Технология 10 Gigabit Ethernet

Относится к стандарту IEEE 802.3АЕ. Представляет собой высокоскоростной сетевой протокол, предназначена для реализации быстрых магистралей в локальных сетях. Эта технология соответствует «истинному» стандарту Ethernet, но функционирует только в полнодуплексном режиме (одновременная двунаправленная передача данных в одной коммуникационной среде).

 

Спецификация

1) 10GBASEER. Одномодовый оптоволоконный кабель для расстояний не более 40 тыс. м.

2) 10GBASEEW. Одномодовый оптоволоконный кабель для расстояний не более 40 тыс. м.

3) 10GBASELR, 10GBASELW. Одномодовый оптоволоконный кабель для расстояний не более 10 тыс. м.

4) 10GBASELX4. Многомодовый оптоволоконный кабель для расстояний не более 300 м.

5) 10GBASESR, 10GBASESW. Многомодовый оптоволоконный кабель для расстояний не более 65 м.

 

 

Технология Token Ring

Основные характеристики

Сеть – реализация стандарта IEEE 802.5. Топология «звезда-кольцо», метод доступа - с передачей маркера. Кабельная система – экранированная и неэкранированная витая пара. Скорость передачи данных – 4 и 16 Мбит/сек. Тип передачи – немодулированный.

Типичная топология сети – кольцо, но в версии IBM это топология «звезда-кольцо»: компьютеры в сети соединяются с центральным концентратором, а маркер передается по физическому кольцу, реализуемое в концентраторе.

ПК

ПК

ПК

ПК

....

ПК

ПК

ПК

ПК

 

 

Физическая – звезда, логическая - кольцо

Маркерный метод доступа к разделяемой среде

Как только в сети Token Ring начинает работать 1 компьютер, он вырабатывает маркер, маркер проходит по кольцу от компьютера к компьютеру пока один из них не сообщит о готовности передать данные и не возьмет управление маркером на себя. Маркер – последовательность битов, позволяющая компьютеру отправлять данные по кабелю. В течение всего времени, когда маркер захвачен каким-либо компьютером, другие компьютеры передавать данные не могут. Захватив маркер, компьютер отправляет кадр данных в сеть, он проходит по кольцу, пока не достигнет узла с адресом, соответствующему адресу приемника в сети.

Компьютер-приемник копирует кадр в буфер приема и делает пометку в поле статуса маркера о получении информации. Кадр продолжает передаваться по кольцу, пока не достигнет отправившего его компьютера, который и удостоверяет, что передача прошла успешно. После этого компьютер изымает кадр из кольца и возвращает туда маркер. В сети одномоментно может передаваться только один маркер и только в одном направлении.

 

Кабельная система технологии

Данная технология позволяет использовать для соединения конечных станций и концентраторов типами: экранированная витая пара типа 1 и 2; неэкранированная категории 3, 4 и 5; оптоволокно.

Максимальная длина кольца – 4000 м. Если используется экранированная витая пара 1 типа, в кольцо допускается объединять до 260 станций при длине кабеля до 100 м, а при использовании неэкранированной витой пары максимальное количество станций – 72, длина кабеля уменьшается до 45 м.

 

Форматы кадра технологии Token Ring

Существует 3 формата кадра: кадр маркера, кадр данных и прерывающая последовательность (состоит всего из 2 байт, содержащих начальный и конечный ограничитель, может появиться в любом месте потока битов и сигнализирует о том, что текущая передача кадра или маркера отменяется).

 

 

1 – стартовый разделитель – определяет начало кадра

2 – управление доступом – указывает на приоритет кадра и на то, что передается: кадр маркера или кадр данных

3 – управление кадром – содержит информацию управления доступом в среде для всех компьютеров или информацию «конечной станции» только для одного компьютера

4 – адрес приемника

5 – адрес источника

6 – данные

7 – контрольная последовательность кадра

8 – конечный разделитель – сигнализирует о конце кадра

9 – статус кадра – сообщает, был ли распознан и скопирован кадр, доступен ли адрес приемника

 

 

Технология FDDI

Сеть FDDI строится на основе 2 оптоволоконных колец (рис.17), которые образуют основной и резервные пути передачи данных между узлами сети.

Именно наличие 2 колец стало основным способом повышения отказоустойчивости с сети FDDI. Узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам.

Рис.17

 

 

В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного кольца (primary). Это режим (thru) – «сквозной» или «транзитный». Вторичное кольцо (secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется с вторичным, вновь образуя единое кольцо (рис.18). Этот режим работы сети - Wrap, т.е. «свертывание» или «сворачивание» колец.

Рис.18

 

Операция свертывания производится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров технологии FDDI.

Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении (на диаграммах это направление по часовой стрелке), а по вторичному – в обратном (против часовой стрелки). Поэтому при образовании общего кольца их двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

 

Метод доступа в FDDI

Кольца в FDDI, как и в 802.5, рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, для нее определен метод доступа, близкий к Token Ring – метод маркерного кольца - token ring.

Станция может начать передачу своих собственных кадров данных только в том случае, когда она получила от предыдущей станции специальный кадр – маркер (токен) доступа. После этого она может передавать свои кадры, если они у нее имеются в течении времени, называемого временем удержания токена – Token Holding Time (THT).

После истечения времени ТНТ станция обязана завершить передачу своего очередного кадра и передать маркер доступа следующей станции. Если же в момент принятия маркера у станции нет кадров для передачи по сети, то она немедленно копирует.

 

 

Сетевое оборудование

1. Сетевые адаптеры.

Это сетевое оборудование, обеспечивающее функционирование сети на физическом и канальном уровнях модели OSI. Относится к периферийному устройству компьютера, непосредственно взаимодействующему со средой передачи данных. Для реализации сетевого соединения нужны 4 компонента: коннектор, соответствующий сетевой передающей среде; трансивер; контроллер; микропрограммное обеспечение для управления протоколом.

Коннекторы разрабатываются для конкретного типа коммуникационной среды (для витой пары, коаксиального кабеля). Некоторые сетевые платы изготавливаются с несколькими разъемами и поэтому могут использоваться с различными типами среды. Кабельные разъемы подключаются к трансиверу.

Трансивер – устройство, обеспечивающее передачу и прием сигналов по коммуникационному кабелю. Общая задача блока контроллера (МАС) и программно-аппаратных средств – правильно упаковать адрес источника и назначения, передаваемые данные и контрольную сумму. Блок контроллера выполняет задачи: обеспечивает целостность канала и надежную передачу данных; следит за тем, чтобы сетевые адаптеры на обоих коммуникационных узлах выдерживали паузу, равную 9,6 мкс.

Функции сетевых адаптеров:

· гальваническая развязка;

· прием/передача данных;

· формирование пакета. Сетевой адаптер должен разделить данные на блоки в режиме передачи данных и оформить их в виде кадра определенного формата;

· доступ к каналу связи – набор правил, обеспечивающих доступ к среде передачи. Выявление конфликтных ситуаций и контроль состояния сети;

· идентификация своего адреса в принимаемом пакете;

· кодирование и декодирование данных;

· буферизация;

· переда/прием импульсов;

· преобразование параллельного кода в последовательный код.
2. Повторитель (репитер).

Соединяет 2 или несколько кабельных сегментов и ретранслирует любой входящий сигнал на все другие сегменты. Работают на физическом уровне модели OSI и позволяет соединять пользователей в удаленных концах здания.

Повторитель выполняет следующие функции:

1) фильтрование искажения сигнала или шума, вызванные радио- или электромагнитными помехами;

2) усиление входящего сигнала и восстановление его формы для более точной передачи;

3) синхронизация сигнала;

4) воспроизведение сигнала на всех кабельных сегментах.

Кабельные сегменты, которые можно соединить при помощи повторителя: тонкий и толстый коаксиальный кабель, тонкий и тонкий коаксиальный кабель, толстый и толстый коаксиальный кабель, толстый коаксиальный кабель и оптоволокно, витая пара и оптоволокно, толстый коаксиальный кабель и витая пара, тонкий коаксиальный кабель и витая пара, оптоволокно и оптоволокно.

Достоинства повторителей – они представляют собой недорогой способ расширения сети. Недостаток – могут создать дополнительный трафик загруженности сети, т.к. ретранслируют входящий сигнал во все исходные сегменты.

повторители могут быть многопортовыми (от 2 до 8 дополнительных сегментов).

3. Мосты (bridge).

Это сетевые устройства, соединяющие между собой сегменты локальной сети. Решают следующие задачи:

1) могут расширить локальную сеть в случае, когда достигнут лимит на максимальное количество соединителей;

2) могут расширить локальную сеть и обойти ограничения на длину сегментов, т.е. могут наращивать сегмент;

3) сегментировать локальные сети для ликвидации узких мест в сетевом трафике;

4) предотвращать неавторизованный доступ к сети.

Мосты работают на канальном уровне модели OSI и могут считывать весь сетевой трафик и физические адреса кадров. В процессе всей работы мост просматривает MAC-адреса передаваемых через него кадров и строит таблицу известных целевых адресов.

Главное достоинство мостов – сосредоточение трафика в конкретных сетевых сегментах.

Недостаток – если мосту неизвестен целевой сегмент, он передает кадр во все сегменты, за исключением исходного сегмента. Такой процесс называется «лавинной маршрутизацией».

Мосты «прозрачны» для любого протокола или комбинации протоколов, т.к. от них они не зависят.

Основные функции мостов:

1) анализ;

2) фильтрация;

3) пересылка.

Работа моста. После включения мост анализирует топологию сети и адреса устройств во всех подключенных сетях. Для этого мост просматривает исходный и целевой адреса во всех передаваемых ему кадрах и на основе этой информации строит свою таблицу, содержащую адреса всех узлов сети. Затем таблица адресов используется для принятия решений о пересылке трафика.

Есть 2 типа мостов: локальные и удаленные. Локальные используются для непосредственного соединения двух близко расположенных локальных сетей. Глобальные – для связи сетей, находящихся на расстоянии.

4. Маршрутизаторы (router).

Выполняет функцию анализа топологии, фильтрации и пересылки пакетов. Но в отличии от мостов они могут направлять пакеты в конкретные сети, анализировать сетевой трафик и быстро адаптироваться к изменениям сети. Соединяют локальные сети на сетевом уровне модели OSI.

Типовые задачи:

- эффективно перенаправлять пакеты из одной сети в другую, устраняя ненужный трафик;

- связывать разнородные сети;

- соединять соседние или удаленные сети;

- устранять узкие места сети, изолируя ее отдельные части;

- защищать фрагменты сети от несанкционированного доступа.

Маршрутизаторы бывают статическими и динамическими. Для статических необходима таблица маршрутизации, которую создает сетевой администратор. В них указываются фиксированные (статические) маршруты между любыми двумя маршрутизаторами. Эту информацию администратор вводит в таблицу вручную. Маршрутизатор, работающий со статическими таблицами, может определить неработоспособности какого-либо сетевого канала, но он не может автоматически изменить пути передачи пакетов без вмешательства со стороны администратора.

Динамическая выполняется независимо от сетевого идминистратора.

Протоколы динамической адресации позволяют маршрутизаторам автоматически выполнять следующие операции:

1) находить доступный маршрутизатор в сетевых сегментах;

2) определять с помощью метрик кратчайшие маршруты к другим сетям (метрика – параметр, необходимый для определения расстояния или длины пути наилучшего маршрута в сети);

3) определять моменты, когда сетевой путь к некоторому маршруту недоступен или не может использоваться;

4) применять метрики для перестройки наилучших маршрутов, когда некоторый сетевой путь становится недоступным;

5) повторно находить маршрутизатор и сетевой путь после устранения сетевой проблемы в этом пути.

 

Протоколы маршрутизации

Для взаимодействия между маршрутизаторами, находящимися в локальной системе, применяются 2 протокола: RIP (Routing Information Protoсol) для определения минимального количества ретрансляций между маршрутизаторами, после чего эта информация добавляется в таблицу каждого маршрутизатора. После этого сведения о количестве ретрансляций используются для нахождения наилучшего маршрута для пересылки пакета. RIP- маршрутизатор 2 раза в минуту посылает сообщение об обновлении маршрутов, и это сообщение содержит всю таблицу маршрутизации. В сети с несколькими маршрутами это может создать заметный измененный трафик. Недостаток – с его помощью нельзя найти наилучший маршрут, если имеются различные каналы (Ethernet и Fast Ethernet).

OSPF (Open Shortest Path First). Достоинства – при его использовании маршрутизатор пересылает только ту часть таблицы маршрутизации, которая относится к его ближайшим каналам. Такая посылка – «сообщение маршрутизаци о состоянии каналов».

Преимущества:

1) для упаковки информации о маршрутизации он использует пакеты меньшего размера, чем у RIP;

2) между маршрутизаторами распространяется не вся таблица маршрутизации, а только ее основная часть.

5. Мосты-маршрутизаторы (brouter).

Эти сетевые устройства выполняют как функции мостов, так и функции маршрутизаторов.

Функции:

1) эффективно управляют пакетами в сети со многими протоколами, включая маршрутизированные протоколы, и протоколы, которые маршрутизировать нельзя;

2) уменьшают нагрузку на каналы, изолируя и перенаправляя сетевой трафик;

3) соединяют сети;

4) обеспечивают безопасность некоторых фрагментов сети, контролируя доступ к ним.

6. Концентраторы (hub).

Это сетевые устройства, действующие на физическом уровне модели OSI.

Функции:

1) являются центральными устройствами, через которые соединяются множество узлов сети;

2) позволяют соединять большое количество компьютеров в одну или несколько локальных сетей;

3) обеспечивают связь различных протоколов (например, преобразуют Ethernet в FDDI и наоборот);

4) соединяют вместе сегменты сетевой магистрали;

5) обеспечивают соединение между различными типами передающей среды;

6) позволяют централизовать управление и структуру.

7. Коммутатор (switch).

Это устройство для соединения нескольких узлов сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передает данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети. Работает на канальном уровне модели OSI, т.е. может работать по сети по МАС-адресам.

Функции:

1) обеспечивает сквозную коммутацию;

2) поддерживает простой протокол управления сетью;

3) организовывает виртуальные сети;

4) может имитировать как мост, так и маршрутизатор.

8. Шлюз (gateway)

Это программный или аппаратный интерфейс, обеспечивающий взаимодействие между двумя различными типами сетевых систем или программ.

С его помощью можно выполнить:

- преобразование широкоиспользуемых протоколов в специализированные;

- преобразование сообщения из одного формата в другой;

- преобразование различных схем адресации;

- соединение сетей с различными архитектурами;

- перенаправление электронной почты в нужную сеть.

Шлюзы могут работать на любом уровне модели OSI.

Недостаток – сложны в установке и настройке, работают медленнее, чем маршрутизаторы.

9. Межсетевой экран (firewall)

Это комплекс аппаратных и программных средств, осуществляющих контроль и фильтрацию проходящих через него сетевых пакетов на различных уровнях модели OSI. Основная задача – защита КС или отдельных узлов от несанкционированного доступа.

10. Модем.

Позволяет пользователем ПК обмениваться информацией и подключаться к интернету по обычным телефонным линиям. Модем – сокращение от термина «модулятор-демодулятор». Модем модулирует цифровые сигналы, поступающие от ПК, в аналоговые, передаваемые по телефонной сети общего пользования, а другой модем демодулирует эти сигналы на приемном кольце, преобразовывая их в цифровую форму. Модем поддерживает в каждый момент времени только одно соединение.

Для ПК применяются встроенные и внешние модемы. Самый высокоскоростной – 56 Кбит/с.