Fast ethernet и 100vg anylan как развитие технологии ethernet

Обновлено: 06.07.2024

Технология, которой впоследствии было присвоено наименование 100VG-Any LAN первоначально разрабатывалась группой компаний под общим руководством фирмы Hewlett Packard. Впоследствии принципы этой технологии были использованы в комитете IEEE 802 при разработке одного из вариантов Fast Ethernet. Однако, поскольку для промышленного внедрения концепции FastEthernet был выбран вариант 100 Base T, предложенная технология получила новое наименование 100VG-Any LAN, которое означало: Передача данных со скоростью 100 Мбит/сек По кабелям невысоких категорий (Voice Grade) Взаимодействие различных технологий LAN (Ethernet, Token Ring)

В настоящее время разработка и развитие спецификации 100VG-Any LAN выполняется специалистами комитета IEEE 802.12.

Главными достоинствами ее являются большая скорость обмена, сравнительно невысокая стоимость аппаратуры (примерно вдвое дороже оборудования наиболее популярной сети Ethernet 10BASE-T), централизованный метод управления обменом без конфликтов, а также совместимость на уровне форматов пакетов с сетями Ethernet и Token Ring.

Содержание

Основные технические характеристики сети 100VG-AnyLAN:

Скорость передачи – 100 Мбит/с.

Топология – звезда с возможностью наращивания (дерево). Количество уровней каскадирования концентраторов (хабов) – до 5.

Метод доступа – централизованный, бесконфликтный (Demand Priority – с запросом приоритета).

Среда передачи – счетверенная неэкранированная витая пара (кабели UTP категории 3, 4 или 5), сдвоенная витая пара (кабель UTP категории 5), сдвоенная экранированная витая пара (STP), а также оптоволоконный кабель. Сейчас в основном распространена счетверенная витая пара.

Максимальная длина кабеля между концентратором и абонентом и между концентраторами – 100 метров (для UTP кабеля категории 3), 200 метров (для UTP кабеля категории 5 и экранированного кабеля), 2 километра (для оптоволоконного кабеля). Максимально возможный размер сети – 2 километра (определяется допустимыми задержками).

Максимальное количество абонентов – 1024, рекомендуемое – до 250.

Таким образом, параметры сети 100VG-AnyLAN довольно близки к параметрам сети Fast Ethernet. Однако главное преимущество Fast Ethernet – это полная совместимость с наиболее распространенной сетью Ethernet (в случае 100VG-AnyLAN для этого требуется мост). В то же время, централизованное управление 100VG-AnyLAN, исключающее конфликты и гарантирующее предельную величину времени доступа (чего не предусмотрено в сети Ethernet), также нельзя сбрасывать со счетов.

Структура сети 100VG-AnyLAN

Cеть 100VG-AnyLAN состоит из центрального (основного, корневого) концентратора уровня 1, к которому могут подключаться как отдельные абоненты, так и концентраторы уровня 2, к которым в свою очередь подключаются абоненты и концентраторы уровня 3 и т.д. При этом сеть может иметь не более пяти таких уровней (в первоначальном варианте было не более трех). Максимальный размер сети может составлять 1000 метров для неэкранированной витой пары.корневой концентратор представляет собой интеллектуальный центральный контроллер, который управляет доступом к сети, постоянно выполняя цикл "кругового" сканирования своих портов и проверяя наличие запросов на передачу кадров от присоединенных к ним узлов. Концентратор принимает кадр от узла, выдавшего запрос, и передает его только через тот порт, к которому присоединен узел c адресом, совпадающим с адресом назначения, указанным в кадре.

В отличие от неинтеллектуальных концентраторов других сетей (например, Ethernet, Token-Ring, FDDI), концентраторы сети 100VG-AnyLAN – это интеллектуальные контроллеры, которые управляют доступом к сети. Для этого они непрерывно контролируют запросы, поступающие на все порты. Концентраторы принимают приходящие пакеты и отправляют их только тем абонентам, которым они адресованы. Однако никакой обработки информации они не производят, то есть в данном случае получается все-таки не активная, но и не пассивная звезда. Полноценными абонентами концентраторы назвать нельзя.

Каждый из концентраторов может быть настроен на работу с форматами пакетов Ethernet или Token-Ring. При этом концентраторы всей сети должны работать с пакетами только какого-нибудь одного формата. Для связи с сетями Ethernet и Token-Ring необходимы мосты, но мосты довольно простые.

Каждый концентратор имеет один "восходящий" (up-link) порт и N "нисходящих" портов (down-link), как это показано на рисунке 58.

Восходящий порт работает как порт узла, но он зарезервирован для присоединения в качестве узла к концентратору более высокого уровня. Нисходящие порты служат для присоединения узлов, в том числе и концентраторов нижнего уровня. Каждый порт концентратора может быть сконфигурирован для работы в нормальном режиме или в режиме монитора. Порт, сконфигурированный для работы в нормальном режиме, передает только те кадры, которые предназначены узлу, подключенному к данному порту. Порт, сконфигурированный для работы в режиме монитора, передает все кадры, обрабатываемые концентратором. Такой порт может использоваться для подключения анализатора протоколов. В качестве абонента может выступать компьютер (рабочая станция), сервер, мост, маршрутизатор, коммутатор. К порту нижнего уровня может также присоединяться другой концентратор.

Каждый порт концентратора может быть установлен в один из двух возможных режимов работы: Нормальный режим предполагает пересылку абоненту, присоединенному к порту, только пакетов, адресованных лично ему.

Мониторный режим предполагает пересылку абоненту, присоединенному к порту, всех пакетов, приходящих на концентратор. Этот режим позволяет одному из абонентов контролировать работу всей сети в целом (выполнять функцию мониторинга).

Метод доступа к сети 100VG-AnyLAN

Метод доступа к сети 100VG-AnyLAN типичен для сетей с топологией звезда и состоит в следующем.

Каждый абонент, желающий передавать, посылает концентратору свой запрос на передачу. Концентратор циклически выполняет опрос портов. Станция, желающая передать пакет, посылает специальный низкочастотный сигнал концентратору, запрашивая передачу кадра и указывая его приоритет. В сети l00VG-AnyLAN используются два уровня приоритетов - низкий и высокий. Низкий уровень приоритета соответствует обычным данным (файловая служба, служба печати и т. п.), а высокий приоритет соответствует данным, чувствительным к временным задержкам (например, мультимедиа). 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. Станции, подключенные к концентраторам различного уровня иерархии, не имеют преимуществ по доступу к разделяемой среде, так как решение о предоставлении доступа принимается после проведения опроса всеми концентраторами опроса всех своих портов. Приоритет у абонентов – географический, то есть определяется номером порта нижнего уровня, к которому подключен абонент. Однако этот простейший алгоритм усложнен в сети 100VG-AnyLAN, так как запросы на передачу могут иметь два уровня приоритета:

нормальный уровень приоритета используется для обычных приложений;

высокий уровень приоритета используется для приложений, требующих быстрого обслуживания.

Запросы с высоким уровнем приоритета (высокоприоритетные) обслуживаются раньше, чем запросы с нормальным приоритетом (низкоприоритетные). Если приходит запрос высокого приоритета, то нормальный порядок обслуживания прерывается, и после окончания приема текущего пакета обслуживается запрос высокого приоритета. Если таких высокоприоритетных запросов несколько, то возврат к нормальной процедуре обслуживания происходит только после полной обработки всех этих запросов. Можно сказать, что высокоприоритетные запросы обслуживаются вне очереди, но они образуют свою очередь.

При этом концентратор следит за тем, чтобы не была превышена установленная величина гарантированного времени доступа для низкоприоритетных запросов. Если высокоприоритетных запросов слишком много, то запросы с нормальным приоритетом автоматически переводятся им в ранг высокоприоритетных. Типичная величина времени повышения приоритета равна 200—300 мс (устанавливается при конфигурировании сети). Таким образом, даже низкоприоритетные запросы не будут ждать своей очереди слишком долго.

Концентраторы более низких уровней также анализируют запросы абонентов, присоединенных к ним, и в случае необходимости пересылают их запросы концентратору более высокого уровня. За один раз концентратор более низкого уровня может передать концентратору более высокого уровня не один пакет (как обычный абонент), а столько пакетов, сколько абонентов присоединено к нему.

Рис 2.:Пример обслуживания.

в случае одновременного возникновения заявок на передачу у всех абонентов (компьютеров) порядок обслуживания будет такой: компьютер 1-2, затем 1-3, потом 2-1, 2-4, 2-8, и далее 1-6. Однако так будет только при одинаковом (нормальном) приоритете всех запросов. Если же, например, от компьютеров 1-2, 2-4 и 2-8 поступят высокоприоритетные запросы, то порядок обслуживания будет таким: 1-2, 2-4, 2-8, 1-3, 2-1, 1-6.

Остается неясным вопрос - каким образом концентратор узнает, к какому порту подключена станция назначения? Во всех других технологиях кадр просто передавался всем станциям сети, а станция назначения, распознав свой адрес, копировала кадр в буфер. Для решения этой задачи концентратор узнает адрес MAC станции в момент физического присоединения ее к сети кабелем. Если в других технологиях процедура физического соединения выясняет связность кабеля (link test в технологии l0Base-T), тип порта (технология FDDI), скорость работы порта (процедура auto-negotiation в Fast Ethernet), то в технологии l00VG-AnyLAN концентратор при установлении физического соединения выясняет адрес MAC станции. И запоминает его в таблице адресов MAC, аналогичной таблице моста/коммутатора. Отличие концентратора l00VG-AnyLAN от моста/коммутатора в том, что у него нет внутреннего буфера для хранения кадров. Поэтому он 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. Так что эффект разделяемой среды сохраняется. Улучшается только безопасность сети - кадры не попадают на чужие порты, и их труднее перехватить.

Кодирование данных

Вся передаваемая информация проходит следующие этапы обработки:

Разделение на квинтеты (группы по 5 бит).

Перемешивание, скремблирование (scrambling) полученных квинтетов.

Кодирование квинтетов специальным кодом 5В/6В (этот код обеспечивает в выходной последовательности не более трех единиц или нулей подряд, что используется для детектирования ошибок).

Добавление начального и конечного разделителей кадра.

Сформированные таким образом кадры передаются в 4 линии передачи (при использовании счетверенной витой пары). При сдвоенной витой паре и оптоволоконном кабеле применяется временное мультиплексирование информации в каналах.

В результате всех этих действий достигается рандомизация сигналов, то есть выравнивание количества передаваемых единиц и нулей, снижение взаимовлияния кабелей друг на друга и самосинхронизация передаваемых сигналов без удвоения требуемой полосы пропускания, как в случае манчестерского кода.

При использовании счетверенной витой пары передача по каждой из четырех витых пар производится со скоростью 30 Мбит/с (рис. 8.10). Суммарная скорость передачи составляет 120 Мбит/с. Однако полезная информация вследствие использования кода 5В/6В передается всего лишь со скоростью 100 Мбит/с. Таким образом, пропускная способность кабеля должна быть не менее 15 МГц. Этому требованию удовлетворяет кабель с витыми парами категории 3 (полоса пропускания – 16 МГц).

Рис 3.:Кодирование информации в сети 100VG-AnyLAN.

Режимы обмена

В сети 100VG-AnyLAN предусмотрены два режима обмена: полудуплексный и полнодуплексный.

При полудуплексном обмене все четыре витые пары используются для передачи одновременно в одном направлении (от абонента к концентратору или наоборот). Данный режим используется для передачи пакетов.

При полнодуплексном обмене две витые пары (1 и 4) передают в одном направлении, а две другие (2 и 3) – в другом направлении. Этот режим используется для передачи управляющих сигналов.

Для управления используются два тональных сигнала. Первый из них представляет собой последовательность из 16 логических единиц и 16 логических нулей, следующих со скоростью 30 Мбит/с (в результате частота сигнала равна 0,9375 МГц). Второй тональный сигнал имеет вдвое большую частоту (1,875 МГц) и образуется чередованием восьми логических единиц и восьми логических нулей. Все управление сетью осуществляется комбинациями этих двух тональных сигналов.

В таблице приведена расшифровка различных комбинаций этих сигналов, передаваемых абоненту и концентратору.

Когда ни у абонента, ни у концентратора нет информации для передачи, оба они посылают по обеим линиям первый тоновый сигнал (комбинация 1—1). Если принимаемый концентратором пакет может быть адресован данному абоненту, ему посылается комбинация сигналов 1—2. При этом абонент должен прекратить передачу управляющих сигналов концентратору и освободить эти две линии связи для пересылки информационных пакетов. Такая же комбинация (1—2), полученная концентратором, означает запрос на передачу пакета с нормальным приоритетом. Запрос на передачу пакета с высоким приоритетом передается комбинацией 2—1. Наконец, комбинация 2—2 сообщает как абоненту, так и концентратору о необходимости перейти к процедуре подготовки к связи (Link Training).

Заключение.

В заключение раздела приведем таблицу, в которой приводятся результаты сравнения этой технологии с технологиями 10Base-T и 100Base-T.

Несмотря на много хороших технических решений, технология l00VG-AnyLAN не нашла большого количества сторонников и значительно уступает по популярности технологии Fast Ethernet. Возможно, это произошло из-за того, что технические возможности поддержки разных типов трафика у технологии АТМ существенно шире, чем у l00VG-AnyLAN. Поэтому при необходимости тонкого обеспечения качества обслуживания применяют (или собираются применять) технологию АТМ. А для сетей, в которых нет необходимости поддерживать качество обслуживания на уровне разделяемых сегментов, более привычной оказалась технология Fast Ethernet. Тем более что для поддержки очень требовательных к скорости передачи данных приложений имеется технология Gigabit Ethernet, которая, сохраняя преемственность с Ethernet и Fast Ethernet, обеспечивает скорость передачи данных 1000 Мбит/с.

Обе эти технологии не являются самостоятельными стандартами и рассматриваются как развитие и дополнение технологии Ethernet, реализованное соответственно в 1995 и 1998 годах. Новые технологии Fast Ethernet (стандарт 802.3и) и 100VG-AnyLAN (стандарт 802.3z) имеют производительность 100 Мбит/с и отличаются степенью преемственности с классическим Ethernet.

В стандарте 802.3и сохранен метод случайного доступа CSMA/CD и тем самым обеспечена преемственность и согласованность сетей 10 Мбит/с и 100 Мбит/с.

В технологии 100VG-AnyLAH используется совершенно новый метод доступа – Demand Priority (DP), приоритетный доступ по требованию. Эта технология существенно отличается от технологии Ethernet.

Отметим особенности технологии FastEthernet и ее отличия от технологии Ethernet:

· структура физического уровня технологии Fast Ethernet более сложная, что объясняется использованием трех вариантов кабельных систем: волоконно-оптический кабель, витая пара категории 5 (используются две пары), витая пара категории 3 (используются четыре пары). Отказ от коаксиального кабеля привел к тому, что сети этой технологии всегда имеют иерархическую древовидную структуру;

· диаметр сети сокращен до 200м, время передачи кадра минимальной длины уменьшено в 10 раз за счет увеличения скорости передачи в 10 раз;

· технология Fast Ethernet может использоваться при создании магистралей локальных сетей большой протяженности, но только в полудуплексном варианте и совместно с коммутаторами (полудуплексный вариант работы для этой технологии является основным);

· для всех трех спецификаций физического уровня, отличающихся типом используемого кабеля, форматы кадров отличаются от форматов кадров технологий 10-мегабитного Ethernet;

· признаком свободного состояния передающей среды является не отсутствие сигналов, а передача по ней специального символа в кодированном виде;

· для представления данных при передаче по кабелю и обеспечения синхронизации сигналов манчестерский код не используется. Применяется метод кодирования 4В/5В, хорошо себя зарекомендовавший в технологии FDDI. В соответствии с этим методом каждые 4 бита передаваемых данных представляются 5 битами, т.е. из 32 комбинаций 5-битных символов для кодирования исходных 4-битных символов используются только 16 комбинаций, а из оставшихся 16 комбинаций выбираются несколько кодов, которые используются как служебные. Один из служебных кодов постоянно передается в течение пауз между передачей кадров. Если он в линии связи отсутствует, то это свидетельствует об отказе физической связи;

· кодирование и синхронизация сигналов осуществляются с помощью биполярного кода NRZI;

· технология Fast Ethernet рассчитана на использование концентраторов-повторителей для образования связей в сети (то же самое имеет место для всех некоаксиальных вариантов Ethernet).

Особенности технологии 10VG-AnyLAN заключается в следующем:

· используется другой метод доступа к передающей среде – Demand Priority, обеспечивающий более эффективное распределение пропускной способности сети между запросами пользователей и поддерживающий приоритетный доступ для синхронного режима работы. В качестве арбитра доступа используется концентратор, который циклически выполняет опрос рабочих станций. Станция, желая передать свой кадр, посылает специальный сигнал концентратору, запрашивает передачу кадра и указывает его приоритет. Имеются два уровня приоритетов – низкий (для обычных данных) и высокий (для данных, чувствительных к временным задержкам, например мультимедиа). Приоритеты запросов имеют две составляющие – статическую и динамическую, поэтому станция с низким уровнем приоритета, долго не имеющая доступа к сети, получает высокий приоритет;

· передача кадров осуществляется только станции назначения, а не всем станциям сети;

· сохранены форматы кадров Ethernet и Token Ring, что облегчает межсетевое взаимодействие через мосты и маршрутизаторы;

· поддерживаются несколько спецификаций физического уровня, предусматривающих использование четырех и двух неэкранированных витых пар, двух экранированных витых пар и двух оптоволоконных кабелей. Если используются 4 пары неэкранированного кабеля, по каждой паре одновременно передаются данные со скоростью 25 Мбит/с, что в сумме дает 100 Мбит/с. Коллизии при передаче информации отсутствуют. Для кодирования данных применяется код 5В/6В, идея использования которого аналогична коду 4В/5В.

Технология 100VG-AnyLAN не нашла такого широкого распространения, как Fast Ethernet. Это объясняется узостью технических возможностей поддержки разных типов трафика, а также появлением высокоскоростной технологии Gigabit Ethernet.

Классический 10-мегабитный Ethernet устраивал большинство пользователей на протяжении около 15 лет. Однако в начале 90-х годов начала ощущаться его недостаточная пропускная способность. Для компьютеров на процессорах Intel 80286 или 80386 с шинами ISA (8 Мбайт/с) или EISA (32 Мбайт/с) пропускная способность сегмента Ethernet составляла 1/8 или 1/32 канала «память-диск», и это хорошо согласовывалось с соотношением объемов данных, обрабатываемых локально, и данных, передаваемых по сети.

Для более мощных клиентских станций с шиной РС1 (133 Мбайт/с) эта доля упала до 1/133, что было явно недостаточно. Поэтому многие сегменты 10-мегабитного Ethernet стали перегруженными, реакция серверов в них значительно упала, а частота возникновения коллизий существенно возросла, еще более снижая полезную пропускную способность.

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.

В 1992 году группа производителей сетевого оборудования, включая таких лидеров технологии Ethernet, как SynOptics, 3Com и ряд других, образовали некоммерческое объединение Fast Ethernet Alliance для разработки стандарта новой технологии, которая должна была в максимально возможной степени сохранить особенности технологии Ethernet.

Второй лагерь возглавили компании Hewlett-Packard и AT&T, которые предложили воспользоваться удобным случаем для устранения некоторых известных недостатков технологии Ethernet. Через некоторое время к этим компаниям присоединилась компания IBM, которая внесла свой вклад предложением обеспечить новой технологии некоторую совместимость с сетями Token Ring.

В комитете 802 института IEEE в это же время была сформирована исследовательская группа для изучения технического потенциала новых высокоскоростных технологий. За период с конца 1992 года и по конец 1993 года группа IEEE изучил 100-мегабитные решения, предложенные различными производителями. Наряду с предложениями Fast Ethernet Alliance группа рассмотрела также и высокоскоростную технологию, предложенную компаниями Hewlett-Packard и AT&T.

В центре дискуссий была проблема сохранения случайного метода доступа. Предложение Fast Ethernet Alliance сохраняло этот метод и тем самым обеспечивало преемственность и согласованность сетей 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 — приоритетный доступ по требованию. Он существенно менял картину поведения узлов в сети, поэтому не смог вписаться в технологию Ethernet и стандарт 802.3. 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 Ethernet в качестве стандарта, который не является самостоятельным стандартом, а представляет собой дополнение к существующему стандарту 802.3. Комитет 802.12 принял технологию 100VG-AnyLAN, которая использует новый метод доступа (приоритетный доступ по требованию) и поддерживает кадры двух форматов — Ethernet и Token Ring.

Все отличия технологии Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уровне.

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 коаксиальный кабель, 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 имеют иерархическую древовидную структуру, построенную на концентраторах. 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 магистралейлокальных сетей большой протяженности технология Fast Ethernet также применяется, но только в полнодуплексном варианте, совместно с коммутаторами.

Технология 100VG-AnyLAN отличается от классического Ethernet в значительно большей степени, чем Fast Ethernet.

Используется другой метод доступа - приоритетный доступ по требованию (Demand Priority), который обеспечивает более справедливое распределение пропускной способности сети. Кроме того, этот метод поддерживает приоритетный доступ синхронных приложений.

Кадры передаются не всем станциям сети, а только станции назначения. В сети есть выделенный арбитр доступа — концентратор, и это заметно отличает такую технологию от других, в которых применяется распределенный между станциями сети алгоритм доступа.

Поддерживаются кадры двух технологий — Ethernet и Token Ring (именно это обстоятельство дало добавку AnyLAN в названии технологии).

Сеть 100VG-AnyLAN стоит из центрального концентратора, называемого также корневым, и соединенных с ним конечных узлов и других концентраторов. Допускаются три уровня каскадирования. Каждый концентратор и сетевой компьютер 100VG-AnyLAN должен быть настроен либо на работу с кадрами Ethernet, либо с кадрами Token Ring, причем одновременно циркуляция обоих типов кадров не допускается. Метод доступа - приоритетный доступ по требованию - основан на передаче концентратору функций арбитра, решающего проблему доступа к разделяемой среде.

Концентратор циклически выполняет опрос портов. Станция, желающая передать пакет, посылает специальный низкочастотный сигнал концентратору, запрашивая передачу кадра и указывая его приоритет.

В сети 100VG-AnyLAN используются два уровня приоритетов — низкий и высокий. Низкий уровень приоритета соответствует обычным данным (файловая служба, служба печати и т. п.), а высокий приоритет соответствует данным, чувствительным к временным задержкам (например, мультимедиа). Приоритеты запросов имеют статическую и динамическую составляющие, то есть станция с низким уровнем приоритета, долго не имеющая доступа к сети, получает высокий приоритет.

Если к порту подключен другой концентратор, то опрос приостанавливается до завершения опроса концентратором нижнего уровня. Станции, подключенные к концентраторам различного уровня иерархии, не имеют преимуществ по доступу к разделяемой среде, так как решение о предоставлении доступа принимается после проведения опроса всеми концентраторами всех своих портов.

Каким образом концентратор узнает, к какому порту подключена станция назначения? Во всех других технологиях кадр просто передавался всем станциям сети, а станция назначения, распознав свой адрес, копировала кадр в буфер.

Для решения этой задачи концентратор узнает адрес станции в момент физического присоединения ее к сети кабелем. Если в других технологиях процедура физического соединения выясняет связность кабеля, тип порта, скорость работы порта, то в технологии 100VG-AnyLAN концентратор при установлении физического соединения выясняет адрес станции и запоминает его в таблице адресов, аналогичной таблице моста/коммутатора. Отличие концентратора 100VG-AnyLAN от моста/коммутатора в том, что у него нет внутреннего буфера для хранения кадров. Поэтому он принимает от станций только один кадр, отправляет его на порт назначения и, пока этот кадр не будет полностью принят станцией назначения, новые кадры концентратор не принимает. Таким образом, эффект разделяемой среды сохраняется. Улучшается только безопасность сети — кадры не попадают на чужие порты, и их труднее перехватить.

Технология 100VG-AnyLAN поддерживает несколько спецификаций физического уровня. Первоначальный вариант был рассчитан на четыре неэкранированные витые пары категорий 3,4,5. Позже появились варианты физического уровня, рассчитанные на две неэкранированные витые пары категории 5, две экранированные витые пары типа 1 или же два оптических многомодовых оптоволокна.

Важная особенность технологии 100VG-AnyLAN — сохранение форматов кадров Ethernet и Token Ring. Сторонники 100VG-AnyLAN утверждают, что этот ход облегчит межсетевое взаимодействие через мосты и маршрутизаторы, а обеспечит совместимость с существующими средствами сетевого управления, в частности с анализаторами протоколов.

Несмотря на много хороших технических решений, технология 100VG-AnyLAN не нашла большого количества сторонников и значительно уступает по популярности технологии Fast Ethernet.

Категория 3,4 или 5 UTP

Небольшое количество повторителей Fast Ethernet не является серьезным препятствием при построении больших сетей, так как применение коммутаторов и маршрутизаторов делит сеть на несколько доменов коллизий, каждый из которых будет строиться на одном или двух повторителях. Общая длина сети не будет иметь в этом случае ограничений.

Особенности технологии 100 VG - AnyLAN . Эта технология значительно отличается от Fast Ethernet :

Метод доступа Demand Priority (Рисунок 57.) основан на передаче концентратору функций арбитра, решающего проблему доступа к разделяемой среде. Сеть 100 VG - AnyLAN состоит из центрального концентратора, называемого также корневым, и соединенных с ним конечных узлов и других концентраторов.

Допускаются три уровня каскадирования. Каждый концентратор и сетевой адаптер 100 VG - AnyLAN должен быть настроен либо на работу с кадрами Ethernet , либо с кадрами Token Ring , причем одновременно циркуляция обоих типов кадров не допускается.

Рисунок 57. Доступ в технологии 100 VG - AnyLAN

Технология 100 VG - AnyLAN поддерживает несколько спецификаций физического уровня. Первоначальный вариант был рассчитан на четыре неэкранированные витые пары категорий 3, 4, 5. Позже появились варианты физического уровня, рассчитанные на две неэкранированные витые пары категории 5, две экранированные витые пары типа 1 или же два оптических многомодовых оптоволокна.

Несмотря на множество хороших технических решений, технология 100 VG - AnyLAN не нашла большого количества сторонников и значительно уступает по популярности технологии Fast Ethernet . Возможно это произошло из-за того, что технические возможности поддержки разных типов трафика у технологии АТМ существенно шире, чем у 100 VG - AnyLAN . Поэтому при необходимости тонкого обеспечения качества обслуживания применяют технологию АТМ. А для сетей, в которых нет необходимости поддерживать качество обслуживания на уровне разделяемых сегментов, более привычной оказалась технология Fast Ethernet . Тем более, что для поддержки очень требовательных к скорости передачи данных приложений имеется технология Gigabit Ethernet , которая, сохраняя преемственность с Ethernet и Fast Ethernet , обеспечивает скорость передачи данных 1000 Мбит/с.

Высокоскоростная технология Gigabit Ethernet .

Разработчики стандарта Gigabit Ethernet максимально сохранили идеи классической технологии Ethernet при достижении битовой скорости 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 не поддерживает: качество обслуживания, избыточные связи, тестирование работоспособности узлов и оборудования (за исключением тестирования связи порт-порт).

Главная идея разработчиков технологии Gigabit Ethernet состоит в том, что существует и будет существовать весьма много сетей, в которых высокая скорость магистрали и возможность назначения пакетам приоритетов в коммутаторах будут вполне достаточны для обеспечения качества транспортного обслуживания всех клиентов сети. И только в тех редких случаях, когда и магистраль достаточно загружена, и требования к качеству обслуживания очень жесткие, нужно применять технологию АТМ, которая действительно за счет высокой технической сложности дает гарантии качества обслуживания для всех основных видов трафика.

Избыточные связи и тестирование оборудования не поддерживаются технологией Gigabit Ethernet из-за того, что с этими задачами хорошо справляются протоколы более высоких уровней, например, протоколы маршрутизации.

Общими в технологии остаются:

Все форматы кадров.
Сохраняется полудуплексная версия протокола, поддерживающая метод доступа CSMA / CD , и полнодуплексная версия, работающая с коммутаторами.
Поддерживаются все виды кабелей: волоконно-оптический, витая пара категории 5, коаксиал.

Для сохранения этих свойств разработчикам пришлось внести изменения не только в физический уровень, но и в уровень МАС.

Расширение максимального диаметра сети Gigabit Ethernet в полудуплексном режиме до 200 м основывается на известном соотношении времени передачи кадра минимальной длины и времени двойного оборота. Минимальный размер кадра увеличен (без учета преамбулы) с 64 до 512 байт или до 4096 бит. Соответственно, время двойного оборота теперь можно увеличить до 4095 бит, что делает допустимым диаметр сети около 200 м при использовании одного повторителя. При двойной задержке сигнала в 10 бит/м оптоволоконные кабели длиной 100 м вносят вклад во время двойного оборота по 1000 бит, и если сетевые адаптеры будут вносить такие же задержки, как в технологии Fast Ethernet , то задержка повторителя в 1000 бит и пары сетевых адаптеров в 1000 бит дадут в сумме время двойного оборота 4000 бит, что удовлетворяет условию распознавания коллизий. Для увеличения длины кадра до требуемой в новой технологии величины сетевой адаптер должен дополнить поле данных до длины 448 байт так называемым расширением, представляющим собой поле, заполненное запрещенными символами кода 8В/10В, которые невозможно принять за коды данных.

Увеличение "совмещенного" кадра до 8192 байт несколько задерживает доступ к разделяемой среде других станций, но при скорости 1000 мбит/с эта задержка не столь существенна.

В стандарте 802.3 z определены следующие типы физической среды:

одномодовый волоконно-оптический кабель;
многомодовый волоконно-оптический кабель 62,5/125;
многомодовый волоконно-оптический кабель 50/125;
двойной коаксиал с волновым сопротивлением 75 Ом.

Многомодовый кабель. Применяются излучатели с длинами волн 1300 и 850 нм. Применение светодиодов с длиной волны 850 нм объясняется тем, что они намного дешевле, чем светодиоды, работающие на волне 1300 нм, хотя при этом максимальная длина кабеля уменьшается, так как затухание многомодового оптоволокна на волне 850 нм более чем в два раза выше, чем на волне 1300 нм.

Стандарт определяет спецификации 1000 Base - SX ( Short Wavelength - 850 нм) и 1000 base - LX ( Long Wavelength - 1300нм).

Твинаксиальный кабель. Среда передачи ( Twinax ) состоит из пары проводников с волновым сопротивлением 150 Ом (2*75 Ом), каждый из которых окружен экранирующей оплеткой. Данные посылаются одновременно, при этом получается режим полудуплексной передачи. Для обеспечения полнодуплексной передачи необходимы еще две пары коаксиальных проводников (специальный Quad -кабель из четырех коаксиалов). Внешне он похож на кабель категории 5 с соответственным диаметром и гибкостью. Максимальная длина твинаксиального сегмента составляет всего 25 м, поэтому это решение подходит для оборудования, расположенного в одной комнате.

Витая пара категории 5. Для передачи по такому кабелю данных со скоростью 1000 Мбит/с организуется параллельная передача сразу по четырем парам кабеля (Рисунок 58.) (как в технологии 100 VG - AnyLAN ). На каждой паре скорость передачи данных составляет 250 Мбит/с, что требует спектра сигнала не больше 100 МГц. Для кодирования данных применяется код РАМ5, использующий 5 уровней потенциала -2, -1, 0, +1, +2. Поэтому за один такт по одной паре передается 2,322 бит информации. Следовательно тактовую частоту можно снизить до 125 МГц. При этом если использовать не все коды, а передавать 8 бит за один такт (по 4 парам), то выдерживается требуемая скорость передачи в 1000 Мбит/с и еще остается запас неиспользуемых кодов, так как код РАМ5 содержит 5 4 = 625 комбинаций, а для передачи за один такт по всем четырем парам 8 бит данных требуется всего2 8 = 256 комбинаций. Оставшиеся комбинации приемник может использовать для контроля принимаемой информации и выделения правильных комбинаций на фоне шума. Код РАМ5 на тактовой частоте 125 МГц укладывается в полосу 100 МГц кабеля категории 5.

Рисунок 58. Передача данных по витой паре в технологии Gigabit Ethernet

Для распознавания коллизий и организации полнодуплексного режима применяют технику, используемую при организации дуплексного режима на одной паре проводов в современных модемах и аппаратуре передачи данных абонентских окончаний ISDN . Вместо передачи по разным парам проводов или разнесения сигналов двух одновременно работающих навстречу передатчиков по диапазону частот оба передатчика работают навстречу друг другу по каждой из 4-х пар в одном и том же диапазоне частот, так как используют один и тот же потенциальный код РАМ5. Схема гибридной развязки Н позволяет приемнику и передатчику одного и того же узла использовать одновременно витую пару и для приема и для передачи.

Различные реализации - Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet – обеспечивают пропускную способность соответственно 10, 100 и 1000 Мбит/с.

Основной недостаток сетей Ethernet обусловлен методом доступа к среде передачи: при наличии в сети большого количества одновременно передающих станций растет количество коллизий, а пропускная способность сети падает. В экстремальных случаях скорость передачи в сети может упасть до нуля. Но даже в сети, где средняя нагрузка не превышает максимально допустимую рекомендованную (30-40% от общей полосы пропускания), скорость передачи составляет 70-80% от номинальной. В некоторой степени этот недостаток может быть устранен применением коммутаторов (switch) вместо концентраторов (hub). При этом трафик между портами, подключенными к передающему и принимающему сетевым адаптерам, изолируется от других портов и адаптеров.

Весьма существенным преимуществом различных вариантов Ethernet является обратная совместимость, которая позволяет использовать их совместно в одной сети, в ряде случаев даже не изменяя существующую кабельную систему.

Эта технология настолько распространена и разнообразна, что заслуживает отдельного обзора.

Token Ring

В 1970 году эта технология была разработана компанией IBM, а после стала основой стандарта IEEE 802.5. Token Ring является сетью с передачей маркера. Кабельная топология – звезда или кольцо, но в логически данные всегда передаются последовательно от станции к станции по кольцу. При этом способе организации передачи информации по сети циркулирует небольшой блок данных – маркер. Каждая станция принимает маркер и может удерживать его в течении определенного времени. Если станции нет необходимости передавать информацию, она просто передает маркер следующей станции. Если станция начинает передачу, она модифицирует маркер, который преобразовывается в последовательность "начало блока данных", после которого следует собственно передаваемая информация. На время прохождения данных маркер в сети отсутствует, таким образом остальные станции не имеют возможности передачи и коллизии невозможны в принципе. При прохождении станции назначения информация принимается, но продолжает передаваться, пока не достигнет станции-отправителя, где удаляется окончательно. Для обработки возможных ошибок, в результате которых маркер может быть утерян, в сети присутствует станция с особыми полномочиями, которая может удалять информацию, отправитель которой не может удалить ее самостоятельно, а также восстанавливать маркер. Поскольку для Token Ring всегда можно заранее рассчитать максимальную задержку доступа к среде для передачи информации, она может применяться в различных автоматизированных системах управления, производящих обработку информации и управление процессами в реальном времени. Для сохранения работоспособности сети при возникновении неисправностей предусмотрены специальные алгоритмы, позволяющие в ряде случаев изолировать неисправные участки путем автоматической реконфигурации. Скорость передачи, описанная в IEEE 802.5, составляет 4 Мбит/с, однако существует также реализация 16 Мбит/с, разработанная в результате развития технологии Token Ring.

ARCnet

Attached Resourse Computing Network (ARCnet) – сетевая архитектура, разработанная компанией Datapoint в середине 70-х годов (наверное, пора уточнять - XX века :-).

В качестве стандарта IEEE ARCnet принят не был, но частично соответствует IEEE 802.4. Сеть с передачей маркера. Топология - звезда или шина. В качестве среды передачи ARCnet может использовать коаксиальный кабель, витую пару и оптоволоконный кабель. На местной почве, естественно, были популярны варианты на коаксиале и витой паре. Закрепить свои позиции этому недорогому стандарту помешало малое быстродействие - всего-то 2,5 Мбит/с. В начале 90-х Datapoint разработала ARCNETPLUS, со скоростью передачи до 20 Мбит/с, обратно совместимый с ARCnet. Но время было упущено – чересчур медленный ARCnet к тому времени мало где выжил, а в спину новому ARCNETPLUS уже дышал Fast Ethernet. Но есть место для применения ARCnet и в современной сети. Допустимая длина коаксиального кабеля при топологии "звезда" – 610 м. Чем не вариант для соединения локальных сетей в двух рядом стоящих зданиях? Что называется – "дешевле не бывает". Проблемы две - найти старинные сетевые адаптеры и "прикрутить" старые драйвера к современной операционной системе :-).

Технология Fiber Distributed Data Interface (FDDI) была разработана в 1980 году комитетом ANSI. Была первой технологией локальных сетей, использовавшей в качестве среды передачи оптоволоконный кабель. Причинами, вызвавшими его разработку, были возрастающие требования к пропускной способности и надежности сетей. Этот стандарт оговаривает передачу данных по двойному кольцу оптоволоконного кабеля со скоростью 100 Мбит/с. При этом сеть может охватывать очень большие расстояния – до 100 км по периметру кольца. FDDI, также как и Token Ring, является сетью с передачей маркера. В FDDI разделяются 2 вида трафика – синхронный и асинхронный. Полоса пропускания, выделяемая для синхронного трафика, может выделяться станциям, которым необходима постоянная возможность передачи. Это очень ценное свойство при передаче чувствительной к задержкам информации - как правило, это передача голоса и видео. Полоса пропускания, выделяемая под асинхронный трафик, может распределяться между станциями с помощью восьмиуровневой системы приоритетов. Применение двух оптоволоконных колец позволяет существенно повысить надежность сети. В обычном режиме передача данных происходит по основному кольцу, вторичное кольцо не задействуется. При возникновении неисправности в основном кольце вторичное кольцо объединяется с основным, вновь образуя замкнутое кольцо. При множественных неисправностях сеть распадается на отдельные кольца.

Высокая надежность, пропускная способность и допустимые расстояния, с одной стороны, и высокая стоимость оборудования, с другой, ограничивают область применения FDDI соединением фрагментов локальных сетей, построенных по более дешевым технологиям.

Технология, основанная на принципах FDDI, но с применением в качестве среды передачи медной витой пары, называется CDDI. Хотя стоимость построения сети CDDI ниже, чем FDDI, теряется очень существенное преимущество – большие допустимые расстояния.

Американский национальный институт стандартов (ANSI) и Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии (CCITT, МККТТ) начинали разработку стандартов ATM (Asynchronous Transfer Mode – Асинхронный Режим Передачи) как набора рекомендаций для сети B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network). При этом изначально преследовалась цель повышения эффективности использования телекоммуникационных соединений, возможность применения в локальных сетях не рассматривалась. Так как ATM, с одной стороны, весьма специфична и непохожа на другие технологии, а с другой стороны, получила достаточно широкое распространение (особенно за рубежом :-), она заслуживает отдельного, весьма обширного обзора. Сейчас попытаюсь отметить только основные черты.

В технологии ATM используются небольшие, фиксированной длины пакеты, называемые ячейками (cells). Размер ячейки - 53 байта (5 байт заголовок + 48 байт данные).

В отличии от традиционных технологий, применяемых в локальных сетях, АТМ – технология с установлением соединения. Т.е. перед сеансом передачи устанавливается виртуальный канал отправитель-получатель, который не может использоваться другими станциями. (В традиционных технологиях соединение не устанавливается, а в среду передачи помещаются пакеты с указанным адресом.) Несколько виртуальных каналов АТМ могут одновременно сосуществовать в одном физическом канале.

Для обеспечения взаимодействия устройств в ATM используются коммутаторы. При установлении соединения в таблицу коммутации заносятся номер порта и идентификатор соединения, который присутствует в заголовке каждой ячейки. В последствии коммутатор обрабатывает поступающие ячейки, основываясь на идентификаторах соединения в их заголовках.

Технология ATM предоставляет возможность регламентировать для каждого соединения минимально достаточную пропускную способность, максимальную задержку и максимальную потерю данных, а также содержит методы для обеспечения управления трафиком и механизмы обеспечения определенного качества обслуживания. Это позволяет совмещать в одной сети несколько типов трафика в одной сети. Обычно выделяют 3 разновидности трафика – видео, голос, данные.

Технология АТМ отличается широкими возможностями масштабирования. В рамках применения АТМ в локальных сетях интерес представляют варианты со скоростью передачи 25 (витая пара класса 3 и выше) и 155 Мбит/с (витая пара класса 5, оптоволокно), 622 Мбит/с (оптоволокно). Существующие стандарты АТМ предусматривают скорости передачи вплоть до 2,4 Гбит/с.

Использование АТМ на практике, прежде всего, привлекательно возможностью использовать одну сеть для всех необходимых видов трафика, причем технология АТМ не ограничивается уровнем локальных сетей – те же самые принципы функционирования и у WAN сегментов сетей ATM. В качестве недостатка можно указать стоимость оборудования, существенно большую, чем у Fast Ethernet, например. Кроме того, сама организация сетей АТМ несколько сложнее и в ряде случаев требует существенной реорганизации существующей сети.

Читайте также: