Малышев СЕТИ Локальные вычислительные сети

131

Модель OSI

7 Прикладной

Рис. 43. Структура протоколов технологии FDDI [3]

Уровень PMD обеспечивает необходимые средства для передачи данных от одной станции к другой по кабелю. В его спецификации определяются:

-требования к мощности оптических и электрических сигналов и к многомодовому оптоволоконному кабелю 62,5/125 мкм и неэкранированной витой паре;

-требования к обходным переключателям (optical bypass switches) и приемопередатчикам (трансиверам);

-параметры разъемов MIC (Media Interface Connector), их марки-

ровка;

-длина волны в 1300 нм, на которой работают приемопередатчики;

-представление сигналов в кабеле в соответствии с методом физического кодирования NRZI.

Уровень PHY выполняет кодирование и декодирование данных, циркулирующих между МАС-уровнем и уровнем PMD, а также обеспечивает тактирование информационных сигналов. В его спецификации определяются:

-логическое кодирование информации в соответствии со схемой

4В/5В;

-правила тактирования сигналов;

-требования к стабильности тактовой частоты 125 МГц;

-правила преобразования информации из параллельной формы в последовательную.

132

Уровень MAC ответственен за управление доступом к сети, а также за прием и обработку кадров данных. В нем определены следующие параметры:

-протокол передачи маркера;

-правила захвата и ретрансляции маркера;

-формирование кадра данных определенного формата;

-правила генерации и распознавания адресов;

-правила вычисления и проверки 32-разрядной контрольной суммы. Уровень SMT выполняет все функции по управлению и мониторингу

всех остальных уровней стека протоколов FDDI. В управлении кольцом принимает участие каждый узел сети FDDI. Поэтому все узлы обмениваются специальными кадрами SMT для управления сетью. В спецификации SMT определено следующее:

-алгоритмы обнаружения ошибок и восстановления сети после

сбоев;

-правила мониторинга работы кольца и станций;

-управление кольцом;

-процедуры инициализации кольца.

Отказоустойчивость сетей FDDI обеспечивается за счет управления уровнем SMT другими уровнями: с помощью уровня PHY устраняются отказы сети по физическим причинам, например, из-за обрыва кабеля, а с помощью уровня MAC – логические отказы сети, например, потеря нужного внутреннего пути передачи маркера и кадров данных между портами концентратора.

Типы узлов и правила их соединения в сеть

Все узлы в сети FDDI делятся на несколько типов по следующим признакам [3]:

-конечные станции или ЦУ (концентраторы, коммутаторы);

-по варианту присоединения к первичному и вторичному кольцам;

-по количеству МАС-узлов и, соответственно, МАС-адресов у одного

узла.

Если узел присоединен только к первичному кольцу, то такой вариант называется одиночным присоединением – Single Attachment, SA. Если же узел присоединен и к первичному и ко вторичному кольцам, то такой вариант называется двойным присоединением – Dual Attachment, DA.

Очевидно, что узел может использовать свойства отказоустойчивости, обеспечиваемые наличием двух колец FDDI, только при его двойном подключении.

133

Для того чтобы иметь возможность передавать собственные данные в кольцо (а не просто ретранслировать данные соседних станций), станция должна иметь в своем составе хотя бы один МАС-узел, который имеет свой уникальный МАС-адрес. Станции могут не иметь ни одного узла MAC, и, значит, участвовать только в ретрансляции чужих кадров. Но обычно все узлы сети FDDI, даже концентраторы, имеют хотя бы один MAC. Концентраторы используют МАС-узел для захвата и генерации служебных кадров, например, кадров инициализации кольца, кадров поиска неисправности в кольце и т. п.

Узлы, которые имеют один МАС-узел, называются SM (Single MAC) узлами, а узлы, которые имеют два МАС-узла, называются DM (Dual MAC) узлами.

Возможны следующие комбинации типов присоединения и количества МАС-узлов.

•SM/SA – узел имеет один МАС-узел и присоединяется только к первичному кольцу. Узел не может принимать участие в образовании общего кольца из двух.

•SM/DA – узел имеет один МАС-узел и присоединяется сразу к первичному и вторичному кольцам. В нормальном режиме он может принимать данные только по первичному кольцу, используя второе для отказоустойчивой работы.

•DM/DA – узел имеет два МАС-узла и присоединен к двум кольцам. Может (потенциально) принимать данные одновременно по двум кольцам (полнодуплексный режим), а при отказах участвовать в реконфигурации колец.

•DM/SA – узел имеет два МАС-узла, но присоединен только к первичному кольцу. Запрещенная комбинация для конечной станции, специальный случай работы концентратора.

В зависимости от того, является ли станция концентратором или конечной станцией, приняты следующие обозначения в зависимости от типа их подключения:

- SAS (Single Attachment Station) – конечная станция с одиночным подключением;

- DAS (Dual Attachment Station) – конечная станция с двойным подключением;

- SAC (Single Attachment Concentrator) – концентратор (коммутатор) с

одиночным подключением;

- DAC (Dual Attachment Concentrator) – концентратор (коммутатор) с

двойным подключением.

134

В стандарте FDDI описаны четыре типа портов, которые отличаются своим назначением и возможностями соединения друг с другом для образования корректных конфигураций сетей (табл. 7).

Вопросы по разделу

1.В чем состоит сходство и различие технологий FDDI и Token Ring? Сравнить по всем 7 основным характеристикам.

2.Какие элементы сети FDDI обеспечивают отказоустойчивость?

3.Технология FDDI является отказоустойчивой. Означает ли это, что при любом однократном обрыве кабеля сеть FDDI будет продолжать нормально работать?

4.К каким последствиям может привести двукратный обрыв кабеля в кольце FDDI?

5.Пара сетевых технологий FDDI – Ethernet совместима или нет по форматам кадров и, следовательно, позволяет или нет образовывать составную сеть без необходимости транслирования кадров.

6.Что представляют из собой физический и канальный уровни модели OSI для технологии FDDI? Функции уровней, подуровней. Протоколы.

7.Какие подуровни физического уровня в FDDI существуют?

8.Какие технологии используют маркерный метод доступа?

9.Как передаются синхронные и асинхронные кадры в сетях FDDI?

135

10. Назовите типы подключения устройств FDDI.

3.4.2. Технология Gigabit Ethernet, Gigabit VG

Технологии Gigabit Ethernet и Gigabit VG предложены соответствен-

но Gigabit Ethernet Alliance (IEEE 802.3z) и комитетом IEEE 802.12 в 1998 г.

Разработанные предложения оставили метод доступа в неизменном виде: CSMA/CD для технологии Gigabit Ethernet и Demand Priority для Gigabit VG.

Первый проект стандарта Gigabit Ethernet был принят в 1997 г., а его окончательное принятие – в конце 1998 г.

Для технологии Gigabit VG реализована скорость 500 Мбит/с для витой пары и 1 Гбит/с для оптоволокна. Предельные расстояния между узлами следующие: для витой пары – 100 м, для многомодового оптоволокна

– 500 м и для одномодового оптоволокна – 2 км.

Основными двумя факторами, сдерживающими применение технологии Fast Ethernet на магистралях, являются:

-широкое использование ранее для этой цели FDDI;

-отсутствие у технологии Fast Ethernet средств поддержки трафика реального времени.

Для конечного пользователя скорости 100 Мбит/с на сегодняшний день для решения любого типа задач достаточно и еще на несколько лет останется. Однако для коммутации нескольких таких потоков 100 Мбит/с явно не хватит (рис. 44). Появление стандарта Gigabit Ethernet и в дальнейшем 10Gigabit Ethernet решило эту проблему.

Рис. 44. Организация сети Fast Ethernet (FE) – Gigabit Ethernet (GE)

Стандарт Gigabit Ethernet предполагает использование трех типов среды передачи (6 спецификаций):

- 1000Base-SX – многомодовое оптоволокно с коротковолновым лазером, длина волны 850 нм (S от слова «short» – коротковолновый);

136

-1000Base-LX – одномодовое и многомодовое оптоволокно с длинноволновым лазером – 1300 нм (L от слова «long» – длинноволновый);

-1000Base-CX – твинаксиальный кабель (С от слова «copper» – медь); при этом данные предаются параллельно по паре экранированных проводников в полудуплексном режиме, при дуплексе используется 4 проводника – Quard-кабеля; сейчас не используется;

-1000Base-T кабель на основе четырех неэкранированных витых пар UTP cat.5/5e/6, в передаче данных участвуют все 4 пары со скоростью 250 Мбит/с по одной паре;

-1000Base-TX кабель на основе двух неэкранированных витых пар UTP cat.6, передающие и принимающие пары разделены физически по две пары в каждом направлении, что существенно упрощает конструкцию приемопередающих устройств, скорость передачи данных – 500 Мбит/с по одной паре;

-1000Base-LH (Long Haul) – использует одномодовый оптический

кабель, дальность прохождения сигнала без повторителя до 100 км,

1Гбит/с.

Втабл. 8 основные стандарты описаны более подробно [3].

137

Вспецификации 1000Base-T данные передаются по каждой (из четырех) паре на скорости 125 Мбит/с, что в сумме дает 500 Мбит/с. Для достижения скорости передачи 1 Гбит/с используется двойной дуплекс, при этом данные по парам передаются в двух направлениях (используется два фронта сигнала).

Однако при этом начинают сказываться переходные помехи, вызванные влиянием трех соседних пар в четырех парном кабеле, приводящие к значительному росту количества ошибок в приемнике и передатчике. Для уменьшения числа ошибок была предложена пятиуровневая импульсноамплитудная схема кодирования РАМ-5 (Pulse Amplitude Modulation). Широко используемое четырехуровневое кодирование обрабатывает поступающие биты парами. То есть существует четыре различные комбинации: 11, 00, 10, 01. Передатчик каждой паре бит может сопоставить свой уровень напряжения передаваемого сигнала. Это позволяет уменьшить частоту модуляции с 250 до 125 МГц. Добавление пятого уровня позволяет создать избыточность кода, вследствие чего становится возможной коррекция ошибок на приеме. Это позволяет увеличить соотношение сигнал/шум и уменьшить влияние переходных помех.

Вспецификации 1000Base-TX данные передаются по каждой (из двух) паре на скорости 500 Мбит/с (по одной паре – передача, по другой – прием).

Первоначально Ethernet имел ограничение на минимальную длину кадра, равное 64 байта (46 байт – данные). Это связано с тем, что для обнаружения столкновения станция не должна успеть закончить передачу кадра прежде, чем его первый бит дойдет до наиболее удаленного конца сегмента.

При увеличении скорости передачи кадры передаются быстрее, поэтому надо либо увеличить минимальную длину кадра, сохраняя при этом максимальную длину кабеля, либо сохранить минимальную длину кадра, сократив максимальную длину кабеля. При разработке стандарта 802.3u (100 Мбит/с, Fast Ethernet) был избран первый путь и максимальная длина кабеля сократилась до 100 м (при общей длине сети до 210 м). Зато сам стандарт представлял собой исходный Ethernet, умноженный точно на 10. Дальнейшее сокращение длины кабеля при разработке Gigabit Ethernet не представлялось возможным. Было принято решение об увеличении минимальной длины кадра до 512 байт.

Проблема совместимости была решена довольно изящно: дополнение не включается в состав кадра, хотя и участвует в процедуре обнаружения столкновений. То есть кадры формируются согласно предыдущим

138

стандартам, но после передачи кадра размером от 64 до 511 байт за ним передается расширение (довесок), доводящее суммарную длину до требуемых 512 байт. При переходе в Ethernet 10/100 этот довесок снимается коммутатором на аппаратном уровне, сам же кадр проходит без изменений. При трансляции кадра из Ethernet 10/100 в Gigabit Ethernet происходит обратная процедура, т. е. дополнение до нужной длины.

Для снижения влияния на производительность предложена технология Packet Bursting. При наличии нескольких коротких кадров, готовых для передачи, они передаются один за другим, т. е. вместо довеска пересылается полезная нагрузка. К сожалению, во многих случаях обмена маленькими кадрами эта технология неприменима, например, при обмене короткими кадрами приложений типа «клиент-сервер», когда после передачи запроса клиент должен дождаться ответа.

Втехнологии Gigabit Ethernet используется метод кодирования

8В/10В.

В2002 г. появился стандарт и оборудование на 10 Гбит/с – 10GigabitEthernet, а 5 декабря 2007 г. IEEE определила новый формат IEEE 802.3ba, определяющий скорости передачи 100 Гбит/с и 40 Гбит/с в сети Ethernet. Однако данные технологии достаточно дорогостоящие и применяется редко и пока только на магистральных линиях, в том числе и глобальных сетей, поэтому в рамках данного пособия не рассматриваются.

Втабл. 9 представлены результаты сравнения технологии FDDI с

технологиями Ethernet и Token Ring [1 – 3].

139

Вопросы по разделу

1.Перечислите основные характеристики технологий FastEthernet, GigabitEthernet.

2.Перечислите основные характеристики технологий 100VGAnyLAN, Gigabit VG.

3.Почему технология 10Gigabit Ethernet не применяется для подключения отдельных рабочих станций?

3.5.СЕТИ ОРГАНИЗАЦИЙ

Сети кампусов получили свое название от английского слова campus – студенческий городок [3]. Именно на территории университетских городков часто возникала необходимость объединения нескольких мелких сетей в одну большую сеть. Сейчас это название не связывают со студенческими городками, а используют для обозначения сетей любых предприятий и организаций (рис. 45).

Именно на уровне сети кампуса возникают проблемы интеграции неоднородного аппаратного и программного обеспечения. Типы компьютеров, сетевых операционных систем, сетевого аппаратного обеспечения могут отличаться в каждом отделе. Отсюда вытекают сложности управления сетями кампусов. Администраторы должны быть в этом случае более квалифицированными, а средства оперативного управления сетью – более совершенными.

Рис. 45. Пример сети кампуса, как части корпоративной сети