Введение в локальные сети
Сети Ethernet и Fast Ethernet
За время, прошедшее с появления первых локальных сетей, было разработано несколько сотен самых разных сетевых технологий, однако заметное распространение получили всего несколько сетей, что связано прежде всего с поддержкой этих сетей известными фирмами и с высоким уровнем стандартизации принципов их организации. Далеко не всегда стандартные сети имеют рекордные характеристики, обеспечивают наиболее оптимальные режимы обмена, но большие объемы выпуска их аппаратуры и, следовательно, ее невысокая стоимость обеспечивают им огромные преимущества. Немаловажно и то, что производители программных средств также в первую очередь ориентируются на самые распространенные сети. Поэтому пользователь, выбирающий стандартные сети, имеет полную гарантию совместимости аппаратуры и программ.
В настоящее время тенденция уменьшения количества типов используемых
сетей все усиливается. Дело в том, что увеличение скорости передачи в
локальных сетях до 100 и даже до 1000 Мбит/с требует применения самых
передовых технологий, проведения серьезных и дорогих научных исследований.
Естественно, это могут позволить себе только крупнейшие фирмы, которые,
конечно же, поддерживают свои стандартные сети и их более совершенные
разновидности. К тому же большинство потребителей уже установило у себя
какие-то сети и вовсе не желает сразу и полностью заменять все сетевое оборудование на другое, пусть даже в чем-то лучшее. Поэтому в ближайшем будущем вряд ли стоит ожидать принятия принципиально новых стандартов.
На рынке имеются стандартные локальные сети всех возможных топологий, так что выбор у пользователей имеется. Стандартные сети обеспечивают большой диапазон допустимых размеров сети, допустимого количества абонентов сети и, что не менее важно, большой диапазон цен на аппаратуру. Но проблема выбора той или иной сети все равно остается непростой. Ведь в отличие от программных средств, заменить которые совсем не трудно, выбранная аппаратура обычно служит многие годы, так как ее замена ведет не только к большим затратам средств, но и к необходимости перекладки кабелей, а то и к пересмотру всей системы компьютерных средств фирмы. Поэтому ошибки в выборе аппаратуры гораздо дороже ошибок в выборе программных средств.
Мы остановимся в данной главе на основных особенностях аппаратуры наиболее популярных локальных сетей, что, как мы надеемся, поможет читателю сделать правильный выбор.
Наибольшее распространение среди стандартных сетей .получила сеть Ethernet. Впервые она появилась в 1972 году (разработчиком выступила известная фирма Xerox). Сеть оказалась довольно удачной, и вследствие этого ее в 1980 году поддержали такие крупнейшие фирмы, как DEC и Intel (объединение этих фирм, поддерживающих Ethernet, назвали DIX по первым буквам их названий). Стараниями этих фирм 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 (по-английски читается как «eight oh two dot three»). Он определяет множественный доступ к моноканалу типа «шина» с обнаружением конфликтов и контролем передачи, то есть с уже упоминавшимся методом доступа CSMA/CD. Вообще-то надо сказать, что этому стандарту удовлетворяют и некоторые другие сети, так как он не очень сильно детализирован. В результате сети стандарта IEEE 802.3 нередко несовместимы между собой как по конструктивным, так и по электрическим характеристикам. Основные характеристики стандарта IEEE 802.3 следующие: топология — шина, среда передачи - коаксиальный кабель, скорость передачи - 10 Мбит/с, максимальная длина — 5 км, максимальное количество абонентов — до 1024, длина сегмента сети - до 500 м, количество абонентов на одном сегменте — до 100, метод доступа -CSMA/CD, передача узкополосная, то есть без модуляции (моноканал).
Строго говоря, между стандартами IEEE 802.3 и Ethernet существуют небольшие отличия, но о них обычно предпочитают не вспоминать.
Сеть Ethernet сейчас наиболее популярна в мире (более 70 миллионов абонентов сети в 1996 году, свыше 100 миллионов абонентов в 1997 году, или более 80% рынка), и нет сомнения, что таковой она и останется в ближайшие годы. Этому в немалой степени способствовало то, что с самого начала все характеристики, параметры, протоколы сети были открыты для всех, в результате чего огромное число производителей во всем мире стали выпускать аппаратуру Ethernet, полностью совместимую между собой.
В классической сети Ethernet применяется 50-омный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий). Однако в последнее время (с начала 90-х годов) все большее распространение получает версия Ethernet, использующая в качестве среды передачи витые пары. Определен также стандарт для применения в сети оптоволоконного кабеля. В стандарты были внесены соответствующие добавления. В 1995 году появился стандарт на более быструю версию Ethernet, работающую на скорости 100 Мбит/с (так называемый Fast Ethernet, стандарт IEEE 802.3u), использующую в качестве среды передачи витую пару или оптоволоконный кабель. Появилась и версия на скорость 1000 Мбит/с (Gigabit Ethernet, стандарт IEEE 802.3z).
Помимо стандартной топологии «шина» применяются также топологии типа «пассивная звезда» и «пассивное дерево». При этом предполагается использование репитеров и пассивных (репитерных) концентраторов, соединяющих между собой различные части (сегменты) сети (рис. 5.1). В качестве сегмента может также выступать единичный абонент. Коаксиальный кабель используется для шинных сегментов, а витая пара и оптоволоконный кабель — для лучей пассивной звезды (для присоединения к концентратору одиночных компьютеров). Главное - чтобы в полученной в результате топологии не было замкнутых путей (петель). Фактически получается, что абоненты соединены в физическую шину, так как сигнал от каждого из них распространяется сразу во все стороны и не возвращается назад (как в кольце). Максимальная длина кабеля всей сети в целом (максимальный путь сигнала) теоретически может достигать 6,5 км, но практически не превышает 2,5 км.
В сети Fast Ethernet не предусмотрена физическая топология «шина», используется только «пассивная звезда» или «пассивное дерево». К тому же в Fast Ethernet гораздо более жесткие требования к предельной длине сети. Ведь при увеличении в 10 раз скорости передачи и сохранении формата пакета его минимальная длина становится в десять раз короче (5,12 икс против 51,2 мкс в Ethernet). Допустимая величина двойного времени прохождения сигнала по сети уменьшается в 10 раз.
Рис. 5.1. Топология сети Ethernet
Для передачи информации в сети Ethernet применяется стандартный код Манчестер-П. При этом один уровень сигнала нулевой, а другой - отрицательный, то есть постоянная составляющая сигнала не равна нулю. При отсутствии передачи потенциал в сети нулевой. Гальваническая развязка осуществляется аппаратурой адаптеров, репитеров и концентраторов. При этом приемопередатчик сети гальванически развязан от остальной аппаратуры с помощью трансформаторов и изолированного источника питания, а с кабелем сети соединен напрямую.
Рис. 5.2. Структура пакета сети Ethernet, (цифры показывают количество байт)
Доступ к сети Ethernet осуществляется по случайному методу CSMA/ CD, обеспечивающему полное равноправие абонентов. В сети используются пакеты переменной длины со структурой, представленной на рис. 5.2. Длина кадра Ethernet (то есть пакета без преамбулы) должна быть не менее 512 битовых интервалов, или 51,2 мкс (именно такова предельная
величина двойного времени прохождения в сети). Предусмотрена индивидуальная, групповая и широковещательная адресация.
В пакет Ethernet входят следующие поля:
Преамбула состоит из 8 байт, первые семь из которых представляют собой код 10101010, а последний восьмой — код 10101011. В стандарте IEEE 802.3 этот последний байт называется признаком начала кадра (SFD - Start of Frame Delimiter) и образует отдельное поле пакета. Адрес получателя (приемника) и адрес отправителя (передатчика) включают по 6 байт и строятся по стандарту, описанному в разделе 3.2. Эти адресные поля обрабатываются аппаратурой абонентов. Поле управления (L/T - Length/Type) содержит информацию о длине поля данных. Оно может также определять тип используемого протокола. Принято считать, что если значение этого поля не больше 1500, то оно определяет длину поля данных. Если же его значение больше 1500, то оно определяет тип кадра. Поле управления обрабатывается программно. Поле данных должно включать в себя от 46 до 1500 байт данных. Если пакет должен содержать менее 46 байт данных, то поле данных дополняется байтами заполнения. Согласно стандарту IEEE 802.3, в структуре пакета выделяется специальное поле заполнения (pad data - незначащие данные), которое может иметь нулевую длину, когда данных достаточно (больше 46 байт). Поле контрольной суммы (FCS — Frame Check Sequence) содержит 32-разрядную циклическую контрольную сумму пакета (CRC) и служит для проверки правильности передачи пакета.Таким образом, минимальная длина кадра (пакета без преамбулы) составляет 64 байта (512 бит). Именно эта величина определяет максимально допустимую двойную задержку распространения сигнала по сети в 512 битовых интервалов (51,2 мкс для Ethernet, 5,12 мкс для Fast Ethernet). Стандарт предполагает, что преамбула может уменьшаться при прохождении пакета через различные сетевые устройства, поэтому она не учитывается. Максимальная длина кадра равна 1518 байтам (12144 бита, то есть 1214,4 мкс для Ethernet, 121,44 мкс для Fast Ethernet). Это важно для выбора размера буферной памяти сетевого оборудования и для оценки общей загруженности сети.
Для сети Ethernet, работающей на скорости 10 Мбит/с, стандарт определяет четыре основных типа среды передачи информации:
10BASE5 (толстый коаксиальный кабель); 10 BASE2 (тонкий коаксиальный кабель); 1OBASE-T (витая пара); 10BASE-FL (оптоволоконный кабель).Обозначение среды передачи включает в себя три элемента: цифра «10» означает скорость передачи 10 Мбит/с, слово BASE означает передачу в основной полосе частот (то есть без модуляции высокочастотного сигнала), а последний элемент означает допустимую длину сегмента: «5» — 500 метров, «2» - 200 метров (точнее, 185 метров) или тип линии связи: «Т» -витая пара (от английского «twisted-pair»), «F» - оптоволоконный кабель (от английского «fiber optic»).
Точно так же для сети Ethernet, работающей на скорости 100 Мбит/с (Fast Ethernet) стандарт определяет три типа среды передачи:
100BASE-T4 (счетверенная витая пара); 100BASE-TX (сдвоенная витая пара); 100BASE-FX (оптоволоконный кабель).Здесь цифра «100» означает скорость передачи 100 Мбит/с, буква «Т» означает витую пару, буква «F» — оптоволоконный кабель. Типы 1OOBASE-ТХ и 100BASE-FX иногда объединяют под именем 100BASE-X, а 100BASE-T4 и 100BASE-TX - под именем 100BASE-T.
Подробнее особенности аппаратуры Ethernet, а также алгоритма управления обменом CSMA/CD и алгоритма вычисления циклической контрольной суммы (CRC) будут рассмотрены далее в специальных разделах книги. Здесь же мы только отметим, что сеть Ethernet не отличается ни рекордными характеристиками, ни оптимальными алгоритмами, она уступает по ряду параметров другим стандартным сетям. Но благодаря мощной поддержке, высочайшему уровню стандартизации, огромным объемам выпуска технических средств, Ethernet резко выделяется среди других стандартных сетей, и поэтому любую другую сетевую технологию принято сравнивать именно с Ethernet.
Глава 5.2. Сеть Token-Ring
Сеть Token-Ring была предложена фирмой IBM в 1985 году (первый вариант появился в 1980 году). Назначением Token-Ring было объединение в сеть всех типов компьютеров, выпускаемых IBM (от персональных до больших). Уже тот факт, что ее поддерживает фирма IBM, крупнейший производитель компьютерной техники, говорит о том, что ей необходимо уделить особое внимание. Но не менее важно и то, что Token-Ring является в настоящее время международным стандартом IEEE 802.5. Это ставит данную сеть на один уровень по статусу с Ethernet.
Фирма IBM сделала все для максимально широкого распространения своей сети: была выпущена подробная документация вплоть до принципиальных схем адаптеров. В результате многие фирмы, например 3COM, Novell, Western Digital, Proteon приступили к производству адаптеров. Кстати, специально для этой сети, а также для другой сети IBM PC Network была разработана концепция NetBIOS. Если в разработанной ранее сети PC Network программы NetBIOS хранились во встроенной в адаптер постоянной памяти, то в сети Token-Ring уже применялась эмулирующая NetBIOS программа, что позволяло более гибко реагировать на особенности конкретной аппаратуры, поддерживая при этом совместимость с программами более высокого уровня.
По сравнению с аппаратурой Ethernet аппаратура Token-Ring оказывается заметно дороже, так как использует более сложные методы управления обменом, поэтому распространена сеть Token-Ring значительно меньше. Однако ее применение становится оправданным, когда требуются большие интенсивности обмена (например, при связи с большими компьютерами) и ограниченное время доступа.
Рис. 5.3. Звездно-кольцевая топология сети Token-Ring
Сеть Token-Ring имеет топологию «кольцо», хотя внешне она больше напоминает «звезду». Это связано с тем, что отдельные абоненты (компьютеры) присоединяются к сети не прямо, а через специальные концентраторы или многостанционные устройства доступа (MSAU или MAU -Multistation Access Unit). Поэтому физически сеть образует звездно-кольцевую топологию (рис. 5.3). В действительности же абоненты объединяются все-таки в кольцо, то есть каждый из них передает информацию одному соседнему абоненту, а принимает информацию от другого соседнего абонента.
Концентратор (MAU) при этом только позволяет централизовать задание конфигурации, отключение неисправных абонентов, контроль за работой сети и т.д. (рис. 5.4). Для присоединения кабеля к концентратору применяются специальные разъемы, которые обеспечивают постоянство замкнутости кольца даже при отключении абонента от сети. Концентратор в сети может быть и единственным, в этом случае в кольцо замыкаются только абоненты, подключенные к нему.
Рис. 5.4. Соединение абонентов сети Token-Ring в кольцо с помощью концентратора (MAU)
В каждом кабеле, соединяющем адаптеры и концентратор (адаптерные кабели, adapter cable), находятся на самом деле две разнонаправленные линии связи. Такими же двумя разнонаправленными линиями связи, входящими в магистральный кабель (path cable), объединяются между собой в кольцо различные концентраторы (рис. 5.5), хотя для этой же цели может также использоваться и единственная однонаправленная линия связи (рис. 5.6).
Рис. 5.5. Объединение концентраторов двунаправленной линией связи
Рис. 5.6. Объединение концентраторов однонаправленной линией связи
Конструктивно концентратор представляет собой автономный блок с восемью разъемами для подключения абонентов (компьютеров) с помощью адаптерных кабелей и двумя (крайними) разъемами для подключения к другим концентраторам с помощью специальных магистральных кабелей (рис. 5.7). Существуют настенный и настольный варианты концентратора.
Несколько концентраторов могут конструктивно объединяться в группу, кластер (cluster), внутри которого абоненты также соединены в единое кольцо. Применение кластеров позволяет увеличивать количество абонентов, подключенных к одному центру (например, до 16, если в кластер входит два концентратора).
Рис. 5.7. Концентратор Token-Ring (8228 MAU)
В качестве среды передачи в сети IBM Token-Ring сначала применялась витая пара, но затем появились варианты аппаратуры для коаксиального кабеля, а также для оптоволоконного кабеля в стандарте FDDI. Витая пара применяется как неэкранированная (UTP), так и экранированная (STP).
Основные технические характеристики сети Token-Ring следующие.
Максимальное количество концентраторов типа IBM 8228 MAU - 12. Максимальное количество абонентов в сети - 96. Максимальная длина кабеля между абонентом и концентратором — 45 м. Максимальная длина кабеля между концентраторами -45м. Максимальная длина кабеля, соединяющего все концентраторы - 120м. Скорость передачи данных - 4 Мбит/с и 16 Мбит/с.Все приведенные характеристики относятся к случаю неэкранированной витой пары. В случае применения другой среды передачи характеристики сети могут отличаться. Например, при использовании экранированной витой пары количество абонентов может быть увеличено до 260 (вместо 96), длина кабеля - до 100 м (вместо 45), количество концентраторов -до 33, а полная длина кольца, соединяющего концентраторы - до 200 м. Оптоволоконный кабель позволяет увеличивать длину кабеля до 1 км.
Как видим, сеть Token-Ring уступает сети Ethernet как по допустимому размеру сети, так и по максимальному количеству абонентов. Что касается скорости передачи, то в настоящее время ведется разработка версий Token-Ring на скорость 100 Мбит/с и на 1000 Мбит/с. Фирма IBM вовсе не собирается отказываться от своей сети, рассматривая ее как достойного конкурента Ethernet.
Для передачи информации в Token-Ring используется вариант кода Ман-честер-П. Как и в любой звездообразной топологии, никаких дополнительных мер по электрическому согласованию и внешнему заземлению не требуется.
Для присоединения кабеля к сетевому адаптеру используется внешний 9-контактный разъем типа DIN. Так же, как и адаптеры Ethernet, адаптеры Token-Ring имеют на своей плате переключатели или перемычки для настройки адресов и прерываний системной шины. Если сеть Ethernet можно построить только на адаптерах и кабеле, то для сети Token-Ring обязательно нужно приобретать концентраторы. Это также увеличивает стоимость аппаратуры Token-Ring.
В то же время в отличие от Ethernet сеть Token-Ring лучше держит большую нагрузку (больше 30-40%) и обеспечивает гарантированное время доступа. Это крайне необходимо, например, в сетях производственного назначения, в которых задержка реакции на внешнее событие может привести к серьезным авариям.
В сети Token-Ring используется классический маркерный метод доступа, то есть по кольцу постоянно циркулирует маркер, к которому абоненты могут присоединять свои пакеты данных. Отсюда следует такое важное достоинство данной сети, как отсутствие конфликтов, но отсюда же следуют такие недостатки, как необходимость контроля за целостностью маркера и зависимость функционирования сети от каждого из абонентов (в случае неисправности абонент обязательно должен быть исключен из кольца).
Для контроля за целостностью маркера используется один из абонентов (так называемый активный монитор). Его аппаратура ничем не отличается от остальных, но его программные средства следят за временными соотношениями в сети и формируют в случае необходимости новый маркер. Активный монитор выбирается при инициализации сети, им может быть любой компьютер сети. Если активный монитор по какой-то причине выходит из строя, то включается специальный механизм, посредством которого другие абоненты (запасные мониторы) принимают решение о назначении нового активного монитора.
Рис. 5.8. Формат маркера сети Token-Ring
Маркер представляет собой управляющий пакет, содержащий всего три байта (рис. 5.8): байт начального разделителя (SD - Start Delimiter), байт управления доступом (АС - Access Control) и байт конечного разделителя (ED - End Delimiter). Начальный разделитель и конечный разделитель представляют собой не просто последовательность нулей и единиц, а содержат импульсы специального вида. Благодаря этому данные разделители нельзя спутать ни с какими другими байтами пакетов. Четыре бита разделителя представляют собой нулевые биты в принятой кодировке, а четыре других бита не соответствуют коду Манчестер-П: в течение двух битовых интервалов удерживается один уровень сигнала, а в течение двух остальных — другой уровень. В результате такой сбой синхронизации легко выявляется приемником.
Рис. 5.9. Формат байта управления доступом
Байт управления разделен на четыре поля (рис. 5.9): три бита приоритета, бит маркера, бит монитора и три бита резервирования. Биты приоритета позволяют абоненту присваивать приоритет своим пакетам или маркеру (приоритет может быть от 0 до 7, причем 7 соответствует наивысшему приоритету, а 0 — наинизшему). Абонент может присоединить к маркеру свой пакет только тогда, когда его собственный приоритет такой же или выше приоритета маркера. Бит маркера определяет, присоединен ли к маркеру пакет (единица соответствует маркеру без пакета, нуль - маркеру с пакетом). Бит монитора, установленный в единицу, говорит о том, что данный маркер передан активным монитором. Биты резервирования позволяют абоненту зарезервировать свое право на дальнейший захват сети, то есть, так сказать, занять очередь на обслуживание. Если приоритет абонента выше, чем текущее значение поля резервирования, он может записать туда свой приоритет вместо прежнего.
Формат пакета Token-Ring представлен на рис. 5.10. Помимо начального и конечного разделителей, а также байта управления доступом, в пакет входят также байт управления пакетом, сетевые адреса приемника и передатчика, данные, контрольная сумма и байт состояния,пакета.
Рис. 5.10. Формат пакета сети Token-Ring (длина полей дана в байтах)
Назначение полей пакета следующее:
Начальный разделитель (SD) является признаком начала пакета. Байт управления доступом (АС) имеет то же назначение, что и в маркере. Байт управления пакетом (FC - Frame Control) определяет тип пакета (кадра). Шестибайтовые адреса отправителя и получателя пакета имеют стандартный формат, описанный в разделе 3.2. Поле данных включает в себя передаваемую информацию или информацию управления обменом. Поле контрольной суммы представляет собой 32-разрядную циклическую контрольную сумму пакета (CRC). Конечный разделитель является признаком конца пакета. Кроме того, он определяет, является ли данный пакет промежуточным или заключительным в последовательности передаваемых пакетов, а также содержит признак ошибочности пакета (для этого выделены специальные биты). Байт состояния пакета говорит о том, что происходило с данным пакетом: был ли он принят и скопирован в память приемника. По нему отправитель пакета узнает, дошел ли пакет по назначению и без ошибок или его надо передавать заново.Отметим, что больший допустимый размер передаваемых данных в одном пакете по сравнению с сетью Ethernet может стать решающим фактором для увеличения производительности сети. Теоретически для скорости передачи 16 Мбит/с длина поля данных может достигать даже 18 Кбайт, что очень важно при передаче больших объемов данных. Но даже при скорости 4 Мбит/с благодаря маркерному методу доступа сеть Token-Ring часто обеспечивает большую фактическую скорость передачи, чем более быстрая сеть Ethernet (10 Мбит/с), особенно при больших нагрузках (свыше 30—40%), когда заметно сказывается несовершенство метода CSMA/CD, который в этом случае тратит много времени на разрешение повторных конфликтов.
Помимо маркера и обычного пакета, в сети Token-Ring может передаваться специальный управляющий пакет, служащий для прерывания передачи. Он может быть послан в любой момент и в любом месте потока данных. Пакет этот состоит всего из двух однобайтовых полей — начального и конечного разделителей описанного формата.
Интересно, что в более быстрой версии Token-Ring (16 Мбит/с и выше) применяется так называемый метод раннего формирования маркера (ETR -Early Token Release). Он позволяет избежать непроизводительного использования сети в то время, пока пакет данных не вернется по кольцу к своему отправителю. Метод ETR сводится к тому, что сразу после передачи своего пакета, присоединенного к маркеру, любой абонент выдает в сеть новый свободный маркер, то есть все другие абоненты могут начинать передачу своих пакетов сразу же после окончания пакета предыдущего абонента, не дожидаясь, пока он завершит обход всего кольца сети.
Глава 5.3. Сеть Arcnet
Сеть Arcnet (или ARCnet, от англ. Attached Resource Computer Net) - это одна из старейших сетей. Она была разработана фирмой Datapoint Corporation еще в 1977 году. Международные стандарты на эту сеть отсутствуют, хотя именно она считается родоначальницей метода маркерного доступа. Несмотря на отсутствие стандартов, сеть Arcnet до недавнего времени пользовалась довольно большой популярностью, даже серьезно конкурировала с Ethernet. Большое количество фирм (например, Datapoint, Standard Microsystems, Xircom и др.) производили аппаратуру для сети этого типа, но сейчас производство аппаратуры Arcnet практически прекращено.
Среди основных достоинств сети Arcnet можно назвать высокую надежность и гибкость, простоту диагностики аппаратных неисправностей, меньшие по сравнению с Ethernet ограничения на общую длину сети (на обычном тонком коаксиальном кабеле), а также сравнительно низкую стоимость адаптеров. Из недостатков сети наиболее существенным является низкая скорость передачи информации (всего лишь 2,5 Мбит/с).
Для передачи информации в сети Arcnet используется довольно редкий код, в котором логической единице соответствуют два импульса в течение битового интервала, а логическому нулю - один импульс. Очевидно, что такой код относится к самосинхронизирующимся, но он требует еще большей пропускной способности кабеля, чем даже Манчестер-П.
В качестве топологии сеть Arcnet использует шину (Arcnet-BUS) и пассивную звезду (Arcnet-STAR). Они показаны на рис 5.11 и 5.12.
Рис. 5.11. Топология сети Arcnet типа «шина»
Рис. 5.12. Топология сети Arcnet типа «пассивная звезда»
Оборудование для топологии «шина» практически ничем не отличается от аналогичного, применяемого в сети Ethernet на тонком коаксиальном кабеле (10ВASE2). Здесь точно так же используются Т-коннекторы и BNC-разъемы, а также терминаторы с заземлением и без него. Единственное, но важное отличие состоит в том, что в данном случае кабель должен быть с волновым сопротивлением 93 Ом, например, марки RG-62A/U, а не 50-омным, как в Ethernet. Соответственно 93-омными должны быть и согласующие терминаторы. Несмотря на большое сходство оборудования, кабельные системы Ethernet и Arcnet несовместимы между собой, и в случае перехода, например, с Arcnet на Ethernet, все кабели придется проложить заново. В связи с резким сокращением выпуска сетей Arcnet эта задача становится довольно актуальной для тех, кто ориентировался на эту сеть.
В случае топологии «пассивная звезда» (или «пассивное дерево», то есть при нескольких концентраторах, объединенных между собой) применяются концентраторы двух типов: активные (которые ретранслируют принимаемые сигналы перед передачей другим абонентам) и пассивные (без ретрансляции). Концентраторы рассчитаны на 4, 8, 16 и 32 канала. 4-ка-нальные концентраторы обычно выполняются в виде платы расширения для компьютера, 8- и 16-канальные — как правило, в виде отдельных конструктивных блоков с собственными источниками питания, что определяет их значительно большую стоимость.
Активные концентраторы используются также и при создании топологии шина. В этом случае к каждому порту концентратора подключается сегмент шины с несколькими абонентами (не более 8). Минимальное расстояние между абонентами в шине составляет 1 м. Отметим, что для топологий шина и звезда применяются различные адаптеры (правда, существуют и адаптеры с возможностью работы как в шине, так и в звезде).
Основные технические характеристики сети Arcnet следующие.
Среда передачи - коаксиальный кабель, витая пара. Максимальная длина сети - 6 км. Максимальная длина кабеля от абонента до пассивного концентратора - 30 м. Максимальная длина кабеля от абонента до активного концентратора - 600 м. Максимальная длина кабеля между активным и пассивным концентраторами - 30 м. Максимальная длина кабеля между активными концентраторами — 600 метров. Максимальное количество абонентов в сети1 - 255. Максимальное количество абонентов на шинном сегменте — 8. Максимальная длина сегмента - 300 м. Скорость передачи данных - 2,5 Мбит/с.При создании сложных топологий необходимо следить, чтобы задержка распространения сигналов в сети не превышала 30 мкс. Максимальное затухание сигнала в кабеле на частоте 5 МГц не должно превышать 11 дБ.
Как видим, Arcnet уступает Ethernet по допустимому количеству абонентов сети, но в реальности любая сеть довольно редко объединяет больше сотни абонентов.
В сети Arcnet используется маркерный метод доступа (метод передачи права), но он несколько отличается от применяемого в сети Token-Ring. Ближе всего этот метод к тому, который предусмотрен в стандарте IEEE 802.4. Последовательность действий абонентов при данном методе следующая:
Абонент, желающий передавать, ждет прихода маркера. Получив маркер, он посылает запрос на передачу приемнику информации (то есть спрашивает, готов ли приемник принять его пакет). Приемник, получив запрос, посылает ответ (то есть подтверждает свою готовность). Получив подтверждение готовности, передатчик посылает свой пакет. Получив пакет, приемник посылает подтверждение приема пакета. Передатчик, получив подтверждение приема пакета, посылает маркер следующему абоненту.Таким образом, в данном случае пакет передается только тогда, когда есть уверенность в готовности приемника принять его. Это существенно увеличивает надежность передачи. Так же, как и в случае Token-Ring, конфликты в Arcnet полностью исключены. Как и любая маркерная сеть, Arcnet хорошо держит нагрузку и гарантирует величину времени доступа к сети (в отличие от Ethernet). Другое дело, что невысокая пропускная способность сети (2,5 Мбит/с) в принципе не позволяет передавать больших потоков информации, но для небольших сетей, тем более с разовыми случайными передачами, этого часто и не требуется. Отметим также, что маркер передается в данном случае по логическому кольцу, хотя физическая топология сети не кольцевая, а шинная.
Размер пакета сети Arcnet составляет 0,5 Кб. Помимо данных в него входят также 8-битные адреса приемника и передатчика и 16-битная циклическая контрольная сумма (CRC).
Адаптеры сети Arcnet чаще всего выпускаются в виде плат расширения компьютера. Точно так же, как и адаптеры других сетей, перед установкой в компьютер они требуют настройки: выбора адресов портов и номера прерывания. Помимо этой общей настройки на каждой плате адаптера Arcnet необходимо с помощью переключателей или перемычек установить свой собственный сетевой адрес (всего их может быть 255, так как последний, 256-ой адрес применяется в сети для режима широкого вещания).
Существовали варианты сети Arcnet, рассчитанные на скорость передачи 20 Мбит/с, но они не получили широкого распространения.
Глава 5.4. Сеть FDDI
Сеть FDDI (от английского Fiber Distributed Data Interface, оптоволоконный распределенный интерфейс данных) - это одна из новейших разработок стандартов локальных сетей. Стандарт FDDI, предложенный Аме-
риканским национальным институтом стандартов ANSI (спецификация ANSI X3T9.5), изначально ориентировался на высокую скорость передачи (100 Мбит/с) и на применение перспективного оптоволоконного кабеля (длина волны света - 850 нм). Поэтому в данном случае разработчики не были стеснены рамками стандартов, ориентировавшихся на низкие скорости и электрический кабель.
Выбор оптоволокна в качестве среды передачи определил такие преимущества новой сети, как высокая помехозащищенность, максимальная секретность передачи информации и прекрасная гальваническая развязка абонентов. Высокая скорость передачи, которая в случае оптоволоконного кабеля достигается 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, ее перспективы очень неплохие.
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 применяется два разнонаправленных оптоволоконных кабеля, что позволяет в принципе использовать полнодуплексную передачу информации с удвоенной эффективной скоростью в 200 Мбит/с (при этом каждый из двух каналов работает на скорости 100 Мбит/с). Применяется и звездно-кольцевая топология с концентраторами, включенными в кольцо.
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 - многомодовый 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. К тому же маркерный метод доступа FDDI обеспечивает в отличие от CSMA/CD гарантированное время доступа и отсутствие конфликтов при любом уровне нагрузки.
Отметим, что ограничение на общую длину сети в 20 км связано не с затуханием сигналов в кабеле, а с необходимостью ограничения времени полного прохождения сигнала по кольцу для обеспечения предельно допустимого времени доступа. А вот максимальное расстояние между абонентами (2 км при многомодовом кабеле) определяется как раз затуханием сигналов в кабеле (оно не должно превышать 11 дБ). Предусмотрена также возможность применения одномодового кабеля, и в этом случае расстояние между абонентами может достигать 45 километров, а полная длина кольца - 100 километров.
Имеется и реализация FDDI на электрическом кабеле (CDDI — Copper Distributed Data Interface или TPDDI - Twisted Pair Distributed Data Interface). При этом используется кабель категории 5 с разъемами RJ-45. Максимальное расстояние между абонентами в этом случае должно быть не более 100 м. Стоимость оборудования сети на электрическом кабеле в несколько раз меньше. Но эта версия сети уже не имеет столь очевидных преимуществ перед своими конкурентами, как изначальная FDDI.
Таблица 5.1. Код 4В/5В
| Информация |
Код4В/5В |
Информация |
Код4В/5В |
| 0000 |
НПО |
1000 |
10010 |
| 0001 |
01001 |
1001 |
10011 |
| 0010 |
10100 |
1010 |
10110 |
| ООП |
10101 |
1011 |
10111 |
| 0100 |
01010 |
1100 |
пою |
| 0101 |
01011 |
1101 |
поп |
| 0110 |
01110 |
1110 |
11100 |
| 0111 |
01111 |
1111 |
11101 |
Для передачи данных в FDDI применяется уже упоминавшийся в первой главе код 4В/5В (см. табл. 5.1), специально разработанный для этого стандарта. Он обеспечивает скорость передачи 100 Мбит/с при пропускной способности кабеля 125 миллионов сигналов в секунду (или 125 МБод), а не 200 МБод, как в случае кода Манчестер-П. При этом каждым четырем битам передаваемой информации (каждому полубайту, или нибблу) ставится в соответствие пять передаваемых по кабелю битов. Это позволяет приемнику восстанавливать синхронизацию приходящих данных один раз на четыре принятых бита, то есть достигается компромисс между простейшим кодом NRZ и самосинхронизирующимся на каждом бите коде Манчестер-И.
Стандарт FDDI для достижения высокой гибкости сети предусматривает включение в кольцо абонентов двух типов.
Attachment Stations) подключаются к обоим (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. Абоненты (станции) класса В (они же абоненты одинарного подключения, SAS - Single-Attachment Stations) подключаются только к одному (внешнему) кольцу сети. Естественно, они могут быть более простыми и дешевыми, чем адаптеры класса А, но не имеют их возможностей. В сеть они могут включаться только через концентратор или обходной коммутатор, отключающий их в случае аварии.Кроме собственно абонентов (компьютеров, терминалов и т.д.), в сети используются связные концентраторы (Wiring Concentrators), включение которых позволяет собрать в одно место все точки подключения с целью контроля за работой сети, диагностики неисправностей и упрощения реконфигурации. При применении кабелей разных типов (например, оптоволоконного кабеля и витой пары) концентратор выполняет также функцию преобразования электрических сигналов в оптические и наоборот. Концентраторы также бывают двойного подключения (DAC - Dual-Attachment Concentrator) и одинарного подключения (SAC - Single-Attachment Concentrator).
Пример простейшей конфигурации сети FDDI представлен на рис. 5.13.
Рис. 5.13. Пример конфигурации сети FDDI
FDDI определяет четыре типа портов абонентов (станций).
Порт А определен только для устройств двойного подключения, его вход подключается к первичному кольцу, а выход — к вторичному. Порт В определен только для устройств двойного подключения, его вход подключается к вторичному кольцу, а выход - к первичному. Порт М (Master) определен для концентраторов и соединяет два концентратора между собой или концентратор с абонентом. Порт S (Slave) определен только для устройств одинарного подключения и используется для соединения двух абонентов или абонента и концентратора.Стандарт FDDI предусматривает также возможность реконфигурации сети с целью сохранения ее работоспособности в случае повреждения кабеля (рис. 5.14). В показанном на рисунке случае поврежденный участок кабеля исключается из кольца, но целостность сети при этом не нарушается вследствие перехода на одно кольцо вместо двух (то есть абоненты класса А начинают работать как абоненты класса В).
Рис. 5.14. Реконфигурация сети FDDI при повреждении кабеля
В отличие от метода доступа, предлагаемого стандартом IEEE 802.5, в FDDI применяется так называемая множественная передача маркера. Если в случае сети Token-Ring новый (свободный) маркер передается абонентом только после возвращения к нему его пакета, то в FDDI новый маркер передается абонентом сразу же после окончания передачи им пакета. Последовательность действий здесь следующая.
Абонент, желающий передавать, ждет маркера, который идет за каждым пакетом. Когда маркер пришел, абонент удаляет его из сети и передает свой пакет. Сразу после передачи пакета абонент посылает новый маркер.Одновременно каждый абонент ведет свой отсчет времени, сравнивая реальное время обращения маркера (TRT) с заранее установленным контрольным временем его прибытия (РТТ). Если маркер возвращается раньше, чем установлено РТТ, то делается вывод, что сеть загружена мало, и, следовательно, абонент может спокойно передавать всю свою информацию. Если же маркер возвращается позже, чем установлено РТТ, то сеть загружена сильно, и абонент может передавать только самую необходимую информацию. При этом величины контрольного времени РТТ могут устанавливаться различными для разных абонентов. Такой механизм позволяет абонентам гибко реагировать на загрузку сети и автоматически поддерживать ее на оптимальном уровне.
Стандарт FDDI в отличие от стандарта IEEE 802.5 не предусматривает возможности установки приоритетов пакетов и резервирования. Вместо этого все абоненты разделяются на две группы: асинхронные и синхронные. Асинхронные абоненты - это те, для которых время доступа к сети не слишком критично. Синхронные — это те, для которых время доступа должно быть жестко ограничено. В стандарте предусмотрен специальный алгоритм, обслуживающий эти типы абонентов.
Форматы маркера (рис. 5.15) и пакета (рис. 5.16) сети FDDI несколько отличаются от форматов, используемых в сети Token-Ring. Назначение полей следующее.
Преамбула используется для синхронизации. Первоначально она содержит 64 бита, но абоненты, через которых проходит пакет, могут менять ее размер. Начальный разделитель выполняет функцию признака начала кадра.
Рис. 5.15. Формат маркера FDDI
Адреса приемника и источника могут быть 6-байтовыми (аналогично Ethernet и Token-Ring) или 2-байтовыми. Поле данных может быть переменной длины, но суммарная длина пакета не должна превышать 4500 байт. Поле контрольной суммы содержит 32-битную циклическую контрольную сумму пакета. Конечный разделитель определяет конец кадра. Байт состояния пакета включает в себя бит обнаружения ошибки, бит распознавания адреса и бит копирования (все аналогично Token-Ring).
Рис. 5.16. Формат пакета FDDI
Формат байта управления сети FDDI следующий (рис. 5.17):
Бит класса пакета определяет, синхронный или асинхронный это пакет. Бит длины адреса определяет, какой адрес (6-байтовый или 2-байтовый) используется в данном пакете. Поле формата кадра определяет, управляющий это кадр или информационный. Поле типа кадра определяет, к какому типу относится данный кадр.
Рис. 5.17. Формат байта управления
В заключение отметим, что несмотря на очевидные преимущества FDDI данная сеть не получила пока широкого распространения, что связано главным образом с высокой стоимостью ее аппаратуры (порядка тысячи долларов). Основная область применения FDDI сейчас - это базовые, опорные (Backbone) сети, объединяющие несколько сетей. Применяется FDDI и для соединения мощных рабочих станций или серверов, требующих высокоскоростного обмена. Предполагается, что сеть Fast Ethernet может потеснить FDDI, однако преимущества оптоволоконного кабеля, маркерного метода управления и рекордный допустимый размер сети ставят в настоящее время FDDI вне конкуренции. А в тех случаях, когда стоимость аппаратуры имеет решающее значение, можно на некритичных участках применять версию FDDI на основе витой пары (TPDDI). К тому же стоимость аппаратуры FDDI может сильно уменьшится с увеличением объема ев выпуска.
Глава 5.5. Сеть 100VG-AnyLANСеть lOOVG-AnyLAN - это одна из последних разработок высокоскоростных локальных сетей, недавно появившаяся на рынке. Она разработана фирмами Hewlett-Packard и IBM и соответствует стандарту IEEE 802.12, так что уровень ее стандартизации достаточно высокий. Главными достоинствами ее являются большая скорость обмена, сравнительно невысокая стоимость аппаратуры (примерно вдвое дороже по сравнению с наиболее популярной сетью Ethernet 10BASE-T), централизованный метод управления обменом без конфликтов и совместимость на уровне пакетов с популярными сетями Ethernet и Token-Ring. В названии сети цифра 100 соответствует скорости 100 Мбит/с, буквы VG обозначают дешевую витую пару категории 3 (Voice Grade), a AnyLAN (любая сеть) обозначает то, что сеть совместима с двумя самыми распространенными сетями. Основные технические характеристики сети lOOVG-AnyLAN следующие. Скорость передачи - 100 Мбит/с. Топология - звезда с возможностью наращивания. Метод доступа - централизованный, бесконфликтный (Demand Priority - с запросом приоритета). Среда передачи - счетверенная неэкранированная витая пара (кабели UTP категории 3,4 или 5), сдвоенная витая пара (кабель UTP категории 5), сдвоенная экранированная витая пара (STP), а также оптоволоконный кабель. Сейчас в основном распространена счетверенная витая пара. Максимальная длина кабеля между концентратором и абонентом и между концентраторами - 100 м (для UTP кабеля категории 3), 150 м (для UTP кабеля категории 5 и экранированного кабеля), 2 км (для оптоволоконного кабеля).Таким образом, параметры сети 100VG-AnyLAN довольно близки к параметрам сети Fast Ethernet. Однако главное преимущество Fast Ethernet -это полная совместимость с наиболее распространенной сетью Ethernet (в случае lOOVG-AnyLAN для этого обязательно требуется коммутатор или мост). В то же время, централизованное управление lOOVG-AnyLAN, исключающее конфликты и гарантирующее предельную величину времени доступа (чего не предусмотрено в сети Ethernet), также нельзя сбрасывать со счетов. Пример структуры сети lOOVG-AnyLAN показан на рис. 5.18.
Рис. 5.18. Структура сети 10OVG-AnyLAN Сеть lOOVG-AnyLAN состоит из центрального (основного) концентратора уровня 1, к которому могут подключаться как отдельные абоненты, так и концентраторы уровня 2, к которым в свою очередь подключаются абоненты и концентраторы уровня 3. При этом сеть может иметь не более трех таких уровней. Получается, что максимальный размер сети может составлять 600 метров для неэкранированной витой пары. В отличие от неинтеллектуальных концентраторов других сетей (например, Ethernet), концентраторы сети lOOVG-AnyLAN - это интеллектуальные контроллеры, которые управляют всем доступом к сети. Для этого они непрерывно контролируют запросы, поступающие на все порты. Концентраторы принимают все приходящие пакеты и отправляют их только тем абонентам, которым они адресованы. Однако никакой обработки информации они не производят, то есть в данном случае получается все-таки не настоящая (активная) звезда, но и не пассивная звезда. Каждый из концентраторов может быть настроен на работу с форматами пакетов Ethernet или пакетов Token-Ring. При этом концентраторы всей сети должны работать с пакетами только какого-нибудь одного формата. Для связи с сетями Ethernet и Token-Ring необходимы мосты, но мосты довольно простые. Концентраторы имеют один порт верхнего уровня (для присоединения его к концентратору более высокого уровня) и несколько портов нижнего уровня (для присоединения абонентов). В качестве абонента может выступать компьютер (рабочая станция), сервер, мост, маршрутизатор, коммутатор, а также другой концентратор. Каждый порт концентратора может быть установлен в один из двух возможных режимов работы. Нормальный режим предполагает пересылку абоненту, присоединенному к порту, тольк о пакетов, адресованных лично ему. Мониторный режим предполагает пересылку абоненту, присоединенному к порту, всех пакетов, приходящих на концентратор. Этот режим позволяет одному из абонентов контролировать работу всей сети в целом (выполнять функцию мониторинга).Метод доступа к сети lOOVG-AnyLAN довольно типичен для сетей с топологией «звезда» и состоит в следующем. Каждый желающий передавать абонент посылает концентратору свой запрос на передачу. Концентратор циклически прослушивает всех абонентов по очереди и дает право передачи абоненту, следующему по порядку за тем, который закончил передачу. То есть величина времени доступа гарантирована. Но этот простейший алгоритм усложнен в сети lOOVG-AnyLAN, так как запросы могут иметь два уровня приоритета: нормальный уровень приоритета используется для обычных приложений; высокий уровень приоритета используется для приложений, требующих быстрого обслуживания.Запросы с высоким уровнем приоритета обслуживаются раньше, чем запросы с нормальным приоритетом. Если приходит запрос высокого приоритета, то нормальный порядок обслуживания прерывается, и после окончания приема текущего пакета обслуживается запрос высокого приоритета. Если таких высокоприоритетных запросов несколько, то возврат к нормальной процедуре обслуживания происходит только после полной обработки всех этих запросов. При этом концентратор следит за тем, что- бы не была превышена установленная величина гарантированного времени доступа. Если высокоприоритетных запросов слишком много, то запросы с нормальным приоритетом автоматически переводятся им в ранг высокоприоритетных. Таким образом, даже низкоприоритетные запросы не будут ждать своей очереди слишком долго. Концентраторы более низких уровней также анализируют запросы абонентов, присоединенных к ним, и в случае необходимости пересылают их запросы к концентратору более высокого уровня. За один раз концентратор более низкого уровня может передать концентратору более высокого уровня не один пакет (как обычный абонент), а столько пакетов, сколько абонентов присоединено к нему.
Рис. 5.19. Порядок обслуживания запросов абонентов на различных уровнях сети Так, для примера на рис. 5.19 в случае одновременного возникновения заявок на передачу у всех абонентов (компьютеров) порядок обслуживания будет такой: компьютер 1~2, затем 1-3, потом 2-1, 2-4, 2-8, и далее 1~6. Однако так будет только при одинаковом (нормальном) приоритете всех запросов. Если же, например, от компьютеров 1-2, 2-4 и 2-8 поступят высокоприоритетные запросы, то порядок обслуживания будет таким: 1-2,2-4,2-8,1-3,2-1,1-6. Помимо собственно передачи пакетов и пересылки запросов на передачу, в сети применяется также специальная процедура подготовки к связи (Link Training), во время которой концентратор и абоненты обмениваются между собой управляющими пакетами. При этом проверяется правильность присоединения линий связи и их исправность. Одновременно концентратор получает информацию об особенностях абонентов, подклю- ченных к нему, об их назначении и их сетевых адресах. Запускается данная процедура самим абонентом при включении питания или после подключения к концентратору, а также автоматически при большом уровне ошибок. Интересно решена в сети lOOVG-AnyLAN проблема кодирования передаваемых данных. Вся передаваемая информация проходит следующие этапы обработки. Разделение на квинтеты (группы по 5 бит). Перемешивание, скремблирование (scrambling) полученных квинтетов. Кодирование квинтетов специальным кодом 5В6В (этот код обеспечивает в выходной последовательности не более трех единиц или нулей подряд, что используется для детектирования ошибок). Добавление начального и конечного разделителей кадра.Сформированные таким образом кадры передаются в 4 линии передачи (при использовании счетверенной витой пары). При сдвоенной витой паре и оптоволоконном кабеле применяется временное мультиплексирование информации в каналах. В результате этих действий достигается рандомизация сигналов, то есть выравнивание количества передаваемых единиц и нулей, снижение взаимовлияния кабелей друг на друга и самосинхронизация передаваемых сигналов без удвоения требуемой полосы пропускания, как в случае кода Манчестер-П. В случае использования счетверенной витой пары передача по каждой из четырех витых пар производится со скоростью 30 Мбит/с (рис. 5.20). Суммарная скорость передачи составляет 120 Мбит/с. Однако полезная информация вследствие использования кода 5В6В передается при этом всего лишь со скоростью 100 Мбит/с. Таким образом, пропускная способность кабеля должна быть не менее 15 МГц. Этому требованию удовлетворяет кабель с витыми парами категории 3. В сети 100 VG-AnyLAN предусмотрены два режима обмена: полудуплексный и полнодуплексный. При полудуплексном обмене все четыре витые пары используются для передачи одновременно в одном направлении (от абонента к концентратору или наоборот). Он используется для передачи пакетов. При полнодуплексном обмене две витые пары передают в одном направлении, а две другие - в другом направлении. Он используется для передачи управляющих сигналов.
Рис. 5.20. Кодирование информации в сети 100VG-AnyLAN Для управления используются два тональных сигнала. Первый из них представляет собой последовательность из 16 логических единиц и 16 логических нулей, следующих со скоростью 30 Мбит/с (в результате частота сигнала получается равной 0,9375 МГц). Второй тональный сигнал имеет вдвое большую частоту (1,875 МГц) и образуется чередованием восьми логических единиц и восьми логических нулей. Все управление сетью осуществляется комбинацией этих двух тональных сигналов. Табл. 5.2. Расшифровка комбинаций управляющих тональных сигналов
В таблице 5.2 приведена расшифровка различных комбинаций этих сигналов, передаваемых абоненту и концентратору. Когда ни у абонента, ни у концентратора нет информации для передачи, оба они посылают по обеим линиям первый тоновый сигнал (1~1). Если принимаемый концентратором пакет может быть адресован данному абоненту, ему посылается комбинация сигналов 1-2. При этом абонент должен прекратить передачу управляющих сигналов концентратору и освободить эти две линии связи для пересылки информационных пакетов. Такая же комбинация (1 - 2), полученная концентратором, означает запрос на передачу пакета с нормальным приоритетом. Запрос на передачу пакета с высоким приоритетом передается комбинацией 2—1. Наконец, комбинация 2-2 сообщает как абоненту, так и концентратору о необходимости перейти к процедуре подготовки к связи. Таким образом, сеть lOOVG-AnyLAN представляет собой довольно доступное решение для увеличения скорости передачи до 100 Мбит/с. Однако она не обладает полной совместимостью ни с одной из стандартных сетей, поэтому ее дальнейшая судьба проблематична. К тому же, в отличие от сети FDDI, она не имеет никаких рекордных параметров. |
Глава 5.6. Сверхвысокоскоростные сетиБыстродействие 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. Например, все более широко применяется сетевая обработка трехмерных динамических изображений. Скорость компьютеров непрерывно растет, они обеспечивают все более высокие темпы обмена с внешними устройствами. В результате сеть может оказаться наиболее слабым местом системы, и ее пропускная способность будет основным сдерживающим фактором в увеличении быстродействия. Работы по достижению скорости передачи в 1 Гбит/с (1000 Мбит/с) ведутся в последние годы довольно интенсивно в нескольких направлениях. Однако, скорее всего, наиболее перспективной окажется сеть Gigabit Ethernet. Это связано прежде всего с тем, что переход на нее окажется наиболее безболезненным, самым дешевым и психологически приемлемым. Ведь сеть Ethernet и ее более быстрая версия Fast Ethernet сейчас далеко опережают всех своих конкурентов по объему продаж и распространенности в мире. Сеть Gigabit Ethernet — это естественный, эволюционный путь развития концепции, заложенной в стандартной сети Ethernet. Естественно, она наследует и все недостатки своих прямых предшественников, например, негарантированное время доступа к сети. Однако огромная пропускная способность приводит к тому, что загрузить сеть до тех уровней, когда этот фактор становится определяющим, довольно трудно. Зато сохранение преемственности позволяет довольно просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в единую сеть и, самое главное, 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.) Если же говорить о конкурирующих гигабитных сетях, то их применение может потребовать полной замены сетевой аппаратуры, что сразу же приведет к огромным затратам средств. В сети Gigabit Ethernet сохраняется все тот же хорошо зарекомендовавший себя в предыдущих версиях метод доступа CSMA/CD, используются те же форматы пакетов (кадров) и те же размеры, то есть никакого преобразования протоколов в местах соединения с сегментами Ethernet и Fast Ethernet не потребуется. Единственно, что нужно, - это согласование скоростей обмена. Поэтому главной областью применения Gigabit Ethernet станет в первую очередь соединение концентраторов Ethernet и Fast Ethernet между собой. С появлением сверхбыстродействующих серверов и распространением наиболее совершенных персональных компьютеров класса «high-end» преимущества Gigabit Ethernet будут становиться все более явными. Отметим, что 64-разрядная системная магистраль PCI, ставшая уже фактическим стандартом, вполне достигает требуемой для такой сети скорости передачи данных. Работы по сети Gigabit Ethernet ведутся с 1995 года. В 1998 году принят стандарт, получивший наименование IEEE 802.3z. Разработкой занимается специально созданный альянс (Gigabit Ethernet Alliance), в который, в частности, входит такая известная фирма, занимающаяся сетевой аппаратурой, как 3Com. Переход на такую огромную скорость передачи не столь прост, как может показаться. Для аппаратуры Gigabit Ethernet будут использоваться микросхемы, выполненные по самой современной 0,35-микронной технологии. Только они позволяют добиться требуемого быстродействия. Ожидается разработка 32-разрядного контроллера, имеющего и буферную память на кристалле, содержащем до миллиона логических элементов. Номенклатура сегментов сети Gigabit Ethernet в настоящее время включает в себя следующие типы: 1000ВASE-SX - сегмент на мультимодовом оптоволоконном кабеле с длиной волны светового сигнала 850 нм (длиной до 500 м). 1000BASE-LX - сегмент на мультимодовом (длиной до 500 м) и одномодовом (длиной до 2000 м) оптоволоконном кабеле с длиной волны светового сигнала 1300 нм. 1000BASE-CX - сегмент на экранированной витой паре (длиной до 25 м). 1000BASE-T - сегмент на счетверенной неэкранированной витой паре (длиной до 100 м).Специально для сети Gigabit Ethernet предложен метод кодирования передаваемой информации 8В/10В, построенный по тому же принципу, что и код 4В/5В сети FDDI. Восьми битам информации, которую нужно передать, ставится в соответствие 10 бит, передаваемых по сети. Этот код позволяет сохранять самосинхронизацию, легко обнаруживать несущую (факт передачи), но не требует удвоения полосы пропускания, как в случае кода Манчестер-П. Для увеличения 512-битного интервала сети Ethernet, соответствующего минимальной длине пакета, (51,2 икс в сети Ethernet и 5,12 мкс в сети Fast Ethernet), разработаны специальные методы. В частности, минимальная длина пакета увеличена до 512 байт (4096 бит). В противном случае временной интервал 0,512 мкс чрезмерно ограничивал бы предельную длину сети Gigabit Ethernet. Все пакеты с длиной меньше 512 байт расширяются до 512 байт. Это требует дополнительной обработки пакетов. Предполагается поддерживать передачу в сети Gigabit Ethernet как в полудуплексном режиме (с сохранением метода доступа CSMA/CD), так и в более быстром полнодуплексном режиме (как и в предшествующей сети Fast Ethernet). Прежде всего Gigabit Ethernet, видимо, найдет применение в сетях, объединяющих компьютеры больших фирм, предприятий, которые располагаются в нескольких зданиях. Она позволит с помощью соответствующих коммутаторов, преобразующих скорости передачи, обеспечить каналы связи с высокой пропускной способностью между отдельными частями сложной сети (рис. 5.21) или линии связи коммутаторов со сверхбыстродействующими серверами (рис. 5.22).
Рис. 5.21. Использование сети Gigabit Ethernet для соединения групп компьютеров
Рис. 5.22. Использование сети Gigabit Ethernet для подключения быстродействующих серверов Вероятно, в ряде случаев Gigabit Ethernet будет вытеснять оптоволоконную сеть FDDI, которая в настоящее время все чаще используется для объединения в единую сеть нескольких локальных сетей, в том числе, и сетей Ethernet. Правда, FDDI может связывать абонентов, находящихся на гораздо большем расстоянии друг от друга, но по скорости передачи информации Gigabit Ethernet существенно превосходит FDDI. Нас ждет принципиально важный прорыв в область скоростей передачи, еще недавно казавшихся фантастическими и даже, более того, никому не нужными. А там, возможно, появится и сеть со скоростью 10 000 Мбит/с, ведь такие разработки уже ведутся. В заключение раздела несколько слов об альтернативном решении сверхбыстродействующей сети. Речь идет о сети с технологией ATM (Asynchronous Transfer Mode). Данная технология используется как в локальных, так и в глобальных сетях. Основная ее идея — передача цифровых, голосовых и мультимедийных данных по одним и тем же каналам. Строго говоря, жесткого стандарта на аппаратуру ATM не предполагает. Первоначально была выбрана скорость передачи 155 Мбит/с (для настольных систем - 25 Мбит/с), затем - 662 Мбит/с, а сейчас ведутся работы по повышению скорости до 2488 Мбит/с. Как видим, по скорости ATM успешно конкурирует с Gigabit Ethernet. Кстати, появилась ATM раньше, чем Gigabit Ethernet. В качестве среды передачи информации в локальной сети технология ATM предполагает использование оптоволоконного кабеля и неэкранированную витую пару. Используемые коды - 4В/5В и 8В/10В. Принципиальное отличие ATM от всех остальных сетей состоит в отказе от привычных пакетов с полями адресации, управления и данных. Вся информация передается упакованной в микропакеты (ячейки, cells) длиной всего лишь в 53 бита. Каждая ячейка имеет идентификатор типа данных (двоичные данные, звук или изображение). Идентификатор позволяет интеллектуальным распределительным устройствам сортировать ячейки и следить за тем, чтобы ячейки передавались в нужной последовательности. Минимальный размер ячеек позволяет осуществлять коррекцию ошибок и маршрутизацию на аппаратном уровне. Он же обеспечивает равномерность всех существующих в сети информационных потоков. Главный недостаток сетей с технологией ATM состоит в их полной несовместимости ни с одной из существующих сетей. Плавный переход на ATM в принципе невозможен, нужно менять сразу все оборудование, а стоимость его пока что очень высока. Правда, работы по обеспечению совместимости ведутся, снижается и стоимость оборудования, так что перспективы у ATM неплохие. Тем более что задач по передаче изображений по компьютерным сетям становится все больше и больше. |
