1.5.9. Протоколы и аппаратные средства локальных сетей

В настоящее время выпускается множество разнообразных аппаратных и программных средств для локальных сетей, однако подавляющее число этих средств используют протоколы Ethernet, Token Ring, стандарты серии IEEE и стандарты FDDI. В последнее время в них добавляются возможности, позволяющие существенно увеличить скорость передачи в локальных сетях.

Стандарты для физического и канального уровней в области локальных сетей были первоначально разработаны фирмами Xerox (стандарт Ethernet) и IBM (стандарт Token Ring). Эти стандарты были модифицированы и дополнены IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers – Институтом инженеров по электротехнике и электронике в США) и получили название стандартов IEEE серии 802 (IEEE 802.1-IEEE 802.8).

Стандарт IEEE 802.1 должен носит обзорный характер и определяет взаимодействие локальных и глобальных сетей.

Протокол подуровня LLC канального уровня, общий для всех реализаций локальной сети по стандартам IEEE 802.3-IEEE 802.8, определяется стандартом IEEE 802.2.

В этом стандарте определены три типа обслуживания:

4. бесконтактная связь без подтверждения передачи данных (при этом обеспечение надежности передачи данных возлагается на верхние уровни);

5. LLC2 – контактная связь, т.е. виртуальное соединение между источником и приемником данных и подтверждение приема данных;

6. подтверждение приема данных, но без установления виртуального соединения между источником и приемником данных.

Ниже рассматриваются основные характеристики стандартов наиболее распространенных локальных сетей и основные компоненты аппаратного обеспечения сетей, в которых они используются.

56.Локальна мережа Ethernet(ieee 802.3). Метод множинного доступу з контролем несущої і знаходженням колізій. Основні конфігурації, їх особливості.

Стандарт IEEE 802.3 определяет физический уровень и подуровень MAC для локальной сети. Физический уровень в этом стандарте обеспечивает доступ к каналу и кодирование/декодирование данных, а подуровень MAC управляет доступом к среде, формирует кадры для передачи и управляет приемом кадров.

Управление сетью в стандарте IEEE 802.3 осуществляется с помощью метода CSMA/CD – множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection). Этот метод был первоначально разработан исследовательским центром корпорации Xerox для сети по спецификации Ethernet (поэтому сети по стандарту IEEE 802.3 часто, хотя и не совсем правильно, называют сетями Ethernet).

При использовании метода CSMA/CD все станции локальной сети работают по одному каналу передачи данных и следят за передаваемыми по каналу данными (прослушивают несущую частоту). Каждая станция проверяет адрес передаваемого по сети кадра и, если кадр адресован данной станции, обрабатывает его, иначе передает следующей станции. Если канал свободен, любая станция может начать передачу данных. Однако, вследствие того, что скорость передачи сигналов конечна (хотя и очень велика), станция может начать передачу данных до того, как узнает о передаче данных другой станцией. Наложение сигналов от нескольких станций приводит к искажению передаваемых данных.

Для разрешения таких ситуаций (коллизий) в CSMA/CD используется следующий алгоритм. Если какая-либо станция определяет сигналы от других станций во время передачи своих данных, она прекращают передачу и пытается возобновить ее через случайный промежуток времени (задаваемый с помощью генератора случайных чисел). Другие станции поступают также. Из-за того, что следующий момент времени возобновления передачи является случайным, вероятность того, произойдет повторное наложение данных, невелика. Таким образом обеспечивается механизм разделения повторной передачи в случае наложения данных от разных станций.

Скорость передачи по протоколам стандарта IEEE 802.3 – 10 Мбит/с.

Для IEEE 802.3 определены следующие основные конфигурации:

• шинная топология на 50-омном коаксиальном кабеле (толстом) с максимальной длиной сегмента 500 м (10Base5) – рис. 2.60;

• шинная топология на 50-омном коаксиальном кабеле (тонком) с максимальной длиной сегмента 185 м (10Base2) – рис. 2.61;

• звездообразная топология на неэкранированной витой паре с максимальной длиной сегмента 100 м (10BaseT) – рис. 2.62;

• шинная или звездообразная топология на оптоволоконном кабеле с максимальной длиной сегмента 2000 м (10BaseF) – аналогично конфигурациям, приведенным на рис. 2.61 и 2.62.

Для сопряжения локальной сети IEEE 802.3 с компьютером используются платы, называемые сетевыми адаптерами и вставляемые в разъем расширения компьютера. У сетевой платы есть разъем для подключения используемого в сети канала связи (кабеля, витой пары, либо оптоволоконного канала). Некоторые платы содержат и разъем для коаксиального кабеля и разъем для витой пары.

Остальное оборудование локальной сети зависит от используемого канала связи и топологии сети.

Для подключения тонкого сетевого кабеля к сетевому адаптеру используется так называемый Т-образный коннектор, один конец которого вставляется в разъем сетевого адаптера, а в два других – входящий и исходящий кабель;

Толстый коаксиальный кабель подключается к компьютеру с помощью устройства сопряжения со средой MAU (Medium Attachment Unit), называемого также трансивером (transceiver) через трансиверный кабель – интерфейс устройства сопряжения AUI (Attachment Unit Interface).

Для шинной топологии необходимы терминаторы (заглушки) на концах сети, причем один из терминаторов должен быть обязательно заземлен.

Для подключения компьютеров к сети по звездообразной топологии используются концентраторы (хабы), которые имеют разъемы для подключения витой пары. В некоторых хабах имеются гнезда для подключения толстого (AUX) и/или тонкого коаксиального кабеля (BNC), что позволяет создавать сети со смешанной топологией и неоднородной передающей средой.

В настоящее время получают все большее распространение высокоскоростные реализации стандарта IEEE – Fast Ethernet и Switched Ethernet .

В стандарте Fast Ethernet (100BaseT) (100 Мбит/с для витой пары или оптоволоконного кабеля) подуровень MAC, а также протоколы более высоких уровней остаются неизменными, что позволяет использовать существующее программное обеспечение и средства управления сетями. Однако для поддержки скорости в 100 Мбит/с требуется замена сетевых плат и хабов.

Другим методом повышения производительности сети является Switched Ethernet – коммутируемый Ethernet. Коммутирующие концентраторы (с буферизацией или без буферизации кадров) анализируют адрес получателя и отправляют его только станции назначения, т.е. предоставляют канал скоростью 10 Мбит/с каждой конечной станции, подключенной к коммутатору (в обычных сетях IEEE 802.3 все станции в одном сегменте сети конкурируют за полосу пропускания 10 Мбит/с). Дальнейшим развитием этой технологии является дуплексная Switched Ethernet, позволяющая двум станциям одновременно принимать и передавать данные по двум путям (со скоростями 10 Мбит/с по каждому пути).

Передача мультимедийных данных для работы в реальном времени требует еще больших скоростей. Поэтому был разработан стандарт Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z), который определяет в качестве среды передачи оптоволоконные кабели (планируется также развитие этого стандарта и для витой пары высокого качества).