Базовые технологии локальных сетей. Технология Ethernet. Технология TokenRing. Технология FDDI. Развитие технологии Ethernet. Технология 100 VG - AnyLAN

Технология Ethernet

Фирменный сетевой стандарт Ethernet был разработан фирмой Xerox в 1975 году. В 1980 году фирмы DEC, Intel, Xerox разработали стандарт Ethernet DIX на основе коаксиального кабеля. Эта последняя версия фирменного стандарта послужила основой стандарта IEEE 802.3.

Локальные сети, построенные по этому стандарту, обеспечивают пропускную способность до 10 Мбит/с. Используемая топология - общая шина, "звезда" и смешанные структуры.

В стандарте 802.3, включая FastEthernet и GigabitEthernet, в качестве метода доступа к среде передачи данных используется метод коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий, метод CSMA/CD.

Данные передаются кадрами. Каждый кадр снабжается преамбулой (8 байт), которая позволяет синхронизировать работу приемника и передатчика. В заголовках кадра указывается адрес узла-получателя, который позволяет узлу-получателю распознать, что предаваемый кадр предназначен ему, и адрес узла-отправителя для отправки сообщения, подтверждающего факт получения кадра. Минимальная длина кадра - 64 байта, максимальная - 1518 байт. Минимальная длина кадра является одним из параметров, определяющих диаметр сети или максимальную длину сегмента сети. Чем меньше кадр, тем меньше диаметр сети.

Передача кадра возможна, когда никакой другой узел сети не передает свой кадр. Стандарт Ethernet не позволяет одновременную передачу/прием более одного кадра. На практике в сетях Ethernet возможны ситуации, когда два узла пытаются передать свои кадры. В таких случаях происходит искажение передаваемых данных, потому что методы стандарта Ethernet не позволяет выделять сигналы одного узла из общего сигнала и возникает так называемая коллизия. Передающий узел, обнаруживший коллизию, прекращает передачу кадра, делает паузу случайной длины и повторяет попытку захвата передающей среды и передачи кадра. После 16 попыток передачи кадра кадр отбрасывается.

 

Технологии Fast Ethernet и 100VG-AnyLAN

Развитие локальных сетей, появление новых более быстрых компьютеров привело к необходимости совершенствования стандарта Ethernet с целью увеличения пропускной способности сети до 100 Мбит/с.

В 1995 году было принято два стандарта: IEEE 802.3u, FastEthernet, основанный на разработке некоммерческого объединения FastEthernetAlliance во главе компаний SynOptics, 3Com и др., и IEEE 802.3z, WOVG-AnyLAN, основанный на разработке компаний Hewlett-Packard, AT&T и др.

Технология FastEthernet использует метод доступа CSMA/CD, такой же, как в технологии Ethernet, что обеспечивает согласованность технологий.

Отличия FastEthernet от Ethernet наблюдаются только на физическом уровне. На канальном уровне изменений нет.

Диаметр сети сократился до 200 метров, что связано с увеличением скорости передачи данных в 10 раз. Можут работать как в полудуплексном режиме (передача ведется в двух направлениях, но попеременно во времени), так и в полнодуплексном режиме (передача ведется одновременно в двух направлениях) за счет использования двух витых пар или двух оптических волокон.

В технология l00VG-AnyLAN для доступа к разделяемой среде используется приоритетный доступ по требованию DemandPriority, который может поддерживать кадры технологий как Ethernet, так и TokenRing. Сеть состоит из корневого концентратора и присоединенных к нему узлов и других концентраторов. Концентратор играет роль арбитра доступа к сети. Узел запрашивает у концентратора разрешение на передачу кадра. Если сеть свободна, концентратор отправляет кадр узлу назначения. Если сеть занята, то запрос ставится в очередь. Единовременно концентратор может хранить только один кадр.Для определения занятости сети корневой концентратор циклически выполняет опрос портов.

 

Технология GigabitEthernet

Стандарт IEEE 802.3z GigabitEthernet был принят в 1998 году на основе согласованных усилий группы компаний, образовавших объединение GigabitEthernetAlliance. Разработчики стандарта максимально сохранили преемственность предыдущих стандартов Ethernet: сохраняются все форматы кадров, полудуплексная и полнодуплексная версии протоколов, поддерживаются коаксиальный кабель, витая пара категории 5, волоконно-оптический кабель.

Поддержка полудуплексного режима метода доступа CSMA/CD сокращает диаметр сети до 25 м. Для увеличения диаметра сети до 200 м разработчики изменили размер минимального кадра с 64 до 512 байт. Для сокращения накладных расходов по передаче длинных кадров стандарт разрешает передавать несколько кадров подряд, не дополняя их до 512 байт и не передавая доступ к среде другому узлу.

 

Технология TokenRing

Технология TokenRing разработана в 1984 году фирмой IBM, на основе которой в 1985 году был принят стандарт IEEE 802.5. Сеть TokenRing так же, как и Ethernet, предполагает использование разделяемой среды передачи данных, которая образуется объединением всех узлов в кольцо. Каждый узел сети имеет связь с предшествующим и последующим узлом. Кадр данных передается от узла к узлу по кольцу в одном направлении. Такой режим называется симплексным. Для доступа к среде передачи данных применяется маркерный метод. При использовании этого метода право доступа передается с помощью специального кадра, называемого маркером. Все узлы ретранслируют кадры как повторители. Маркер передается от узла к узлу. Каждый узел, получив маркер, определяет наличие у него данных для передачи. Если данных нет, то узел передает маркер следующему узлу. Если данные есть, то маркер изымается из сети. Узел посылает свой кадр данных по кольцу. Каждый кадр снабжается как адресом получателя, так и адресом отправителя. Узел, получивший кадр с адресом получателя, совпадающим его собственным адресом, копирует данные, вставляет в кадр признак подтверждения приема и оправляет кадр дальше. Получив обратно посланный кадр с подтверждением получения, узел-отправитель отправляет в сеть новую копию маркера для передачи доступа к сети. Время доступа к сети ограничивается временем удержания маркера, в течение которого узел может послать несколько кадров данных и после чего узел обязан передать маркер в сеть. Этот алгоритм маркерного доступа используется в сетях TokenRing, которые работают на скорости 4 Мбит/с. В сетях TokenRing, которые работают на скорости 16 Мбит/с, используется алгоритм раннего освобождения маркера, суть которого заключается в отправке маркера сразу после передачи кадра данных.

 

Технология FDDI

Технология FDDI (FiberDistributedDataInterface) разрабатывается институтом ANSI, начиная с 80-х годов. В этой технологии в качестве физической среды передачи данных впервые предлагается оптоволоконный кабель. Имеется возможность использования неэкранированной витой пары.

Сеть FDDI состоит из двух колец для повышения отказоустойчивости. Данные передаются по первичному кольцу сети в одном направлении, по вторичному кольцу - в противоположном. В обычном режиме используется только первичное кольцо. В случае отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), происходит процесс сворачивания колец, при котором первичное кольцо объединяется с вторичным, образуя новое кольцо. При множественных отказах сеть распадается на несколько колец. В стандарте FDDI предусмотрено одновременное подключение узлов к первичному и вторичному кольцам и подключение только к первичному кольцу. Первое называется двойным подключением, а второе - одиночным. При обрыве узла с двойным подключением происходит автоматическое сворачивание колец. Сеть продолжает нормально функционировать. При обрыве узла с одиночным подключением сеть продолжает работать, но узел будет отрезан от сети.

Кольца сети FDDI являются разделяемой средой передачи данных, для доступа к которой применяется маркерный метод, аналогичный используемому в сетях TokenRing. Различия в некоторых деталях. Время удержания маркера является переменной величиной и зависит от степени загрузки сети. При небольшой загрузке сети время удержания маркера больше, при большой загрузке - уменьшается. Сеть FDDI поддерживает скорость 100 Мбит/с. Диаметр сети - 100 км. Максимальное количество узлов - 500. Однако стоимость реализации данной технологии значительна, поэтому область применения стандарта FDDI - магистрали сетей и крупные сети.