Стандарти IEEE 802.3u Fast Ethernet, IEEE 802.3z,ab Gigabit Ethernet та IEEE 802.3ae 10-Gigabit Ethernet. Основні характеристики та специфікації

Технология Fast Ethernet (IEEE 802.3u)

Технология Fast Ethernet является эволюционным развитием классической технологии Ethernet. Ее основными достоинствами являются:

• увеличение пропускной способности сегментов сети до 100 Мб/c;
• сохранение метода случайного доступа Ethernet;
• сохранение звездообразной топологии сетей и поддержка традиционных сред передачи данных - витой пары и оптоволоконного кабеля.

Указанные свойства позволяют осуществлять постепенный переход от сетей 10Base-T - наиболее популярного на сегодняшний день варианта Ethernet - к скоростным сетям, сохраняющим значительную преемственность с хорошо знакомой технологией: Fast Ethernet не требует коренного переобучения персонала и замены оборудования во всех узлах сети. Официальный стандарт 100Base-T (802.3u) установил три различных спецификации для физического уровня (в терминах семиуровневой модели OSI) для поддержки следующих типов кабельных систем:

• 100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 5, или экранированной витой паре STP Type 1;
• 100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 3, 4 или 5;
• 100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля.

IEEE 802.3z,ab Gigabit Ethernet

Ae 10-Gigabit Ethernet

Стандарт 10G Ethernetопределяет только дуплексный режим работы, поэтому он используется исключительно в коммутируемых локальных сетях.

Метод CSMA/CD. Основні поняття. Визначення області колізій при використанні комутаторів.

Дві моделі розрахунку мережі Ethernet. Розрахунок шляху максимальної довжини Ethernet та розрахунок скорочення IPG для мережі Ethernet. Класи концентраторів. Граничні розміри області колізій.

первая система предполагает вычисление двойного (кругового) времени прохождения сигнала по сети и сравнение его с максимально допустимой величиной; вторая система проверяет допустимость величины получаемого межкадрового временного интервала, межпакетной щели (IPG - InterPacket Gap) в сети.

При этом вычисления в обеих системах расчетов ведутся для наихудшего случая, для пути максимальной длины, то есть для такого пути передаваемого по сети пакета, который требует для своего прохождения максимального времени. При первой системе расчетов выделяются три типа сегментов: начальный сегмент — это сегмент, соответствующий началу пути максимальной длины; конечный сегмент — это сегмент, расположенный в конце пути максимальной длины; промежуточный сегмент - это сегмент, входящий в путь максимальной длины, но не являющийся ни начальным, ни конечным.

Промежуточных сегментов в выбранном пути может быть несколько, а начальный и конечный сегменты при разных расчетах могут меняться местами друг с другом. Выделение трех типов сегментов позволяет автоматически учитывать задержки сигнала на всех концентраторах, входящих в путь максимальной длины, а также в приемопередающих узлах адаптеров.

Для расчетов используются величины задержек, представленные в таблице. Методика расчета сводится к следующему.

1. В сети выделяется путь максимальной длины. Все дальнейшие расчеты ведутся для него. Если этот путь не очевиден, то расчеты ведутся для всех возможных путей, и на основании этих расчетов выбирается путь максимальной длины.

2. Если длина сегмента, входящего в выбранный путь, не максимальна, то рассчитывается двойное (круговое) время прохождения в каждом сегменте выделенного пути по формуле: ts = LtL + to, где L — длина сегмента в метрах (при этом надо учитывать тип сегмента: начальный, промежуточный или конечный).

3. Если длина сегмента равна максимально допустимой, то из таблицы для него берется величина максимальной задержт ки t .

[an error occurred while processing this directive]

4. Суммарная величина задержек всех сегментов выделенного пути не должна превышать предельной величины 512 битовых интервалов (51,2 мкс).

5. Выполняются те же действия для обратного направления выбранного пути (то есть конечный сегмент считается начальным, и наоборот). Из-за разных задержек передающих и принимающих узлов концентраторов величины задержек в разных направлениях могут отличаться (правда, не слишком сильно).

6. Если задержки в обоих случаях не превышают величины 512 битовых интервалов, то сеть считается работоспособной.

Второй расчет, проверяет соответствие стандарту величины межкадрового интервала (IPG). Эта величина изначально не должна быть меньше, чем 96 битовых интервалов (9,6 икс), то есть только через 9,6 мкс после освобождения сети абоненты могут начать свою передачу. Однако при прохождении пакетов (кадров) через репитеры и концентраторы межкадровый интервал может сокращаться, вследствие чего два пакета могут в конце концов восприниматься абонентами как один. Допустимое сокращение IPG определено стандартом в 49 битовых интервалов (4,9 мкс).

Табл. 10.2. Величины сокращения межкадрового интервала (IPG) для разных сегментов Ethernet

Сегмент	Начальный	Промежуточный
10BASE2
10BASE5
10BASE-T
10BASE-FL

Для вычислений здесь так же, как и в предыдущем случае, используются понятия начального сегмента и промежуточного сегмента. Конечный сегмент не вносит вклада в сокращение межкадрового интервала, так как пакет доходит по нему до принимающего компьютера без прохождения репитеров и концентраторов.

Вычисления здесь очень простые. Для них используются данные табл. 10.2.

Для получения полной величины сокращения IPG надо просуммировать величины из таблицы для сегментов, входящих в путь максимальной длины, и сравнить сумму с предельной величиной 49 битовых интервалов. Если сумма меньше 49, мы можем сделать вывод о работоспособности сети. Для гарантии расчет производится в обоих направлениях выбранного пути.

Для примера обратимся все к той же конфигурации, показанной на рис. 10.1. Максимальный путь здесь — между двумя нижними по рисунку компьютерами. Берем в качестве начального сегмента 10BASE2. Для него сокращение межкадрового интервала равно 16. Далее следуют промежуточные сегменты: 10BASE5 (величина сокращения составит 11) и два сегмента 10BASE-FL (каждый из них внесет свой вклад по 8 битовых интервалов). В результате суммарное сокращение межкадрового интервала составит:

16 + 11+8 + 8 = 43,

что меньше предельной величины 49. Следовательно, данная конфигурация и по этому показателю будет работоспособна.

Вычисления для обратного направления по этому же пути дадут в данном случае тот же результат, так как начальный сегмент 10BASE-T даст ту же величину, что и начальный сегмент 10BASE2 (16 битовых интервалов), а все промежуточные сегменты опять же останутся промежуточными.

Классы концентраторов

Класс II ─ простой, более быстрый, без кодирования и декодирования, без возможности управления (Ethernet, Fast Ethernet);

Класс I ─ сложный, более медленный, с кодированием и декодированием, с возможностью управления (только Fast Ethernet).

Концентраторы (репитеры) класса II - это классические концентраторы, использовавшиеся с самого начала в сетях Ethernet. Именно поэтому их применение было разрешено и в сетях Fast Ethernet. Эти концентраторы отличаются тем, что непосредственно повторяют приходящие на них из сегмента сигналы и передают их в другие сегменты без какого бы то ни было преобразования. (То есть они не могут преобразовывать методы кодирования сетевых сигналов.) Поэтому к ним можно подключать только сегменты, использующие одну систему сигналов. Например, к концентратору могут подключаться только одинаковые сегменты 10BASE-T или только одинаковые сегменты 100BASE-TX. Могут, правда, подключаться и разные сегменты, но они должны использовать один код передачи, например 10BASE-T и 10BASE-FL или 100BASE-TX и 100BASE-FX. Но данные концентраторы не могут объединять сегменты с разными системами кодирования, например 100BASE-TX и 100BASE-T4. Задержка сигналов в концентраторах класса II меньше, чем в концентраторах класса I. Согласно стандарту, она должна составлять от 46 битовых интервалов (для 100BASE-TX/FX) до 67 битовых интервалов (для 100BASE-T4). Отсюда следуют ограничения на наращиваемость таких концентраторов и на количество их портов (как правило, оно не превышает 24). Зато меньшая задержка концентратора позволяет использовать кабели большей длины, так как на работоспособность сети влияет суммарная задержка сигнала в сети, включающая в себя как задержки концентраторов, так и задержки в кабелях. Концентраторы (репитеры) класса I характеризуются тем, что они преобразуют приходящие по сегментам сигналы в цифровую форму, прежде чем передавать их во все другие сегменты. В отличие от концентраторов класса II, они способны преобразовывать коды, применяемые в разных сегментах, поэтому к ним можно одновременно подсоединять сегменты разных типов, например 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-FX. Но этот процесс преобразования требует времени, поэтому данные концентраторы оказываются медленнее (по стандарту, их задержка составляет не более 140 битовых интервалов). Концентраторы класса I более гибкие, они имеют более широкие возможности по наращиваемости. Именно из них строятся сложные концентраторы на базе шасси. К тому же благодаря внутренним цифровым шинам сигналов они допускают управление с удаленных рабочих станций, позволяющих контролировать нагрузку сети, состояние портов, интенсивность ошибок в сети, а также автоматически отключать неисправные сегменты. При этом для обмена с управляющей станцией применяется специально разработанный протокол обмена SNMP (Simple Network Management Protocol — простой протокол управления сетью). Такой концентратор, допускающий удаленное управление, называется интеллектуальным (Intelligent Hub).

21. Мережа Arcnet. Основні характеристики. Топологія мережі Arcnet.ARCNET (или ARCnet, от англ. Attached Resource Computer NETwork) — технология ЛВС, назначение которой аналогично назначению Ethernet или Token ring. ARCNET являлась первой технологией для создания сетей микрокомпьютеров и стала очень популярной в 1980-х при автоматизации учрежденческой деятельности. Предназначена для организации ЛВС в сетевой топологии «звезда».Основу коммуникационного оборудования составляет:коммутатор (switch)пассивный/активный концентратор

Преимущество имеет коммутаторное оборудование, так как позволяет формировать сетевые домены. Активные хабы применяются при большом удалении рабочей станции (они восстанавливают форму сигнала и усиливают его). Пассивные — при маленьком. В сети применяется назначаемый принцип доступа рабочих станций, то есть право на передачу имеет станция, получившая от сервера так называемый программный маркер. То есть реализуется детерминированный сетевой трафик.

Преимущества подхода:

• Можно рассчитать точное время доставки пакета данных.
• Можно точно рассчитать пропускную способность сети.

Замечания: сообщения, передаваемые рабочими станциями образуют очередь на сервере. Если время обслуживания очереди значительно (более, чем в 2 раза) превышает максимальное время доставки пакета между двумя самыми удалёнными станциями, то считается, что пропускная способность сети достигла максимального предела. В этом случае дальнейшее наращивание сети невозможно и требуется установка второго сервера.

Предельные технические характеристики:

• Минимальное расстояние между рабочими станциями, подключенными к одному кабелю — 0,9 м.
• Максимальная длина сети по самому длинному маршруту — 6 км.

Ограничения связаны с аппаратной задержкой передачи информации при большом количестве коммутирующих элементов.

• Максимальное расстояние между пассивным концентратором и рабочей станцией — 30 м.
• Максимальное расстояние между активным и пассивным хабом — 30 м.
• Между активным хабом и активным хабом — 600 м.

Достоинства:

• Низкая стоимость сетевого оборудования и возможность создания протяжённых сетей.

Недостатки:

• Невысокая скорость передачи данных.

После распространения Ethernet в качестве технологии для создания ЛВС, ARCNET нашла применение во встраиваемых системах.

Поддержкой технологии ARCNET (в частности распространением спецификаций) занимается некоммерческая организация ARCNET Trade Association (ATA).

22. Стандарт и IEEE 802.5 (мережа Token Ring) та FDDI. Основні характеристики. Формати маркерів і пакетів. Принципові відмінності.Token Ring — технология локальной вычислительной сети (LAN) кольца с «маркёрным доступом» — протокол локальной сети, который находится на канальном уровне (DLL) модели OSI. Он использует специальный трёхбайтовый фрейм, названный маркёром, который перемещается вокруг кольца. Владение маркёром предоставляет право обладателю передавать информацию на носителе. Кадры кольцевой сети с маркёрным доступом перемещаются в цикле. Token Ring и IEEE 802.5 являются главными примерами сетей с передачей маркёра. Сети с передачей маркёра перемещают по сети небольшой блок данных, называемый маркёром. Владение этим маркёром гарантирует право передачи. Если узел, принимающий маркёр, не имеет информации для отправки, он просто переправляет маркёр к следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркёр в течение определенного максимального времени (по умолчанию — 10 мс).Данная технология предлагает вариант решения проблемы коллизий, которая возникает при работе локальной сети. В технологии Ethernet, такие коллизии возникают при одновременной передаче информации несколькими рабочими станциями, находящимися в пределах одного сегмента, то есть использующих общий физический канал данных.Если у станции, владеющей маркёром, имеется информация для передачи, она захватывает маркёр, изменяет у него один бит (в результате чего маркёр превращается в последовательность «начало блока данных»), дополняет информацией, которую он хочет передать и отсылает эту информацию к следующей станции кольцевой сети. Когда информационный блок циркулирует по кольцу, маркёр в сети отсутствует (если только кольцо не обеспечивает «раннего освобождения маркёра» — early token release), поэтому другие станции, желающие передать информацию, вынуждены ожидать. Следовательно, в сетях Token Ring не может быть коллизий. Если обеспечивается раннее высвобождение маркёра, то новый маркёр может быть выпущен после завершения передачи блока данных.Информационный блок циркулирует по кольцу, пока не достигнет предполагаемой станции назначения, которая копирует информацию для дальнейшей обработки. Информационный блок продолжает циркулировать по кольцу; он окончательно удаляется после достижения станции, отославшей этот блок. Станция отправки может проверить вернувшийся блок, чтобы убедиться, что он был просмотрен и затем скопирован станцией назначения.

Кадр данных

Кадр данных состоит из нескольких групп полей:

• последовательность начала кадра;
• адрес получателя;
• адрес отправителя;
• данные;
• последовательность контроля кадра;
• последовательность конца кадра.

Кадр данных может переносить данные либо для управления кольцом (данные MAC-уровня), либо пользовательские данные (LLC-уровня). Стандарт Token Ring определяет 6 типов управляющих кадров MAC-уровня. Поле "последовательность начала кадра" определяет тип кадра (MAC или LLC) и, если он определен как MAC, то поле также указывает, какой из шести типов кадров представлен данным кадром.

Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Использование двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят им воспользоваться, должны быть подключены к обоим кольцам. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля первичного (Primary) кольца, поэтому этот режим назван режимом Thru - "сквозным" или "транзитным". Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется. В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным (рис. 31), образуя вновь единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap, то есть "свертывание" или "сворачивание" колец. Операция свертывания производится силами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются против часовой стрелки, а по вторичному - по часовой. Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа. Этот метод очень близок к методу доступа сетей Token Ring и также называется методом маркерного (или токенного) кольца - token ring (рис. 32, а). Станция может начать передачу своих собственных кадров данных только в том случае, если она получила от предыдущей станции специальный кадр - токен доступа (рис. 32, б). После этого она может передавать свои кадры, если они у нее имеются, в течение времени, называемого временем удержания токена - Token Holding Time (THT). После истечения времени THT станция обязана завершить передачу своего очередного кадра и передать токен доступа следующей станции. Если же в момент принятия токена у станции нет кадров для передачи по сети, то она немедленно транслирует токен следующей станции. В сети FDDI у каждой станции есть предшествующий сосед (upstream neighbor) и последующий сосед (downstream neighbor), определяемые ее физическими связями и направлением передачи информации. Каждая станция в сети постоянно принимает передаваемые ей предшествующим соседом кадры и анализирует их адрес назначения. Если адрес назначения не совпадает с ее собственным, то она транслирует кадр своему последующему соседу (рис. 32, в). Нужно отметить, что, если станция захватила токен и передает свои собственные кадры, то на протяжении этого периода времени она не транслирует приходящие кадры, а удаляет их из сети. Если же адрес кадра совпадает с адресом станции, то она копирует кадр в свой внутренний буфер, проверяет его корректность (в основном, по контрольной сумме), передает его поле данных для последующей обработки протоколу, лежащего выше FDDI уровня (например, IP), а затем передает исходный кадр по сети последующей станции (рис. 32, г). В передаваемом в сеть кадре станция назначения отмечает три признака: распознавания адреса, копирования кадра и отсутствия или наличия в нем ошибок.