Реферат: Технологии локальных сетей. Технологии локальных сетей

Базовые технологии локальных сетей

Для упрощения и удешевления аппаратных и программных средств в локальных сетях чаще всего применяются моноканалы, используемые совместно всеми компьютерами сети в режиме разделения времени (второе название моноканалов – разделяемые каналы). Классический пример моноканала – канал сети шинной топологии. Сети кольцевой топологии и радиальной топологии с пассивным центром также используют моноканалы, поскольку, несмотря на смежность каждого узла сети со своим сегментом сети, доступ к этим сегментам смежных узлов в произвольный момент времени не допустим. Эти сегменты используются только в едином целом совместно со всем разделяемым каналом всеми компьютерами сети по определенному алгоритму. Причем в каждый момент времени моноканал принадлежит только одному компьютеру. Данный подход позволяет упростить логику работы сети, так как отпадает необходимость контроля переполнения узлов пакетами от многих станций, решивших одновременно передать информацию. В глобальных сетях для этого контроля используются весьма сложные алгоритмы.

Но наличие только одного, разделяемого всеми абонентами канала передачи данных ограничивает пропускную способность системы. Поэтому в современных сетях стали все чаще использоваться коммуникационные устройства (мосты, маршрутизаторы), разделяющие общую сеть на подсети (сегменты), которые могут работать автономно, обмениваясь по мере надобности данными между собой. При этом протоколы управления в ЛВС остаются теми же самыми, которые применяются и в неразделяемых сетях.

Наибольшее развитие в локальных сетях получили протоколы двух нижних уровней управления модели OSI. Причем в сетях, использующих моноканал, протоколы канального уровня делятся на два подуровня:

· подуровень логической передачи данных – LLC (Logical Link Control);

· подуровень управления доступом к сети – MAC (Media Access Control).

Подуровень логической передачи данных у большинства протоколов, в том числе и у семейства IEEE 802.x, включающего в себя основные протоколы ЛВС, один и тот же. (К основным протоколам ЛВС относятся: IEEE 802.2 – это протокол логической передачи данных LLC; МАС-протоколы доступа к сети: IEEE 802.3 – Ethernet – эти протоколы почти одинаковы; IEEE 802.4 – Token Bus, IEEE 802.5 – Token Ring и т. д.).

Самая распространенная в настоящее время технология (количество сетей, использующих эту технологию, превысило 5 млн с числом компьютеров в этих сетях более 50 млн) создана в конце 70-х годов и в первоначальном варианте использовала в качестве линии связи коаксиальный кабель. Но позже было разработано много модификаций этой технологии, рассчитанных и на другие коммуникации. Технологии Ethernet иIEEE 802.3 во многом похожи; последняя поддерживает не только топологию «общая шина», но и топологию «звезда». Спецификация Ethernet поддерживает случайный метод доступа (метод состязаний), и ее популярность объясняется надежными, простыми и недорогими технологиями.

Технология IEEE 802.5/Token Ring поддерживает кольцевую (основная) и радиальную (дополнительная) топологии сетей, для доступа к моноканалу использующих метод передачи маркера (его называют также детерминированным маркерным методом). Реализация этой технологии существенно более дорога и сложна, нежели технологии Ethernet, но она тоже достаточно распространена.

Технология ARCNet (Attached Resourse Computer Network, компьютерная сеть с присоединяемыми ресурсами) – это относительно недорогая, простая и надежная в работе технология, используемая только в сетях с персональными компьютерами. Она поддерживает разнообразные линии связи, включая коаксиальный кабель, витую пару и волоконно-оптический кабель. Обслуживаемые ею топологии – радиальная и шинная с доступом к моноканалу по методу передачи полномочий.

Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface, волоконно-оптический интерфейс распределенных данных) во многом базируется на технологии Token Ring, но ориентирована на волоконно-оптические линии связи (есть возможность использовать и неэкранированную витую пару) и обеспечивает передачу данных по кольцу длиной до 100 км с максимальным числом узлов 500 и со скоростью 100 Мбит/с. Используется детерминированный маркерный метод доступа без выделения приоритетов. Ввиду большой стоимости технология
внедряется в основном в магистральных каналах и крупных сетях.

В локальных сетях основная роль в организации взаимодействия узлов принадлежит протоколу канального уровня, который ориентирован на вполне определенную топологию ЛКС. Так, самый популярный протокол этого уровня - Ethernet - рассчитан на топологию " общая шина ", когда все узлы сети параллельно подключаются к общей для них шине, а протокол Token Ring - на топологию " звезда ". При этом применяются простые структуры кабельных соединений между РС сети, а для упрощения и удешевления аппаратных и программных решений реализовано совместное использование кабелей всеми РС в режиме разделения времени. Такие простые решения, характерные для разработчиков первых ЛКС во второй половине 70-х годов ХХ века, наряду с положительными имели и отрицательные последствия, главные из которых - ограничения по производительности и надежности.

Поскольку в ЛКС с простейшей топологией ( общая шина , кольцо, звезда ) имеется только один путь передачи информации - моноканал, производительность сети ограничивается пропускной способностью этого пути, а надежность сети - надежностью пути. Поэтому по мере развития и расширения сфер применения локальных сетей с помощью специ-альных коммуникационных устройств (мостов, коммутаторов, маршрутизаторов) эти ограничения постепенно снимались. Базовые конфигурации ЛКС ( шина , кольцо) превратились в элементарные звенья, из которых формируются более сложные структуры локальных сетей, имеющие параллельные и резервные пути между узлами.

Однако внутри базовых структур локальных сетей продолжают работать все те же протоколы Ethernet и Token Ring . Объединение этих структур (сегментов) в общую, более сложную локальную сеть осуществляется с помощью дополнительного оборудования, а взаимодействие РС такой сети - с помощью других протоколов.

В развитии локальных сетей, кроме отмеченных, наметились и другие тенденции:

• отказ от разделяемых сред передачи данных и переход к использованию активных коммутаторов, к которым РС сети присоединяются индивидуальными линиями связи;
• появление нового режима работы в ЛКС при использовании коммутаторов - полнодуплексного (хотя в базовых структурах локальных сетей РС работают в полудуплексном режиме, т. к. сетевой адаптер станции в каждый момент времени либо передает свои данные, либо принимает другие, но не делает это одновременно). Сегодня каждая технология ЛКС приспособлена для работы как в полудуплексном, так и в полнодуплексном режимах. Стандартизация протоколов ЛКС осуществлена комитетом 802, организованном в 1980 в институте IEEE. Стандарты семейства IEEE 802 .Х охватывают только два нижних уровня модели ВОС - физический и канальный. Именно эти уровни отражают специфику локальных сетей, старшие уровни, начиная с сетевого, имеют общие черты для сетей любого класса.

В локальных сетях канальный уровень разделен на два подуровня:

• логической передачи данных ( LLC - Logical Link Control );
• управления доступом к среде (МАС - Media Access Control ).

Протоколы подуровней МАС и LLC взаимно независимы , т.е. каждый протокол подуровня МАС может работать с любым протоколом подуровня LLC , и наоборот.

Подуровень МАС обеспечивает совместное использование общей передающей среды, а подуровень LLC организует передачу кадров с различным уровнем качества транспортных услуг. В современных ЛКС используются несколько протоколов подуровня МАС , реализующих различные алгоритмы доступа к разделяемой среде и определяющих специфику технологий Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet , Token Ring, FDDI , 100VG-AnyLAN .

Протокол LLC . Для ЛКС этот протокол обеспечивает необходимое качество транспортной службы. Он занимает положение между сетевыми протоколами и протоколами подуровня МАС . По протоколу LLC кадры передаются либо дейтаграммным способом, либо с помощью процедур с установлением соединения между взаимодействующими станциями сети и восстановлением кадров путем их повторной передачи при наличии в них искажений.

Технология Ethernet (стандарт 802.3) . Это самый распространенный стандарт локальных сетей. По этому протоколу в настоящее время работают большинство ЛКС. Имеется несколько вариантов и модификаций технологии Ethernet , составляющих целое семейство технологий. Из них наиболее известными являются 10-мегабитный вариант стандарта IEEE 802 .3, а также новые высокоскоростные технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet . Все эти варианты и модификации отличаются типом физической среды передачи данных .

Все виды стандартов Ethernet используют один и тот же метод доступа к передающей среде - метод случайного доступа CSMA /CD . Он применяется исключительно в сетях с общей логической шиной, которая работает в режиме коллективного доступа и служит для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Такой метод доступа носит вероятностный характер: вероятность получения среды передачи в свое распоряжение зависит от загруженности сети. При значительной загрузке сети интенсивность коллизий возрастает и ее полезная пропускная способ-ность резко падает.

Полезная пропускная способность сети - это скорость передачи пользовательских данных, переносимых полем данных кадров. Она всегда меньше номинальной битовой скорости протокола Ethernet за счет служебной информации кадра, межкадровых интервалов и ожидания доступа к среде. Коэффициент использования сети в случае отсутствия коллизий и ожидания доступа имеет максимальное значение 0,96.

Технологией Ethernet поддерживаются 4 разных типа кадров, имеющих общий формат адресов. Распознавание типа кадров осуществляется автоматически.

Для всех стандартов Ethernet имеют место следующие характеристики и ограничения:

• номинальная пропускная способность - 10 Мбит/с;
• максимальное число РС в сети - 1024;
• максимальное расстояние между узлами в сети - 2500 м;
• максимальное число коаксиальных сегментов сети - 5;
• максимальная длина сегмента - от 100 м (для 10Base -T) до 2000 м (для 10Base -F);
• максимальное число повторителей между любыми станциями сети - 4.

Технология Token Ring (стандарт 802.5) . Здесь используется разделяемая среда передачи данных , которая состоит из отрезков кабеля, соединяющих все РС сети в кольцо. К кольцу (общему разделяемому ресурсу) применяется детерминированный доступ , основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право предается с помощью маркера. Маркерный метод доступа гарантирует каждой РС получение доступа к кольцу в течение времени оборота маркера. Используется приоритетная система владения маркером - от 0 (низший приоритет) до 7 (высший). Приоритет для текущего кадра определяется самой станцией, которая может захватить кольцо, если в нем нет более приоритетных кадров.

В сетях Token Ring в качестве физической среды передачи данных применяется экранированная и неэкранированная витая пара и волоконно-оптический кабель . Сети работают с двумя битовыми скоростями - 4 и 16 Мбит/с, причем в одном кольце все РС должны работать с одной скоростью. Максимальная длина кольца - 4 км, а максимальное количество РС в кольце - 260. Ограничения на максимальную длину кольца связаны со временем оборота маркера по кольцу. Если в кольце 260 станций и время удержания маркера каждой станцией равно 10 мс, то маркер после совершения полного оборота вернется в активный монитор через 2,6 с. При передаче длинного сообщения, разбиваемого, например, на 50 кадров, это сообщение будет принято получателем в лучшем случае (когда активной является только РС-отправитель) через 260 с, что для пользователей не всегда приемлемо.

Максимальный размер кадра в стандарте 802.5 не определен. Обычно он принимается равным 4 Кбайтам для сетей 4 Мбит/с и 16 Кбайтам для сетей 16 Мбит/с.

В сетях 16 Мбит/с используется также и более эффективный алгоритм доступа к кольцу. Это алгоритм раннего освобождения маркера (ETR ): станция передает маркер доступа следующей станции сразу же после окончания передачи последнего бита своего кадра, не дожидаясь возвращения по кольцу этого кадра и занятого маркера. В этом случае по кольцу будут передаваться одновременно кадры нескольких станций, что существенно повышает эффективность использования пропускной способности кольца. Конечно, и в этом случае в каждый данный момент ге-нерировать кадр в кольцо может только та РС, которая в этот момент владеет маркером доступа, а остальные станции будут лишь ретранслировать чужие кадры.

Технология Token Ring (технология этих сетей была разработана еще в 1984 г. фирмой IBM ) существенно сложнее технологии Ethernet . В ней заложены возможности отказоустойчивости: за счет обратной связи кольца одна из станций ( активный монитор ) непрерывно контролирует наличие маркера, время оборота маркера и кадров данных, обнаруженные ошибки в сети устраняются автоматически, например, потерянный маркер может быть восстановлен. В случае выхода из строя активного монитора выбирается новый активный монитор и процедура инициализации кольца повторяется.

Стандарт Token Ring изначально предусматривал построение связей в сети с помощью концентраторов, называемых MAU , т.е. устройствами многостанционного доступа. Концентратор может быть пассивным (соединяет порты внутренними связями так, чтобы РС, подключенные к этим портам, образовали кольцо, а также обеспечивает обход какого-либо порта, если подключенный к этому порту компьютер выключается) или активным (выполняет функции регенерации сигналов и поэтому иногда называется повторителем).

Для сетей Token Ring характерна звездно-кольцевая топология : РС подключаются к концентраторам по топологии звезды, а сами концентраторы через специальные порты Ring In (RI) и Ring Out (RO) объединяются для образования магистрального физического кольца . Сеть Token Ring может строиться на основе нескольких колец, разделенных мостами, маршрутизирующие кадры адресату (каждый кадр снабжается полем с маршрутом прохождения колец).

Недавно технология Token Ring стараниями компании IBM получила новое развитие: предложен новый вариант этой технологии ( HSTR ), поддерживающий битовые скорости в 100 и 155 Мбит/с. При этом сохранены основные особенности технологии Token Ring 16 Мбит/с.

Технология FDDI . Это первая технология ЛКС, в которой для передачи данных используется волоконно-оптический кабель . Она появилась в 1988 г. и ее официальное название - оптоволоконный интерфейс распределенных данных ( Fiber Distributed Data Interface, FDDI ). В настоящее время в качестве физической среды, кроме волоконно-оптического кабеля, применяется неэкранированная витая пара .

Технология FDDI предназначена для использования на магистральных соединениях между сетями, для подключения к сети высокопроизводительных серверов, в корпоративных и городских сетях. Поэтому в ней обеспечена высокая скорость передачи данных (100 Мбит/с), отказоустойчивость на уровне протокола и большие расстояния между узлами сети. Все это сказалось на стоимости подключения к сети: для подключения клиентских компьютеров эта технология оказалась слишком дорогой.

Существует значительная преемственность между технологиями Token Ring и FDDI . Основные идеи технологии Token Ring восприняты и получили совершенствование и развитие в технологии

Рассмотрим применение вышесказанного в реальных сетевых технологиях. Сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети, т.е. это минимальный набор средств, с помощью которых можно построить работоспособную сеть; иногда сетевые технологии называют базовыми технологиями, имея в виду то, что на их основе строится базис любой сети. В настоящее время насчитывается более 200 сетей, имеющих тот или иной уровень стандартизации, но широкое распространение и всеобщее признание получили не более 10 из них. Это связано с тем, что именно эти сети поддерживаются наиболее мощными фирмами и поэтому доведены до уровня международных стандартов. Примерами базовых технологий могут служить такие известные технологии, как Ethernet, Token-Ring, Arcnet, FDDI.

СЕТЬ ETHERNET. Наибольшее распространение среди стандартных сетей получила сеть Ethernet. Она появилась в 1972 году (разработчиком выступила известная фирма Xerox). В 1985 году сеть Ethernet стала международным стандартом, ее приняли крупнейшие международные организации по стандартам: комитет 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) и ЕСМА (European Computer Manufacturers Association). Стандарт получил название IEEE 802.3. Он определяет множественный доступ к каналу типа "шина" с обнаружением конфликтов и контролем передачи, т.е. с уже упоминавшимся методом доступа CSMA/CD.

Основные характеристики стандарта IEEE 802.3 следующие: топология - "шина", среда передачи - коаксиальный кабель, скорость передачи - 10 Мбит/с, максимальное количество абонентов - до 1024, длина сегмента сети - до 500 м, количество абонентов на одном сегменте - до 100.

В классической сети Ethernet применяется стандартный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий). Однако в последнее время все большее распространение получает версия Ethernet, использующая в качестве среды передачи витые пары, так как монтаж и обслуживание их гораздо проще. В последние годы появилась более быстрая версия Ethernet, работающая на скорости 100 Мбит/с (Fast Ethernet). Определен также стандарт для применения в сети оптоволоконного кабеля. Помимо стандартной топологии типа "шина" применяется также топология типа "пассивная звезда". Главное - чтобы в полученной в результате топологии не было замкнутых путей (петель). Фактически получается, что абоненты соединены все в ту же "шину", так как сигнал от каждого из них распространяется сразу во все стороны и не возвращается назад. Максимальная длина кабеля всей сети в целом (максимальный путь сигнала) теоретически может достигать 6,5 км, но практически не превышает 2,5 км.

СЕТЬ FAST ETHERNET. Сеть Fast Ethernet - это составная часть стандарта IEEE 802.3, появившаяся совсем недавно, в 1995 году. Она представляет собой более быструю версию стандартной сети Ethernet, работающую на скорости передачи 100 Мбит/с. С целью сохранения совместимости с более ранними версиями Ethernet стандарт определяет для Fast Ethernet специальный механизм автоматического определения скорости передачи в режиме автодиалога, что позволяет сетевым адаптерам Fast Ethernet автоматически переключаться со скорости 10 Мбит/с на скорость 100 Мбит/с и наоборот.

Основная топология сети Fast Ethernet - пассивная звезда. Fast Ethernet требует обязательного применения более дорогих концентраторов, чем при использовании Ethernet. Концентраторы в этом случае могут соединяться между собой связными сегментами, что позволяет строить сложные конфигурации.

Локальные сети всех остальных типов, кроме Ethernet, распространены гораздо меньше.

СЕТЬ FDDI. Сеть FDDI (от английского Fiber Distributed Data Interface) -это одна из новейших разработок стандартов локальных сетей. Стандарт FDDI, предложенный Американским национальным институтом стандартов (American National Standards Institute, ANSI), изначально ориентировался на высокую скорость передачи (100 Мбит/с) и на применение перспективного оптоволоконного кабеля (длина волны света - 850 нм). Поэтому в этом случае разработчики не были стеснены рамками стандартов, ориентировавшихся на низкие скорости и электрический кабель.

Выбор оптоволокна в качестве среды передачи сразу же определил преимущества новой сети: высокую помехозащищенность и секретность передачи информации. Высокая скорость передачи, которую при использовании оптоволоконного кабеля достичь гораздо проще, позволяет решать многие задачи, недоступные менее скоростным сетям, например, передачу изображений в реальном масштабе времени. Кроме того, оптоволоконный кабель легко решает проблему передачи данных на расстояние нескольких километров без ретрансляции, что позволяет строить гораздо большие по размерам сети, охватывающие даже целые города и имеющие при этом все преимущества локальных сетей (в частности, низкий уровень ошибок). И хотя к настоящему времени аппаратура FDDI не получила еще широкого распространения, она очень перспективна.

За основу стандарта FDDI был взят метод маркерного доступа, предусмотренный международным стандартом IEEE 802.5 Token-Ring. Небольшие отличия от этого стандарта определяются необходимостью обеспечить высокую скорость передачи информации на большие расстояния. Топология сети FDDI - это кольцо, причем применяются два разнонаправленных оптоволоконных кабеля, что позволяет использовать передачу информации с удвоенной эффективной скоростью в 200 Мбит/с (при этом каждый из двух каналов работает на скорости 100 Мбит/с).

Основные технические характеристики сети FDDI следующие: Максимальное количество абонентов сети - 1000. Максимальная протяженность кольца сети - 20 км. Максимальное расстояние между абонентами сети - 2 км. Среда передачи - оптоволоконный кабель (возможно применение электрической витой пары).

Метод доступа - маркерный.

Скорость передачи информации - 100 Мбит/с (200 Мбит/с для дуплексного режима передачи).

Как видим, FDDI имеет большие преимущества по сравнению со всеми рассмотренными ранее сетями. Даже сеть Fast Ethernet, имеющая такую же пропускную способность 100 Мбит/с, не может сравниться с FDDI по допустимым размерам сети и допустимому количеству абонентов.. Ограничение на общую длину сети в 20 км связано не с затуханием сигналов, а с необходимостью ограничения времени полного прохождения сигнала по кольцу для обеспечения предельно допустимого времени доступа.

Стандарт FDDI для достижения высокой гибкости сети предусматривает включение в кольцо сетевых адаптеров двух типов:

1. Адаптеры класса А подключаются к внутреннему и внешнему, кольцам сети. При этом реализуется возможность обмена со скоростью до 200 Мбит/с или же возможность резервирования кабеля сети (при повреждении основного кабеля используется резервный кабель). Аппаратура этого класса используется в самых критичных частях сети.

2. Адаптеры класса В подключаются только к внешнему кольцу сети. Они могут быть более простыми и дешевыми, чем адаптеры класса А, но не будут иметь их возможностей.

Стандарт FDDI предусматривает возможность реконфигурации сети с целью сохранения ее работоспособности в случае повреждения кабеля. Поврежденный участок кабеля исключается из кольца, но целостность сети при этом не нарушается вследствие перехода на одно кольцо вместо двух (т.е. адаптеры класса А начинают работать как адаптеры класса В).

Несмотря на очевидные преимущества, сеть FDDI не получила пока широкого распространения, это связано главным образом с высокой стоимостью ее аппаратуры. Однако в ближайшее время ситуация может измениться.

СЕТЬ GIGABIT ETHERNET. Быстродействие сети Fast Ethernet, других сетей, работающих на скорости в 100 Мбит/с, в настоящее время удовлетворяет требованиям большинства задач, но в ряде случаев даже его оказывается недостаточно. Особенно это касается тех ситуаций, когда необходимо подключать к сети современные высокопроизводительные серверы или строить сети с большим количеством абонентов, требующих высокой интенсивности обмена.

Сохранение преемственности позволяет легко и просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в единую сеть и переходить к новым скоростям постепенно, вводя гигабитные сегменты только на самых напряженных участках сети. К тому же далеко не везде такая высокая пропускная способность действительно необходима.

Сетевые технологии локальных сетей

В локальных сетях, как правило, используется разделяемая среда передачи данных (моноканал) и основная роль отводится протоколами физического и канального уровней, так как эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей.

Сетевая технология – это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения локальной вычислительной сети . Сетевые технологии называют базовыми технологиями или сетевыми архитектурами локальных сетей.

Сетевая технология или архитектура определяет топологию и метод доступа к среде передачи данных, кабельную систему или среду передачи данных, формат сетевых кадров тип кодирования сигналов, скорость передачи в локальной сети . В современных локальных вычислительных сетях широкое распространение получили такие технологии или сетевые архитектуры, как: Ethernet, Token-Ring, ArcNet, FDDI .

2.4.1. Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.3/Ethernet

В настоящее время эта сетевая технология наиболее популярна в мире. Популярность обеспечивается простыми, надежными и недорогими технологиями. В классической локальной сети Ethernet применяется стандартный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий).

Однако все большее распространение получила версия Ethernet, использующая в качестве среды передачи витые пары, так как монтаж и обслуживание их гораздо проще. В локальных сетях Ethernet применяются топологии типа “шина” и типа “пассивная звезда”, а метод доступа CSMA/CD (методом множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий или конфликтов ).

Стандарт IEEE802.3 в зависимости от типа среды передачи данных имеет модификации:

· 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель) - обеспечивает скорость передачи данных 10 Мбит/с и длину сегмента до 500м;

· 10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель) - обеспечивает скорость передачи данных 10 Мбит/с и длину сегмента до 200м;;

· 10BASE-T (неэкранированная витая пара) - позволяет создавать сеть по звездной топологии. Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м. Общее количество узлов не должно превышать 1024;

· 10BASE-F (оптоволоконный кабель) - позволяет создавать сеть по звездной топологии. Расстояние от концентратора до конечного узла до 2000м.

В развитие сетевой технологии Ethernet созданы высокоскоростные варианты: IEEE802.3u/Fast Ethernet и IEEE802.3z/Gigabit Ethernet. Основная топология, которая используется в локальных сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, пассивная звезда.

Сетевая технология Fast Ethernet обеспечивает скорость передачи 100 Мбит/с и имеет три модификации:

· 100BASE-T4 - используется неэкранированная витая пара (счетверенная витая пара). Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м;

· 100BASE-TX - используются две витые пары (неэкранированная и экранированная). Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м;

· 100BASE-FX - используется оптоволоконный кабель (два волокна в кабеле). Расстояние от концентратора до конечного узла до 2000м;

Сетевая технология локальных сетей Gigabit Ethernet – обеспечивает скорость передачи 1000 Мбит/с. Существуют следующие модификации стандарта:

· 1000BASE-SX – применяется оптоволоконный кабель с длиной волны светового сигнала 850 нм.

· 1000BASE-LX – используется оптоволоконный кабель с длиной волны светового сигнала 1300 нм.

· 1000BASE-CX – используется экранированная витая пара.

· 1000BASE-T – применяется счетверенная неэкранированная витая пара.

Локальные сети Fast Ethernet и Gigabit Ethernet совместимы с локальными сетями, выполненными по технологии (стандарту) Ethernet, поэтому легко и просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в единую вычислительную сеть.

Ethernet , одна самых недорогих и распространенных технологий, становится все более производительной, наделяется необходимыми средствами отказоустойчивости, дифференциации трафика и обеспечения QoS, а потому рассматривается в качестве одной из составляющих сетей связи следующего поколения, особенно городских сетей (MAN) , на базе которой можно создавать эффективные мультисервисные решения.

Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.5/Token-Ring

Сеть Token-Ring предполагает использование разделяемой среды передачи данных, которая образуется объединением всех узлов в кольцо. Сеть Token-Ring имеет звездно-кольцевую топологию (основная кольцевая и звездная дополнительная топология). Для доступа к среде передачи данных используется маркерный метод (детерминированный маркерный метод). Стандарт поддерживает витую пару (экранированную и неэкранированную) и оптоволоконный кабель. Максимальное число узлов на кольце - 260, максимальная длина кольца - 4000 м. Скорость передачи данных до 16 Мбит/с.

Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.4/ArcNet

В качестве топологии локальной сети ArcNet может быть использована “шина” и “пассивная звезда”. Но фактически эта технология предназначена для организации ЛВС в сетевой топологии «звезда».

Основу коммуникационного оборудования составляет:

• коммутатор (switch);
• пассивный/активный концентратор(HUB).

Активные хабы применяются при большом удалении рабочей станции (они восстанавливают форму сигнала и усиливают его). Пассивные хабы используются при незначительном удалении рабочей станции. В сети применяется назначаемый принцип доступа рабочих станций , то есть право на передачу имеет станция, получившая от сервера так называемый программный маркер. То есть реализуется детерминированный сетевой трафик . Поддерживает экранированную и неэкранированную витую пару и оптоволоконный кабель. Локальная сеть ArcNet - это одна из старейших сетей и пользовалась большой популярностью . Среди основных достоинств локальной сети ArcNet можно назвать высокую надежность, низкую стоимость адаптеров и гибкость. Основным недостаткам сети является низкая скорость передачи информации (2,5 Мбит/с). Максимальное количество абонентов - 255. Максимальная длина сети - 6000 метров.

может производиться обмен данными. При разрыве соединения станция – инициатор разрыва отправляет другой стороне соответствующее уведомление.

Датаграммные протоколы предоставляют услуги по ненадежной доставке данных. Данные отсылаются без предупреждения и протокол не отвечает за их доставку.

Датаграммные протоколы работают достаточно быстро, т.к. не выполняет никаких действий при отправке данных.

Передача данных на физическом уровне

Различают два способа передачи информации: 1.Аналоговоя модуляция 2.Цифровое кодирование

Аналоговая модуляция – используется при передаче данных по телефонным линиям связи (узкополосные каналы связи). Сигнал имеет синусоидальную форму. Для кодирования информации используются три способа:

Амплитудная модуляция, т.е. изменение амплитуды сигнала несущей частоты

Частотная модуляция, т.е. изменение частоты сигнала

Фазовая модуляция, т.е. изменение фазы сигнала

Цифровое кодирование – способ представления информации в виде прямоугольных импульсов. Различают два способа цифрового кодирования:

Потенциальное кодирование – для представления нулей и единиц используются только значения потенциала сигнала, а его перепады игнорируются.

Импульсное кодирование – позволяет представлять данные перепадом потенциала определенного направления.

Литература:

Тема 4. Технологии локальных сетей

Вопросы для изучения:

Стандарты IEEE 802

Технология Ethernet

Технология Token Ring

Технология FDDI

Стандарты IEEE 802

В 1980г. В институте IEEE был организован комитет 802 целью которого была разработка стандартов локальных сетей. Эти стандарты описывают функционирование локальных сетей на физическом и канальном уровнях. Канальный уровень делится на два подуровня: уровень логического управления каналом(Logical Link Layer, LLC) и уровень управления доступом к среде передачи данных (Media Access Control, MAC).

Уровень MAC выполняет синхронизацию доступа к совместной среде передачи данных и определяет в какой момент времени станция может начинать передавать имеющиеся данные.

После того как получен доступ к среде, выполняется передача данных в соответствии со стандартами, которые определены на уровне LLC. Уровень LLC отвечает за связь с сетевым уровнем, а также выполняет передачу данных с заданной степенью надежности.

На уровне LLC используются три процедуры передачи данных:

1. LLC1 – передача данных с установлением соединения и подтверждением

2. LLC2 – передача данных без установления соединения и подтверждения

3. LLC3 – передача данных без установления соединения, но с подтверждением приема данных.

Протоколы LLC и MAC взаимно независимы – каждый протокол уровня MAC может применяться с любым протоколом уровня LLC и наоборот.

Стандарт 802.1 описывает общие понятия локальных сетей, определяет связь трех уровней стандартов 802 с семиуровневой моделью, а также стандарты построения сложных сетей на основе базовых топологий(internetworking). К этим стандартам относят стандарты, описывающие функционирование моста/коммутатора, стандарты объединения разнородных сетей при помощи транслирующего моста, стандарты построения виртуальных сетей(VLAN) на основе коммутаторов.

Технология Ethernet

Термин Ethernet относится к семейству протоколов локальных сетей, которые описываются стандартом IEEE 802.3 и используют метод доступа к среде CSMA/CD.

В настоящий момент существует три основные разновидности технологии, которые функционируют на базе оптоволоконных кабелей или неэкранированной витой пары:

1. 10 Mbps - 10Base-T Ethernet

2. 100 Mbps - Fast Ethernet

3. 1000 Mbps - Gigabit Ethernet

10 – мегабитный Ethernet включает три стандарта физического уровня:

1. 10Base – 5 («Толстый» коаксиал) – использует в качестве передающей среды коаксиальный кабель диаметром 0.5 дюйма, волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента без повторителей – 500м. На один сегмент может подключаться не более 100 трансиверов. При построении сети используется правило «3-4- 5»(3 «нагруженных» сегмента, 4 повторителя, не более 5 сегментов). Повторитель подключается при помощи трансивера, т.о. в сети может быть не более 297 узлов. Для того чтобы предотвратить появление отраженных сигналов, используются терминаторы сопротивлением 50 Ом.

2. 10 Base – 2 («Тонкий» коаксиал) – использует в качестве передающей среды коаксиальный кабель диаметром 0.25 дюйма, волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента без повторителей – 185м. На один сегмент может подключаться не более 30 узлов. При построении сети используется правило «3-4-5»(3 «нагруженных» сегмента, 4 повторителя, не более 5 сегментов). Для того чтобы предотвратить появление отраженных сигналов, используются терминаторы сопротивлением 50 Ом.

3. 10 Base – Т (Неэкранированная витая пара) – в качестве передающей среды используются две неэкранированные витые пары, узлы подключаются к концентратору и

образуют топологию «звезда». Расстояние от повторителя до станции не более 100 метров для категории кабеля не ниже 3. Концентраторы могут соединяться между собой, увеличивая протяженность логического сегмента сети(домена коллизий). При построении сети используется правило 4-х хабов(между любыми двумя узлами сети должно быть не более 4-х повторителей), количество узлов в сети не должно превышать 1024.

100 – мегабитный Ethernet(Fast Ethernet) включает следующие спецификации:

1. 100Base – TX. Среда передачи данных - неэкранированная витая пара категории не ниже 5. Поддерживается функция автоопределения скорости. Возможна работа в полнодуплексном режиме.

2. 100Base – FX Использует многомодовое оптоволокно.

3. 100Base – T4 Использует 4 витые пары для передачи данных по кабелю 3 категории. Не поддерживает полнодуплексной передачи данных.

В сетях 100-мегабитного Ethernet используются повторители двух классов (I иII ). Повторители классаI могут соединять каналы, отвечающие разным требованиям, например, 100Base-TX и 100Base-T4 или 100Base-FX. В пределах одного логического сегмента может быть применен только один повторитель классаI . Такие повторители часто имеют встроенные возможности управления с использованием протокола SNMP.

Повторители класса II не выполняют преобразования сигналов, и могут объединять только однотипные сегменты. Логический сегмент может содержать не более двух повторителей классаII.

При построении сети необходимо учитывать следующие ограничения:

Все сегменты на витой паре не должны превышать 100 м. Оптоволоконные сегменты не должны превышать 412 м.Расстояние между концентраторами класса II не должно превышать 5м.

1000 – мегабитный (Gigabit) Ethernet описан следующими стандартами:

IEEE 802.3z(1000Base-TX, 1000Base-LX, 1000Base-SX)

IEEE 802.3ab(1000Base-T)

1000Base-TX: передающая среда – экранированный медный кабель длиной до 25м. 1000Base-LX : передающая среда – одномодовое оптоволокно, длина до 5000м. 1000Base-CX : передающая среда – многомодовое оптоволокно, длина до 550м. 1000Base-T : передающая среда – UTP CAT5/CAT5e, длина сегмента до 100м.

При проектировании сетей Ethernet должно всегда выполняться требование корректного определения коллизий. Для этого время передачи кадра минимальной длины должно превышать или быть равным размеру интервала времени, за который кадр дважды пройдет расстояние между двумя самыми удаленными узлами сети.

Технология Token Ring

Была разработана фирмой IBM в 1984 году. Топология сети Token Ring представляет собой кольцо, где все станции соединениы отрезками кабеля.Способ доступа к сети – маркерный. Право передавать данные получает та станция, которая завладела маркером – кадром специального формата. Период времени в течение которого станция может вести передачу определяется временем удержания маркера.

Данные передаются с двумя скоростями – 4 и 16 Мбит/с. Работа на разных скоростях в одном кольце не допускается. Для контроля состояния сети одна из станций при инициализации кольца выбирается на роль активного монитора.

В сети Token Ring со скоростью передачи 4 Мбит станция передает кадр данных, который по кругу передается всеми станциями, пока его не получит станция – адресат. Станция – получатель копирует кадр в свой буфер, устанавливает признак того, что кадр был успешно принят, и передает его по кольцу дальше. Станция – отправитель кадра изымает кадр из сети, и, если время удержания маркера не истекло, то передает следующий кадр данных. В один момент времени в сети присутствует либо маркер либо кадр данных.

В сети Token Ring со скоростью передачи 16 Мбит используется алгоритм раннего высвобождения маркера. Его суть заключается в том, что станция, передавшая кадр своих данных, передает следом кадр маркера, не дожидаясь возвращения кадра данных по кольцу. В этом случае по кольцу одновременно циркулируют кадры данных и маркера, но данные может передавать только станция, захватившая маркер.

Для разных типов сообщений, кадрам могут присваиваться различные приоритеты

– от 0 до 7. Кадр маркера имеет два поля в которых записываются текущее и резервируемое значения приоритета. Станция может захватить маркер только в том случае, если значение приоритета для ее данных выше или равно значению приоритета маркера. В противном случае она может записать значение приоритета своих данных в резервное поле приоритета маркера, зарезервировав его для себя во время следующего прохода(если это поле еще не зарезервировано для данных с более высоким уровнем приоритета). Станция, которая сумела захватить маркер, после завершения передачи своих данных переписывает биты поля резервного приоритета в поле приоритета маркера и обнуляет поле резервного приоритета. Механизм приоритетов используется только по требованию приложений.

На физическом уровне узлы в сети Token Ring подключаются при помощи устройств многостанционного доступа(MSAU – Multistation Access Unit), которые объединяются кусками кабеля и образуют кольцо. Все станции в кольце работают на одной скорости.Максимальная длина кольца равна 4000м.

Технология FDDI

Fiber Distributed Data Interface – Оптоволоконный интерфейс распределенных данных, разработан институтом ANSI с 1986 по1988г. Является первой технологией локальных сетей, в которой используется оптоволокно. Для повышения безотказности FDDI строится на базе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути прохождения данных. Для обеспечения надежности узлы подключают к обоим кольцам. В нормальном режиме работы данные проходят только по первичному кольцу. Если произошел отказ и часть первичного кольца не может передавать данные, то выполняется операция свертывания кольца – то есть объединение первичного кольца с вторичным и образование единого кольца.

В сетях FDDI используется маркерный метод доступа к среде передачи данных, который работает на основе алгоритма с ранним освобождением маркера. Технология FDDI поддерживает передачу двух видов трафика – синхронного(звук, видео) и асинхронного(данные). Тип данных определяется станцией. Маркер всегда может быть захвачен на определенный итервал времени для передачи синхронных кадров и лишь в случае отсутствия перегрузок кольца – для передачи асинхронного кадра.

Максимальное число станций с двойным подключением в кольце составляет 500, максимальная длина кольца – 100км. Максимальное расстояние между двумя соседними узлами равно 2км.