевих сегментів одним великим магістральним кільцем (рис. 7.13) або ж зірково-кільцеву структуру з центральним комутатором, до якого підключені кільцеві сегменти (рис. 7.14).

Мал. 7.13. Об'єднання сегментів магістральним кільцем за допомогою мостів

Мал. 7.14. Об'єднання сегментів центральним комутатором

Мережа Arcnet (або ARCnet від англійського Attached Resource Computer Net, комп'ютерна мережа з'єднаних ресурсів) - це одна з найстаріших мереж. Вона була розроблена компанією Datapoint Corporation ще в 1977 році. Міжнародні стандарти на цю мережу відсутні, хоча саме вона вважається родоначальницею методу маркерного доступу. Незважаючи на відсутність стандартів, мережа Arcnet донедавна (в 1980 - 1990 р.р.) користувалася популярністю, навіть серйозно конкурувала з Ethernet. Велика кількість компаній (наприклад, Datapoint, Standard Microsystems, Xircom і ін.) Виробляли апаратуру для мережі цього типу. Але зараз виробництво апаратури Arcnet практично припинено.

Серед основних переваг мережі Arcnet у порівнянні з Ethernet можна назвати обмежену величину часу доступу, високу надійність зв'язку, простоту діагностики, а також порівняно низьку вартість адаптерів. До найбільш істотних недоліків мережі відносяться низька швидкість передачі інформації (2,5 Мбіт / с), система адресації і формат пакета.

Для передачі інформації в мережі Arcnet використовується досить рідкісний код, в якому логічній одиниці відповідає два імпульси протягом бітового інтервалу, а логічному нулю - один імпульс. Очевидно, що це Самосінхронізірующійся код, який вимагає ще більшої пропускної здатності кабелю, чим навіть манчестерський.

Як середовище передачі в мережі використовується коаксіальний кабель з хвильовим опором 93 Ом, наприклад, марки RG-62A / U. Варіанти з кручений парою (екранованої і неекранованої) не отримали широкого поширення. Були запропоновані і варіанти на оптоволоконному кабелі, але і вони також не врятували Arcnet.

Як топології мережа Arcnet використовує класичну шину (Arcnet-BUS), а також пасивну зірку (Arcnet-STAR). У зірці застосовуються концентратори (хаби). Можливе об'єднання з допомогою концентраторів шинних і зіркових сегментів в деревоподібну топологію (як і в Ethernet). Головне обмеження - в топології не повинно бути замкнутих шляхів (петель). Ще одне обмеження: кількість сегментів, з'єднаних послідовною ланцюжком за допомогою концентраторів, не повинно перевищувати трьох.

Концентратори бувають двох видів:

• Активні концентратори (відновлюють форму приходять сигналів і підсилюють їх). Кількість портів - від 4 до 64. Активні концентратори можуть з'єднуватися між собою (каскадуватися).
• Пасивні концентратори (просто змішують які надходять сигнали без посилення). Кількість портів - 4. Пасивні концентратори не можуть з'єднуватися між собою. Вони можуть пов'язувати тільки активні концентратори і / або мережеві адаптери.

Шинні сегменти можуть підключатися тільки до активних концентраторів.

Мережеві адаптери також бувають двох видів:

• Високоімпедансних (Bus), призначені для використання в шинних сегментах:
• Нізкоімпедансние (Star), призначені для використання в пасивної зірки.

Нізкоімпедансние адаптери відрізняються від високоімпедансних тим, що вони містять в своєму складі погоджують 93-омні термінатори. При їх застосуванні зовнішнє узгодження не потрібно. У шинних сегментах нізкоімпедансние адаптери можуть використовуватися як кінцеві для узгодження шини. Високоімпедансних адаптери вимагають застосування зовнішніх 93-омних термінаторів. Деякі мережеві адаптери мають можливість перемикання з високоімпедансних стану в нізкоімпедансное, вони можуть працювати і в шині, і в зірці.

Таким чином, топологія мережі Arcnet має такий вигляд (рис. 7.15).

Мал. 7.15. Топологія мережі Arcnet типу шина (B - адаптери для роботи в шині, S - адаптери для роботи в зірці)

Основні технічні характеристики мережі Arcnet наступні.

• Середовище передачі - коаксіальний кабель, кручена пара.
• Максимальна довжина мережі - 6 кілометрів.
• Максимальна довжина кабелю від абонента до пасивного концентратора - 30 метрів.
• Максимальна довжина кабелю від абонента до активного концентратора - 600 метрів.
• Максимальна довжина кабелю між активним і пасивним концентраторами - 30 метрів.
• Максимальна довжина кабелю між активними концентраторами - 600 метрів.
• Максимальна кількість абонентів в мережі - 255.
• Максимальна кількість абонентів на шинному сегменті - 8.
• Мінімальна відстань між абонентами в шині - 1 метр.
• Максимальна довжина шинного сегмента - 300 метрів.
• Швидкість передачі даних - 2,5 Мбіт / с.

При створенні складних топологій необхідно стежити за тим, щоб затримка поширення сигналів в мережі між абонентами не перевищувала 30 мкс. Максимальне загасання сигналу в кабелі на частоті 5 МГц не повинна перевищувати 11 дБ.

У мережі Arcnet використовується маркерний метод доступу (метод передачі права), але він дещо відрізняється від аналогічного в мережі Token-Ring. Найближче цей метод до того, який передбачений в стандарті IEEE 802.4. Послідовність дій абонентів при даному методі:

1. Абонент, що бажає передавати, чекає приходу маркера.

2. Отримавши маркер, він надсилає запит на передачу абоненту-приймача інформації (запитує, чи готовий приймач прийняти його пакет).

3. Приймач, отримавши запит, посилає відповідь (підтверджує свою готовність).

4. Отримавши підтвердження готовності, абонент-передавач посилає свій пакет.

5. Отримавши пакет, приймач посилає підтвердження прийому пакета.

6. Передавач, одержавши підтвердження прийому пакета, закінчує свій сеанс зв'язку. Після цього маркер передається наступному абоненту по порядку убування мережевих адрес.

Таким чином, в даному випадку пакет передається тільки тоді, коли є впевненість в готовності приймача прийняти його. Це істотно збільшує надійність передачі.

Так само, як і в разі Token-Ring, конфлікти в Arcnet повністю виключені. Як і будь-яка маркерная мережу, Arcnet добре тримає навантаження і гарантує величину часу доступу до мережі (на відміну від Ethernet). Повний час обходу маркером всіх абонентів становить 840 мс. Відповідно, цей же інтервал визначає верхня межа часу доступу до мережі.

Маркер формується спеціальним абонентом - контролером мережі. Їм є абонент з мінімальним (нульовим) адресою.

Якщо абонент не отримує вільний маркер протягом 840 мс, то він посилає в мережу довгу бітову послідовність (для гарантованого знищення зіпсованого старого маркера). Після цього проводиться процедура контролю мережі і призначення (при необхідності) нового контролера.

Розмір пакета мережі Arcnet становить 0,5 Кбайта. Крім поля даних в нього входять також 8-бітові адреси приймача і передавача і 16-бітна циклічна контрольна сума (CRC). Такий невеликий розмір пакета виявляється не дуже зручним при високій інтенсивності обміну по мережі.

Адаптери мережі Arcnet відрізняються від адаптерів інших мереж тим, що в них необхідно за допомогою перемикачів або перемичок встановити власний мережевий адресу (всього їх може бути 255, так як останній, 256-ой адреса застосовується в мережі для режиму широкого мовлення). Контроль унікальності кожної адреси мережі повністю покладається на користувачів мережі. Підключення нових абонентів стає при цьому досить складним, так як необхідно ставити ту адресу, яку ще не використовувався. Вибір 8-бітного формату адреси обмежує припустиму кількість абонентів в мережі - 255, що може бути недостатньо для великих компаній.

В результаті все це призвело до практично повної відмови від мережі Arcnet. Існували варіанти мережі Arcnet, розраховані на швидкість передачі 20 Мбіт / с, але вони не набули широкого поширення.

Статті до прочитання:

Лекція 6: Стандартні сегменти мережі Ethernet / Fast Ethernet

Fast Ethernet - специфікація IEЕЕ 802.3 u офіційно прийнята 26 жовтня 1995 року визначає стандарт протоколу канального рівня для мереж працюють при використанні як мідного, так і волоконно-оптичного кабелю зі швидкістю 100Мб / с. Нова специфікація є спадкоємицею стандарту Ethernet IEЕЕ 802.3, використовуючи такий же формат кадру, механізм доступу до середовища CSMA / CD і топологію зірка. Еволюція торкнулася кількох елементів конфігурації засобів фізичного рівня, що дозволило збільшити пропускну здатність, включаючи типи застосовуваного кабелю, довжину сегментів і кількість концентраторів.

фізичний рівень

Стандарт Fast Ethernet визначає три типи середовища передачі сигналів Ethernet зі швидкістю 100 Мбіт / с.

· 100Base-TX - дві кручені пари проводів. Передача здійснюється відповідно до стандарту передачі даних в кручений фізичної середовищі, розробленим ANSI (American National Standards Institute - Американський національний інститут стандартів). Вітою кабель для передачі даних може бути екранованим, або неекранованим. Використовує алгоритм кодування даних 4В / 5В і метод фізичного кодування MLT-3.

· 100Base-FX - дві жили, волоконно-оптичного кабелю. Передача також здійснюється відповідно до стандарту передачі даних в волоконно-оптичному середовищі, якої розроблений ANSI. Використовує алгоритм кодування даних 4В / 5В і метод фізичного кодування NRZI.

· 100Base-T4 - це особлива специфікація, розроблена комітетом IEEE 802.3u. Відповідно до цієї специфікації, передача даних здійснюється за чотирма крученим парам телефонного кабелю, який називають кабелем UTP категорії 3. Використовує алгоритм кодування даних 8В / 6Т і метод фізичного кодування NRZI.

багатомодовий кабель

У волоконно-оптичному кабелі цього типу використовується волокно з серцевиною діаметром 50, або 62,5 мікрометра і зовнішньою оболонкою товщиною 125 мікрометрів. Такий кабель називається багатомодовим оптичним кабелем з волокнами 50/125 (62,5 / 125) мікрометрів. Для передачі світлового сигналу по многомодовому кабелю застосовується світлодіодний приймач з довжиною хвилі 850 (820) нанометрів. Якщо багатомодовий кабель з'єднує два порти перемикачів, які працюють в повнодуплексному режимі, то він може мати довжину до 2000 метрів.

одномодовий кабель

Одномодовий волоконно-оптичний кабель має менший, ніж у многомодового, діаметр серцевини - 10 мікрометра, і для передачі по одномодовому кабелю використовується лазерний приймач, що в сукупності забезпечує ефективну передачу на великі дистанції. Довжина хвилі переданого світлового сигналу близька до діаметру серцевини, який дорівнює 1300 нанометрів. Це число відомо як довжина хвилі нульової дисперсії. В одномодовому кабелі дисперсія і втрати сигналу дуже незначні, що дозволяє передавати світлові сигнали на великі відстані, ніж в разі застосування многомодового волокна.

38. Технологія Gigabit Ethernet, загальна характеристика, специфікація фізичного середовища, основні поняття.
3.7.1. Загальна характеристика стандарту

Досить швидко після появи на ринку продуктів Fast Ethernet мережеві інтегратори і адміністратори відчули певні обмеження при побудові корпоративних мереж. У багатьох випадках сервери, підключені по 100-мегабитному каналу, перевантажували магістралі мереж, що працюють також на швидкості 100 Мбіт / с - магістралі FDDI і Fast Ethernet. Відчувалася потреба в наступному рівні ієрархії швидкостей. У 1995 році більш високий рівень швидкості могли надати тільки комутатори ATM, а при відсутності в той час зручних засобів міграції цієї технології в локальні мережі (хоча специфікація LAN Emulation - LANE була прийнята на початку 1995 року, практична її реалізація була попереду) впроваджувати їх в локальну мережу майже ніхто не наважувався. Крім того, технологія ATM відрізнялася дуже високим рівнем вартості.

Тому логічним виглядав наступний крок, зроблений IEEE, - через 5 місяців після остаточного прийняття стандарту Fast Ethernet в червні 1995 року дослідницькій групі з вивчення високошвидкісних технологій IEEE було наказано зайнятися розглядом можливості вироблення стандарту Ethernet з ще більш високою бітовою швидкістю.

Влітку 1996 року було оголошено про створення групи 802.3z для розробки протоколу, максимально подібного Ethernet, але з бітовою швидкістю 1000 Мбіт / с. Як і в разі Fast Ethernet, повідомлення було сприйнято прихильниками Ethernet з великим ентузіазмом.

Основною причиною ентузіазму була перспектива такого ж плавного перекладу магістралей мереж на Gigabit Ethernet, подібно до того, як були переведені на Fast Ethernet перевантажені сегменти Ethernet, розташовані на нижніх рівнях ієрархії мережі. До того ж досвід передачі даних на гігабітних швидкостях вже був, як в територіальних мережах (технологія SDH), так і в локальних - технологія Fibre Channel, яка використовується в основному для підключення високошвидкісної периферії до великих комп'ютерів і передає дані по волоконно-оптичному кабелю з швидкістю, близькою до гигабитной, за допомогою надлишкового коду 8В / 10В.

Перша версія стандарту була розглянута в січні 1997 року, а остаточно стандарт 802.3z був прийнятий 29 червня 1998 року в засіданні комітету IEEE 802.3. Роботи по реалізації Gigabit Ethernet на кручений парі категорії 5 були передані спеціальному комітету 802.3аb, який вже розглянув кілька варіантів проекту цього стандарту, причому з липня 1998 року проект набув досить стабільний характер. Остаточне прийняття стандарту 802.3ab очікується у вересні 1999 року.

Не чекаючи прийняття стандарту, деякі компанії випустили перше обладнання Gigabit Ethernet на оптоволоконному кабелі вже до літа 1997 року.

Основна ідея розробників стандарту Gigabit Ethernet складається в максимальному збереженні ідей класичної технології Ethernet при досягненні бітової швидкості в 1000 Мбіт / с.

Так як при розробці нової технології природно очікувати деяких технічних новинок, що йдуть в загальному руслі розвитку мережевих технологій, то важливо відзначити, що Gigabit Ethernet, так само як і його менш швидкісні побратими, на рівні протоколу не будепідтримувати:

• якість обслуговування;
• надлишкові зв'язку;
• тестування працездатності вузлів і устаткування (в останньому випадку - за винятком тестування зв'язку порт - порт, як це робиться для Ethernet 10Base-T і 10Base-F і Fast Ethernet).

Всі три названих властивості вважаються дуже перспективними і корисними в сучасних мережах, а особливо в мережах найближчого майбутнього. Чому ж автори Gigabit Ethernet відмовляються від них?

Головна ідея розробників технології Gigabit Ethernet полягає в тому, що існує і буде існувати дуже багато мереж, в яких висока швидкість магістралі і можливість призначення пакетам пріоритетів в комутаторах будуть цілком достатні для забезпечення якості транспортного обслуговування всіх клієнтів мережі. І тільки в тих рідкісних випадках, коли і магістраль досить завантажена, і вимоги до якості обслуговування дуже жорсткі, потрібно застосовувати технологію ATM, яка дійсно за рахунок високої технічної складності дає гарантії якості обслуговування для всіх основних видів трафіку.

39. Структурна кабельна система застосовується в мережевих технологіях.
Структурована кабельна система (Structured Cabling System, SCS) - це набір комутаційних елементів (кабелів, роз'ємів, конекторів, кросових панелей і шаф), а також методика їх спільного використання, яка дозволяє створювати регулярні, легко розгортаються структури зв'язків в обчислювальних мережах.

Структурована кабельна система представляє свого роду «конструктор», за допомогою якого проектувальник мережі будує потрібну йому конфігурацію зі стандартних кабелів, з'єднаних стандартними роз'ємами і комутованих на стандартних кросових панелях. При необхідності конфігурацію зв'язків можна легко змінити - додати комп'ютер, сегмент, комутатор, вилучити непотрібне обладнання, а також поміняти з'єднання між комп'ютерами і концентраторами.

При побудові структурованої кабельної системи мається на увазі, що кожне робоче місце на підприємстві має бути оснащено розетками для підключення телефону і комп'ютера, навіть якщо в даний момент цього не потрібно. Тобто хороша структурована кабельна система будується надлишковою. В майбутньому це може заощадити кошти, так як зміни в підключенні нових пристроїв можна виробляти за рахунок перекоммутации вже прокладених кабелів.

Типова ієрархічна структура структурованої кабельної системи включає:

• горизонтальні підсистеми (в межах поверху);
• вертикальні підсистеми (усередині будівлі);
• підсистему кампусу (в межах однієї території з декількома будівлями).

горизонтальна підсистемаз'єднує кросовий шафа поверху з розетками користувачів. Підсистеми цього типу відповідають поверхах будівлі. вертикальна підсистемаз'єднує кросові шафи кожного поверху з центральною апаратною будівлі. Наступним кроком ієрархії є підсистема кампусу,яка з'єднує кілька будинків з головною апаратною всього кампусу. Ця частина кабельної системи зазвичай називається магістраллю (backbone).

Використання структурованої кабельної системи замість хаотично прокладених кабелів дає підприємству багато переваг.

· Універсальність.Структурована кабельна система при продуманій організації може стати єдиною середовищем для передачі комп'ютерних даних в локальної обчислювальної мережі, організації локальної телефонної мережі, Передачі відеоінформації і навіть передачі сигналів від датчиків пожежної безпеки або охоронних систем. Це дозволяє автоматизувати багато процесів контролю, моніторингу та управління господарськими службами і системами життєзабезпечення підприємства.

· Збільшення терміну служби.Термін морального старіння добре структурованої кабельної системи може становити 10-15 років.

· Зменшення вартості додавання нових користувачів і зміни їх місць розміщення.Відомо, що вартість кабельної системи значна і визначається в основному не вартістю кабелю, а вартістю робіт з його прокладанні. Тому вигідніше провести одноразову роботу з прокладання кабелю, можливо, з великим запасом по довжині, ніж кілька разів виконувати прокладку, нарощуючи довжину кабелю. При такому підході всі роботи по додаванню або переміщенню користувача зводяться до підключення комп'ютера до вже наявної розетки.

· Можливість легкого розширення мережі.Структурована кабельна система є модульною, тому її легко розширювати. Наприклад, до магістралі можна додати нову підмережу, не надаючи ніякого впливу на існуючі підмережі. Можна замінити в окремій підмережі тип кабелю незалежно від іншої частини мережі. Структурована кабельна система є основою для поділу мережі на легко керовані логічні сегменти, так як вона сама вже розділена на фізичні сегменти.

· Забезпечення більш ефективного обслуговування.Структурована кабельна система полегшує обслуговування і пошук несправностей в порівнянні з шинної кабельної системою. При шинної організації кабельної системи відмова одного з пристроїв або сполучних елементів призводить до важко локалізуемое відмови всієї мережі. У структурованих кабельних системах відмова одного сегмента не діє на інші, так як об'єднання сегментів здійснюється за допомогою концентраторів. Концентратори діагностують і локалізують несправну ділянку.

· Надійність.Структурована кабельна система має підвищену надійність, оскільки виробник такої системи гарантує не тільки якість її окремих компонентів, але і їх сумісність.

40. Концентратори і мережеві адаптери, принципи, використання, основні поняття.
Концентратори разом з мережевими адаптерами, а також кабельної системою представляють той мінімум обладнання, за допомогою якого можна створити локальну мережу. Така мережа буде являти собою загальне поділюване середовище

Мережевий адаптер (Network Interface Card, NIC)разом зі своїм драйвером реалізує другий, канальний рівень моделі відкритих систем в кінцевому вузлі мережі - комп'ютері. Більш точно, в мережевий операційній системі пара адаптер і драйвер виконує тільки функції фізичного і МАС-рівнів, в той час як LLC-рівень звичайно реалізується модулем операційної системи, Єдиним для всіх драйверів і мережевих адаптерів. Власне так воно і повинно бути відповідно до моделі стека протоколів IEEE 802. Наприклад, в ОС Windows NT рівень LLC реалізується в модулі NDIS, загальному для всіх драйверів мережевих адаптерів, незалежно від того, яку технологію підтримує драйвер.

Мережевий адаптер спільно з драйвером виконують дві операції: передачу і прийом кадру.

В адаптерах для клієнтських комп'ютерів значна частина роботи перекладається на драйвер, тим самим адаптер виявляється простіше і дешевше. Недоліком такого підходу є висока ступінь завантаження центрального процесора комп'ютера рутинними роботами по передачі кадрів з оперативної пам'яті комп'ютера в мережу. Центральний процесор змушений займатися цією роботою замість виконання прикладних задач користувача.

Мережевий адаптер перед установкою в комп'ютер необхідно конфігурувати. При конфігуруванні адаптера задаються номер переривання IRQ, використовуваного адаптером, номер каналу прямого доступу до пам'яті DMA (якщо адаптер підтримує режим DMA) і базова адреса портів введення / виводу.

Практично у всіх сучасних технологіях локальних мереж визначено пристрій, який має кілька рівноправних назв - концентратор (Concentrator), хаб (hub), повторювач (repeater). Залежно від області застосування цього пристрою в значній мірі змінюється склад його функцій і конструктивне виконання. Незмінною залишається лише основна функція - це повторення кадруабо на всіх портах (як визначено в стандарті Ethernet), або тільки на деяких портах, відповідно до алгоритму, певним відповідним стандартом.

Концентратор зазвичай має кілька портів, до яких за допомогою окремих фізичних сегментів кабелю підключаються кінцеві вузли мережі - комп'ютери. Концентратор об'єднує окремі фізичні сегменти мережі в єдину поділюване середовище, доступ до якої здійснюється відповідно до одним з розглянутих протоколів локальних мереж - Ethernet, Token Ring і т. П. Так як логіка доступу до середи істотно залежить від технології, то для кожного типу технології випускаються свої концентратори - Ethernet; Token Ring; FDDI і 100VG-AnyLAN. Для конкретного протоколу іноді використовується своє, вузькоспеціалізоване назва цього пристрою, більш точно відображає його функції або ж використовується в силу традицій, наприклад, для концентраторів Token Ring характерно назва MSAU.

Кожен концентратор виконує деяку основну функцію, певну у відповідному протоколі тієї технології, яку він підтримує. Хоча ця функція досить детально визначена в стандарті технології, при її реалізації концентратори різних виробників можуть відрізнятися такими деталями, як кількість портів, підтримка декількох типів кабелів і т. П.

Крім основної функції концентратор може виконувати кілька додаткових функцій, які або в стандарті взагалі не визначені, або є факультативними. Наприклад, концентратор Token Ring може виконувати функцію відключення некоректно працюючих портів і переходу на резервне кільце, хоча в стандарті такі його можливості не описані. Концентратор виявився зручним пристроєм для виконання додаткових функцій, що полегшують контроль і експлуатацію мережі.

41. Використання мостів і комутаторів, принципи, особливості, приклади, обмеження
Структуризація за допомогою мостів і комутаторів

мережу можна розділити на логічні сегменти за допомогою пристроїв двох типів - мостів (bridge) і / або комутаторів (switch, switching hub).

Міст і комутатор - це функціональні близнюки. Обидва ці пристрої просувають кадри на підставі одних і тих же алгоритмів. Мости і комутатори використовують два типи алгоритмів: алгоритм прозорого моста (transparent bridge),описаного в стандарті IEEE 802.1D, або алгоритм моста з маршрутизацією від джерела (source routing bridge)компанії IBM для мереж Token Ring. Ці стандарти були розроблені задовго до появи першого комутатора, тому в них використовується термін «міст». Коли ж на світ з'явилася перша промислова модель комутатора для технології Ethernet, то вона виконувала той же алгоритм просування кадрів IEEE 802.ID, який був з десяток років відпрацьований мостами локальних і глобальних мереж

Основна відмінність комутатора від моста полягає в тому, що міст обробляє кадри послідовно, а комутатор - паралельно. Ця обставина пов'язана з тим, що мости з'явилися в ті часи, коли мережа ділили на невелику кількість сегментів, а межсегментний трафік був невеликим (він підпорядковувався правилу 80 на 20%).

Сьогодні мости як і раніше працюють в мережах, але тільки на досить повільних глобальних зв'язках між двома віддаленими локальними мережами. Такі мости називаються віддаленими мостами (remote bridge), і алгоритм їх роботи нічим не відрізняється від стандарту 802.1D або Source Routing.

Прозорі мости вміють, окрім передачі кадрів в рамках однієї технології, транслювати протоколи локальних мереж, наприклад Ethernet в Token Ring, FDDI в Ethernet і т. П. Це властивість прозорих мостів описано в стандарті IEEE 802.1H.

Надалі будемо називати пристрій, який просуває кадри по алгоритму моста і працює в локальній мережі, сучасним терміном «комутатор». При описі ж самих алгоритмів 802.1D і Source Routing в наступному розділі будемо за традицією називати пристрій мостом, як власне воно в цих стандартах і називається.

42. Комутатори для локальних мереж, протоколи, режими роботи, приклади.
Кожен з 8 портів 10Base-T обслуговується одним процесором пакетів Ethernet - ЕРР (Ethernet Packet Processor). Крім того, комутатор має системний модуль, який координує роботу всіх процесорів ЕРР. Системний модуль веде загальну адресну таблицю комутатора і забезпечує управління комутатором по протоколу SNMP. Для передачі кадрів між портами використовується комутаційна матриця, подібна до тих, які працюють в телефонних комутаторах або мультипроцесорних комп'ютерах, з'єднуючи кілька процесорів з декількома модулями пам'яті.

Комутаційна матриця працює за принципом комутації каналів. Для 8 портів матриця може забезпечити 8 одночасних внутрішніх каналів при напівдуплексному режимі роботи портів і 16 - при повнодуплексному, коли передавач і приймач кожного порту працюють незалежно один від одного.

При надходженні кадру в якийсь порт процесор ЕРР буферизует кілька перших байт кадру, щоб прочитати адресу призначення. Після отримання адреси призначення процесор відразу ж приймає рішення про передачу пакета, не чекаючи приходу інших байт кадру.

Якщо ж кадр потрібно передати на інший порт, то процесор звертається до комутаційної матриці і намагається встановити в ній шлях, що зв'язує його порт з портом, через який йде маршрут до адреси призначення. Комутаційна матриця може це зробити тільки в тому випадку, коли порт адреси призначення в цей момент вільний, тобто не з'єднаний з іншим портом.Еслі же порт зайнятий, то, як і в будь-якому пристрої з комутацією каналів, матриця в поєднанні відмовляє. В цьому випадку кадр повністю буферизується процесором вхідного порту, після чого процесор очікує звільнення вихідного порту і освіти комутаційної матрицею потрібного путі.После того як потрібний шлях встановлено, в нього направляються буферізованние байти кадру, які приймаються процесором вихідного порту. Як тільки процесор вихідного порту отримує доступ до підключеного до нього сегмента Ethernet за алгоритмом CSMA / CD, байти кадру відразу ж починають передаватися в мережу. Описаний спосіб передачі кадру без його повної буферизації одержав назву комутації «на льоту» ( «on-the-fly») або «безперервно» ( «cut-through»). Головною причиною підвищення продуктивності мережі при використанні комутатора є паралельнаобробка декількох кадров.Етот ефект ілюструє рис. 4.26. На малюнку зображена ідеальна відносно підвищення продуктивності ситуація, коли чотири порти з восьми передають дані з максимальною для протоколу Ethernet швидкістю 10 Мб / с, причому вони передають ці дані на інші чотири порти комутатора НЕ конфліктуючи - потоки даних між вузлами мережі розподілилися так, що для кожного приймаючого кадри порту є свій вихідний порт. Якщо комутатор встигає обробляти вхідний трафік навіть при максимальній інтенсивності надходження кадрів на вхідні порти, то загальна продуктивність комутатора в наведеному прикладі складе 4x10 \u003d 40 Мбіт / с, а при узагальненні прикладу для N портів - (N / 2) xlO Мбіт / с. Кажуть, що комутатор надає кожній станції або сегменту, підключеним до його портів, виділену пропускну здатність протокола.Естественно, що в мережі не завжди складається така ситуація, яка зображена на рис. 4.26. Якщо двом станціям, наприклад станціям, підключеним до портів 3 і 4, одночасно потрібно записувати дані на один і той же сервер, підключений до порту 8, то комутатор не зможе виділити кожній станції потік даних по 10 Мбіт / с, так як порт 5 не може передавати дані зі швидкістю 20 Мбіт / с. Кадри станцій чекатимуть у внутрішніх чергах вхідних портів 3 і 4, коли звільниться порт 8 для передачі чергового кадру. очевидно, хорошим рішенням для такого розподілу потоків даних було б підключення сервера до більш високошвидкісного порту, наприклад Fast Ethernet.Так як головне достоїнство комутатора, завдяки якому він завоював дуже хороші позиції в локальних мережах, це його висока продуктивність, То розробники комутаторів намагаються випускати так звані неблокірующіх (non-blocking)моделі комутаторів.

43. Алгоритм роботи прозорого моста.
Прозорі мости непомітні для мережевих адаптерів кінцевих вузлів, так як вони самостійно будують спеціальну адресну таблицю, на підставі якої можна вирішити, потрібно передавати прийшов кадр в будь-якій іншій сегмент чи ні. Мережеві адаптери при використанні прозорих мостів працюють точно так же, як і в разі їх відсутності, тобто не вживають ніяких додаткових дій, щоб кадр пройшов через міст. Алгоритм прозорого моста не залежить від технології локальної мережі, в якій встановлюється міст, тому прозорі мости Ethernet працюють точно так же, як прозорі мости FDDI.

Прозорий міст будує свою адресну таблицю на підставі пасивного спостереження за трафіком, що циркулює в підключених до його портів сегментах. При цьому міст враховує адреси джерел кадрів даних, що надходять на порти моста. За адресою джерела кадру міст робить висновок про належність цього вузла того чи іншого сегменту мережі.

Розглянемо процес автоматичного створення адресної таблиці моста і її використання на прикладі простої мережі, представленої на рис. 4.18.

Мал. 4.18. Принцип роботи прозорого моста

Міст з'єднує два логічних сегмента. Сегмент 1 складають комп'ютери, підключені за допомогою одного відрізка коаксіального кабелю до порту 1 моста, а сегмент 2 - комп'ютери, підключені за допомогою іншого відрізка коаксіального кабелю до порту 2 мости.

Кожен порт моста працює як кінцевий вузол свого сегмента за одним винятком - порт моста не має власного МАС-адреси. Порт моста працює в так званому нерозбірливому (promisquous)режимі захоплення пакетів, коли всі, хто вступає на порт пакети запам'ятовуються в буферній пам'яті. За допомогою такого режиму міст стежить за всім трафіком, переданим в приєднаних до нього сегментах, і використовує проходять через нього пакети для вивчення складу мережі. Так як в буфер записуються всі пакети, то адреса порту мосту не потрібен.

В початковому стані міст нічого не знає про те, комп'ютери з якими МАС-адресами підключені до кожного з його портів. Тому в цьому випадку міст просто передає будь-який захоплений і буферізованние кадр на всі свої порти за винятком того, від якого цей кадр отриманий. У нашому прикладі біля мосту тільки два порти, тому він передає кадри з порту 1 на порт 2, і навпаки. Коли міст збирається передати кадр з сегмента на сегмент, наприклад з сегмента 1 на сегмент 2, він заново намагається отримати доступ до сегмента 2 як кінцевий вузол за правилами алгоритму доступу, в даному прикладі - за правилами алгоритму CSMA / CD.

Одночасно з передачею кадру на всі порти міст вивчає адресу джерела кадру і робить новий запис про його приналежність до своєї адресної таблиці, яку також називають таблицею фільтрації або маршрутизації.

Після того як міст пройшов етап навчання, він може працювати більш раціонально. При отриманні кадру, спрямованого, наприклад, від комп'ютера 1 комп'ютера 3, він переглядає адресну таблицю на предмет збігу її адрес з адресою призначення 3. Оскільки такий запис є, то міст виконує другий етап аналізу таблиці - перевіряє, чи знаходяться комп'ютери з адресами джерела ( в нашому випадку - це адреса 1) і адресою призначення (адреса 3) в одному сегменті. Так як в нашому прикладі вони знаходяться в різних сегментах, то міст виконує операцію просування (forwarding)кадру - передає кадр на інший порт, попередньо отримавши доступ до іншого сегменту.

Якщо ж адреса призначення невідомий, то міст передає кадр на всі свої порти, крім порту - джерела кадру, як і на початковій стадії процесу навчання.

44. Мости з маршрутизацією від джерела.
Мости з маршрутизацією від джерела застосовуються для з'єднання кілець Token Ring і FDDI, хоча для цих же цілей можуть використовуватися і прозорі мости. Маршрутизація від джерела (Source Routing, SR) заснована на тому, що станція-відправник поміщає в посилається в інше кільце кадр всю адресну інформацію про проміжні мостах і кільцях, які повинен пройти кадр перед тим, як потрапити в кільце, до якого підключена станція- одержувач.

Розглянемо принципи роботи мостів Source Routing (надалі, SR-мости) на прикладі мережі, зображеної на рис. 4.21. Мережа складається з трьох кілець, з'єднаних трьома мостами. Для завдання маршруту кільця і \u200b\u200bмости мають ідентифікатори. SR-мости не будують адресну таблицю, а при просуванні кадрів користуються інформацією, наявною у відповідних полях кадру даних.

Риc. 4.21.Мости типу Source Routing

При отриманні кожного пакета SR-мосту потрібно тільки переглянути поле маршрутної інформації (поле Routing Information Field, RIF, в кадрі Token Ring або FDDI) на предмет наявності в ньому свого ідентифікатора. І якщо він там присутній і супроводжується ідентифікатором кільця, яке підключено до даного мосту, то в цьому випадку міст копіює надійшов кадр в вказане кільце. В іншому випадку кадр в інше кільце не копіюється. У будь-якому випадку разі основний кадру повертається по вихідному кільцю станції-відправнику, і якщо він був переданий в інше кільце, то біт А (адреса розпізнано) і біт С (кадр скопійований) поля статусу кадру встановлюються в 1, щоб повідомити станції-відправнику, що кадр був отриманий станцією призначення (в даному випадку переданий мостом в інше кільце).

Так як маршрутна інформація в кадрі потрібна не завжди, а тільки для передачі кадру між станціями, підключеними до різних кілець, то наявність в кадрі поля RIF позначається установкою в 1 біт індивідуального / групового адреси (I / G) (при цьому даний біт використовується не за призначенням, так як адреса джерела завжди індивідуальний).

Поле RIF має управляє підполі, що складається з трьох частин.

• Тип кадрувизначає тип поля RIF. існують різні типи полів RIF, що використовуються для знаходження маршруту і для відправки кадру за відомим маршрутом.
• Поле максимальної довжини кадрувикористовується мостом для зв'язку кілець, в яких встановлено різне значення MTU. За допомогою цього поля міст повідомляє станцію про максимально можливій довжині кадру (тобто мінімальному значенні MTU протягом усього складеного маршруту).
• Довжина поля RIFнеобхідна, так як заздалегідь невідомо кількість описателей маршруту, які задають ідентифікатори перетинаються кілець і мостів.

Для роботи алгоритму маршрутизації від джерела використовуються два додаткових типу кадру - одномаршрутні широкомовний кадр-дослідник SRBF (single-route broadcast frame) і багатомаршрутному широкомовний кадр-дослідник ARBF (all-route broadcast frame).

Все SR-мости повинні бути налаштовані адміністратором вручну, щоб передавати кадри ARBF на всі порти, крім порту-джерела кадру, а для кадрів SRBF деякі порти мостів потрібно заблокувати, щоб в мережі не було петель.

Переваги та недоліки мостів з маршрутизацією від джерела

45. Комутатори: технічна реалізація, функції, характеристики, що впливають на їх роботу.
Особливості технічної реалізації комутаторів. Багато комутатори першого покоління були схожі на маршрутизатори, тобто грунтувалися на центральний процесор загального призначення, Пов'язаному з інтерфейсними портами по внутрішній швидкісній шині. Основним недоліком таких комутаторів була їхня низька швидкість. Універсальний процесор ніяк не міг впоратися з великим обсягом спеціалізованих операцій з пересилання кадрів між інтерфейсними модулями. Крім процесорних мікросхем для успішної неблокірующіх роботи комутатора потрібно також мати швидкодіючий вузол для передачі кадрів між процесорними мікросхемами портів. В даний час комутатори використовують в якості базової одну з трьох схем, на якій будується такий вузол обміну:

• комутаційна матриця;
• колективна Багатовходові пам'ять;
• загальна шина.

Найбільшого поширення серед стандартних мереж одержала мережа Ethernet. Вона з'явилася в 1972 році, а в 1985 році стала міжнародним стандартом. Її прийняли найбільші міжнародні організації по стандартах: комітет 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) і ECMA (European Computer Manufacturers Association).

Стандарт отримав назву IEEE 802.3 (по-англійськи читається як "eight oh two dot three"). Він визначає множинний доступ до моноканалу типу шина з виявленням конфліктів і контролем передачі, тобто з уже згадуваним методом доступу CSMA / CD.

Основні характеристики початкового стандарту IEEE 802.3:

· Топологія - шина;

· Середовище передачі - коаксіальний кабель;

· Швидкість передачі - 10 Мбіт / с;

· Максимальна довжина мережі - 5 км;

· Максимальна кількість абонентів - до 1024;

· Довжина сегмента мережі - до 500 м;

· Кількість абонентів на одному сегменті - до 100;

· Метод доступу - CSMA / CD;

· Передача узкополосная, тобто без модуляції (моноканал).

Строго кажучи, між стандартами IEEE 802.3 і Ethernet існують незначні відмінності, але про них зазвичай вважають за краще не згадувати.

Мережа Ethernet зараз найбільш популярна в світі (більше 90% ринку), імовірно такою вона і залишиться в найближчі роки. Цьому значною мірою сприяло те, що з самого початку характеристики, параметри, протоколи мережі були відкриті, в результаті чого велика кількість виробників у всьому світі стали випускати апаратуру Ethernet, повністю сумісну між собою.

У класичній мережі Ethernet застосовувався 50-омний коаксіальний кабель двох видів (товстий і тонкий). Однак останнім часом (з початку 90-х років) найбільшого поширення набула версія Ethernet, що використовує в якості середовища передачі виті пари. Визначено також стандарт для застосування в мережі оптоволоконного кабелю. Для обліку цих змін в початковий стандарт IEEE 802.3 були зроблені відповідні додавання. У 1995 році з'явився додатковий стандарт на швидшу версію Ethernet, що працює на швидкості 100 Мбіт / с (так званий Fast Ethernet, стандарт IEEE 802.3u), що використовує в якості середовища передачі кручену пару або оптоволоконний кабель. У 1997 році з'явилася і версія на швидкість 1000 Мбіт / с (Gigabit Ethernet, стандарт IEEE 802.3z).

Крім стандартної топології шина все ширше застосовуються топології типу пасивна зірка і пасивне дерево. При цьому передбачається використання репітерів і репітерних концентраторів, що з'єднують між собою різні частини (сегменти) мережі. В результаті може сформуватися деревоподібна структура на сегментах різних типів (рис.7.1).

Як сегменту (частини мережі) може виступати класична шина або одиничний абонент. Для шинних сегментів використовується коаксіальний кабель, а для променів пасивної зірки (для приєднання до концентратора одиночних комп'ютерів) - кручена пара і оптоволоконний кабель. Головна вимога до отриманої в результаті топології - щоб в ній не було замкнутих шляхів (петель). Фактично виходить, що всі абоненти з'єднані в фізичну шину, так як сигнал від кожного з них поширюється відразу на всі боки і не повертається назад (як в кільці).

Максимальна довжина кабелю мережі в цілому (максимальний шлях сигналу) теоретично може досягати 6,5 кілометрів, але практично не перевищує 3,5 кілометрів.

Мал. 7.1. Класична топологія мережі Ethernet.

У мережі Fast Ethernet не передбачена фізична топологія шина, використовується тільки пасивна зірка або пасивне дерево. До того ж в Fast Ethernet набагато більш жорсткі вимоги до граничної довжини мережі. Адже при збільшенні в 10 разів швидкості передачі і збереженні формату пакета його мінімальна довжина стає в десять разів коротше. Таким чином в 10 разів зменшується допустима величина подвійного часу проходження сигналу по мережі (5,12 мкс проти 51,2 мкс в Ethernet).

Для передачі інформації в мережі Ethernet застосовується стандартний манчестерський код.

Доступ до мережі Ethernet здійснюється за випадковим методом CSMA / CD, що забезпечує рівноправність абонентів. У мережі використовуються пакети змінної довжини.

Для мережі Ethernet, що працює на швидкості 10 Мбіт / с, стандарт визначає чотири основних типи сегментів мережі, орієнтованих на різні середовища передачі інформації:

· 10BASE5 (товстий коаксіальний кабель);

· 10BASE2 (тонкий коаксіальний кабель);

· 10BASE-T (кручена пари);

· 10BASE-FL (оптоволоконний кабель).

Найменування сегмента включає в себе три елементи: цифра "10" означає швидкість передачі 10 Мбіт / с, слово BASE - передачу в основній смузі частот (тобто без модуляції високочастотного сигналу), а останній елемент - припустиму довжину сегмента: "5" - 500 метрів, "2" - 200 метрів (точніше, 185 метрів) або тип лінії зв'язку: "Т" - кручена пара (від англійського "twisted-pair"), "F" - оптоволоконний кабель (від англійського "fiber optic").

Точно так же для мережі Ethernet, що працює на швидкості 100 Мбіт / с (Fast Ethernet) стандарт визначає три типи сегментів, що відрізняються типами середовища передачі:

· 100BASE-T4 (зчетверена кручена пара);

· 100BASE-TX (здвоєна кручена пара);

· 100BASE-FX (оптоволоконний кабель).

Тут цифра "100" означає швидкість передачі 100 Мбіт / с, буква "Т" - кручену пару, буква "F" - оптоволоконний кабель. Типи 100BASE-TX і 100BASE-FX іноді об'єднують під ім'ям 100BASE-X, а 100BASE-T4 і 100BASE-TX - під ім'ям 100BASE-T.

Мережа Token-Ring

Мережа Token-Ring (маркерное кільце) була запропонована компанією IBM в 1985 році (перший варіант з'явився в 1980 році). Вона призначалася для об'єднання в мережу всіх типів комп'ютерів, що випускаються IBM. Уже той факт, що її підтримує компанія IBM, найбільший виробник комп'ютерної техніки, говорить про те, що їй необхідно приділити особливу увагу. Але не менш важливо й те, що Token-Ring є в даний час міжнародним стандартом IEEE 802.5 (хоча між Token-Ring і IEEE 802.5 є незначні відмінності). Це ставить дану мережу на один рівень за статусом з Ethernet.

Розроблялася Token-Ring як надійна альтернатива Ethernet. І хоча зараз Ethernet витісняє всі інші мережі, Token-Ring не можна вважати безнадійно застарілою. Понад 10 мільйонів комп'ютерів по всьому світу об'єднані цією мережею.

Мережа Token-Ring має топологію кільце, хоча зовні вона більше нагадує зірку. Це пов'язано з тим, що окремі абоненти (комп'ютери) приєднуються до мережі не прямо, а через спеціальні концентратори або багатостанційні пристрої доступу (MSAU або MAU - Multistation Access Unit). Фізично мережа утворює зірково-кільцеву топологію (рис.7.3). Насправді ж абоненти поєднуються все-таки в кільце, тобто кожен з них передає інформацію одному сусідньому абонентові, а приймає інформацію від іншого.

Мал. 7.3. Зоряно-кільцева топологія мережі Token-Ring.

Як середовище передачі в мережі IBM Token-Ring спочатку застосовувалася кручена пара, як неекранована (UTP), так і екранована (STP), але потім з'явилися варіанти апаратури для коаксіального кабелю, а також для оптоволоконного кабелю в стандарті FDDI.

Основні технічні характеристики класичного варіанта мережі Token-Ring:

· Максимальна кількість концентраторів типу IBM 8228 MAU - 12;

· Максимальна кількість абонентів у мережі - 96;

· Максимальна довжина кабелю між абонентом і концентратором - 45 метрів;

· Максимальна довжина кабелю між концентраторами - 45 метрів;

· Максимальна довжина кабелю, що з'єднує всі концентратори - 120 метрів;

· Швидкість передачі даних - 4 Мбіт / с і 16 Мбіт / с.

Всі наведені характеристики відносяться до випадку використання неекранованої кручений пари. Якщо застосовується інше середовище передачі, характеристики мережі можуть відрізнятися. Наприклад, при використанні екранованої кручений пари (STP) кількість абонентів може бути збільшено до 260 (замість 96), довжина кабелю - до 100 метрів (замість 45), кількість концентраторів - до 33, а повна довжина кільця, що з'єднує концентратори - до 200 метрів . Оптоволоконний кабель дозволяє збільшувати довжину кабелю до двох кілометрів.

Для передачі інформації в Token-Ring застосовується біфазної код (точніше, його варіант з обов'язковим переходом в центрі бітового інтервалу). Як і в будь-який зіркоподібній топології, ніяких додаткових заходів по електричному погодженням і зовнішньому заземлення не потрібне. Узгодження виконується апаратурою мережевих адаптерів і концентраторів.

Для приєднання кабелів в Token-Ring використовуються роз'єми RJ-45 (для неекранованої кручений пари), а також MIC і DB9P. Провід в кабелі з'єднують однойменні контакти роз'ємів (тобто використовуються так звані "прямі" кабелі).

Мережа Token-Ring в класичному варіанті поступається мережі Ethernet як по допустимому розміру, так і по максимальній кількості абонентів. Що стосується швидкості передачі, то в даний час є версії Token-Ring на швидкість 100 Мбіт / с (High Speed \u200b\u200bToken-Ring, HSTR) і на 1000 Мбіт / с (Gigabit Token-Ring). Компанії, що підтримують Token-Ring (серед яких IBM, Olicom, Madge), не мають наміру відмовлятися від своєї мережі, розглядаючи її як гідного конкурента Ethernet.

У порівнянні з апаратурою Ethernet апаратура Token-Ring помітно дорожче, так як використовується більш складний метод управління обміном, тому мережа Token-Ring не отримала такого широкого поширення.

Однак на відміну від Ethernet мережу Token-Ring значно краще тримає високий рівень навантаження (понад 30-40%) і забезпечує гарантований час доступу. Це необхідно, наприклад, в мережах виробничого призначення, в яких затримка реакції на зовнішню подію може привести до серйозних аварій.

У мережі Token-Ring використовується класичний маркерний метод доступу, тобто по кільцю постійно циркулює маркер, до якого абоненти можуть приєднувати свої пакети даних (див. Рис. 4.15). Звідси випливає таке важливе гідність даної мережі, як відсутність конфліктів, але є і недоліки, зокрема необхідність контролю цілісності маркера і залежність функціонування мережі від кожного абонента (в разі несправності абонент обов'язково повинен бути виключений з кільця).

Граничний час передачі пакета в Token-Ring 10 мс. При максимальній кількості абонентів 260 повний цикл роботи кільця складе 260 x 10 мс \u003d 2,6 с. За цей час всі 260 абонентів зможуть передати свої пакети (якщо, звичайно, їм є чого передавати). За цей же час вільний маркер обов'язково дійде до кожного абонента. Цей же інтервал є верхньою межею часу доступу Token-Ring.

мережа Arcnet

Мережа Arcnet (або ARCnet від англійського Attached Resource Computer Net, комп'ютерна мережа з'єднаних ресурсів) - це одна з найстаріших мереж. Вона була розроблена компанією Datapoint Corporation ще в 1977 році. Міжнародні стандарти на цю мережу відсутні, хоча саме вона вважається родоначальницею методу маркерного доступу. Незважаючи на відсутність стандартів, мережа Arcnet донедавна (в 1980 - 1990 р.р.) користувалася популярністю, навіть серйозно конкурувала з Ethernet. Велика кількість компаній виробляли апаратуру для мережі цього типу. Але зараз виробництво апаратури Arcnet практично припинено.

Серед основних переваг мережі Arcnet у порівнянні з Ethernet можна назвати обмежену величину часу доступу, високу надійність зв'язку, простоту діагностики, а також порівняно низьку вартість адаптерів. До найбільш істотних недоліків мережі відносяться низька швидкість передачі інформації (2,5 Мбіт / с), система адресації і формат пакета.

Для передачі інформації в мережі Arcnet використовується досить рідкісний код, в якому логічній одиниці відповідає два імпульси протягом бітового інтервалу, а логічному нулю - один імпульс. Очевидно, що це Самосінхронізірующійся код, який вимагає ще більшої пропускної здатності кабелю, чим навіть манчестерський.

Як середовище передачі в мережі використовується коаксіальний кабель з хвильовим опором 93 Ом, наприклад, марки RG-62A / U. Варіанти з кручений парою (екранованої і неекранованої) не отримали широкого поширення. Були запропоновані і варіанти на оптоволоконному кабелі, але і вони також не врятували Arcnet.

Як топології мережа Arcnet використовує класичну шину (Arcnet-BUS), а також пасивну зірку (Arcnet-STAR). У зірці застосовуються концентратори (хаби). Можливе об'єднання з допомогою концентраторів шинних і зіркових сегментів в деревоподібну топологію (як і в Ethernet). Головне обмеження - в топології не повинно бути замкнутих шляхів (петель). Ще одне обмеження: кількість сегментів, з'єднаних послідовною ланцюжком за допомогою концентраторів, не повинно перевищувати трьох.

Таким чином, топологія мережі Arcnet має такий вигляд (ріс.7.15).

Мал. 7.15. Топологія мережі Arcnet типу шина (B - адаптери для роботи в шині, S - адаптери для роботи в зірці).

Основні технічні характеристики мережі Arcnet наступні.

· Середовище передачі - коаксіальний кабель, кручена пара.

· Максимальна довжина мережі - 6 кілометрів.

· Максимальна довжина кабелю від абонента до пасивного концентратора - 30 метрів.

· Максимальна довжина кабелю від абонента до активного концентратора - 600 метрів.

· Максимальна довжина кабелю між активним і пасивним концентраторами - 30 метрів.

· Максимальна довжина кабелю між активними концентраторами - 600 метрів.

· Максимальна кількість абонентів в мережі - 255.

· Максимальна кількість абонентів на шинному сегменті - 8.

· Мінімальна відстань між абонентами в шині - 1 метр.

· Максимальна довжина шинного сегмента - 300 метрів.

· Швидкість передачі даних - 2,5 Мбіт / с.

При створенні складних топологій необхідно стежити за тим, щоб затримка поширення сигналів в мережі між абонентами не перевищувала 30 мкс. Максимальне загасання сигналу в кабелі на частоті 5 МГц не повинна перевищувати 11 дБ.

У мережі Arcnet використовується маркерний метод доступу (метод передачі права), але він дещо відрізняється від аналогічного в мережі Token-Ring. Найближче цей метод до того, який передбачений в стандарті IEEE 802.4.

Так само, як і в разі Token-Ring, конфлікти в Arcnet повністю виключені. Як і будь-яка маркерная мережу, Arcnet добре тримає навантаження і гарантує величину часу доступу до мережі (на відміну від Ethernet). Повний час обходу маркером всіх абонентів становить 840 мс. Відповідно, цей же інтервал визначає верхня межа часу доступу до мережі.

Маркер формується спеціальним абонентом - контролером мережі. Їм є абонент з мінімальним (нульовим) адресою.

мережа FDDI

Мережа FDDI (від англійського Fiber Distributed Data Interface, оптоволоконний розподілений інтерфейс даних) - це одна з новітніх розробок стандартів локальних мереж. Стандарт FDDI був запропонований Американським національним інститутом стандартів ANSI (специфікація ANSI X3T9.5). Потім був прийнятий стандарт ISO 9314, відповідний специфікаціям ANSI. Рівень стандартизації мережі досить високий.

На відміну від інших стандартних локальних мереж, стандарт FDDI споконвічно орієнтувався на високу швидкість передачі (100 Мбіт / с) і на застосування найбільш перспективного оптоволоконного кабелю. Тому в даному випадку розробники не були обмежені рамками старих стандартів, що орієнтувалися на низькі швидкості і електричний кабель.

Вибір оптоволокна як середовища передачі визначив такі переваги нової мережі, як висока перешкодозахищеність, максимальна таємність передачі інформації і прекрасна гальванічна розв'язка абонентів. Висока швидкість передачі, яка в разі оптоволоконного кабелю досягається набагато простіше, дозволяє вирішувати багато завдань, недоступних менш швидкісним мережам, наприклад, передачу зображень в реальному масштабі часу. Крім того, оптоволоконний кабель легко вирішує проблему передачі даних на відстань декількох кілометрів без ретрансляції, що дозволяє будувати великі за розмірами мережі, що охоплюють навіть цілі міста і мають при цьому всі переваги локальних мереж (зокрема, низький рівень помилок). Все це визначило популярність мережі FDDI, хоча вона поширена ще не так широко, як Ethernet і Token-Ring.

За основу стандарту FDDI був узятий метод маркерного доступу, передбачений міжнародним стандартом IEEE 802.5 (Token-Ring). Несуттєві відхилення від цього стандарту визначаються необхідністю забезпечити високу швидкість передачі інформації на великі відстані. Топологія мережі FDDI - це кільце, найбільш підходяща топологія для оптоволоконного кабелю. У мережі застосовується два різноспрямованих оптоволоконних кабелі, один з яких зазвичай знаходиться в резерві, проте таке рішення дозволяє використовувати і полнодуплексную передачу інформації (одночасно в двох напрямках) з подвоєною ефективною швидкістю в 200 Мбіт / с (при цьому кожен з двох каналів працює на швидкості 100 Мбіт / с). Застосовується і зоряно-кільцева топологія з концентраторами, включеними в кільце (як в Token-Ring).

Основні технічні характеристики мережі FDDI.

· Максимальна кількість абонентів мережі - 1000.

· Максимальна довжина кільця мережі - 20 кілометрів.

· Максимальна відстань між абонентами мережі - 2 кілометри.

· Середовище передачі - багатомодовий оптоволоконний кабель (можливе застосування електричної кручений пари).

· Метод доступу - маркерний.

· Швидкість передачі інформації - 100 Мбіт / с (200 Мбіт / с для дуплексного режиму передачі).

Стандарт FDDI має значні переваги в порівнянні з усіма розглянутими раніше мережами. Наприклад, мережа Fast Ethernet, що має таку ж пропускну здатність 100 Мбіт / с, не може зрівнятися з FDDI по допустимим розмірам мережі. До того ж маркерний метод доступу FDDI забезпечує на відміну від CSMA / CD гарантований час доступу і відсутність конфліктів при будь-якому рівні навантаження.

Обмеження на загальну довжину мережі в 20 км пов'язано не з загасанням сигналів у кабелі, а з необхідністю обмеження часу повного проходження сигналу по кільцю для забезпечення гранично допустимого часу доступу. А ось максимальна відстань між абонентами (2 км при многомодовому кабелі) визначається саме загасанням сигналів у кабелі (воно не повинно перевищувати 11 дБ). Передбачена також можливість застосування одномодового кабелю, і в цьому випадку відстань між абонентами може досягати 45 кілометрів, а повна довжина кільця - 200 кілометрів.

Є також реалізація FDDI на електричному кабелі (CDDI - Copper Distributed Data Interface або TPDDI - Twisted Pair Distributed Data Interface). При цьому використовується кабель категорії 5 з роз'ємами RJ-45. Максимальна відстань між абонентами в цьому випадку має бути не більше 100 метрів. Вартість обладнання мережі на електричному кабелі в кілька разів менше. Але ця версія мережі вже не має настільки очевидних переваг перед конкурентами, як споконвічна оптоволоконная FDDI. Електричні версії FDDI стандартизовані набагато гірше оптоволоконних, тому сумісність обладнання різних виробників не гарантується.

Для передачі даних в FDDI застосовується код 4В / 5В, спеціально розроблений для цього стандарту.

Стандарт FDDI для досягнення високої гнучкості мережі передбачає включення в кільце абонентів двох типів:

· Абоненти (станції) класу А (абоненти подвійного підключення, DAS - Dual-Attachment Stations) підключаються до обох (внутрішнього і зовнішнього) кілець мережі. При цьому реалізується можливість обміну зі швидкістю до 200 Мбіт / с або резервування кабелю мережі (при ушкодженні основного кабелю використовується резервний). Апаратура цього класу застосовується в самих критичних з точки зору швидкодії частинах мережі.

· Абоненти (станції) класу В (абоненти одинарного підключення, SAS - Single-Attachment Stations) підключаються тільки до одного (зовнішнього) кільця мережі. Вони більш прості і дешеві, порівняно з адаптерами класу А, але не мають їхніх можливостей. У мережу вони можуть включатися тільки через концентратор або обхідний комутатор, що відключає їх в разі аварії.

Крім власне абонентів (комп'ютерів, терміналів і т.д.) в мережі використовуються зв'язкові концентратори (Wiring Concentrators), включення яких дозволяє зібрати в одне місце всі точки підключення з метою контролю роботи мережі, діагностики несправностей і спрощення реконфігурації. При застосуванні кабелів різних типів (наприклад, оптоволоконного кабелю і кручений пари) концентратор виконує також функцію перетворення електричних сигналів в оптичні і навпаки. Концентратори також бувають подвійного підключення (DAC - Dual-Attachment Concentrator) і одинарного підключення (SAC - Single-Attachment Concentrator).

Приклад конфігурації мережі FDDI представлений на рис. 8.1. Принцип об'єднання пристроїв мережі ілюструється на рис.8.2.

Мал. 8.1. Приклад конфігурації мережі FDDI.

На відміну від методу доступу, пропонованого стандартом IEEE 802.5, в FDDI застосовується так звана множинна передача маркера. Якщо в разі мережі Token-Ring новий (вільний) маркер передається абонентом тільки після повернення до нього його пакета, то в FDDI новий маркер передається абонентом відразу ж після закінчення передачі їм пакета (подібно до того, як це робиться при методі ETR в мережі Token- Ring).

На закінчення слід зазначити, що незважаючи на очевидні переваги FDDI дана мережа не отримала широкого поширення, що пов'язано головним чином з високою вартістю її апаратури (порядку кількох сотень і навіть тисяч доларів). Основна область застосування FDDI зараз - це базові, опорні (Backbone) мережі, що об'єднують кілька мереж. Застосовується FDDI також для з'єднання потужних робочих станцій або серверів, що вимагають високошвидкісного обміну. Передбачається, що мережа Fast Ethernet може потіснити FDDI, проте переваги оптоволоконного кабелю, маркерного методу управління і рекордний допустимий розмір мережі ставлять в даний час FDDI поза конкуренцією. А в тих випадках, коли вартість апаратури має вирішальне значення, можна на некритичних ділянках застосовувати версію FDDI на основі кручений пари (TPDDI). До того ж вартість апаратури FDDI може сильно зменшитися з ростом обсягу її випуску.

Мережа 100VG-AnyLAN

Мережа 100VG-AnyLAN - це одна з останніх розробок високошвидкісних локальних мереж, що недавно з'явилася на ринку. Вона відповідає міжнародному стандарту IEEE 802.12, так що рівень її стандартизації досить високий.

Головними достоїнствами є велика швидкість обміну, порівняно невисока вартість апаратури (приблизно вдвічі дорожче обладнання найбільш популярної мережі Ethernet 10BASE-T), централізований метод управління обміном без конфліктів, а також сумісність на рівні форматів пакетів з мережами Ethernet і Token-Ring.

У назві мережі 100VG-AnyLAN цифра 100 відповідає швидкості 100 Мбіт / с, букви VG позначають дешеву неекрановану виту пару категорії 3 (Voice Grade), а AnyLAN (будь-яка мережа) позначає те, що мережа сумісна з двома найпоширенішими мережами.

Основні технічні характеристики мережі 100VG-AnyLAN:

· Швидкість передачі - 100 Мбіт / с.

· Топологія - зірка з можливістю нарощування (дерево). Кількість рівнів каскадування концентраторів (хабів) - до 5.

· Метод доступу - централізований, безконфліктний (Demand Priority - із запитом пріоритету).

· Середовище передачі - зчетверена неекранована кручена пара (кабелі UTP категорії 3, 4 або 5), здвоєна кручена пара (кабель UTP категорії 5), здвоєна екранована кручена пара (STP), а також оптоволоконний кабель. Зараз в основному поширена зчетверена кручена пара.

· Максимальна довжина кабелю між концентратором і абонентом і між концентраторами - 100 метрів (для UTP кабелю категорії 3), 200 метрів (для UTP кабелю категорії 5 і екранованого кабелю), 2 кілометри (для оптоволоконного кабелю). Максимально можливий розмір мережі - 2 кілометри (визначається припустимими затримками).

· Максимальна кількість абонентів - 1024, рекомендований - до 250.

Таким чином, параметри мережі 100VG-AnyLAN досить близькі до параметрів мережі Fast Ethernet. Однак головна перевага Fast Ethernet - це повна сумісність з найбільш поширеною мережею Ethernet (у випадку 100VG-AnyLAN для цього потрібно міст). У той же час, централізоване управління 100VG-AnyLAN, що виключає конфлікти й гарантує граничну величину часу доступу (чого не передбачено в мережі Ethernet), також не можна скидати з рахунків.

Приклад структури мережі 100VG-AnyLAN показаний на рис. 8.8.

Мережа 100VG-AnyLAN складається з центрального (основного, кореневого) концентратора рівня 1, до якого можуть підключатися як окремі абоненти, так і концентратори рівня 2, до яких в свою чергу підключаються абоненти і концентратори рівня 3 і т.д. При цьому мережа може мати не більше п'яти таких рівнів (в початковому варіанті було не більше трьох). Максимальний розмір мережі може становитиме 1000 метрів для неекранованої кручений пари.

Мал. 8.8. Структура мережі 100VG-AnyLAN.

На відміну від інтелектуальних концентраторів інших мереж (наприклад, Ethernet, Token-Ring, FDDI), концентратори мережі 100VG-AnyLAN - це інтелектуальні контролери, які управляють доступом до мережі. Для цього вони безперервно контролюють запити, що надходять на всі порти. Концентратори приймають пакети й відправляють їх тільки тим абонентам, яким вони адресовані. Однак ніякої обробки інформації вони не роблять, тобто в даному випадку виходить все-таки не активна, але й не пасивна зірка. Повноцінними абонентами концентратори назвати не можна.

Кожен з концентраторів може бути налаштований на роботу з форматами пакетів Ethernet або Token-Ring. При цьому концентратори всієї мережі повинні працювати з пакетами тільки якого-небудь одного формату. Для зв'язку з мережами Ethernet і Token-Ring необхідні мости, але мости досить прості.

Концентратори мають один порт верхнього рівня (Для приєднання його до концентратора більш високого рівня) і кілька портів нижнього рівня (для приєднання абонентів). Як абонент може виступати комп'ютер (робоча станція), сервер, міст, маршрутизатор, комутатор. До порту нижнього рівня може також приєднуватися інший концентратор.

Кожен порт концентратора може бути встановлений в один з двох можливих режимів роботи:

· Нормальний режим припускає пересилання абонентові, приєднаному до порту, тільки пакетів, адресованих особисто йому.

· Моніторний режим припускає пересилання абонентові, приєднаному до порту, всіх пакетів, що приходять на концентратор. Цей режим дозволяє одному з абонентів контролювати роботу всієї мережі в цілому (виконувати функцію моніторингу).

Метод доступу до мережі 100VG-AnyLAN типовий для мереж з топологією зірка.

При використанні зчетвереної кручений пари передача по кожній з чотирьох кручених пар виробляється зі швидкістю 30 Мбіт / с. Сумарна швидкість передачі становить 120 Мбіт / с. Однак корисна інформація внаслідок використання коду 5В / 6В передається лише зі швидкістю 100 Мбіт / с. Таким чином, пропускна здатність кабелю повинна бути не менше 15 МГц. Цій вимозі задовольняє кабель з крученими парами категорії 3 (смуга пропускання - 16 МГц).

Таким чином, мережа 100VG-AnyLAN являє собою доступне рішення для збільшення швидкості передачі до 100 Мбіт / с. Однак не має повну сумісність з жодною із стандартних мереж, тому її подальша доля проблематична. До того ж, на відміну від мережі FDDI, вона не має ніяких рекордних параметрів. Швидше за все, 100VG-AnyLAN не дивлячись на підтримку солідних фірм і високий рівень стандартизації залишиться всього лише прикладом цікавих технічних рішень.

Якщо говорити про найбільш поширеною 100-мегабитной мережі Fast Ethernet, то 100VG-AnyLAN забезпечує вдвічі більшу довжину кабелю UTP категорії 5 (до 200 метрів), а також безконфліктний метод управління обміном.

Сьогодні практично неможливо виявити в продажу ноутбук або материнську плату без інтегрованої мережевої карти, а то й двох. Роз'єм у всіх з них один - RJ45 (точніше, 8P8C), але швидкість контролера може відрізнятися на порядок. У дешевих моделях - це 100 мегабіт в секунду (Fast Ethernet), в більш дорогих - 1000 (Gigabit Ethernet).

Якщо ж у вашому комп'ютері вбудований LAN-контролер відсутній, то він, швидше за все, вже «дідок» на базі процесора типу Intel Pentium 4 або AMD Athlon XP, а також їх «предків». Таких «динозаврів» можна «подружити» з провідною мережею тільки шляхом установки дискретної мережевої карти з PCI-роз'ємом, так як шини PCI Express за часів їх появи на світ ще не існувало. Але і для PCI-шини (33 МГц) випускаються «мережевої», що підтримують найбільш актуальний стандарт Gigabit Ethernet, хоча її пропускної здатності може бути недостатньо для повного розкриття швидкісного потенціалу гигабитного контролера.

Але навіть у разі наявності 100-мегабитной інтегрованої мережевої карти дискретний адаптер доведеться придбати тим, хто збирається «проапгрейдить» до 1000 мегабіт. кращим варіантом стане покупка PCI Express-контролера, який забезпечить максимальну швидкість роботи мережі, якщо, звичайно, відповідний роз'єм в комп'ютері присутній. Правда, багато віддадуть перевагу PCI-картці, так як вони значно дешевше (вартість починається буквально від 200 рублів).

Які ж переваги дасть на практиці перехід з Fast Ethernet на Gigabit Ethernet? Наскільки відрізняється реальна швидкість передачі даних PCI-версій мережевих карт і PCI Express? Чи вистачить швидкості звичайного жорсткого диска для повного завантаження гигабитного каналу? Відповіді на ці питання ви знайдете в цьому матеріалі.

Учасники тестування

Для тестування були обрані три найбільш дешеві дискретні мережеві карти (PCI - Fast Ethernet, PCI - Gigabit Ethernet, PCI Express - Gigabit Ethernet), так як вони користуються найбільшим попитом.

100-мегабітних мережева PCI-карта представлена \u200b\u200bмоделлю Acorp L-100S (ціна починається від 110 рублів), в якій використовується найбільш популярний для дешевих карток чіпсет Realtek RTL8139D.

1000-мегабітних мережева PCI-карта представлена \u200b\u200bмоделлю Acorp L-1000S (ціна починається від 210 рублів), яка заснована на чіпі Realtek RTL8169SC. Це єдина карта з радіатором на чіпсеті - іншим учасникам тестування додаткове охолодження не потрібно.

1000-мегабітних мережева PCI Express-карта представлена \u200b\u200bмоделлю TP-LINK TG-3468 (ціна починається від 340 рублів). І вона не стала винятком - в її основі лежить чіпсет RTL8168B, який теж зроблений компанією Realtek.

Зовнішній вигляд мережевої карти

Чіпсети з цих родин (RTL8139, RTL816X) можна побачити не тільки на дискретних мережевих картах, але і інтегрованими на багато материнських плат.

Характеристики всіх трьох контролерів наведені в наступній таблиці:

Показати таблицю

Модель	чіпсет	Швидкість передачі даних	шина	Мережевий інтерфейс	роз'єми	Підтримка Jumbo Frame	Підтримка Wake-on-LAN	дуплекс
Acorp L-100S	Realtek RTL8139D	10/100 Мбіт / с	PCI 2.3 (32 біта)	10Base-T, 100Base-TX	RJ45 (8P8C)	є	є	Full
Acorp L-1000S	Realtek RTL8169SC	10/100/1000 Мбіт / с	PCI 2.3 (32 біта)		RJ45 (8P8C)	є	є	Full
	Realtek RTL8168B	10/100/1000 Мбіт / с	PCI Express 1.0a	10Base-T, 100Base-TX, 1000Base-T	RJ45 (8P8C)	є	є	Full

Пропускної здатності PCI-шини (1066 Мбіт / с) теоретично має бути досить для «розкачки» гігабітних мережевих карт до повної швидкості, але на практиці її може все-таки не вистачити. Справа в тому, що цей «канал» між собою ділять все PCI-пристрої; крім того, за нього передається службова інформація по обслуговуванню самої шини. Подивимося, чи підтвердиться це припущення при реальному вимірі швидкості.

Ще один нюанс: переважна більшість сучасних жорстких дисків мають середню швидкість читання не більше 100 мегабайт в секунду, а часто і ще менше. Відповідно, вони не зможуть забезпечити повне завантаження гигабитного каналу мережевої карти, швидкість якого складає 125 мегабайт в секунду (1000: 8 \u003d 125). Обійти це обмеження можна двома способами. Перший - це об'ёдініть пару таких жорстких дисків в RAID-масив (RAID 0, striping), при цьому швидкість може збільшитися майже в два рази. Другий - використовувати SSD-накопичувачі, швидкісні параметри яких помітно перевищують такі у жорстких дисків.

тестування

Як сервер використовувався комп'ютер з наступною конфігурацією:

• процесор: AMD Phenom II X4 955 3200 МГц (чотирьохядерний);
• материнська плата: ASRock A770DE AM2 + (чіпсет AMD 770 + AMD SB700);
• оперативна пам'ять: Hynix DDR2 4 x 2048 Гб PC2 8500 1066 МГц (в двоканальному режимі);
• відеокарта: AMD Radeon HD 4890 1024 Мб DDR5 PCI Express 2.0;
• мережева карта: Realtek RTL8111DL 1000 Мбіт / с (інтегрована на материнську плату);
• операційна система: Microsoft Windows 7 Home Premium SP1 (64-бітна версія).

Як клієнт, в який встановлювалися тестовані мережеві карти, використовувався комп'ютер з наступною конфігурацією:

• процесор: AMD Athlon 7850 2800 МГц (двоядерний);
• материнська плата: MSI K9A2GM V2 (MS-7302, чіпсет AMD RS780 + AMD SB700);
• оперативна пам'ять: Hynix DDR2 2 x 2048 Гб PC2 8500 1066 МГц (в двоканальному режимі);
• відеокарта: AMD Radeon HD 3100 256 Мб (інтегрована в чіпсет);
• жорсткий диск: Seagate 7200.10 160 Гб SATA2;
• операційна система: Microsoft Windows XP Home SP3 (32-бітна версія).

Тестування проводилося в двох режимах: читання і запис через мережеве підключення з жорстких дисків (це повинно показати, що вони можуть бути «пляшковим горлечком»), а також з RAM-дисків в оперативній пам'яті комп'ютерів, що імітують швидкі SSD-накопичувачі. Мережеві карти з'єднувалися безпосередньо за допомогою триметрового патч-корду (восьмижильний кручена пара, категорія 5e).

Швидкість передачі даних (жорсткий диск - жорсткий диск, Мбіт / с)

Реальна швидкість передачі даних через 100-мегабітних мережеву карту Acorp L-100S зовсім трохи не дотягла до теоретичного максимуму. А ось обидві гігабітні карти хоч і обігнали першу приблизно в шість разів, але максимально можливу швидкість показати не зуміли. Прекрасно видно, що швидкість «вперлася» у продуктивність жорстких дисків Seagate 7200.10, яка при безпосередньому тестуванні на комп'ютері в середньому становить 79 мегабайт в секунду (632 Мбіт / с).

Принципової різниці в швидкості між мережевими картами для шини PCI (Acorp L-1000S) і PCI Express (TP-LINK) в даному випадку не спостерігається, незначну перевагу останньої цілком можна пояснити похибкою вимірювань. Обидва контролера працювали приблизно на шістдесят відсотків від своїх можливостей.

Швидкість передачі даних (RAM-диск - RAM-диск, Мбіт / с)

Acorp L-100S очікувано показала таку ж низьку швидкість і при копіюванні даних з високошвидкісних RAM-дисків. Воно і зрозуміло - стандарт Fast Ethernet вже давно не відповідає сучасним реаліям. У порівнянні з режимом тестування «жорсткий диск - жорсткий диск» гигабитная PCI-карта Acorp L-1000S помітно додала в продуктивності - перевага склала приблизно 36 відсотків. Ще більш вражаючий відрив продемонструвала мережева карта TP-LINK TG-3468 - приріст склав близько 55 відсотків.

Ось тут і проявилася більш висока пропускна здатність шини PCI Express - обійшла Acorp L-1000S на 14 відсотків, що вже не спишеш на похибку. Переможець трохи не дотягнув до теоретичного максимуму, але і швидкість в 916 мегабіт в секунду (114,5 Мб / с) все одно виглядає вражаюче - це означає, що чекати закінчення копіювання доведеться практично на порядок менше (в порівнянні з Fast Ethernet). Наприклад, час копіювання файлу розміром 25 Гб (типовий HD-рип з гарною якістю) з комп'ютера на комп'ютер складе менше чотирьох хвилин, а з адаптером попереднього покоління - більш як півгодини.

Тестування показало, що мережеві карти стандарту Gigabit Ethernet мають просто величезна перевага (аж до десятикратного) над контролерами Fast Ethernet. Якщо в ваших комп'ютерах встановлені тільки жорсткі диски, Які не об'єднані в striping-масив (RAID 0), то принципової різниці по швидкості між PCI- і PCI Express-картами не буде. В іншому випадку, а також при використанні продуктивних SSD-накопичувачів перевагу слід віддати картками з інтерфейсом PCI Express, які забезпечать максимально можливу швидкість передачі даних.

Природно, слід враховувати, що і інші пристрої в мережевому «тракті» (світч, роутер ...) повинні підтримувати стандарт Gigabit Ethernet, а категорія кручений пари (патч-корду) повинна бути не нижче 5e. Інакше реальна швидкість так і залишиться на рівні 100 мегабіт в секунду. До слова, зворотна сумісність зі стандартом Fast Ethernet зберігається: до гигабитной мережі можна підключити, наприклад, ноутбук з 100-мегабитной мережевою картою, на швидкості інших комп'ютерів в мережі це ніяк не позначиться.