Малышев СЕТИ Локальные вычислительные сети

101

электрических импульсов, которые нельзя спутать с данными. Кроме отметки конца маркера это поле также содержит два подполя: бит промежуточного кадра и бит ошибки. Эти поля относятся больше к кадру данных, который будет рассмотрен ниже.

Кадр данных

Кадр данных может переносить данные либо для управления кольцом (данные МАС-уровня), либо пользовательские данные (LLC-уровня).

Стандарт Token Ring определяет 6 типов управляющих кадров МАС- уровня. Назначение этих шести типов кадров следующее.

•Чтобы удостовериться, что ее адрес уникальный, станция посылает кадр «Тест дублирования адреса», когда впервые присоединяется к кольцу.

•Чтобы сообщить другим станциям, что он еще жив, активный монитор запускает кадр «Активный монитор существует» каждые 3 с.

•Кадр «Существует резервный монитор» отправляется любой станцией, не являющейся активным монитором.

•Резервный монитор отправляет «Маркеры заявки», когда подозревает (через 7 с), что активный монитор отказал. Резервные мониторы затем договариваются между собой, какой из них станет новым активным монитором.

•Станция отправляет кадр «Сигнал» в случае возникновения серьезных сетевых проблем, таких как оборванный кабель или при обнаружении станции, передающей кадры без ожидания маркера. Определяя, какая станция отправляет кадр сигнала, диагностирующая программа может локализовать проблему.

•Кадр «Очистка» отправляется после инициализации кольца и заявки нового активного монитора о себе.

Кадр данных состоит из 6 групп полей: 1) последовательность начала кадра; 2) адрес получателя; 3) адрес отправителя; 4) данные;

5) последовательность контроля кадра;

6) последовательность конца кадра. Рассмотрим каждую группу подробнее.

1. Каждый кадр (MAC или LLC) начинается с «последовательности начала кадра», которая содержит три поля:

1.1) начальный ограничитель, такой же, как и для маркера; 1 байт;

102

1.2) контроль доступа, также совпадает для кадров данных и для маркеров; 1 байт;

1.3) контроль кадра – это однобайтовое поле, содержащее два под-

поля:

1.3.1) тип кадра;

1.3.2) идентификатор управления MAC:

1.3.1.Два бита типа кадра имеют значения 00 для кадров MAC и 01 для кадров LLC.

1.3.2.Биты идентификатора управления MAC определяют тип кадра управления кольцом из приведенного выше списка шести управляющих кадров MAC.

2. Адрес получателя (либо 2, либо 6 байтов). Первый бит определяет групповой или индивидуальный адрес как для 2-х байтовых, так и для 6-ти байтовых адресов (как в Ethernet). Второй бит в 6-ти байтовых адресах говорит, назначен адрес локально или глобально.

3. Адрес отправителя имеет тот же размер и формат, что и адрес получателя (как в Ethernet).

4. Поле данных кадра может содержать данные одного из описанных управляющих кадров MAC или запись пользовательских данных, предназначенных для (или получаемых от) протокола более высокого уровня, такого как IPX или NetBIOS. Это поле не имеет определенной максимальной длины, хотя существуют практические ограничения на его размер, основанные на временных требованиях к тому, как долго некоторая станция может использовать кольцо.

5. Последовательность контроля кадра – используется для обнаружения ошибок, состоит из четырех байтов остатка циклически избыточной контрольной суммы, вычисляемой по алгоритму CRC-32 (Cyclic Redundancy Check – циклическая проверка четности с избыточностью), осуществляющему циклическое суммирование по модулю 32.

6. Последовательность конца кадра состоит из двух полей:

6.1) конечный ограничитель;

6.2) статус кадра.

6.1. Конечный ограничитель в кадре данных имеет дополнительное значение по сравнению с маркером. Кроме уникальной последовательности электрических импульсов он содержит два однобитовых поля:

6.1.1) бит промежуточного кадра; 6.1.2) бит обнаружения ошибки.

103

6.1.1.Бит промежуточного кадра устанавливается в 1, если этот кадр является частью многокадровой передачи, или в 0 для последнего или единственного кадра.

6.1.2.Бит обнаружения ошибки первоначально сброшен в 0 станцией источником; каждая станция, через которую передается кадр, проверяет его на ошибки (по коду CRC) и устанавливает бит обнаружения ошибки в 1, если она выявлена. Очередная станция, которая видит уже установленный бит обнаружения ошибки, должна просто передать кадр. Исходная станция заметит, что возникла ошибка, и повторит передачу кадра данных при следующем захвате маркера.

6.2. Статус кадра имеет длину 1 байт и содержит 4 резервных бита и два подполя:

6.2.1) бит распознавания адреса; 6.2.2) бит копирования кадра.

Так как эти поля не сопровождаются вычисляемой суммой CRC, то используемые биты дублируются в резервных.

6.2.1.Когда кадр создается, передающая станция сбрасывает бит распознавания адреса в 0; станция назначения устанавливает бит в 1, чтобы сообщить, что она опознала адрес получателя.

6.2.2.Бит копирования кадра также вначале равен 0, но устанавливается в 1 получающей станцией (станцией назначения), когда она копирует содержимое кадра в собственную память (другими словами, когда она реально, получает данные). Данные копируются (и бит устанавливается), если только кадр получен без ошибок. Если кадр возвращается с обоими установленными битами, исходная станция знает, что произошло успешное получение. Если бит распознавания адреса не установлен во время получения кадра, это означает, что станция назначения больше не присутствует

всети (возможно, вследствие неполадок). Возможна другая ситуация, когда адрес получателя опознается, но бит копирования кадра не установлен. Это говорит исходной станции, что кадр был искажен во время передачи (бит обнаружения ошибки в конечном ограничителе также будет установлен). Если оба бита опознавания адреса и копирования кадра установлены, и бит обнаружения ошибки также установлен, то исходная станция знает, что ошибка случилась после того, как этот кадр был корректно получен

(табл. 5).

Прерывающая последовательность

Прерывающая последовательность – третий тип кадра Token Ring. Состоит из двух байтов, содержащих начальный ограничитель и конечный ограничитель. Прерывающая последовательность может появиться в любом месте потока передаваемых битов и сигнализирует о том, что текущая передача кадра данных или маркера отменяется.

105

Как видно из описания процедур обмена данными, в сети Token Ring на уровнях MAC и LLC применяются процедуры без установления соединения, но с подтверждением получения кадров (LLC3).

Вопросы по разделу

1.Какая технология имеет большую скорость передачи: Ethernet, построенная на основе коаксиального кабеля, или Token Ring с алгоритмом раннего освобождения маркера? Привести конкретные значения.

2.Если бы вам пришлось выбирать, какую из технологий – Ethernet или Token Ring – использовать в сети вашего предприятия, какое решение вы бы приняли? Какие соображения привели бы в качестве обоснования этого решения?

3.Какие существуют типы кадров Token Ring? Какие поля они

имеют?

4.Какие существуют типы кадров MAC технологии Token Ring? Для чего они служат?

5.Перечислите основные характеристики технологии Token Ring.

6.В чем отличие маркерного метода доступа и алгоритма раннего освобождения маркера? Суть этих методов.

7.Что такое монитор в сетях Token Ring? Какие функции он выпол-

няет?

8.Какие могут быть комбинации по битам распознавания адреса, копирования кадра, ошибки при возвращении кадра данных Token Ring на станцию источник? Что произошло, если какой-либо из этих битов не установлен?

9.Какие заголовки добавляет канальный уровень к передаваемым данным?

10.Есть ли при маркерном методе доступа коллизии? Если да, то когда они возникают?

3.2. РАЗВИТИЕ БАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Базовые технологии (Ethernet и Token Ring) получили свое дальнейшее развитие в новых более высокоскоростных технологиях.

Развитие технологии Ethernet (рис. 36).

1.Fast Ethernet – Gigabit Ethernet – 10 Gigabit Ethernet – 100 Gigabit Ethernet.

2.100VG-AnyLAN – Gigabit VG.

106

Ethernet (IEEE 802.3)

1. CSMA/CD.

2.10 Мбит/с.

3.Витая пара, оптоволокно, коаксиал.

4. «Звезда», «шина».

5. Манчестерский код.

6. 802.3/LLC; Raw802.3;

EthernetDIX; EthernetSNAP.

EthernetDIX; EthernetSNAP.

10Gigabit Ethernet 802.3ае

2002 г.

100Gigabit Ethernet 802.3ba

2007 г.

Рис. 36. Технология Ethernet и ее развитие

Развитие технологии Token Ring.

Технология Token Ring продолжила своё развитие по двум направлениям (рис. 37):

- High-Speed Token Ring (HSTR) – Gigabit Token Ring;

107

- FDDI.

Компанией IBM был предложен новый вариант технологии Token Ring, называемый High-Speed Token Ring. Эта технология поддерживает битовые скорость 100 Мбит/с, сохраняя основные особенности технологии

Token Ring на 16 Мбит/с.

Token Ring (IEEE 802.5) 1985 г.

1.Маркерный и алгоритм раннего освобождения маркера.

2.4; 16 Мбит/с.

3.Витая пара, оптоволокно.

4.«Кольцо», «звезда».

5.Манчестерский код.

6.Маркер, данные, прерывающая последовательность.

Gigabit Token Ring (802.5v)

1.Алгоритм раннего освобождения маркера.

2.1000 Мбит/с.

3.Витая пара, оптоволокно.

4.«Кольцо», «звезда».

5.–.

6.Маркер, данные,

прерывающая последовательность.

Рис. 37. Технология Token Ring ее развитие

108

3.2.1. Технология 100VG-AnyLAN (IEEE 802.12)

Разработчики: Hewlett-Packard, AT&T, IBM.

Основные характеристики технологии [1, 3].

•Используется другой метод доступа – приоритетный доступ по требованию (Demand Priority), который обеспечивает более справедливое распределение пропускной способности сети по сравнению с методом CSMA/CD (Ethernet'а). Кроме того, этот метод поддерживает приоритетный доступ для синхронных приложений.

•Кадры информации передаются не всем станциям сети (как в классическом Ethernet), а только станции назначения.

•Поддерживает кадры двух технологий – Ethernet и Token Ring.

•Данные передаются одновременно по четырём неэкранированным парам UTP категории 3. По каждой паре данные передаются со скоростью 25 Мбит/с, что в сумме даёт 100 Мбит/с.

•В сетях 100VG-AnyLAN нет коллизий.

Метод доступа Demand Priority основан на передаче концентратору функций арбитра, решающего кому предоставить доступ к разделяемой среде передачи данных (к каналу).

Сеть 100VG-AnyLAN состоит из концентратора и соединённых с ним конечных узлов (РС) и других концентраторов по топологии «звезда». Концентратор циклически выполняет опрос своих портов. Станция желающая передать свой кадр данных, посылает специальный сигнал низкой частоты концентратору, запрашивая разрешение на передачу и указывая её приоритет.

Всети 100VG-AnyLAN используется два уровня приоритетов – низкий и высокий. Низкий уровень имеют компьютерные данные (файлы, данные для печати и проч.), высокий – мультимедиа (звук, видеоданные), т. е. данные, чувствительные к временным задержкам. Станция с низким приоритетом, долго не имеющая доступа к сети, получает высокий приоритет. Если сеть свободна, то концентратор разрешает передачу данных. После анализа адреса получателя в передаваемом кадре, концентратор автоматически отправляет кадр станции назначения, а не всем станциям, как это осуществляется в классическом Ethernet. Если сеть занята, концентратор ставит полученный запрос в очередь, которая обрабатывается в соответствии с порядком поступления запроса и с учётом их приоритетов.

Всвязи с усложнением оборудования (концентратора), наделением его дополнительными функциями данная технология оказалась достаточно дорогой и сложной, поэтому, хотя и появилась GigabitVG, они не прижи-

109

лись на рынке и в настоящее время в современных сетях не применяются. Данное направление развития технологии Ethernet оказалось тупиковым.

Вопросы по разделу

1.Почему технология 100VG-AnyLAN сейчас нигде не используется?

2.Какая технология имеет большую скорость передачи: 100VG- AnyLAN, построенная на основе концентратора, или Ethernet, построенная на основе концентратора? Привести конкретные значения.

3.Что общего в работе концентратора 100VG-AnyLAN и обычного

моста?

4.По каким направлениям пошло развитие технологии Ethernet?

5.В чем отличие принципа действия концентраторов Ethernet, Token Ring, 100VG-AnyLAN?

6.Суть метода доступа по требованию с приоритетами Demand Priority?

7.Какие технологии используют метод доступа CSMA/CD?

8.Какую топологию имеет односегментная сеть 100VG-AnyLAN, построенная на основе концентратора?

3.2.2. Технология Fast Ethernet (IEEE 802.3u)

Технология Fast Ethernet появилась в 1995 г. и является эволюционным развитием классической технологии Ethernet. В настоящее время эта технология занимает лидирующее положение. Ее основными характеристиками являются [1, 3]:

-увеличение скорости передачи (пропускной способности сегментов сети) до 100 Мбит/с;

-сохранение метода случайного доступа CSMA/CD (как в Ethernet);

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

-отказ от коаксиального кабеля и «общей шины»;

-сокращение длины сети на концентраторах до 210 м.

Указанные свойства позволяют осуществлять постепенный переход от сетей 10Base-T – наиболее популярного на сегодняшний день варианта Ethernet – к скоростным сетям, сохраняющим значительную преемственность с хорошо знакомой технологией: Fast Ethernet не требует коренного переобучения персонала и замены оборудования во всех узлах сети. Официальный стандарт 100Base-Х (802.3u) установил три различных спецификации для физического уровня семиуровневой модели OSI для поддержки следующих типов кабельных систем:

110

-100Base-TX – кабель на основе двух неэкранированных витых пар UTP Category 5, или двух экранированных витых пар STP Type 1; т. е. из четырех витых пар кабеля используются только две; максимальная длина сегмента – 100 м;

-100Base-T4 – кабель на основе четырех неэкранированных витых пар UTP Category 3, 4 или 5; максимальная длина сегмента – 100 м;

-100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля; максимальная длина сегмента на коммутаторах – 412 м (полудуплекс), до 2 км (дуплекс). В зависимости от разъемов используются SM, ST, SC – спецификации на оптоволокне.

Максимальная длина сети на концентраторах – 200 м (на витой паре), 272 м (на оптоволокне).

Максимальная длина сегмента на витой паре – 100 м. Если необходимо соединение кабелем более, чем 100 м, есть два решения: одно, использующее витую пару – применяются трансиверы с функцией удлинения номинальной длины (до 255 м), а второе – оптоволоконный кабель (до 2 км).

Коммутаторы Fast Ethernet бывают двух классов I и II в зависимости от задержек при передаче данных: класс I – поддерживают несколько сред передачи данных (например, витую пару и оптоволокно) и работают медленнее из-за преобразования сигналов, класс II – поддерживают одну среду передачи данных (например, только витую пару) – обладают высокой скоростью передачи без больших задержек.

Отличия Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уровне (рис. 38).

Подуровень кодирования выполняет логическое кодирование 4В/5В (TX, FX) или 8В/6Т (Т4) для замены длинных последовательностей одинаковых нулевых бит, приводящих к постоянному потенциалу, вкраплением единиц избыточного кода (не более трех нулей подряд).

Подуровень зависимости от физической среды – PMD (Physical Medium dependent) и подуровень физического присоединения – PMA (Physical Medium Attachment) обеспечивают формирование сигналов в соответствии с физическим кодированием NRZI (FX) и MLT-3 (TX).

Подуровень автопереговоров – Auto-negotiation служит для автоматического выбора наиболее эффективного режима работы двух взаимодействующих коммуникационных устройства (ТХ, Т4).

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