Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Л14: Высокоскоростные технологии Ethernet

В1: Fast Ethernet

Fast Ethernet была предложена фирмой 3Com для реализации сети со скоростью передачи 100 Мбит\с при сохранении всех особенностей 10-Мбитного Ethernet. Для этого полностью сохранялся формат кадра и метод доступа. Это позволяет полностью сохранить программное обеспечение. Одним из требований было также применение кабельной системы на основе витой пары, которая к моменту появления Fast Ethernet заняла доминирующее положение.

Fast Ethernet предусматривает использование следующих кабельных систем:

1) Многомодовая волоконно-оптическая линия связи

Структура сети: иерархическая древовидная, построена на концентраторах, так как коаксиальный кабель применять не предполагалось.

Диаметр сети Fast Ethernet составляет порядка 200 метров, что связано с уменьшением времени передачи кадра минимальной длины. Сеть может работать как в полудуплексном режиме, так и в дуплексном режиме.

Стандарт определяет три спецификации физического уровня:

1) Использование двух неэкранированных пар

2) Использование четырех неэкранированных пар

3) Использование двух оптических волокон

П1: Спецификация 100 Base - TX и 100 Base - FX

Эти технологии, не смотря на использование разных кабелей, имеют много общего с точки зрения функциональности. Отличие заключается в том, что спецификация TX обеспечивает автоматическое определение скорости передачи. Если определить скорость не удалось, считается, что линия работает на скорости 10 Мбит.

П2: Спецификация 100 Base - T 4

К моменту появления Fast Ethernet большинство пользователей применяли витую пару категории 3. Для того чтобы по такой кабельной системе пропустить сигнал со скоростью 100 Мбит\с была использована специальная система логического кодирования. В этом случае удается для передачи данных применять только 3 пары кабеля, а 4-ая пара используется для прослушивания и обнаружения коллизий. Это позволяет увеличить скорость обмена.

П3: П равила построения многосегментных сетей Fast Ethernet

Повторители Fast Ethernet делятся на 2 класса:

a. Поддерживает все виды логического кодирования

b. Поддерживает только один из видов логического кодирования, зато стоимость его гораздо ниже.

Поэтому в зависимости от конфигурации сети допускается использование одного или двух повторителей 2-го типа.

В2: Спецификация 100 VG - Any LAN

Это технология разработанная для передачи данных со скоростью 100 Мбит\с с использование протоколов либо Ethernet, либо Token Ring. Для этого использован метод доступа с приоритетом и новая схема кодирования данных, которая получила название «квартетное кодирование». При этом данные передаются со скоростью 25Мбит\с по 4-м витым парам, что в сумме обеспечивает 100 Мбит\с.

Суть метода заключается в следующем: станция, имеющая кадр, для передачи посылает запрос концентратору, при этом требуется низкий приоритет для обычных данных и высокий приоритет для данных критичных к задержкам, то есть для мультимедийных данных. Концентратор обеспечивает разрешение на передачу соответствующего кадра, то есть работает на втором уровне OSI-модели (канальном уровне). Если сеть занята, концентратор ставит запрос в очередь.

Физическая топология такой сети обязательно звезда, при этом ветвление не допускается. Концентратор такой сети имеет 2 вида портов:

1) Порты для связи вниз (на нижний уровень иерархии)

2) Порты для связи вверх

Кроме концентраторов в такой сети могут исписываться коммутаторы, маршрутизаторы и сетевые адаптеры.

В такой сети могут использоваться кадры Ethernet, Token Ring, а также собственные кадры тестирования соединения.

Основные достоинства этой технологии:

1) Возможность использования существующей 10-Мбитной сети

2) Отсутствие потерь из-за конфликтов

3) Возможность построения протяженных сетей без использования коммутатора

В3: Gigabit Ethernet

Высокоскоростная технология гигабит Ethernet обеспечивает скорость до 1 гб\сек, и он описан в рекомендациях 802.3z и 802.3ab. Особенности этой технологии:

1) Сохранены все виды кадров

2) Предусмотрено использование 2-ух протоколов доступа к среде передачи CSMA/CD и полнодуплексная система

В качестве физической среды передачи можно использовать:

1) Волоконно-оптический кабель

3) Коаксиальный кабель.

По сравнению с предыдущими версиями имеются изменения, как на физическом уровне, так и на уровне MAC:

1) Увеличен минимальный размер кадра с 64-ёх до 512-ти байт. Кадр дополняется до 51-ти байт специальным полем расширения размером от 448-ми до 0 байт.

2) Для уменьшения накладных расходов конечным узлам разрешено передавать несколько кадров подряд без освобождения среды передачи. Такой режим носит название Burst Mode. При этом станция может передать несколько кадров с общей длиной 65536 бит.

Гигабит Ethernet может быть реализован на витой паре категории 5, при этом используется 4 пары проводников. Каждая из пар проводников обеспечивает скорость передачи 250 Мбит\сек

В4: 10-ти гигабитный Ethernet

Ряд фирм к 2002-му году разработали аппаратуру, обеспечивающую скорость передачи 10 Гбит\сек. Это в первую очередь аппаратура фирмы Cisco. В связи с этим был разработан стандарт 802.3ae. Согласно этому стандарту в качестве линий передачи данных использовалась волоконно-оптическая линия. В 2006 году появился стандарт 802.3an, в котором применялась витая пара 6-ой категории. Технология 10-ти гигабитного Ethernet предназначена в 1-ую очередь для передачи данных на большие расстояния. Она использовалась для объединения локальных сетей. Позволяет строить сети диаметром в несколько 10-ов км. К основным особенностям 10-ти гигабитного Ethernet можно отнести:

1) Дуплексный режим на основе коммутаторов

2) Наличие 3-ёх групп стандартов физического уровня

3) Использование в качестве основной среды передачи данных волоконно-оптического кабеля

В5: 100 гигабитный Ethernet

В 2010 году был принят новый стандарт 802.3ba, в котором предусматривались скорости передачи 40 и 100 Гбит\сек. Основная цель разработки этого стандарта состояла в распространении требований протокола 802.3 на новые сверхскоростные системы передачи данных. При этом стояла задача максимального сохранения инфраструктуры локальных вычислительных сетей. Необходимость в новом стандарте связана с ростом объемов данных передаваемых по сетям. Требования к объёмам существенно превышают существующие возможности. Данный стандарт поддерживает дуплексный режим и ориентирован на различные среды передачи данных.

Основными целями разработки нового стандарта было:

1) Сохранение формата кадра

2) Сохранение минимального и максимального размера кадра

3) Сохранение уровня ошибок в прежних рамках

4) Обеспечение поддержки высоконадёжной среды для передачи разнородных данных

5) Обеспечение спецификаций физического уровня при передаче по оптическому волокну

Основными пользователями систем, разработанных на основе этого стандарта, должны стать сети хранения данных, серверные фермы, центры обработки данных, телекоммуникационные компании. Для этих организаций коммуникационные системы передачи данных уже на сегодняшний день оказываются узким местом. Дальнейшей перспективой развития сетей Ethernet связывают с 1 Тбит\сек сетями. Предполагается что технология, поддерживающая такие скорости, появится к 2015-ому году. Для этого необходимо преодолеть целый ряд трудностей, в частности разработать более высокочастотные лазеры с частотой модуляции, по крайней мере, 15 Ггц. Для этих сетей нужны также новые оптические кабеля и новые системы модуляции. В качестве наиболее перспективных сред передачи рассматриваются волоконно-оптические линии с вакуумной сердцевиной, а так же изготовленные из углерода, а не из кремния как современные линии. Естественно при таком массовом использовании волоконно-оптических линий необходимо больше внимания уделять оптическим методам обработки сигналов.

Л15: ЛВС Token Ring

В1: Общие сведения

Token Ring - маркерное кольцо - сетевая технология, в которой станции могут передавать данные только тогда, когда они владеют маркером, непрерывно циркулирующем по сети. Эта технология предложена фирмой IBM и описана в стандарте 802.5.

Основные технические характеристики Token Ring:

1) Максимальное число станций в кольце 256

2) Максимальное расстояние между станциями 100 м. для витой пары категории 4, 3 км для оптоволоконного многомодового кабеля

3) С помощью мостов можно объединить до 8-ми колец.

Существует 2 варианта технологии Token Ring, обеспечивающие скорость передачи 4 и 16 Мбит\сек.

Достоинства системы:

1) Отсутствие конфликтов

2) Гарантированное время доступа

3) Хорошее функционирование при большой загрузке, в то время как Ethernet при загрузке 30% существенно снижает свои скорости

4) Большой размер передаваемых данных в кадре (до 18-ти Кбайт).

5) Реальная скорость 4-ёх мегабитной сети Token Ring оказывается выше, чем в 10-ти мегабитной Ethernet

К недостаткам можно отнести:

1) Более высокая стоимость оборудования

2) Пропускная способность сети Token Ring в настоящее время меньше чем в последних версиях Ethernet

В2: Структурная и функциональная организация Token Ring

Физическая топология Token Ring - звезда. Она реализуется за счёт подключения всех компьютеров через сетевые адаптеры к устройству множественного доступа. Оно осуществляет передачу кадров от узла к узлу, представляет собой концентратор. Он имеет 8 портов и 2 разъёма для подключения к другим концентраторам. В случае выхода из строя одного из сетевых адаптеров данное направление перемыкается и целостность кольца не нарушается. Несколько концентраторов могут конструктивно объединяться в кластер. Внутри этого кластера абоненты соединены в кольцо. Каждый узел сети принимает кадр от соседнего узла, восстанавливает уровень сигнала и передаёт следующему. Кадр может содержать данные либо маркер. Когда узлу необходимо передать кадр, адаптер дожидается поступления маркера. Получив его, он преобразует маркер в кадр данных и передаёт его по кольцу. Пакет совершает оборот по всему кольцу и поступает на сформировавший этот пакет узел. Здесь проверяется правильность прохождения кадра по кольцу. Количество кадров, которое может передать узел за 1 сеанс, определяется временем удержания маркера, которое обычно = 10 мсек. При получении маркера, узел определяет, есть ли у него данные для передачи, и превышает ли их приоритет значение зарезервированного приоритета записанного в маркере. Если превышает, то узел захватывает маркер и формирует кадр данных. В процессе передачи маркера и кадра данных, каждый узел проверяет кадр на наличие ошибок. При их обнаружении устанавливается специальный признак ошибки, и все узлы игнорируют этот кадр. В процессе прохождения маркера по кольцу узлы имеют возможность зарезервировать приоритет, с которым они хотят передать свой кадр. В процессе прохождения по кольцу к маркеру будет присоединён кадр, имеющий наивысший приоритет. Это гарантирует среду передачи от столкновения кадров. При передаче небольших кадров, например запросов на чтение файла, возникают непроизводительные задержки, необходимые для полного оборота этого запроса по всему кольцу. Для увеличения производительности в сети со скоростью 16 Мбит\сек, используется режим ранней передачи маркера. При этом узел передаёт маркер следующему узлу сразу же после передачи своего кадра. Сразу после включения сети 1 из узлов назначается активным монитором, он выполняет дополнительные функции:

1) Контроль наличия маркера в сети

2) Формирование нового маркера при обнаружении потери

3) Формирование диагностических кадров

В3: форматы кадров

В сети Token Ring используется 3 типа кадров:

1) Кадр данных

3) Последовательность завершения

Кадр данных представляет собой следующий набор байт:

НР - начальный разделитель. Размер 1 байт, указывает начало кадра. Он также отмечает тип кадра: промежуточный, последний или единственный.

УД - управление доступом. В это поле узлы, которым необходимо передать данные, могут записать необходимость резервирования канала.

УК - управление кадром. 1 байт. Указывает информацию для управления кольцом.

АН - адрес узла назначения. Может быть длиной 2 или 6 байт, в зависимости от настроек.

АИ - адрес источника. Также 2 или 6 байт.

Данные. Данное поле может содержать данные, предназначенные для протоколов сетевого уровня. Специального ограничения на длину поля, однако, его длина ограничивается исходя их допустимого времени удержания маркера (10 миллисекунд). За это время, обычно, можно передать от 5 до 20 килобайт информации, что является фактическим ограничением.

КС - контрольная сумма, 4 байта.

КР - концевой разделитель. 1 байт.

СК - статус кадра. Может, например, содержать информацию о содержащийся в кадре ошибке.

Второй тип кадра - маркер:

Третий кадр - последовательность завершения:

Используется для завершения передачи в любой момент времени.

Л16: ЛВС FDDI

В1: Общие сведения

FDDI - оптоволоконный интерфейс распределенных данных.

Это одна из первых высокоскоростных технологий, используемая в сетях на волоконно-оптическом кабеле. Стандарт FDDI реализован с максимальным соответствием стандарту Token Ring.

Стандарт FDDI обеспечивает:

1) Высокую надежность

2) Гибкую реконфигурацию

3) Скорость передачи до 100 Мбит\с

4) Большие расстояния между узлами, до 100 километров

Достоинства сети:

1) Высокая помехозащищенность

2) Секретность передачи информации

3) Прекрасная гальваническая развязка

4) Возможность объединения большого количества пользователей

5) Гарантированное время доступа к сети

6) Отсутствие конфликтов даже при большой загрузке

Недостатки:

1) Высокая стоимость оборудования

2) Сложность эксплуатации

В2: Структурная организация сети

Топология - двойное кольцо. Причем используется 2 разнонаправленных оптоволоконных кабеля:

В нормальном режиме работы для передачи данных используется основное кольцо. Второе кольцо - резервное, обеспечивает передачу данных в обратном направлении. Оно автоматически активизируется в случае повреждения кабеля, либо при выходе из строя рабочей станции

Соединение точка-точка между станциями упрощает стандартизацию и позволяет использовать на разных участках волокна разного типа.

Стандарт позволяет применение сетевых адаптеров 2 типов:

1) Адаптер типа А. Подключается сразу к 2-м линиям и может обеспечить скорость работы до 200 Мбит\с

2) Адаптер типа Б. Подключается только к 1-му кольцу и поддерживает скорость до 100 Мбит\с

Кроме рабочих станций в состав сети могут входит связные концентраторы. Они обеспечивают:

1) Контроль за работой сети

2) Диагностику неисправностей

3) Преобразование оптического сигнала в электрический и наоборот при необходимости подключения витой пары

Скорость обмена в таких сетях в частности возрастает за счет специального метода кодирования, разработанного специально для этого стандарта. В нем символы кодируется не с помощью байтов, а с помощью полубайтов, который получили название ниббл .

В3: Функциональная организация сети

За основу стандарта был взят метод маркерного доступа, используемый в Token Ring. Отличие метода доступа FDDI от Token Ring заключается в следующем:

1) В FDDI применяется множественная передача маркера, при которой новый маркер передается другой станции сразу же после окончания передачи кадр, не ожидая его возвращения

2) В FDDI не предусмотрена возможность установки приоритета и резервирования. Каждая станция рассматривается как асинхронная, время доступа к сети для нее не критично. Имеется также синхронные станции, с очень жестким ограничением на время доступа и на интервал между передачами данных. Для таких станций устанавливается сложный алгоритм доступа к сети, зато обеспечивается высокоскоростная и приоритетная передача кадров

В4: Форматы кадров

Форматы кадров несколько отличаются от сети Token Ring.

Формат кадра данных:

П. В состав кадра данных входит преамбула. Она служит для начальной синхронизации приема. Начальная длина преамбулы 8 байт (64 бита). Однако со временем, в ходе сеанса связи, размер преамбулы может уменьшаться

НР. Начальный разделитель.

УК. Управление кадром. 1 байт.

АН и АИ. Адрес назначения и источника. Размером 2 или 6 байт.

Поле данных по длине может быть произвольным, однако размер кадра не должен превышать 4500 байт.

КС. Контрольная сумма. 4 байт

КР. Концевой разделитель. 0,5 байта.

СК. Статус кадра. Поле произвольной длины, не более 8 бит (1 байта), указывающие результаты обработки кадра. Обнаружена ошибка\ данные скопированы и так далее.

Кадр маркера в этой сети имеет следующий состав:

Л17: Беспроводные ЛВС (БЛВС)

В1: Общие принципы

Возможны 2 способа организации таких сетей:

1) С базовой станцией. Через которую, осуществляется обмен данными между рабочими станциями

2) Без базовой станции. Когда обмен осуществляется на прямую

Преимущества БЛВС:

1) Простота дешевизна построения

2) Мобильность пользователей

Недостатки:

1) Низкая помехоустойчивость

2) Неопределенность зоны покрытия

3) Проблема «скрытого терминала». Проблема «скрытого терминала» заключается в следующем: станция А передает сигнал станции Б. Станция С видит станцию Б и не видит станцию А. Станция С считает, что Б свободна и передает ей свои данные.

В2: Методы передачи данных

Основными методами передачи данных являются:

1) Ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM)

2) Расширение спектра скачкообразным изменением частоты (FHSS)

3) Прямое последовательное расширение спектра (DSSS)

П1: Ортогональное частотное мультиплексирование

Применяется для передачи данных со скоростью до 54 Мбит\с на частоте 5 ГГц. Битовый поток данных делится на N подпотоков, каждый из которых модулируется автономно. На основе быстрого преобразования Фурье все несущие сворачиваются в общий сигнал, спектр которого примерно равен спектру одного модулируемого подпотока. На приемном конце при помощи обратного преобразования Фурье восстанавливается исходный сигнал.

П2: Расширение спектра скачкообразным изменением частоты

Метод основан на постоянной смене частоты несущей в пределах заданного диапазона. В каждый из временных интервалов передается определенная порция данных. Этот метод обеспечивает более надежную передачу данных, но более сложен в реализации, чем первый метод.

П3: Прямое последовательное расширение спектра

Каждый единичный бит в передаваемых данных заменяется двоичной последовательностью. При этом скорость передачи данных возрастает, а значит и расширяется спектр передаваемых частот. Этот метод также обеспечивает повышение помехоустойчивости.

В3: Технология WiFi

Это технология описывается стеком протоколов 802.11.

Существует несколько вариантов построения сети в соответствии с этим стеком.

Вариант	Стандарт	Диапазон	Метод кодирования	Скорость передачи
		Инфракрасный 850 нм

В4: Технология WiMax (802.16)

Технология беспроводного широкополосного доступа с высокой пропускной способностью. Представлена стандартом 802.16 и предназначена для построения протяженных сетей регионального уровня.

Он относится стандарту точка-многоточка. И требовал нахождения передатчика и приемника в зоне прямой видимости.

Вариант	Стандарт	Диапазон	Скорость	Радиус ячейки
			32 - 134 Мбит\с
			1 - 75 Мбит\с	5 - 8 (до 50) км
			1 - 75 Мбит\с

Основные отличия стандарта WiMax от WiFi:

1) Малая мобильность, только последний вариант обеспечивает мобильность пользователей

2) Более качественная аппаратура требует больших затрат

3) Большие расстояния передачи данных требуют повышенного внимания к защите информации

4) Большое число пользователей в ячейке

5) Высокая пропускная способность

6) Высокое качество обслуживая мультимедийного трафика

Первоначально эта сеть развивалась как сеть беспроводного, стационарного кабельного телевидения, однако с этой задачей она справлялась не очень хорошо и в настоящее время ведутся разработки по обслуживанию мобильных пользователей перемещающихся с высокой скоростью.

В5: Беспроводные персональные сети

Такие сети предназначены для взаимодействия устройств принадлежащих одному владельцу и расположенных на небольшом расстоянии друг от друга (несколько десятков метров).

П1: Bluetooth

Данная технология, описанная в стандарте 802.15 обеспечивает взаимодействие различных устройств в диапазоне частот 2,4 МГц, со скоростью обмена до 1 Мбит\с.

В основе Bluetooth лежит концепция пикосети.

Отличается следующими свойствами:

1) Область покрытия до 100 метров

2) Количество устройств 255

3) Количество работающих устройств 8

4) Одно устройство главное, обычно компьютер

5) С помощью моста можно объединять несколько пикосетей

6) Кадры имеют длину 343 байта

П2: Технология ZigBee

ZegBee - это технология описанная в стандарте 802.15.4. Она предназначена для построения беспроводных сетей с использованием маломощных передатчиков. Она нацелена на длительное время автономной работы от батареи и на большую безопасность при низкой скорость передачи данных.

Основные особенности этой технологии заключается в том, что при не высоком энергопотреблении поддерживаются не только постные технологии и связи точка-точка, но и сложные беспроводные сети с ячеистой топологией.

Основное назначение таких сетей:

1) Автоматизация жилых и строящихся помещений

2) Индивидуальное медицинское диагностическое оборудование

3) Системы промышленного мониторинга и управления

Технология разработана с целью быть проще и дешевле чем все остальные сети.

Существует 3 типа устройств в ZigBee:

1) Координатор. Устанавливающий связь между сетями и способный хранить информацию от устройств находящихся в сети

2) Маршрутизатор. Для подключения

3) Конечное устройство. Может только передавать данные координатору

Эти устройства работают в различных частотных диапазонах, примерно 800 МГц, 900 МГц, 2400 МГц. Комбинация разных частот обеспечивает высокую помехозащищенность и надежность этой сети. Скорость передачи данных несколько десятков килобит в секунду (10 - 40 кбит\с), расстояние между станциями - 10 - 75 метров.

В6: Беспроводные сенсорные сети

Они представляют собой распределенную самоорганизующуюся устойчивую к отказу сеть, состоящую из множества не обсуживающихся и не требующих специальной настройки датчиков. Такие сети находят применение в производстве, на транспорте, в системах обеспечения жизнедеятельности, в охранных системах. Используются для контроля различных параметров (температура, влажность…), доступа к объектам, отказам исполнительных механизмов, экологических параметров окружающей среды.

Сеть может состоять из устройств следующего типа:

1) Сетевой координатор. Организация и установка параметров сети

2) Полнофункциональное устройство. Включает в частности, поддержку ZigBee

3) Устройство с ограниченным набором функций. Для подключения к датчику

Л18: Принципы организации глобальных сетей

В1: Классификация и оборудование

Совокупность различных сетей расположенных на значительном расстоянии друг от друга и объединенных в единую сеть с помощью телекоммуникационных средств, представляют собой территориально-распределенную сеть.

Современные средства телекоммуникации объединяют территориально-распределенные сети в глобальную вычислительную сеть. Поскольку территориально-распределенные сети и Интернет используют одинаковые системы формирования сетей их принято объединять в единый класс WAN (Глобальные сети).

В отличие от локальных вычислительных сетей основными особенностями глобальных сетей являются:

1) Неограниченный территориальный охват

2) Объединение компьютеров различных типов

3) Для передачи данных на большие расстояния используется специальное оборудование

4) Топология сетей произвольна

5) Особе внимание уделяется маршрутизации

6) Глобальная сеть может содержать каналы передачи данных различный типов

К достоинствам следуют отнести:

1) Предоставление пользователям неограниченных возможностей доступа к вычислительным и информационных ресурсам

2) Возможность доступа к сети практически из любой точки земного шара

3) Возможность передачи любых видов данных, включая видео и аудио.

К основным типам устройств глобальных вычислительных сетей относятся:

1) Повторители и концентраторы. Являющиеся пассивными средствами объединения сетей. Работают на первом уровне OSI-модели

2) Мосты, маршрутизаторы, коммуникаторы и шлюзы. Являющиеся активными средствами построения сетей. Основной функцией активных средств является усиление сигнала и управление трафиком, то есть они работают на втором уровне OSI-модели

В2: Мосты

Это простейшее сетевое устройство, объединяющие сегменты сети и регулирующие прохождение кадров между ними.

2 сегмента объединенные мостом превращаются в единую сеть. Мост работает на втором канальном уровне и прозрачен для протоколов вышележащих уровней.

Для передачи кадров из одного сегмента в другой мост формирует таблицу, в которой содержится:

1) Список адресов, подключенных к станции

2) Порт, к которому подключены станции

3) Время последнего обновления записи

В отличие от повторителя, который просто передает кадры, мост анализирует целостность кадров и фильтрует их. Для получения информации о местоположении станции мосты считывают информацию из кадра, проходящего через него и анализирует ответ станции, принявшей этот кадр.

Достоинствами мостов являются:

1) Относительная простота и дешевизна

2) Локальные кадры не передаются в другой сегмент

3) Наличие моста прозрачно для пользователей

4) Мосты автоматически адаптируются к изменениям конфигурации

5) Мосты могут объединять сети, работающие по разным протоколам

Недостатки:

1) Задержки в мостах

2) Невозможность использования альтернативных путей

3) Способствуют всплескам трафика в сети, например, при поиске станций отсутствующих в списке

Существуют мосты 4-х основных типов:

1) Прозрачные

2) Транслирующие

3) Инкапсулирующие

4) С маршрутизацией

П1: Прозрачные мосты

Прозрачные мосты предназначены для объединения сетей с идентичными протоколами на физическом и канальном уровне.

Прозрачный мост является самообучающимся устройством, для каждого подключаемого сегмента он автоматически строит таблицы адресов станции.

Алгоритм функционирования моста примерно следующий:

1) Прием поступающего кадра в буфер

2) Анализ адреса источника и его поиск в таблице адресов

3) Если адрес источника отсутствует в таблице, то адрес и номер порта, откуда пришел кадр записывается в таблицу

4) Анализируется адрес назначения и ведется его поиск в таблице адресов

5) Если адрес назначения найден и он принадлежит тому сегменту, что и адрес источника, то есть номер входного порта совпадает с номером выходного порта, то кадр удаляется из буфера

6) Если адрес назначения найден в таблице адресов и он принадлежит другому сегменту, то кадр передается на соответствующий порт для передачи в нужный сегмент

7) Если адрес назначения отсутствует в таблице адресов, то кадр передается во все сегменты, за исключением того сегмента из которого он поступил

П2: Транслирующие мосты

Они предназначены для объединения сетей с разными протоколами на канальном и физическом уровнях.

Транслирующие мосты объединяют сети путем манипулирования с «конвертами», то есть при передаче кадров из Ethernet сети Token Ring заголовок и концевик Ethernet кадра заменяются на заголовок и концевик Token Ring. При этом может возникнуть проблема, связанная с тем, что допустимый размер кадра в двух сетях может оказаться разными, поэтому заранее все сети должны быть сконфигурированы на одинаковый размер кадра.

П3: Инкапсулирующие мосты

оптоволоконный интерфейс сеть беспроводной

Инкапсулирующие мосты предназначены для объединения сетей с одинаковыми протоколами через высокоскоростную магистральную сеть с другим протоколом. Например, объединение сетей Ethernet через объединение FDDI.

В отличие от транслирующих мостов, в которых заменяются заголовок и концевик, в этом случае полученные кадры вместе с заголовком вкладываются в другой конверт, который используется в магистральной сети. Конечный мост изымает оригинальный кадр и отправляет его в сегмент, где находится адресат.

Длина поля FDDI всегда достаточная для размещения любого кадра другого протокола.

П4: Мосты с маршрутизацией от источника

Такие мосты используют информацию о маршруте передачи кадра, записанную в заголовке этого кадра базовой станцией.

В этом случае таблица адресов не нужна. Такой метод чаще всего используется в Token Ring для передачи кадров между разными сегментами.

В3: Маршрутизаторы

Маршрутизаторы как и мосты позволяют эффективно объединять сети и увеличивать их размеры. В отличи от моста, работа которого прозрачна для сетевых устройств, маршрутизаторы должны явно указывать на порт, через который пройдет кадр.

Поступающие пакеты заносятся во входной буфер обмена и с помощью центрального процессора маршрутизатора анализируются. По результатам анализа выбирается выходной буфер обмена.

Маршрутизаторы можно разбить на следующие группы:

1) Периферийные маршрутизаторы. Для соединения небольших филиалов с сетью центрального офиса

2) Маршрутизаторы удаленного доступа. Для сетей среднего размера

3) Мощные магистральные маршрутизаторы

П1: Периферийные маршрутизаторы

Для соединения с сетью центрального офиса имеют 2 порта с ограниченными возможностями. Один для соединения со своей сетью, а другой с центральной сетью.

Все функции возложены на центральный офис, поэтому периферийные маршрутизаторы не требуют обслуживания и очень дешевые.

П2: Маршрутизаторы удаленного доступа

Они обычно имеют фиксированную структуру и содержат 1 местный порт и несколько портов для соединения с другими сетями.

Они обеспечивают:

1) Предоставление канала связи по требованию

2) Сжатие данных, для повышения пропускной способности

3) Автоматическое переключение трафика на коммутируемые линии при выходе основной или выделенной линии из строя

П3: Магистральные маршрутизаторы

Они подразделяются на:

1) С централизованной архитектурой

2) С расправленной архитектурой

Особенности маршрутизаторов с распределенной архитектурой:

1) Модульная конструкция

2) Наличие до нескольких десятков портов для подключения к разным сетям

3) Поддержка средств обеспечения отказоустойчивости

В маршрутизаторах с централизованной архитектурой все функции сосредоточены в одном модуле. Маршрутизаторы с распределенной архитектурой обеспечивают более высокие показатели надежности и производительности по сравнению с централизованной архитектурой.

В4: Протоколы маршрутизации

Все методы маршрутизации можно разбить на 2 группы:

1) Методы статической или фиксированной маршрутизации

2) Методы динамической или адаптивной маршрутизации

Статическая маршрутизация подразумевает использование маршрутов, которые установлены системным администратором и не изменяются в течение длительного промежутка времени.

Статическая маршрутизация применяется в небольших сетях и обладает следующими достоинствами:

1) Низкие требования к маршрутизатору

2) Повышенная безопасность сети

В тоже время у нее есть и существенные недостатки:

1) Очень высокая трудоемкость эксплуатации

2) Отсутствие адаптации к изменениям топологии сети

Динамическая маршрутизация позволяет автоматически изменять маршрут следования при перегрузках или отказах в сети. Протоколы маршрутизации в этом случае реализуются программно в маршрутизаторе создавая таблицы маршрутизации, отображающие текущие состояния сети.

Протоколы внутренней маршрутизации основаны на алгоритмах обмена:

1) Таблицами вектор-длина (DVA)

2) Информацией о состояниях каналов (LSA)

DVA- это алгоритм обмена информации о доступных сетях и о расстояниях до них путем рассылки широковещательных пакетов.

Этот алгоритм реализуется в одном из самых первых протоколов RIP, который до сих пор не потерял своей актуальности. Они периодически посылают широковещательные пакеты, обновляя таблицы маршрутизации.

Достоинства:

1) Простота

Недостатки:

1) Медленное формирование оптимальное маршрутов

LSA - алгоритм обмена информации о состоянии каналов, его также называют алгоритмом предпочтения кратчайшего пути.

Он основан на построении динамический карты топологии сети за счет сбора информации о всех объединяемых сетях. При изменении состояния своей сети маршрутизатор немедленно отправляет сообщение всем другим маршрутизаторам.

К достоинствам относят:

1) Гарантированная и быстрая оптимизация маршрутов

2) Меньший объем передаваемой по сети информации

С развитием достоинств алгоритма LSA было разработка протокола OSPF. Это наиболее современный и часто используемый протокол, он обеспечивает следующие дополнительные к базовому алгоритму LSA возможности:

1) Более быстрая оптимизация маршрутов

2) Простота отладки

3) Маршрутизация пакетов в соответствии с классом обслуживания

4) Аутентификация маршрутов, то есть отсутствие возможности перехвата пакета злоумышленниками

5) Создание виртуального канала между маршрутизаторами

В5: Сравнение маршрутизаторов и мостов

К достоинствам маршрутизаторов по сравнению с мостами можно отнести:

1) Высокая безопасность данных

2) Высокая надежность сетей за счет альтернативных путей

3) Эффективное распределение нагрузки по каналам связи за счет выбора наилучших маршрутов для передачи данных

4) Большая гибкость за счет выбора маршрута в соответствии с его метрикой, то есть стоимость маршрута, пропускная способность и так далее

5) Возможность объединения с разной длиной пакета

К недостаткам маршрутизаторов следует отнести:

1) Сравнительно большую задержку при передаче пакетов

2) Сложность установки и конфигурирования

3) При перемещении компьютера из одной сети в другую необходимо изменять его сетевой адрес

4) Более высокая стоимость производства, так как требуются дорогостоящие процессоры, большая оперативная память, дорогое программное обеспечение

Можно выделить следующие характерные особенности мостов и маршрутизаторов:

1) Мосты работают с MAC (то есть физическими) адресами, а маршрутизаторы с сетевыми адресами

2) Для построения маршрута мосты используют только адреса отправителя и получателя, маршрутизаторы же используют много разных источников для выбора маршрута

3) Мосты не имеют доступа к данным в конверте, а маршрутизаторы могут вскрыть конверты и разбивать пакеты на более короткие

4) С помощью мостов пакеты только отфильтровываются, а маршрутизаторы пересылают пакеты на конкретный адрес

5) Мосты не учитывают приоритет кадра, а маршрутизаторы обеспечивают различные типы сервиса

6) В мостах обеспечивается не большое время задержки, хотя при перегрузке возможны потери кадров, а маршрутизаторы вносят большую задержку

7) Мосты не гарантируют доставку кадров, а маршрутизаторы гарантируют

8) Мост перестает работать при неисправности сети, а маршрутизатор обеспечивает поиск альтернативного маршрута и сохраняет работоспособность сети

9) Мосты обеспечивают достаточно низкий уровень безопасности, чем маршрутизаторы

В6: Коммутаторы

Коммутатор по функциональным возможностям занимает промежуточное положение между мостом и маршрутизатором. Он работает на втором канальном уровне, то есть коммутирует данные на основе MAC адресов.

Производительность коммутаторов значительно выше, чем мостов.

Каноническую структуру коммутатора можно представить в следующем виде:

В отличие от моста каждый порт в коммутаторе имеется свой процессор, в то время как в мосте имеются общий процессор. В коммутаторе устанавливается один путь для всех кадров, то есть формируется так называемая пачка.

Коммутационная матрица передает кадры из входных буферов в выходные на основе коммутационной матрицы.

Используются 2 способа коммутации:

1) С полной буферизацией кадра, то есть пересылка начинается после сохранения в буфере всего кадра

2) На лету, когда анализ заголовка начинается сразу же после поступления во входной порт\буфер и кадр с ходу направляется в нужный выходной буфер

Коммутаторы подразделяются на:

1) Полудуплексные, когда к каждому порту подключается сегмент сети

2) Дуплексные, когда к порту подключается только одна рабочая станция

Коммутаторы по сравнению с мостами являются более интеллектуальными сетевыми устройствами. Они позволяют:

1) Автоматически определять конфигурацию связи

2) Транслировать протоколы канального уровня

3) Фильтровать кадры

4) Устанавливать приоритеты трафика

Л19: Сети с установлением соединений

В1: Принцип передачи пакетов на основе виртуальных каналов

Коммутация в сетях может быть основана на 2-х методах:

1) Дейтаграммный способ (без установления соединения)

2) На основе виртуального канала (с установлением соединения)

Существует 2 типа виртуальных каналов:

1) Коммутируемый (на время сеанса)

2) Постоянный (формируемый вручную и неизменяемый в течение длительного времени)

При создании коммутируемого канала маршрутизация осуществляется один раз, при прохождении первого пакета. Такому каналу присваивается условный номер, по которому и адресуется передача остальных пакетов.

Такая организация уменьшает задержку:

1) Решение о продвижении пакета принимается быстрее, из-за короткой таблицы коммутации

2) Возрастает эффективная скорость передачи данных

Использование постоянных каналов более эффективно, так как отсутствует этап установления соединения. Однако, по постоянному каналу может одновременно передаваться несколько пакетов, что снижает эффективную скорость передачи данных. Постоянные виртуальные каналы дешевле, чем выделенные каналы.

П1: Назначение и структура сети

Такие сети наилучшим образом подходят для передачи трафика низкой интенсивности.

Сети х.25 называют еще сетями пакетной коммутации . В течение длительного времени такие сети были единственными сетями, которые работали на низкоскоростных ненадежных каналах связи.

Такие сети состоят из коммутаторов, называемых центрами коммутации пакетов и расположенных в различных географических точках. Между собой коммутаторы соединяются линиями связи, которые могут быть как цифровыми, так и аналоговыми. Несколько низкоскоростных потоков от терминалов соединяется в пакет, передаваемый по сети. Для этого используются специальные устройства - пакетный адаптер данных . Именно к этому адаптеру и подключаются терминалы, работающие в сети.

Функциями пакетного адаптера данных являются:

1) Сборка символов в пакеты

2) Разборка пакетов и вывод данных на терминалы

3) Управление процедурами соединения и разъединения по сети

Терминалы в сети не имеют собственных адресов, они распознаются по порту пакетного адаптера данных, к которому терминал подключен.

П2: Стек протоколов х.25

Стандарты описаны на 3-х уровнях протоколов: физическом, канальном и сетевом.

На физическом уровне определен универсальный интерфейс, между аппаратурой передачи данных и оконечным оборудованием.

На канальном уровне обеспечивается сбалансированный режим работы, что обозначает равноправие узлов, участвующих в соединении.

На сетевом уровне выполняются функции маршрутизации пакетов, установление и разрыва соединения и управление потоком данных.

П3: Установление виртуального соединения

Для установления соединения посылается специальный пакет Call Request (запрос на соединение). В этом пакете в специальном поле задается номер виртуального канала, который будет сформирован. Этот пакет проходит через узлы, формируя виртуальный канал. После прохождения пакета и создания канала в остальные пакеты вписывается номер этого канала и по нему осуществляется передача пакетов с данными.

Протокол сетей х.25 разработан для низкоскоростных каналов с высоким уровнем помех, и не гарантирует пропускной способности, однако позволяет устанавливать приоритет трафика.

П1: Особенности технологии

Такие сети гораздо лучше подходят для передачи пульсирующего трафика локальных сетей при наличии качественных линий связи (например, волоконно-оптических).

Особенности технологии:

1) Дейтаграммный режим работы обеспечивает высокую пропускную способность, до 2 Мбит\с, небольшие задержки кадров, в тоже время гарантия надежности передачи не обеспечивается

2) Поддержка основных показателей качества обслуживания, в первую очередь средней скорость передачи данных

3) Использование 2-х типов виртуальных каналов: постоянных и коммутируемых

4) Технология Frame Relay использует технику виртуальных соединений аналогичную х.25, однако данные передаются только на пользовательском и канальном уровнях, в то время как на х.25 еще и на сетевом

5) Накладные расходы в Frame Relay меньше чем в х.25

6) Протокол канального уровня имеет 2 режима работы:

a. Основной. Для передачи данных

b. Управляющий. Для контроля

7) Технология Frame Relay ориентированы на качественные каналы связи и не предусматривает обнаружение и коррекции искаженных кадров

П2: Поддержка качества обслуживания

Данная технология поддерживает процедуру заказа качества обслуживания. Сюда относятся:

1) Согласованная скорость, с которой будут передаваться данные

2) Согласованный объем пульсации, то есть максимальное количество байт за единицу времени

3) Дополнительный объем пульсации, то есть максимальное количество байт, которое может быть передано сверх установленного значения за единицу времени

П3: Использование сетей Frame Relay

Технологию Frame Relay в территориальных сетях можно рассматривать как аналог Ethernet в локальных сетях.

Обе технологии:

1) Предоставляют быстрые транспортные услуги без гарантии доставки

2) Если кадры теряются, не предпринимается попыток по их восстановлению, то есть полезная пропускная способность данной сети зависит от качества канала

При этом по таким сетям не целесообразно передавать звук и тем более видео, хотя благодаря наличию приоритетов речь может быть передана.

П1: Общие понятия АТМ

Это технология асинхронного режима, использующая маленькие пакеты, которые называются ячейками (cells).

Данная технология предназначена для передачи голоса, видео и данных. Может использоваться как для построения локальных сетей, так и магистралей.

Трафик компьютерных сетей можно подразделить на:

1) Потоковый. Представляющий собой равномерный поток данных

2) Пульсирующий. Неравномерный, непредсказуемый поток

Потоковый трафик характерен для передачи мультимедийных файлов (видео), для него наиболее критичным является задержка кадра. Пульсирующий трафик - это передача файлов.

Технология АТМ способна обслуживать все виды трафика за счет:

1) Техники виртуальных каналов

2) Предварительного заказа параметров качества

3) За счет установления приоритетов

П2: Принципы технологии АТМ

Подход заключается в передаче всех видов трафика пакетами фиксированной длины - ячейками, длиной 53 байта. 48 байт - данные + 5 байт - заголовок. Размер ячейки выбирался с одной стороны исходя из уменьшения времени задержек в узлах, и с другой стороны, исходя из минимизации потерь пропускной способности. Более того, при использовании виртуальных каналов заголовок содержит только номер виртуального канала, в который вмещается максимально 24 бита (3 байта).

Сеть АТМ имеет классическую структуру: АТМ-коммутаторы соединенные линиями связи, к которым подключаются пользователи.

П3: Стек протоколов АТМ

Стек протоколов соответствует нижним 3-м уровням OSI-модели. Он включает: уровень адаптации, уровень АТМ и физический уровень. Однако прямого соответствия между уровнями АТМ и OSI нет.

Уровень адаптации представляет собой набор протоколов, преобразующих данные верхних уровней в ячейки нужного формата.

Протокол АТМ занимается непосредственно передачей ячеек через коммутаторы. Физический уровень определяет согласование устройств передачи с линией связи, и параметры среды передачи.

П4: Обеспечение качества обслуживания

Качество задается следующими параметрами трафика:

1) Пиковая скорость передачи ячеек

2) Средняя скорость

3) Минимальная скорость

4) Максимальная величина пульсации

5) Доля потерянных ячеек

6) Задержка ячеек

Трафик в соответствии с указанными параметрами подразделяется на 5 классов:

Класс Х является резервным и параметры для него могут устанавливаться пользователем.

Л20: Глобальная сеть Internet

В1: Краткая история создания и организационные структуры

Глобальная сеть Internet реализована на основании стека сетевых протоколов TCP\IP, обеспечивающих передачу данных между локальными и территориальными сетями, а также коммуникационными системами и устройствами.

Появлению сети Internet из стека протоколов TCP\IP предшествовало в середине 60-х годов прошлого века создание сети ARPANET. Эта сеть создавалась под эгидой управления научных исследований Министерства обороны США и ее разработка была поручена ведущим американским университетам. В 1969 году сеть была запущена и состояла она из 4-х узлов. В 1974 году были разработаны первые модели TCP\IP и, в 1983 году сеть полностью перешла на этот протокол.

Параллельно в 1970 году началась разработка межуниверситетской сети NSFNet. И в 1980 году эти две разработки объединились, получив название Internet.

В 1984 году была разработана концепция доменных имен, а в 1989 все это оформилось в виде всемирной паутины (WWW), основу которой составлял протокол передачи текста HTTP.

Сеть Internet является общественной организацией, в которой нет руководящих органов, нет владельцев, а есть только координирующий орган, который называется IAB .

В его состав входят:

1) Исследовательский подкомитет

2) Законодательный подкомитет. Вырабатывает стандарты, которые рекомендуются для использования всем участникам Internet

3) Подкомитет ответственный за распространение технической информации

4) Ответственный за регистрацию и подключение пользователей

5) Ответственный за другие административные задачи

В2: Стек протоколов TCP\IP

Под стеком протоколов обычно понимается набор реализации стандартов.

Модель стека протоколов TCP\IP содержит 4 уровня, соответствие этих уровней OSI-модели приведем в следующей таблице:

На 1-ом уровне TCP-модели сетевой интерфейс находится аппаратно зависимое программное обеспечение, оно реализует передачу данных в конкретной среде. Среда передачи данных реализуется различным образом, от двухточечного звена до сложной коммуникационной структуры сети х.25 или Frame Relay. Сеть протоколов TCP\IP поддерживает все стандартны протоколов физического уровня, а также канального уровня для сетей Ethernet, Token Ring, FDDI и так далее.

На 2-ом межсетевом уровне TCP-модели реализуется задача маршрутизации с использование протокола IP. Вторая важная задача этого протокола - скрытие аппаратно-программных особенностей среда передачи данных и предоставление вышележащим уровням единого интерфейса, это обеспечивает многоплатформенное применение приложений.

На 3-м транспортном уровне решаются задачи надежной доставки пакетов и сохранение их порядка и целостности.

На 4-ом прикладном уровне находятся прикладные задачи запрашивающие сервис у транспортного уровня.

Основными особенностями стека протокола TCP\IP являются:

1) Независимость от среды передачи данных

2) Негарантированная доставка пакетов

Информационные объекты, используемые на каждом из уровней TCP\IP-модели, имеют следующие особенности:

1) Сообщение - блок данных, которым оперирует прикладной уровень. Он передается от приложения к транспортному уровню с соответствующими этому приложению размером и семантикой

2) Сегмент - блок данных, который формируется на транспортном уровне

3) Пакет, называемый также IP-дейтограммой, которым оперирует протокол IP на межсетевом уровне

4) Кадр - аппаратно зависимый блок данных, получаемый в результате упаковки IP-дейтограммы в формат, приемлемый для конкретной физической среды передачи данных

Рассмотри вкратце протоколы, используемые в стеке TCP\IP.

Протоколы прикладного уровня (нужно знать какие существуют, чем отличаются и знать что такое)

FTP - протокол передачи файлов. Предназначен для передачи файлов в сети и реализует:

1) Подключение к серверам FTP

2) Просмотр содержимого каталогов

FTP функционирует поверх транспортного уровня TCP протокола, использует 20й порт для передачи данных, 21й - для передачи команд.

В FTP предусмотрены возможность аутентификации (опознавание пользователя), возможность передачи файлов с прерванного места.

TFTP - упрощенный протокол передачи данных. Предназначен, в первую очередь, для первоначальной загрузки бездисковых рабочих станций. В отличие от FTP аутентификация невозможна, однако можно использовать идентификацию по IP-адресу.

BGP - протокол граничного шлюза. Используется для динамической маршрутизации и предназначен для обмена информацией о маршрутах.

HTTP - протокол передачи гипертекста. Предназначен для передачи данных в виде текстовых документов на основе клиент-серверной технологии. В настоящее время этот протокол используется для получения информации с веб-сайтов.

DHCP - протокол динамической конфигурации узла. Предназначен для автоматического распределения между компьютерами IP адресов. Протокол реализуется в специализированом DHCP сервере по клиент-серверной технологии: в ответ на запрос компьютера, он выдает IP-адрес и конфигурационные параметры.

SMNP - протокол простого управления сетями. Предназначен для управления и контроля за сетевыми устройствами путем обмена управляющей информацией.

DNS - система доменных имен. Представляет собой распределенную иерархическую систему для получения информации о доменах, чаще всего для получения IP-адреса по символьному имени.

SIP - протокол установления сеанса. Предназначен для установления и завершения пользовательского сеанса.

Подобные документы

История возникновения сети Token-Ring как альтернативы Ethernet. Топология сети, соединение абонентов, концентратор Token-Ring. Основные технические характеристики сети. Формат пакета (кадра) сети. Назначение полей пакета. Маркерный метод доступа.

презентация , добавлен 20.06.2014


Роль и общие принципы построения компьютерных сетей. Топологии: шинная, ячеистая, комбинированная. Основные системы построения сетей "Token Ring" на персональных компьютерах. Протоколы передачи информации. Программное обеспечение, технология монтажа сети.

курсовая работа , добавлен 11.10.2013


Історія виникнення Fast Ethernet. Правила побудови Fast Ethernet мереж, їх відмінність від правил конфігурування Ethernet. Фізичний рівень технології Fast Ethernet. Варіанти кабельних систем: волоконно-оптичний багатомодовий, вита пара, коаксіальний.

реферат , добавлен 05.02.2015


Требования к серверу. Выбор сетевых программных средств. Оптимизация и поиск неисправностей в работающей сети. Структура Fast Ethernet. Ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием. Классификация беспроводного сетевого оборудования.

дипломная работа , добавлен 30.08.2010


Характеристика существующей сети города Павлодар. Расчет нагрузки от абонентов сети Metro Ethernet, логическая схема включения компонентов решения Cisco Systems. Сопряжение шлюзов выбора услуг с городскими сетями передачи данных, подключение клиентов.

дипломная работа , добавлен 05.05.2011


Характеристика основных устройств объединения сетей. Основные функции повторителя. Физическая структуризация сетей ЭВМ. Правила корректного построения сегментов сетей Fast Ethernet. Особенности использования оборудования 100Base-T в локальных сетях.

реферат , добавлен 30.01.2012


Технологии построения локальных проводных сетей Ethernet и беспроводного сегмента Wi-Fi. Принципы разработки интегрированной сети, возможность соединения станций. Анализ представленного на рынке оборудования и выбор устройств, отвечающих требованиям.

дипломная работа , добавлен 16.06.2011


Объединение в локальную сеть по технологии FastEthernet компьютеров, которые находятся в квартирах трех домов. Технологии кодирования, применяемые в SHDSL. Соединение локальной сети с Internet по WAN-технологии. Правила построения сегментов Fast Ethernet.

курсовая работа , добавлен 08.09.2012


Алгоритмы сети Ethernet/Fast Ethernet: метод управления обменом доступа; вычисления циклической контрольной суммы (помехоустойчивого циклического кода) пакета. Транспортный протокол сетевого уровня, ориентированный на поток. Протокол управления передачей.

контрольная работа , добавлен 14.01.2013


Локальная сеть как группа персональных компьютеров (периферийных устройств), которые объединены между собой высокоскоростным каналом передачи цифровых данных в пределах близлежащих зданий. Сети Ethernet: формирование, история разработки. Сетевые кабели.

Что это такое - сетевая технология? Зачем она нужна? Для чего используется? Ответы на эти, а также на ряд других вопросов и будут даны в рамках данной статьи.

Несколько важных параметров

1. Скорость передачи данных. От этой характеристики зависит, какое же количество информации (измеряется в большинстве случаев в битах) может быть передано через сеть за определённый промежуток времени.
2. Формат кадров. Информация, которая передаётся через сеть, объединяется в пакеты информации. Они и называются кадрами.
3. Тип кодирования сигналов. В данном случае решается, как же зашифровать информацию в электрических импульсах.
4. Среда передачи. Такое обозначение используется для материала, как правило, это кабель, по которому и осуществляется проход потока информации, что в последующем и выводится на экраны мониторов.
5. Топология сети. Это схематическое построение конструкции, по которой осуществляется передача информации. Используются, как правило, шина, звезда и кольцо.
6. Метод доступа.

Набор всех этих параметров и определяет сетевую технологию, чем она является, какие приспособления использует и характеристики имеет. Как можете догадаться, их существует великое множество.

Общая информация

Но что же собой представляет сетевая технология? Ведь определение этому понятию так и не было дано! Итак, сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и программно-аппаратных средств, которые их реализовывают в объеме, достаточном для построения локальной вычислительной сети. Это определяет, как же будет получен доступ к среде передачи данных. В качестве альтернативы можно ещё встретить название «базовые технологии». Рассмотреть их все в рамках статьи не представляется возможным из-за большого количества, поэтому внимание будет уделено самым популярным: Ethernet, Token-Ring, ArcNet и FDDI. Что же они собой представляют?

Ethernet

На данный момент это самая популярная во всём мире сетевая технология. Если подведёт кабель, то вероятность того, что используется именно она, близка к ста процентам. Ethernet можно смело зачислять в наилучшие сетевые информационные технологии, что обусловлено низкой стоимостью, большой скоростью и качеством связи. Наиболее известным является тип IEEE802.3/Ethernet. Но на его основе было разработано два очень интересных варианта. Первый (IEEE802.3u/Fast Ethernet) позволяет обеспечить скорость передачи в 100 Мбит/секунду. У этого варианта существует три модификации. Разнятся они между собой по использованному материалу для кабеля, длине активного сегмента и конкретным рамкам диапазона передачи. Но колебания происходят в стиле «плюс-минус 100 Мбит/секунду». Другой вариант - это IEEE802.3z/Gigabit Ethernet. У него передающая способность равна 1000 Мбит/с. У этой вариации существует четыре модификации.

Token-Ring

Сетевые информационные технологии данного типа используются для создания разделяемой среды передачи данных, которая в конечном итоге образуется как объединение всех узлов в одно кольцо. Строится данная технология на звездно-кольцевой топологии. Первая идёт как основная, а вторая - дополнительная. Чтобы получить доступ к сети, применяется маркерный метод. Максимальная длина кольца может составлять 4 тысячи метров, а количество узлов - 260 штук. Скорость передачи данных при этом не превышает 16 Мбит/секунду.

ArcNet

Этот вариант использует топологию «шина» и «пассивная звезда». При этом он может строиться на неэкранированной витой паре и оптоволоконном кабеле. ArcNet - это настоящий старожил в мире сетевых технологий. Длина сети может достигать 6000 метров, а максимальное количество абонентов - 255. При этом следует отметить основной недостаток этого подхода - его низкую скорость передачи данных, которая составляет только 2,5 Мбита/секунду. Но эта сетевая технология всё ещё широко используется. Это происходит благодаря ее высокой надежности, низкой стоимости адаптеров и гибкости. Сети и сетевые технологии, построенные по другим принципам, возможно, и обладают более высокими показателями скорости, но именно из-за того, что ArcNet обеспечивает высокую доходимость данных, это позволяет нам не скидывать её со счетов. Важным преимуществом данного варианта является то, что используется метод доступа посредством передачи полномочий.

FDDI

Сетевые компьютерные технологии данного вида являются стандартизированными спецификациями архитектуры высокоскоростной передачи данных, использующей оптоволоконные линии. На FDDI значительным образом повлияли ArcNet и Token-Ring. Поэтому эту сетевую технологию можно рассматривать как усовершенствованный механизм передачи данных на основании имеющихся наработок. Кольцо этой сети может достигать в длину сто километров. Несмотря на значительное расстояние, максимальное количество абонентов, которые могут подключиться к ней, составляет только 500 узлов. Следует отметить, что FDDI считается высоконадежной благодаря наличию основного и резервного путей передачи данных. Добавляет ей популярность и возможность быстро передавать данные - примерно 100 Мбит/секунду.

Технический аспект

Рассмотрев, что собой представляют основы сетевых технологий, что используются, сейчас давайте уделим внимание тому, как же всё устроено. Первоначально следует отметить, что рассмотренные ранее варианты - это исключительно локальные средства соединения электронно-вычислительных машин. Но есть и глобальные сети. Всего их в мире около двух сотен. Как же работают современные сетевые технологии? Для этого давайте рассмотрим действующий принцип построения. Итак, есть ЭВМ, которые объединены в одну сеть. Условно они делятся на абонентские (основные) и вспомогательные. Первые занимаются всеми информационно-вычислительными работами. От них же зависит то, каковы будут ресурсы сети. Вспомогательные занимаются преобразованием информации и её передачей по каналам связи. Из-за того что им приходится обрабатывать значительное количество данных, серверы могут похвастаться повышенной мощностью. Но конечным получателем любой информации всё же являются обычные хост-ЭВМ, которые чаще всего представлены персональными компьютерами. Сетевые информационные технологии могут использовать такие типы серверов:

1. Сетевой. Занимается передачей информации.
2. Терминальный. Обеспечивает функционирование многопользовательской системы.
3. Баз данных. Занимается обработкой запросов к БД в многопользовательских системах.

Сети коммутации каналов

Они создаются благодаря физическому соединению клиентов на то время, когда будут передаваться сообщения. Как это выглядит на практике? В таких случаях для отправки и получения информации от точки А до точки Б создаётся прямое соединение. Оно включает в себя каналы одного из множества (как правило) вариантов доставки сообщения. И созданное соединение для успешной передачи должно быть неизменным в течение всего сеанса. Но в таком случае проявляются довольно сильные недостатки. Так, приходится относительно долго ожидать соединения. Это сопровождается высокой стоимостью передачи данных и низким коэффициентом использования канала. Поэтому использование сетевых технологий данного типа не распространено.

Сети коммутации сообщений

В этом случае вся информация передаётся небольшими порциями. Прямое соединение в таких случаях не устанавливается. Передача данных осуществляется по первому же свободному из доступных каналов. И так до тех пор, пока сообщение не будет передано своему адресату. Сервера при этом постоянно занимаются приёмом информации, её сбором, проверкой и установлением маршрута. И в последующем сообщение передаётся далее. Из преимуществ необходимо отметить низкую цену передачи. Но в таком случае всё ещё существуют такие проблемы, как низкая скорость и невозможность осуществления диалога между ЭВМ в режиме реального времени.

Сети коммутации пакетов

Это самый совершенный и популярный на сегодняшний день способ. Развитие сетевых технологий привело к тому, что сейчас обмен информацией осуществляется посредством коротких пакетов информации фиксированной структуры. Что же они собой представляют? Пакеты - это части сообщений, что удовлетворяют определённому стандарту. Небольшая их длина позволяет предотвратить блокировку сети. Благодаря этому уменьшается очередь в узлах коммутации. Осуществляется быстрое соединение, поддерживается невысокий уровень ошибок, а также достигнуты значительные высоты в плане увеличения надежности и эффективности сети. Следует отметить и то, что существуют различные конфигурации этого подхода к построению. Так, если сеть обеспечивает коммутацию сообщений, пакетов и каналов, то она называется интегральной, то есть можно провести её декомпозицию. Часть ресурсов при этом может использоваться монопольно. Так, некоторые каналы могут применяться для того, чтобы передавать прямые сообщения. Они создаются на время передачи данных между разными сетями. Когда сеанс отправки информации заканчивается, то они распадаются на независимые магистральные каналы. При использовании пакетной технологии важным является настройка и согласование большого количества клиентов, линий связи, серверов и целого ряда иных устройств. В этом помогает установление правил, которые известны как протоколы. Они являются частью используемой сетевой операционной системы и реализуются на аппаратном и программном уровнях.

Сетевая технология - это минимальный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения вычислительной сети. Сетевые технологии называют базовыми технологиями. В настоящее время насчитывается огромное количество сетей, имеющих различные уровни стандартизации, но широкое распространение получили такие известные технологии, как Ethernet, Token-Ring, Arcnet.

На данный момент Ethernet является самой распространенной технологией в локальных сетях. На базе этой технологии работает более 7 млн. локальных сетей и более 80 млн. компьютеров, имеющих сетевую карту, поддерживающую данную технологию. Существуют несколько подтипов Ethernet в зависимости от быстродействия и типов используемого кабеля.

Одним из основоположников данной технологии является фирма Xerox, разработавшая и создавшая в 1975 году тестовую сеть Ethernet Network. Большинство принципов, реализованных в упомянутой сети, используются и сегодня.

Постепенно технология совершенствовалась, отвечая возрастающему уровню запросов пользователей. Это привело к тому, что технология расширила сферу своего применения до такой среды передачи данных, как оптическое волокно или неэкранированная витая пара.

Причиной начала использования названных кабельных систем стало достаточно быстрое увеличение количества локальных сетей в различных организациях, а также низкая производительность локальных сетей, использующих коаксиальный кабель. Вместе с тем возникла необходимость в удобном и экономичном управлении и обслуживании данных сетей, чего уже не могли обеспечить устаревшие сети.

Основные принципы работы Ethernet. Все компьютеры, входящие в сеть, подключены к общему кабелю, который называется общей шиной. Кабель является средой передачи, и его может использовать для получения или передачи информации любой компьютер данной сети.

Сети Ethernet используют метод пакетной передачи данных. Компьютер-отправитель отбирает данные, которые нужно отправить. Эти данные преобразуются в короткие пакеты (иногда их называют кадрами), которые содержат адреса отправителя и получателя. Пакет снабжен служебной информацией -- преамбулой (отмечает начало пакета) -- и информацией о значении контрольной суммы пакета, которая необходима для проверки правильности передачи пакета по сети.

Перед тем как отправить пакет, компьютер-отправитель проверяет кабель, контролируя в нем отсутствие несущей частоты, на которой и будет происходить передача. Если такая частота не наблюдается, то он начинает передачу пакета в сеть.

Пакет будет принят всеми сетевыми платами компьютеров, которые подключены к этому сегменту сети. Сетевые карты контролируют адрес назначения пакета. Если адрес назначения не совпадает с адресом данного компьютера, то пакет отклоняется без обработки. Если же адреса совпадают, то компьютер примет и обработает пакет, удаляя из него все служебные данные и транспортируя необходимую информацию «вверх» по уровням модели OSI вплоть до прикладного.

После того как компьютер передаст пакет, он выдерживает небольшую паузу, равную 9,6 мкс, после чего опять повторяет алгоритм передачи пакета вплоть до полной транспортировки необходимых данных. Пауза нужна для того, чтобы один компьютер не имел физической возможности заблокировать сеть при передаче большого количества информации. Пока длится такая технологическая пауза, канал сможет использовать любой другой компьютер сети.

Если два компьютера одновременно проверяют канал и делают попытку отправить пакеты данных по общему кабелю, то в результате этих действий происходит коллизия, так как содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле, что значительно искажает передаваемые данные.

После того как коллизия будет найдена, передающий компьютер обязан остановить передачу на небольшой случайный интервал времени.

Важным условием корректной работы сети является обязательное распознавание коллизии всеми компьютерами одновременно. Если любой передающий компьютер не вычислит коллизию и сделает вывод о правильности передачи пакета, то данный пакет попросту пропадет из-за того, что будет сильно искажен и отклонен принимающим компьютером (несовпадение контрольной суммы).

Вероятно, что утерянную или искаженную информацию повторно передаст протокол верхнего уровня, который работает с установлением соединения и идентификацией своих сообщений. Следует учитывать и то, что повторная передача произойдет через достаточно длительный интервал времени (десятки секунд), что приведет к значительному снижению пропускной способности конкретной сети. Именно поэтому своевременное распознание коллизий крайне важно для стабильности работы сети.

Все параметры Ethernet составлены так, чтобы коллизии всегда четко определялись. Именно поэтому минимальная длина поля данных кадра составляет не менее 46 байт (а с учетом служебной информации -- 72 байта или 576 бит). Длина кабельной системы рассчитывается таким образом, чтобы за то время, пока транспортируется кадр минимальной длины, сигнал о коллизии успел дойти до самого отдаленного компьютера сети. Исходя из этого, при скорости в 10 Мбит/с максимальное расстояние между произвольными элементами сети не может превышать 2500 м. Чем выше скорость передачи данных, тем меньше максимальная длина сети (уменьшается пропорционально). Используя стандарт Fast Ethernet ограничивается максимальный размер 250 м, а в случае с гигабитным Ethernet -- 25 м.

Таким образом, вероятность успешного получения общей среды напрямую зависит от загруженности сети (интенсивности возникновения потребности передачи кадров.

Постоянное возрастание уровня требований к пропускной способности сети послужило причиной разработки технологии Ethernet, скорость передачи в которой превышала 10 Мбит/с. В 1992 году был реализован стандарт Fast Ethernet, поддерживающий транспортировку информации со скоростью 100 Мбит/с. Большинство принципов работы Ethernet остались без изменений.

Некоторые изменения произошли в кабельной системе. Коаксиальный кабель был не в состоянии обеспечить скорость передачи информации в 100 Мбит/с, поэтому ему на смену в Fast Ethernet приходят экранированные неэкранированные кабели типа витая пара, а также оптоволоконный кабель.

Выделяют три вида Fast Ethernet:

• - 100Base-TX;
• - 100Base-T4;
• - 100Base-FX.

Стандарт 100Base-TX использует сразу две пары кабеля: UTP или STP. Одна пара необходима для передачи данных, а вторая -- для приема. Перечисленным требованиям соответствуют два кабельных стандарта: EIA/TIA-568 UTP категории 5 и SТР Типа 1 компании IBM. В 100Base-TX предоставляется возможность полнодуплексного режима в процессе работы с сетевыми серверами, а также применение всего двух из четырех нар восьмижильного кабеля -- две оставшиеся пары будут свободными и в дальнейшем могут быть использованы для расширения функциональности данной сети (например, на их основе возможна организация телефонной сети).

Стандарт 100Base-T4 позволяет использовать кабели категорий 3 и 5. Это происходит из-за того, что в 100Base-T4 используются четыре пары восьмижильного кабеля: одна -- для передачи, а другая -- для приема, остальные могут использоваться как для передачи, так и для приема. Соответственно, как прием, так и передача данных могут проводиться сразу по трем парам. Если общая пропускная способность в 100 Мбит/с распределяется на три пары, то 100Base-T4 снижает частоту сигнала, поэтому для нормальной работы вполне достаточно и менее качественного кабеля. Для организации сетей 100Base-T4 могут использоваться кабели UTP категорий 3 и 5, точно так же, как и UTP категории 5 и STP типа 1.

Стандарт 100Base-FX использует для передачи данных многомодовое оптоволокно с 62,5-микронным ядром и 125-микронной оболочкой. Данный стандарт предназначен для магистралей -- соединения репитеров Fast Ethernet в пределах одного помещения. Основные преимущества оптического кабеля передались и рассматриваемому стандарту 100Base-FX: невосприимчивость к электромагнитным шумам, повышенный уровень защиты информации и увеличенные расстояния между сетевыми устройствами.

Сравнительный анализ технологий локально-вычислительных сетей представлен в Приложении Б

Долгое время интерфейс Firewire (высокоскоростной последовательный интерфейс Firewire, так же известный как IEEE1394) использовался в основном при обработке потокового видео. В общем-то, для этого он первоначально и проектировался. Однако, высочайшая, даже по сегодняшним меркам, пропускная способность этого интерфейса (400 Мбит/с) сделала его достаточно эффективным для современных периферийных высокоскоростных устройств, а так же для организации небольших быстродействующих сетей.

Благодаря поддержке WDM драйвера, Firewire интерфейс поддерживается операционными системами, начиная с Windows 98 Second Edition. Однако встроенная поддержка интерфейса Firewire была впервые реализована в Windows Millennium, и теперь поддерживается в Windows 2000 и Windows XP. Все операционные системы, кроме Windows 98SE также поддерживают горячую установку сети. Если Firewire контроллер присутствует в системе, Windows автоматически инсталлирует виртуальный сетевой адаптер, с возможностью прямого доступа и модификации стандартных сетевых установок.

По умолчанию Firewire сеть поддерживает TCP/IP протокол, которого вполне достаточно для решения большинства современных сетевых задач, например, функция Internet Connection Sharing (совместное использование Интернет), встроенная в операционную систему Microsoft.

Firewire обеспечивает существенное преимущество в скорости по сравнению со стандартной 100BaseT Ethernet сетью. Но это не главное преимущество Firewire сети. Более важна простота создания такой сети, доступная пользователю не самого высокого уровня подготовки. Так же важно отметить универсальность и невысокую стоимость.

Главным недостатком Firewire сети является ограниченная длинна, кабеля. Согласно спецификации, для работы на скорости 400 Мбит/с длинна кабеля не должна превышать 4,5 метров. Для решения этой проблемы используется различные варианты репитеров.

Несколько лет назад был разработан новый стандарт Ethernet -- Gigabit Ethernet. На данный момент он пока еще не имеет широкого распространения. Технология Gigabit Ethernet в качестве среды транспортировки информации использует оптические каналы и экранированную витую пару. Такая среда способна десятикратно повысить скорость передачи данных, что является необходимым условием для проведения видеоконференций или работы сложных программ, оперирующих большими объемами информации.

Данная технология использует те же принципы, что и более ранние стандарты Ethernet. Кроме того, сеть, которая базируется на основе экранированной витой пары, можно осуществить посредствам перехода на технологию Gigabit Ethernet путем замены сетевых плат и сетевого оборудования, которые используются в сети, 1000Base-Х содержит сразу три физических интерфейса, параметры и характеристики которых указаны ниже:

• - Интерфейс 1000Base-SX определяет лазеры с допустимой длиной излучения в промежутке 770-860 нм, мощность излучения передатчика в диапазоне от 10 до 0 дБм, при существующем соотношении ON/OFF (есть сигнал/ нет сигнала) не менее 9 дБ. Чувствительность такого приемника -- 17 дБм, а его насыщение -- 0 дБм.
• - Интерфейс 1000Base-LX определяет лазеры с допустимой длиной излучения в промежутке 1270-1355 нм, мощность излучения передатчика в диапазоне от 13,5 до 3 дБм, при существующем соотношении ON/OFF (есть сигнал/ нет сигнала) не менее 9 дБ. Чувствительность такого приемника -- 19 дБм, а его насыщение -- 3 дБм.
• - 1000Base-CX -- экранированная витая пара, предназначенная для транспортировки данных на небольшие расстояния. Для транспортировки данных используются все четыре пары медного кабеля, а скорость передачи по одной паре составляет 250 Мбит/с. Технология Gigabit Ethernet -- самая быстрая из всех существующих на данный момент технологий локальных сетей. Достаточно скоро большинство сетей будут создаваться на основе данной технологии.

Wi-Fi- технология беспроводной связи. Название это расшифровывается как Wireless Fidelity (с англ. - беспроводная точность). Предназначена для доступа на коротких дистанциях и, в то же время, на достаточно больших скоростях. Существует три модификации этого стандарта - IEEE 802.11a, b и g, их отличие друг от друга в скорости передачи данных и расстоянии на которое они могут передавать данные. Максимальная скорость работы 11/ 54/ 320 Мбит/c соответственно, а расстояние передачи порядка 100 метров. Технология удобна тем, что не требует больших усилий объединения компьютеров в сеть, позволяет избежать неудобств возникающих при проложении кабеля. В настоящее время услугами можно воспользоваться в кафе, аэропортах, парках и др

USB сеть. Предназначена в основном для пользователей ноутбуков, т.к. при отсутствии сетевой карты в ноутбуке она может обойтись довольно дорого. Удобство в том, что сеть может быть создана без использования сетевых карт и концентраторов, универсальность, возможность подключать любой компьютер.

Скорость передачи данных 5-7 Мбит/с.Локальная сеть через электрические провода. 220В. Электрические сети не идут ни в какое сравнение с локальными и глобальными сетями. Электрическая розетка есть в каждой квартире, в каждой комнате. По дому можно протянуть десятки метров кабелей, соединив между собой все компьютеры, принтеры и прочие сетевые устройства.

Но тогда каждый компьютер станет "рабочим местом", стационарно расположенным в помещении. Перенести его - значит переложить сетевой кабель. Можно установить дома беспроводную сеть IEEE 802.11b, но могут возникнуть проблемы с проникновением сигнала через стены и перекрытия, к тому же это лишнее излучение, которого в современной жизни итак хватает. А есть и иной способ - использовать уже существующие электрические провода и розетки, установленные в стенах. Единственное, что для этого потребуется - соответствующие адаптеры. Скорость сетевого подключения через электрические провода составляет 14 Мбит/с. Дальность действия - примерно 500 метров.

Но стоит учитывать, что распределительная сеть - трёхфазная, а к домам подводится по одной фазе и нулю, равномерно нагружая каждую из фаз. Так что, если один пользователь подключен к одной фазе, а второй - к другой, то воспользоваться подобной системой не удастся.

Министерство образование и науки РФ

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра ВТ

DIV_ADBLOCK97">

Термин «сетевая технология» чаще всего используется в описанном выше узком смысле, но иногда применяется и его расширенное толкование как любого набора средств и правил для построения сети, например, «технология сквозной маршрутизации», «технология создания защищенного канала», «технология IP-сетей».

Протоколы, на основе которых строится сеть определенной технологии (в узком смысле), специально разрабатывались для совместной работы, поэтому от разработчика сети не требуется дополнительных усилий по организации их взаимодействия. Иногда сетевые технологии называют базовыми технологиями, имея в виду то, что на их основе строится базис любой сети. Примерами базовых сетевых технологий могут служить наряду с Ethernet такие известные технологии локальных сетей как, Token Ring и FDDI, или же технологии территориальных сетей Х.25 и frame relay. Для получения работоспособной сети в этом случае достаточно приобрести программные и аппаратные средства, относящиеся к одной базовой технологии - сетевые адаптеры с драйверами, концентраторы, коммутаторы, кабельную систему и т. п., - и соединить их в соответствии с требованиями стандарта на данную технологию.

Базовые сетевые технологии Token Ring, FDDI, l00VGAny-LAN, хотя и обладают многими индивидуальными чертами, в то же время имеют много общих свойств с Ethernet. В первую очередь - это применение регулярных фиксированных топологий (иерархическая звезда и кольцо), а также разделяемых сред передачи данных. Существенные отличия одной технологии от другой связаны с особенностями используемого метода доступа к разделяемой среде. Так, отличия технологии Ethernet от технологии Token Ring во многом определяются спецификой заложенных в них методов разделения среды - случайного алгоритма доступа в Ethernet и метода доступа путем Передачи маркера в Token Ring.

2. Технология Ethernet (802.3).

2.1. Основные характеристики технологии.

Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, работающих по протоколу Ethernet в настоящее время, оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров с установленными сетевыми адаптерами Ethernet - в 50 миллионов.

Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов этой технологии. В более узком смысле Ethernet - это сетевой стандарт, основанный на экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году. Метод доступа был опробован еще раньше: во второй половине 60-х годов в радиосети Гавайского университета использовались различные варианты случайного доступа к общей радиосреде, получившие общее название Aloha. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II для сети, построенной на основе коаксиального кабеля, который стал последней версией фирменного стандарта Ethernet. Поэтому фирменную версию стандарта Ethernet называют стандартом Ethernet DIX или Ethernet II.

На основе стандарта Ethernet DIX был разработан стандарт IEEE 802.3, который во многом совпадает со своим предшественником, но некоторые различия все же имеются. В то время как в стандарте IEEE 802.3 различаются уровни MAC и LLC, в оригинальном Ethernet оба эти уровня объединены в единый канальный уровень, В Ethernet DIX определяется протокол тестирования конфигурации (Ethernet Configuration Test Protocol), который отсутствует в IEEE 802.3. Несколько отличается и формат кадра, хотя минимальные и максимальные размеры кадров в этих стандартах совпадают. Часто для того, чтобы отличить Ethernet, определенный стандартом IEEE, и фирменный Ethernet DIX, первый называют технологией 802.3, а за фирменным оставляют название Ethernet без дополнительных обозначений.

В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3 имеет различные модификации - l0Base-5, l0Base-2, l0Base-T, l0Base-FL, l0Base-FB.

В 1995 году был принят стандарт Fast Ethernet, который во многом не является самостоятельным стандартом, о чем говорит и тот факт, что его описание просто является дополнительным разделом к основному стандарту 802,3 - разделом 802.3ч. Аналогично, принятый в 1998 году стандарт Gigabit Ethernet описан в разделе 802.3z основного документа.

Для передачи двоичной информации по кабелю для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet, обеспечивающих пропускную способность 10 Мбит/с, используется манчестерский код.

Все виды стандартов Ethernet (в том числе Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) используют один и тот же метод разделения среды передачи данных - метод CSMA/CD.

2.2. Метод доступа CSMA/CD.

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

Этот метод применяется исключительно в сетях с логической общей шиной (к которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Одновременно все компьютеры сети имеют возможность немедленно (с учетом задержки распространения сигнала по физической среде) получить данные, которые любой из компьютеров начал передавать на общую шину (рис. 1.). Простота схемы подключения - это один из факторов, определивших успех стандарта Ethernet. Говорят, что кабель, к которому подключены все станции, работает в режиме коллективного доступа (Multiply Access, MA).

Рис. 1. Метод случайного доступа CSMA/CD

Этапы доступа к среде

Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения.

Чтобы получить возможность передавать кадр, станция должна убедиться, что разделяемая среда свободна. Это достигается прослушиванием основной гармоники сигнала, которая также называется несущей частотой (carrier-sense, CS). Признаком незанятости среды является отсутствие на ней несущей частоты, которая при манчестерском способе кодирования равна 5-10 МГц, в зависимости от последовательности единиц и нулей, передаваемых в данный момент.

Если среда свободна, то узел имеет право начать передачу кадра. Этот кадр изображен на рис. 1. первым. Узел 1 обнаружил, что среда свободна, и начал передавать свой кадр. В классической сети Ethernet на коаксиальном кабеле сигналы передатчика узла 1 распространяются в обе стороны, так что все узлы сети их получают. Кадр данных всегда сопровождается преамбулой (preamble), которая состоит из 7 байт, состоящих из значений, и 8-го байта, равного. Преамбула нужна для вхождения приемника в побитовый и побайтовый синхронизм с передатчиком.

Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер , обрабатывает полученные данные, передает их вверх по своему стеку, а затем посылает по кабелю кадр-ответ. Адрес станции источника содержится в исходном кадре, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ.

Узел 2 во время передачи кадра узлом 1 также пытался начать передачу своего кадра, однако обнаружил, что среда занята - на ней присутствует несущая частота, - поэтому узел 2 вынужден ждать, пока узел 1 не прекратит передачу кадра.

После окончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу (Inter Packet Gap) в 9,6 мкс. Эта пауза, называемая также межкадровым интервалом, нужна для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние, а также для предотвращения монопольного захвата среды одной станцией. После окончания технологической паузы узлы имеют право начать передачу своего кадра, так как среда свободна. Из-за задержек распространения сигнала по кабелю не все узлы строго одновременно фиксируют факт окончания передачи кадра узлом 1.

В приведенном примере узел 2 дождался окончания передачи кадра узлом 1, сделал паузу в 9,6 мкс и начал передачу своего кадра.

Возникновение коллизии

При описанном подходе возможна ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общей среде. Механизм прослушивания среды и пауза между кадрами не гарантируют от возникновения такой ситуации, когда две или более станции одновременно решают, что среда свободна, и начинают передавать свои кадры. Говорят, что при этом происходит коллизия (collision), так как содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле и происходит искажение информации - методы кодирования, используемые в Ethernet, не позволяют выделять сигналы каждой станции из общего сигнала.

ПРИМЕЧАНИЕ: Заметим, что этот факт отражен в составляющей «Base(band)», присутствующей в названиях всех физических протоколов технологии Ethernet (например, 10Base-2,10Base-T и т. п.). Baseband network означает сеть с немодулированной передачей, в которой сообщения пересылаются в цифровой форме по единственному каналу, без частотного разделения.

Коллизия - это нормальная ситуация в работе сетей Ethernet. В примере, изображенном на рис. 2, коллизию породила одновременная передача данных узлами 3 и У. Для возникновения коллизии не обязательно, чтобы несколько станций начали передачу абсолютно одновременно, такая ситуация маловероятна. Гораздо вероятней, что коллизия возникает из-за того, что один узел начинает передачу раньше другого, но до второго узла сигналы первого просто не успевают дойти к тому времени, когда второй узел решает начать передачу своего кадра. То есть коллизии - это следствие распределенного характера сети.

Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии (collision detection, CD). Для увеличения вероятности скорейшего обнаружения коллизии всеми станциями сети станция, которая обнаружила коллизию, прерывает передачу своего кадра (в произвольном месте, возможно, и не на границе байта) и усиливает ситуацию коллизии посылкой в сеть специальной последовательности из 32 бит, называемой jam-последовательностью.

Рис. 2. Схема возникновения и распространения коллизии

После этого обнаружившая коллизию передающая станция обязана прекратить передачу и сделать паузу в течение короткого случайного интервала времени. Затем она может снова предпринять попытку захвата среды и передачи кадра. Случайная пауза выбирается по следующему алгоритму:

Пауза = L *(интервал отсрочки),

где интервал отсрочки равен 512 битовым интервалам (в технологии Ethernet принято все интервалы измерять в битовых интервалах; битовый интервал обозначается как bt и соответствует времени между появлением двух последовательных бит данных на кабеле; для скорости 10 Мбит/с величина битового интервала равна 0,1 мкс или 100 нс);

L представляет собой целое число, выбранное с равной вероятностью из диапазона , где N - номер повторной попытки передачи данного кадра: 1,2,..., 10.

После 10-й попытки интервал, из которого выбирается пауза, не увеличивается. Таким образом, случайная пауза может принимать значения от 0 до 52,4 мс.

Если 16 последовательных попыток передачи кадра вызывают коллизию, то передатчик должен прекратить попытки и отбросить этот кадр.

Из описания метода доступа видно, что он носит вероятностный характер, и вероятность успешного получения в свое распоряжение общей среды зависит от загруженности сети, то есть от интенсивности возникновения в станциях потребности в передаче кадров. При разработке этого метода в конце 70-х годов предполагалось, что скорость передачи данных в 10 Мбит/с очень высока по сравнению с потребностями компьютеров во взаимном обмене данными, поэтому загрузка сети будет всегда небольшой. Это предположение остается иногда справедливым и по сей день, однако уже появились приложения, работающие в реальном масштабе времени с мультимедийной информацией, которые очень загружают сегменты Ethernet. При этом коллизии возникают гораздо чаще. При значительной интенсивности коллизий полезная пропускная способность сети Ethernet резко падает, так как сеть почти постоянно занята повторными попытками передачи кадров. Для уменьшения интенсивности возникновения коллизий нужно либо уменьшить трафик, сократив, например, количество узлов в сегменте или заменив приложения, либо повысить скорость протокола, например перейти на Fast Ethernet.

Следует отметить, что метод доступа CSMA/CD вообще не гарантирует станции, что она когда-либо сможет получить доступ к среде. Конечно, при небольшой загрузке сети вероятность такого события невелика, но при коэффициенте использования сети, приближающемся к 1, такое событие становится очень вероятным. Этот недостаток метода случайного доступа - плата за его чрезвычайную простоту, которая сделала технологию Ethernet самой недорогой. Другие методы доступа - маркерный доступ сетей Token Ring и FDDI, метод Demand Priority сетей 100VG-AnyLAN - свободны от этого недостатка.

Время двойного оборота и распознавание коллизий

Четкое распознавание коллизий всеми станциями сети является необходимым условием корректной работы сети Ethernet. Если какая-либо передающая станция не распознает коллизию и решит, что кадр данных ею передан верно, то этот кадр данных будет утерян. Из-за наложения сигналов при коллизии информация кадра исказится, и он будет отбракован принимающей станцией (возможно, из-за несовпадения контрольной суммы). Скорее всего, искаженная информация будет повторно передана каким-либо протоколом верхнего уровня, например транспортным или прикладным, работающим с установлением соединения. Но повторная передача сообщения протоколами верхних уровней произойдет через значительно более длительный интервал времени (иногда даже через несколько секунд) по сравнению с микросекундными интервалами, которыми оперирует протокол Ethernet. Поэтому если коллизии не будут надежно распознаваться узлами сети Ethernet, то это приведет к заметному снижению полезной пропускной способности данной сети.

Для надежного распознавания коллизий должно выполняться следующее соотношение:

где Тmin - время передачи кадра минимальной длины, a PDV - время, за которое сигнал коллизии успевает распространиться до самого дальнего узла сети. Так как в худшем случае сигнал должен пройти дважды между наиболее удаленными друг от друга станциями сети (в одну сторону проходит неискаженный сигнал, а на обратном пути распространяется уже искаженный коллизией сигнал), то это время называется временем двойного оборота (Path Delay Value, PDV).

При выполнении этого условия передающая станция должна успевать обнаружить коллизию, которую вызвал переданный ее кадр, еще до того, как она закончит передачу этого кадра.

Очевидно, что выполнение этого условия зависит, с одной стороны, от длины минимального кадра и пропускной способности сети, а с другой стороны, от длины кабельной системы сети и скорости распространения сигнала в кабеле (для разных типов кабеля эта скорость несколько отличается).

Все параметры протокола Ethernet подобраны таким образом, чтобы при нормальной работе узлов сети коллизии всегда четко распознавались. При выборе параметров, конечно, учитывалось и приведенное выше соотношение, связывающее между собой минимальную длину кадра и максимальное расстояние между станциями в сегменте сети.

В стандарте Ethernet принято, что минимальная длина поля данных кадра составляет 46 байт (что вместе со служебными полями дает минимальную длину кадра 64 байт, а вместе с преамбулой - 72 байт или 576 бит). Отсюда может быть определено ограничение на расстояние между станциями.

Итак, в 10-мегабитном Ethernet время передачи кадра минимальной длины равно 575 битовых интервалов, следовательно, время двойного оборота должно быть меньше 57,5 мкс. Расстояние, которое сигнал может пройти за это время, зависит от типа кабеля и для толстого коаксиального кабеля равно примерном. Учитывая, что за это время сигнал должен пройти по линии связи дважды, расстояние между двумя узлами не должно быть больше 6 635 м. В стандарте величина этого расстояния выбрана существенно меньше, с учетом других, более строгих ограничений.

Одно из таких ограничений связано с предельно допустимым затуханием сигнала. Для обеспечения необходимой мощности сигнала при его прохождении между наиболее удаленными друг от друга станциями сегмента кабеля максимальная длина непрерывного сегмента толстого коаксиального кабеля с учетом вносимого им затухания выбрана в 500 м. Очевидно, что на кабеле в 500 м условия распознавания коллизий будут выполняться с большим запасом для кадров любой стандартной длины, в том числе и 72 байт (время двойного оборота по кабелю 500 м составляет всего 43,3 битовых интервала). Поэтому минимальная длина кадра могла бы быть установлена еще меньше. Однако разработчики технологии не стали уменьшать минимальную длину кадра, имея в виду многосегментные сети, которые строятся из нескольких сегментов, соединенных повторителями.

Повторители увеличивают мощность передаваемых с сегмента на сегмент сигналов, в результате затухание сигналов уменьшается и можно использовать сеть гораздо большей длины, состоящую из нескольких сегментов. В коаксиальных реализациях Ethernet разработчики ограничили максимальное количество сегментов в сети пятью, что в свою очередь ограничивает общую длину сети 2500 метрами. Даже в такой многосегментной сети условие обнаружения коллизий по-прежнему выполняется с большим запасом (сравним полученное из условия допустимого затухания расстояние в 2500 м с вычисленным выше максимально возможным по времени распространения сигнала расстоянием 6635 м). Однако в действительности временной запас является существенно меньше, поскольку в многосегментных сетях сами повторители вносят в распространение сигнала дополнительную задержку в несколько десятков битовых интервалов. Естественно, небольшой запас был сделан также для компенсации отклонений параметров кабеля и повторителей.

В результате учета всех этих и некоторых других факторов было тщательно подобрано соотношение между минимальной длиной кадра и максимально возможным расстоянием между станциями сети, которое обеспечивает надежное распознавание коллизий. Это расстояние называют также максимальным диаметром сети.

С увеличением скорости передачи кадров, что имеет место в новых стандартах, базирующихся на том же методе доступа CSMA/CD, например Fast Ethernet, максимальное расстояние между станциями сети уменьшается пропорционально увеличению скорости передачи. В стандарте Fast Ethernet оно составляет около 210 м, а в стандарте Gigabit Ethernet оно было бы ограничено 25 метрами, если бы разработчики стандарта не предприняли некоторых мер по увеличению минимального размера пакета.

В табл. 2. приведены значения основных параметров процедуры передачи кадра стандарта 802.3, которые не зависят от реализации физической среды. Важно отметить, что каждый вариант физической среды технологии Ethernet добавляет к этим ограничениям свои, часто более строгие ограничения, которые также должны выполняться.

Таблица 2. Параметры уровня MAC Ethernet

3. Технология Token Ring (802.5).

3.1. Основные характеристики технологии.

Сети Token Ring, так же как и сети Ethernet, характеризует разделяемая среда передачи данных, которая в данном случае состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему требуется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном (token) .

Технология Token Ring был разработана компанией IBM в 1984 году, а затем передана в качестве проекта стандарта в комитет IEEE 802, который на ее основе принял в 1985 году стандарт 802.5. Компания IBM использует технологию Token Ring в качестве своей основной сетевой технологии для построения локальных сетей на основе компьютеров различных классов - мэйнфреймов, мини-компьютеров и персональных компьютеров. В настоящее время именно компания IBM является основным законодателем моды технологии Token Ring, производя около 60 % сетевых адаптеров этой технологии.

Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4 и 16 Мбит/с. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается. Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мбит/с, имеют некоторые усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Мбит/с.

Технология Token Ring является более сложной технологией, чем Ethernet. Она обладает свойствами отказоустойчивости. В сети Token Ring определены процедуры контроля работы сети, которые используют обратную связь кольцеобразной структуры - посланный кадр всегда возвращается в станцию - отправитель. В некоторых случаях обнаруженные ошибки в работе сети устраняются автоматически, например может быть восстановлен потерянный маркер. В других случаях ошибки только фиксируются, а их устранение выполняется вручную обслуживающим персоналом.

Для контроля сети одна из станций выполняет роль так называемого активного монитора . Активный монитор выбирается во время инициализации кольца как станция с максимальным значением МАС-адреса, Если активный монитор выходит из строя, процедура инициализации кольца повторяется и выбирается новый активный монитор. Чтобы сеть могла обнаружить отказ активного монитора, последний в работоспособном состоянии каждые 3 секунды генерирует специальный кадр своего присутствия. Если этот кадр не появляется в сети более 7 секунд, то остальные станции сети начинают процедуру выборов нового активного монитора.

3.2. Маркерный метод доступа к разделяемой среде.

В сетях с маркерным методом доступа (а к ним, кроме сетей Token Ring, относятся сети FDDI, а также сети, близкие к стандарту 802.4, - ArcNet, сети производственного назначения MAP) право на доступ к среде передается циклически от станции к станции по логическому кольцу.

В сети Token Ring кольцо образуется отрезками кабеля, соединяющими соседние станции. Таким образом, каждая станция связана со своей предшествующей и последующей станцией и может непосредственно обмениваться данными только с ними. Для обеспечения доступа станций к физической среде по кольцу циркулирует кадр специального формата и назначения - маркер. В сети Token Ring любая станция всегда непосредственно получает данные только от одной станции - той, которая является предыдущей в кольце. Такая станция называется ближайшим активным соседом, расположенным выше по потоку (данных) - Nearest Active Upstream Neighbor, NAUN . Передачу же данных станция всегда осуществляет своему ближайшему соседу вниз по потоку данных.

Получив маркер, станция анализирует его и при отсутствии у нее данных для передачи обеспечивает его продвижение к следующей станции. Станция, которая имеет данные для передачи, при получении маркера изымает его из кольца, что дает ей право доступа к физической среде и передачи своих данных. Затем эта станция выдает в кольцо кадр данных установленного формата последовательно по битам. Переданные данные проходят по кольцу всегда в одном направлении от одной станции к другой. Кадр снабжен адресом назначения и адресом источника.

Все станции кольца ретранслируют кадр побитно, как повторители. Если кадр проходит через станцию назначения, то, распознав свой адрес, эта станция копирует кадр в свой внутренний буфер и вставляет в кадр признак подтверждения приема. Станция, выдавшая кадр данных в кольцо, при обратном его получении с подтверждением приема изымает этот кадр из кольца и передает в сеть новый маркер для обеспечения возможности другим станциям сети передавать данные. Такой алгоритм доступа применяется в сетях Token Ring со скоростью работы 4 Мбит/с, описанных в стандарте 802.5.

На рис. 3. описанный алгоритм доступа к среде иллюстрируется временной диаграммой. Здесь показана передача пакета А в кольце, состоящем из 6 станций, от станции 1 к станции 3. После прохождения станции назначения 3 в пакете А устанавливаются два признака - признак распознавания адреса и признак копирования пакета в буфер (что на рисунке отмечено звездочкой внутри пакета). После возвращения пакета в станцию 1 отправитель распознает свой пакет по адресу источника и удаляет пакет из кольца. Установленные станцией 3 признаки говорят станции-отправителю о том, что пакет дошел до адресата и был успешно скопирован им в свой буфер.

Рис. 3. Принцип маркерного доступа

Время владения разделяемой средой в сети Token Ring ограничивается временем удержания маркера (token holding time) , после истечения которого станция обязана прекратить передачу собственных данных (текущий кадр разрешается завершить) и передать маркер далее по кольцу. Станция может успеть передать за время удержания маркера один или несколько кадров в зависимости от размера кадров и величины времени удержания маркера. Обычно время удержания маркера по умолчанию равно 10 мс, а максимальный размер кадра в стандарте 802.5 не определен. Для сетей 4 Мбит/с он обычно равен 4 Кбайт, а для сетей 16 Мбит/с - 16 Кбайт. Это связано с тем, что за время удержания маркера станция должна успеть передать хотя бы один кадр. При скорости 4 Мбит/с за время 10 мс можно передать 5000 байт, а при скорости 16 Мбит/с - соответственнобайт. Максимальные размеры кадра выбраны с некоторым запасом.

В сетях Token Ring 16 Мбит/с используется также несколько другой алгоритм доступа к кольцу, называемый алгоритмом раннего освобождения маркера (Early Token Release) . В соответствии с ним станция передает маркер доступа следующей станции сразу же после окончания передачи последнего бита кадра, не дожидаясь возвращения по кольцу этого кадра с битом подтверждения приема. В этом случае пропускная способность кольца используется более эффективно, так как по кольцу одновременно продвигаются кадры нескольких станций. Тем не менее свои кадры в каждый момент времени может генерировать только одна станция - та, которая в данный момент владеет маркером доступа. Остальные станции в это время только повторяют чужие кадры, так что принцип разделения кольца во времени сохраняется, ускоряется только процедура передачи владения кольцом.

Для различных видов сообщений, передаваемым кадрам, могут назначаться различные приоритеты : от 0 (низший) до 7 (высший). Решение о приоритете конкретного кадра принимает передающая станция (протокол Token Ring получает этот параметр через межуровневые интерфейсы от протоколов верхнего уровня, например прикладного). Маркер также всегда имеет некоторый уровень текущего приоритета. Станция имеет право захватить переданный ей маркер только в том случае, если приоритет кадра, который она хочет передать, выше (или равен) приоритета маркера. В противном случае станция обязана передать маркер следующей по кольцу станции.

За наличие в сети маркера, причем единственной его копии, отвечает активный монитор. Если активный монитор не получает маркер в течение длительного времени (например, 2,6 с), то он порождает новый маркер.

4. Технология FDDI.

Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - оптоволоконный интерфейс распределенных данных - это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконно-оптический кабель. Работы по созданию технологий и устройств для использования волоконно-оптических каналов в локальных сетях начались в 80-е годы, вскоре после начала промышленной эксплуатации подобных каналов в территориальных сетях. Проблемная группа ХЗТ9.5 института ANSI разработала в период с 1986 по 1988 гг. начальные версии стандарта FDDI, который обеспечивает передачу кадров со скоростью 100 Мбит/с по двойному волоконно-оптическому кольцу длиной до 100 км.

4.1. Основные характеристики технологии.

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

повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с; повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода - повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т. п.; максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного (чувствительного к задержкам) трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам.

В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного (Primary) кольца, этот режим назван режимом Thru - «сквозным» или «транзитным». Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным (рис. 4.), вновь образуя единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap, то есть «свертывание» или «сворачивание» колец. Операция свертывания производится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении (на диаграммах это направление изображается против часовой стрелки), а по вторичному - в обратном (изображается по часовой стрелке). Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

Рис. 4. Реконфигурация колец FDDI при отказе

В стандартах FDDI много внимания отводится различным процедурам, которые позволяют определить наличие отказа в сети, а затем произвести необходимую реконфигурацию. Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов ее элементов. При множественных отказах сеть распадается на несколько не связанных сетей. Технология FDDI дополняет механизмы обнаружения отказов технологии Token Ring механизмами реконфигурации пути передачи данных в сети, основанными на наличии резервных связей, обеспечиваемых вторым кольцом.

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

Отличия метода доступа заключаются в том, что время удержания маркера в сети FDDI не является постоянной величиной, как в сети Token Ring. Это время зависит от загрузки кольца - при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля. Эти изменения в методе доступа касаются только асинхронного трафика, который не критичен к небольшим задержкам передачи кадров. Для синхронного трафика время удержания маркера по-прежнему остается фиксированной величиной. Механизм приоритетов кадров, аналогичный принятому в технологии Token Ring, в технологии FDDI отсутствует. Разработчики технологии решили, что деление трафика на 8 уровней приоритетов избыточно и достаточно разделить трафик на два класса - асинхронный и синхронный, последний из которых обслуживается всегда, даже при перегрузках кольца.

В остальном пересылка кадров между станциями кольца на уровне MAC полностью соответствует технологии Token Ring. Станции FDDI применяют алгоритм раннего освобождения маркера, как и сети Token Ring со скоростью 16 Мбит/с.

Адреса уровня MAC имеют стандартный для технологий IEEE 802 формат. Формат кадра FDDI близок к формату кадра Token Ring, основные отличия заключаются в отсутствии полей приоритетов. Признаки распознавания адреса, копирования кадра и ошибки позволяют сохранить имеющиеся в сетях Token Ring процедуры обработки кадров станцией-отправителем, промежуточными станциями и станцией-получателем.

На рис. 5. приведено соответствие структуры протоколов технологии FDDI семиуровневой модели OSI. FDDI определяет протокол физического уровня и протокол подуровня доступа к среде (MAC) канального уровня. Как и во многих других технологиях локальных сетей, в технологии FDDI используется протокол подуровня управления каналом данных LLC, определенный в стандарте IEEE 802.2. Таким образом, несмотря на то что технология FDDI была разработана и стандартизована институтом ANSI, а не комитетом IEEE, она полностью вписывается в структуру стандартов 802.

Рис. 5. Структура протоколов технологии FDDI

Отличительной особенностью технологии FDDI является уровень управления станцией - Station Management (SMT). Именно уровень SMT выполняет все функции по управлению и мониторингу всех остальных уровней стека протоколов FDDI. В управлении кольцом принимает участие каждый узел сети FDDI. Поэтому все узлы обмениваются специальными кадрами SMT для управления сетью.

Отказоустойчивость сетей FDDI обеспечивается протоколами и других уровней: с помощью физического уровня устраняются отказы сети по физическим причинам, например из-за обрыва кабеля, а с помощью уровня MAC - логические отказы сети, например потеря нужного внутреннего пути передачи маркера и кадров данных между портами концентратора.

4.2. Особенности метода доступа FDDI.

Для передачи синхронных кадров станция всегда имеет право захватить маркер при его поступлении. При этом время удержания маркера имеет заранее заданную фиксированную величину.

Если же станции кольца FDDI нужно передать асинхронный кадр (тип кадра определяется протоколами верхних уровней), то для выяснения возможности захвата маркера при его очередном поступлении станция должна измерить интервал времени, который прошел с момента предыдущего прихода маркера. Этот интервал называется временем оборота маркера (Token Rotation Time, TRT) . Интервал TRT сравнивается с другой величиной - максимально допустимым временем оборота маркера по кольцу Т_0рг . Если в технологии Token Ring максимально допустимое время оборота маркера является фиксированной величиной (2,6 с из расчета 260 станций в кольце), то в технологии FDDI станции договариваются о величине Т_0рг во время инициализации кольца. Каждая станция может предложить свое значение Т_0рг, в результате для кольца устанавливается минимальное из предложенных станциями времен. Это позволяет учитывать потребности приложений, работающих на станциях. Обычно синхронным приложениям (приложениям реального времени) нужно чаще передавать данные в сеть небольшими порциями, а асинхронным приложениям лучше получать доступ к сети реже, но большими порциями. Предпочтение отдается станциям, передающим синхронный трафик.

Таким образом, при очередном поступлении маркера для передачи асинхронного кадра сравнивается фактическое время оборота маркера TRT с максимально возможным Т_0рг. Если кольцо не перегружено, то маркер приходит раньше, чем истекает интервал Т_0рг, то есть TRT < Т_0рг. В этом случае станции разрешается захватить маркер и передать свой кадр (или кадры) в кольцо. Время удержания маркера ТНТ равно разности T_0pr - TRT, и в течение этого времени станция передает в кольцо столько асинхронных кадров, сколько успеет.

Если же кольцо перегружено и маркер опоздал, то интервал TRT будет больше Т_0рг. В этом случае станция не имеет права захватить маркер для асинхронного кадра. Если все станции в сети хотят передавать только асинхронные кадры, а маркер сделал оборот по кольцу слишком медленно, то все станции пропускают маркер в режиме повторения, маркер быстро делает очередной оборот и на следующем цикле работы станции уже имеют право захватить маркер и передать свои кадры.

Метод доступа FDDI для асинхронного трафика является адаптивным и хорошо регулирует временные перегрузки сети.

4.3. Отказоустойчивость технологии FDDI.

Для обеспечения отказоустойчивости в стандарте FDDI предусмотрено создание двух оптоволоконных колец - первичного и вторичного. В стандарте FDDI допускаются два вида подсоединения станций к сети. Одновременное подключение к первичному и вторичному кольцам называется двойным подключением - Dual Attachment, DA. Подключение только к первичному кольцу называется одиночным подключением - Single Attachment, SA.

В стандарте FDDI предусмотрено наличие в сети конечных узлов - станций (Station), а также концентраторов (Concentrator). Для станций и концентраторов допустим любой вид подключения к сети - как одиночный, так и двойной. Соответственно такие устройства имеют соответствующие названия: SAS (Single Attachment Station), DAS (Dual Attachment Station), SAC (Single Attachment Concentrator) и DAC (Dual Attachment Concentrator).

Обычно концентраторы имеют двойное подключение, а станции - одинарное, как это показано на рис. 6., хотя это и не обязательно. Чтобы устройства легче было правильно присоединять к сети, их разъемы маркируются. Разъемы типа А и В должны быть у устройств с двойным подключением, разъем М (Master) имеется у концентратора для одиночного подключения станции, у которой ответный разъем должен иметь тип S (Slave).

Рис. 6. Подключение узлов к кольцам FDDI

В случае однократного обрыва кабеля между устройствами с двойным подключением сеть FDDI сможет продолжить нормальную работу за счет автоматической реконфигурации внутренних путей передачи кадров между портами концентратора (рис. 7.). Двукратный обрыв кабеля приведет к образованию двух изолированных сетей FDDI. При обрыве кабеля, идущего к станции с одиночным подключением, она становится отрезанной от сети, а кольцо продолжает работать за счет реконфигурации внутреннего пути в концентраторе - порт М, к которому была подключена данная станция, будет исключен из общего пути.

Рис. 7. Реконфигурация сети FDDI при обрыве провода

Для сохранения работоспособности сети при отключении питания в станциях с двойным подключением, то есть станциях DAS, последние должны быть оснащены оптическими обходными переключателями (Optical Bypass Switch), которые создают обходной путь для световых потоков при исчезновении питания, которое они получают от станции.

И наконец, станции DAS или концентраторы DAC можно подключать к двум портам М одного или двух концентраторов, создавая древовидную структуру с основными и резервными связями. По умолчанию порт В поддерживает основную связь, а порт А - резервную. Такая конфигурация называется подключением Dual Homing

Отказоустойчивость поддерживается за счет постоянного слежения уровня SMT концентраторов и станций за временными интервалами циркуляции маркера и кадров, а также за наличием физического соединения между соседними портами в сети. В сети FDDI нет выделенного активного монитора - все станции и концентраторы равноправны, и при обнаружении отклонений от нормы они начинают процесс повторной инициализации сети, а затем и ее реконфигурации.

Реконфигурация внутренних путей в концентраторах и сетевых адаптерах выполняется специальными оптическими переключателями, которые перенаправляют световой луч и имеют достаточно сложную конструкцию.

4.4. Сравнение FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring.

В табл. 1. представлены результаты сравнения технологии FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring.

Таблица 1. Характеристики технологий FDDI, Ethernet, Token Ring

Технология FDDI разрабатывалась для применения в ответственных участках сетей - на магистральных соединениях между крупными сетями, например сетями зданий, а также для подключения к сети высокопроизводительных серверов. Поэтому главным для разработчиков было обеспечить высокую скорость передачи данных, отказоустойчивость на уровне протокола и большие расстояния между узлами сети. Все эти цели были достигнуты. В результате технология FDDI получилась качественной, но весьма дорогой. Даже появление более дешевого варианта для витой пары не намного снизило стоимость подключения одного узла к сети FDDI. Поэтому практика показала, что основной областью применения технологии FDDI стали магистрали сетей, состоящих из нескольких зданий, а также сети масштаба крупного города, то есть класса MAN. Для подключения клиентских компьютеров и даже небольших серверов технология оказалась слишком дорогой. А поскольку оборудование FDDI выпускается уже около 10 лет, значительного снижения его стоимости ожидать не приходится.

В результате сетевые специалисты с начала 90-х годов стали искать пути создания сравнительно недорогих и в то же время высокоскоростных технологий, которые бы так же успешно работали на всех этажах корпоративной сети, как это делали в 80-е годы технологии Ethernet и Token Ring.

5. Fast Ethernet и 100VG - AnyLAN как развитие технологии Ethernet.

Классический 10-мегабитный Ethernet устраивал большинство пользователей на протяжении около 15 лет. Однако в начале 90-х годов начала ощущаться его недостаточная пропускная способность. Для компьютеров на процессорах Intel 80286 или 80386 с шинами ISA (8 Мбайт/с) или EISA (32 Мбайт/с) пропускная способность сегмента Ethernet составляла 1/8 или 1/32 канала «память-диск», и это хорошо согласовывалось с соотношением объемов данных, обрабатываемых локально, и данных, передаваемых по сети. Для более мощных клиентских станций с шиной PCI (133 Мбайт/с) эта доля упала до 1/133, что было явно недостаточно. Поэтому многие сегменты 10-мегабитного Ethernet стали перегруженными, реакция серверов в них значительно упала, а частота возникновения коллизий существенно возросла, еще более снижая полезную пропускную способность.

Назрела необходимость в разработке «нового» Ethernet, то есть технологии, которая была бы такой же эффективной по соотношению цена/качество при производительности 100 Мбит/с. В результате поисков и исследований специалисты разделились на два лагеря, что в конце концов привело к появлению двух новых технологий - Fast Ethernet и l00VG-AnyLAN. Они отличаются степенью преемственности с классическим Ethernet.

В 1992 году группа производителей сетевого оборудования, включая таких лидеров технологии Ethernet, как SynOptics, 3Com и ряд других, образовали некоммерческое объединение Fast Ethernet Alliance для разработки стандарта новой технологии, которая должна была в максимально возможной степени сохранить особенности технологии Ethernet.

Второй лагерь возглавили компании Hewlett-Packard и AT&T, которые предложили воспользоваться удобным случаем для устранения некоторых известных недостатков технологии Ethernet. Через некоторое время к этим компаниям присоединилась компания IBM, которая внесла свой вклад предложением обеспечить в новой технологии некоторую совместимость с сетями Token Ring.

В комитете 802 института IEEE в это же время была сформирована исследовательская группа для изучения технического потенциала новых высокоскоростных технологий. За период с конца 1992 года и по конец 1993 года группа IEEE изучила 100-мегабитные решения, предложенные различными производителями. Наряду с предложениями Fast Ethernet Alliance группа рассмотрела также и высокоскоростную технологию, предложенную компаниями Hewlett-Packard и AT&T.

В центре дискуссий была проблема сохранения случайного метода доступа CSMA/CD. Предложение Fast Ethernet Alliance сохраняло этот метод и тем самым обеспечивало преемственность и согласованность сетей 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Коалиция HP и AT&T, которая имела поддержку значительно меньшего числа производителей в сетевой индустрии, чем Fast Ethernet Alliance, предложила совершенно новый метод доступа, названный Demand Priority - приоритетный доступ по требованию. Он существенно менял картину поведения узлов в сети, поэтому не смог вписаться в технологию Ethernet и стандарт 802.3, и для его стандартизации был организован новый комитет IEEE 802.12.

Осенью 1995 года обе технологии стали стандартами IEEE. Комитет IEEE 802.3 принял спецификацию Fast Ethernet в качестве стандарта 802.3и, который не является самостоятельным стандартом, а представляет собой дополнение к существующему стандарту 802.3 в виде глав с 21 по 30. Комитет 802.12 принял технологию l00VG-AnyLAN, которая использует новый метод доступа Demand Priority и поддерживает кадры двух форматов - Ethernet и Token Ring.

5.1. Особенности технологии 100VG-AnyLAN.

Технология 100VG-AnyLAN отличается от классического Ethernet в значительно большей степени, чем Fast Ethernet. Главные отличия перечислены ниже.

Используется другой метод доступа Demand Priority, который обеспечивает более справедливое распределение пропускной способности сети по сравнению с методом CSMA/CD, Кроме того, этот метод поддерживает приоритетный доступ для синхронных приложений. Кадры передаются не всем станциям сети, а только станции назначения. В сети есть выделенный арбитр доступа - концентратор, и это заметно отличает данную технологию от других, в которых применяется распределенный между станциями сети алгоритм доступа. Поддерживаются кадры двух технологий - Ethernet и Token Ring (именно это обстоятельство дало добавку AnyLAN в названии технологии). Данные передаются одновременно по 4 парам кабеля UTP категории 3. По каждой паре данные передаются со скоростью 25 Мбит/с, что в сумме дает 100 Мбит/с. В отличие от Fast Ethernet в сетях 100VG-AnyLAN нет коллизий, поэтому удалось использовать для передачи все четыре пары стандартного кабеля категории 3. Для кодирования данных применяется код 5В/6В, который обеспечивает спектр сигнала в диапазоне до 16 МГц (полоса пропускания UTP категории 3) при скорости передачи данных 25 Мбит/с. Метод доступа Demand Priority основан на передаче концентратору функций арбитра, решающего проблему доступа к разделяемой среде. Сеть 100VG-AnyLAN состоит из центрального концентратора, называемого также корневым, и соединенных с ним конечных узлов и других концентраторов (рис. 8.).

Рис. 8. Сеть 100VG-AnyLAN

Допускаются три уровня каскадирования. Каждый концентратор и сетевой адаптер l00VG-AnyLAN должен быть настроен либо на работу с кадрами Ethernet, либо с кадрами Token Ring, причем одновременно циркуляция обоих типов кадров не допускается.

Концентратор циклически выполняет опрос портов. Станция, желающая передать пакет, посылает специальный низкочастотный сигнал концентратору, запрашивая передачу кадра и указывая его приоритет. В сети l00VG-AnyLAN используются два уровня приоритетов - низкий и высокий. Низкий уровень приоритета соответствует обычным данным (файловая служба, служба печати и т. п.), а высокий приоритет соответствует данным, чувствительным к временным задержкам (например, мультимедиа). Приоритеты запросов имеют статическую и динамическую составляющие, то есть станция с низким уровнем приоритета, долго не имеющая доступа к сети, получает высокий приоритет.

Если сеть свободна, то концентратор разрешает передачу пакета. После анализа адреса получателя в принятом пакете концентратор автоматически отправляет пакет станции назначения. Если сеть занята, концентратор ставит полученный запрос в очередь, которая обрабатывается в соответствии с порядком поступления запросов и с учетом приоритетов. Если к порту подключен другой концентратор, то опрос приостанавливается до завершения опроса концентратором нижнего уровня. Станции, подключенные к концентраторам различного уровня иерархии, не имеют преимуществ по доступу к разделяемой среде, так как решение о предоставлении доступа принимается после проведения опроса всеми концентраторами опроса всех своих портов.

Остается неясным вопрос, - каким образом концентратор узнает, к какому порту подключена станция назначения? Во всех других технологиях кадр просто передавался всем станциям сети, а станция назначения, распознав свой адрес, копировала кадр в буфер. Для решения этой задачи концентратор узнает адрес MAC станции в момент физического присоединения ее к сети кабелем. Если в других технологиях процедура физического соединения выясняет связность кабеля (link test в технологии l0Base-T), тип порта (технология FDDI), скорость работы порта (процедура auto-negotiation в Fast Ethernet), то в технологии l00VG-AnyLAN концентратор при установлении физического соединения выясняет адрес MAC станции. И запоминает его в таблице адресов MAC, аналогичной таблице моста/коммутатора. Отличие концентратора l00VG-AnyLAN от моста/коммутатора в том, что у него нет внутреннего буфера для хранения кадров. Поэтому он принимает от станций сети только один кадр, отправляет его на порт назначения и, пока этот кадр не будет полностью принят станцией назначения, новые кадры концентратор не принимает. Так что эффект разделяемой среды сохраняется. Улучшается только безопасность сети - кадры не попадают на чужие порты, и их труднее перехватить.

Важная особенность технологии l00VG-AnyLAN - сохранение форматов кадров Ethernet и Token Ring. Сторонники l00VG-AnyLAN утверждают, что этот подход облегчит межсетевое взаимодействие через мосты и маршрутизаторы, а также обеспечит совместимость с существующими средствами сетевого управления, в частности с анализаторами протоколов.

Несмотря на много хороших технических решений, технология l00VG-AnyLAN не нашла большого количества сторонников и значительно уступает по популярности технологии Fast Ethernet. Возможно, это произошло из-за того, что технические возможности поддержки разных типов трафика у технологии АТМ существенно шире, чем у l00VG-AnyLAN. Поэтому при необходимости тонкого обеспечения качества обслуживания применяют (или собираются применять) технологию АТМ. А для сетей, в которых нет необходимости поддерживать качество обслуживания на уровне разделяемых сегментов, более привычной оказалась технология Fast Ethernet. Тем более что для поддержки очень требовательных к скорости передачи данных приложений имеется технология Gigabit Ethernet, которая, сохраняя преемственность с Ethernet и Fast Ethernet, обеспечивает скорость передачи данных 1000 Мбит/с.

6. Высокоскоростная технология Gigabit Ethernet.

6.1. Общая характеристика стандарта.

Достаточно быстро после появления на рынке продуктов Fast Ethernet сетевые интеграторы и администраторы почувствовали определенные ограничения при построении корпоративных сетей. Во многих случаях серверы, подключенные по 100-мегабитному каналу, перегружали магистрали сетей, работающие также на скорости 100 Мбит/с - магистрали FDDI и Fast Ethernet. Ощущалась потребность в следующем уровне иерархии скоростей. В 1995 году более высокий уровень скорости могли предоставить только коммутаторы АТМ, а при отсутствии в то время удобных средств миграции этой технологии в локальные сети (хотя спецификация LAN Emulation - LANE была принята в начале 1995 года, практическая ее реализация была впереди) внедрять их в локальную сеть почти никто не решался. Кроме того, технология АТМ отличалась очень высоким уровнем стоимости.

Поэтому логичным выглядел следующий шаг, сделанный IEEE, - через 5 месяцев после окончательного принятия стандарта Fast Ethernet в июне 1995 года исследовательской группе по изучению высокоскоростных технологий IEEE было предписано заняться рассмотрением возможности выработки стандарта Ethernet с еще более высокой битовой скоростью.

Летом 1996 года было объявлено о создании группы 802.3z для разработки протокола, максимально подобного Ethernet, но с битовой скоростью 1000 Мбит/с. Как и в случае Fast Ethernet, сообщение было воспринято сторонниками Ethernet с большим энтузиазмом.

Основной причиной энтузиазма была перспектива такого же плавного перевода магистралей сетей на. Gigabit Ethernet, подобно тому, как были переведены на Fast Ethernet перегруженные сегменты Ethernet, расположенные на нижних уровнях иерархии сети. К тому же опыт передачи данных на гигабитных скоростях уже имелся, как в территориальных сетях (технология SDH), так и в локальных - технология Fibre Channel, которая используется в основном для подключения высокоскоростной периферии к большим компьютерам и передает данные по волоконно-оптическому кабелю со скоростью, близкой к гигабитной, посредством избыточного кода 8В/10В.

В образованный для согласования усилий в этой области Gigabit Ethernet Alliance с самого начала вошли такие флагманы отрасли, как Bay Networks, Cisco Systems и 3Com. За год своего существования количество участников Gigabit Ethernet Alliance существенно выросло и насчитывает сейчас более 100. В качестве первого варианта физического уровня был принят уровень технологии Fibre Channel, с ее кодом 8В/10В (как и в случае Fast Ethernet, когда для ускорения работ был принят отработанный физический уровень FDDI).

Первая версия стандарта была рассмотрена в январе 1997 года, а окончательно стандарт 802.3z был принят 29 июня 1998 года на заседании комитета IEEE 802.3. Работы по реализации Gigabit Ethernet на витой паре категории 5 были переданы специальному комитету 802.ЗаЬ, который уже рассмотрел несколько вариантов проекта этого стандарта, причем с июля 1998 года проект приобрел достаточно стабильный характер.

Не дожидаясь принятия стандарта, некоторые компании выпустили первое оборудование Gigabit Ethernet на оптоволоконном кабеле уже к лету 1997 года.

Основная идея разработчиков стандарта Gigabit Ethernet состоит в максимальном сохранении идей классической технологии Ethernet при достижении битовой скорости в 1000 Мбит/с.

Так как при разработке новой технологии естественно ожидать некоторых технических новинок, идущих в общем русле развития сетевых технологий, то важно отметить, что Gigabit Ethernet, так же как и его менее скоростные собратья, на уровне протокола не поддерживает:

качество обслуживания; избыточные связи; тестирование работоспособности узлов и оборудования (в последнем случае - за исключением тестирования связи порт - порт, как это делается для Ethernet l0Base-T и l0Base-F и Fast Ethernet).

Все три названных свойства считаются весьма перспективными и полезными в современных сетях, а особенно в сетях ближайшего будущего. Почему же авторы Gigabit Ethernet отказываются от них?

По поводу качества обслуживания коротко можно ответить так: «сила есть - ума не надо». Если магистраль сети будет работать со скоростью враз превышающей среднюю скорость сетевой активности клиентского компьютера и в 100 раз превышающей среднюю сетевую активность сервера с сетевым адаптером 100 Мбит/с, то о задержках пакетах на магистрали во многих случаях можно не заботиться вообще. При небольшом коэффициенте загрузки магистрали 1000 Мбит/с очереди в коммутаторах Gigabit Ethernet будут небольшими, а время буферизации и коммутации на такой скорости составляет единицы и даже доли микросекунд.

Ну а если все же магистраль загрузится на достаточную величину, то приоритет чувствительному к задержкам или требовательному к средней скорости трафику можно предоставить с помощью техники приоритетов в коммутаторах - соответствующие стандарты для коммутаторов уже приняты. Зато можно будет пользоваться весьма простой (почти как Ethernet) технологией, принципы работы которой известны практически всем сетевым специалистам.

Главная идея разработчиков технологии Gigabit Ethernet состоит в том, что существует и будет существовать весьма много сетей, в которых высокая скорость магистрали и возможность назначения пакетам приоритетов в коммутаторах будут вполне достаточны для обеспечения качества транспортного обслуживания всех клиентов сети. И только в тех редких случаях, когда и магистраль достаточно загружена, и требования к качеству обслуживания очень жесткие, нужно применять технологию АТМ, которая действительно за счет высокой технической сложности дает гарантии качества обслуживания для всех основных видов трафика.

Избыточные связи и тестирование оборудования не будут поддерживаться технологией Gigabit Ethernet из-за того, что с этими задачами хорошо справляются протоколы более высоких уровней, например Spanning Tree, протоколы маршрутизации и т. п. Поэтому разработчики технологии решили, что нижний уровень просто должен быстро передавать данные, а более сложные и более редко встречающиеся задачи (например, приоритезация трафика) должны передаваться верхним уровням.

Что же общего имеется в технологии Gigabit Ethernet по сравнению с технологиями Ethernet и Fast Ethernet?

Сохраняются все форматы кадров Ethernet. По-прежнему будут существовать полудуплексная версия протокола, поддерживающая метод доступа CSMA/CD, и полнодуплексная версия, работающая с коммутаторами. По поводу сохранения полудуплексной версии протокола сомнения были еще у разработчиков Fast Ethernet, так как сложно заставить работать алгоритм CSMA/CD на высоких скоростях. Однако метод доступа остался неизменным в технологии Fast Ethernet, и его решили оставить в новой технологии Gigabit Ethernet. Сохранение недорогого решения для разделяемых сред позволит применить Gigabit Ethernet в небольших рабочих группах, имеющих быстрые серверы и рабочие станции. Поддерживаются все основные виды кабелей, используемых в Ethernet и Fast Ethernet: волоконно-оптический, витая пара категории 5, коаксиал.

Тем не менее разработчикам технологии Gigabit Ethernet для сохранения приведенных выше свойств пришлось внести изменения не только в физический уровень, как это было в случае Fast Ethernet, но и в уровень MAC.

Перед разработчиками стандарта Gigabit Ethernet стояло несколько трудно разрешимых проблем. Одной из них была задача обеспечения приемлемого диаметра сети для полудуплексного, режима работы. В связи с ограничениями, накладываемыми методом CSMA/CD на длину кабеля, версия Gigabit Ethernet для разделяемой среды допускала бы длину сегмента всего в 25 метров при сохранении размера кадров и всех параметров метода CSMA/CD неизменными. Так как существует большое количество применений, когда нужно повысить диаметр сети хотя бы до 200 метров, необходимо было каким-то образом решить эту задачу за счет минимальных изменений в технологии Fast Ethernet.

Другой сложнейшей задачей было достижение битовой скорости 1000 Мбит/с на основных типах кабелей. Даже для оптоволокна достижение такой скорости представляет некоторые проблемы, так как технология Fibre Channel, физический уровень которой был взят за основу для оптоволоконной версии Gigabit Ethernet, обеспечивает скорость передачи данных всего в 800 Мбит/с (битовая скорость на линии равна в этом случае примерно 1000 Мбит/с, но при методе кодирования 8В/10В полезная битовая скорость на 25 % меньше скорости импульсов на линии).

И наконец, самая сложная задача - поддержка кабеля на витой паре. Такая задача на первый взгляд кажется неразрешимой - ведь даже для 100-мегабитных протоколов пришлось использовать достаточно сложные методы кодирования, чтобы уложить спектр сигнала в полосу пропускания кабеля. Однако успехи специалистов по кодированию, проявившиеся в последнее время в новых стандартах модемов, показали, что задача имеет шансы на решение. Чтобы не тормозить принятие основной версии стандарта Gigabit Ethernet, использующего оптоволокно и коаксиал, был создан отдельный комитет 802.3ab, который занимается разработкой стандарта Gigabit Ethernet на витой паре категории 5.

Все эти задачи были успешно решены.

6.2. Средства обеспечения диаметра сети в 200 м на разделяемой среде.

Для расширения максимального диаметра сети Gigabit Ethernet в полудуплексном режиме до 200 м разработчики технологии предприняли достаточно естественные меры, основывающиеся на известном соотношения времени передачи кадра минимальной длины и временем двойного оборота.

Минимальный размер кадра был увеличен (без учета преамбулы) с 64 до 512 байт или до 4096 bt. Соответственно, время двойного оборота теперь также можно было увеличить до 4095 bt, что делает допустимым диаметр сети около 200 м при использовании одного повторителя. При двойной задержке сигнала в 10 bt/m оптоволоконные кабели длиной 100 м вносят вклад во время двойного оборота по 1000 bt, и если повторитель и сетевые адаптеры будут вносить такие же задержки, как в технологии Fast Ethernet (данные для которых приводились в предыдущем разделе), то задержка повторителя в 1000 bt и пары сетевых адаптеров в 1000 bt дадут в сумме время двойного оборота 4000 bt, что удовлетворяет условию распознавания коллизий. Для увеличения длины кадра до требуемой в новой технологии величины сетевой адаптер должен дополнить поле данных до длины 448 байт так называемый расширением (extention) , представляющим собой поле, заполненное запрещенными символами кода 8В/10В, которые невозможно принять за коды данных.

Для сокращения накладных расходов при использовании слишком длинных кадров для передачи коротких квитанций разработчики стандарта разрешили конечным узлам передавать несколько кадров подряд, без передачи среды другим станциям. Такой режим получил название Burst Mode - монопольный пакетный режим. Станция может передать подряд несколько кадров с общей длиной не болеебит или 8192 байт. Если станции нужно передать несколько небольших кадров, то она может не дополнять их до размера в 512 байт, а передавать подряд до исчерпания предела в 8192 байт (в этот предел входят все байты кадра, в том числе преамбула, заголовок, данные и контрольная сумма). Предел 8192 байт называется BurstLength. Если станция начала передавать кадр и предел BurstLength был достигнут в середине кадра, то кадр разрешается передать до конца.

Увеличение «совмещенного» кадра до 8192 байт несколько задерживает доступ к разделяемой среде других станций, но при скорости 1000 Мбит/с эта задержка не столь существенна.

7. Заключение.

Технология Gigabit Ethernet добавляет новую, 1000 Мбит/с, ступень в иерархии скоростей семейства Ethernet. Эта ступень позволяет эффективно строить крупные локальные сети, в которых мощные серверы и магистрали нижних уровней сети работают на скорости 100 Мбит/с, а магистраль Gigabit Ethernet объединяет их, обеспечивая достаточно большой запас пропускной способности.

Разработчики технологии Gigabit Ethernet сохранили большую степень преемственности с технологиями Ethernet и Fast Ethernet. Gigabit Ethernet использует те же форматы кадров, что и предыдущие версии Ethernet, работает в полнодуплексном и полудуплексном режимах, поддерживая на разделяемой среде тот же метод доступа CSMA/CD с минимальными изменениями.

8. Список использованной литературы.

Олифер сети. Принципы, технологии, протоколы: учебник для вузов / , СПб.: Питер - 672 с.

При проектировании ЛВС основная роль отводится протоколам физического и канального уровней модели OSI. Канальный уровень разделяют на два подуровня:

· логической передачи данных (Logical Link Control – LLC) – организует передачу кадров данных с различной степенью надежности;

· управления доступом к сети (Media Access Control – MAC) – обеспечивает корректное использование общей среды передачи данных.

В феврале 1980 г. в институте IEEE (институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике) организован комитет 802 по стандартизации ЛВС (отсюда и число 802 в названии). Принято семейство стандартов IEEE 802.X : 802.1 – 802.12. Стандарты 802.3, 802.4, 802.5, 802.12 прямо относятся к подуровню MAC канального уровня модели OSI. Остальные решают общие вопросы сетей.

Технология Ethernet – самая распространенная технология локальных сетей. Появилась в 1972 г. (разработчик – фирма Xerox). В 1980 г. ее поддержали фирмы DЕС и Intel (объединение назвали DIX по первым буквам). Нe отличалась рекордными характеристиками и оптимальными алгоритмами, но благодаря мощной поддержке, высочайшему уровню стандартизации, огромным объемам выпуска технических средств вытеснила все остальные технологии.

Семейство технологий включает фирменные и стандартные варианты:

· стандарт Ethernet DIX (фирмы DEC, Intel, Xerox);

· 10-мегабитные варианты стандарта IEEE 802.3;

· высокоскоростные технологии Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet.

Все стандарты Ethernet используют метод случайного доступа CSMA/CD (метод коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий). Метод применяется в сетях с логической топологией общая шина. Для передачи кадра, станция должна убедиться, что разделяемая среда свободна (отсутствует несущая частота). Если среда свободна, узел начинает передачу кадра (захватывает среду). Время монопольного использования среды узлом ограничено временем передачи одного кадра.

При попадании кадра в разделяемую среду все станции одновременно начинают принимать его и анализируют адрес назначения. Станция, узнавшая свой адрес, записывает содержимое во внутренний буфер сетевого адаптера, обрабатывает полученные данные и посылает по кабелю кадр-ответ.

Коллизия – ситуация, когда две или более станции одновременно решают, что среда свободна, и начинают передавать свои кадры. Содержимое кадров сталкивается и информация искажается. При обнаружении коллизии станции прекращают передачу и после паузы случайной длительности пытаются снова получить доступ к среде.

Для сети Ethernet, работающей на скорости 10 Мбит/с, стандарт определял четыре основных типа среды передачи информации:

· 10 BASE-5 (толстый коаксиальный кабель);

· 10 BASE-2 (тонкий коаксиальный кабель);

· 10 BASE-T (витая пара);

· 10 BASE-FL (оптоволоконный кабель).

Цифра «10» означает скорость передачи 10 Мбит/с, слово «BASE» – передачу в основной полосе частот (без модуляции высокочастотного сигнала), последний элемент – допустимую длину сегмента или тип линии связи. Сеть стандарта 10 Base-2 показана на рисунке.

Cеть Ethernet на базе витой пары развивается с 1990 г. и сегодня наиболее распространена. Передача сигналов осуществляется по двум витым парам, каждая из которых передает только в одну сторону (одна пара – передающая, другая – принимающая). Каждый из абонентов сети присоединяется кабелем, содержащим двойные витые пары, к концентратору. Концентратор производит смешение сигналов от абонентов для обеспечения метода доступа CSMA/CD.

Длина кабеля между адаптером и концентратором не должна превышать 100 м (на длине 100 м витая пара позволяет передавать данные со скоростью 10 Мбит/с при использовании «манчестерского» кода). Кабели присоединяются 8-контактными разъемами RJ-45 (используются четыре контакта). Объединить в сеть два компьютера можно без концентратора, применив специальный «перекрестный» кабель (crossover саblе), соединяющий передающие контакты одного разъема RJ-45 с приемными контактами другого разъема RJ-45 и наоборот.

Концентратор (хаб) повторяет сигналы на всех отрезках витых пар, подключенных к его портам. Образуется логическая общая шина. Концентраторы соединяются друг с другом с помощью тех же портов. В стандарте определено «правило 4-х хабов» : максимальное число концентраторов между любыми двумя станциями сети – 4 (максимальный диаметр сети – 500 м).

Сеть Ethernet на оптоволоконном кабеле состоит из тех же элементов, что и сеть 10 Base-T (сетевые адаптеры, многопортовые повторители, отрезки кабеля). Используются два оптоволокна – одно соединяет выход адаптера со входом повторителя, а другое – вход адаптера с выходом повторителя:

· Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) гарантирует длину связи между повторителями до 1000 м при общей длине сети до 2500 м.

· Стандарт 10 Base-FL – улучшение стандарта FOIRL. Увеличена мощность передатчиков. Максимальное расстояние между узлом и концентратором – 2000 м, максимальная длина сети – 2500 м.

Технология Fast Ethernet (1995 г.) – составная часть стандарта IEEE 802.3 (IEEE 802.3u). Более быстрая версия Ethernet, использующую тот же метод доступа CSMA/CD, но работающую на скорости 100 Мбит/с. Сохраняется формат кадра, принятый в классической версии Ethernet. Отличия только на физическом уровне (другой способ кодирования, избыточный код 4В/5В). Физическая топология «шина» не предусмотрена.

Механизм автоматического определения скорости передачи позволяет сетевым адаптерам Fast Ethernet автоматически переключаться со скорости 10 Мбит/с на скорость 100 Мбит/с и наоборот.

Более высокая пропускная способность среды передачи позволила резко снизить нагрузку на сеть и уменьшить вероятность возникновения коллизий.

Стандарт определяет следующие спецификации Fast Ethernet:

· 100 Base-FX – передача ведется со скоростью 100 Мбит/с по двум волоконно-оптическим кабелям;

· 100 Base-T4 – передача ведется со скоростью 100 Мбит/с по четырем витым парам электрических проводов (кабель категории 3) – промежуточный компромиссный вариант, не нашедший широкого применения;

· 100 Base-TX – передача ведется со скоростью 100 Мбит/с по двум витым парам электрических проводов (кабель категории 5).

Вариант 100 Base-FX определяет в качестве среды передачи многомодовый оптический кабель и волну 850 нм, что обеспечивает связь между портами двух коммутаторов или маршрутизаторов на расстоянии до 2000 м. Одномодовый оптический кабель в стандарте не описывается, но на рынке можно найти оборудование Fast Ethernet, работающее и на таком типе кабеля (максимальная длина одного сегмента ка­беля – до нескольких десятков километров).

Применение волоконно-оптического кабеля и в этом случае позволяет существенно увеличить протяженность сети, а также избавиться от электрических наводок и повысить секретность передаваемой информации. Максимальная длина кабеля между компьютером и концентратором может составлять до 400 м, причем это ограничение определяется временными соотношениями. Согласно стандарту, следует применять мультимодовый волоконно-оптический кабель.

Вариант 100 Base-TX по схеме объединения компьютеров не отличается от 10 Base-T. Длина кабеля также не может превышать 100 м, но кабель должен быть более качественным. Если для 10 Base-T предельная длина кабеля в 100 м ограничена только качеством кабеля и может быть увеличена при использовании более качественного кабеля, то в случае 100 Base-TX предельная длина ограничена временными соотношениями обмена и не может быть увеличена.

Высокоскоростная технология Gigabit Ethernet (1998 г.). После появления Fast Ethernet сете­вые интеграторы и администраторы при построении корпоративных сетей почувствовали ограничения. Серверы, под­ключенные по 100-мегабитному каналу, перегружали сетевые магистрали, также работающие на скорости 100 Мбит/с. Ощуща­лась потребность в следующем уровне скорости. Летом 1996 г. объявлено о начале разработки протокола, в максимальной степени подобного Ethernet, но с битовой скоростью 1000 Мбит/с. Проблем­ная группа IEEE 802.3 ab справилась с задачей, и версия Gigabit Ethernetдля витой пары категории 5 была принята.

Технология позволяет строить крупные локальные сети, в которых мощные серверы и магистрали нижних уровней сети работают на скорости 100 Мбит/с, а магистраль Gigabit Ethernet объединяет их.

Сохранена преемственность с технологиями Ethernet к Fast Ethernet. Поддерживается тот же метод доступа CSMA/CD с минимальными изменениями, те же форматы кадров. Работа в полнодуплексном и полудуплексномрежимах.

Номенклатура сегментов сети Gigabit Ethernet включает типы:

· 1000 BASE-SX – сегмент на многомодовом оптоволоконном кабеле с длиной волны светового сигнала 850 нм (до 500 м);

· 1000 BASE-LX – сегмент на многомодовом (до 500 м) и одномодовом (до нескольких десятков км) оптоволоконном кабеле с длиной волны 1300 нм;

· 1000 BASE-CХ – формально вернул коаксиальный кабель в состав поддер­живаемых сред передачи данных, но на практике этот вариант с макси­мальной длиной сегмента 25 м используется редко;

· 1000 BASE-T – сегмент на счетверенной неэкранированной витой паре категорий 5 и 6 (длиной до 100 м); данные передаются параллельно по всем 4 парам со скоростью 250 Мбит/с по каждой; передача в дуп­лексном режиме.

Gigabit Ethernet поддерживает процедуру автопереговоров. Для удобства перехода с одной среды передачи данных на другую порты имеют сменные приемопередатчики, так называемые мо­дули GBIC(Gigabit Interface Converter - конвертор гигабитного интер­фейса). Используя их, один и тот же порт Gigabit Ethernet может работать с любой из стандартных сред, для этого нужно приобрести и установить соответствующий кабелю модуль GBIC.

Стандарт 10G Ethernet – самый скоростной вариант технологии Ethernet. Первый стандарт Ethernet, ко­торый не работает на разделяемой среде даже теоретически. Это первый стандарт Ethernet, который включает спецификации физического уровня, совместимые со стандартами глобальных сетей (сетей SDH).

Стандарт 10G Ethernet включает большое число специфи­каций физического уровня. Первая группа спецификаций, рассчитан­ная на использование оптического волокна, принята в 2002 г. После этого работы продолжались, и в 2006 г. принята спецификация, описывающая функционирование 10G Ethernet на витой паре.

Существует три группы физических интерфейсов стандарта 10G Ethernet:

· 10G Base-T – принят в 2006 г., дает возможность использовать кабели на витой паре категории 6 или 6а (в первом случае максимальная длина кабеля не должна превы­шать 55 м, во втором – 100 м);

· 10G Base-R – работает на оптическом кабеле, включает спецификации 10G Base-RS, 10G Base-RL, 10G Base-RE;

· 10G Base-W – работает на оптическом кабеле, включает спецификации 10G Base-WS, 10G Base-WL, 10G Base-WE.

Первые две группы относятся к варианту 10G Ethernet для локальных сетей , последняя – к варианту для глобальных сетей .

В версиях для локальных сетей использу­ются стандартные кадры Ethernet и обеспечивается скорость пере­дачи данных 10 Гбит/с. Версии 10G Ethernet для глобальных сетей разрабо­таны в расчете на первичные сети SDH и поддерживают скорость передачи и формат данных, совместимые с интерфейсом сетей SDH. Эф­фективная скорость передачи данных спецификаций для глобальных сетей ниже 10 Гбит/с (9,58464 Гбит/с), т. к. часть пропуск­ной способности тратится на заголовки кадров SDH. Поэтому интерфейсы этой группы могут взаимодействовать только между собой (соединение 10G Base-R и 10G Base-W невозможно).

В каждой из групп 10G Base-W и 10G Base-R, которые работают на оптическом кабеле , может быть три варианта спецификаций: S, L и Е (в зависимости от используемого диапазона волн: 850, 1310 или 1550 нм). Таким образом, существуют интерфейсы 10G Base-WS, 10G Base-WL, 10G Base-WE, а также 10G Base-RS, l0G Base-RL и l0G Base-RE. Каждый из них передает информацию с помощью одной волнысоответствующего диапазона.

Спецификации S рассчитаны на многомодовый оптический кабель длиной до 300 м в зависимости от качества кабеля. Спецификации L рассчитаны на одномодовый кабель и в зависимости от его качества допускают расстоя­ния до 25 км. Спецификации Е обеспечивают передачу данных на расстояния до 40 км. Это позволяет стро­ить не только локальные, но и глобальные сети.

Стандарт 10G Ethernet является развивающейся технологией, так что можно ожидать появление его новых спецификаций. В настоящее время ведется ра­бота над двумя новыми стандартами Ethernet: 40G и 100G, которые должны найти свое применение на магистралях крупных сетей.

Технология Token Ring (802.5) развивалась компанией IBM с1984 г. Разделяемая среда передачи данных состоит из отрезков кабеля; соединяющих все станции сети в кольцо. Для доступа используется детерминированныйалгоритм , основанный на передаче станциям права на использование кольца.

Маркер (токен) – кадр специального формата, циркулирующий по кольцу. При отсутствии данных для передачи станция обеспечивает его продвижение далее. Станция, имеющая данные для передачи, изымает маркер из кольца и выдает в кольцо кадр данных. Переданные данные проходят по кольцу всегда в одном направлении. Кадр снабжен адресом назначения и адресом источника. Все станции кольца ретранслируют кадр побитно как повторители.

При проходе кадра через станцию назначения, она копирует кадр в свой внутренний буфер и вставляет в кадр признак подтверждения приема. Станция-передатчик получив обратно свой кадр с подтверждением приема изымает этот кадр из кольца и передает в сеть новый маркер.

Такой алгоритм доступа применяется в сетях Token Ring со скоростью работы 4 Мбит/с. В сетях Token Ring 16 Мбит/с используется алгоритм раннего освобождения маркера . Станция передает маркер следующей станции сразу же после окончания передачи последнего бита кадра, не дожидаясь возвращения по кольцу этого кадра с битом подтверждения приема.

В общем случае сеть Token Ring имеет комбинированную звездно-кольцевую конфигурацию. Отдельные компьютеры присоединяются к сети через специальные концентраторы или многостанционные устройства доступа (MSAU или MAU – Multistation Access Unit) по топологии «звезда».

Для присоединения кабеля к концентратору применяются специальные разъемы, обеспечивающие постоянство замкнутости кольца даже при отключении абонента. Концентратор может быть один, в кольцозамыкаются его абоненты.

Несколько концентраторов могут конструктивно объединяться в кластер, внутри которого абоненты также соединенывединое кольцо.

Основные характеристики сети Token-Ring (неэкранир. витая пара):

· максимальное количество концентраторов MAU – 12;

· максимальное количество абонентов в сети – 96;

· максим. длина кабеля между абонентом и концентратором – 45 м;

· максимальная длина кабеля между концентраторами – 45 м.;

· максим. длина кабеля, соединяющего все концентраторы - 120 м;

· скорости передачи данных – 4 Мбит/с и 16 Мбит/с.

Технология Token Ring обладает элементами отказоустойчивости . Одна из станций (активный монитор) непрерывно контролирует наличие маркера, а также время оборота маркера и кадров данных. При некорректной работе кольца запускается процедура его повторной инициализации.

Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface – оптоволоконный интерфейс распределенных данных) первой использовала волоконно-оптический кабель в локальных сетях и работу на скорости 100 Мбит/с. Для нее характерны кольцевая топология и маркерный метод доступа.

Сеть строится на основе двух колец . В нормальном режиме вторичное кольцо не используется. При обрыве кабеля или отказе узла первичное кольцо объединяется со вторичным (Wrap – свертывание). При множественных отказах сеть распадается на несколько несвязанных сетей.

Основные преимущества сети FDDI:

· высокая помехозащищенность;

· максимальная секретность передачи информации

· высокая скорость передачи;

· передача данных на расстояние нескольких километров без ретрансляции.

Основные технические характеристики сети FDDI:

· максимальное количество абонентов сети – 1000;

· максимальная протяженность кольца сети ~ 20 км;

· максимальное расстояние между абонентами сети – 2 км;

· среда передачи – многомодовый оптоволоконный кабель;

· метод доступа – маркерный (IEEE 802.5);

· скорость передачи – 100 Мбит/с (200 Мбит/с в дуплексном режиме).

Применяется звездно-кольцевая топология с концентраторами. Стандарт предусматривает два типа абонентов.

Абоненты класса А подключаются к обоим кольцам. Аппаратура используется в самых критичных частях сети. Абоненты класса В подключаются только к внешнему кольцу сети. Они проще и дешевле, чем компьютеры класса А.

Сеть FDDI не получила широкого распространения, что связано с высокой стоимостью аппаратуры. Область применения – базовые, опорные сети, объединяющие несколько сетей, соединение мощных серверов, требующих высокоскоростного обмена.

7. Беспроводные локальные сети

Wi-Fi – аббревиатура, обозначающая устройства для построения беспроводных локальных сетей WLAN (Wireless Local Area Network). Сокращение от Wireless Fidelity («беспроводная приверженность»), по аналогии с используемым на аудио-рынке термином Hi-Fi (High Fidelity). В основе технологий WLAN лежит принцип радиосвязи между узлами сети (сигнал распространяется с помощью электромагнитных волн высокой частоты).

Беспроводные локальные сетив некоторых случаях являются предпочтительным по сравнению с проводной сетью решением, а иногда просто единственно возможным. Примеры популярных областей применения WLAN:

· организация «кочевого» доступа в аэропортах и вокзалах;

· создание временных локальных сетей (при проведении конфе­ренций);

· реализация доступа в Интернет в жилых домах и квартирах;

· обеспечение мобильного доступа в пределах нескольких помещений или зданий, что актуально, например, для больниц.

За преимущества беспроводных сетей приходится расплачиваться множеством проблем, связанных с неустойчивой и непредска­зуемой беспроводной средой. Помехи от бытовых приборов, телекоммуникационных систем, атмосферные помехи, отражения сигнала создают трудности для надежного обмена.

Распространение радио­сигнала внутри здания подвержено влиянию многих факторов. Неравномерное распределение интенсивности сигнала приводит и к неопределенности зоны покрытия беспроводной локальной сети.

В связи с этим в WLAN применяются сложные методы кодирования, кото­рые помогают снизить влияние помех на полезный сигнал, кроме того, в бес­проводных сетях широко используются методы прямой коррекции ошибок (Forward Error Control, FEC) и протоколы с повторной передачей потерян­ных кадров.

В 1990 г. комитет IEEE 802 сформировал рабо­чую группу по стандартам беспроводных локальных сетей 802.11. Первый стандарт 802.11 (1997 г.) определял три метода передачи на физическом уровне:

· метод инфракрасной передачи (непопулярен из-за низкой пропускной способности и потому, что солнечный свет может искажать сигналы);

· два метода радиосвязи небольшого радиуса действия (в радиодиапазонах 2,4 ГГц и 915 МГц);

Стандарты работают на частотах, признанных в США, Европы и Японии частотамидля нелицензируемых радиоопераций . Маломощный сигнал позволяет уменьшить количество конфликтов между передатчиками. Для сетей, работающих на частоте 2,4 ГГц, определены скорости доступа 1 и 2 Мбит/с. Новая технология, многое перенявшая из Ethernet, названа Radio Ethernet.

Стандарт 802.11 определяет две составные части оборудова­ния:

· беспроводная станция (ПК с сетевым радиоадаптером или некомпьютерные клиенты – мобильные теле­фоны, поддерживающие стандарт);

· точка доступа (АР – Access Point), действующая как мост между беспроводными и проводными сетями.

Точка доступа включает прие­мопередатчик, сетевой интерфейс и ПО. Действует как базовая станция , осуществляя доступ беспроводных станций к проводной сети. В точке доступа полученные сообщения преобразуются в формат, понятный для обычной сети. Чем больше точек доступа, тем шире область действия WLAN и больше количество пользователей. Одна точка доступа поддерживает работу 10 – 20 клиентов (не удаляются более чем на 100 м).

Для расширения беспроводной части сети можно воспользоваться несколькими точками доступа или установить точку расширения (Extension Point) – беспроводной повторитель между беспроводными клиентами и точкой доступа.

Сетевой радиоадаптер – беспроводной сетевой адаптер, позволяющий компьютерам и другому оборудованию связываться с точками доступа. Представляет собой PCMCIA-карту или внешнее устройство, подключаемое через USB.

Дополнительные устройства:

· конвертеры интерфейсов (Wireless PCMCIA/PCI и PCMCIA/ISA) – предназначены для установки сетевого радиоадаптера в стационарные ПК;

· радиомосты, шлюзы, беспроводные принт-серверы, радиомаршрутизаторы.

Стандарт 802.11 определяет два режима работы:

· инфраструк­турный (infrastructure mode);

· специальный (ad hoc mode).

В ин­фраструктурном режиме WLAN состоит из одной и более точек доступа, связанных с проводной сетевой ин­фраструктурой и набора беспроводных конечных станций. Эту конфигурацию называют основным сервисным набором (BSS – Basic Service Set). Расширенный сервисный набор (ESS – Extended Service Set) – набор двух или более BSS, образующих отдельную подсеть.

Специальный режим (одноранговый режим – peer-to-peer mode) или независимый основной сервисный набор (IBSS – Independent Basic Service Set) – совокупность беспроводных станций 802.11, которые связываются непосредственно друг с другом, не используя точку доступа и подключение к проводным сетям.

Технология 802.11 не может использовать метод CSMA/CD:

· проблема скрытой станции – не все станции могут слышать друг друга, и передача в одной части соты, может быть не воспринята станцией в другой части;

· большинство радиосистем являются полудуплексными , т. е. не могут одновременно и на одной частоте посылать и принимать сигналы.

Протокол 802.11 использует метод CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) – метод множественного доступа с прослушиванием несущей волны и уклонением от коллизий. Это сетевой протокол, в котором:

· используется схема прослушивания несущей волны;

· обнаружив, что канал свободен, станция, которая собирается начать передачу, посылает предупреждающий jam-сигнал (сигнал затора);

· после продолжительного ожидания всех станций, которые могут послать предупреждающий jam-сигнал, станция начинает передачу кадра;

· если предупреждающие сигналы одновременно посылают несколько станций, то они повторяют процедуру после случайно выбранного интервала времени.

CSMA/CA отличается от CSMA/CD тем, что коллизиям подвержены не пакеты данных, а только jam-сигналы. Отсюда и название «Collision Avoidance» – предотвращение коллизий (именно пакетов данных). Посылка предупреждающих сигналов ограничивает пропускную способность канала, поэтому CSMA/CA используется в сетях, работающих с небольшими скоростями (беспроводных).

Спецификация IEEE 802.11b . Невысокая скорость не удовлетворя­ла требованиям и в сентябре 1999 г. выпущен ва­риант IEEE 802.11 b для передачи со скоростью до 11 Мбит/с. Сети работают в нелицензируемом спектре частот 2,4 ГГц (от 2,4 ГГц до 2,4835 ГГц). Скорость передачи может автоматически ме­няться в зависимости от уровня помех и расстояния между пере­датчиком и приемником. На практике скорость почти всегда равна 11 Мбит/с.

Недостатки:

· Диапазон 2,4 ГГц, может быть занят другим оборудованием – бытовыми приборами (микроволновыми печами, радиотелефонами), ме­дицинской и научной аппаратурой, гарнитурами Bluetooth. Проблема усугубляется тем, что 802.11b рассчитан на связь на расстоянии до 300 м на открытой местности.

· Система защиты Wired Equivalent Privacy (WEP) показала уязвимость и несложность расшифровки кода с 40-битовым ключом. Сети позволяют подключаться злоумышленнику, находящемуся на возвышении даже на расстоянии мили, при условии использования небольшой направленной антенны. Предложен алгоритм шифровки со 128-битовым ключом – Advanced Encryption Standard (AES), требующий об­новления ТС и ПО или Temporal Key Integrity Protocol (TKIP).

· Невысокая максимальная скорость передачи данных, до­стигающая 11 Мбит/сек при радиусе действия около 100 м в помещениях. Ее можно получить только при сильном сигнале при условии, что в каждый момент времени только одно устройство в сегменте передает данные. Перегрузка, конфигу­рация и требования безопасности могут уменьшить производительность до типичного значения в 5 Мбит/с . Этого достаточно для Web-браузеров, но мало для боль­шого количества приложений типа потокового видео.

Спецификация IEEE 802.11a . Спецификация беспровод­ных сетей для диапазона 5 ГГц (от 5,725 до 5,850 Ггц) с макси­мальной пропускной спо­собностью 54 Мбит/сек. Этот диапазон частот не так зашумлен, как 2,4 ГГц. Но устройства 802.11а не могут работать с точкой доступа 802.11b и наобо­рот.

Спецификация IEEE 802.11g . Принят в середине 2003 г. Стандарт предусматрива­ет использование диапазона 2,4 ГГц. Обеспечивает скорость переда­чи 54 Мбит/сек. Главное преимущество перед 802.11а – полная обратная совместимость с устройствами 802.11b. Недостаток – зашумленность диапазона 2,4 ГГц.

Спецификация IEEE 802.11n . утвержден 11 сентября 2009 г. Повышает скорость передачи данных вчетверо по сравнению с устройствами 802.11g (максимальная скорость – 54 МБит/с), при условии использования с другими устройствами 802.11n. Теоретически способен обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит/с. Устройства работают в диапазонах 2,4–2,5 или 5,0 ГГц.

Кроме того, устройства 802.11n могут работать в трех режимах:

· наследуемом (Legacy), в котором обеспечивается поддержка устройств 802.11b/g и 802.11a;

· смешанном (Mixed), в котором поддерживаются устройства 802.11b/g, 802.11a и 802.11n;

· «чистом» – 802.11n (именно в этом режиме можно воспользоваться преимуществами повышенной скорости и увеличенной дальности передачи данных).

Типы офисных беспроводных локальных сетей