Основні технології локальних мереж

ОСНОВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ЛОКАЛЬНИХ МЕРЕЖ

Мережі типу Ethernet.

Загальні відомості.

Ethernet був започаткований у 1970 році (Dr. Robert M. Metcalfe) в дослідницькому центрі фірми Xerox. Перша система Ethernet працювала із швидкістю 3 Мб/с і була відома під назвою “експериментальний Ethernet”. Формальна специфікація для Ethernet була опублікована в 1980 році консорціумом DIX, утвореним фірмами DEC, Intel і Xerox; ця система вже працювала із швидкістю 10 Мб/с. На початку 80-х років DIX запропонував IEEE стандарт Ethernet, який став моделлю сьогоднішнього стандарту IEEE 802.3. Стандарт IEEE вперше був опублікований в 1985 році під назвою “IEEE 802.3 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD). Access Method and Physical Layer Specification”. Стандарт IEEE був сприйнятий Міжнародною організацією стандартизації ISO, яка зробила з неї міжнародний мережевий стандарт. В результаті мережі стандарту Ethernet і IEEE 802.3 подібні, але не ідентичні. Стандарт IEEE подає “Ethernet-подібну” систему, яка базована на оригінальній DIX Ethernet-технології. Щоб бути абсолютно точним, посилання на Ethernet-обладнання робиться так: “технологія IEEE 802/3 CSMA/CD”. Однак у цілому світі це називають оригінальною назвою Ethernet.

Стандарт 802.3 періодично модифікується для введення нових технологій. Після 1985 року до нього були уведені специфікації нових середовищ для 10 Мб/с Ethernet, наприклад, скручені пари провідників, а останньо - специфікації для 100 Мб/с Fast Ethernet. На сьогодні стандарт IEEE 802.3 описує всі мережі, базовані на Ethernet, із швидкостями 10, 100 і 1000 Мб/с. Це означає, що вони придатні до простого з'єднання одна з одною, бо належать до однієї спільноти. Для сполучення двох різних мереж Ethernet 10 Мб/с між ними достатньо ввімкнути повторювач з відповідними інтерфейсами; те ж саме справедливе для двох мереж 100 Мб/с із різними стандартами. Однак для з'єднання мереж 10 Мб/с і 100Мб/с потрібний міст. Відмінності між різними стандартами для 10 Мб/с зосереджені на Рівні 1 еталонної моделі OSI, тоді як різниці між мережами 10 Мб/с і 100 Мб/с локалізовані на підрівні MAC Рівня 2 цієї моделі.

Відношення між рівнями еталонної моделі OSI та мережами Ethernet проілюстровані в таблиці.

	Канальний	LLC або LLC+SNAP
	рівень	MAC
	Фізичний рівень	Інтерфейс + PHY

Рівень 1 OSI. Інтерфейс і PHY.

PHY - це абревіатура для трансівера. Трансівер може бути окремим пристроєм або бути інтегрованим у мережеву карту або у материнську плату ПК. На цьому рівні виявляються реальні різниці між різними стандартами. Кожен з них має власний документ, яким описується відповідний стандарт:

· Ethernet 10 Мб/с - IEEE 802.3a-t;

· Ethernet 100 Мб/с - IEEE 802.3u;

· Ethernet 1000 Мб/с - IEEE 802.3z.

Рівень 2 OSI.

MAC: IEEE 802.3 CSMA/CD.

Ціле сімейство мереж Ethernet основане на протоколі CSMA/CD.

Синхронізація, впроваджена для передавання та примання, відрізняється для мереж із різними швидкостями, як це показане в табл. 4.1.

Таблиця 4.1. Тривалість біта та часової щілини між пакетами для різних стандартів Ethernet.

	10 Мб/с	100 Мб/с	1000 Мб/с
Тривалість біта (BT)	100 нс	10 нс	1 нс
Щілина між пакетами	96*BT або 9.6 мкс	96*BT або 0.96 мкс	96*BT або 0.096 мкс

LLC. SNAP (SubNetwork Attachment Point - точка під'єднання підмережі). Для SNAP і IEEE 802.2 див. п.п. 4.1.3.2.

Елементи системи Ethernet.

Систему Ethernet складають три основні елементи:

· фізичне середовище, яке застосоване для переносу сигналів Ethernet між комп’ютерами;

· рамка (пакет) Ethernet, яка складається із стандартизованої системи бітів, використаної для переносу даних через систему;

· правила доступу до середовища, вбудованs в кожний інтерфейс Ethernet, що дозволяє багатьом комп’ютерам коректно здобувати доступ до спільних каналів Ethernet.

Локальні мережі Ethernet використовують широкомовну мережеву топологію, тобто сигнал, який передається довільною станцією, досягає до всіх інших станцій в мережі. Будь-який комп’ютер в мережі Ethernet, відомий під назвою станція, оперує незалежно від усіх інших станцій в мережі: центральне управління відсутнє. Всі станції в Ethernet під’єднані до спільної сигнальної системи, яка називається середовище. Хоч усі локальні мережі в основній смузі частот передають у півдуплексному режимі, одночасно вести передачу може тільки одна робоча станція. Сигнали Ethernet передаються послідовно, біт за бітом через спільне сигнальне середовище до під’єднаної до нього робочої станції. Щоб вислати дані, станція спочатку прослухує канал, і коли канал простоює, станція висилає свої дані, упаковані у вигляді рамки або пакету Ethernet. Рамки Ethernet і стандарту IEEE 802.3 незначно відрізняються між собою.

Після передавання кожної рамки, всі станції в мережі мусять змагатися за нагоду передати наступну рамку. Цим досягається коректність доступу до мережевого зв'язкового каналу, так що жодна станція не може блокувати інші станції. Доступ до спільного каналі визначений механізмом управління доступом до середовища (Medium Access Control - MAC), вбудованим в інтерфейс Ethernet, розміщений у кожній станції. Механізм управління доступом до середовища оснований на системі, яка називається множинний доступ з розпізнаванням носія і виявленням колізій (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - CSMA/CD).

Кожна станція в мережі має унікальну адресу і повідомлення може бути адресоване таким чином:

· Адресація конкретній станції: повідомлення адресується тільки одній станції в мережі.

· Багатоадресна адресація: повідомлення адресується групі станцій через пов'язання їх унікальних адрес з логічним ім’ям (наприклад, файлові сервери, прінт-сервери).

· Широкомовна адресація: повідомлення адресується всім станціям.

Адреси і рамки Ethernet.

Основою системи Ethernet є пакет або рамка Ethernet, яка застосовується для передавання даних між комп’ютерами. Рамка складається із системи бітів, організованих в окремі поля. Загальний вигляд типової рамки Ethernet показаний на рис. 4.1.

Адреса (від кого)

Адреса (кому)

Тип пакету

Дані/Повідомлення

Контрольна сума (CRC)

Рис. 4.1. Загальний вигляд рамки Ethernet.

Адресація.

Перші два поля в рамці переносять 48-бітові (6-октетні) адреси, які називають адресою призначення та адресою джерела. IEEE керує призначенням цих адрес шляхом адміністрування порцією адресного поля. IEEE досягає цього, забезпечуючи 24-бітовий (4-октетний) ідентифікатор, який називають організаційно-унікальними ідентифікаторами (Organizationally Unique Identifiers - OUI), оскільки унікальний 24-бітовий ідентифікатор приписаний кожній організації, яка хоче випускати інтерфейс Ethernet. Організація, в свою чергу, створює 48-бітову адресу з використанням приписаного OUI як перших 24 бітів адреси. Наприклад, адреси всіх карт фірми 3Com починаються трьома байтами 02 60 8C (в шістнадцятковому форматі). Ця 48-бітова адреса відома як фізична адреса, адреса обладнання або MAC-адреса.

Унікальна 48-бітова адреса звичайно надається кожній карті мережевого інтерфейсу Ethernet при його виготовленні, що значно спрощує встановлення мережі та оперування в ній. Надані адреси дозволяють уникнути можливих ускладнень в адмініструванні адресами для різних груп, які використовують мережу.

Коли деякий пакет Ethernet висланий у спільний сигнальний канал, всі інтерфейси Ethernet перш за все розглядають 48-бітове поле, яке містить адресу призначення. Інтерфейси порівнюють адресу призначення пакету із своєю власною адресою. Інтерфейс Ethernet із тією ж адресою, що й адреса призначення в пакеті, може читати отриманий пакет і передати її мережевому програмному забезпеченню цього комп’ютера. Всі інші мережеві інтерфейси припиняють читання пакету, коли встановлюють, що адреса призначення не відповідає їх власній адресі.

Багатоадресність дозволяє групі станцій прийняти окремий пакет Ethernet. Мережеве програмне забезпечення може встановити інтерфейс Ethernet станцій для прослуховування багатьох визначених адрес. Це можливо зробити для системи станцій, приписаних до багатоадресної групи, для якої дана особлива адреса. Окремий пакет, висланий за адресою, приписаною групі, може бути прийнятий всіма станціями в групі.

Особливий випадок багатоадресності відомий як широкомовна адреса, якою є 48-бітова адреса із усіма бітами, рівними одиниці (тобто адреса рівна FF FF FF FF у шістнадцятковій формі запису). Всі інтерфейси Ethernet, які бачать пакет з цією адресою призначення, можуть читати пакет і передати його мережевому програмному забезпеченню комп’ютера.

Структури рамок Ethernet.

Відомі чотири основні види рамок Ethernet: рамка в стандарті Ethernet II (DIX), у стандарті 802.2, у стандарті 802.3 та у стандарті Ethernet-SNAP (SubNetwork Access Point). Хоч відмінності між рамками в різних стандартах незначні, ці види в загальному випадку несумісні між собою і вимагають спеціального настроювання, яке може здійснюватися адміністратором мережі або автоматично.

Границі байтів (октетів) è

Преамбула/початковий обмежувач рамки (8)

Адреса призначення (6)

­

Адреса джерела (6)

Поле рамки

Тип рамки (2)

¯

Дані

­

(46...1500)

. . .

Поле даних

46... 1500

Доповнення (якщо потрібно)

¯

Контрольна послідовність (4)

Поле рамки

× 4

Повна довжина рамки

64... 1518

Рис. 4.2. Рамка в стандарті Ethernet II.

Рамка в стандарті Ethernet II. Стандарт Ethernet II є попередником стандарту 802.3. Цей тип рамки, опрацьований DIX, забезпечує той самий метод доступу CSMA/CD, що й 802.3 (рис.4.2). Щоб дозволити всім станціям у мережі зсинхронізувати свої тактові генератори трансіверів для забезпечення передавальній станції можливості виявлення сигналів інших станцій, застосовується 7-октетна преамбула і 1-байтовий початковий обмежувач рамки (рис. 4.3). 7-байтовапреамбула і 1-байтовий початковий обмежувач гарантують, що станція, що передає, може виявити інше передавання (або сигнал глушіння, який сигналізує про колізію) незалежно від того, як далеко в сегменті розташована інша станція, що створила колізію. Преамбулу/початковий обмежувач звичайно розглядають як частину апаратно-програмного забезпечення передавання даних через кабельну систему, а не як частину власне рамки.

Преамбула/початковий обмежувач рамки (8)

 

Преамбула (7) 10101010...

Початковий обмежувач (1) 10101011

Рис. 4.3. Преамбула/початковий обмежувач рамки.

Безпосередньо за преамбулою та початковим обмежувачем розташовані 6-октетні поля адрес станції-призначення і станції-джерела та 2-октетне поле типу рамки. Разом ці три поля утворюють заголовок рамки Ethernet II. При передаванні кожного байта адресного поля біти передаються справа наліво, тобто першим передається наймолодший (перший справа) біт. Для адреси призначення перший біт, що передається (I/G), вказує, чи адреса відноситься до конкретної станції, чи є багатоадресною. Якщо перший байт адреси призначення непарний, то то рамка призначена групі станцій, а не одній унікальній фізичній адресі. Спеціальним випадком багатоадресності є широкомовна адреса, для якої всі біти адресного поля встановлені в "1". Як вказано вище, для індивідуальної адреси перші три байти ідентифікують виробника мережевої карти, а останні три - конкретну мережеву карту. Адреса призначення ідентифікує безпосереднього приймача в мережі, а не обов'язково остаточного приймача. Структура поля адреси призначення має такий вигляд:

Біти					...
Значення	I/G	S	S	S	S	S	S

Перший біт (I/G - individual/group) може приймати такі значення: 0 - одноадресна рамка, 1 - багато- або загальноадресна (широкомовна) рамка. Решта бітів першого байта та решта байтів цього поля (S) вказують адресу групи вузлів (перші три байти) і локальну адресу в групі (другі три байти). Для загальноадресних пакетів усі біти рівні 1. Адреса джерела ідентифікує вузол, який передав пакет. Найстарший біт першого байта (I/G) завжди рівний 0.

Поле Тип рамки ідентифікуєпротокол вищого рівня, застосований для створення пакету, інкапсульованого в рамку Ethernet II. Це можуть бути протоколи TCP/IP, XNS, AppleTalk тощо. Приклади можливих значень поля Тип рамки (в шістнадцятковому форматі) наведені в таблиці 4.2.

Таблиця 4.2. Коди протоколів вищого рівня. Значення Тип протоколу   XNS   IP   ARP   RARP 809B AppleTalk 80F3 AppleTalk ARP   IPX/SPX NetWare

Наступне поле містить дані, поміщені в рамку. Це поле може мати довжину до 1500 октетів і включає як заголовок, так і дані протоколу більш високого рівня. Повна довжина рамки Ethernet II лежить в межах від 64 до 1518 октетів. Проте це не означає, що найменша можлива довжина даних становить 64 байти; якщо дані коротші, то вводиться поле Доповнення, заповнене, наприклад, символами проміжку, які додаються для доведення довжини поля даних до 64 октетів.

Останнім полем є Контрольна послідовність рамки (Frame Check Sequence - FCS) - лишок циклічної контрольної суми (Cyclic Redundancy Checksum - CRC)для виявлення помилок при передаванні. Значення лишку циклічної контрольної суми обчислюється для всьго вмісту рамки (без преамбули/початкового обмежувача) з використанням алгоритму CRC-32. Станція, яка прийняла рамку, здіснює власне обчислення лишку циклічної контрольної суми за тим самим алгоритмом і порівнює отримане значення із вмістом вказаного поля. Якщо результати відрізняються, то пакет вважається помилковим і відкидається.

Рамка в стандарті 802.3. Існує два варіанти рамок в стандарті 802.3: формат 802.3 і "сирий" формат 802.3 (802.3 Raw Format). Відмінність між ними полягає в тому, що специфікація IEEE 802.3 визначає фізичний формат рамок CSMA/CD, додаючи до початку поля даних заголовок LLC згідно із стандартом 802.2, використовуючи для цього 3 октети на початку поля даних:

Октети поля даних
Значення	Адреса DSAP	Адреса SSAP	Поле управління

DSAP - це точка доступу до послуг призначення (Destination Service Access Point); поле має такий вигляд (I/G=0 для індивідуальної адреси, I/G=1 для групової адреси і D - біти значення адреси DSAP):

I/G

D

D

D

D

D

D

D

SSAP - це точка доступу до послуг джерела (Source Service Access Point), поле має такий вигляд (C/R означає команду в полі управління, а C/R=1 - відклик на неї; S - біти адреси SSAP):

C/R

S

S

S

S

S

S

S

Деякі найбільш поширені значення SAP (Service Access Point), визначені IEEE:

Значення	Тип послуг
	IBM SNA
	IP
	3Com
AA	SNAP (SubNet Access Point)
E0	Novell
F0	NetBIOS
F4	LAN Manager FE-CLNS

Поле управління визначає вид послуг від Мережевого рівня (Рівень 3):

· режим передавання без встановлення сполучення і без підтвердження (connectionless mode), визначений як операція типу 1;

· режим передаванням із встановленням сполучення (connection mode), визначений як операція типу 2.

Початкові відомості про ці режими наведені в п.п. 1.3.2. Операція типу 1 кодується в полі управління як 03, що означає нечисловий формат в стандарті 802.2.

Найновіший тип протоколу - SNAP (SubNetwork Attachment Point ~ точка під'єднання до підмережі) доповнює заголовок LLC 5-байтовим полем ідентифікації протоколу. Для буль-якої рамки 802.3 LLC+SNAP поля DSAP і SSAP дорівнюють AA і в полі управління встановлене значення 03:

LLC	SNAP
AA	AA
	3 октети OUI	2 октети поля TYPE

OUI (Organization Unique Identifier) ідентифікує організацію, а поле TYPE визначає тип протоколу, який помістив інформацію в поле даних (див. табл. 4.2). Для даного прикладу це протокол IP (код рівний 0800).

"Сирий" формат рамки 802.3 застосовується лише в мережах Novell NetWare. Замість заголовка LLC NetWare додає власну інформацію про протокол вищого рівня. Перші два байти поля даних містять інформацію заголовка протоколу IPX і завжди рівні FF FF. Ці два байти уможливлюють розпізнання того, що рамка "сирого" 802.3 містить інкапсульовану інформацію від протоколу IPX. Слід відзначити, що IEEE не рекомендує формат "сирого" 802.3, використаного Novell; він рекомендує тільки рамки 802.3, які містять заголовки 802.2 і 802.2 SNAP.

Основна різниця між рамками в стандартах Ethernet II і 802.3 полягає у використанні двобайтового поля після адреси джерела (див. рис. 4.2 і 4.4). Якщо Ethernet II визначає це поле як Тип рамки, то 802.3 використовує його як поле Довжина даних. Хоч видається, що це робить рамки Ethernet II та 802.3 несумісними в рамках одної кабельної системи, насправді це не так. Сумісність можлива внаслідок того, що для рамок 802.3 існує обмеження довжини рамки до 1518 байтів (октетів), а всі рамки типу Ethernet II мають значення цього поля, більші від 1518 (у десятковому форматі) або 05 FE (у шістнадцятковому форматі). Отже, якщо рамка має значення 05 FE або менше у 13-му та 14-му байтах, то вона розглядається як рамка 802.3.

Друга різниця між рамками Ethernet II і 802.3 видна в полях адреси призначення і адреси джерела. Тоді як Ethernet II використовує один біт для індикації багатоадресності, 802.3 застосовує для цього два біти. Структура поля адреси призначення в стандарті 802.3 має такий вигляд:

Біти					...
Значення	I/G	U/L	S	S	S	S	S

Перший біт (I/G - individual/group) приймає такі значення: 0 - одноадресна рамка, 1 - багато- або широкомовна рамка. Другий біт -це ознака U/L (universal/local) унівесальної (0) або локальної (1) адреси. Решта байтів цього поля (S) вказують адресу групи вузлів (перші три байти) і локальну адресу в групі (другі три байти). Другий біт рідко застосовується в мережах Ethernet. Його використання в основному пов'язане з операціями мостів при об'єднанні мереж з різними методами доступу (наприклад, Ethernet і Token Ring).

Границі байтів (октетів) è
Преамбула/початковий обмежувач рамки (8)
Адреса призначення (6)										­
Адреса джерела (6)									Поля рамки
Довжина даних (2)										¯
Дані										­
(46...1500)	. . .								Поле даних	46... 1500
Доповнення										¯
Циклічна контрольна сума рамки (CRC) (4)									Поле рамки	× 4
Повна довжина рамки, байтів	64... 1518

Рис. 4.4. Рамка в стандарті IEEE 802.3.

Протокол CSMA/CD.

Загальні відомості.

Протоколи, в яких станції прослухують носій (тобто розпізнають наявність передавання) і діють відповідно до його присутності або відсутності, називають протоколами з розпізнаванням носія. Це означає, що принципово можна розрізнити сигнали для логічних "1", "0" і відсутність сигналів у каналі зв'язку. В термінології Ethernet, будь-який інтерфейс мусить очікувати до моменту, коли в каналі немає сигналу, і тільки тоді починати передавання. Якщо в цей час передає інший інтерфейс, то в каналі буде наявний сигнал, який називають носієм. Всі інші інтерфейси мусять чекати, доки наявність носія припиниться, перш ніж пробувати передавати, і цей процес називають розпізнаванням носія.

Всі інтерфейси Ethernet рівні у своїй можливості вислати пакет у мережу, тобто жоден не має вищого пріорітету. Це називають множинним доступом.

Оскільки сигнал потребує певного часу, щоб переміститися з одного кінця мережі до іншого, то перший біт переданого пакету не осягає всіх частин мережі одночасно. Отже, можливо, що два інтерфейси, прослуховуючи мережу, встановлюють, що вона простоює і одночасно починають передавання своїх пакетів. Якщо це стається, то система Ethernet має шлях для виявлення колізії, зупинки передавання і повторного передавання пакетів. Це називають виявленням колізії. При виявленні колізії кожна із станцій повинні негайно припинити передавання, перш ніж завершиться висилання їх рамок. Негайне припинення висилання фрагментів рамок зберігає час та ширину смуги.

Протокол CSMA/CD, як і багато інших протоколів LAN, використовує концептуальну модель, зображену на рис. 4.5. У точці, позначеній як t₀,, станція завершує передавання рамки. Будь-яка інша станція, яка у цей момент має рамку, готову до передавання, може спробувати це зробити. Якщо дві або більше станції одночасно вирішать передавати, то виникне колізія. Кожна станція виявить колізію, перерве своє передавання, вичекає протягом випадкового інтервалу часу і спробує передавати знову за умови, що в цьому часовому проміжку жодна інша станція вже не почала передавати. Отже, ця модель для CSMA/CD містить періоди змагання за доступ до каналу та передавання, при чому періоди простою з'являються тоді, коли всі станції не передають.

Час обігу петлі.

Щоб система управління доступу до середовища працювала належним чином, усі інтерфейси Ethernet повинні бути здатні відповідати на інші сигнали всередині певного часового інтервалу. Синхронізація сигналів базована на інтервалі часу, даному для того, щоб сигнал, висланий від одного кінця повної системи сигнального середовища, повернувся назад; цей інтервал відомий як час обігу петлі. Максимальний час обігу петлі для сигналу в спільному каналі Ethernet є строго обмежений, щоб забезпечити будь-який інтерфейс можливістю слухати всі мережеві сигнали всередині визначеного інтервалу часу, передбаченого в системі управління доступом до середовища Ethernet. Чим довший даний сегмент мережі, тим більше часу потрібно, щоб сигнал перемістився через нього.

Передавання сигналу триває певний час, за який сигнал поширюється вздовж кабеля. Якщо затримка поширення занадто велика, то процес передавання може бути закінчений перед тим, як вузол виявить колізію. Для уникнення цього затримка не повинна перевищувати часу, еквівалентного тривалості передавання 512 бітів (тобто 64 октетів). Мінімальна довжина рамки не повинна бути менша від 64 октетів, щоб механізм виявлення колізій діяв правильно.

Максимальна кількість рамок, які можуть бути вислані за секунду, може бути обчислена так. При швидкості 10 Мб/с тривалість передавання рамки довжиною 64 октети (512 бітів) становить 51.2 мкс. Преамбула (8 октетів) передається за 6.4 мкс. До цього слід додати часовий інтервал між рамками, рівний 9.6 мкс. Сума становить 67.2 мкс, тому за секунду можна передати не більше від 14880 рамок. При швидкості 100Мб/с за секунду можна передати 148809 рамок довжиною 64 октети.

Завершення пакету даних (рамки) завжди сигналізується шляхом включення сигналу стану IDL в потік бітів. Він завжди починається з високого рівня і триває протягом часового інтервалу щонайменше 2 бітів. Якщо останні біти були нулями, то в потік бітів включається додатковий перехід через нуль (transition).

Розв'язання колізій.

Система Ethernet спроектована так, що більшість колізій в мережі, яка не перевантажена, розв’язуються за мікросекунди. Звичайно колізія не приводить до втрати даних. У випадку колізії інтерфейс Ethernet очікує відступу кілька мікросекунд і потім автоматично повторює передавання даних. Для мереж, перевантажених трафіком, може трапитися, що колізії наступають багаторазово при спробах передавання даного пакету. Це також нормальний режим. Якщо при спробах здійснити передавання трапляються повторні колізії, то станція розпочинає розвивати систему часових інтервалів затримки, в яких випадково вибирається момент часу для повторного передавання. Повторні колізії для даної спроби передавання пакету вказують на зайнятість мережі. Розподіл процесу затримки, формально відомий як обмежений бінарний експоненціальний відступ, є розумною властивістю MAC Ethernet, який забезпечує для станції автоматичний метод підстроювання характеристик трафіку мережі. Тільки після 16 послідовних колізій для даної спроби передавання пакету інтерфейс може остаточно відкинути пакет Ethernet. Це може статися тільки тоді, коли канал Ethernet перевантажений протягом достатньо довгого періоду часу або розірваний в іншим чином.

Розглянемо тепер, як здійснюється рандомізація в алгоритмі обмеженого бінарного експоненціального відступу. Для цього знову використаємо модель рис. 4.5. Після колізії час ділиться на дискретні інтервали (часові щілини), довжина яких дорівнює найгіршому випадку для часу обігу петлі в кабелі (2 t). Для пристосування до найдовшого можливого шляху, який дозволяється в кабельній системі стандартом 802.3 (2500 м і чотири повторювачі для мережі 10Base5) тривалість інтервалу (щілини) становить величину, кратну до 512 біт (або 51.2 мкс при швидкості 10 Мб/с).

Графік повторного передавання базується на такій формулі:

-1,

де I - кількість часових щілин перед повторним передаванням, вибирається випадково;

k=min(n,10), при цьому n - це порядковий номер спроби повторного передавання.

Це означає, що після першої колізії кожна станція вибирає випадково 0 або1 часових інтервалів для очікування, перш ніж розпочати повторну спробу. Після другої колізії (ймовірність якої дорівнює 0.5) випадковий вибір для очікування здійснюється з 0, 1, 2 або 3 інтервалів. В загальному випадку після k -ї колізії вибирається випадкове число I в інтервалі 0..2 ^k -1 і очікується таку кількість часових інтервалів. Однак піся 10 колізій інтервал випадкового вибору обмежується до 1023 щілин. Після 16 колізій контроллер припиняє повторні спроби і видає повідомлення про аварійну ситуацію.

Цей алгоритм вибраний для динамічного пристосування до кількості станцій, які пробують отримати доступ до середовища для передавання. Якщо інтервал випадкового вибору для всіх колізій лежить в межах 0..1023, то шанс повторної колізії двох станцій нехтуюче малий, однак середнє очікування після колізії може становити сотні часових інтервалів, що викликає значну затримку. З другого боку, якщо вибір здійснюється в інтервалі чисел 0..1, то коли 100 станцій пробують отримати доступ, то вони знову і знову вступають в колізії, що може тривати дуже довго. Через експоненціальне зростання інтервалу випадкового вибору щілини при колізіях, які послідовно наступають одна за одною, алгоритм гарантує малий час затримки при малій кількості станцій, що вступають у колізію, і гарантує, що колізії розв'язуються у прийнятний інтервал часу, якщо багато станцій колідують між собою.

Мережеві адаптери.

Мережеві карти Ethernet.

Мережеві карти Ethernet називають Etherlink. Будь-яка карта Etherlink забезпечує два конектори: BNC для тонкого коаксіалу і DB-15 AUI для мереж з товстим коаксіалом. Окремі карти Etherlink включають автоконфігураційну опцію, яка дозволяє відчути, чи кабель під’єднаний до порта AUI; при відсутності такого кабеля автоматизно активується порт BNC. Інші карти мають ручні перемикачі, які дозволяють вказати відповідний тип кабеля. Карти Etherlink мають:

· перетворення даних з послідовного у паралельне представлення і навпаки;

· сторожевий таймер, який запобігає неперервному передаванню (Jabber Function);

· діагностичну петлю для виявлення аварій станції;

· генератор часових відміток з частотою 10 МГц;

· манчестерське кодування/декодування;

· управління доступом до середовища з використанням методу CSMA/CD;

· формування рамок для передавання;

· буферну пам’ять з використанням техніки DMA;

· додаткову постійну пам’ять (Read-Only Memory - ROM) - забезпечує за допомогою booting systems віддалено від сервера;

· ізоляційний конвертер та ізоляційний трансформатор; ізоляція гарантована до напруги 500 В для 10Base2 і до 200 В для 10Base5;

· PROM для збереження конфігурації та унікальної MAC-адреси.

Більшість мережевих карт мають специфікацію Plug-n-Play (P-n-P). Для P-n-P-систем карти автоматично конфігуруються без втручання користувача, якщо система P-n-P відсутня, то конфігурування здійснюється вручну через програму встановлення (setup program) і/або встановленням DIP-перемикачів. Найбільше проблем виникає з мережевими картами для шини ISA, яка застосовується в більшості комп'терів типу AT а їх клонах (AT/286, AT/386, AT/486) Цікарти конфігурують вручну звикористанням перемичок або прогармно.

Наявні карти для підтримки всіх мережевих стандартів, включно з Fast Ethernet. Карти для Fast Ethernet часто дозволяють використання швидкостей 100 Мб/с і 10 Мб/с і автоматично встановлюються на потрібну швидкість (режим автоузгодження ~ Autonegotiation). Іншою опцією є повний дуплекс (full duplex), коли карта оперує з подвійною швидкістю (20 Мб/с для звичайного Ethernet і 200 Мб/с для Fast Ethernet).

Як діють мережеві карти.

Для функціонування мережеві карти потребують програмного драйвера. Цей програмний драйвер забезпечує інтерфейс між картою та операційною системою, роблячи послуги мережевої карти доступними користувачу. Програмний драйвер звичайно конфігурується для узгодження ресурсів із встановленими в мережевій карті. Це здійснюється через конфігураційну утіліту і результат зберігається у виконуваному файлі або в окремому файлі (такому як.ini або.cfg). Очевидно важливо при конфігуруванні програмного драйвера узгодити програмні встановлення із встановленнями, сконфігурованими в мережевій карті. Ресурси, які вживаються картою, можна встановити перемичками або перемикачами. Нові карти можуть бути сконфігуровані програмно, при цьому карти зберігають конфігурацію при вимкненні живлення.

Програмні драйвери забезпечують такі функції:

· процедуру ініціювання;

· процедуру переривання;

· процедури передавання і приймання даних;

· процедури визначення стану, конфігурації та управління.

Основні операції виглядають так:

· карта передає дані;

· карта генерує переривання через управління лінією запитів на переривання;

· процесор відповідає на запит переривання і переходить до процедури обслуговування;

· процедура обслуговування інструктує процесор щодо читання даних із вказаного порта;

· процедура обслуговування звільняє процесор для продовження попередньої роботи.

Головна проблема полягає у надаванні значень тих ресурсів, які вже використовуються або системою, або іншою мережевою картою Тому доречно знати, які ресурси і як використані загалом периферійних пристроїв. Поширені ресурси наведені нижче в таблицях.

Таблиця 4.2. Поширені адреси портів вводу/виводу.

Адреси портів	Периферійний пристрій
200-207h	Адаптер вводу/виводу для ігор (Game I/O Adaptor)
210-217h	Пристрій розширення XT (XT Expansion Unit)
220h	Звуковий програматор (SoundBlaster)
278-27Fh	LPT2
2E8-2EFh	COM4
2F8-2FFh	COM2
300-30Fh	Адаптер кольорових зображень (Color Video Adaptor)
320-32F	Жорсткий диск XT (XT Hard Disk)
330h	Звуковий програматор MIDI (SoundBlaster MIDI)
378-37Fh	LPT1
3A0-3A9h	Синхронний адаптер IBM (IBM Synchronous Adaptor)
3B0-3BFh	Адаптер монохромних зображень (Monochrome Video)
3E8-3EFh	COM3
3F0-3F7h	Гнучкий диск (Floppy Disk)
3F8-3FFh	COM1

Таблиця 4.3. Поширені переривання. Таблиця 4.4. Поширені адреси в пам'яті.

IRQ	Лінія периферійного пристрою		Адреси	Периферійний пристрій
	EGA/VGA		A0000-BFFFFh	EGA/VGA
	COM2		B0000-B7FFFh	Monochrome
	COM1		B8000-BFFFFh	CGA
	LPT2, Bus mouse, Network		C8000-CFFFFh	XT Disk
	Floppy Disk		F4000-FFFFFh	AT ROM BIOS
	LPT1		F8000-FFFFFh	PC/XT ROM BIOS
	EGA/VGA
	Co-Processor
	AT Disk Controller

 

Таблиця 4.5. Поширені лінії DMA.

DMA	Лінія периферійного пристрою
	Кола пам'яті (Memory Circuitry)
	Резерв (Spare)
	Привід гнучкого диска (Floppy Drive)

Повторювачі Ethernet.

Повторювач (repeater) - це пристрій, який отримує електричний або оптичний сигнал із кабеля через один інтерфейс, регенерує його і висилає в кабель через другий інтерфейс. Завданням повторювача є пересилання будь-якого вхідного сигналу до всіх інших портів без модифікації або непотрібної затримки. Це означає також пересилання сигналів колізій, фрагментів, глушіння, шумів. Повторювачі можуть мати два або більше портів. Прикладом багатопортового повторювача є габ у мережі Ethernet. Порти повторювача не мусять бути ідентичними. Вони можуть передавати сигнали від входу для провідного кабеля до входу для оптоволоконного кабеля, але це можливе тільки в межах тієї самої топології. Наприклад, можна переслати сигнал від 10Base-T до 10Base-F, але не можна побудувати повторювач для мереж різних типів, наприклад, для Ethernet і TokenRing; пристрої, які можуть здійснювати такі сполучення, називають мостами. Всередині повторювача є два або більше трансіверів (відповідно до кількості портів) та логічні елементи, які з'єднують трансівери між собою. Оскільки повторювачі містять тільки трансівери, які не аналізують жодної інформації про регенеровані сигнали, тому їх відносять до пристроїв Рівня 1 (Фізичного рівня) моделі OSI.