Ответы_к_госам_final

контроля за состоянием кольца используется сетевой маркер, как и в технологии Token Ring.

Поскольку такое дублирование повышает надѐжность системы, данный стандарт с успехом применяется в магистральных каналах связи. Стандарт был разработан в середине 80-х годов Национальным Американским Институтом Стандартов (ANSI) и получил номер ANSI

X3T9.5.

Протокол рассчитан на физическую скорость передачи информации 100 Мбит/с и предназначен для сетей с суммарной длиной до 100км (40 км для мультимодовых волокон) при расстоянии между узлами 2 км или более.

Топология связей в FDDI устроена таким образом, что отказ в любом из узлов из-за выхода из строя оборудования или отключения питания не приведет к разрыву кольца, поток кадров автоматически пойдет в обход поврежденного участка.

Основные технические характеристики сети FDDI следующие.

Максимальное количество абонентов сети — 1000.

Максимальная протяженность кольца сети - 20 км.

Максимальное расстояние между абонентами сети - 2 км.

Среда передачи - многомодовый оптоволоконный кабель (возможно применение электрической витой пары).

Метод доступа - маркерный.

Скорость передачи информации — 100 Мбит/с (200 Мбит/с для дуплексного режима передачи).

Основная область применения FDDI сейчас - это базовые, опорные (Backbone) сети, объединяющие несколько сетей. Применяется FDDI и для соединения мощных рабочих станций или серверов, требующих высокоскоростного обмена. Предполагается, что сеть Fast Ethernet может потеснить FDDI, однако преимущества оптоволоконного кабеля, маркерного метода управления и рекордный допустимый размер сети ставят в настоящее время FDDI вне конкуренции.

Технология FastEthernet

Fast Ethernet (100BASE-T) — набор стандартов передачи данных в компьютерных сетях, со скорос тью до 100 Мбит/с, в отличие от обычного Ethernet (10 Мбит/с).

Различия и сходства с Ethernet

десятикратное увеличение пропускной способности сегментов сети (до 100 Мбит/с в полудуплексе и до 200 Мбит/с в дуплексе);

сохранение метода случайного доступа CSMA/CD, принятого в Ethernet;

сохранение формата кадра, принятого в стандарте IEEE 802.3;

сохранение звездообразной топологии сетей;

поддержка традиционных сред передачи данных — витой пары и волоконно-оптического кабеля.

100BASE-T — общий термин для обозначения стандартов, использующих в качестве среды передачи данных витую пару. Длина сегмента до 100 метров. Включает в себя стандарты 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.

100BASE-TX, IEEE 802.3u — развитие стандарта 10BASE-T для использования в сетях топологии «звезда». Задействована витая пара категории 5, фактически используются только две неэкранированные пары проводников, поддерживается дуплексная передача данных, расстояние до 100 м.

100BASE-T4 — стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы все четыре пары проводников, передача данных идѐт в полудуплексе. Практически не используется.

100BASE-T2 — стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы только две пары проводников. Поддерживается полный дуплекс, когда сигналы распространяются в противоположных направлениях по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении — 50 Мбит/с. Практически не используется.

100BASE-SX — стандарт, использующий одномодовое волокно. Максимальная длина сегмента 400 метров в полудуплексе (для гарантированного обнаружения коллизий) или 2 километра в полном дуплексе.

100BASE-FX — стандарт, использующий многомодовое волокно. Максимальная длина ограничена только величиной затухания в оптическом кабеле и мощностью передатчиков, по разным материалам от 2х до 10 километров.

100BASE-FX WDM — стандарт, использующий одномодовое волокно. Максимальная длина ограничена только величиной затухания в волоконно-оптическом кабеле и мощностью передатчиков. Интерфейсы бывают двух видов, отличаются длиной волны передатчика и маркируются либо цифрами (длина волны) либо одной латинской буквой A(1310) или B(1550). В паре могут работать только парные интерфейсы: с одной стороны передатчик на 1310 нм, а с другой — на

1550 нм.

Более сложная структура физического уровня технологии Fast Ethernet вызвана тем, что в ней используется три варианта кабельных систем - оптоволокно, 2-х парная витая пара категории 5 и 4-х парная витая пара категории 3, причем по сравнению с вариантами физической реализации Ethernet (а их насчитывается шесть), здесь отличия каждого варианта от других глубже - меняется и количество проводников, и методы кодирования. А так как физические варианты Fast Ethernet создавались одновременно, а не эволюционно, как для сетей Ethernet, то имелась возможность детально определить те подуровни физического уровня, которые не изменяются от варианта к варианту, и остальные подуровни, специфические для каждого варианта.

Основными достоинствами технологии Fast Ethernet являются: увеличение пропускной способности сегментов сети до 100 Мб/c; сохранение метода случайного доступа Ethernet;

сохранение звездообразной топологии сетей и поддержка традиционных сред передачи данных - витой пары и оптоволоконного кабеля.

Технология Gigabit Ethernet

1996 год.

Как и в стандарте Fast Ethernet, в Gigabit Ethernet не существует

универс альной схемы кодирования сигнала, которая была бы идеальной для всех физических интерфейсов .

В настоящее время пос тавляется полный перечень сетевых продуктов Gigabit Ethernet: сетевые карты, повторителе, комму таторы, а также маршру тизаторы. Предпочтение отдается устройствам с оптическим

интерфейсами (1000Bas e-FL, 1000Base-SX) Duplex SC. Так как стандартизация оптических интерфейсов произош ла примерно на 1 год раньше, чем интерфейса на витую пару, то подавляющее чис ло устройс тв, пос тавляемых сегодня, имеют волоконно-оптические физические интерфейс ы. Устройства Ethernet поддерживают дуплексный режим как на физическом уровне, так и на уровне MAC.

Перечис лим наиболее важные черты комму таторов Gigabit Ethernet:

поддержка дуплексного режима по всем портам;

поддержка контроля потока основанного на кадрах IEEE 802.3x;

наличие портов или модулей для организации каналов Ethernet,

Fast Ethernet;

поддержка физического интерфейса на одномодовый ВОК;

возможнос ть комму тации уровня 3;

поддержка механизма QoS и протокола RSVP;

поддержка с тандарта IEEE 802.1Q/p для организации распределенных виртуальных сетей.

Технология 100VG Any-LAN

В сентябре 1993 года по инициативе фирм IBM и HP был образован комитет IEEE 802.12, который занялся стандартизацией новой технологии. Проект был расширен за счѐт поддержки в одной сети кадров не только формата Ethernet, но и формата Token Ring. В результате новая технология получила название 100VG-AnyLAN, то есть технология для любых сетей (Any LAN - любые сети), имея в виду, что в локальных сетях технологии Ethernet и Token Ring используются в подавляющем количестве узлов.

Летом 1995 года технология 100VG-AnyLAN получила статус стандарта

IEEE 802.12.

В технологии 100VG-AnyLAN определены новый метод доступа Demand Priority и новая схема квадратурного кодирования Quartet Coding, использующая избыточный код 5В/6В.

Метод доступа Demand Priority основан на передаче концентратору функций арбитра, решающего проблему доступа к разделяемой среде. Метод Demand Priority повышает коэффициент использования пропускной способности сети за счѐт введения простого, детерминированного метода разделения общей среды, использующего два уровня приоритетов: низкий - для обычных приложений и высокий - для мультимедийных.

Технология 100VG-AnyLAN не завоевала популярность среди производителей коммуникационного оборудования и к настоящему времени практически исчезла с рынка, разработка новых устройств не производится.

Особенности:

Метод доступа - Demand Priority

Кадры передаются не всем узлам сети, а только станции назначения

Выделенный арбитр доступа - Концентратор

Данные передаются по 4 парам UTP категории 3 (25 Мбит/c по каждой паре)

Максимальное количество компьютеров в сети 1024, рекомендуемое – до 250.

Допускаются три уровня каскадирования. Каждый концентратор и сетевой адаптер l00VG-AnyLAN должен быть настроен либо на работу с кадрами Ethernet, либо с кадрами Token Ring, причем одновременно циркуляция обоих типов кадров не допускается. 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 па кета. 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 раздел яемой среде, так как решение о предоставлении доступа принимается после проведения опроса всеми концентраторами опроса всех своих портов. 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 autonegotiation 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. Технология l00VG-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.

Доступ к сети, управление доступом, множественный доступ.

Доступ к сети - это взаимодействие станции со средой для передачи данных и обмена информацией с другой станцией. Управление доступом к среде заключается в установлении последовательности, в которой станции получают доступ к среде передачи данных. Множественный доступ -это способ, с помощью которого сетевые интерфейсы разделяют канал связи между собой во времени. Используются различные методы множественного доступа, зависящие от топологии, среди которых выделяют случайные и детерминированные (маркерные).

Основные характеристики Ethernet

Метод доступа CSMA/CD носит вероятностный характер, когда негарантированная возможность передачи зависит от загруженности среды. При значениях коэффициента использования сети выше 50% полезная пропускная способность сети резко падает. Это происходит из-за роста интенсивности коллизий и времени ожидания

составляет всего 5,48 Мбит/с (чуть выше половины

достигается при использовании кадров максимальной длины (1518 байтов), передаваемых в этом случае со скоростью 513 кадров/с.

При отсутствии коллизий и ожидания доступа коэффициент использования сети зависит от размера поля данных кадра и имеет максимальное значение 0,96.

Технология Ethernet поддерживает 4 разных типа кадров, которые имеют общий формат адресов узлов. Поэтому адаптеры по формальным признакам автоматически распознают тип кадра.

Коллизии и их обнаружение в Ethernet

На подуровне MAC канального уровня доступ к сети для этого стандартного протокола IEEE 802.3 определяется другим протоколом, который называется «Множественный доступ с опознаванием несущей и обнаружением коллизий»

(Carrier Sense Multiply Access / Collision Detection, CSMA/CD). Его суть

в том, что если сеть свободна, любой компьютер может начать передачу своих данных.

Но если возникает коллизия, то все компьютеры прекращают передачу данных и после некоторой паузы (ее длительность - случайная величина) вновь возобновляют передачу, пока данные не будут полностью переданы (рис.15). Таким образом, чем больше передач (особенно длинных данных мультимедиа) или пользователей в сети, тем медленнее она будет работать.

Коллизия - это нормальная ситуация, когда на общем кабеле сталкиваются кадры двух станций, вызывая искажение информации. Она случается реже при одновременном начале передачи, чаще, если до второй станции не успевает дойти информация о занятости среды первой станцией Если станция в момент передачи кадра обнаруживает коллизию

(отличие передаваемых и наблюдаемых сигналов), она прерывает передачу и усиливает ситуацию посылкой в сеть специальной jamпоследовательности (32-бита). После этого станция делает короткую паузу (Р) случайной длины, после чего снова будет пытаться захватить среду. ВEthernet принято ключевые параметры измерять в битовых интервалах (bt). Битовый интервал - время между появлением двух последовательных битов данных на кабеле - составляет 1/10 Мбит/с = 100 не.

P = 512btxL = 51,2 мкс * L, где L - случайное целое число из диапазона [О, 2N], N - номер попытки новой передачи (N = 1, 2, ..., 10). После 10-й попытки диапазон не увеличивается. Таким образом, Р = 0 ^ 52,4 мс. Предельное число попыток - 16, после чего производится сброс.

Если станция не успеет обнаружить коллизию до конца передачи любого кадра и решит, что кадр передан верно, то этот (искаженный) кадр будет отбракован уже принимающей стороной, например, из-за несовпадения контрольной суммы. Повторная передача данного кадра протоколами более высоких уровней (4 или 7) приведет к заметному снижению полезной пропускной способности сети, так как потребует секунд вместо микросекундных интерваловEthernet.

Правило 4х хабов , правило 5-4-3 коаксиальных систем для технологии Ethernet

Существует известное «правило 4-х хабов»: максимальное число концентраторов между любыми двумя станциями сети равно 4. При создании сети 1OBase-T с большим числом станций концентраторы можно соединять друг с другом иерархически, образуя древовидную структуру (рис.3). Петлевидное соединение концентраторов запрещено. Максимальное число станций в сети 10Base-T равно 1024. Оно достижимо при двухуровневой иерархии концентраторов (рис.4). Максимальное расстояние между двумя станциями (максимальный диаметр сети) при четырех хабах - 5 * 100 м =500 м. Появление между конечными узлами сети активного устройства, которое может контролировать работу узлов и отключать от сети некорректно работающие узлы, является главным преимуществом технологии

1 OBase-T по сравнению со сложными в эксплуатации коаксиальными сетями. Благодаря концентраторам сеть Ethernet приобрела некоторые черты отказоустойчивой системы.

Существует знаменитое «правило 5-4-3», вводящее ограничения на число сегментов - 5, повторителей - 4, нагруженных сегментов (чередующихся с енагруженными) - 3.

Все это-ограничения для физической среды Ethernet.

Особенности технологии Token Ring

Разделяемая среда передачи данных Token Ring состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в однонаправленное кольцо. Для доступа к разделяемому кольцу используется детерминированный алгоритм, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право передается с помощью кадра специального формата - маркера (токена, token).

Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4 и 16 Мбит/с, смешение скоростей не допускается.

Технология Token Ring является более сложной, чем Ethernet, обладает свойствами отказоустойчивости. Определены процедуры контроля работы сети, использующие обратную связь кольцевой структуры - посланный кадр всегда возвращается к станции-отправителю. В некоторых случаях обнаруженные ошибки работы сети автоматически устраняются, например, восстанавливается потерянный маркер. В

других случаях ошибки только фиксируются для их устранения обслуживающим персоналом.

Для контроля сети одна станция назначается активным монитором. Активный монитор выбирается во время инициализации кольца как станция с максимальным значением МАС-адреса, после чего каждые 3 секунды он генерирует специальный кадр своего присутствия. Если активный монитор выходит из строя (кадра присутствия нет 7 секунд), процедура инициализации кольца повторяется.

Маркерный метод доступа к разделяемой среде. К сетям с детерминированным маркерным методом доступа относятся сети Token Ring, FDDI, а также сети, близкие к стандарту 802.4 (физическая общая шина) -Arcnet (2,5

Мбит/с,разработка компании Datapoint, 1977 год), а также сети производственного назначения MAP. В них право доступа к среде передается маркером, циклически от станции к станции по логическому однонаправленному кольцу. В сетиToken Ring каждая станция может непосредственно взаимодействовать только с предшествующей и последующей станциями. Получив маркер, станция анализирует его и при отсутствии своих данных для передачи обеспечивает его продвижение дальше. Станция, имеющая данные для передачи, изымает полученный маркер из кольца, что дает ей право доступа к среде и передачи своих данных. Затем она выдает в кольцо кадр данных установленного формата, последовательно по битам. Кадр снабжен адресом назначения и адресом источника. Все станции ретранслируют этот кадр побитно, как повторители. Получив кадр и распознав свой адрес, станция назначения копирует кадр в свой внутренний буфер, вставляет в кадр признак подтверждения приема и направляет кадр дальше. Станция-отправитель, получив по кольцу (свой) кадр с подтверждением приема, изымает его и передает в сеть новый маркер. Этот алгоритм применяется в сетях Token Ring со скоростью работы 4 Мбит/с, описанных в стандарте 802.5.

Время владения разделяемой средой ограничивается временем удержания маркера, по истечении которого станция обязана «сдать» маркер. За время удержания маркера (по умолчанию - 10 мс) станция должна передать хотя бы один кадр. Максимальный размер кадра не определен и выбирается с запасом.

В сетях 16 Мбит/с используется модифицированный алгоритм доступа - раннего освобождения маркера. В соответствии с ним станцияотправитель передает маркер следующей станции сразу после