Технология Ethrnet

Метод доступа CSMA/CD - методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий. применяется в сетях с логической общей шиной. Все ПК сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети.

Этапы доступа к среде

Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения.

Станция прослушивает среду на наличие несущей (частота в манчестерском коде 5-10 МГц).

Две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общей среде – коллизия (нормальная ситуация). Станция, кот. обнаружила коллизию, прерывает передачу своего кадра и усиливает ситуацию коллизии посылкой в сеть специальной jam-последовательности из 32 бит.

После этого обнаружившая коллизию передающая станция обязана прекратить передачу и сделать паузу в теч. короткого случайного интервала времени. Затем она может снова предпринять попытку захвата среды и передачи кадра.

интервал отсрочки равен 512 битовым интервалам L -целое число из диапазона [0, 2 в ^{степени N}], где N — номер повторной попытки передачи данного кадра: 1,2,..., 10.

После 10-й попытки интервал, из которого выбирается пауза, не увеличивается.

Если 16 последовательных попыток передачи кадра вызывают коллизию, то передатчик должен прекратить попытки и отбросить этот кадр.

Поле преамбулы (Preamble) 7 синхронизирующих байт 10101010.

Адрес назначения длиной 2 или б байт.

Адрес источника 2- или 6-байтовое поле, содержащее адрес узла - отправителя кадра.

Длина 2-байтовое поле, которое определяет длину поля данных в кадре.

Поле данных может содержать от 0 до 1500 байт.

Поле заполнения состоит из такого количества байт заполнителей, которое обеспечивает минимальную длину поля данных в 46 байт.

Поле контрольной суммы состоит из 4 байт, содержащих контрольную сумму.

Технология Token Ring.

Метод детерминированного доступа к среде (топология - кольцо) Для контроля сети одна из станций выполняет роль активного монитора (станция с макс. значением МАС-адреса). Если активный монитор выходит из строя, процедура инициализации кольца повторяется и выбирается новый активный монитор. Чтобы сеть могла обнаружить отказ активного монитора, последний в работоспособном состоянии каждые 3 секунды генерирует специальныйкадр присутствия. Если этот кадр не появляется в сети более 7 секунд, то остальные станции сети начинают процедуру выборов нового активного монитора.

Маркерный метод доступа к разделяемой среде

Для обеспечения доступа станций к физической среде по кольцу циркулирует кадр специального формата и назначения — маркер. Получив маркер, станция анализирует его 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. Затем 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. Кадр снабжен адресом назначения и адресом источника.

Время владения разделяемой средой в сети Token Ring ограничивается временем удержания маркера, после истечения которого станция обязана прекратить передачу собственных данных (текущий кадр разрешается завершить) и передать маркер далее по кольцу. В сетях Token Ring 16 Мбит/с используется также несколько другой алгоритм доступа к кольцу, называемый алгоритмомраннего освобождения маркера. В соответствии с ним станция передает маркер доступа следующей станции сразу же после окончания передачи последнего бита кадра, не дожидаясь возвращения по кольцу этого кадра с битом подтверждения приема.

Для различных видов сообщений, передаваемым кадрам, могут назначаться различные приоритеты: от 0 (низший) до 7 (высший). Станция имеет право захватить переданный ей маркер только в том случае, если приоритет кадра, который она хочет передать, выше (или равен) приоритета маркера. В противном случае станция обязана передать маркер следующей по кольцу станции.

За наличие в сети маркера отвечает активный монитор. Если активный монитор не получает маркер в течение длительного времени (например, 2,6 с), то он порождает новый маркер.

Формат:

маркер;

кадр данных;

прерывающая последовательность - 2 байта, содержащих начальный и конечный ограничители.

Сеть Token Ring может включать до 260 узлов.

Технология FDD оптоволоконный интерфейс распределенных данных.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного (Primary) кольца, этот режим назван режимом Thru — «сквозным» или «транзитным». Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным вновь образуя единое кольцо (режим работы сети Wrap-«свертывание» или «сворачивание» колец). Операция свертывания производится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI.

Рис. 3.16. Реконфигурация колец FDDI при отказе

Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа. Этот метод очень близок к методу доступа сетей Token Ring и также называется методом маркерного (или токенного) кольца— token ring.

Отличия метода доступа заключаются в том, что время удержания маркера в сети FDDI не является постоянной величиной, как в сети Token Ring, а зависит от загрузки кольца — при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля. Механизм приоритетов кадров, аналогичный принятому в технологии Token Ring, в технологии FDDI отсутствует. Разработчики технологии решили, что деление трафика на 8 уровней приоритетов избыточно и достаточно разделить трафик на два класса — асинхронный и синхронный, последний из которых обслуживается всегда, даже при перегрузках кольца.

Для передачи синхронных кадров станция всегда имеет право захватить маркер при его поступлении. При этом время удержания маркера имеет заранее заданную фиксированную величину.

Если же станции кольца FDDI нужно передать асинхронный кадр (тип кадра определяется протоколами верхних уровней), то для выяснения возможности захвата маркера при его очередном появлении станция должна измерить интервал времени, который прошел с момента предыдущего прихода маркера (временем оборота маркера).

В сети FDDI нет выделенного активного монитора — все станции и концентраторы равноправны, и при обнаружении отклонений от нормы они начинают процесс повторной инициализации сети, а затем и ее реконфигурации.

использование для передачи света с длиной волны в 1300 нм;

Подуровень TP-PMD определяет возможность передачи данных между станциями по витой паре в соответствии с методом физического кодирования MLT-3, использующего два уровня потенциала: +V и -V для представления данных в кабеле. Для получения равномерного по мощности спектра сигнала данные перед физическим кодированием проходят через скрэмблер. Максимальное расстояние между узлами в соответствии со стандартом TP-PMD равно 100 м.

Максимальная общая длина кольца FDDI составляет 100 километров, максимальное число станций с двойным подключением в кольце — 500.

Технология FDDI разрабатывалась для применения в ответственных участках сетей — на магистральных соединениях между крупными сетями, например сетями зданий, а также для подключения к сети высокопроизводительных серверов.

18.Физическая структуризация сетей

Физическая структуризация – это конфигурация связей, образованных отдельными частями кабеля.

Для физической структуризации применяют следующие устройства.

1. Повторитель – repeater – простейшее из коммуникационных устройств, используется для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети. Повторитель передает сигналы, приходящие из одного сегмента сети, в другие ее сегменты. Повторитель позволяет преодолеть ограничения на длину линий связи за счет улучшения качества передаваемого сигнала – восстановления его мощности и амплитуды, улучшения фронтов и т.п.

2. Концентраторы характерны практически для всех базовых технологий локальных сетей: Ethernet, ArcNet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, l00VG-AnyLAN.

Концентраторы повторяют сигналы, пришедшие с одного из своих портов, на других своих портах. Разница между концентраторами разных технологий состоит в том, на каких именно портах повторяются входные сигналы. Концентратор всегда изменяет физическую топологию сети, но при этом оставляет без изменения ее логическую топологию.

Физическая структуризация сети с помощью концентраторов полезна не только для увеличения расстояния между узлами сети, но и для повышения ее надежности.

Любая сеть имеет основные структурные компоненты: внутренние и внешние узлы (оконечные пункты), каналы и линии связи. Узлы связаны между собой каналами передачи данных и образуют в совокупности одну из важных составных частей ИС – сеть передачи данных. Каждый из узлов через блок сопряжения соединен с одним из оконечных абонентских пунктов, в которых размещаются средства информационной и вычислительной техники. По назначению и составу технических средств оконечные пункты сильно различаются друг от друга.

19.Логическая структуризация сетей.

Физическая структуризация сети полезна во многих отношениях, однако в ряде случаев, обычно относящихся к сетям большого и среднего размера, невозможно обойтись без логической структуризации сети.

Логическая структуризация сети – это процесс разбиения сети на сегменты с локализованным трафиком (локализация трафика – распространение трафика, предназначенного для компьютеров некоторого сегмента сети, только в пределах этого сегмента).

Для логической структуризации сети используются такие коммуникационные устройства, как мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.

1. Мост – bridge – делит разделяемую среду передачи сети на части (часто называемые логическими сегментами), передавая информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если такая передача действительно необходима, то есть если адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети. Тем самым мост изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность передачи данных в сети. Локализация трафика не только экономит пропускную способность, но и уменьшает возможность несанкционированного доступа к данным, так как кадры не выходят за пределы своего сегмента и их сложнее перехватить злоумышленнику.

Применение мостов приводит к значительным ограничениям на конфигурацию связей сети – сегменты должны быть соединены таким образом, чтобы в сети не образовывались замкнутые контуры.

2. Коммутатор – switch, switching hub – по принципу обработки кадров ничем не отличается от моста. Основное его отличие от моста состоит в том, что он является своего рода коммуникационным мультипроцессором, так как каждый его порт оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста, имеющего один процессорный блок.

3. Маршрутизатор – router – более надежно и более эффективно, чем мосты, изолируют трафик отдельных частей сети друг от друга. Маршрутизаторы образуют логические сегменты посредством явной адресации, поскольку используют не плоские аппаратные, а составные числовые адреса. В этих адресах имеется поле номера сети, так что все компьютеры, у которых значение этого поля одинаково, принадлежат к одному сегменту, называемому в данном случае подсетью – subnet.

Кроме локализации трафика маршрутизаторы выполняют еще много других полезных функций. Так, маршрутизаторы могут работать в сети с замкнутыми контурами, при этом они осуществляют выбор наиболее рационального маршрута из нескольких возможных. Другой очень важной функцией маршрутизаторов является их способность связывать в единую сеть подсети, построенные с использованием разных сетевых технологий.

4. Кроме перечисленных устройств отдельные части сети может соединять шлюз – gateway. Обычно основной причиной, по которой в сети используют шлюз, является необходимость объединить сети с разными типами системного и прикладного программного обеспечения, а не желание локализовать трафик. Тем не менее, шлюз обеспечивает и локализацию трафика в качестве некоторого побочного эффекта.

Крупные сети практически никогда не строятся без логической структуризации. Для отдельных сегментов и подсетей характерны типовые однородные топологии базовых технологий, и для их объединения всегда используется оборудование, обеспечивающее локализацию трафика.

20.Коммутируемые локальные сети, мосты и коммутаторы, алгоритм прозрачного моста.

Разделяемая среда применяется в локальных сетях с момента появления первых сетей этого типа. Такой подход к использованию коммуникационного канала имеет несколько преимуществ, одним из которых является простота коммуникационного оборудования локальной сети. Однако наличие разделяемой среды связано и с очевидным недостатком — плохой масштабируемостью, так как производительность, отводимая каждому узлу сети, снижается пропорционально увеличению их числа.

Естественным решением проблемы масштабирования локальной сети является ее разбиение на сегменты, каждый из которых представляет собой отдельную разделяемую среду. Такая логическая сегментация выполняется с помощью мостов или коммутаторов локальных сетей.

Локальные сети, разделенные на логические сегменты, называют коммутируемыми локальными сетями. В том случае, когда сегмент состоит только из одного компьютера, подключенного непосредственно к порту коммутатора, его называют микросегментом. По сути, микросегмент уже не является разделяемой средой, это дуплексный канал, который передатчик порта компьютера или коммутатора использует по своему усмотрению, не разделяя его с другим передатчиком.

Мост (bridge) – ретрансляционная система, соединяющая каналы передачи данных

Рис. 6.3. Структура моста

В соответствии с базовой эталонной моделью взаимодействия открытых систем мост описывается протоколами физического и канального уровней, над которыми располагаются канальные процессы. Мост опирается на пару связываемых им физических средств соединения, которые в этой модели представляют физические каналы. Мост преобразует физический (1A, 1B) и канальный (2A, 2B) уровни различных типов (рис. 6.3). Что касается канального процесса, то он объединяет разнотипные каналы передачи данных в один общий.

Мост (bridge), а также его быстродействующий аналог – коммутатор (switching hub), делят общую среду передачи данных на логические сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов (отрезков кабеля) с помощью одного или нескольких концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту моста/коммутатора. При поступлении кадра на какой-либо из портов мост/коммутатор повторяет этот кадр, но не на всех портах, как это делает концентратор, а только на том порту, к которому подключен сегмент, содержащий компьютер-адресат.

Мосты могут соединять сегменты, использующие разные типы носителей, например 10BaseT (витая пара) и 10Base2 (тонкий коаксиальный кабель). Они могут соединять сети с разными методами доступа к каналу, например сети Ethernet (метод доступа CSMA/CD) и Token Ring (метод доступа TPMA).