базовый курс лекцийц. Базовый курс лекций ТФУПД (pdf.io). Образовательное учреждениеАкадемия управления городской средой, градостроительства и печати
 Скачать 0.84 Mb.
|
|
. Рис. 7.1 Подуровни канального уровня Поскольку среда передачи данных в локальной сети общая, то существует проблема обеспечения доступа к сети. Доступом к сети называют взаимодействие станции (line)узла сети) со средой передачи данных для обмена информацией с другими станциями. Управление доступом к среде - это установление специальной последовательности, в которой станции получают доступ к среде передачи данных. Именно эту задачу отвели уровню MAC. Этот уровень должен обеспечивать корректное совместное использование общей среды сети. В современных локальных сетях используются несколько протоколов уровня MAC, они реализуют различные алгоритмы доступа к разделяемой среде. Более высокий уровень - уровень LLC логически организовывает поток данных, кадров информации, с целью дальнейшей их передачи с помощью средств нижнего - MAC уровня. Уровень LLC полностью отвечает за качество транспортировки, то есть степень надежности передачи кадров в локальной сети. С другой стороны, уровень LLC связан с сетевым уровнем, поэтому он служит в роли интерфейса между канальным и сетевым уровнем. Именно через уровень LLC сетевой протокол запрашивает у канального уровня нужную ему транспортную операцию с нужным качеством. Уровень LLC имеет несколько режимов работы, каждый из этих режимов определяет различное качество передачи кадров, например, один режим может восстанавливать потерянные или искаженные кадры, другой не обеспечивает таких процедур при управлении потоком кадров в сети. Уровень LLC еще называют уровнем управления логическим каналом сети. Очевидно, что в перечень забот уровня LLC абсолютно не входит, будет ли передача происходить в сети с одной общей шиной, или с кольцевой структурой сети. Эти вопросы не касаются режимов его работы. Он просто организовывает передачу кадров информации с необходимым качеством и не зависит от выбора конкретной технологии. Поэтому протоколы уровней MAC и LLC взаимно независимы - каждый протокол уровня MAC может применяться с любым протоколом уровня LLC, и наоборот. Все это описано в соответствующих стандартах IEEE 802.х. Стандарты IEEE 802.х имеют определенную структуру. Комитет 802 поделили на несколько подкомитетов, каждому из них дали строго определенные задачи по разработке сетевых стандартов, которые в целом бы представляли единую систему стандартизации. И сейчас, с развитием новых сетевых технологий, продолжают организовываться новые подкомитеты. Стандарты локальных сетей, определенные комитетом 802, делятся на данное время на 17 категорий, каждая из которых имеет свой номер. Мы остановимся на основных пяти стандартах, названия стандартов созвучны с соответствующим комитетом, занимающегося его разработкой. 7.2Структура стандартов IEEE 802.x. IEEE-802 можно рассматривать как уточнение и развитие модели OSI. 802.1 – Inte)r)ne)twor)king Этот стандарт содержит введение в стандарты и описание примитивов: общие определения локальных сетей, их свойств. Он обособлен от остальных и имеет общий для всех технологий характер. 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. 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 различных технологий. Сегодня набор стандартов, разработанных подкомитетом 802.1, продолжает расти. Например, недавно он пополнился важным стандартом 802.1Q, определяющим способ построения виртуальных локальных сетей VLAN в сетях на основе коммутаторов. Комитет 802.2 В стандарте 802.2 описаны все, что касается протокола уровня управления логическим каналом LLC. Остальные стандарты 802.3, 802.4, 802.5 и т.д. описывают технологии локальных сетей, которые появились в результате улучшений фирменных технологий, которые легли в их основу. Для каждого из этих стандартов определены спецификации физического уровня, определяющие среду передачи данных (коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель), ее параметры, а также методы кодирования информации для передачи по данной среде. Другими словами, комитеты 802.3 - 802.5 описывают спецификации различных протоколов подуровня доступа к среде MAC и их связь с уровнем LLC. Так основные сетевые технологии Ethernet, Token Ring были разработаны и использовались еще до создания единой системы стандартов, затем они вошли в состав стандартов IEEE 802.х, и на их основе стали создавать новые, улучшенные технологии. Так, основу стандарта 802.3 составила технология Ethernet, разработанная компаниями Digital, Intel и Xerox (или Ethernet DIX) . Стандарт 802.4 появился как обобщение технологии ArcNet компании Datapoint Corporation Стандарт 802.5 в основном соответствует технологии Token Ring компании IBM. В общем, историческое развитие стандартов выглядело следующим образом: После того, как фирменные технологии вошли в состав стандартов IEEE 802.х они продолжали параллельно существовать. Например, технология ArcNet так до конца не была приведена в соответствие со стандартом 802.4 (теперь это делать поздно, так как где-то примерно с 1993 года производство оборудования ArcNet было свернуто). Расхождения между технологией Token Ring и стандартом 802.5 тоже периодически возникают, так как компания IBM регулярно вносит усовершенствования в свою технологию, а комитет 802.5 не всегда успевает это отражать в своем стандарте. Единственное исключение - технология Ethernet. Последний фирменный стандарт Ethernet DIX как был принят в 1980 году, так с тех пор никто больше не предпринимал попыток фирменного развития Ethernet. Все изменения в семействе технологий Ethernet вносятся только в результате принятия открытых стандартов комитетом 802.3. Поздние стандарты уже разрабатывались не одной компанией, а группой заинтересованных компаний, а потом передавались в соответствующий подкомитет IEEE 802 для утверждения. Так произошло с такими новыми технологиями, как Fast Ethernet, 100VG-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. Итак, давайте, перечислим первые пять подкомитетов комитета 802: 802.1 - Inte)r)ne)twor)king; В 802.1 приводятся основные понятия и определения, общие характеристики и требования к локальным сетям. 802.2 - Logical Link Contr)ol, LLC В 802.2 определяется подуровень управления логическим каналом LLC. 802.3 - Ethe)r)ne)t с методом доступа CSMA/TCD; Стандарт 802.3 описывает коллективный доступ с опознаванием несущей и обнаружением конфликтов (Carrier sense multiple access with collision detection - CSMA/CD), прототипом этого стандарта является метод доступа стандарта Ethernet; 802.4 - Toke)n Bus LAN - локальные сети с методом доступа Token Bus; Стандарт 802.4 определяет метод доступа к шине с передачей маркера (Token bus network), прототип фирменный стандарт ArcNet; 802.5 - Toke)n Ring LAN - локальные сети с методом доступа Token Ring; Стандарт 802.5 описывает метод доступа к кольцу с передачей маркера (Token ring network), прототип - фирменный стандарт Token Ring. С остальными комитетами (до 17-го) мы подробно не будем знакомиться. Кратко заметим следующее: IEEE-802.6 – городская локальная сеть (Metropolitan Area Network MAN). IEEE-802.7 – широковещательная технология IEEE-802.8 – оптоволоконная технология IEEE-802.9 – интегрированные сети с возможностью передачи речи и данных IEEE-802.10 – безопасность сетей. IEEE-802.11 – беспроводная сеть IEEE-802.12 - высокоскоростные компьютерные сети (локальная сеть с централизованным управлением доступом по приоритетам запросов и топологией звезда 100VG-AnyLAN) Стандарты IEEE-802.3, IEEE-802.4, IEEE-802.5, IEEE-802.12 – прямо относятся к подуровню MAC второго канального уровня эталонной модели OSI . Остальные спецификации решают общие вопросы. 7.3 Сети Ethernet и Fast Ethernet 7.3.1 Базовая сетевая технология Ethernet - краткий обзор возможностей Наибольшее распространение среди стандартных сетей получила сеть Ethernet (1997 - 80% рынка), которая впервые появилась в 1972 (Xerox). В 1980 ее поддержали такие крупнейшие фирмы как DEC и Intel, образовав объединение DIX. В 1985 Ethernet стала международным стандартом – IEEE 802.3. Характеристики стандарта: Топология - шина, Среда передачи – коаксиальный кабель, Скорость передачи – 10Мбит/с Максимальная длина – 5км Максимальное количество абонентов – 1024 Длина сегмента сети – 500м Количество абонентов на одном сегменте – до 100 Метод доступа - множественный доступ моноканалу типа «шина» с обнаружением конфликтов и контролем несущей (CSMA/CD), Передача узкополосная, т.е без модуляции (моноканал) В классической сети Ethernet применяется 50-омный коаксиальный ка- бель двух видов (толстый и тонкий). Однако с начала 90-х годов все большее распространение получает версия Ethernet, использующая в качестве среды передачи витые пары. Определен также стандарт для применения в сети оптоволоконного кабеля. В стандарты были внесены соответствующие добавления. В Ethernet кроме стандартной топологии «шина» применяются также топологии типа «пассивная звезда» и «пассивное дерево». При этом предполагается использование репитеров и пассивных (репитерных) концентраторов, соединяющих между собой различные части (сегменты) сети (рис. 7.2). В качестве сегмента может выступать единичный абонент. Коаксиальный кабель используется для шинных сегментов, а витая пара и оптоволоконный кабель – для лучей пассивной звезды (для присоединения к концентратору одиночных компьютеров). Рис. 7.2. Топология сети Ethernet Главное - чтобы в полученной в результате топологии не было замкнутых путей (петель), фактически получается, что абоненты соединены в физическую шину, так как сигнал от каждого из них распространяется сразу во все стороны и не возвращается назад (как в кольце). Максимальная длина кабеля всей сети в целом (максимальный путь сигнала) теоретически может достигать 6,5 км, но практически не превышает 2,5км. Для передачи информации в сети Ethernet применяется стандартный код Манчестер-11. При этом один уровень сигнала нулевой, а другой - отри- цательный, то есть постоянная составляющая сигнала не равна нулю. При отсутствии передачи потенциал в сети нулевой. Гальваническая развязка осуществляется аппаратурой адаптеров, репитеров и концентраторов. При этом приемопередатчик сети гальванически развязан от остальной аппаратуры с помощью трансформаторов и изолированного источника питания, а с кабелем сети соединен напрямую. Доступ к сети Ethernet осуществляется по случайному методу CSMA/ CD, обеспечивающему полное равноправие абонентов. В сети используются пакеты переменной длины со структурой, представленной на рис. 7.3. Длина кадра Ethernet (то есть пакета без преамбулы) должна быть не менее 512 битовых интервалов, или 51,2 мкс (именно такова предельная величина двойного времени прохождения в сети). Предусмотрена инди- видуальная, групповая и широковещательная адресация. В пакет Ethernet входят следующие поля: Преамбула состоит из 8 байт, первые семь из которых представляют собой код 10101010, а последний восьмой - код 10101011. В стандарте IEEE 802.3 этот последний байт называется признаком начала кадра (SFD - Start of Frame Delimiter) и образует отдельное поле пакета. Адрес получателя (line)приемника) и адрес отправителя (line)передатчика) включают по 6 байт и представляют собой MAC-адреса. Поле управления (L/T - Length/Type) содержит информацию о длине поля данных. Оно может также определять тип используемого протокола. Принято считать, что если значение этого поля не больше 1500, то оно определяет длину поля данных. Если же его значение больше 1500, то оно определяет тип кадра. Поле управления обрабатывается программно. Поле данных должно включать в себя от 46 до 1500 байт данных. Если пакет должен содержать менее 46 байт данных, то поле данных дополняется байтами заполнения. Согласно стандарту IEEE 802.3, в структуре пакета выделяется специальное поле заполнения (pad data - незначащие данные), которое может иметь нулевую длину, когда больше 46 байт. Поле контрольной суммы (FCS - Frame Check Sequence) содержит 32- разрядную циклическую контрольную сумму пакета (CRC) и служит для проверки правильности передачи пакета. Рис. 7.3. Структура пакета сети Ethernet, (цифры показывают количество байт) Таким образом, минимальная длина кадра (пакета без преамбулы) составляет 64 байта (512бит). Именно эта величина определяет максимально допустимую двойную задержку распространения сигнала по сети в 512 битовых интервалов (51,2 мкс для Ethernet, 5,12 мкс для Fast Ethernet). Стандарт предполагает, что преамбула может уменьшаться при прохождении пакета через различные сетевые устройства, поэтому она не учитывается. Максимальная длина кадра равна 1518 байтам (12144 бита, то есть 1214,4 мкс для Ethernet, 121,44 мкс для Fast Ethernet). Это важно для выбора размера буферной памяти сетевого оборудования и для оценки общей загруженности сети. Для сети Ethernet, работающей на скорости 10 Мбит/с, стандарт определяет четыре основных типа среды передачи информации: 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель); 10 BASE2 (тонкий коаксиальный кабель); 10BASE-T (витая пара); 10BASE-FL (оптоволоконный кабель). Обозначение среды передачи включает в себя три элемента: цифра «10» означает скорость передачи 10 Мбит/с, слово BASE означает передачу в основной полосе частот (то есть без модуляции высокочастотного сигнала), а последний элемент означает допустимую длину сегмента: «5» - 500 метров, «2» - 200 метров (точнее, 185 метров) или тип линии связи: «Т» -витая пара (от английского «twisted-pair»), «F» - оптоволоконный кабель (от английского «fiber optic»). Более подробно эти сведения можно получить из лабораторных работ по курсу. 7.3.2 Преемственность стандарта 802.3 и стандартов 802 .3 u и 802 .12 В 1995 году появился стандарт на более быструю версию Ethernet, работающую на скорости 100 Мбит/с (так называемый Fast Ethernet, стандарт 1ЕЕЕ 802.3u), использующую в качестве среды передачи витую пару или оптоволоконный кабель. Появилась версия на скорость 1000 Мбит/с (Gigabit Ethernet, стандарт IEEE 802.3z). Поговорим немного о причинах перехода на Fast Ethernet. К началу 90-х годов пропускной способности сети - 10 Мбит/с уже было недостаточно для некоторых потребностей пользователей. В этот период особенно интенсивными темпами стали развиваться компьютерные технологии в целом. Стали широко распространяться новые, более мощные компьютеры с новой, более скоростной шиной передачи данных, а также более мощное и усовершенствованное сетевое оборудование. Так, в середине 90-х появились, и сразу стали массово применятся в локальных сетях, - коммутаторы. Коммутаторы имеют большое количество портов и обеспечивают передачу кадров между портами одновременно, что само собой предусматривает существенное повышение производительности сети. В это же время уже появились первые экспериментальные сети, в которых использовался протокол Ethernet с более высокой битовой скоростью передачи данных, а именно 100 Мб/с. Надо сказать, что до этого только технология Fibe)r) Distr)ibute)d Data Inte)r)face) (line)FDDI), которая использует оптоволоконную среду передачи данных, обеспечивала такую битовую скорость. Но тот момент она была специально разработана для построения магистралей сетей и была слишком дорогой для подключения к сети отдельных рабочих станций или серверов. Таким образом, назрела необходимость в разработке "побитное нового"побитное Ethe)r)ne)t, то есть технологии, которая была бы такой же простой и эффективной по соотношению цена/качество, но обладала бы производительностью не менее, чем на порядок выше, а именно - 100 Мбит/с. Этой задачей серьезно заинтересовались многие ведущие лидеры среди производителей сетевых технологий. В результате поисков и исследований на пути к решению задачи, специалисты разделились на два лагеря, что, в конечном итоге привело к появлению двух новых технологий - Fast Ethe)r)ne)t и 100VG-AnyLAN. Эти две технологии отличаются степенью преемственности с классическим Ethernet. Fast Ethernet оставила самую основу работы технологии Ethernet - метод доступа CSMA/CD, а 100VG-AnyLAN отказалась от него. Но, давайте рассмотрим все по порядку. В 1992 году группа производителей сетевого оборудования, включая таких лидеров технологии Ethernet, как SynOptics, 3Com и ряд других, образовали некоммерческое объединение Fast Ethe)r)ne)t Alliance) для разработки стандарта новой технологии, которая должна была в максимально возможной степени сохранить особенности технологии Ethernet. Второй лагерь возглавили компании He)wle)tt-Packar)dиAT&T, которые предложили воспользоваться удобным случаем для устранения некоторых известных недостатков технологии Ethernet. В комитете 802 института IEEE в это же время была сформирована отдельная исследовательская группа для изучения потенциала новых высокоскоростных технологий. За период с конца 1992 года и по конец 1993 года группа IEEE провела серьезную работу над изучением всех 100- мегабитных решений, которые были предложены различными производителями. Группа IEEE 802 наряду с предложениями Fast Ethernet Alliance рассмотрела также и высокоскоростную технологию, предложенную компаниями Hewlett-Packard и AT&T. В центре дискуссий была проблема сохранения случайного метода доступа CSMA/CD в новой технологии. Название CSMA/CD можно разбить на две части: Carrier Sense Multiple Access Collision Detection. Из первой части имени можно заключить, каким образом узел с сетевым адаптером определяет момент, когда ему следует послать сообщение. В соответствии с методом CSMA, станция вначале "слушает" сеть, чтобы определить, не передается ли в данный момент какое-либо другое сообщение. Если прослушивается несущий сигнал (carrier tone), значит, в данный момент сеть занята другим сообщением, - станция переходит в режим ожидания и пребывает в нем, пока сеть не освободится. Когда в сети наступает молчание, станция начинает передачу. Фактически данные посылаются всем станциям сети или сегмента, но принимаются только той станцией, которому они адресованы. Collision Detection - вторая часть имени - служит для разрешения ситуаций, когда две или более станции пытаются передавать сообщения одновременно. Согласно методу CSMA, каждый готовая к передаче станция должна вначале слушать сеть, чтобы определить, свободна ли она. Однако, если две станции "слушают сеть" в одно и тоже время, и в какой-то момент времени обе решат, что сеть свободна, то они начнут передавать свои кадры одновременно. В этой ситуации передаваемые кадры накладываются друг на друга - происходит коллизия, и в итоге ни один кадр не доходит до пункта назначения. Для надежного определения коллизий нужно, чтобы станция "наблюдала сеть" и после передачи кадра. Если обнаруживается коллизия, то станция повторяет передачу после случайной паузы и вновь проверяет, не произошла ли коллизия, и только после 16-й неудачной попытки передачи кадра в сеть он отбрасывается. Метод CSMA/CD "притягивает" разработчиков своей простотой реализации, но одновременно и предполагает разработку дополнительных средств, которые смогли бы исправить его недостатки, связанные с влиянием задержек распространения сигнала. Сетевая технология, предложенная Fast Ethernet Alliance, сохранила метод CSMA/CD, и тем самым обеспечила согласованность сетей со скоростями 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Коалиция HP и AT&T, которая имела поддержку значительно меньшего числа производителей в сетевой индустрии, чем Fast Ethernet Alliance, предложила совершенно новый метод доступа, названный De)mand Pr)ior)ity - приоритетный доступ по требованию. Он существенно менял картину поведения узлов в сети, поэтому не смог вписаться в технологию Ethernet и стандарт 802.3, поэтому для его стандартизации был организован новый комитет IEEE 802.12. Осенью 1995 года обе технологии стали стандартами IEEE. Комитет IEEE 802.3 принял спецификацию Fast Ethe)r)ne)t в качестве стандарта 802.3u, который не является самостоятельным стандартом, а представляет собой дополнение к существующему стандарту 802.3 в виде глав с 21 по 30. А комитет 802.12 в это же время принял новую технологию 100VG-AnyLAN, которая использует новый метод доступа Demand Priority. О ней мы поговорим несколько позже. А в этом разделе мы займемся изучением того, что же нового принесла технология Fast Ethernet 7.3.3 Технология Fast Ethernet Главным коммерческим аргументом технологии Fast Ethernet стало то, что она базируется на наследуемой технологии Ethernet: 1. Так как в Fast Ethernet используется тот же метод передачи пакетов и кабельные системы совместимы, то для перехода к стандарту Fast Ethernet от стандарта Ethernet требуются меньшие капитальные вложения, чем для установки других видов высокоскоростных сетей. 2. Поскольку Fast Ethernet представляет собой продолжение стандарта Ethernet, все инструментальные средства и процедуры анализа работы сети, а также все программное обеспечение должны в данном стандарте сохранить работоспособность, следовательно, среда Fast Ethernet будет знакома администраторам сетей, имеющим опыт работы с Ethernet, а значит, обучение персонала займет меньше времени и обойдется существенно дешевле. 3. Решение оставить метод CSMA/CD без изменения принесло наибольшую практическую пользу новой технологии среды Fast Ethernet. Итак, новая технология Fast Ethernet сохранила весь MAC уровень классического Ethernet, но пропускная способность была повышена до 100 Мбит/с., следовательно, поскольку пропускная способность увеличилась в 10 раз, то битовый интервал уменьшился в 10 раз, и стал теперь равен 0,01 мкс. Поэтому в технологии Fast Ethernet время передачи кадра минимальной длины в битовых интервалах осталось тем же, но равным 5,75 мкс. Ограничение на общую длину сети Fast Ethernet уменьшилось до 200 метров. Использование коммутаторов, которые передают данные по нескольким портам одновременно и тем самым сокращают общую длину сети, сняло ограничения на общую длину сети, остались только ограничения на длину физических сегментов, соединяющих соседние устройства (сетевой адаптер - коммутатор или коммутатор - коммутатор). Поэтому при создании магистралей локальных сетей большой протяженности технология Fast Ethernet также активно, применяется, но только совместно с коммутаторами. Увеличения пропускной способности при неизменном методе доступа в Fast Ethernet удалось достигнуть за счет усовершенствования средств физического уровня. Рассмотрим физический уровень технологии Fast Ethernet Физический уровень технологии 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. Технология Fast Ethernet использует 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 этот перечень вообще не попал. От коаксиальных кабелей стремятся избавиться все новые технологии. Поскольку на небольших расстояниях, витая пара категории 5 позволяет передавать данные с той же скоростью, что и коаксиальный кабель, а сеть при этом получается более дешевой и удобной в эксплуатации. На больших же расстояниях применяют оптическое волокно, которое 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. Сети Fast Ethernet всегда имеют иерархическую древовидную структуру, построенную на концентраторах, как и сети стандартов 10Base-T и 10Base-F, которые мы рассматривали в предыдущем разделе. Таким образом, официальный стандарт 802.3u 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 Type 1; 100Base)-T4 - для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3, 4 или 5; 100Base)-FX- для многомодового оптоволоконного кабеля, используются два волокна. По сравнению с вариантами физической реализации Ethernet (10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-F), в технологии Fast Ethernet отличия одного варианта от другого намного глубже. Различные физические спецификации имеют различное количество проводников и различные методы кодирования. Для всех трех стандартов Fast Ethernet справедливы следующие характеристики: форматы кадров технологии Fast Ethernet практически не отличаются от форматов кадров технологий 10-мегабитного Ethernet. межкадровый интервал (IPG) равен 0,96 мкс, а битовый интервал равен 10 нс, соответственно время передачи кадра минимальной длины равно 5,75 мкс. Все временные параметры алгоритма доступа (интервал отсрочки, время передачи кадра минимальной длины и т. п.) в битовых интервалах, остались прежними. признаком свободного состояния среды является передача по ней последовательности символов - Idle, а не отсутствие сигналов, как в стандартах Ethernet 10 Мбит/с. Для сравнения следующий рисунок показывает общее отличие кадров Fast Ethernet от кадров 10-мегабитного Ethernet. Рис. 7.4 Форматы кадров Fast Ethernet и Ethernet Рассмотрим физические спецификации, которые предложила технология Fast Ethernet. 1. 100Base)-FX - многомодовое оптоволокно, два волокна Эта спецификация определяет работу протокола Fast Ethernet по многомодовому оптоволокну. Каждый узел соединяется с сетью двумя оптическими волокнами, идущими от приемника (Rх) и от передатчика (Тх). Следует сразу отметить, что между спецификациями 100Base)-FXи100Base)- TX есть много общего, поэтому общие для этих двух спецификаций свойства мы будем рассматривать под обобщенным названием 100Base)-FX/TTX. Все стандарты физического уровня Ethernet со скоростью передачи 10 Мбит/ с для представления данных при передаче по кабелю используют манчестерское кодирование. В стандарте Fast Ethernet в спецификации 100Base-FX/TX используется другой метод - кодирование избыточными кодами - 4В/T5В. Вспомним некоторые особенности 4В/T5В. При этом методе каждые 4 бита данных подуровня MAC (называемых символами) представляются 5 битами. Избыточный бит позволяет потом применить потенциальные коды при представлении каждого из пяти бит в виде электрических или оптических импульсов для непосредственной передачи по кабелю. Потенциальные коды по сравнению с манчестерскими кодами имеют более узкий спектр сигнала, а, следовательно, предъявляют меньшие требования к полосе пропускания кабеля. Но использовать "чистые" потенциальные коды для передачи данных невозможно использовать из-за плохой самосинхронизации приемника и источника данных: при передаче длинной последовательности единиц или нулей в течение долгого времени сигнал не изменяется и приемник не может определить момент чтения очередного бита. Применение избыточного кода решает проблему длительной последовательности нулей. При использовании пяти бит для кодирования шестнадцати исходных 4-х битовых комбинаций, можно построить такую таблицу кодирования, в которой любой исходный 4-х битовый код представляется 5-ти битовым кодом с чередующимися нулями и единицами. Тем самым обеспечивается синхронизация приемника с передатчиком. Так как из 32 возможных комбинаций 5-битовых порций для кодирования порций исходных данных нужно только 16, то остальные 16 комбинаций в коде 4В/T5B используются в служебных целях. Наличие служебных символов позволило использовать в спецификациях FX/TTX схему непрерывного обмена сигналами между передатчиком и приемником и при свободном состоянии среды. И если в сетях Ethernet незанятое состояние среды означало полное отсутствие на ней импульсов информации. То для Fast Ethernet для обозначения незанятого состояния среды используется служебный символ Idle) (line)11111), которыми постоянно обмениваются передатчик с приемником. Этот специфический символ (запрещенная комбинация) поддерживает синхронизм передатчика и приемника в периодах между передачами информации, а также позволяет контролировать общее физическое состояние линии. Рис. 7.5 Обмен служебными символами Idle Существование запрещенных комбинаций символов позволяет отбраковывать ошибочные символы, и это существенно повышает устойчивость работы сетей с 100Base)-FX/TTX уже на самом низком - физическом уровне, а значит, приводит к увеличению эффективности сети в целом. Для отделения кадра Ethernet от символов Idle используется комбинация символов Star)t De)limite)r) (пара символов J (line)11000) и К (line)10001) кода 4В/5В, а после завершения кадра перед первым символом Idle вставляется символ Т. Надо отметить, что коды 4В/5В построены так, что гарантируют не более трех нулей подряд при любом сочетании бит в исходной информации, поэтому длительные последовательности нулей здесь исключены. Рис. 7.5 Структура кадра для спецификаций 100Base-FX/TX. Однако по кабелю все-таки передаются электрические сигналы, а не биты информации. Поэтому, после преобразования 4-битовых порций кодов MAC в 5-битовые порции физического уровня, когда решилась проблема синхронизации приемника и передатчика при передаче кадров, их теперь нужно представить в виде оптических или электрических сигналов в кабеле, соединяющем узлы сети. Тут спецификации 100Base-FX и 100Base-TX расходятся в методах. И используют для этого различные методы физического кодирования - NRZI и MLT-3 соответственно. Вспомним, что NRZI - это код без возврата к нулю с инвертированием для единиц. Но он в отличие от NRZ, для представления 1 и 0 использует дифференциальное кодирование: если текущий бит имеет значение 1, то текущий потенциал представляет собой инверсию потенциала предыдущего бита, независимо от его значения, если же текущий бит имеет значение 0, то текущий потенциал повторяет предыдущий. Этот метод поборол проблему длинных последовательностей единиц, которая была в NRZ, но оставил проблему длинных последовательностей нулей. Но эти последовательности в спецификации 100Base-FX, как и в 100Base-ТX предварительно устраняются кодированием 4B/5B. Метод MLT3 еще более быстрый, по сравнению с методом NRZI, хотя и использует три уровня и он используется спецификации 100Base-ТX. 2. 100Base)-TX - витая пара UTP Cat 5 или STP Type) 1, две пары В качестве среды передачи данных спецификация 100Base-TX использует неэкранированную витую витую пару UTP категории 5 или экранированную витую пару STP Type 1. Максимальная длина кабеля в обоих случаях - 100 м. Самая отличительная возможность физического стандарта 100Base-TX - наличие специальной функции автопереговоров (line)Auto-ne)gotiation). Она предназначена для согласованной работы Fast Ethernet со стандартами Ethernet. 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. Схема Auto-ne)gotiation сегодня является стандартом и 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 Se)miconductor) под названием NWay. Всего в настоящее время определено 5 различных режимов работы, которые могут поддерживать устройства стандарта 100Base-TX или 100Base-T4 на витых парах: 10Base)-T - работа с 2-мя парами категории 3; 10Base)-T full duple)x - работа с 2-мя парами категории 3 в полнодуплексном режиме 100Base)-TX - используются 2 витые пары категории 5 (line)или Type) 1A STP); 100Base)-T4 - используются 4 витые пары категории 3; 100Base)-TX full-duple)x – работа с 2-мя витыми парами категории 5 (или Type 1A STP) в полнодуплексном режиме. Режим 10Base-T имеет самый низкий приоритет при переговорном процессе, а полнодуплексный режим 100Base-T4 - самый высокий. Переговорный процесс начинается, как только устройство (сетевой адаптер, концентратор, коммутатор) включается в сеть питания. Устройство, начавшее процесс auto-negotiation, посылает своему партнеру пачку специальных импульсов Fast Link Pulse) bur)st (line)FLP). Эти импульсы содержат 8-битное слово, которое определяет, в каком режиме нужно установить взаимодействие. Если узел-партнер поддерживает функцию auto-negotuiation и также может поддерживать предложенный режим, он отвечает также пачкой импульсов FLP, в которой подтверждает данный режим, и на этом переговоры заканчиваются. Но, если же узел-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. 3. 100Base)-T4 - витая пара UTP Cat 3, четыре пары Спецификация 100Base-T4 появилась позже всех других спецификаций физического уровня Fast Ethernet. Спецификация 100Base-T4 была разработана для того, чтобы можно было использовать уже имеющуюся проводку на витой паре категории 3. Общую пропускную способность эта спецификация позволяет повысить за счет одновременной передачи потоков бит по всем 4 парам кабеля. Вместо кодирования 4В/5В в этом методе используется кодирование 8В/T6Т, 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). При методе кодирования 8В/6Т каждые 8 бит данных уровня MAC кодируются 6-ю троичными цифрами, то есть цифрами, имеющими три состояния. Каждая такая троичная цифра имеет длительность 40 нс. 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 |