Сетевые технологии

802.3 в виде глав с 21-й по 30-ю. Отличия Fast Ethernet от Ethernet

сосредоточены на физическом уровне.

Более сложная структура физического уровня технологии Fast Ethernet вызвана тем, что в ней используется три варианта кабельных систем – оптоволокно, двухпарная витая пара категории 5 и четырехпарная витая пара категории 3, причем по сравнению с вариантами физической реализации Ethernet (а их насчитывается шесть), здесь отличия каждого варианта от других глубже – меняются и количество проводников, и методы кодирования. А так как физические варианты Fast Ethernet создавались одновременно, а не эволюционно, как для сетей Ethernet, то имелась возможность детально определить те подуровни физического уровня, которые не изменяются от варианта к варианту, и остальные подуровни, специфические для каждого варианта.

Форматы кадров. Форматы кадров технологии Fast Ethernet не отличаются от форматов кадров технологий 10-Мбитного Ethernet.

В кадрах стандарта Ethernet_II (или Ethernet DIX), опубликованного компаниями Xerox, Intel и Digital еще до появления стандарта IEEE 802.3, вместо двухбайтового поля L (длина поля данных) используется двухбайтовое поле T (тип кадра). Значение поля типа кадра всегда больше 1518 байт, что позволяет легко различить эти два разных формата кадров

Ethernet DIX и IEEE 802.3.

Все времена передачи кадров Fast Ethernet в 10 раз меньше соответствующих времен технологии 10-Мбитного Ethernet: битовый интервал составляет 10 нс вместо 100 нс, а межкадровый интервал – 0.96 мкс вместо 9.6 мкс соответственно.

Область применения. Технология Fast Ethernet имеет несколько ключевых свойств, которые определяют области и ситуации ее эффективного применения. К этим свойствам относятся:

–большая степень преемственности по отношению к классическому

10 Мбитному Ethernet;

–высокая скорость передачи данных – 100 Mбит/c;

–возможность работать на всех основных типах современной кабельной проводки – UTP категорий 3 и 5, STP Type 1, многомодовом оптоволокне.

Наличие многих общих черт у технологий Fast Ethernet и Ethernet дает простую общую рекомендацию: Fast Ethernet следует применять в тех организациях и в тех частях сетей, где до этого широко применялся 10-Мбитный Ethernet, но сегодняшние условия или же ближайшие перспективы требуют в таких частях сетей более высокой пропускной способности. При этом сохраняется весь опыт обслуживающего персонала, привыкшего к особенностям и типичным неисправностям сетей Ethernet. Кроме того, можно по-прежнему использовать средства анализа протоколов, работающие с агентами MIB-II, RMON MIB и привычными форматами кадров.

91

Организаций, широко применяющих Ethernet, весьма много, так как Ethernet был и остается наиболее эффективной технологией по отношению цена/производительность среди низкоскоростных (от 4 до 20 Мбит/с) технологий. Это свойство относится теперь и к Fast Ethernet, но применительно к технологиям со скоростью 100 Мбит/c. Однако Fast Ethernet наряду с положительными свойствами унаследовал и недостатки технологии Ethernet: большие задержки доступа к среде при коэффициенте использования среды выше 30-40%, являющиеся следствием применения алгоритма доступа CSMA/CD; небольшие расстояния между узлами даже при использования оптоволокна – следствие метода обнаружения коллизий; отсутствие определения резервных связей в стандарте и отсутствие поддержки приоритетного трафика приложений реального времени.

К моменту появления стандарта Fast Ethernet в построении локальных сетей масштаба здания сложился следующий подход: магистраль крупной сети строилась на технологии FDDI – высокоскоростной и отказоустойчивой, но весьма дорогой, а сети рабочих групп и отделов использовали Ethernet или Token Ring. Отсюда основная область использования Fast Ethernet сегодня – это настольные применения, сети рабочих групп и отделов (однако переход к Fast Ethernet целесообразно совершать постепенно, оставляя Ethernet там, где он хорошо справляется со своей работой). Одним из очевидных случаев, когда Ethernet не следует заменять на Fast Ethernet, является подключение к сети старых персональных компьютеров с шиной ISA: их пропускная способность канала "сеть — диск" не позволит пользователю ощутить выгоды от повышения в 10 раз скорости сетевой технологии. Для устранения узких мест для сетей, состоящих из таких компьютеров, больше подходит использование коммутаторов с портами 10 Мбит/с, так как в этом случае узлам гарантированно предоставляется по 10 Мбит/с – как раз столько, сколько им нужно при их архитектуре и параметрах производительности.

Новые клиентские компьютеры с процессором Pentium II и шиной PCI

– очевидные претенденты на использование скорости 100 Мбит/c. Поэтому даже при весьма неопределенных требованиях их пользователей к пропускной способности сети имеет смысл покупать для них сетевые адаптеры Fast Ethernet, которые могут работать на скорости 10 Мбит/c, пока у организации не появятся концентраторы или коммутаторы с портами Fast Ethernet. Переход к скорости 100 Мбит/c будет для пользователей практически безболезненным, так как большинство сетевых адаптеров не нужно конфигурировать для перехода на Fast Ethernet (это не относится к полнодуплексному варианту Fast Ethernet, поскольку из-за отсутствия стандарта ручное конфигурирование может понадобиться).

Создание достаточно крупных сетей, к которым относятся сети зданий с количеством узлов в несколько сотен, также возможно с использованием технологии Fast Ethernet. Эта технология может

92

использоваться в таких сетях как в "чистом" виде, так и в сочетании с другими технологиями, например FDDI или ATM.

Сети зданий и даже крупных этажей сейчас практически не строятся без использования коммутаторов, поэтому ограничения на максимальный диаметр сети в 250…272 м легко преодолеваются, так как соединение коммутатор-коммутатор позволяет удлинить сеть до 412 м при полудуплексной связи на оптоволокне и до 2 км при аналогичной полнодуплексной связи.

Отсутствие стандартного резервирования на уровне повторителей также мало ограничивает построение отказоустойчивых магистралей – поддержка коммутаторами алгоритма Spanning Tree позволяет автоматически переходить с основной отказавшей связи на резервную.

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

–широкое использование в настоящее время для этой цели технологии FDDI;

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

5.2.2. Основы технологии FDDI

Общая характеристика технологии FDDI. Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface) во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDI ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

–повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с;

–увеличить длину кольца до 100 км;

–повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода (повреждения кабеля; некорректной работы узла, концентратора; возникновения высокого уровня помех на линии и т.п.);

–максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Использование двух колец – это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят им воспользоваться, должны быть подключены к обоим кольцам. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля первичного (primary) кольца, поэтому этот режим назван режимом “Through” – "сквозным", или "транзитным". Вторичное кольцо (secondary) в этом режиме не используется.

Наличие двух колец с противоположным направлением движения информации обеспечивает отказоустойчивость и резервирование. Если

93

произойдет обрыв кабеля или отказ рабочей станции, то уцелевшие станции передадут кадры, минуя место отказа.

Метод доступа. Метод доступа, используемый в сетях FDDI, имеет следующие отличия от Token Ring:

–в Token Ring маркер передаётся следующей станции только после возвращения кадра в узел, который передал этот кадр в сеть; в методе FDDI маркер будет передан непосредственно после передачи кадра данных в сеть;

–в методе FDDI не используется поле приоритета Р (в байте АС).

Вслучае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным, образуя вновь единое кольцо. Этот режим работы сети называется “Wrap”, т.е. "свертывание", или "сворачивание" колец. Операция свёртывания производится силами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются против часовой стрелки, а по вторичному – по часовой. Поэтому при образовании из двух колец общего кольца передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

Встандартах FDDI отводится много внимания различным процедурам, которые позволяют определить наличие отказа в сети, а затем произвести необходимую реконфигурацию. Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов своих элементов. При множественных отказах сеть распадается на несколько несвязанных сетей.

Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа, котрый очень близок к методу доступа сетей Token Ring и также называется методом маркерного кольца – “token ring”

Формат кадров. В сетях FDDI используются два основных типа кадра:

– Token (маркер);

– Data/Command Frame (данные/ управляющий кадр);

Форматы кадров для сетей FDDI приведены в табл. 5.5.

94

Цифры в таблице обозначают длины полей кадров в байтах. Введены следующие обозначения полей:

–P – преамбула, предназначенная для синхронизации;

–SD – признак начала кадра;

–FC – поле, состоящее из следующих областей: CLFFTTTT, где бит C устанавливает класс кадра, который определяет, будет ли кадр использоваться для синхронного или асинхронного обмена; бит L – это индикатор длины адреса станции (16 или 48 битов; в отличие от Ethernet и Token Ring здесь допускается использование в одной сети адресов той и другой длины); биты FF определяют, принадлежит ли кадр подуровню MAC (т. е. кадр предназначен для управления кольцом) или подуровню LLC (т. е. кадр предназначен для передачи данных); если кадр является кадром подуровня MAC, то биты TTTT определяют тип пакета (IPX и т. д.);

–DA – адрес станции-приемника;

–SA – адрес станции-источника;

–FCS – контрольная сумма;

–ED – конечный ограничитель кадра;

–FS – поле статуса пакета. Это поле содержит поля А (Address Resolution) и C (Frame Copied).

Станция может начать передачу своих собственных кадров данных только в том случае, если она получила от предыдущей станции специальный кадр – маркер доступа. После этого она может передавать свои кадры, если они у нее имеются, в течение времени, называемого “временем удержания маркера” – Token Holding Time (THT). После истечения времени THT станция обязана завершить передачу своего очередного кадра и передать маркер доступа следующей станции. Если же

вмомент принятия маркера у станции нет кадров для передачи по сети, то она немедленно транслирует маркер следующей станции. В сети FDDI у каждой станции есть предшествующий сосед (upstream neighbor) и последующий сосед (downstream neighbor), определяемые ее физическими связями и направлением передачи информации.

Каждая станция в сети постоянно принимает передаваемые ей предшествующим соседом кадры и анализирует их адрес назначения. Если адрес назначения не совпадает с ее собственным, то она транслирует кадр своему последующему соседу. Нужно отметить, что если станция захватила токен и передает свои собственные кадры, то на протяжении этого периода времени она не транслирует приходящие кадры, а удаляет их из сети.

Если же адрес кадра совпадает с адресом станции, то она копирует кадр в свой внутренний буфер, проверяет его корректность (в основном по контрольной сумме), передает его поле данных для последующей обработки протоколу более высокого уровня (например, IP), а затем

95

передает исходный кадр по сети последующей станции. В передаваемом в сеть кадре станция назначения отмечает три признака: распознавания адреса, копирования кадра и отсутствия или наличия в нем ошибок.

После этого кадр продолжает путешествовать по сети, транслируясь каждым узлом. Станция, являющаяся источником кадра для сети, ответственна за то, чтобы удалить кадр из сети после того, как он, совершив полный оборот, вновь дойдет до нее. При этом исходная станция проверяет признаки кадра: дошел ли он до станции назначения и не был ли при этом поврежден. Процесс восстановления информационных кадров не входит в обязанности протокола FDDI – этим должны заниматься протоколы более высоких уровней.

В табл. 5.6 представлены результаты сравнения технологии FDDI с базовыми технологиями Ethernet и Token Ring.

Особенностью технологии FDDI является сочетание нескольких очень важных для локальных сетей свойств:

–высокой степени отказоустойчивости;

–способности покрывать значительные территории, вплоть до территорий крупных городов;

–высокой скорости обмена данными;

–возможности поддержки синхронного мультимедийного трафика;

–гибкого механизма распределения пропускной способности кольца между станциями;

–возможности работы при коэффициенте загрузки кольца, близком к единице;

–возможности легкой трансляции трафика FDDI в трафики таких популярных протоколов, как Ethernet и Token Ring, за счет совместимости форматов адресов станций.

96

На настоящее время FDDI – единственная технология, объединяющая все перечисленные свойства. В других технологиях эти свойства также встречаются, но не в совокупности. Так, технология Fast Ethernet также обладает скоростью передачи данных 100 Мбит/с, но она не позволяет восстанавливать работу сети после однократного обрыва кабеля и не дает возможности работать при большом коэффициенте загрузки сети.

За уникальное сочетание свойств приходится платить – технология FDDI является сегодня самой дорогой 100-Мбитной технологией, поэтому ее основные области применения – это магистрали кампусов и зданий, а также подключение корпоративных серверов. В указанных случаях затраты оказываются обоснованными – магистраль сети должна быть отказоустойчивой и быстрой, то же относится к серверу, построенному на базе дорогой мультипроцессорной платформы и обслуживающему сотни пользователей.

Многие современные корпоративные сети построены с использованием технологии FDDI на магистрали в сочетании с технологиями Ethernet, Fast Ethernet и Token Ring в сетях этажей и отделов. Группа центральных серверов обычно подключается к магистральному кольцу FDDI напрямую – с помощью сетевых адаптеров FDDI.

В связи с появлением более дешевых, чем FDDI 100-Мбитных технологий, таких как Fast Ethernet и 100VG-AnyLAN, технология FDDI

находит ограниченное применение при подключении рабочих станций и создании небольших локальных сетей. Для того, чтобы удержать рынок, разработчики FDDI предложили два варианта “дешевого FDDI”: на неэкранированных витых парах (SDDI) и на экранированной витой паре (CDDI). Предложенные варианты “медного” FDDI обеспечивают ту же 100-Мбитную технологию при дальности передачи до 100 м.

Пример корпоративной сети на базе FDDI. Рассмотрим организацию разветвлённой университетской сети, которая объединяет ЛВС структурных подразделений (ректората, кафедр, отделов, бухгалтерии и пр.). Общая схема сети представлена на рис. 5.3. Университет располагается в двух городках, отстоящих друг от друга на расстояние около 3 км. Основные здания в пределах городков размещены на

97

поддерживают технологию 100VG-AnyLAN, объясняют это тем, что для большинства сегодняшних приложений и сетей достаточно возможностей технологии Fast Ethernet, которая не так заметно отличается от привычной большинству пользователей технологии Ethernet. В более далекой перспективе эти производители предлагают использовать для мультимедийных приложений технологию АТМ, а не 100VG-AnyLAN. Тем не менее, число сторонников технологии 100VG-AnyLAN растет и насчитывает уже около несколько десятков компаний. Среди них находятся не только компании Hewlett-Packard и IBM, но и такие лидеры, как Cisco Systems, Cabletron, D-Link и другие. Все эти компании поддерживают обе конкурирующие технологии в своих продуктах, выпуская модули с портами как Fast Ethernet, так и 100VG-AnyLAN.

Структура сети 100VG-AnyLAN. Сеть 100VG-AnyLAN всегда включает центральный концентратор, называемый концентратором уровня 1, или корневым концентратором. Корневой концентратор имеет связи с каждым узлом сети, образуя топологию типа “звезда”. Этот концентратор представляет собой интеллектуальный центральный контроллер, который управляет доступом к сети, постоянно выполняя цикл "кругового" сканирования своих портов и проверяя наличие запросов на передачу кадров от присоединенных к ним узлов. Концентратор принимает кадр от узла, выдавшего запрос, и передает его только через тот порт, к которому присоединен узел с адресом, совпадающим с адресом назначения, указанным в кадре.

Каждый концентратор может быть сконфигурирован на поддержку либо кадров 802.3 Ethernet, либо кадров 802.5 Token Ring. Все концентраторы, расположенные в одном и том же логическом сегменте (не разделенном мостами, коммутаторами или маршрутизаторами), должны быть сконфигурированы на поддержку кадров одного типа. Для соединения сетей 100VG-AnyLAN, использующих разные форматы кадров 802.3, нужно коммуникационное устройство – мост, коммутатор или маршрутизатор. Аналогичное устройство требуется и в том случае, когда сеть 100VG-AnyLAN должна быть соединена с сетью FDDI или АТМ.

100