Малышев СЕТИ Локальные вычислительные сети

91

ных, для обнаружения отказов своих портов. Поэтому, концентраторы стандарта 10Base-FB могут поддерживать резервные связи, переходя на резервный порт при обнаружении отказа основного, с помощью специальных тестовых сигналов. Концентраторы этого стандарта передают как данные, так и сигналы простоя линии синхронно, поэтому биты синхронизации кадра не нужны и не передаются. Стандарт 10Base-FB поэтому называют также синхронный Ethernet.

Стандарты 10Base-FL и 10Base-FB не совместимы между собой.

Стандарт l0Base-5

Стандарт 10Base-5 соответствует экспериментальной сети Ethernet фирмы Xerox и может считаться классическим Ethenet'ом. Он использует в качестве среды передачи данных коаксиальный кабель с диаметром центрального медного провода 2,17 мм и внешним диаметром около 10 мм

(«толстый» Ethernet – RG8, RG11) [1, 3].

Кабель используется как моноканал для всех станций. Сегмент кабеля имеет максимальную длину 500 м (без повторителей) и должен иметь на концах согласующие терминаторы сопротивлением 50 Ом, поглощающие распространяющиеся по кабелю сигналы, препятствующие возникновению отраженных сигналов и предотвращающие появление стоячих волн.

Различные компоненты сети, выполненной на толстом коаксиале, показаны на рис. 29. Топология – «общая шина».

Повторитель

Кабель сегмента Трансивер

Терминатор

сегмента

50 Ом

Рис. 29. Компоненты физического уровня сети стандарта 10Base-5, состоящей из двух сегментов

92

Станция должна подключаться к кабелю при помощи приемопередатчика – трансивера, который устанавливается непосредственно на кабеле и питается от сетевого адаптера компьютера (рис. 30). Трансивер может подсоединяться к кабелю как методом прокалывания, обеспечивающим непосредственный физический контакт, так и бесконтактным методом.

Трансивер (приемопередатчик)

Кабель интерфейса AUI (до 50 м)

Рис. 30. Структурная схема сетевого адаптера стандарта 10Base-5 («толстый» Ethernet)

Трансивер соединяется с сетевым адаптером интерфейсным кабелем AUI (Attachment Unit Interface) длиной до 50 м, состоящим из четырех витых пар (адаптер должен иметь разъем AUI). При переходе с одного типа кабеля на другой достаточно заменить трансивер. Для соединения к интерфейсу AUI используется разъём DB-15.

Стандарт 10Base-2

Стандарт 10Base-2 использует в качестве передающей среды коаксиальный кабель с диаметром центрального медного провода 0,89 мм и внешним диаметром около 5 мм («тонкий» Ethernet – RG-58, RG-59, RG-62, волновое сопротивление кабеля 50 Ом). Максимальная длина сегмента кабеля без повторителей составляет 185 м, сегмент должен иметь на концах согласующие терминаторы 50 Ом (рис. 31).

Станции подключаются к кабелю с помощью Т-коннектора (BNC), который представляет из себя тройник, один отвод которого соединяется с сетевым адаптером, а два других – с двумя концами разрыва кабеля [1, 3].

93

До 185 м

Т-коннектор

Рис. 31. Сеть стандарта 10Base-2

Этот стандарт очень близок к стандарту 10Base-5. Но трансиверы в нем объединены с сетевыми адаптерами за счет того, что более гибкий тонкий коаксиальный кабель может быть подведен непосредственно к выходному разъему платы сетевого адаптера. Кабель в данном случае «висит» на сетевом адаптере, что затрудняет физическое перемещение компьютеров.

Топология сети стандарта 10Base-2 – «общая шина». Этот вид кабельных соединений наиболее сильно подвержен авариям и сбоям: кабель восприимчив к помехам, в моноканале имеется большое количество механических соединений (каждый Т-коннектор дает три механических соединения, два из которых имеют жизненно важное значение для всей сети), пользователи имеют доступ к разъемам и могут нарушить целостность моноканала. Кроме того, эстетика и эргономичность этого решения оставляют желать лучшего, т. к. от каждой станции через Т-коннектор отходят два довольно заметных провода, которые под столом часто образуют моток кабеля – запас, необходимый на случай даже небольшого перемещения рабочего места.

Общим недостатком стандартов 10Base-5 и 10Base-2 является отсутствие оперативной информации о состоянии моноканала. Повреждение кабеля обнаруживается сразу же (сеть престает работать), но для поиска отказавшего отрезка кабеля необходим специальный прибор – кабельный тестер. В связи с этим данные спецификации уже не применяются в сетях.

Вопросы по разделу

1.Что такое сетевая технология?

2.Какие характеристики имеют технологии локальных сетей?

3.Как известно, имеются 4 стандарта на формат кадров Ethernet. Выберите названия для 802.2, 802.3, Raw 802.3 или др. из списка:

94

•Novell 802.2;

•Ethernet II;

•802.3/802.2;

•Novell 802.3;

•Raw 802.3;

•Ethernet DIX;

•802.3/LLC;

•LLC;

•Ethernet SNAP.

Учтите, что некоторые стандарты имеют несколько названий.

4.Какая технология имеет большую скорость передачи: Ethernet, построенная на основе концентратора, или Ethernet, построенная на основе коаксиального кабеля? Привести конкретные значения.

5.Какую топологию имеет односегментная сеть Ethernet, построенная на основе концентратора?

6.Какую топологию имеет односегментная сеть Ethernet, построенная на основе коаксиального кабеля?

7.Перечислите основные характеристики технологии Ethernet.

8.Какие существуют спецификации Ethernet? Какие физические среды они используют?

9.Какие числовые характеристики имеет 10Base-Т, 10Base-F?

10.Назовите основные функции терминатора.

11.Что такое коллизия в сети?

12.Что необходимо обеспечить для правильности определения кол-

лизий?

13.Опишите стандарты 802.1Q и 802.1р.

14.Почему сейчас в локальных сетях не используется коаксиальный кабель и топология «общая шина»?

3.1.2. Технология Token Ring (IEEE 802.5)

Основы технологии

Сети стандарта Token Ring, также как и сети Ethernet, используют разделяемую среду передачи данных, которая состоит из отрезков кабеля (STP Type 1 (260 РС), UTP Category 3, 6 (72 РС) или оптоволокна), соединяющих все станции сети в кольцо. Для доступа к нему используется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а управляемый (детерминированный), основанный на передаче станциями права (разрешения) на использование кольца в определенном порядке. Право на использование

95

кольца передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном [1 – 3].

Стандарт Token Ring был принят комитетом 802.5 в 1985 г. В это же время компания IBM приняла стандарт Token Ring в качестве своей основной сетевой технологии. В настоящее время именно компания IBM является основным законодателем моды технологии Token Ring, производя около 60% сетевых адаптеров этой технологии и ее модификаций.

Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями – 4 Мбит/с (600 м) и 16 Мбит/с (200 м). Первая скорость определена в стандарте 802.5, а вторая является стандартом де-факто, появившимся в результате развития технологии Token Ring. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается. Максимальная длина сети – 1000 м.

Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мбит/с, имеют и некоторые усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Мбит/с (рис. 33) [1].

Рис. 33. Маркерный метод доступа а) маркерное кольцо; б) алгоритм раннего освобождения маркера

Суть маркерного метода доступа.

1.Станция 1 получает маркер.

2.Станция 1 (источник) передает данные в сеть.

3.Данные передаются по сети.

4.Данные приходят на станцию 4 (приемник) и копируются к ней в

память.

5.Данные передаются дальше по сети.

96

6. Данные приходят на станцию-источник, которая удаляет их из

сети.

7. Станция 1 передает маркер следующей станции 2 (освобождение маркера).

Суть алгоритма раннего освобождения маркера.

1.Станция 1 получает маркер.

2.Станция 1 (источник) передает данные в сеть.

3.Станция 1 освобождает маркер.

4.Данные передаются по сети.

5.Данные приходят на станцию 4 (приемник) и копируются к ней в

память.

6.Данные передаются дальше по сети.

7.Данные приходят на станцию-источник, которая удаляет их из

сети.

В сети Token Ring используется маркерный метод доступа – «маркерное кольцо» или алгоритм раннего освобождения маркера. Топология

сети – «кольцо», «звезда» (с логической передачей по кольцу, см. рис. 20, в). Физическое кодирование – манчестерский код.

В сетях с маркерным методом доступа право на доступ к среде передается циклически от станции к станции по логическому кольцу. Кольцо образуется отрезками кабеля, соединяющими соседние станции. Таким образом, каждая станция связана со своей предшествующей и последующей станцией и может непосредственно обмениваться данными только с ними. Для обеспечения доступа станций к физической среде по кольцу циркулирует кадр специального формата и назначения – маркер (токен).

Получив маркер, станция анализирует его, при необходимости модифицирует и при отсутствии у нее данных для передачи обеспечивает его продвижение к следующей станции. Станция, которая имеет данные для передачи, при получении маркера изымает его из кольца, что дает ей право доступа к физической среде и передачи своих данных. 3атем эта станция выдает в кольцо кадр данных установленного формата последовательно по битам. Переданные данные проходят по кольцу всегда в одном направлении от одной станции к другой.

При поступлении кадра данных к одной или нескольким станциям назначения эти станции копируют для себя этот кадр и вставляют в этот кадр подтверждение приема. Станция, выдавшая кадр данных в кольцо, при обратном его получении с подтверждением приема изымает этот кадр

97

из кольца и выдает новый маркер для обеспечения возможности другим станциям сети передавать данные (рис. 33, а).

Всетях Token Ring на 16 Мбит/с используется несколько другой алгоритм доступа к кольцу, называемый алгоритмом раннего освобождения маркера (Early Token Release). В соответствии с ним станция передает маркер доступа следующей станции сразу же после окончания передачи последнего бита кадра данных, не дожидаясь возвращения по кольцу этого кадра с битом подтверждения приема (рис. 33, б).

Вобоих методах за одно использование маркера станция может передать только один кадр данных, следующий кадр – при следующем захвате маркера.

Для различных видов сообщений передаваемым данным могут назначаться различные приоритеты 0 (низший) – 7 (высший).

Каждая станция имеет механизмы обнаружения и устранения неисправностей сети, возникающих в результате ошибок передачи или переходных явлений (например, при подключении и отключении станции).

Не все станции в кольце равны. Одна из станций обозначается как активный монитор, что означает дополнительную ответственность по управлению кольцом. Активный монитор порождает новые маркеры (если необходимо), чтобы сохранить рабочее состояние и генерирует диагностические кадры (при определенных обстоятельствах), занимается очисткой «мусора» в сети (удаляет ошибочные и зациклившиеся кадры). Активный монитор выбирается, когда кольцо инициализируется (при включении РС сети), и в этом качестве может выступить любая станция сети. Если монитор отказал по какой-либо причине, существует механизм, с помощью которого другие станции (резервные мониторы) могут договориться, какая из них будет новым активным монитором.

Физическая реализация сетей Token Ring

Стандарт Token Ring фирмы IBM предусматривает построение связей в сети как с помощью непосредственного соединения станций друг с другом, так и образование кольца с помощью концентраторов.

На рис. 34 показаны основные аппаратные элементы сети Token Ring и способы их соединения.

В приведенной конфигурации показаны станции двух типов. Станции C1, C2 и СЗ – это станции, подключаемые к кольцу через

концентратор. Станции этого типа соединяются с концентратором ответвительным кабелем, который обычно является экранированной витой парой.

TCU

С1, С2, СЗ – станции, подключенные к концентратору;

А, В, D, Е, F, G, Н – станции, непосредственно подключенные к кольцу.

Рис. 34. Конфигурация кольца Token Ring [3]

Остальные станции сети A, B, D – H соединены в кольцо непосредственными связями. Такие связи называются магистральными. Порты концентраторов, предназначенные для такого соединения, называются порта-

ми Ring-In и Ring-Out.

Для предотвращения влияния отказавшей или отключенной станции на работу кольца станции подключаются к магистрали кольца через специальные устройства, называемые устройствами подключения к магистрали (Trunk Coupling Unit, TCU). В функции такого устройства входит образование обходного пути, исключающего заход магистрали в станцию при ее отключении или отказе (станция В на рис. 34).

При подключении станции по «звезде» через концентратор, устройства TCU встраивают в порты концентратора.

Максимальное количество станций в одном кольце – 250.

Форматы кадров TR

В Token Ring (TR) существует три различных формата кадров [3]: - маркер;

99

-кадр данных;

-прерывающая последовательность.

Маркер

Кадр маркера состоит из трех полей, каждое длиной в один байт: начальный ограничитель, контроль доступа, конечный ограничитель.

•Поле начального ограничителя появляется в начале любого кадра, проходящего по сети. Поле состоит из уникальной серии электрических импульсов, которые отличаются от тех импульсов, которыми кодируются единицы и нули в байтах данных. Поэтому начальный ограничитель нельзя спутать ни с какой битовой последовательностью.

•Поле контроля доступа. Разделяется на четыре элемента: РРР, Т, М,

RRR,

где РРР – биты приоритета;

Т– бит маркера;

М – бит монитора; RRR – резервные биты.

Каждый кадр данных или маркер имеет приоритет, устанавливаемый битами приоритета (значение от 0 до 7, 7 – наивысший приоритет). Станция может воспользоваться маркером, если только она получила маркер с приоритетом, меньшим или равным, чем ее собственный. Сетевой адаптер станции, если ему не удалось захватить маркер, помещает свой приоритет в резервные биты маркера, но только в том случае, если записанный в резервных битах приоритет ниже его собственного. Эта станция будет иметь преимущественный доступ при последующем поступлении к ней маркера.

Схема использования приоритетного метода захвата маркера показана на рис. 35.

Сначала монитор помещает в поле текущего приоритета Р максимальное значение приоритета, а поле резервного приоритета R обнуляется (маркер 7110). Маркер проходит по кольцу, в котором станции имеют текущие приоритеты 3, 6 и 4. Так как эти значения меньше, чем 7, то захватить маркер станции не могут, но они записывают свое значение приоритета в поле резервного приоритета, если их приоритет выше его текущего значения. В результате маркер возвращается к монитору со значением резервного приоритета R = 6. Монитор переписывает это значение в поле Р, а значение резервного приоритета обнуляет, и снова отправляет маркер по кольцу. При этом обороте его захватывает станция с приоритетом 6 – наивысшим приоритетом в кольце в данный момент времени.

7 1 1 6

7 1 1 0

7 1 1 3

Рис. 35. Приоритеты в кольце Token Ring [3]

Бит маркера Т имеет значение 1 для маркера и 0 для кадра данных. Бит монитора М устанавливается в 1 активным монитором и в 0 лю-

бой другой станцией, передающей маркер или кадр данных. Если активный монитор видит маркер или кадр данных, содержащий бит монитора равный 1, то активный монитор знает, что этот кадр уже однажды обошел кольцо и не был обработан станциями. Если это кадр данных, то он удаляется из кольца. Если это маркер, то активный монитор переписывает приоритет из резервных битов полученного маркера в поле приоритета. Поэтому при следующем проходе маркера по кольцу его захватит станция, имеющая наивысший приоритет.

•Поле конечного ограничителя – последнее поле кадров. Так же, как

иполе начального ограничителя, это поле содержит уникальную серию