3.3. Базовые технологии построения локальных сетей эвм

Сетевая технология ‑ это совокупность согласованных между собой протоколов и реализующих их технических и программных средств, необходимых и достаточных для построения и нормального функционирования сети ЭВМ [8,12].

В настоящее время наибольшее распространение получили сетевые технологии Ethernet, Token Ring, FDDI, использующие для передачи данных кабельные каналы связи с различной топологией, также активно развиваются и внедряются технологии беспроводных локальных сетей, передача данных в которых между абонентскими системами осуществляется по каналам радиочастотной связи.

3.3.1. Сетевая технология Ethernet

Сетевая технология Ethernet была разработана корпорацией Xerox в начале 70-х годов ХХ века. В начале 80-х годов в результате совместной доработки компаниями Digital Equipment Corporation, Intel Corporation и Xerox Corporation была предложена технология Ethernet DIX, в дальнейшем принятая за основу международного стандарта локальных сетей IEEE 802.3. На сегодняшний день технология Ethernet / IEEE 802.3 являются наиболее распространенной. На ее основе построены более 80% существующих в мире локальных сетей.

Первоначально сети Ethernet / IEEE 802.3 строились на основе шинной топологии, а в качестве передающей среды использовался коаксиальный кабель (рис. 3.5). В настоящее время в сетях Ethernet / IEEE 802.3 коаксиальный кабель практически полностью вытеснен витой парой проводов и волоконно-оптическим кабелем, а шинная топология ‑ звездообразной, но с сохранением логической шины (рис. 3.6). Появились новые поколения и модификации сетей с улучшенными характеристиками такие, как Fast Ethernet и Gigabit Ethernet.

Рис. 3.5. Сеть Ethernet/IEEE 802.3 с шиной топологией

Рис. 3.6. Сеть Ethernet/IEEE802.3 с шиной «звезда»: АС – абонентская система

В таблице 3.2 приведены характеристики различных поколений и модификаций сетей Ethernet / IEEE 802.3.

Обозначение модификаций включает в себя три элемента:

- первый элемент ‑ числовое значение (10, 100, 1000), обозначающее скорость передачи информации по сети в Мбит/с;

- второй элемент ‑ «Base» обозначает, что передача сигналов осуществляется в основной полосе частот без высокочастотной модуляции;

- третий элемент ‑ числовые и буквенные символы, обозначающие допустимую длину кабеля сетевого сегмента или тип передающей среды.

Таблица 3.2

Характеристики локальной сети	Ethernet/ IEEE 802.3	Fast Ethernet/ IEEE 802.3u	Gigabit Ethernet / IEEE 802.3z
Номинальная скорость передачи информации, Мбит/с	10	100	1000
Тип передающей среды	Витая пара, коаксиал, оптоволокно	Витая пара, оптоволокно	Витая пара, оптоволокно
Варианты модификаций	10 Base 5 10 Base 2 10 Base Т 10 Base F	100 Base-TX, 100 Base-FX, 100 Base-T4	1000 Base-LX 1000 Base-SX 1000 Base-CX 1000 Base-T
Топология	Шина, звезда	Звезда	Звезда

Все виды и модификации стандартов Ethernet / IEEE 802.3 используют для доступа к передающей среде метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (МДКН/ОК ‑ CSMA/CD, carrier sense multiple access with collision detection). Данный метод применяется только в сетях с логической общей шиной и разрешает доступ к передающей среде всем абонентским системам сети в любое время.

Перед началом передачи информации сетевой адаптер абонентской системы «прослушивает» сеть, чтобы определить ее занятость. Если среда передачи в данный момент кем-то используется, адаптер абонентской системы задерживает передачу данных. Если же нет, то начинает передачу. После окончания передачи все АС обязаны выдержать технологическую паузу в 9,6 мкс для приведения своих сетевых адаптеров в исходное состояние и для предотвращения захвата передающей среды одной АС.

Конфликт (коллизия) происходит, когда две или более АС, прослушав сетевой трафик и обнаружив «тишину», начинают передачу данных одновременно. В случае обнаружения конфликта все передачи прерываются, и АС должны повторить передачу данных спустя некоторое случайное время. Специальный алгоритм «задержки» определяет для каждой конфликтующей АС время повторной передачи (рис. 3.7).

Сети Ethernet/IEEE 802.3 относятся к широковещательным. В таких сетях сетевые адаптеры абонентских систем принимают все передаваемые по сети информационные кадры и анализируют их адресную часть. Если АС распознает собственный адрес, то обработка кадра продолжается в ней в соответствии с протоколами верхних уровней.

Основной недостаток сетей Ethernet/IEEE 802.3 обусловлен жесткой зависимостью их пропускной способности от числа конфликтов в сети. Это делает невозможным работу сетей Ethernet/IEEE 802.3 в реальном масштабе времени. Увеличение в сети числа одновременно передающих АС приводит к увеличению количества конфликтов и к значительному снижению пропускной способности сети. Частично этот недостаток может быть устранен применением коммутаторов вместо концентраторов. При этом трафик между портами, подключенными к передающему и принимающему сетевым адаптерам, изолируется от других портов и адаптеров.

Достоинством различных вариантов сетей Ethernet/IEEE 802.3 является относительная простота их структуры и небольшие экономические затраты на построение и эксплуатацию сети.

Рис. 3.7. Метод случайного доступа МДКН/ОК (CSMA/CD)

На основе стандарта Ethernet DIX был разработан стандарт IEEE 802.3, который во многом совпадает со своим предшественником, но некоторые различия все же имеются. В то время, как в стандарте IEEE 802.3 различаются уровни MAC и LLC (рис. 3.8), в оригинальном Ethernet оба эти уровня объединены в единый канальный уровень. На рис. 3.8 представлены примитивы уровня LLC.

В Ethernet определяется протокол тестирования конфигурации (Ethernet Configuration Test Protocol), который отсутствует в IEEE 802.3. Несколько отличается и формат кадра, хотя минимальные и максимальные размеры кадров в этих стандартах совпадают.

Рис. 3.8. Примитивы уровня LLC (а, в, с -‑ без установления соединения, d ‑ с установлением соединения).

Все виды стандартов Ethernet используют один и тот же метод разделения среды передачи данных ‑ метод CSMA/CD.