СЕТИ ЭВМ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ. Министерствообразованияинаукироссийскойфедерации
 Скачать 4.29 Mb.
|
|
3.3.1.1. Спецификации 100Base- Т X и 100Base-FX. Технологии 100Base-ТX и 100Base-FX, несмотря на использование разных кабельных систем, имеют много общего с точки зрения построения и функционирования, в том числе, одинаковый метод логического кодирования – 4В/5В при различных методах физического кодирования – MLT-3 в 100Base-TXи NRZI в 100Base-FX. Кроме того, в технологии 100Base-TX имеется функция автопереговоров, обеспечивающая автоматическое определение скорости передачи (10 или 100 Мбит/с) между двумя связанными устройствами (СА, концентратор, коммутатор) путем посылки при подключении пачки специальных импульсов FLP – Fast Link Pulse burst – со стороны устройства, которое может работать на скорости 100 Мбит/с. Если встречное устройство не откликается на эти импульсы, это означает, что оно может работать только на скорости 10 Мбит/с, и первое устройство устанавливает режим передачи данных 10 Мбит/с. 3.3.1.2. Спецификация 100Base- Т 4. К моменту появления Fast Ethernet большинство ЛВС Ethernet в качестве кабельной системы использовали неэкранированную витую пару категории 3. Желание сохранить кабельную систему 10-мегабитных ЛВС Раздел 3. Локальные вычислительные сети 211 Ethernet обусловило применение специального метода логического кодирования – 8В/6Т, обеспечившего более узкий спектр сигнала, что при скорости 33 Мбит/с позволило уложиться в полосу 16 МГц витой пары категории 3. При кодировании 8В/6Т 8 бит заменяются 6-ю троичными цифрами. Длительность одной троичной цифры – 40 нс. Следовательно, один байт передается за 240 нс (6*40 нс), что соответствует скорости передачи в 33,3 Мбит/с. Для передачи данных используется 3 пары UTP категории 3 (3*33,3 Мбит/с = 100 Мбит/с), и еще одна пара используется для прослушивания несущей с целью обнаружения коллизий. Скорость изменения сигнала на каждой паре составляет: 1/(40 нс) = 25 Мбод, что позволяет использовать витую пару категории 3. 3.3.1.3. Правила построения многосегментных ЛВС Fast Ethernet 1. Повторители Fast Ethernet делятся на два класса: • класс I – поддерживает все виды логического кодирования (4В/5В, 8В/6Т) и может иметь порты всех трех типов физического уровня: 100Base-ТX, 100Base-Т4 и 100Base-FX; • класс II – поддерживает только один вид логического кодирования (4В/5В или 8В/6Т) и имеет либо все порты 100Base-Т4,либо порты 100Base-ТX и 100Base-FX,так как последние используют один логический код 4В/5В. 2. Максимальное число повторителей (П) в одном домене коллизий: • только 1 повторитель класса I из-за большой задержки распространения сигнала – 70 bt, обусловленной необходимостью транслировать различные системы сигнализации (рис.3.27,а); • 2 повторителя класса II, вносящих меньшую задержку при передаче сигналов: 46 bt для портов 100Base-ТX и 100Base-FX и 33,5 bt для портов 100Base-Т4 (рис.3.27,б). 3. Максимальное расстояние от повторителя до рабочей станции зависит от типа кабельной системы и составляет 100-160 м. 4. Максимальное расстояние между повторителями класса II – 5 м. П (класс II) П (класс II) … 46 bt (TX, FX); 33.5 bt (T4) Домен коллизий до 5 м … б) 3.27 П (класс I) (70 bt) … а) 100-160 м Раздел 3. Локальные вычислительные сети 212 5. Несколько доменов коллизий могут объединяться с помощью коммутаторов и маршрутизаторов, образуя сети произвольных размеров (рис.3.28) 3.3.2. 100VG-AnyLAN 100VG-AnyLAN – технология, разработанная фирмами IBM и Hewlett-Packard на основе технологии 100Base-VG (Voice Grade) для передачи данных со скоростью 100 Мбит/с с использованием протоколов (кадров) ЛВС Ethernet или Token Ring (AnyLAN). Предшествующая технология 100Base-VG разрабатывалась для передачи данных в сети Ethernet со скоростью 100 Мбит/с по неэкранированной витой паре (UTP) категории 3, широко используемой для передачи речи и называемой по этой причине кабелем VG (Voice Grade). В 100VG-AnyLAN, как и в 100Base-VG, вместо CSMA/CD реализован метод доступа с приоритетами (Demand Priority) и новая схема кодирования данных Quartet Coding (квартетное кодирование), благодаря которому данные передаются со скоростью 25 Мбит/с по 4-м парам UTP одновременно, что в сумме дает 100 Мбит/с. Метод Demand Priority заключается в следующем. Станция, имеющая кадр для передачи, посылает низкочастотный сигнал концентратору, запрашивая низкий приоритет для обычных данных и высокий для данных, чувствительных к временным задержкам (например, речь и видео). Если сеть свободна, концентратор разрешает передачу кадра. После анализа адреса получателя в принятом кадре концентратор отправляет кадр станции назначения. Это означает, что в отличие от концентратора Ethernet, концентратор 100VG-AnyLAN работает на 2-м уровне OSI-модели. Если же сеть занята, концентратор ставит полученный запрос в очередь, которая обрабатывается в порядке поступления запросов с учетом приоритетов: запросы с более высоким приоритетом выполняются первыми. Метод доступа к среде передачи данных – детерминированный. Максимальное число станций в сети – 1024. Коммутатор Коммутатор … П (класс I) … П (класс II) П (класс II) … … 3.28 100 м (TX, T4) 2000 м (FX – дупл.) Раздел 3. Локальные вычислительные сети 213 Максимальная протяженность сети – 3 км. Максимальное расстояние между станциями: • 100 м – для витой пары (UTP категории 3); • 180 м – для витой пары (UTP категории 5). Топология сети 100VG-AnyLAN очень похожа на топологию сетей 10Base-Т и Token Ring, а именно логическая общая шина и маркерное кольцо соответственно, в то же время физическая топология обязательно "звезда", при этом петли и ветвления не допускаются. Связующим элементом сети 100VG-AnyLAN является коммутирующий концентратор, причём допускается три уровня каскадирования (рис.3.29). Концентратор сети 100VG-AnyLAN имеет два вида портов: • LAN downlink port(порт связи "вниз") – предназначен для подключения конечных узлов и концентраторов нижнего уровня; • LAN uplink port(порт связи "вверх") – предназначен для подключения концентратора верхнего уровня. Кроме концентраторов в сети 100VG-AnyLAN могут использоваться: • коммутаторы; • маршрутизаторы; • сетевые адаптеры. Стандарт IEEE 802.12 поддерживает 3 типа кадров: • IEEE 802.3 – Ethernet; • IEEE 802.5 – Token Ring; • IEEE 802.12 – кадры тестирования соединений в 100VG-AnyLAN. В одном сегменте сети может поддерживаться только один тип кадров передачи данных – либо Ethernet, либо Token Ring. Одной из составляющих стандарта IEEE 802.12 является протокол приоритетных запросов (Demand Priority Protocol – DPP). DPP назначает порядок обработки запросов и установления соединений между конечными узлами. Если конечный узел готов Корневой концентратор 3.29 Концентратор уровня 1 Концентратор уровня 2 … … … LAN downlink port 100 м (UTP-3) 180 м (UTP-5) LAN uplink port Раздел 3. Локальные вычислительные сети 214 отправить кадр, он передает концентратору запрос обычного или высокого приоритета. Если узлу или концентратору нечего передать, он отправляет сигналы режима ожидания (Idle – незанят). Корневой концентратор опрашивает все свои узлы, в том числе концентраторы нижнего уровня, принимая от них сигналы Idle. Если узел не активен (компьютер выключен), он, естественно, не генерирует такие сигналы. Концентратор циклически опрашивает порты, начиная с порта с меньшим номером, выясняя их готовность к передаче. Если одновременно к передаче готовы несколько узлов, то концентратор анализирует их запросы с учетом: • приоритета запроса; • физического номера порта, к которому подключен передающий узел. Высокий приоритет назначается: • приложениям, критичным ко времени реакции; • порту концентратора. При каскадном соединении концентраторов доступ к среде передачи данных реализуется протоколом DPP следующим образом: 1) запрос от узла, подключённого к концентратору нижнего уровня, транслируется на концентратор более высокого уровня; 2) при опросе порта LAN downlink port инициируется опрос всех портов концентратора нижнего уровня, и только после этого возобновляется опрос портов концентратора более высокого уровня. Основные достоинства технологии 100VG-AnyLAN: • возможность использования существующей кабельной системы сети 10Base-Т; • отсутствие потерь производительности из-за конфликтов в среде передачи данных; • возможность построения протяженных (до 4 км) сетей без использования коммутаторов. 3.3.3. Gigabit Ethernet Высокоскоростная технология Gigabit Ethernet обеспечивает пропускную способность системы телекоммуникации в 1 Гбит/с и описана в рекомендациях 802.3z и 802.3ab (на UTP 5-й категории). Особенности технологии Gigabit Ethernet: • сохранены все виды кадров, используемых в предыдущих технологиях Ethernet; • предусмотрено использование двух версий протокола доступа к среде передачи данных: полудуплексная версия протокола с методом доступа CDMA/CD; полнодуплексная – с коммутаторами; • предусмотрено использование следующих типов кабеля: ВОК; витая пара категории 5; Раздел 3. Локальные вычислительные сети 215 коаксиальный кабель. По сравнению с технологиями Ethernet-10 и Fast Ethernet изменения имеются как на физическом уровне, так и на уровне МАС. Для обеспечения диаметра сети до 200 м реализованы следующие решения. 1. Увеличен минимальный размер кадра с 64 до 512 байт, что составляет 4096 битовых интервалов (bt). Кадр дополняется до 512 байт полем расширения (extension) размером от 448 до 0 байт, заполненным запрещенными символами кода 8В/10В (рис.3.30). 2. Для уменьшения накладных расходов конечным узлам разрешено передавать несколько кадров подряд, без освобождения среды передачи для других станций. Такой режим передачи называется «Burst Mode». При этом станция может передать подряд несколько кадров с общей длиной 8192 байта = 65536 бит. В стандарте 802.3z определены следующие типы физической среды: • одномодовый ВОК; • многомодовый ВОК 62,5/125; • многомодовый ВОК 50/125; • двойной коаксиал с волновым сопротивлением 75 Ом; • многомодовый кабель. Спецификации кабельных систем технологии Gigabit Ethernet представлены в табл.3.5. Таблица 3.5 IEEE 802.3z 1000Base-SX 1000Base-LX Физическая среда Одно (о/м)- и многомодовый (м/м) ВОК Длина волны 850 нм 1300 нм Длина сегмента до 500 м (м/м ВОК) 5000 м (о/м ВОК) 100 м (дупл.) 550 м (м/м ВОК) Gigabit Ethernet может быть реализована на витой паре категории 5 (рекомендация IEEE 802.3ab) с использованием 4-х пар проводников, по которым одновременно передаются данные со скоростью 1000 Мбит/с. Следовательно, каждая пара должна обеспечить скорость 250 Мбит/с. Используемый метод кодирования – РАМ-5 (5 уровней потенциала). П АН АИ 8 6 6 байт 3.30 Тип Данные КС 2 46-1500 4 Поле расширения от 512 до 1518 байт 448-0 Раздел 216 Максимальная частота спектра символов кода PAM-5 составляет гармоники протоколу 1000Base 3.3.4. 10Gigabit Ethernet Ряд фирм производителей и Nortel, разработали оборудование способностью 10 Гбит/с. В 802.3ае (10GEthernet), предусматривающая оптических кабелей. В 2006 802.3an-2006), использующий метров экранированную витую Технология 10GEthernet значительные расстояния, своим клиентам новые Технология 10GEthernet увеличивает нескольких десятков километров оптического сигнала и типа Основные особенности 1) реализован только (рис.3.31); 2) специфицированы 10GBase-X (спецификация 10G 3) передающая среда Спецификации кабельных представлены в табл.3.6. В группе 10GBase- 10GBase-LX4, где L – прозрачности – 1310 нм. В группах 10GBase-R в зависимости от длины волны 1) 10GBase-RS и 10GBase 2) 10GBase-RL и 10GBase 3) 10GBase-RE и 10GBase где S – означает, что используется нм); L – второй диапазон прозрачности прозрачности (1550 нм). Коммутатор Раздел 3. Локальные вычислительные сети частота спектра несущей при передаче двухбитовых составляет 62,5 МГц. С учетом передачи 1000Base-T требуется полоса частот до 125 3.3.4. 10Gigabit Ethernet производителей, включая Cisco System, Foundry Networks оборудование для сетей Ethernet с Гбит с. В 2002 году утверждена спецификация предусматривающая использование В 2006 году принят стандарт 10GBase использующий для передачи данных на расстояние экранированную витую пару категории 6 или 6а. 10GEthernet предназначена для передачи расстояния, что позволяет операторам связи новые услуги по объединению локальных 10GEthernet увеличивает протяженность сетей Ethernet километров (в зависимости от длины типа используемого кабеля). особенности ЛВС 10GEthernet: только дуплексный режим на основе коммутаторов специфицированы три группы стандартов физического спецификация 10GBase-LX4), 10GBase-R, 10GBase среда – волоконно-оптический кабель. кабельных систем технологии Gigabit Ethernet -X предусмотрена только одна спецификация означает, что используется второй R и 10GBase-W реализованы 3 по спецификации длины волны: 10GBase-WS; 10GBase-WL; 10GBase-WE, используется первый диапазон прозрачности диапазон прозрачности (1310 нм); E –третий диапазон Коммутатор ередаче двухбитовых передачи первой до 125 МГц. Cisco System, Foundry Networks с пропускной спецификация IEEE использование волоконно- GBase-T (IEEE расстояние до 100 передачи данных на связи предлагать локальных сетей. сетей Ethernet до от длины волны основе коммутаторов физического уровня: Base-W; Gigabit Ethernet одна спецификация: второй диапазон по спецификации прозрачности (850 третий диапазон 3.31 Раздел 3. Локальные вычислительные сети 217 Таблица 3.6 10 GEthernet 10GBase-LX4 10GBase-Rx 10GBase-Wx Метод кодирования 8B/10B 64B/66B Длина волны 1310 нм 850 нм (x=S) 1310 нм (x=L) 1550 нм (x=E) <Количество волн>*<Проп.способн.> 4*2,5 Гбит/с =10 Гбит/с 1*10 Гбит/с Расстояние между передатчиком и приемником до 300 м (м/м ВОК) 40 км (для 10GBase-RE и 10GBase-WE) 10 км (о/м ВОК) Максимальное расстояние между передатчиком и приемником для окна прозрачности E может достигать 40 км, что позволяет строить территориально протяженные транспортные сети. 3.3.5. 40Gigabit Ethernet и 100Gigabit Ethernet В июне 2010 года IEEE принял новый стандарт IEEE 802.3ba в виде дополнения к стандарту IEEE 802.3 Ethernet, в котором предусмотрены две скорости передачи данных по сети Ethernet – 40 Гбит/с и 100 Гбит/с. Основная цель разработки этого стандарта состояла в том, чтобы распространить протокол 802.3 на сверхвысокие скорости передачи данных, и при этом обеспечить максимальную совместимость интерфейсов со стандартом 802.3 с целью сохранения предыдущих инвестиций в сетевую инфраструктуру. Необходимость появления этого стандарта обусловлена всё возрастающим числом приложений и большими объемами передаваемых данных. Высокие требования к пропускной способности среды передачи данных значительно превышают существующие возможности Ethernet. Стандарт 40/100 Gigabit Ethernet поддерживает дуплексный режим и ориентирован на различные типы (среды) физического уровня (PHY). Основными целями разработки стандарта 40/100 Gigabit Ethernet были следующие: • сохранение формата кадра 802.3, используемого на МАС-уровне; • сохранение минимального и максимального размера кадра стандартов 802.3; • обеспечение достоверности передачи данных на МАС-уровне – вероятность битовой ошибки (BER) не должна превышать 10 −12 ; • обеспечение поддержки открытой транспортной сети (OTN – The Open Transport Network) – высоконадежной среды для передачи разнородного трафика; Раздел 3. Локальные вычислительные сети 218 • обеспечение спецификаций физического уровня (PHY) для передачи по одномодовому оптическому волокну (SMF), многомодовому оптическому волокну (MMF), медным кабелям и объединительной плате (backplane). Основными пользователями сетей IEEE 802.3ba могут стать производители систем и компонентов для серверов, сетей хранения данных, серверных ферм, высокопроизводительных вычислений, центров обработки данных, телекоммуникационных компаний, а также системных операторов. Использование всё более мощных серверных архитектур, центров обработки данных, сетей провайдеров и конечных пользователей делает, во многих случаях, среду передачи данных узким местом. Сети IEEE 802.3ba позволят устранить узкие места, обеспечивая надежную, масштабируемую архитектуру среды передачи данных для удовлетворения требований к пропускной способности. Дальнейшие перспективы развития высокоскоростных технологий передачи данных связывают с разработкой сетей Ethernet со скоростью передачи 1 Тбит/с ( |