close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

7324.1489.Проектирование локальной вычислительной сети

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Федеральное агентство связи
Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение
высшего профессионального образования
ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ
ЭЛЕКТРОННАЯ
БИБЛИОТЕЧНАЯ СИСТЕМА
Самара
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Поволжский государственный университет
телекоммуникаций и информатики»
Кафедра МСИБ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ
Методические указания
к выполнению курсовой работы по дисциплине
«Компьютерные сети» для студентов
по специальности 210406 заочного отделения
Составители — к.т.н., доц. Н.В. Киреева
ст. препод. М.А. Буранова
Редактор — д.т.н., проф. В.Г. Карташевский
Рецензент — д.т.н., проф. Н.Н. Васин
Самара, 2011
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 004.738.52.011.56
Л-65
Проектирование локальной вычислительной сети: методические указания
для курсового проектирования/ Н.В. Киреева, М.А. Буранова – Самара: ИУНЛ
ПГУТИ. 2011 -103
Рассматриваются базовые структуры сети, методы доступа, построение сетей
Ethernet и Fast Ethernet, приводится методика расчета конфигурации сети и
характеристик качества функционирования.
Для студентов заочного отделения, обучающихся по специальности «Сети
связи и системы коммутации».
Методическое пособие утверждено на заседании кафедры 20 октября 2011
г.
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание
Общие замечания
…………………………………………………
Задание на курсовую работу
………………………………...…..
4
4
Введение
…………………………………………………
5
………..
1. Классификация локальных сетей
…………………………......
2. Скорость передачи в ЛВС
…………………………………….
3. Топология ЛВС
……………………………………..…….……
4. Физическая среда передачи
…………………………………..
5. Физическая среда в сети Ethernet
………………………..…..
6. Физическая среда в сети Fast Ethernet
………………………..
7. Методы доступа в локальных сетях
…………………...……..
8. Особенности Эталонной модели ЛВС
………………………..
9. Стандарты локальных вычислительных
сетей ……………….
10. Сетевая технология Ethernet
…………………………………
11. Расчетная часть курсовой работы
11
11
13
15
17
31
37
44
51
53
63
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
…….…………………….
12. Сравнительный анализ методов доступа в
шинной и кольцевой структурах
……………………………………….….
71
13. Построение конфигурации
спроектированной сети и оценка ее
параметров
………………………………………..…………
..
Перечень принятых обозначений
………………………………
Список литературы
………………………………………………
74
75
76
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Общие замечания
Настоящая курсовая работа по курсу «Компьютерные сети» посвящен
проектированию сети Ethernet и Fast Ethernet. Для нормального
функционирования ЛВС необходимо использовать определенные правила
построения, дающие возможность анализа корректности сети и позволяющие
провести сравнение основных характеристик качества функционирования сетей
Ethernet и Fast Ethernet. Задание состоит таким образом, чтобы студент мог
выполнить курсовую работу, руководствуясь только лишь конспектом
лекционного курса настоящей УМД, и основной литературой. Номер варианта
задается преподавателем.
Задание на курсовую работу
Требуется спроектировать учрежденческую ЛВС, размещенную в одном
здании. ЛВС объединяет М станций пользователей. Моноканал имеет
заданный уровень помех. Длина информационной части сообщений составляет
LИ бит, а средняя суммарная интенсивность поступления сообщений от всех
1
c
вместе взятых станций λ .
Указанные соотношения задаются для каждого из вариантов
следующими соотношениями:
М = ( 50 + 10m ) станций
LИ = ( 1500 + 10n ) бит
= ( 500 + 20р ) сообщений / с,
Уровень помех - сильный для m=1,4,7,0; умеренный для m=2,5,8; слабый для
m=3,6,9
где m, n и p - соответственно последняя, предпоследняя и третья от конца
цифры номера зачетной книжки. Остальные параметры сети являются общими
для всех вариантов и принимают следующие значения :
В = 10 Мбит/с, S = 2000 м, V = 2,3.105 км/с, nP = 3, Lp = 15 бит, = 2
бит, d = 48 бит, h = 22 бит. Закон распределения длин информационной части
сообщений - экспоненциальный, закон распределения длин служебной части
сообщений - детерминированный. Длины служебной части сообщений Lc и
маркера Lм определяются соответствующими протоколами для шинной и
кольцевой архитектур. Следует также учесть при использовании исходных
данных, что для классического кольца с маркѐрным доступом B не может быть
более 4Мбит/с (1)
Требуется:
1. Описать назначение, классификацию и основные параметры ЛВС.
2. Провести сравнительный анализ методов доступа к передающей
среде по временным и алгоритмическим характеристикам.
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Обосновать структуру ЛВС.
Выбрать вид физической среды.
Описать различные стандарты ЛВС.
Описать протокол подуровня LLC, реализующий процедуру LAPB
для шинной структуры и построить временные диаграммы.
7. Описать протоколы подуровня МАС.
8. Рассчитать характеристики для ЛВС шинной структуры с
множественным случайным доступом ( CSMA/CD) и маркерным
доступом. Построить зависимости времени доставки сообщений tn от
интенсивности потока сообщений для указанных сетей. Определить
значение э при которых маркерный и случайный доступ имеют
одинаковые времена доставки tn.
9. Рассчитать времена доставки сообщений для кольцевой сети с
маркерным доступом.
10. Рассчитать время доставки сообщений для кольцевой сети с
тактированным доступом .
11. Произвести сравнительную оценку и окончательный выбор
конфигурации проектируемой ЛВС.
12. Построить конфигурацию спроектированной сети, а также оценить
еѐ основные параметры на основе произведѐнных в курсовом проекте
вычислений.
3.
4.
5.
6.
Введение
Современный период развития различных областей информатики
характеризуется
повышением систем с распределенной обработкой
информации, которых возникают информационные связи, отражающие
управленческую производственную деятельность. Как показали исследования в
этой области, 80-90 % информационных связей с интенсивностью от 0,5 до 2,0
Мбит/с концентрируются в отдельных зданиях или группе зданий на площади
до 3 км. Кроме того, 60 % деловой информации передается на расстояние не
более 8 км и только 10 % на расстояние более 800 км. Поэтому возникла
потребность
в
создании
территориально
рассредоточенных
автоматизированных рабочих мест и объединении их в локальную
вычислительную сеть.
В общем случае ЛВС представляет собой коммуникационную систему
принадлежащую одной организации или предприятию и позволяющую
однотипным или разнородным средствам ВТ сообщаться друг с другом с
помощью единой передающей среды. Связь может осуществляться между
любыми ЭВМ, специализированными процессорами, ПЭВМ, терминалами,
накопителями на магнитных дисках большой емкости, а также
специализированными
средствами
(регистрирующие
и
копирующие
устройства, графопостроители, устройства связи с объектом и др.). При этом
ЛВС обеспечивает простое и удобное объединение всех средств в пределах
помещения, этажа, здания, группы зданий и производственного комплекса.
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
К локальным сетям — Local Area Networks (LAN) — относят сети
компьютеров, сосредоточенные на небольшой территории (обычно в радиусе не
более 1-2 км). В общем случае локальная сеть представляет собой
коммуникационную систему, принадлежащую одной организации. Из-за
коротких расстояний в локальных сетях имеется возможность использования
относительно дорогих высококачественных линий связи, которые позволяют,
применяя простые методы передачи данных, достигать высоких скоростей
обмена данными порядка 100 Мбит/с. В связи с этим услуги, предоставляемые
локальными сетями, отличаются широким разнообразием и обычно
предусматривают реализацию в режиме on-line.
В то время как локальные сети наилучшим образом подходят для разделения
ресурсов на коротких расстояниях и широковещательных передач, а глобальные сети обеспечивают работу на больших расстояниях, но с ограниченной
скоростью и небогатым набором услуг, сети мегаполисов (Metropolitan Area
Networks (MAN)) занимают некоторое промежуточное положение. Они
используют цифровые магистральные линии связи, часто оптоволоконные, со
скоростями от 45 Мбит/с, и предназначены для связи локальных сетей в
масштабах города и соединения локальных сетей с глобальными. Эти сети
первоначально были разработаны для передачи данных, но сейчас они
поддерживают и такие услуги, как видеоконференции и интегральную
передачу голоса и текста. Развитие технологии сетей мегаполисов
осуществлялось местными телефонными компаниями. Исторически сложилось
так, что местные телефонные компании всегда обладали слабыми
техническими возможностями и из-за этого не могли привлечь крупных
клиентов. Чтобы преодолеть свою отсталость и занять достойное место в мире
локальных и глобальных сетей, местные предприятия связи занялись
разработкой сетей на основе самых современных технологий, например
технологии коммутации ячеек SMDS или ATM. Сети мегаполисов являются
общественными сетями, и поэтому их услуги обходятся дешевле, чем
построение собственной (частной) сети в пределах города.
Класс локальных вычислительных сетей по определению отличается от
класса глобальных сетей небольшим расстоянием между узлами сети. Это в
принципе делает возможным использование в локальных сетях качественных
линий связи: коаксиального кабеля, витой пары, оптоволоконного кабеля,
которые не всегда доступны (из-за экономических ограничений) на больших
расстояниях, свойственных глобальным сетям. В глобальных сетях часто
применяются уже существующие линии связи (телеграфные или телефонные), а
в локальных сетях они прокладываются заново.
Сложность методов передачи и оборудования. В условиях низкой
надежности физических каналов в глобальных сетях требуются более сложные,
чем в локальных сетях, методы передачи данных и соответствующее
оборудование. Так, в глобальных сетях широко применяются модуляция,
асинхронные методы, сложные методы контрольного суммирования,
квитирование и повторные передачи искаженных кадров. С другой стороны,
качественные линии связи в локальных сетях позволили упростить процедуры
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
передачи данных за счет применения немодулированных сигналов и отказа от
обязательного подтверждения получения пакета.
Скорость обмена данными. Одним из главных отличий локальных сетей
от глобальных является наличие высокоскоростных каналов обмена данными
между компьютерами, скорость которых (10, 16 и 100 Мбит/с) сравнима со
скоростями работы устройств и узлов компьютера — дисков, внутренних шин
обмена данными и т. п. За счет этого у пользователя локальной сети,
подключенного к удаленному разделяемому ресурсу (например, диску сервера),
складывается впечатление, что он пользуется этим диском, как «своим». Для
глобальных сетей типичны гораздо более низкие скорости передачи данных —
2400,9600,28800,33600 бит/с, 56 и 64 Кбит/с и только на магистральных каналах
— до 2 Мбит/с.
Разнообразие услуг. Локальные сети предоставляют, как правило,
широкий набор услуг — это различные виды услуг файловой службы, услуги
печати, услуги службы передачи факсимильных сообщений, услуги баз данных,
электронная почта и другие, в то время как глобальные сети в основном
предоставляют почтовые услуги и иногда файловые услуги с ограниченными
возможностями — передачу файлов из публичных архивов удаленных серверов
без предварительного просмотра их содержания.
Оперативность выполнения запросов. Время прохождения пакета через
локальную сеть обычно составляет несколько миллисекунд, время же его
передачи через глобальную сеть может достигать нескольких секунд. Низкая
скорость передачи данных в глобальных сетях затрудняет реализацию служб
для режима on-line, который является обычным для локальных сетей.
Разделение каналов. В локальных сетях каналы связи используются, как
правило, совместно сразу несколькими узлами сети, а в глобальных сетях —
индивидуально.
Использование метода коммутации пакетов. Важной особенностью
локальных сетей является неравномерное распределение нагрузки. Отношение
пиковой нагрузки к средней может составлять 100:1 и даже выше. Такой
трафик обычно называют пульсирующим. Из-за этой особенности трафика в
локальных сетях для связи узлов применяется метод коммутации пакетов,
который для пульсирующего трафика оказывается гораздо более эффективным,
чем традиционный для глобальных сетей метод коммутации каналов.
Эффективность метода коммутации пакетов состоит в том, что сеть в целом
передает в единицу времени больше данных своих абонентов. В глобальных
сетях метод коммутации пакетов также используется, но наряду с ним часто
применяется и метод коммутации каналов, а также некоммутируемые каналы
— как унаследованные технологии некомпьютерных сетей.
Масштабируемость. «Классические» локальные сети обладают плохой
масштабируемостью из-за жесткости базовых топологий, определяющих
способ подключения станций и длину линии. При использовании многих
базовых топологий характеристики сети резко ухудшаются при достижении
определенного предела по количеству узлов или протяженности линий связи.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для глобальных сетей характерна хорошая масштабируемость, так как они
изначально разрабатывались в расчете на работу с произвольными
топологиями.
Если принять во внимание все перечисленные выше различия локальных и
глобальных сетей, то становится понятным, почему так долго могли
существовать раздельно два сообщества специалистов, занимающиеся этими
двумя видами сетей. Но за последние годы ситуация резко изменилась.
Специалисты по локальным сетям, перед которыми встали задачи
объединения нескольких локальных сетей, расположенных в разных,
географически удаленных друг от друга пунктах, были вынуждены начать
освоение чуждого для них мира глобальных сетей и телекоммуникаций. Тесная
интеграция удаленных локальных сетей не позволяет рассматривать
глобальные сети в виде «черного ящика», представляющего собой только
инструмент транспортировки сообщений на большие расстояния. Поэтому все,
что связано с глобальными связями и удаленным доступом, стало предметом
повседневного интереса многих специалистов по локальным сетям.
С другой стороны, стремление повысить пропускную способность, скорость
передачи данных, расширить набор и оперативность служб, другими словами,
стремление улучшить качество предоставляемых услуг — все это заставило
специалистов по глобальным сетям обратить пристальное внимание на
технологии, используемые в локальных сетях.
Таким образом, в мире локальных и глобальных сетей явно наметилось
движение навстречу друг другу, которое уже сегодня привело к значительному
взаимопроникновению технологий локальных и глобальных сетей.
Одним из проявлений этого сближения является появление сетей масштаба
большого города (MAN), занимающих промежуточное положение между
локальными и глобальными сетями. При достаточно больших расстояниях
между узлами они обладают качественными линиями связи и высокими
скоростями обмена, даже более высокими, чем в классических локальных
сетях. Как и в случае локальных сетей, при построении MAN уже
существующие линии связи не используются, а прокладываются заново.
Сближение в методах передачи данных происходит на платформе
оптической
цифровой
(немодулированной)
передачи
данных
по
оптоволоконным линиям связи. Из-за резкого улучшения качества каналов
связи в глобальных сетях начали отказываться от сложных и избыточных
процедур обеспечения корректности передачи данных. Примером могут
служить сети frame relay. В этих сетях предполагается, что искажение бит
происходит настолько редко, что ошибочный пакет просто уничтожается, а все
проблемы, связанные с его потерей, решаются программами прикладного
уровня, которые непосредственно не входят в состав сети frame relay.
За счет новых сетевых технологий и, соответственно, нового оборудования,
рассчитанного на более качественные линии связи, скорости передачи данных в
уже существующих коммерческих глобальных сетях нового поколения
приближаются к традиционным скоростям локальных сетей (в сетях frame relay
сейчас доступны скорости 2 Мбит/с), а в глобальных сетях ATM и превосходят
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
их, достигая 622 Мбит/с.
В результате службы для режима on-line становятся обычными и в
глобальных сетях. Наиболее яркий пример — гипертекстовая информационная
служба World Wide Web, ставшая основным поставщиком информации в сети
Internet. Ее интерактивные возможности превзошли возможности многих
аналогичных служб локальных сетей, так что разработчикам локальных сетей
пришлось просто позаимствовать эту службу у глобальных сетей. Процесс
переноса служб и технологий из глобальных сетей в локальные приобрел такой
массовый характер, что появился даже специальный термин — intranetтехнологии (intra — внутренний), обозначающий применение служб внешних
(глобальных) сетей во внутренних — локальных.
Локальные сети перенимают у глобальных сетей и транспортные технологии.
Все новые скоростные технологии (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 1OOVGAnyLAN) поддерживают работу по индивидуальным линиям связи наряду с
традиционными для локальных сетей разделяемыми линиями. Для организации
индивидуальных
линий
связи
используется
специальный
тип
коммуникационного оборудования — коммутаторы. Коммутаторы локальных
сетей соединяются между собой по иерархической схеме, подобно тому, как это
делается в телефонных сетях: имеются коммутаторы нижнего уровня, к
которым непосредственно подключаются компьютеры сети, коммутаторы
следующего уровня соединяют между собой коммутаторы нижнего уровня и т.
д. Коммутаторы более высоких уровней обладают, как правило, большей
производительностью и работают с более скоростными каналами, уплотняя
данные нижних уровней. Коммутаторы поддерживают не только новые протоколы локальных сетей, но и традиционные — Ethernet и Token Ring.
В локальных сетях в последнее время уделяется такое же большое внимание
методам обеспечения защиты информации от несанкционированного доступа,
как и в глобальных сетях. Такое внимание обусловлено тем, что локальные сети
перестали быть изолированными, чаще всего они имеют выход в «большой
мир» через глобальные связи. При этом часто используются те же методы —
шифрование данных, аутентификация пользователей, возведение защитных
барьеров, предохраняющих от проникновения в сеть извне.
И, наконец, появляются новые технологии, изначально предназначенные для
обоих видов сетей. Наиболее ярким представителем нового поколения
технологий является технология ATM, которая может служить основой не
только локальных и глобальных компьютерных сетей, но и телефонных сетей, а
также широковещательных видеосетей, объединяя все существующие типы
трафика в одной транспортной сети.
1. Классификация локальных сетей
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Известен довольно широкий набор признаков, используемых для
классификации локальных сетей. Наиболее обобщенными из них являются:
скорость передачи в ЛВС,
методы доступа в ЛВС,
топология ЛВС,
физическая среда передачи,
методы доступа в ЛВС.
Рассмотрим несколько подробнее каждый из вышеприведенных признаков.
2. Скорость передачи в ЛВС
Скорость передачи в ЛВС должны быть существенно выше скоростей, чем
обмен данными в отдельных устройствах.
В целом скорость передачи в локальной сети зависит от типа среды передачи.
В настоящее время известные ЛВС можно разбить на 4 класса:
низкоскоростные - сети, имеющие скорость передачи не более 1 Мбит/с,
среднескоростные - скорость передачи 1-10 Мбит/с,
высокоскоростные - сети со скоростью свыше 10 Мбит/с.
сверхвысокоскоростные - сети со скоростью свыше 100 Мбит/с.
Рассмотрим скорости различных технологий ЛВС.
Стандарт Ethernet
В технологии Ethernet передача данных происходит со скоростью 10 Мбит/с.
Эта величина является пропускной способностью данной сети. Более подробно
технология Ethernet будет рассматриваться далее.
Технология Token Ring
Технология Token Ring работает с двумя битовыми скоростями — 4 и 16
Мбит/с. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном
кольце не допускается. Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мбит/с,
имеют некоторые усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со
стандартом 4 Мбит/с.
Технология Token Ring является более сложной технологией, чем Ethernet.
Она обладает свойствами отказоустойчивости.
Технология FDDI
Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring,
развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDI
ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:
повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с;
повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур
восстановления ее после отказов различного рода — повреждения кабеля,
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня
помех на линии и т. п.;
максимально эффективно использовать потенциальную пропускную
способность сети как для асинхронного, так и для синхронного
(чувствительного к задержкам) трафиков.
Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые
образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети.
Наличие двух колец — это основной способ повышения отказоустойчивости в
сети FDDI.
Fast Ethernet и 1OOVG-AnyLAN
Классический 10-мегабитный Ethernet устраивал большинство пользователей
на протяжении около 15 лет. Однако в начале 90-х назрела необходимость в
разработке «нового» Ethernet, то есть технологии, которая была бы такой же
эффективной по соотношению цена/качество при производительности 100
Мбит/с. В результате поисков и исследований специалисты разделились на два
лагеря, что в конце концов привело к появлению двух новых технологий — Fast
Ethernet и 100VG-AnyLAN. Они отличаются степенью преемственности с
классическим Ethernet.
Высокоскоростная технология Gigabit Ethernet
Достаточно быстро после появления на рынке продуктов Fast Ethernet
сетевые интеграторы и администраторы почувствовали определенные
ограничения при построении корпоративных сетей. Во многих случаях
серверы, подключенные по 100-мегабитному каналу, перегружали магистрали
сетей, работающие также на скорости 100 Мбит/с — магистрали FDDI и Fast
Ethernet. Ощущалась потребность в следующем уровне иерархии скоростей.
Основная идея разработчиков стандарта Gigabit Ethernet состоит в
максимальном сохранении идей классической технологии Ethernet при
достижении битовой скорости в 1000 Мбит/с.
Так как при разработке новой технологии естественно ожидать некоторых
технических новинок, идущих в общем русле развития сетевых технологий, то
важно отметить, что Gigabit Ethernet, так же как и его менее скоростные
собратья, на уровне протокола не будет поддерживать:
качество обслуживания;
избыточные связи;
тестирование работоспособности узлов и оборудования (в последнем
случае — за исключением тестирования связи порт — порт, как это делается
для Ethernet 10Base-T и 10Base-F и Fast Ethernet).
3. Топология ЛВС
Структура (топология) ЛВС чаще всего неиерархическая, т.е. в них нет
строгого деления по уровням станций локальной сети. Под станцией ЛВС
(рабочей станцией) понимают систему, обеспечивающую пользователя
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
некоторыми вычислительными ресурсами, необходимыми для его
индивидуальной работы, а также предоставляющую доступ к различным видам
обслуживания.
В локальных сетях наиболее распространены следующие топологии: шинная,
кольцевая, звездообразная и древовидная.
а) шинная
б) кольцевая
в) звездообразная
г) древовидная
Рисунок 1. Топологии ЛВС.
Качественная оценка перечисленных видов топологий в ЛВС приведена в
таблице 1.
Таблица 1. Виды топологий в ЛВС
Параметры
Топология Сложность Наращив Надежаемость
ность
Шинная
низкая
хорошая высокая
Кольцевая низкая
Звездообр низкая
азная
Древовидн средняя
ая
Стоимост
ь
низкая
средняя
плохая
высокая
средняя
средняя
высокая
хорошая
высокая
низкая
Шинная топология
Достоинства:
отсутствие активного переприема при доступе к физической среде;
простые конструкции;
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
возможность подключения к любой точке кабеля.
Недостатки:
Низкая надежность: любой дефект кабеля или какого-нибудь из
многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть;
Невысокая производительность: в каждый момент времени только один
компьютер может передавать данные по сети, следовательно, пропускная
способность канала связи делится между всеми узлами сети.
Кольцевая топология
Достоинства:
Обладает свойством резервирования связей;
Удобна для организации обратной связи, следовательно, отправитель
может контролировать процесс доставки данных адресату;
Недостатки:
В случае выхода из строя какой-либо станции канал связи прерывается
между остальными станциями кольца.
Звездообразная топология
Достоинства:
Существенно большая надежность: в случае выхода из строя какой-либо
станции канал связи не прерывается между остальными станциями;
Администратор сети имеет возможность блокировки запрещенные
администратором передачи.
Недостатки:
Высокая стоимость сетевого оборудования: необходимость приобретения
концентратора;
Выход из строя концентратора парализует все сеть целиком;
Возможность по наращиванию количества узлов в сети ограничивается
количеством портов концентратора.
Древовидная топология
Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких
концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа звезда.
Такая структура называется деревом или древовидной топологией. В настоящее
время дерево является самым распространенным типом топологии связей, как в
локальных, так и в глобальных вычислительных сетях.
4. Физическая среда передачи
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В настоящее время в ЛВС в основном применяются следующие физические
среды: коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель связи (волос) и
витую пару проводников.
Коаксиальные кабели, представляют собой наиболее массовую физическую
среду передачи информации в ЛВС. Массовость применения коаксиальных
кабелей в ЛВС объясняется их высоким технико-эксплуатационным
показателями,
большими
скоростями
(50-100
Мбит/с)
передачи,
износоустойчивостью при приемлемой стоимости. В проектировании ЛВС
можно использовать толстый коаксиальный кабель для участка длиной 500м и
тонкий коаксиальный кабель для участка длиной 185м при умеренном уровне
электромагнитных помех и скорости 10Мбит/с.
ВОЛС начинают конкурировать с некоторыми видами коаксиальных кабелей
и обеспечивают скорость передачи сигналов 2-3 Гбит/с на расстоянии 1,5 - 3
км. Имеют небольшие размеры, массу, высокую стоимость и
износоустойчивость в пределах 3-4 лет, хорошо защищены от всякого рода
помех. В проектировании ЛВС оптоволоконный кабель можно использовать
для участков большой протяжѐнности (4-6 км без переприѐма) и скорости
модуляции 10Мбит/с и выше, где имеется высокий уровень электромагнитных
помех.
Там, где не требуется высокая скорость передачи и имеется слабый уровень
электромагнитных помех применяют наиболее простые и дешевые виды
физической среды - витые пары. При скорости 10Мбит/с витые пары
обеспечивают передачу информации на расстояние 100 м без переприѐма. Если
скорость в проектируемой линии будет меньше, то соответственно
увеличивается расстояние (однако при этом необходимо согласование линии и
аппаратуры приѐма-передачи). Износоустойчивость средняя и меняется в
зависимости от условий эксплуатации от 2 до 6 лет. Витая пара представляет
собой наиболее доступный для массового пользователя способ соединения
станций ЛВС, т.к. имеет самую низкую стоимость среди остальных видов
моноканалов.
В таблице 2 приведены рекомендации по выбору физической среды для
моноканала с учетом видов пересылаемой информации ( речь, TV и данные).
Таблица 2. Рекомендации по выбору физической среды для моноканала
Техникоэксплуатацио
нные
показатели
Виды
пересылаемо
й
информации
ВОЛС
Коаксиальн
ый кабель
Витая пара
Речь, TV,
данные
Речь, TV,
данные
Данные
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Качество
пересылаемо
й
информации
Расстояние,
км
Износоусто
йчивость
Стоимость
Высокое
Высокое
Низкое
10
10
0,8 - 1,5
Средняя
Высокая
Средняя
Высокая
Средняя
Низкая
В целом арсенал технических средств для каналов связи в ЛВС достаточно
обширен и обеспечивает свободу выбора для конкретных условий применения
ЛВС.
Но на сегодняшний день все чаще используется технология Ethernet.
5. Физическая среда в сети Ethernet
Исторически первые сети технологии Ethernet были созданы на
коаксиальном кабеле диаметром 0,5 дюйма. В дальнейшем были определены и
другие спецификации физического уровня для стандарта Ethernet, позволяющие
использовать различные среды передачи данных. Метод доступа CSMA/CD и
все временные параметры остаются одними и теми же для любой
спецификации физической среды технологии Ethernet 10 Мбит/с.
В зависимости от скорости передачи данных и передающей среды
существует несколько вариантов технологии. Независимо от способа передачи
стек сетевого протокола и программы, работают одинаково практически во всех
нижеперечисленных вариантах.
Большинство Ethernet-карт и других устройств имеет поддержку нескольких
скоростей передачи данных, используя автоопределение скорости и
дуплексности, для достижения наилучшего соединения между двумя
устройствами. Если автоопределение не срабатывает, скорость подстраивается
под партнѐра, и включается режим полудуплексной передачи. Например,
наличие в устройстве порта Ethernet 10/100 говорит о том, что через него можно
работать по технологиям 10BASE-T и 100BASE-TX, а порт Ethernet 10/100/1000
— поддерживает стандарты 10BASE-T, 100BASE-TX, и 1000BASE-T.
Ранние модификации Ethernet
Xerox Ethernet — оригинальная технология, скорость 3Мбит/с,
существовала в двух вариантах Version 1 и Version 2, формат кадра последней
версии до сих пор имеет широкое применение.
10BROAD36 — широкого распространения не получил. Один из
первых стандартов, позволяющий работать на длительных расстояниях.
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Использовал технологию широкополосной модуляции, похожей на ту, что
используется в кабельных модемах. В качестве среды передачи данных
использовался коаксиальный кабель.
1BASE5 — также известный, как StarLAN, стал первой модификацией
Ethernet-технологии, использующей витую пару. Работал на скорости 1 Мбит/с,
но не нашѐл коммерческого применения.
10 Мбит/с Ethernet
10BASE5, IEEE 802.3 (называемый также «Толстый Ethernet») —
первоначальная разработка технологии со скоростью передачи данных
10 Мбит/с. Следуя раннему стандарту IEEE использует коаксиальный кабель, с
волновым сопротивлением 50 Ом (RG-8), с максимальной длиной сегмента 500
метров.
10BASE2 IEEE 802.3a (называемый «Тонкий Ethernet») — используется
кабель RG-58, с максимальной длиной сегмента 200 метров, компьютеры
присоединялись один к другому, для подключения кабеля к сетевой карте
нужен T-коннектор, а на кабеле должен быть BNC-коннектор. Требуется
наличие терминаторов на каждом конце. Многие годы этот стандарт был
основным для технологии Ethernet.
StarLAN 10 — Первая разработка, использующая витую пару для
передачи данных на скорости 10 Мбит/с. В дальнейшем, эволюционировал в
стандарт 10BASE-T.
10BASE-T , IEEE 802.3i — для передачи данных используется 4
провода кабеля витой пары (две скрученные пары) категории-3 или категории5. Максимальная длина сегмента 100 метров.
FOIRL — (акроним от Английского языка Fiber-optic inter-repeater link).
Базовый стандарт для технологии Ethernet, использующий для передачи данных
оптический кабель. Максимальное расстояние передачи данных без
повторителя 1км.
10BASE-F, IEEE 802.3j — Основной термин для обозначения
семейства 10 Mбит/с ethernet-стандартов использующих оптоволоконный
кабель на расстоянии до 2 километров: 10BASE-FL, 10BASE-FB и 10BASE-FP.
Из перечисленного только 10BASE-FL получил широкое распространение.
10BASE-FL (Fiber Link)- Улучшенная версия стандарта FOIRL.
Улучшение коснулось увеличения длины сегмента до 2 км.
10BASE-FB (Fiber Backbone) — Сейчас неиспользуемый стандарт,
предназначался для объединения повторителей в магистраль.
10BASE-FP (Fiber Passive)- Топология «пассивная звезда», в которой не
нужны повторители — никогда не применялся.
Fast Ethernet (100 Мбит/с)
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
100BASE-T — Общий термин для обозначения одного из трѐх
стандартов 100 Мбит/с ethernet, использующий в качестве среды передачи
данных витую пару. Длина сегмента до 100 метров. Включает в себя 100BASETX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.
100BASE-TX, IEEE 802.3u — Развитие технологии 10BASE-T,
используется топология звезда, задействованы две пары кабеля ктегории-5,
максимальная скорость передачи данных 100 Мбит/с.
100BASE-T4 — 100 MБит/с ethernet по кабелю категории-3.
Задействованы все 4 пары. Сейчас практически не используется. Передача
данных идѐт в полудуплексном режиме.
100BASE-T2 — Не используется. 100 Mбит/с ethernet через кабель
категории-3. Используется только 2 пары, поддерживается дуплексный режим
передачи. По функциональности полный эквивалент 100BASE-TX, но для
старого типа кабеля.
100BASE-FX — 100 Мбит/с ethernet с помощью оптоволоконного
кабеля. Максимальная длина сегмента 400 метров в полудуплексном режиме
(для гарантированного обнаружения коллизий) или 2 километра в дуплексном
режиме передачи данных.
Gigabit Ethernet
1000BASE-T, IEEE 802.3ab — Стандарт Ethernet 1 Гбит/с.
Используется витая пара категории 5e или категории 6. В передаче данных
участвуют все 4 пары. Скорость передачи данных — 250 Мбит/с по одной паре.
1000BASE-TX — Стандарт Ethernet 1 Гбит/с, использующий только
витую пару категории 6. Практически не используется.
1000Base-X — общий термин для обозначения технологии Гигабит
Ethernet, использующей в качестве среды передачи данных оптоволоконный
кабель, включает в себя 1000BASE-SX, 1000BASE-LX и 1000BASE-CX.
1000BASE-SX, IEEE 802.3z — 1 Гбит/с Ethernet технология, использует
многомодовое волокно дальность прохождения сигнала без повторителя до 550
метров.
1000BASE-LX, IEEE 802.3z — 1 Гбит/с Ethernet технология, использует
многомодовое волокно дальность прохождения сигнала без повторителя до 550
метров. Оптимизирована для дальних расстояний, при использовании
одномодового волокна (до 10 километров).
1000BASE-CX — Технология Гигабит Ethernet для коротких
расстояний (до 25 метров), используется специальный медный кабель
(Экранированная витая пара (STP)) с волновым сопротивлением 150 Ом.
Заменѐн стандартом 1000BASE-T, и сейчас не используется.
1000BASE-LH (Long Haul) — 1 Гбит/с Ethernet технология, использует
одномодовый оптический кабель, дальность прохождения сигнала без
повторителя до 100 километров.
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10 Gigabit Ethernet
Новый стандарт 10 Gigabit Ethernet включает в себя семь стандартов
физической среды для LAN, MAN и WAN. В настоящее время он описывается
поправкой IEEE 802.3ae и должен войти в следующую ревизию стандарта IEEE
802.3.
10GBASE-CX4 — Технология 10 Гигабит Ethernet для коротких
расстояний (до 15 метров), используется медный кабель CX4 и коннекторы
InfiniBand.
10GBASE-SR — Технология 10 Гигабит Ethernet для коротких
расстояний (до 26 или 82 метров, в зависимости от типа кабеля), используется
многомодовое оптоволокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров
с использованием нового многомодового оптоволокна (2000 МГц/км).
10GBASE-LX4 — использует уплотнение по длине волны для
поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому оптоволокну.
Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании
одномодового оптоволокна.
10GBASE-LR и 10GBASE-ER — эти стандарты поддерживают
расстояния до 10 и 40 километров соответственно.
10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW — Эти стандарты
используют физический интерфейс, совместимый по скорости и формату
данных с интерфейсом OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Они подобны
стандартам 10GBASE-SR, 10GBASE-LR и 10GBASE-ER соответственно, так
как используют те же самые типы кабелей и расстояния передачи.
10GBASE-T — Использует неэкранированную витую пару. Должен
быть готов к августу 2006.
Стандарт 10 Gigabit Ethernet ещѐ слишком молод, поэтому потребуется время,
чтобы понять, какие из вышеперечисленных стандартов передающих сред будут
реально востребованы на рынке.
Физические стандарты технологии Ethernet
Физические спецификации технологии Ethernet на сегодняшний день
включают следующие основные среды передачи данных::
10Base-5 — коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма, называемый
«толстым» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная
длина сегмента — 500 метров (без повторителей);
10Base-2 — коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма, называемый
«тонким» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная
длина сегмента — 185 метров (без повторителей);
10Base-T — кабель на основе неэкранированной витой пары
(Unshielded Twisted Pair, UTP). Образует звездообразную топологию на основе
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
концентратора. Расстояние между концентратором и конечным узлом — не
более 100 м.
10Base-F — волоконно-оптический кабель. Топология аналогична
топологии стандарта 10Base-T. Имеется несколько вариантов этой
спецификации — FOIRL (расстояние до 1000 м), 10Base-FL (расстояние до
2000 м), 10Base-FB (расстояние до 2000 м).
Число 10 в указанных выше названиях обозначает битовую скорость
передачи данных этих стандартов — 10 Мбит/с, а слово Base — метод передачи
на одной базовой частоте 10 МГц (в отличие от методов, использующих
несколько
несущих
частот,
которые
называются
Broadband
—
широкополосными). Последний символ в названии стандарта физического
уровня обозначает тип кабеля.
Стандарт 1O Base-5
Стандарт 1O Base-5 в основном соответствует экспериментальной сети
Ethernet фирмы Xerox и может считаться классическим Ethernet. Он использует
в качестве среды передачи данных коаксиальный кабель с волновым
сопротивлением 50 Ом, диаметром центрального медного провода 2,17 мм и
внешним диаметром около 10 мм («толстый» Ethernet). Такими
характеристиками обладают кабели марок RG-8hRG-11.
Кабель используется как моноканал для всех станций. Сегмент кабеля имеет
максимальную длину 500 м (без повторителей) и должен иметь на концах
согласующие терминаторы сопротивлением 50 Ом, поглощающие
распространяющиеся по кабелю сигналы и препятствующие возникновению
отраженных сигналов. При отсутствии терминаторов («заглушек») в кабеле
возникают стоячие волны, так что одни узлы получают мощные сигналы, а
другие — настолько слабые, что их прием становится невозможным.
Станция должна подключаться к кабелю при помощи приемопередатчика —
трансивера (transmitter+receiver = transceiver). Трансивер устанавливается непосредственно на кабеле и питается от сетевого адаптера компьютера. Трансивер
может подсоединяться к кабелю как методом прокалывания, обеспечивающим
непосредственный физический контакт, так и бесконтактным методом.
Трансивер соединяется с сетевым адаптером интерфейсным кабелем A UI
(Attachment Unit Interface) длиной до 50 м, состоящим из 4 витых пар (адаптер
должен иметь разъем AUI). Наличие стандартного интерфейса между
трансивером и остальной частью сетевого адаптера очень полезно при переходе
с одного типа кабеля на другой. Для этого достаточно только заменить
трансивер, а остальная часть сетевого адаптера остается неизменной, так как
она отрабатывает протокол уровня MAC. При этом необходимо только, чтобы
новый трансивер (например, трансивер для витой пары) поддерживал
стандартный интерфейс АШ. Для присоединения к интерфейсу AUI
используется разъем DB-15.
Допускается подключение к одному сегменту не более 100 трансиверов,
причем расстояние между подключениями трансиверов не должно быть
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
меньше 2,5 м. На кабеле имеется разметка через каждые 2,5 м, которая
обозначает точки подключения трансиверов. При подсоединении компьютеров
в соответствии с разметкой влияние стоячих волн в кабеле на сетевые адаптеры
сводится к минимуму.
Трансивер — это часть сетевого адаптера, которая выполняет следующие
функции:
прием и передача данных с кабеля на кабель;
определение коллизий на кабеле;
электрическая развязка между кабелем и остальной частью адаптера;
защита кабеля от некорректной работы адаптера.
Последнюю функцию иногда называют «контролем болтливости», что
является буквальным переводом соответствующего английского термина
(jabber control). При возникновении неисправностей в адаптере может
возникнуть ситуация, когда на кабель будет непрерывно выдаваться
последовательность случайных сигналов. Так как кабель — это общая среда
для всех станций, то работа сети будет заблокирована одним неисправным
адаптером. Чтобы этого не случилось, на выходе передатчика ставится схема,
которая проверяет время передачи кадра. Если максимально возможное время
передачи пакета превышается (с некоторым запасом), то эта схема просто
отсоединяет выход передатчика от кабеля. Максимальное время передачи кадра
(вместе с преамбулой) равно 1221 мкс, а время jabber-контроля устанавливается
равным 4000 мкс (4 мс).
Передатчик и приемник присоединяются к одной точке кабеля с помощью
специальной схемы, например трансформаторной, позволяющей организовать
одновременную передачу и прием сигналов с кабеля.
Детектор коллизий определяет наличие коллизии в коаксиальном кабеле по
повышенному уровню постоянной составляющей сигналов. Если постоянная
составляющая превышает определенный порог (около 1,5 В), значит, на кабель
работает более одного передатчика. Развязывающие элементы (РЭ)
обеспечивают гальваническую развязку трансивера от остальной части сетевого
адаптера и тем самым защищают адаптер и компьютер от значительных
перепадов напряжения, возникающих на кабеле при его повреждении.
Стандарт 10Base-5 определяет возможность использования в сети
специального устройства — повторителя (repeator). Повторитель служит для
объединения в одну сеть нескольких сегментов кабеля и увеличения тем самым
общей длины сети. Повторитель принимает сигналы из одного сегмента кабеля
и побитно синхронно повторяет их в другом сегменте, улучшая форму и
мощность импульсов, а также синхронизируя импульсы. Повторитель состоит
из двух (или нескольких) трансиверов, которые присоединяются к сегментам
кабеля, а также блока повторения со своим тактовым генератором. Для лучшей
синхронизации передаваемых бит повторитель задерживает передачу
нескольких первых бит преамбулы кадра, за счет чего увеличивается задержка
передачи кадра с сегмента на сегмент, а также несколько уменьшается
межкадровый интервал IPG.
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Стандарт разрешает использование в сети не более 4 повторителей и,
соответственно, не более 5 сегментов кабеля. При максимальной длине
сегмента кабеля в 500 м это дает максимальную длину сети 10Base-5 в 2500 м.
Только 3 сегмента из 5 могут быть нагруженными, то есть такими, к которым
подключаются конечные узлы. Между нагруженными сегментами должны быть
ненагруженные сегменты, так что максимальная конфигурация сети
представляет собой два нагруженных крайних сегмента, которые соединяются
ненагруженными сегментами еще с одним центральным нагруженным
сегментом. На рисунке был приведен пример сети Ethernet, состоящей из трех
сегментов, объединенных двумя повторителями. Крайние сегменты являются
нагруженными, а промежуточный — ненагруженным.
Правило применения повторителей в сети Ethernet 10Base-5 носит название
«правило 5-4-3»: 5 сегментов, 4 повторителя, 3 нагруженных сегмента.
Ограниченное число повторителей объясняется дополнительными задержками
распространения сигнала, которые они вносят. Применение повторителей
увеличивает время двойного распространения сигнала, которое для надежного
распознавания коллизий не должно превышать время передачи кадра
минимальной длины, то есть кадра в 72 байт или 576 бит.
Каждый повторитель подключается к сегменту одним своим трансивером,
поэтому к нагруженным сегментам можно подключить не более 99 узлов.
Максимальное число конечных узлов в сети 10Base-5 таким образом составляет
99x3 = 297 узлов.
К достоинствам стандарта 10Base-5 относятся:
хорошая защищенность кабеля от внешних воздействий;
сравнительно большое расстояние между узлами;
возможность простого перемещения рабочей станции в пределах длины
кабеля AUI. Недостатками 10Base-5 являются:
высокая стоимость кабеля;
сложность его прокладки из-за большой жесткости;
потребность в специальном инструменте для заделки кабеля;
останов работы всей сети при повреждении кабеля или плохом
соединении;
необходимость заранее предусмотреть подводку кабеля ко всем
возможным местам установки компьютеров.
Стандарт 10Base-2
Стандарт 10Base-2 использует в качестве передающей среды коаксиальный
кабель с диаметром центрального медного провода 0,89 мм и внешним
диаметром около
5 мм («тонкий» Ethernet). Кабель имеет волновое сопротивление 50 Ом.
Такими характеристиками обладают кабели марок RG-58 /U, RG-58 A/U, RG-58
C/U.
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Максимальная длина сегмента без повторителей составляет 185 м, сегмент
должен иметь на концах согласующие терминаторы 50 Ом. Тонкий
коаксиальный кабель дешевле толстого, из-за чего сети 10Base-2 иногда
называют сетями Cheapemet (от cheaper — более дешевый). Но за дешевизну
кабеля приходится расплачиваться качеством — «тонкий» коаксиал обладает
худшей помехозащищенностью, худшей механической прочностью и более
узкой полосой пропускания.
Станции подключаются к кабелю с помощью высокочастотного ВМС Тконнек-тора, который представляет собой тройник, один отвод которого
соединяется с сетевым адаптером, а два других — с двумя концами разрыва
кабеля. Максимальное количество станций, подключаемых к одному сегменту,
— 30. Минимальное расстояние между станциями —1м. Кабель «тонкого»
коаксиала имеет разметку для подключения узлов с шагом в 1 м.
Стандарт 10Base-2 также предусматривает использование повторителей, применение которых также должно соответствовать «правилу 5-4-3». В этом
случае сеть будет иметь максимальную длину в 5x185 - 925 м. Очевидно, что
это ограничение является более сильным, чем общее ограничение в 2500
метров.
Для построения корректной сети Ethernet нужно соблюсти много
ограничений, причем некоторые из них относятся к одним и тем же параметром
сети — например, максимальная длина или максимальное количество
компьютеров в сети должны удовлетворять одновременно нескольким разным
условиям Корректная сеть Ethernet должна соответствовать всем требованиям,
но но практике нужно удовлетворить только наиболее жесткие. Так, если в сети
Ethernet не должно быть более 1024 узлов, а стандарт 10Base-2 ограничивает
число нагруженных сегментов тремя, то общее количество узлов в сети 10
Base-2 не должно превышать 29x3 = 87 Менее жесткое ограничение в 1024
конечных узла в сети 10Sase-2 никогда не достигается
Стандарт 10 Base-2 очень близок к стандарту 10Base-5. Но трансиверы в нем
объединены с сетевыми адаптерами за счет того, что более гибкий тонкий коаксиальный кабель может быть подведен непосредственно к выходному разъему
платы сетевого адаптера, установленной в шасси компьютера. Кабель в данном
случае «висит» на сетевом адаптере, что затрудняет физическое перемещение
компьютеров.
Реализация этого стандарта на практике приводит к наиболее простому решению для кабельной сети, так как для соединения компьютеров требуются
только сетевые адаптеры, Т-коннекторы и терминаторы 50 Ом. Однако этот вид
кабельных соединений наиболее сильно подвержен авариям и сбоям; кабель
более восприимчив к помехам, чем «толстый» коаксиал, в моноканале имеется
большое количество механических соединений (каждый Т-коннектор дает три
механических соединения, два из которых имеют жизненно важное значение
для всей сети), пользователи имеют доступ к разъемам и могут нарушить
целостность моноканала. Кроме того, эстетика и эргономичность этого решения
оставляют желать лучшего, так как от каждой станции через Т-коннектор
отходят два довольно заметных провода, которые под столом часто образуют
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
моток кабеля — запас, необходимый на случай даже небольшого перемещения
рабочего места.
Общим недостатком стандартов 10Base-5 и 10Base-2 является отсутствие
оперативной информации о состоянии моноканала. Повреждение кабеля
обнаруживается сразу же (сеть перестает работать), но для поиска отказавшего
отрезка кабеля необходим специальный прибор — кабельный тестер.
Стандарт 1OBase-T
Стандарт принят в 1991 году, как дополнение к существующему набору
стандартов Ethernet, и имеет обозначение 802.31.
Сети 10Base-T используют в качестве среды две неэкранированные витые
пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). Многопарный кабель на основе
неэкранированной витой пары категории 3 (категория определяет полосу
пропускания кабеля, величину перекрестных наводок NEXT и некоторые
другие параметры его качества) телефонные компании уже достаточно давно
использовали для подключения телефонных аппаратов внутри зданий. Этот
кабель носит также название Voice Grade, говорящее о том, что он
предназначен для передачи голоса.
Идея приспособить этот популярный вид кабеля для построения локальных
сетей оказалась очень плодотворной, так как многие здания уже были
оснащены нужной кабельной системой. Оставалось разработать способ
подключения сетевых адаптеров и прочего коммуникационного оборудования к
витой паре таким образом, чтобы изменения в сетевых адаптерах и
программном обеспечении сетевых операционных систем были бы
минимальными по сравнению с сетями Ethernet на коаксиале. Это удалось,
поэтому переход на витую пару требует только замены трансивера сетевого
адаптера или порта маршрутизатора, а метод доступа и все протоколы
канального уровня остались теми же, что и в сетях Ethernet на коаксиале.
Конечные узлы соединяются по топологии «точка-точка» со специальным
устройством — многопортовым повторителем с помощью двух витых пар.
Одна витая пара требуется для передачи данных от станции к повторителю
(выход Тх сетевого адаптера), а другая — для передачи данных от повторителя
к станции (вход Rx сетевого адаптера). На рисунке показан пример
трехпортового повторителя. Повторитель принимает сигналы от одного из
конечных узлов и синхронно передает их на все свои остальные порты, кроме
того, с которого поступили сигналы.
Многопортовые повторители в данном случае обычно называются
концентраторами (англоязычные термины — hub или concentrator).
Концентратор осуществляет функции повторителя сигналов на всех отрезках
витых пар, подключенных к его портам, так что образуется единая среда
передачи данных — логический моноканал (логическая общая шина).
Повторитель обнаруживает коллизию в сегменте в случае одновременной
передачи сигналов по нескольким своим Rx-входам и посылает jam25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
последовательность на все свои Тх-выходы. Стандарт определяет битовую
скорость передачи данных 10 Мбит/с и максимальное расстояние отрезка витой
пары между двумя непосредственно связанными узлами (станциями и
концентраторами) не более 100 м при наличии витой пары качества не ниже
категории 3. Это расстояние определяется полосой пропускания витой пары —
на длине 100 м она позволяет передавать данные со скоростью 10 Мбит/с при
использовании манчестерского кода.
Концентраторы 10Base-T можно соединять друг с другом с помощью тех же
портов, которые предназначены для подключения конечных узлов. При этом
нужно позаботиться о том, чтобы передатчик и приемник одного порта были
соединены соответственно с приемником и передатчиком другого порта.
Hub1
Hub2
ПК 1
...
Hub3
ПК 1
ПК 7
...
ПК 6
ПК 1
...
ПК 7
Рисунок 2. Логический сегмент, построенный с использованием
концентраторов.
Для обеспечения синхронизации станций при реализации процедур доступа
CSMA/CD и надежного распознавания станциями коллизий в стандарте
определено максимально число концентраторов между любыми двумя
станциями сети, а именно 4. Это правило носит название «правила 4-х хабов» и
оно заменяет «правило 5-4-3», применяемое к коаксиальным сетям. При
создании сети 10Base-T с большим числом станций концентраторы можно
соединять друг с другом иерархическим способом, образуя древовидную
структуру.
Петлевидное соединение концентраторов в стандарте 10Base-T запрещено,
так как оно приводит к некорректной роботе сети. Это требование означает, что
в сети 10Base-T не разрешается создавать параллельные каналы связи между
критически важными концентраторами для резервирования связей но случай
отказа порта, концентратора или кабеля Резервирование связей возможно
только за счет перевода одной из параллельных связей в неактивное
[заблокированное) состояние.
Общее количество станций в сети 10Base-T не должно превышать общего
предела в 1024, и для данного типа физического уровня это количество
действительно можно достичь Для этого достаточно создать двухуровневую
иерархию концентраторов, расположив на нижнем уровне достаточное
количество концентраторов с общим количеством портов 1024. Конечные узлы
нужно подключить к портам концентраторов нижнего уровня. Правило 4-х
хабов при этом выполняется — между любыми конечными узлами будет ровно
3 концентратора.
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Максимальная длина сети в 2500 м здесь понимается как максимальное
расстояние между любыми двумя конечными узлами сети (часто применяется
также термин «максимальный диаметр сети»). Очевидно, что если между
любыми двумя узлами сети не должно быть больше 4-х повторителей, то
максимальный диаметр сети 10Base-T составляет 5x100 = 500 м.
Сети, построенные на основе стандарта 10Base-T, обладают по сравнению с
коаксиальными вариантами Ethernet многими преимуществами. Эти
преимущества связаны с разделением общего физического кабеля на отдельные
кабельные отрезки, подключенные к центральному коммуникационному
устройству. И хотя логически эти отрезки по-прежнему образуют общую
разделяемую среду, их физическое разделение позволяет контролировать их
состояние и отключать в случае обрыва, короткого замыкания или
неисправности сетевого адаптера на индивидуальной основе. Это
обстоятельство существенно облегчает эксплуатацию больших сетей Ethernet,
так как концентратор обычно автоматически выполняет такие функции,
уведомляя при этом администратора сети о возникшей проблеме.
В стандарте 10Base-T определена процедура тестирования физической
работоспособности двух отрезков витой пары, соединяющих трансивер
конечного узла и порт повторителя. Эта процедура называется тестом
связности (link test), и она основана на передаче каждые 16 мс специальных
импульсов J и К манчестерского кода между передатчиком и приемником
каждой витой пары. Если тест не проходит, то порт блокируется и отключает
проблемный узел от сети. Так как коды J и К являются запрещенными при
передаче кадров, то тестовые последовательности не влияют на работу
алгоритма доступа к среде.
Появление между конечными узлами активного устройства, которое может
контролировать работу узлов и изолировать от сети некорректно работающие,
является главным преимуществом технологии 10Base-T по сравнению со
сложными в эксплуатации коаксиальными сетями. Благодаря концентраторам
сеть Ethernet приобрела некоторые черты отказоустойчивой системы.
Оптоволоконный Ethernet
В качестве среды передачи данных 10 мегабитный Ethernet использует
оптическое волокно. Оптоволоконные стандарты в качестве основного типа
кабеля рекомендуют достаточно дешевое многомодовое оптическое волокно,
обладающее полосой пропускания 500-800 МГц при длине кабеля 1 км.
Допустимо и более дорогое одномодовое оптическое волокно с полосой
пропускания в несколько гигагерц, но при этом нужно применять специальный
тип трансивера.
Функционально сеть Ethernet на оптическом кабеле состоит из тех же элементов, что и сеть стандарта 10Base-T — сетевых адаптеров, многопортового
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
повторителя и отрезков кабеля, соединяющих адаптер с портом повторителя.
Как и в случае витой пары, для соединения адаптера с повторителем
используются два оптоволокна ~ одно соединяет выход Тх адаптера со входом
Rx повторителя, а другое — вход Rx адаптера с выходом Тх повторителя.
Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) представляет собой первый
стандарт комитета 802.3 для использования оптоволокна в сетях Ethernet. Он
гарантирует длину оптоволоконной связи между повторителями до 1 км при
общей длине сети не более 2500 м. Максимальное число повторителей между
любыми узлами сети — 4. Максимального диаметра в 2500 м здесь достичь
можно, хотя максимальные отрезки кабеля между всеми 4 повторителями, а
также между повторителями и конечными узлами недопустимы — иначе
получится сеть длиной 5000 м.
Стандарт WBase-FL представляет собой незначительное улучшение
стандарта FOIRL. Увеличена мощность передатчиков, поэтому максимальное
расстояние между узлом и концентратором увеличилось до 2000 м.
Максимальное число повторителей между узлами осталось равным 4, а
максимальная длина сети — 2500 м.
Стандарт WBase-FB предназначен только для соединения повторителей. Конечные узлы не могут использовать этот стандарт для присоединения к портам
концентратора. Между узлами сети можно установить до 5 повторителей
10Base-FB при максимальной длине одного сегмента 2000 м и максимальной
длине сети 2740 м
Повторители, соединенные по стандарту 10Base-FB, при отсутствии кадров
для передачи постоянно обмениваются специальными последовательностями
сигналов, отличающимися от сигналов кадров данных, для поддержания
синхронизации. Поэтому они вносят меньшие задержки при передаче данных
из одного сегмента в другой, и это является главной причиной, по которой
количество повторителей удалось увеличить до 5. В качестве специальных
сигналов используются манчестерские коды J и К в следующей
последовательности: J-J-K-K-J-J-... Эта последовательность порождает
импульсы частоты 2,5 МГц, которые и поддерживают синхронизацию
приемника одного концентратора с передатчиком другого. Поэтому стандарт
10Base-FB имеет также название синхронный Ethernet.
Как и в стандарте 10Base~T, оптоволоконные стандарты Ethernet разрешают
соединять концентраторы только в древовидные иерархические структуры.
Любые петли между портами концентраторов не допускаются.
Домен коллизий
В технологии Ethernet, независимо от применяемого стандарта физического
уровня, существует понятие домена коллизий.
Домен коллизий (collision domain) — это часть сети Ethernet, все узлы
которой распознают коллизию независимо от того, в какой части этой сети
коллизия возникла. Сеть Ethernet, построенная на повторителях, всегда
образует один домен коллизий. Домен коллизий соответствует одной
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
разделяемой среде. Мосты, коммутаторы и маршрутизаторы делят сеть Ethernet
на несколько доменов коллизий.
Приведенная сеть представляет собой один домен коллизий. Если, например,
столкновение кадров произошло в концентраторе 4, то в соответствии с
логикой работы концентраторов 10Base-T сигнал коллизии распространится по
всем портам всех концентраторов.
Если же вместо концентратора 3 поставить в сеть мост, то его порт С, связанный с концентратором 4, воспримет сигнал коллизии, но не передаст его на
свои остальные порты, так как это не входит в его обязанности. Мост просто
отработает ситуацию коллизии средствами порта С, который подключен к
общей среде, где эта коллизия возникла. Если коллизия возникла из-за того, что
мост пытался передать через порт С кадр в концентратор 4, то, зафиксировав
сигнал коллизии, порт С приостановит передачу кадра и попытается передать
его повторно через случайный интервал времени. Если порт С принимал в
момент возникновения коллизии кадр, то он просто отбросит полученное
начало кадра и будет ожидать, когда узел, передававший кадр через
концентратор 4, не сделает повторную попытку передачи. После успешного
принятия данного кадра в свой буфер мост передаст его на другой порт в
соответствии с таблицей продвижения, например на порт А. Все события,
связанные с обработкой коллизий портом С, для остальных сегментов сети,
которые подключены к другим портам моста, останутся просто неизвестными.
Узлы, образующие один домен коллизий, работают синхронно, как единая
распределенная электронная схема.
6. Физическая среда в сети Fast Ethernet
Все отличия технологии Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом
уровне. Уровни MAC и LLC в Fast Ethernet остались абсолютно теми же, и их
описывают прежние главы стандартов 802.3 и 802.2. Поэтому рассматривая
технологию Fast Ethernet, мы будем изучать только несколько вариантов ее
физического уровня.
LCC
Прикладной
MAC
Представительный
Уровень
согласования
LLC – управление логическим каналом
MAC – управление доступом к среде
PCS – уровень физического кодирования
PMA – уровень физического подключения
PMD – уровень, зависящий от физической среды
AUTONEG – уровень автоопределения
MDI – интерфейс, зависящий от среды
Сеансовый
Порт MII (средонезависимый
интерфейс)
Транспортный
Кабель MII (необязательный)
для подключения трансивера
Сетевой
Канальный
Физический
PCS
PMA
PMD
AUTONEG
MDI
Трансивер Fast
Ethernet
Один из портов:
RJ-45 (Стандарт 100Base-TX или 100BaseT4)
Duplex SC (Стандарт 100Base-FX)
Рисунок 3. Модель OSI в стандарте Fast Ethernet.
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Более сложная структура физического уровня технологии Fast Ethernet вызвана
тем, что в ней используются три варианта кабельных систем:
волоконно-оптический многомодовый кабель, используются два волокна;
витая пара категории 5, используются две пары;
витая пара категории 3, используются четыре пары.
Коаксиальный кабель, давший миру первую сеть Ethernet, в число разрешенных
сред передачи данных новой технологии Fast Ethernet не попал. Это общая
тенденция многих новых технологий, поскольку на небольших расстояниях витая
пара категории 5 позволяет передавать данные с той же скоростью, что и коаксиальный кабель, но сеть получается более дешевой и удобной в эксплуатации. На
больших расстояниях оптическое волокно обладает гораздо более широкой полосой пропускания, чем коаксиал, а стоимость сети получается ненамного выше,
особенно если учесть высокие затраты на поиск и устранение неисправностей в
крупной кабельной коаксиальной системе.
Отказ от коаксиального кабеля привел к тому, что сети Fast Ethernet всегда
имеют иерархическую древовидную структуру, построенную на концентраторах,
как и сети 10Base-T/10Base-F. Основным отличием конфигураций сетей Fast Ethernet
является сокращение диаметра сети примерно до 200 м, что объясняется уменьшением времени передачи кадра минимальной длины в 10 раз за счет увеличения
скорости передачи в 10 раз по сравнению с 10-мегабитным Ethernet.
Тем не менее это обстоятельство не очень препятствует построению крупных
сетей на технологии Fast Ethernet. Дело в том, что середина 90-х годов отмечена не
только широким распространением недорогих высокоскоростных технологий, но и
бурным развитием локальных сетей на основе коммутаторов. При использовании
коммутаторов протокол Fast Ethernet может работать в полнодуплексном режиме, в
котором нет ограничений на общую длину сети, а остаются только ограничения на
длину физических сегментов, соединяющих соседние устройства (адаптер - коммутатор или коммутатор - коммутатор). Поэтому при создании магистралей локальных сетей большой протяженности технология Fast Ethernet также активно
применяется, но только в полнодуплексном варианте, совместно с коммутаторами.
По сравнению с вариантами физической реализации Ethernet (а их насчитывается шесть), в Fast Ethernet отличия каждого варианта от других глубже — меняется
как количество проводников, так и методы кодирования. А так как физические
варианты Fast Ethernet создавались одновременно, а не эволюционно, как для сетей Ethernet, то имелась возможность детально определить те подуровни физического уровня, которые не изменяются от варианта к варианту, и те подуровни, которые
специфичны для каждого варианта физической среды.
Официальный стандарт 802.Зu установил три различных спецификации для
физического уровня Fast Ethernet и дал им следующие названия:
100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP
категории 5 или экранированной витой паре STP Туре 1;
100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре
UTP категории 3, 4 или 5;
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля, используются два
волокна.
Канальный
уровень
Ethernet
Fast
Ethernet
Gigabit
Ethernet
Подуровень LLC
(802.2)
Подуровень LLC
(802.2)
Подуровень LLC
(802.2)
Подуровень
доступа к среде
MAC
Уровень
физической
сигнализации
Подуровень
доступа к среде
MAC
Подуровень
доступа к среде
MAC
Уровень
согласования
Уровень
согласования
Интерфейс
AUI
Подуровень
физического
присоединения
Физический
уровень
Разъѐм
Интерфейс
MII
Интерфейс
GMII
Подуровень
кодирования
Подуровень
кодирования
Подуровень
физического
присоединения
Подуровень
зависимости
физической среды
Подуровень
автопереговоров о
скорости передачи
Подуровень
физического
присоединения
Подуровень
зависимости
физической среды
Подуровень
автопереговоров о
скорости передачи
Разъѐм
Разъѐм
Рисунок 4. Отличия технологий Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet
Для всех трех стандартов справедливы следующие утверждения и характеристики.
Форматы кадров технологии Fast Ethernet отличаются от форматов кадров
технологий 10-мегабитного Ethernet.
Межкадровый интервал (IPG) равен 0,96 мкс, а битовый интервал равен 10
нс. Все временные параметры алгоритма доступа (интервал отсрочки, время передачи кадра минимальной длины и т. п.), измеренные в битовых интервалах,
остались прежними, поэтому изменения в разделы стандарта, касающиеся уровня
MAC, не вносились.
Признаком свободного состояния среды является передача по ней символа
Idle соответствующего избыточного кода (а не отсутствие сигналов, как в стандартах Ethernet 10 Мбит/с).
Физический уровень включает три элемента:
уровень согласования (reconciliation sublayer);
независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, МП);
устройство физического уровня (Physical layer device, PHY).
Уровень согласования нужен для того, чтобы уровень MAC, рассчитанный на
интерфейс AUI, смог работать с физическим уровнем через интерфейс МП.
Устройство физического уровня (PHY) состоит, в свою очередь, из нескольких
подуровней:
подуровня логического кодирование данных, преобразующего поступающие
от уровня MAC байты в символы кода 4Б/5В или 8В/6Т (оба кода используются в
технологии Fast Ethernet);
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
подуровней физического присоединения и подуровня зависимости от
физической среды (PMD), которые обеспечивают формирование сигналов в
соответствии с методом физического кодирования, например NRZI или MLT-3;
подуровня автопереговоров, который позволяет двум взаимодействующим
портам автоматически выбрать наиболее эффективный режим работы, например,
полудуплексный или полнодуплексный (этот подуровень является факультативным).
Интерфейс МП поддерживает независимый от физической среды способ обмена
данными между подуровнем MAC и подуровнем PHY. Этот интерфейс аналогичен
по назначению интерфейсу AUI классического Ethernet за исключением того, что
интерфейс АШ располагался между подуровнем физического кодирования
сигнала (для любых вариантов кабеля использовался одинаковый метод физического кодирования — манчестерский код) и подуровнем физического присоединения к среде, а интерфейс МИ располагается между подуровнем MAC и подуровнями
кодирования сигнала, которых в стандарте Fast Ethernet три — FX, ТХ и Т4.
Разъем МП в отличие от разъема АШ имеет 40 контактов, максимальная длина
кабеля МП составляет один метр. Сигналы, передаваемые по интерфейсу МП, имеют
амплитуду 5 В.
Физический уровень 100Base-FX — многомодовое оптоволокно, два
волокна
Эта спецификация определяет работу протокола Fast Ethernet по
многомодовому оптоволокну в полудуплексном и полнодуплексном режимах
на основе хорошо проверенной схемы кодирования FDDI. Как и в стандарте
FDDI, каждый узел соединяется с сетью двумя оптическими волокнами,
идущими от приемника (Rx) и от передатчика (Тх).
Между спецификациями 100Base-FX и 100Base-TX есть много общего,
поэтому общие для двух спецификаций свойства будут даваться под обобщенным
названием 100Base-FX/TX.
В то время как Ethernet со скоростью передачи 10 Мбит/с использует манчестерское кодирование для представления данных при передаче по кабелю, в стандарте Fast Ethernet определен другой метод кодирования — 4В/5В. Этот метод уже
показал свою эффективность в стандарте FDDI и без изменений перенесен в
спецификацию 100Base-FX/TX. При этом методе каждые 4 бита данных
подуровня MAC (называемых символами) представляются 5 битами. Избыточный
бит позволяет применить потенциальные коды при представлении каждого из
пяти бит в виде электрических или оптических импульсов. Существование
запрещенных комбинаций символов позволяет отбраковывать ошибочные
символы, что повышает устойчивость работы сетей с 100Base-FX/TX.
Для отделения кадра Ethernet от символов Idle используется комбинация символов Start Delimiter (пара символов J (11000) и К (10001) кода 4В/5В, а после
завершения кадра перед первым символом Idle вставляется символ Т .
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
После преобразования 4-битовых порций кодов MAC в 5-битовые порции физического уровня их необходимо представить в виде оптических или электрических сигналов в кабеле, соединяющем узлы сети. Спецификации 100Base-FX и
100Base-TX используют для этого различные методы физического кодирования —
NRZI и MLT-3 соответственно (как и в технологии FDDI при работе через оптоволокно и витую пару).
Физический уровень 1OO Base-TX - витая пара UTP Cat 5 или STP Туре
I, две пары
В качестве среды передачи данных спецификация 100Base-TX использует
кабель UTP категории 5 или кабель STP Type 1. Максимальная длина кабеля в
обоих случаях —100 м.
Основные отличия от спецификации 100Base-FX — использование метода
MLT-3 для передачи сигналов 5-битовых порций кода 4В/5В по витой паре, а
также наличие функции автопереговоров (Auto-negotiation) для выбора режима
работы порта. Схема автопереговоров позволяет двум соединенным физически
устройствам, которые поддерживают несколько стандартов физического
уровня, отличающихся битовой скоростью и количеством витых пар, выбрать
наиболее выгодный режим работы. Обычно процедура автопереговоров происходит
при подсоединении сетевого адаптера, который может работать на скоростях 10 и
100 Мбит/с, к концентратору или коммутатору.
Описанная ниже схема Auto-negotiation сегодня является стандартом технологии
100Base-T. До этого производители применяли различные собственные схемы
автоматического определения скорости работы взаимодействующих портов, которые не были совместимы. Принятую в качестве стандарта схему Auto-negotiation
предложила первоначально компания National Semiconductor под названием NWay.
Всего в настоящее время определено 5 различных режимов работы, которые
могут поддерживать устройства 100Base-TX или 100Base-T4 на витых парах:
• 10Base-T — 2 пары категории 3;
• 10Base-T full-duplex — 2 пары категории 3;
• 100Base-TX — 2 пары категории 5 (или Туре 1A STP);
• 100Base-T4 — 4 пары категории 3;
• 100Base-TX full-duplex — 2 пары категории 5 (или Type 1A STP).
Режим 10Base-T имеет самый низкий приоритет при переговорном процессе, а
полнодуплексный режим 100Base-T4 — самый высокий. Переговорный процесс
происходит при включении питания устройства, а также может быть инициирован
в любой момент модулем управления устройства.
Устройство, начавшее процесс auto-negotiation, посылает своему партнеру пачку
специальных импульсов Fast Link Pulse burst (FLP), в котором содержится 8-битное
слово, кодирующее предлагаемый режим взаимодействия, начиная с самого
приоритетного, поддерживаемого данным узлом.
Если узел-партнер поддерживает функцию auto-negotuiation и также может поддерживать предложенный режим, он отвечает пачкой импульсов FLP, в которой
подтверждает данный режим, и на этом переговоры заканчиваются. Если же узел33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
партнер может поддерживать менее приоритетный режим, то он указывает его в
ответе, и этот режим выбирается в качестве рабочего. Таким образом, всегда выбирается наиболее приоритетный общий режим узлов.
Узел, который поддерживает только технологию iOBase-T, каждые 16 мс посылает манчестерские импульсы для проверки целостности линии, связывающей его с
соседним узлом. Такой узел не понимает запрос FLP, который делает ему узел с
функцией Auto-negotiation, и продолжает посылать свои импульсы. Узел, получивший в ответ на запрос FLP только импульсы проверки целостности линии,
понимает, что его партнер может работать только по стандарту 10Base-T, и устанавливает этот режим работы и для себя.
Физический уровень 100Base-T4 - витая пара UTP Cat 3, четыре пары
Спецификация 100Base-T4 была разработана для того, чтобы можно было
использовать для высокоскоростного Ethernet имеющуюся проводку на витой паре
категории 3. Эта спецификация позволяет повысить общую пропускную
способность за счет одновременной передачи потоков бит по всем 4 парам кабеля.
Спецификация 100Base-T4 появилась позже других спецификаций физического
уровня Fast Ethernet. Разработчики этой технологии в первую очередь хотели
создать физические спецификации, наиболее близкие к спецификациям 10Base-T и
10Base-F, которые работали на двух линиях передачи данных: двух парах или
двух волокнах. Для реализации работы по двум витым парам пришлось перейти на
более качественный кабель категории 5.
В то же время разработчики конкурирующей технологии lOOVG-AnyLAN изначально сделали ставку на работу по витой паре категории 3; самое главное преимущество состояло не столько в стоимости, а в том, что она была уже проложена в
подавляющем числе зданий. Поэтому после выпуска спецификаций 100Base-TX и
100Base-FX разработчики технологии Fast Ethernet реализовали свой вариант физического уровня для витой пары категории 3.
Вместо кодирования 4В/5В в этом методе используется кодирование 8В/6Т, которое обладает более узким спектром сигнала и при скорости 33 Мбит/с укладывается в полосу 16 МГц витой пары категории 3 (при кодировании 4В/5В спектр сигнала
в эту полосу не укладывается). Каждые 8 бит информации уровня MAC кодируются
6-ю троичными цифрами (ternary symbols), то есть цифрами, имеющими три состояния. Каждая троичная цифра имеет длительность 40 не. Группа из 6-ти троичных
цифр затем передается на одну из трех передающих витых пар, независимо и последовательно.
Четвертая пара всегда используется для прослушивания несущей частоты в целях
обнаружения коллизии. Скорость передачи данных по каждой из трех передающих
пар равна 33,3 Мбит/с, поэтому общая скорость протокола 100Base-T4 составляет
100 Мбит/с. В то же время из-за принятого способа кодирования скорость
изменения сигнала на каждой паре равна всего 25 Мбод, что и позволяет использовать витую пару категории 3.
На рисунке показано соединение порта MDI сетевого адаптера 100Base-T4 с
портом MDI-X концентратора (приставка X говорит о том, что у этого разъема
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
присоединения приемника и передатчика меняются парами кабеля по сравнению с
разъемом сетевого адаптера, что позволяет проще соединять пары проводов в кабеле
— без перекрещивания). Пара 1-2 всегда требуется для передачи данных от порта
MDI к порту MDI-X, пара 3-6 —для приема данных портом MDI от порта MDI-X, а
пары 4-5 и 7-8 являются двунаправленными и используются как для приема, так и
для передачи, в зависимости от потребности.
7. Методы доступа в ЛВС
Характерной особенностью множества ЛВС является коллективное
использование моноканала. При передаче одновременно от двух и более
станций происходит наложение пакетов, что приводит к их искажению и
необходимости повторной передачи. Возникает задача множественного доступа
к моноканалу. Наиболее распространенным методом доступа является группа
алгоритмов CSMA/CD, обеспечивающая эффективное обнаружение и
устранение конфликтов и отличающаяся простотой схемных решений. В этой
группе можно выделить следующие способы: ненастойчивые, настойчивые и
приоритетные.
Методы управления обменом делятся на две группы:
Централизованные
методы,
при
которых
все
управление
сосредоточенно в одном месте. Недостатки таких методов: неустойчивость к
отказам центра, малая гибкость управления. Достоинство - отсутствие
конфликтов.
Децентрализованные методы, при которых отсутствует центр
управления. Главные достоинства таких методов: высокая устойчивость к
отказам и большая гибкость. Однако возможны конфликты, которые надо
разрешать.
Существует и другое деление методов управления обменом, относящееся,
главным образом, к децентрализованным методам:
Детерминированные методы определяют четкие правила, по которым
чередуются захватывающие сеть абоненты. Абоненты имеют ту или иную
систему приоритетов, причем приоритеты эти различны для всех абонентов.
При этом, как правило, конфликты полностью исключены (или маловероятны),
но некоторые абоненты могут дожидаться своей очереди слишком долго. К
детерминированным методам относятся, например, маркерный доступ, при
котором право передачи передается по эстафете от абонента к абоненту,
тактируемый доступ, доступ по приоритету запросов.
Случайные методы подразумевают случайное чередование передающих
абонентов. В этом случае возможность конфликтов подразумевается, но
предлагаются способы их разрешения. Случайные методы работают хуже, чем
детерминированные, при больших информационных потоках в сети (при
большом трафике сети) и не гарантируют абоненту величину времени доступа
(это интервал между возникновением желания передавать и получением
возможности передать свой пакет). Пример случайного метода - CSMA/CD.
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Метод доступа разделения времени. Сущность метода заключается в том.
Что в сети имеется устройство, выполняющие функции диспетчера. Его задачей
является планирование времени распределения коллективно используемой
физической среды. При планировании время работы сети делится на равные,
либо неравные интервалы, по числу абонентов, предоставляемые станциям
сети, с учетом приоритетов станций и времени, необходимого для их
взаимодействия. Во время каждого интервала, в соответствии с принятым
алгоритмом, через физическую среду передаются данные только одной из
станций. Так диспетчер по очереди, с учетом приоритетов, предоставляет
физическую среду различным станциям.
Метод по приоритету запросов. Этот метод специально разработан для
высокоскоростной сети AnyLAN и основан на том, что сеть состоит из
интеллектуальных концентраторов, которые управляют доступом.
Концентраторы опрашивают абонентов, выявляя запросы на передачу, и
запросы на передачу обслуживаются с учетом приоритетов. Концентратор
циклически выполняет опрос портов. Станция, желающая передать пакет,
посылает специальный низкочастотный сигнал концентратору, запрашивая
передачу кадра и указывая его приоритет. В сети AnyLAN используются два
уровня приоритетов – низкий и высокий. Приоритеты запросов имеют
статическую и динамическую составляющие, то есть станция с низким уровнем
приоритета, долго не имеющая доступа к сети, получает высокий приоритет.
Если сеть свободна, то концентратор разрешает передачу пакета. После
анализа адреса получателя в принятом пакете концентратор автоматически
отправляет пакет станции назначения. Если сеть занята, концентратор ставит
полученный запрос в очередь, которая обрабатывается в соответствии с
порядком поступления запросов и с учетом приоритетов. Если к порту
подключен другой концентратор, то опрос приостанавливается до завершения
опроса концентратором нижнего уровня. Концентратор в сети AnyLAN
принимает от станций сети только один кадр, отправляет его на порт
назначения и, пока этот кадр не будет полностью принят станцией назначения,
новые кадры концентратор не принимает.
Метод «вставка регистра». Этот метод используется в кольцевых сетях. При
реализации методов вставки регистра рабочая станция содержит регистр
(буфер), подключаемый параллельно к кольцу. Абонент может начинать
передачу в любой момент времени. В регистр записывается кадр для передачи,
и станция ожидает межкадрового промежутка в моноканале. С его появлением
регистр включается в кольцо (до этого он был отключен от кольца), и
содержимое регистра передается в линию. Если во время передачи станция
получает кадр, он записывается в буфер и передается вслед за кадром,
передаваемым этой станцией. Этот метод допускает «подсадку» в кольцо
несколько кадров. Широкого распространения этот метод не получил.
Маркерный метод. Метод передачи маркера широко используется в
неприоритетных и приоритетных сетях с шинной, звездообразной и кольцевой
топологией. Он относится к классу селективных методов: право на передачу
данных станции получают в определенном порядке, задаваемом с помощью
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
маркера, который представляет собой уникальную последовательность бит
информации (уникальный кадр). Причем в сети обязательно должен быть
компьютер, который следит за состоянием маркера. Магистральные сети,
использующие этот метод, называются сетями типа «маркерная шина», а
кольцевые сети – сетями типа «маркерное кольцо».
В сетях типа «маркерная шина» доступ к каналу обеспечивается, таким
образом, как если бы канал был физическим кольцом, причем допускается
использование канала некольцевого типа.
Право пользования каналом передается организованным путем. Маркер
(управляющий кадр) содержит адресное поле, где записывается адрес станции,
которой предоставляется право доступа в канал. Станция, получив маркер со
своим адресом, имеет исключительное право на передачу данных (кадра) по
физическому каналу. Маркер освобождается компьютером источника после
того, как он убедится, что данные приняты правильно. После передачи кадра
станция отправляет маркер другой станции, которая является
очередной по установленному порядку владения правом на передачу. Каждой
станции известен идентификатор следующей станции. Станции получают
маркер в циклической последовательности, при этом в физической шине
формируется так называемое логическое кольцо. Все станции «слушают»
канал, но захватить канал для передачи данных может только та станция,
которая указана в адресном поле маркера. Работая, в режиме прослушивания
канала, принять переданный кадр может только та станция, адрес которой
указан в поле адреса получателя этого кадра.
Метод типа «маркерное кольцо» применяется в сетях с кольцевой
топологией, которые относятся к типу сетей с последовательной
конфигурацией, где широковещательный режим работы невозможен. В таких
сетях сигналы распространяются через однонаправленные двухточечные пути
между
узлами.
Узлы
и
однонаправленные
звенья
соединяются
последовательно, образуя физическое кольцо.
Здесь при распространении сигнала все узлы играют активную роль,
участвуя в ретрансляции, усилении, анализе и модификации проходящих
сигналов.
Как и в предыдущем случае, в качестве маркера используется уникальная
последовательность битов. Однако маркер не имеет адреса. Он снабжается
полем занятости, в котором записывается один из кодов, обозначающих
состояние маркера – свободное или занятое. Если не один из узлов сети не
имеет данных для передачи, свободный маркер циркулирует по кольцу,
совершая однонаправленное (обычно против часовой стрелки) перемещение. В
каждом узле маркер задерживается на время, необходимое для его приема,
анализа (с целью установления занятости) и ретрансляции. В выполнении этих
функций задействованы кольцевые интерфейсные устройства.
Свободный маркер означает, что кольцевой канал свободен, и любая станция,
имеющая данные для передачи, может его использовать. Получив свободный
маркер, станция, готовая к передаче кадра с данными, меняет состояние
маркера на «занятый», передает его дальше по кольцу и добавляет к нему кадр.
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Занятый маркер вместе с кадром совершает полный оборот по кольцу и
возвращается к станции-отправителю. По пути станция-получатель,
удостоверившись по адресной части кадра, что именно ей он адресован,
снимает копию с кадра. Изменить состояние маркера снова на свободный
может только тот узел, который изменил его на «занятое». По возвращении
занятого маркера с кадром данных к станции-отправителю, кадр удаляется из
кольца, а состояние маркера меняется на свободное, после чего любой узел
может захватить маркер и начать передачу данных.
Тактируемый метод доступа. Основное отличие этого метода от маркерного
состоит в том, что нескольким абонентам разрешена передача одновременно и
в любой момент (при маркерном методе всегда передает только один абонент).
Вместо одного маркера в сети используются несколько так называемых слотов
(обычно от 2 до 8), которые выполняют, по сути, ту же самую функцию, что и
маркер – функцию временных меток. Эти слоты идут по «кольцу» довольно
часто, временной интервал между ними невелик, и, поэтому между ними может
уместиться немного информации (обычно от 8 до 32 байт). При этом каждый
слот может находиться в свободном или занятом состоянии.
Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий
(МДКН/ОК). Идея метода состоит в том, чтобы уравнять в правах всех
абонентов в любой возможной ситуации, то есть добиться, чтобы не было
больших и малых фиксированных приоритетов. Для этого используются
времена задержки, вычисляемые абонентом по определенному алгоритму.
В этом методе доступа допускаются конфликты и предусмотрен механизм
разрешения конфликтов – повторная передача через некоторое случайное
время. Коллизия возникает в результате соперничества за канал.
Важным в методе МДКН/ОК является то, что конфликт обнаруживается
абонентом только во время передачи пакета. Если конфликт происходит после
передачи пакета, то он относится к необнаруженному конфликту и
воспринимается получателем как ошибочный пакет. Исправление ошибок
осуществляется уже протоколом, т.е. на другом, уже более высоком уровне.
Метод множественного доступа с контролем несущей и предотвращением
коллизий (МДКН/ПК). Суть метода состоит в том, что после освобождения
сети всеми желающими передавать абонентами передается не пакет, а
специальный сигнал, контролируя который, они обнаруживают конфликты. То
есть сталкиваются только эти сигналы, а не пакеты, искажения которых
критичны. Каждая станция сети, в которой реализуется такой метод доступа,
имеет дополнительное устройство – таймер или арбитр. Это устройство
определяет, когда станция может вести передачу без опасности коллизий.
Главная станция для управления использованием канала не предусматривается.
Установка времени на таймере, по истечении которого станция может вести
передачу данных, осуществляется на приоритетной основе. Для станции с
наивысшим приоритетом переполнение таймера наступает раньше. Если
станция с высоким приоритетом не намерена вести передачу, канал будет
находиться в состоянии покоя, т.е. свободен, и тогда следующая по приоритету
станция может захватить канал.
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В сетях Ethernet используется метод коллективного доступа с опознаванием
несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision
detection, CSMA/CD) или МДКН/ОК.
Этот метод применяется исключительно в сетях с логической общей шиной (к
которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть
использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети.
Одновременно все компьютеры сети имеют возможность немедленно (с учетом
задержки распространения сигнала по физической среде) получить данные,
которые любой из компьютеров начал передавать на общую шину.
Сеть всегда объединяет несколько абонентов, каждый из которых имеет
право передавать свои пакеты. Но по одному кабелю не может одновременно
передаваться два пакета, иначе возможен конфликт (коллизия), что приведет к
искажению и потере обоих пакетов. Значит, надо каким-то образом установить
очередность доступа к сети (захвата сети) всеми абонентами, желающими
передавать.
Необходимость передачи
Рабочая станция
прослушивает канал
Канал занят
Проверка
канала
Рабочая станция
ожидает
Канал свободен
Рабочая станция
начинает передачу и
прослушивает канал
Возник конфликт
Проверка
канала
Рабочая станция
прекращает передачу
Канал свободен
Рабочая станция
продолжает и заканчивает
передачу
Сетевая карта задает
случайно выбранный
промежуток времени
Освобождение канала
Рисунок 5.Метод случайного доступа CSMA/CD.
Это относится, прежде всего, к сетям с топологиями шина и кольцо. Точно так
же при топологии звезда необходимо установить очередность передачи пакетов
периферийными абонентами, иначе центральный абонент просто не сможет
справиться с их обработкой. Поэтому в любой сети применяется тот или иной
метод управления обменом (он же метод доступа, он же метод арбитража),
разрешающий или предотвращающий конфликты между абонентами. От
эффективности выбранного метода зависит очень многое: скорость обмена
информацией между компьютерами, нагрузочная способность сети, время
реакции сети на внешние события и т.д. Метод управления - это один из
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
важнейших параметров сети. Тип метода управления обменом во многом
определяется особенностями топологии сети, но в то же время он и не привязан
жестко к топологии.
8. Особенности Эталонной модели ЛВС
Комитет IEEE в проекте 802 модифицировал два нижних уровня эталонной
модели ВОС, приспособив ее к задачам построения ЛВС.
Согласно модели IEEE уровень звена данных делится на два подуровня:
управления логическим каналом и управления доступом к среде.
Верхний подуровень, который назван подуровнем LLC (Logical Link Control)
осуществляет управление передачей информации.
Нижний подуровень назван стандартом подуровнем МАС (Medium Access
control ) реализует алгоритмы доступа к среде и адресацию станций. На этот
подуровень возлагается функция совместного использования физической
среды, определяющая основные особенности ЛВС.
Физический уровень обеспечивает сопряжение станций с физической средой,
кодирование и декодирование сигналов, их буферизацию, поддерживает и
восстанавливает битовую синхронизацию. Этот уровень делится на три
подуровня : передача физических сигналов, интерфейс с устройством доступа и
модуль доступа к среде или соединитель.
Управление логическим каналом на подуровне LLC
В соответствии со стандартом 802.2 уровень управления логическим каналом
LLC предоставляет верхним уровням три типа процедур:
LLC1 - сервис без установления соединения и без подтверждения;
LLC2 - сервис с установлением соединения и подтверждением;
LLC3 - сервис без установления соединения, но с подтверждением.
Этот набор процедур является общим для всех методов доступа к среде,
определенных стандартами 802.3-802.5.
Сервис без установления соединения и без подтверждения LLC1 дает
пользователю средства для передачи данных с минимумом издержек. Обычно,
этот вид сервиса используется тогда, когда такие функции как восстановление
данных после ошибок и упорядочивание данных выполняются протоколами
вышележащих уровней, поэтому нет нужды дублировать их на уровне LLC.
Сервис с установлением соединений и с подтверждением LLC2 дает
пользователю возможность установить логическое соединение перед началом
передачи любого блока данных и, если это требуется, выполнить процедуры
восстановления после ошибок и упорядочивание потока этих блоков в рамках
установленного соединения. Протокол LLC2 во многом аналогичен протоколам
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
семейства HDLC (LAP-B, LAP-D, LAP-M), которые применяются в глобальных
сетях для обеспечения надежной передачи кадров на зашумленных линиях.
В некоторых случаях (например, при использовании сетей в системах
реального времени, управляющих промышленными объектами), когда
временные издержки установления логического соединения перед отправкой
данных неприемлемы, а подтверждение корректности приема переданных
данных необходимо, базовый сервис без установления соединения и без
подтверждения не подходит. Для таких случаев предусмотрен дополнительный
сервис, называемый сервисом без установления соединения, но с
подтверждением LLC3.
Чаще всего в локальных сетях используются протоколы LLC1. Это
объясняется тем, что кабельные каналы локальных сетей обеспечивают низкую
вероятность искажений бит и потери кадров. Поэтому, использование
повышающего надежность обмена протокола LLC2 часто приводит к
неоправданной избыточности, только замедляющей общую пропускную
способность стека коммуникационных протоколов. Тем не менее, иногда
протокол LLC2 применяется и в локальных сетях. Так, этот протокол
используется стеком SNA в том случае, когда мэйнфремы или
миникомпьютеры IBM взаимодействуют через сети Token Ring. Протокол
LLC2 используется также компанией Hewlett-Packard в том случае, когда
принтеры подключается к сети Ethernet непосредственно, с помощью
встроенных сетевых адаптеров.
По своему назначению все кадры уровня LLC (называемые в стандарте 802.2
блоками данных PDU) подразделяются на три типа - информационные,
управляющие и ненумерованные:
Информационные кадры предназначены для передачи информации в
процедурах с установлением логического соединения и должны обязательно
содержать поле информации. В процессе передачи информационных блоков
осуществляется их нумерация в режиме скользящего окна.
Управляющие кадры предназначены для передачи команд и ответов в
процедурах с установлением логического соединения, в том числе запросов на
повторную передачу искаженных информационных блоков.
Ненумерованные кадры предназначены для передачи ненумерованных
команд и ответов, выполняющих в процедурах без установления логического
соединения передачу информации, идентификацию и тестирование LLCуровня, а в процедурах с установлением логического соединения установление и разъединение логического соединения, а также
информирование об ошибках.
Все типы кадров уровня LLC имеют единый формат. Они содержат четыре
поля:
адрес точки входа сервиса назначения (DSAP),
адрес точки входа сервиса источника (SSAP),
управляющее поле (Control)
поле данных (Data)
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Кадр LLC обрамляется двумя однобайтовыми полями "Флаг", имеющими
значение 01111110. Флаги используются на MAC-уровне для определения
границ блока.
Адрес
Адрес
точки
точки
Флаг
входа
входа
Управляющее Данные
Флаг
(01111110) сервиса
сервиса
поле Control
Data (01111110)
назначения источника
DSAP
SSAP
Рисунок 6. Структура LLC-кадра стандарта 802-2
Поле данных кадра LLC предназначено для передачи по сети пакетов
протоколов верхних уровней - IP, IPX, в редких случаях - прикладных
протоколов, когда те не пользуются сетевыми протоколами, а вкладывают свои
сообщения непосредственно в кадры канального уровня. Поле данных может
отсутствовать в управляющих кадрах и некоторых ненумерованных кадрах.
Поле управления (один байт) используется для обозначения типа кадра
данных - информационный, управляющий или ненумерованный. Кроме этого, в
этом поле указываются порядковые номера отправленных и успешно принятых
кадров, если подуровень LLC работает по процедуре LLC2 с установлением
соединения. Формат поля управления полностью совпадает с форматом поля
управления кадра LAP-B.
Поля DSAP и SSAP позволяют указать, какой сервис верхнего уровня
пересылает данные с помощью этого кадра. Программному обеспечению узлов
сети при получении кадров канального уровня необходимо распознать, какой
протокол вложил свой пакет в поле данных поступившего кадра, для того,
чтобы передать извлеченный из кадра пакет нужному протоколу для
последующей обработки. Например, в качестве значения DSAP и SSAP может
выступать код протокола IPX или же код протокола покрывающего дерева
Spanning Tree.
К особенностям протоколов подуровня LLC относятся следующие :
низкая вероятность искажения данных при передаче по физической среде
ЛВС позволяет применять простейшие протоколы обмена,
помехозащищенность передаваемых данных снята с подуровня LLC и
передана подуровню МАС,
используются двухадресные ПВД, содержащие адрес как получателя, так
и отправителя ( в глобальных сетях применяются, как правило, одноадресные
ПБД).
Все типы ПБД звена данных ( подуровня LLC) имеют единый формат.
Адрес
ТДУП
Адрес
ТДУО
Управлени
е
Информац
ия
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8
8
8 или 16
8хп
Рисунок 7. Типы ПБД звена данных
Каждый ПВД содержит два адреса ТДУ : отправителя (ТДУО) и получателя
(ТДУП) , форматы которых показаны на рис.8.
Рисунок 8. Форматы ПВД
Адрес ТДУП может быть индивидуальным (бит и/с = 0), групповым (бит
и/г=1), нулевым (00000000) или глобальным (11111111) и идентифицировать
одну ТДУ, группу ТДУ, отсутствие получателя и все доступные ТДУ .
Адрес ТДУО идентифицирует ТДУ отправителя. Он может быть нулевым
или индивидуальным. Первый бит к/о определяет ( к/о=0) - команду или (
к/о=1) - ответ. Остальные 7 бит определяют соответственно адрес ТДУО.
Поле управления полностью совпадает с полем управления протокола HDLC.
Методы и алгоритмы подуровня МАС
Развитие средств подуровня МАС шло вначале без какой-либо координации
международными организациями по стандартизации. Первой попыткой
стандартизации протоколов на этом подуровне был стандарт I EEE802. 1-6
ЛВС и группа стандартов ЕСМА - европейский аналог стандартов I EEE802.
Большинство не нашло широкого распространения в ЛВС. Поэтому в
дальнейшем рассмотрим только те методы и алгоритмы, которые составили
основу международного стандарта I EEE802.
MAC-уровень появился из-за существования в локальных сетях разделяемой
среды передачи данных. Именно этот уровень обеспечивает корректное
совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с
определенным алгоритмом в распоряжение той или иной станции сети. После
того, как доступ к среде получен, ею может пользоваться следующий
подуровень, организующий надежную передачу логических единиц данных кадров информации. В современных локальных сетях получили
распространение несколько протоколов MAC-уровня, реализующих различные
алгоритмы доступа к разделяемой среде. Эти протоколы полностью
определяют специфику таких технологий как Ethernet, Token Ring, FDDI,
100VG-AnyLAN.
Подуровень MAC ответственен за формирование кадра, получение доступа к
разделяемой среде передачи данных и за отправку с помощью физического
уровня кадра по физической среде узлу назначения.
Рассмотрим взаимодействие протокола подуровня MAC для сети Ethernet.
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Разделяемая среда Ethernet, независимо от ее физической реализации
(коаксиальный кабель, витая пара или оптоволокно с повторителями), в любой
момент времени находится в одном из трех состояний - свободна, занята,
коллизия. Состояние занятости соответствует нормальной передаче кадра
одним из узлов сети. Состояние коллизии возникает при одновременной
передаче кадров более, чем одним узлом сети.
MAC-подуровень каждого узла сети получает от физического уровня
информацию о состоянии разделяемой среды. Если она свободна, и у MACподуровня имеется кадр для передачи, то он передает его через физический
уровень в сеть. Физический уровень одновременно с побитной передачей кадра
следит за состоянием среды. Если за время передачи кадра коллизия не
возникла, то кадр считается переданным. Если же за это время коллизия была
зафиксирована, то передача кадра прекращается, и в сеть выдается специальная
последовательность из 32 бит (так называемая jam-последовательность),
которая должна помочь однозначно распознать коллизию всеми узлами сети.
После фиксации коллизии MAC-подуровень делает случайную паузу, а затем
вновь пытается передать данный кадр. Случайный характер паузы уменьшает
вероятность одновременной попытки захвата разделяемой среды несколькими
узлами при следующей попытке. Интервал, из которого выбирается случайная
величина паузы, возрастает с каждой попыткой (до 10-ой), так что при большой
загрузке сети и частом возникновении коллизий происходит притормаживание
узлов. Максимальное число попыток передачи одного кадра - 16, после чего
MAC-подуровень оставляет данный кадр и начинает передачу следующего
кадра, поступившего с LLC-подуровня.
MAC-подуровень узла приемника, который получает биты кадра от своего
физического уровня, проверяет поле адреса кадра, и если адрес совпадает с его
собственным, то он копирует кадр в свой буфер. Затем он проверяет, не
содержит ли кадр специфические ошибки: по контрольной сумме, по
максимально допустимому размеру кадра, по минимально допустимому
размеру кадра, по неверно найденным границам байт. Если кадр корректен, то
его поле данных передается на LLC-подуровень, если нет - то отбрасывается.
Протоколы уровней MAC и LLC взаимно независимы - каждый протокол
MAC-уровня может применяться с любым типом протокола LLC-уровня и
наоборот. Протокол подуровня МАС, определяемый этим стандартом, основан
на методе коллективного доступа к среде с опознаванием несущей и
обнаружением конфликтов и является самым эффективным из всех методов
случайного доступа. Этот метод позволяет всем станциям ЛВС коллективно
использовать общую физическую среду, организованную в виде шинной
магистрали. Каждая станция, имеющая данные для передачи, отслеживает
состояние физической среды и при отсутствии передач от других станций
(период не занятости) передает свой кадр по физической среде. Если после сначала передачи кадр сталкивается с кадром от другой станции, то каждая из
этих станций преднамеренно выдает в физическую среду случайную битовую
комбинацию, чтобы обозначить для всей сети наличие конфликта. Затем
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
станция выжидает в течении определенного времени прежде чем повторить
попытку передачи кадра.
Кадр данных подуровня МАС шинной ЛВС с данным методом доступа
содержит восемь полей различной длины (в октетах).
Преамбула
7
НО
АП
АО
Длина
кадра
Поле
LLC
ЗА
П
КП
К
1
2
или
6
2
или
6
2
641518
--
4
Рисунок 9. Формат кадра.
Каждый октет поля преамбулы имеет битовую комбинацию 10101010.
Преамбула используется для тактовой синхронизации систем подуровня МАС.
Поле начального ограничения (НО) кадра представляет собой двоичную
комбинацию 10101011, которая продолжает функцию преамбулы и означает
начало кадра.
Поле адреса получателя (АП) может указывать индивидуальный адрес
станции - получателя или групповой адрес нескольких (возможно всех)
станций, которым предназначен данный кадр.
Поле адреса отправителя (АО) указывает адрес станции - отправителя
данного кадра.
Поле длины кадра указывает число октетов поля LLC. Поле данных LLC
содержит целое число октетов от 64 до 1518. Если это поле имеет длину
меньшую, чем 64 октета, то поле заполнителя ( ЗАП) позволяет расширить поле
данных до минимального установленного значения.
Поле контрольной последовательности кадра (КПК) образуется с помощью
циклической проверки полей АП, АО, длины кадра, поля LLC и ЗАП.
Форматы Ethernet-кадра.
Первоначальный Variant I (больше не применяется).
Ethernet Version 2 или Ethernet-кадр II, ещѐ называемый DIX
(аббревиатура первых букв фирм-разработчиков DEC, Intel, Xerox) — наиболее
распространена и используется по сей день. Часто используется
непосредственно IP.
Novell — внутренняя модификация IEEE 802.3 без LLC (Logical Link
Control).
Кадр IEEE 802.2 LLC.
Кадр IEEE 802.2 LLC/SNAP.
В качестве дополнения, Ethernet-кадр кадр может содержать тег IEEE 802.1Q,
для идентификации VLAN к которой он адресован и IEEE 802.1p для указания
приоритетности. Некоторые сетевые карты Ethernet, производимые компанией
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Hewlett-Packard использовали при работе кадр формата IEEE 802.12,
соответствующий стандарту 100VG-AnyLAN
Разные типы кадра имеют различный формат и значение MTU.
9. Стандарты локальных вычислительных сетей
В 1980 году в институте IEEE был организован комитет 802 по
стандартизации локальных сетей, в результате работы которого было принято
семейство стандартов IEEE 802-х, которые содержат рекомендации по
проектированию нижних уровней локальных сетей. Позже результаты работы
этого комитета легли в основу комплекса международных стандартов ISO 88021...5. Эти стандарты были созданы на основе очень распространенных
фирменных стандартов сетей Ethernet, ArcNet и Token Ring.
Помимо IEEE в работе по стандартизации протоколов локальных сетей
принимали участие и другие организации. Так, американским институтом по
стандартизации ANSI был разработан стандарт FDDI, обеспечивающий
скорость передачи данных 100 Мб/с.
Стандарты семейства IEEE 802.X охватывают только два нижних уровня
семиуровневой модели OSI - физический и канальный. Это связано с тем, что
именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных
сетей. Старшие же уровни, начиная с сетевого, в значительной степени имеют
общие черты, как для локальных, так и для глобальных сетей.
Стандарты IEEE 802 имеют достаточно четкую структуру. Пример
структурного деления приведен на рис. 10.
Рисунок 10. Структура стандартов IEEE 802.
Эта структура появилась в результате большой работы, проведенной
комитетом 802 по выделению в разных фирменных технологиях общих
подходов и общих функций, а также согласованию стилей их описания. В
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
результате канальный уровень был разделен на два упомянутых подуровня.
Описание каждой технологии разделено на две части: описание уровня MAC и
описание физического уровня. Практически у каждой технологии
единственному протоколу уровня MAC соответствует несколько вариантов
протоколов физического уровня.
Над канальным уровнем всех технологий изображен общий для них протокол
LLC, поддерживающий несколько режимов работы, но независимый от выбора
конкретной технологии. Стандарт LLC курирует подкомитет 802.2. Даже
технологии, стандартизованные не в рамках комитета 802, ориентируются на
использование протокола LLC, определенного стандартом 802.2, например
протокол FDDI, стандартизованный ANSI.
Особняком стоят стандарты, разрабатываемые подкомитетом 802.1. Эти
стандарты носят общий для всех технологий характер. В подкомитете 802.1
были разработаны общие определения локальных сетей и их свойств,
определена связь трех уровней модели IEEE 802 с моделью OSI. Но наиболее
практически важными являются стандарты 802.1, которые описывают
взаимодействие между собой различных технологий, а также стандарты по
построению более сложных сетей на основе базовых топологий. Эта группа
стандартов носит общее название стандартов межсетевого взаимодействия.
Сюда входят такие важные стандарты, как стандарт 802. ID, описывающий
логику работы моста/коммутатора, стандарт 802.1Н, определяющий работу
транслирующего моста, который может без маршрутизатора объединять сети
Ethernet и FDDI, Ethernet и Token Ring и т. п. Набор стандартов, разработанных
подкомитетом 802.1, продолжает расти, недавно он пополнился важным
стандартом 802.1Q, определяющим способ построения виртуальных локальных
сетей VLAN в сетях на основе коммутаторов.
Исходные фирменные технологии и их модифицированные варианты стандарты 802.х в ряде случаев долгие годы существовали параллельно.
Например, технология ArcNet так до конца не была приведена в соответствие
со стандартом 802.4. Расхождения между технологией Token Ring и стандартом
802.5 тоже периодически возникают, так как компания IBM регулярно вносит
усовершенствования в свою технологию и комитет 802.5 отражает эти
усовершенствования в стандарте с некоторым запозданием. Исключение
составляет технология Ethernet. Последний фирменный стандарт Ethernet DIX
был принят в 1980 году, и с тех пор никто больше не предпринимал попыток
фирменного развития Ethernet. Все новшества в семействе технологий Ethernet
вносятся только в результате принятия открытых стандартов комитетом 802.3.
Более поздние стандарты изначально разрабатывались не одной компанией, а
группой
заинтересованных
компаний,
а
потом
передавались
в
соответствующий подкомитет IEEE 802 для утверждения. Так произошло с
технологиями Fast Ethernet, l00VG-AnyLAN, Gigabit Ethernet. Группа
заинтересованных компаний образовывала сначала небольшое объединение, а
затем по мере развития работ к нему присоединялись другие компании, так что
процесс принятия стандарта носил открытый характер.
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Сегодня комитет 802 включает следующий ряд подкомитетов, в который
входят как уже упомянутые, так и некоторые другие:
802.1 - объединение сетей;
802.2 - LLC - управление логической передачей данных;
802.3 - Ethernet с методом доступа CSMA/CD;
802.4 - локальные сети с методом доступа Token Bus;
802.5 - локальные сети с методом доступа Token Ring;
802.6 - сети мегаполисов;
802.7 - техническая консультационная группа по широкополосной
передаче;
802,8 - техническая консультационная группа по волоконно-оптическим
сетям;
802.9 - интегрированные сети передачи голоса и данных;
802.10 - сетевая безопасность;
802.11 - беспроводные сети;
802.12 - l00VG-AnyLAN - локальные сети с методом доступа по
требованию с приоритетами.
Для шинных ЛВС стандарт I EEE802.3 определяет протоколы и услуги
подуровня МАС и физического уровня.
10. Сетевая технология Ethernet
Ethernet — это самый распространенный на сегодняшний день стандарт
локальных сетей. Общее количество сетей, работающих по протоколу Ethernet в
настоящее время, оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров с
установленными сетевыми адаптерами Ethernet — в 50 миллионов.
Технология Ethernet была разработана вместе со многими первыми
проектами корпорации Xerox PARC. Общепринято, что Ethernet был изобретѐн
22 мая 1973 года, когда Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) составил докладную
записку для главы PARC о потенциале технологии Ethernet. Но законное право
на технологию Меткалф получил через несколько лет. В 1976 году он и его
ассистент Дэвид Боггс (David Boggs) издали брошюру под названием «Ethernet:
Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks».
Меткалф ушѐл из Xerox в 1979 году и основал компанию 3Com для
продвижения компьютеров и локальных вычислительных сетей. Ему удалось
убедить DEC, Intel и Xerox работать совместно и разработать стандарт Ethernet
(DIX). Впервые этот стандарт был опубликован 30 сентября 1980 года. Он
начал соперничество с двумя крупными запатентованными технологиями Token
ring и ARCNET, которые вскоре были похоронены под накатывающимися
волнами продукции Ethernet. В процессе борьбы 3Com стала основной
компанией в этой отрасли.
Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов
этой технологии. В более узком смысле Ethernet — это сетевой стандарт,
основанный на экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма
Xerox разработала и реализовала в 1975 году. Метод доступа был опробован
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
еще раньше: во второй половине 60-х годов в радиосети Гавайского
университета использовались различные варианты случайного доступа к общей
радиосреде, получившие общее название Aloha. В 1980 году фирмы DEC, Intel
и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II для
сети, построенной на основе коаксиального кабеля, который стал последней
версией фирменного стандарта Ethernet. Поэтому фирменную версию стандарта
Ethernet называют стандартом Ethernet DIX или Ethernet И.
На основе стандарта Ethernet DIX был разработан стандарт IEEE 802.3, который во многом совпадает со своим предшественником, но некоторые
различия все же имеются. В то время как в стандарте IEEE 802.3 различаются
уровни MAC и LLC, в оригинальном Ethernet оба эти уровня объединены в
единый канальный уровень. В Ethernet DIX определяется протокол
тестирования конфигурации (Ethernet Configuration Test Protocol), который
отсутствует в IEEE 802.3. Несколько отличается и формат кадра, хотя
минимальные и максимальные размеры кадров в этих стандартах совпадают.
Часто для того, чтобы отличить Ethernet, определенный стандартом IEEE, и
фирменный Ethernet DIX, первый называют технологией 802.3, а за фирменным
оставляют название Ethernet без дополнительных обозначений.
В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3 имеет
различные модификации - 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, lOBase-FL, lOBase-FB.
В стандарте указано, что в качестве передающей среды используется
коаксиальный кабель, метод управления доступом — множественный доступ с
контролем несущей и обнаружением столкновений (CSMA/CD, Carrier Sense
Multiply Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с,
размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования данных.
Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено
предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического
уровня могут устанавливать более жѐсткие ограничения, например, к сегменту
тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к
сегменту толстого коаксиала — не более 100). Однако сеть, построенная на
одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до
достижения предельного значения количества узлов.
Развитие этой технологии для сетей 100 Мбит/с получило название Fast
Ethernet, для 1000 Мбит/с — Gigabit Ethernet.
В 1995 году был принят стандарт Fast Ethernet, который во многом не
является самостоятельным стандартом, о чем говорит и тот факт, что его
описание просто является дополнительным разделом к основному стандарту
802.3 — разделом 802.3и. Аналогично, принятый в 1998 году стандарт Gigabit
Ethernet описан в разделе 802.3z основного документа.
Для передачи двоичной информации по кабелю для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet, обеспечивающих пропускную способность
10 Мбит/с, используется манчестерский код.
Все виды стандартов Ethernet (в том числе Fast Ethernet и Gigabit Ethernet)
используют один и тот же метод разделения среды передачи данных — метод
CSMA/CD.
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рассмотрим более подробно этапы доступа к среде.
Этапы доступа к среде
Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной
структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения.
Чтобы получить возможность передавать кадр, станция должна убедиться, что
разделяемая среда свободна. Это достигается прослушиванием основной гармоники
сигнала, которая также называется несущей частотой (carrier-sense, CS). Признаком незанятости среды является отсутствие на ней несущей частоты, которая
при манчестерском способе кодирования равна 5-10 МГц, в зависимости от последовательности единиц и нулей, передаваемых в данный момент.
Если среда свободна, то узел имеет право начать передачу кадра. Этот кадр
изображен на рисунке первым. Узел 1 обнаружил, что среда свободна, и начал передавать свой кадр. В классической сети Ethernet на коаксиальном кабеле сигналы
передатчика узла 1 распространяются в обе стороны, так что все узлы сети их
получают. Кадр данных всегда сопровождается преамбулой (preamble), которая состоит из 7 байт, состоящих из значений 10101010, и 8-го байта, равного 10101011.
Преамбула нужна для вхождения приемника в побитовый и побайтовый синхронизм с передатчиком.
Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та
станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его
содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные, передает
их вверх по своему стеку, а затем посылает по кабелю кадр-ответ. Адрес станции
источника содержится в исходном кадре, поэтому станция-получатель знает, кому
нужно послать ответ.
Узел 2 во время передачи кадра узлом 1 также пытался начать передачу своего
кадра, однако обнаружил, что среда занята — на ней присутствует несущая частота,
— поэтому узел 2 вынужден ждать, пока узел 1 не прекратит передачу кадра.
После окончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу (Inter Packet Gap) в 9,6 мкс. Эта пауза, называемая также межкадровым интервалом, нужна для приведения сетевых адаптеров в исходное
состояние, а также для предотвращения монопольного захвата среды одной станцией. После окончания технологической паузы узлы имеют право начать передачу
своего кадра, так как среда свободна. Из-за задержек распространения сигнала по
кабелю не все узлы строго одновременно фиксируют факт окончания передачи
кадра узлом 1.
В приведенном примере узел 2 дождался окончания передачи кадра узлом 1,
сделал паузу в 9,6 мкс и начал передачу своего кадра.
Возникновение коллизии
При описанном подходе возможна ситуация, когда две станции
одновременно пытаются передать кадр данных по общей среде. Механизм
прослушивания среды и пауза между кадрами не гарантируют от
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
возникновения такой ситуации, когда две или более станции одновременно
решают, что среда свободна, и начинают передавать свои кадры. Говорят, что
при этом происходит коллизия (collision), так как содержимое обоих кадров
сталкивается на общем кабеле и происходит искажение информации — методы
кодирования, используемые в Ethernet, не позволяют выделять сигналы каждой
станции из общего сигнала.
Заметим, что этот факт отражен в составляющей «Base(band)»,
присутствующей в названиях всех физических протоколов технологии Ethernet
(например, lOBase-2, lOBase-T и т. п.). Baseband network означает сеть с
немодулированной передачей, в которой сообщения пересылаются в цифровой
форме по единственному каналу, без частотного разделения.
Коллизия — это нормальная ситуация в работе сетей Ethernet. В примере,
коллизию породила одновременная передача данных узлами 3 и 1. Для
возникновения коллизии не обязательно, чтобы несколько станций начали
передачу абсолютно одновременно, такая ситуация маловероятна. Гораздо
вероятней, что коллизия возникает из-за того, что один узел начинает передачу
раньше другого, но до второго узла сигналы первого просто не успевают дойти
к тому времени, когда второй узел решает начать передачу своего кадра. То
есть коллизии — это следствие распределенного характера сети.
Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно
наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и
наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии
(collision detection, CD). Для увеличения вероятности скорейшего обнаружения
коллизии всеми станциями сети станция, которая обнаружила коллизию,
прерывает передачу своего кадра (в произвольном месте, возможно, и не на
границе байта) и усиливает ситуацию коллизии посылкой в сеть специальной
последовательности из 32 бит, называемой jam – последовательностью.
После этого обнаружившая коллизию передающая станция обязана прекратить
передачу и сделать паузу в течение короткого случайного интервала времени. Затем она может снова предпринять попытку захвата среды и передачи кадра. Случайная пауза выбирается по следующему алгоритму:
Пауза = L х (интервал отсрочки),
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 11. Схема возникновения и распространения коллизии
где интервал отсрочки равен 512 битовым интервалам (в технологии Ethernet
принято все интервалы измерять в битовых интервалах; битовый интервал
обозначается как bt и соответствует времени между появлением
двухпоследовательных бит данных на кабеле; для скорости 10 Мбит/с величина
битового интервала равна 0,1 мкс или 100 нс);
L представляет собой целое число, выбранное с равной вероятностью из диапазона
[0, 2N], где N — номер повторной попытки передачи данного кадра: 1,2,..., 10.
После 10-й попытки интервал, из которого выбирается пауза, не увеличивается.
Таким образом, случайная пауза может принимать значения от 0 до 52,4 мс.
Если 16 последовательных попыток передачи кадра вызывают коллизию, то
передатчик должен прекратить попытки и отбросить этот кадр.
Из описания метода доступа видно, что он носит вероятностный характер, и
вероятность успешного получения в свое распоряжение общей среды зависит от
загруженности сети, то есть от интенсивности возникновения в станциях потребности в передаче кадров. При разработке этого метода в конце 70-х годов предполагалось, что скорость передачи данных в 10 Мбит/с очень высока по сравнению с
потребностями компьютеров во взаимном обмене данными, поэтому загрузка сети
будет всегда небольшой. Это предположение остается, иногда справедливым, и по
сей день, однако уже появились приложения, работающие в реальном масштабе
времени с мультимедийной информацией, которые очень загружают сегменты
Ethernet. При этом коллизии возникают гораздо чаще. При значительной интенсивности коллизий полезная пропускная способность сети Ethernet резко падает,
так как сеть почти постоянно занята повторными попытками передачи кадров.
Для уменьшения интенсивности возникновения коллизий нужно либо уменьшить
трафик, сократив, например, количество узлов в сегменте или заменив приложения, либо повысить скорость протокола, например, перейти на Fast Ethernet.
Следует отметить, что метод доступа CSMA/CD вообще не гарантирует станции, что она когда-либо сможет получить доступ к среде. Конечно, при небольшой
загрузке сети вероятность такого события невелика, но при коэффициенте исполь52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
зования сети, приближающемся к 1, такое событие становится очень вероятным.
Этот недостаток метода случайного доступа — плата за его чрезвычайную простоту,
которая сделала технологию Ethernet самой недорогой. Другие методы доступа —
маркерный доступ сетей Token Ring и FDDI, метод Demand Priority сетей 100VGAnyLAN — свободны от этого недостатка.
Время двойного оборота и распознавание коллизий
Четкое распознавание коллизий всеми станциями сети является необходимым
условием корректной работы сети Ethernet. Если какая-либо передающая станция
не распознает коллизию и решит, что кадр данных ею передан верно, то этот кадр
данных будет утерян. Из-за наложения сигналов при коллизии информация кадра
исказится, и он будет отбракован принимающей станцией (возможно, из-за несовпадения контрольной суммы). Скорее всего, искаженная информация будет повторно передана каким-либо протоколом верхнего уровня, например транспортным
или прикладным, работающим с установлением соединения. Но повторная передача
сообщения протоколами верхних уровней произойдет через значительно более длительный интервал времени (иногда даже через несколько секунд) по сравнению с
микросекундными интервалами, которыми оперирует протокол Ethernet. Поэтому
если коллизии не будут надежно распознаваться узлами сети Ethernet, то это приведет к заметному снижению полезной пропускной способности данной сети.
Для надежного распознавания коллизий должно выполняться следующее соотношение:
Tmin≥PDV
(1)
Где Tmin — время передачи кадра минимальной длины, a PDV — время, за
которое сигнал коллизии успевает распространиться до самого дальнего узла сети.
Так как в худшем случае сигнал должен пройти дважды между наиболее
удаленными друг от друга станциями сети (в одну сторону проходит
неискаженный сигнал, а на обратном пути распространяется уже искаженный
коллизией сигнал), то это время называется временем двойного оборота (Path Delay
Value, PDV).
При выполнении этого условия передающая станция должна успевать обнаружить коллизию, которую вызвал переданный ее кадр, еще до того, как она закончит
передачу этого кадра.
Очевидно, что выполнение этого условия зависит, с одной стороны, от длины
минимального кадра и пропускной способности сети, а с другой стороны, от длины
кабельной системы сети и скорости распространения сигнала в кабеле (для разных
типов кабеля эта скорость несколько отличается).
Все параметры протокола Ethernet подобраны таким образом, чтобы при
нормальной работе узлов сети коллизии всегда четко распознавались. При
выборе параметров, конечно, учитывалось и приведенное выше соотношение,
связывающее между собой минимальную длину кадра и максимальное расстояние
между станциями в сегменте сети.
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В стандарте Ethernet принято, что минимальная длина поля данных кадра составляет 46 байт (что вместе со служебными полями дает минимальную длину
кадра 64 байт, а вместе с преамбулой — 72 байт или 576 бит). Отсюда может быть
определено ограничение на расстояние между станциями.
Итак, в 10-мегабитном Ethernet время передачи кадра минимальной длины равно
575 битовых интервалов, следовательно, время двойного оборота должно быть
меньше 57,5 мкс. Расстояние, которое сигнал может пройти за это время, зависит от
типа кабеля и для толстого коаксиального кабеля равно примерно 13 280 м. Учитывая, что за это время сигнал должен пройти по линии связи дважды, расстояние
между двумя узлами не должно быть больше 6 635 м. В стандарте величина этого
расстояния выбрана существенно меньше, с учетом других, более строгих ограничений.
Одно из таких ограничений связано с предельно допустимым затуханием сигнала.
Для обеспечения необходимой мощности сигнала при его прохождении между
наиболее удаленными друг от друга станциями сегмента кабеля максимальная длина
непрерывного сегмента толстого коаксиального кабеля с учетом вносимого им
затухания выбрана в 500 м. Очевидно, что на кабеле в 500 м условия распознавания
коллизий будут выполняться с большим запасом для кадров любой стандартной
длины, в том числе и 72 байт (время двойного оборота по кабелю 500 м составляет
всего 43,3 битовых интервала). Поэтому минимальная длина кадра могла бы быть
установлена еще меньше. Однако разработчики технологии не стали уменьшать минимальную длину кадра, имея в виду многосегментные сети, которые строятся из
нескольких сегментов, соединенных повторителями.
Повторители увеличивают мощность передаваемых с сегмента на сегмент
сигналов, в результате затухание сигналов уменьшается и можно использовать
сеть гораздо большей длины, состоящую из нескольких сегментов. В коаксиальных
реализациях Ethernet разработчики ограничили максимальное количество
сегментов в сети пятью, что в свою очередь ограничивает общую длину сети 2500
метрами. Даже в такой многосегментной сети условие обнаружения коллизий попрежнему выполняется с большим запасом (сравним полученное из условия
допустимого затухания расстояние в 2500 м с вычисленным выше максимально
возможным по времени распространения сигнала расстоянием 6635 м). Однако в
действительности временной запас является существенно меньше, поскольку в
многосегментных сетях сами повторители вносят в распространение сигнала
дополнительную задержку в несколько десятков битовых интервалов. Естественно,
небольшой запас был сделан также для компенсации отклонений параметров
кабеля и повторителей.
В результате учета всех этих и некоторых других факторов было тщательно
подобрано соотношение между минимальной длиной кадра и максимально возможным расстоянием между станциями сети, которое обеспечивает надежное распознавание коллизий. Это расстояние называют также максимальным диаметром сети.
С увеличением скорости передачи кадров, что имеет место в новых стандартах,
базирующихся на том же методе доступа CSMA/CD, например Fast Ethernet,
максимальное расстояние между станциями сети уменьшается пропорционально
увеличению скорости передачи. В стандарте Fast Ethernet оно составляет около 210
м, а в стандарте Gigabit Ethernet оно было бы ограничено 25 метрами, если бы
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
разработчики стандарта не предприняли некоторых мер по увеличению
минимального размера пакета.
В табл. 3 приведены значения основных параметров процедуры передачи кадра
стандарта 802.3, которые не зависят от реализации физической среды. Важно
отметить, что каждый вариант физической среды технологии Ethernet добавляет к
этим ограничениям свои, часто более строгие ограничения, которые также должны
выполняться.
Таблица 3. Параметры уровня MAC Ethernet
Параметры
Битовая скорость
Интервал отсрочки
Межкадровый интервал
(IPG) число
Максималное
попыток передачи
Максимальное
число
возрастания диапазона
паузы
Длина jamпоследовательности
Максимальная
длина кадра
(без преамбулы)
Минимальная длина кадра
(без преамбулы)
Значения
10 Мбит/с
512 битовых интервала
9,6 мкс
16
Длина преамбулы
Минимальная длина
случайной
паузы
после коллизии
Максимальная
длина
случайной
Максимальное
расстояние
паузы после коллизии
между станциями сети
Максимальное число
станций в сети
64 бит
10
32 бита
1518 байт
64 байт (512бит)
0 битовых интервалов
524000 битовых интервала
2500 м
1024
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11. Расчетная часть курсовой работы
Шинные ЛВС со случайным доступом с прослушиванием несущей и
обнаружением конфликтов
Зададим следующие исходные данные сети:
 протяженность сети S = 2000 м - максимальное расстояние между двумя
станциями,
 скорость модуляции В = 10 Мбит/с,
 число станций М = 90
5
 скорость распространения сигнала по кабелю связи V = 2,3 10 км/с,
 максимальное число ретрансляторов между двумя станциями np = 3,
 максимальная задержка одного ретранслятора в битах Lp = 15 бит.
 тип протокола, из которого устанавливается средняя длина
информационной части кадра Lи = 1560 бит,
 средняя длина служебной части протокола кадра Lс = 320 бит,
 закон
распределения длин служебной части кадра (обычно
детерминированный) с=0.
 закон распределения длин
информационной части кадра (обычно
экспоненциальный ) и = 1,
 среднее значение интенсивности сообщений, поступающих суммарно от
всех станций = 500 1/с.
В рассматриваемом примере сеть принимается однородной, это означает,
что интенсивность сообщений, поступающих от каждой из станций, их длина и
другие характеристики - идентичны.
На основании указанных исходных данных произведем расчет времени
задержки в сети и определим еѐ пропускную способность.
Для понимания излагаемого материала следует подробно изучить Л1. стр.
230-251.
1. Время распространения сигналов по кабелю между двумя наиболее
удалѐнными станциями:
р = S/V = 2/(2,3 . 10-5) = 0,87 . 10-5c = 8,7 мкс
2. Максимальное время задержки сигнала в ретрансляторах
рт = Np . (Lp/B) = 3 . 15/(10 . 106) = 4,5 мкс
3. Полное время распространения сигнала по сети ( максимальное )
= рт + р = 8,7 + 4,5 = 13,2 мкс
4. Длительность информационной части кадра
и = Lи/B = 1560/(10 . 106) = 156 мкс
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Длительность служебной части кадра
с = Lc/B = 320/(10 . 106) = 32 мкс
6. Суммарная длительность кадра
ср = и + с = 156+32 = 188 мкс
7. Коэффициент вариации времени передачи кадров сообщений
ср = ср/ ср = ( и2 + с2)/ 2ср = и/ ср = 156/188 = 0,83
8. Средняя интенсивность поступления сообщений от каждой из станций
ср = /М = 500/90 = 5,5 с-1
9. Суммарный коэффициент загрузки в сети
R = * ср = 500c-1 . 188 . 106c = 0,094
10. Коэффициент дальнодействия, с учѐтом времени задержки в
ретрансляторах
= / ср = 13,2/188 = 0,07
11. Относительное время задержки доставки сообщений Wn
1
(1 2e)
1
2 1 R (1
(1 2e))
2
1 0,07 6,44
0,07
0,094 (1 0,83 2 )
1
0,82
2 1 0,094 (1 0,07 6,44 )
2
tn
ср
Wn
Wn
R(1
2
ср)
12. Время доставки сообщения
tn = W . ср = 1,19 . 192 =228,5 мкс
Пропускная способность сети
13.
C
1
1 6,442
1
1 6,44 0,07
0,68
14.
Предельно допустимое значение суммарной интенсивности, при
которой загрузка равна пропускной способности канала
λmax
C
τcp
15.
Минимальное время задержки доставки ( при R=0 )
tn min
(1
68
86 10 6 с
2
)
τcp
(1
3656 с
1
0,07
) 186 192 мкс
2
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Расчѐт показывает, что при малых загрузках сети время доставки tn,
рассчитанное по п.12, незначительно превышает максимальное время доставки
tn min.
Шинные ЛВС с маркерным доступом
Рассмотрим пример расчета времени доставки сообщений в шинный ЛВС
с маркерным доступом. Сеть имеет топологию, рассмотренную выше и
характеризуется аналогичными исходными данными. S = 2000 м, В = 10
Мбит/с, V = 2,3 10 км/с,
np = 3, Lp = 15 бит, М = 90, = 500 1/с.
Среднюю длину информационной части кадра Lи примем также равной
1560 бит. В соответствии с протоколом сети с маркерным доступом, длина
служебной части кадра Lс составляет 168 бит.
В отличии от Ethernet, в рассматриваемой сети с целью обеспечения
бесконфликтной передачи добавляется маркерный кадр, длиной 24 бита.
Полное время распространения сигнала с учетом ретрансляторов, будем
считать, как и в предыдущем примере, равным = 13,3 мкс.
Будем считать, что в сети осуществляется исчерпывающее обслуживание,
при котором станция передаѐт все имеющиеся у неѐ сообщения, и лишь после
этого направляет маркерный кадр следующей очередной станции.
1. Длительность информационной части кадра, как и в предыдущем
примере
τ
И
LИ
B
1560
10 106
156 мкс
2. Длительность служебной части кадра
τ
С
Lc
B
168
10 10 6
16,8 мкс
3. Длительность маркерного кадра
τ
M
LM
B
24
10 10 6
2,4 мкс
4. Суммарная средняя длительность информационного кадра
τ
СP
τ
τ
И
С
156 16,8 172,8 бит
5. Коэффициент вариации длин сообщений
ν
CP
σ
τ
И
CP
156
172,8
0,9027
6. Среднее значение интенсивности сообщений, поступающих от каждой
из станций в однородной сети
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
λ
CP
λ
500
90
М
5,5 с -1
7. суммарный коэффициент загрузки информационными сообщениями
R
λτСP
500 172,8 10 -6
0,086
8. Латентное время, необходимое для подготовки к работе станции,
примем равным длительности двух бит ( =2 )
τ
L
ω
B
= 2
10 10 6
0,2 мкс
9. Латентный период сети определяется соотношением
TL = M( L + ) = 90 . 0,20 + 90 . 13,2 = 1260 мкс
10. Параметр дальнодействия определяется соотношением
τ
τ
M
TL
M
CP
1260 90 2,4
172,8
8,22
11. Нормативное время задержки сообщений определяется соотношением
Wн
2
R(1
cp)
2 (1 - R)
tn
τ
CP
0,086 (1 0,90 ) 8,22
2(1 0,086 )
4,586
12. Время доставки сообщения
tn
Wn
τ
4,586 172,8 792,46 мкс
CP
13. Пропускная способность С, как было показано выше, равна единице,
поскольку с увеличением длин очередей доля маркерных сообщений, по
отношению к информационным сообщениям, уменьшается.
14.Минимальное время доставки сообщений, при отсутствии загрузки (
R—0), составляет
tmin τср
α
2
172,8
8,22
2
710,206 мкс
При малых загрузках, время tn, рассчитанное по пункту 12, незначительно
превышает минимальное время tmin.
Кольцевые ЛВС с маркерным доступом
Рассмотрим пример расчета кольцевой ЛВС с маркерным доступом. Сеть
характеризуется следующими данными: число станций М = 90, Расстояние
между соседними станциями Sст = 10 м, скорость модуляции В = 4 Мбит/с,
длина информационной части кадра Lи = 1560 бит, длина служебной части
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
кадра, в соответствии с рассмотренным выше протоколом, Lс = 88 бит, длина
маркера Lм = 24 бит, размер регистра ретранслятора
= 2 бит, суммарная
интенсивность потока передаваемых сообщений
= 500 1/с, скорость
распространения сигнала по кабелю связи между станциями V = 2,3 105 км/с.
Закон распределения длин информационной части кадра
экспоненциальный ( и= и).
1. Длительность информационной части кадра
τ
И
LИ
B
1560
4 10 6
390 мкс
2. Длительность служебной части кадра
τ
С
Lc
B
88
4 10 6
22 мкс
3. Длительность маркерного кадра
τ
M
LM
B
24
4 10 6
6 мкс
4. Средняя длительность сообщений
τ
СP
τ
τ
И
С
390 22 412 мкс
5. Коэффициент вариации длин сообщений
ν
CP
σ
τ
И
CP
390
412
0,946
6. Коэффициент загрузки сети
R
λτСP
500 412 10 -6
0,206
7. Латентное время станции
τ
L
ω
B
2
4 106
0,5 мкс
8. Коэффициент задержки в регистрах
M TL
τ
CP
90 2
412
0,436
9. Время распространения сигнала между соседними станциями
τ
Р
Scт
V
0,01
2,3 10 5
0,042 мкс
10. Коэффициент дальнодействия
M TP
τ
CP
90 0,042
412
0,0091
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11. Пропускная способность сети
C
R
R
1
τ
τ
M
CP
1
τ
τ
τ
τ
P
CP
1
2,642
1
412
L
CP
0,99
12. Эквивалентный коэффициент загрузки сети
R
R
C
0,206
0,99
0,208
13. Относительное время доставки сообщений
Wn
tn
τ
CP
R (1 ν 2 )
2 (1 - R )
1
0,208 (1 0,946 2 )
2 (1 - 0,208 )
1
C
1
1
0,99
0,0091 0,426
2,821
14. Время доставки сообщения
tn Wn τCP = 2,82 412 1163,48
15. Минимальное время доставки сообщения
tиmin
1
1
c
1
1
0,99
0,0091
0,426
2,445
Кольцевые ЛВС с тактированным доступом
Рассмотрим пример расчѐта ЛВС с тактируемым доступом.
Кольцевую ЛВС с тактированным доступом, удовлетворяет следующим
исходным данным:
- протяжѐнность сети S=2000 м
- скорость модуляции В=10 мбит/с
- число станций М=90
- скорость распространения сигнала по кабелю связи V=2,3.105 км/с
- в сети используется однократный тактируемый доступ с числом разрядов
сдвигового регистра =2
- в сети действует пуассоновский поток сообщений ( = 1)
- среднее значение интенсивности потока сообщений, поступающих от
каждой станции λср 10
1
с
- средняя длина сообщений Lи =1560 бит
- средняя длина информационной части сегмента d = 48 бит
- длина служебной части сегмента h = 22 бит
- сеть считается однородной
На основании принятых исходных данных произведѐм расчѐт среднего
времени задержки сообщений в сети и рассчитаем еѐ пропускную способность.
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Время распространения сигнала между соседними станциями
τ
2 км
90 2,3 10 5
S
MV
P
0,09 мкс
2. Средняя длительность сообщений
τср
Lи
В
1560
10 106
156 мкс
3. Суммарная интенсивность потока сообщений
λ
M λсp
90 10 900
1
c
4. Суммарный коэффициент загрузки
τcp
λ
R
900 156 10
6
0,14
5. Эквивалентное число разрядов в кольце
Lk
M
p
90 2 10 10 6 0,09 10
6
261
6. Допустимое число разрядов в кольце
Lk
h d
N
185
70
2
7. Эквивалентное число разрядов сегмента с учѐтом разделительных
разрядов
Lk
N
g
92,5
8. Пропускная способность сети
d
g
C
48
92,5
0,52
9. Нормированное время доставки сообщений
Wn
tn
τ
CP
1
C-R
1
0,52
0,14
2,63
10. Время доставки сообщения
tи
W
τcp
2,63 156
410,28 мкс
11.Минимальное время доставки сообщения ( при R 0 )
tи min τcp
c
156
0,52
300 мкс
Расчеты показывают, что при указанных нагрузках время доставки
сообщений tи незначительно отличается от минимального.
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12. Сравнительный анализ методов доступа в шинной и кольцевых
структурах
Таблица 4.
Шинная
ЛВС с
МДКН/ОК
1,035
1,179
1,381
1,687
2,205
3,273
6,750
-
R
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
Шинная
ЛВС с МД
Кольцевая
ЛВС с МД
Кольцевая
ЛВС с ТД
2,134
2,242
2,376
2,550
2,784
3,114
3,616
4,472
6,258
12,296
1,715
2,07
2,610
3,532
12,034
-
3,658
4,165
4,799
5,614
6,701
8,223
10,505
14,310
21,918
44,74
На рис.12 показаны зависимости нормированного времени доставки
сообщений для различных значений коэффициента загрузки R.
1 - Шинная ЛВС с МДКН/ОК
2 - Шинная ЛВС с маркерным доступом
3 - Кольцевая ЛВС с маркерным доступом
4 - Кольцевая ЛВС с тактируемым доступом
Wн
30
1
2
4
20
3
10
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Rэ
0,7
0,8
0,9
R
Рисунок 12. Зависимость
нормированного времени доставки сообщений от коэффициента загрузки.
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Как видно из графиков при малых загрузках сети шинная ЛВС со
случайным доступом имеет наименьшее время доставки сообщений. При
больших загрузках сети, время доставки сообщения резко возрастает.
Следовательно, шинную ЛВС со случайным доступом эффективнее
использовать при малых загрузках, а сети с маркерным доступом – при
больших загрузках. При больших загрузках сети, наименьшим временим
доставки сообщения обладают кольцевые ЛВС с маркерным доступом. Однако
бесконфликтная передача в виде маркерных сообщений приводит к несколько
большим затратам времени на доставку сообщений при малых загрузках сети.
Это означает, что кольцевые сети с маркерным способом эффективней
использовать при больших загрузках сети.
Существует значение коэффициента загрузки Rэ при которых обе сети
эквивалентны с точки зрения времени задержки передачи сообщений. Это
значение соответствует точке пересечения обоих графиков.
Так как загруженность проектируемой сети мала, то выберем шинную
ЛВС со случайным доступом, с прослушиванием несущей и обнаружением
конфликтов (R=0.092).
К тому же время доставки при этом выборе(tn=214мкс), в сравнении с
другими стандартами, мало и незначительно превышает tn min=190мкс.
Лучшей физической средой для проектируемой ЛВС при сильных
электромагнитных помехах будет толстый коаксиальный кабель.
Сравнение характеристик CSMA/CD или метода доступа Ethernet и
кольцевого моноканала с маркерным доступом может быть проведено на
основании полученных ранее соотношений.
При выборе стандарта ЛВС будем исходить из следующего:
-метод доступа к среде передачи;
-топология сети;
-скорость передачи;
-среда передачи.
По предыдущему пункту имеем:
-метод доступа к физической среде – случайный доступ с прослушиванием
несущей и обнаружением конфликтов;
-логическая топология сети – шина;
-физическая среда передачи – коаксиальный кабель;
-скорость передачи – 10 Мбит/с.
Исходя из этого стандартом для проектируемой сети будет технология
Ethernet (IEEE 802.3) , в модификации 10 Base 5.
Основными характеристиками стандарта 10 Base 5 являются:
-номинальная пропускная способность – 10 Мбит/с;
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
-метод доступа CSMA/CD ;
-среда передачи – коаксиальный кабель;
-максимальная длина сегмента – 500м.;
-максимальное число станций в сегменте – 100;
-максимальное число повторителей между любыми станциями сети – 4.
13. Построение конфигурации спроектированной сети и оценка ее
параметров
Анализируя зависимости, представленные на рис.12 для рассчитываемой
локальной вычислительной сети выбираем шинную структуру со случайным
доступом, т.к. данная структура построения ЛВС обеспечивает наименьшую
задержку при планируемой небольшой загрузки сети.
В качестве среды передачи возможно использование толстого
коаксиального кабеля, так как именно он обеспечивает относительно хорошую
защиту от внешних помех и способен передавать сигналы до 500 метров.
Рисунок 13. Пример построения локальной вычислительной сети.
Длина каждого сегментов 500 метров, расстояние между станциями (при
условии, что в сегменте 30 станций) 17,2 м.
Увеличение скорости передачи до 10 Мбит/с оказывает очень большое
влияние на задержку передачи для шины с CSMA/CD. Т.к. средняя
продолжительность передачи кадра уменьшается, то возрастает параметр
дальнодействия и, следовательно, задержки передачи в шине с CSMA/СD уже с
R = 0,3, растут весьма быстро. Поэтому единственный способ улучшения
характеристики Wн для шины CSMA/CD состоит в уменьшении параметра
дальнодействия за счет либо уменьшения протяженности шины (сокращения
станций) либо за счет увеличения поля данных кадра.
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Главный механик,
канцелярия, фин.
отдел
Отдел кадров,
отдел экологии
Расчетный
отдел
Коммутатор
Бухгалтер
ия
Сервер
Сервер
Главный техник,
главный энергетик,
главный инженер
Коммутатор
Коммутатор
Коммутатор
Директор, зам.
директора, приѐмная,
юр. отдел
АСУП
Сметный
отдел
СМТ
С
Плановый отдел
Рисунок 14. Пример
построения локальной вычислительной сети.
Стандарт 802.3 используется в ЛВС работающих на умеренных
скоростях с большим числом станций при небольшой загрузке сети.
Перечень принятых обозначений
В - скорость модуляции, Бод
С - пропускная способность моноканала
S - протяженность сети, м
M - число станций
V - скорость распространения сигнала, км/с
Np - максимальное число ретрансляторов
Lp - задержка одного ретранслятора, бит
Lи - длина информационной части кадра, бит
Lс - длина служебной части кадра, бит
Lм - длина маркера, бит
- средняя суммарная интенсивность передачи сообщений, 1/с
ср - средняя суммарная длительность кадра сообщений, мкс
и - длительность информационной части кадра сообщений, мкс
с - длительность служебной части кадра сообщений, мкс
р - задержка распространения сигнала, мкс
рт - задержка сигнала в ретрансляторах, мкс
R - коэффициент загрузки сети
- параметр дальнодействия
tn - время задержки доставки сообщения, мкс
Wn - относительное время задержки доставки сообщения, мкс
Tц - время цикла опроса, мкс
TL - латентное время сети
- латентность станции, бит
d - средняя длина информационной части сегмента, бит
h - средняя длина служебной части сегмента, бит
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
g - средняя длина одного сегмента, бит
z - средняя длина пробела в сегменте, бит
Lk - число разрядов в кольце при тактированном доступе, бит
N - число сегментов в кольце
- коэффициент вариации длин сообщений
Список литературы
1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети – принципы, технологии,
протоколы. СПБ, Питер, 2009.
2. Лихтциндер Б.Я., Киреева Н.В., Буранова М.А. Проектирование
локальных вычислительных сетей. Конспект лекций. ПГУТИ. 2009
3. Таненбаум Э. Компьютерные сети. СПБ, Питер, 2009.
4. Чекмарев Ю.В. Локальные вычислительные сети. Учебное пособие.
ДМК пресс, 2009.
5. Филимонов А.Ю. Построение мультисервисных сетей Ethernet. БХВПетербург, 2007.
67
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
163
Размер файла
1 703 Кб
Теги
локального, 7324, 1489, сети, вычислительной, проектирование
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа