Fast ethernet 100 Мбіт с. Технологія Fast Ethernet. Значення полів DSAP та SSAP

У тестовій лабораторії «Комп'ютерПрес» було проведено тестування призначених для використання в робочих станціях 10/100 Мбіт/с мережевих карток стандарту Fast Ethernet для шини PCI. Були вибрані найбільш поширені в даний час карти з пропускною здатністю 10/100 Мбіт/с, оскільки, по-перше, вони можуть використовуватися в мережах Ethernet, Fast Ethernetі в змішаних мережах, і, по-друге, перспективна технологія Gigabit Ethernet (пропускна здатність до 1000 Мбіт/с) поки що застосовується найчастіше для підключення потужних серверів до обладнання ядра мережі. Надзвичайно важливим є те, якої якості пасивне мережеве обладнання (кабелі, розетки тощо) використовується в мережі. Добре відомо, що якщо для мереж Ethernet достатньо кабелю на кручений парі категорії 3, то вже для Fast Ethernet необхідна 5 категорія. Розсіювання сигналу, погана захищеність від шумів можуть значно знизити пропускну здатність мережі.

Метою тестування було визначення насамперед індексу ефективної продуктивності (Performance/Efficiency Index Ratio - надалі P/E-індекс), і лише потім - абсолютного значення пропускну здатність. P/E-індекс обчислюється як відношення пропускної спроможності мережевої карти в Мбіт/c до ступеня завантаженості центрального процесора у відсотках. Цей індекс є галузевим стандартом визначення продуктивності мережевих адаптерів. Він був введений для врахування використання мережевими картами ресурсів центрального процесора. Справа в тому, що деякі виробники мережевих адаптерів намагаються досягти максимальної продуктивності шляхом використання для виконання мережевих операцій більшої кількості циклів процесора комп'ютера. Мінімальне завантаження процесора та відносно висока пропускна спроможність мають велике значення для виконання критично важливих бізнес- та мультимедіа-додатків, а також задач реального часу.

Були протестовані карти, які нині найчастіше використовуються для робочих станцій у корпоративних та локальних мережах:

1. D-Link DFE-538TX
2. SMC EtherPower II 10/100 9432TX/MP
3. 3Com Fast EtherLink XL 3C905B-TX-NM
4. Compex RL 100ATX
5. Intel EtherExpress PRO/100+ Management
6. CNet PRO-120
7. NetGear FA 310TX
8. Allied Telesyn AT 2500TX
9. Surecom EP-320X-R

Основні характеристики мережевих адаптерів, що тестуються, наведені в табл. 1 . Пояснимо деякі терміни, які у таблиці. Автоматичне визначенняШвидкість з'єднання означає, що адаптер сам визначає максимально можливу швидкість функціонування. Крім того, у разі підтримки автовизначення швидкості ніякого додаткового налаштування при переході від Ethernet до Fast Ethernet і назад не потрібно. Тобто від системного адміністратора не потрібно реконфігурувати адаптер та перевантажувати драйвери.

Підтримка режиму Bus Master дозволяє передавати дані безпосередньо між карткою мережі та пам'яттю комп'ютера. Тим самим було центральний процесор вивільняється до виконання інших операцій. Ця властивість стала стандартом де-факто. Недарма всі відомі карти мережі підтримують режим Bus Master.

Дистанційне увімкнення (Wake on LAN) дозволяє здійснювати увімкнення ПК по мережі. Тобто виникає можливість обслуговувати комп'ютер у неробочий час. Для цієї мети використовуються триконтактні роз'єми на системній платіта мережному адаптері, які з'єднуються спеціальним кабелем (входить до комплекту постачання). Крім того, необхідне спеціальне керуюче програмне забезпечення. Технологія Wake on LAN розроблена альянсом Intel-IBM.

Повнодуплексний режим дозволяє передавати дані одночасно в обох напрямках, напівдуплексний – лише в одному. Таким чином, максимально можлива пропускна здатність у повнодуплексному режимі становить 200 Мбіт/с.

Інтерфейс DMI (Desktop Management Interface) дає можливість отримувати інформацію про конфігурацію та ресурси ПК за допомогою ПЗ мережного управління.

Підтримка специфікації WfM (Wired for Management) забезпечує взаємодію мережного адаптера із програмними засобами мережного управління та адміністрування.

Для віддаленого завантаження ОС комп'ютера через мережу мережеві адаптеримають спеціальну пам'ять BootROM. Це дозволяє ефективно використовувати мережі бездискові робочі станції. У більшості тестованих карт було тільки гніздо для установки BootROM; сама мікросхема BootROM зазвичай є опцією, що окремо замовляється.

Підтримка ACPI (Advanced Configuration Power Interface) дозволяє зменшити енергоспоживання. ACPI - це нова технологія, що забезпечує роботу системи керування живленням. Вона ґрунтується на використанні як апаратних, так і програмних засобів. В принципі, Wake on LAN є складовою ACPI.

Фірмові засоби підвищення продуктивності дозволяють збільшити ефективність роботи мережевої карти. Найбільш відомі з них – Parallel Tasking II компанії 3Com та Adaptive Technology компанії Intel. Ці кошти зазвичай бувають запатентовані.

Підтримка основних операційних систем забезпечується практично всіма адаптерами. До основних ОС належать: Windows, Windows NT, NetWare, Linux, SCO UNIX, LAN Manager та інші.

Рівень сервісної підтримки оцінюється наявністю документації, дискети з драйверами та можливістю завантажити останні версії драйверів із сайту компанії. Не останню роль відіграє упаковка. З цієї точки зору, найкращими, на наш погляд, є мережні адаптери D-Link, Allied Telesyn та Surecom. Але загалом рівень підтримки виявився для всіх карт задовільний.

Зазвичай гарантія поширюється весь час експлуатації мережного адаптера (довічна гарантія). Іноді вона обмежується 1-3 роками.

Методика тестування

У всіх тестах використовувалися останні версії драйверів мережевих карт, які завантажувалися з Internet-серверів відповідних виробників. У випадку, коли драйвер мережної карти допускав будь-які налаштування та оптимізацію, використовувалися установки за замовчуванням (крім мережевого адаптера Intel). Зазначимо, що найбільш багатими додатковими можливостями та функціями мають карти та відповідні драйвери компаній 3Com та Intel.

Вимірювання продуктивності здійснювалося за допомогою утиліти Perform3 компанії Novell. Принцип дії утиліти полягає в тому, що файл невеликого розміру переписується з робочої станції на мережевий диск сервера, що розділяється, після чого він залишається у файловому кеші сервера і протягом заданого проміжку часу багаторазово звідти зчитується. Це дозволяє досягти взаємодії типу пам'ять-мережа і усунути вплив затримок, пов'язаних з дисковими операціями. До параметрів утиліти входять початковий розмір файлу, кінцевий розмір файлу, крок зміни розміру та час тестування. Утиліта Novell Perform3 виводить значення продуктивності з файлами різного розміру, середню та максимальну продуктивність (Кбайт/c). Для налаштування утиліти використовувалися такі параметри:

• Початковий розмір файлу – 4095 байт
• Кінцевий розмір файлу – 65 535 байт
• Крок збільшення файлу - 8192 байт

Час тестування з кожним файлом було встановлено 20 секунд.

У кожному експерименті використовувалася пара однакових мережевих карток, одна з яких працювала на сервері, а інша - на робочій станції. Здається, що це відповідає поширеній практиці, оскільки у серверах зазвичай використовуються спеціалізовані мережеві адаптери, забезпечені поруч додаткових функцій. Але саме таким чином – одні й ті самі мережеві картки встановлюються і на сервері, і на робочих станціях – проводиться тестування всіма відомими тестовими лабораторіями світу (KeyLabs, Tolly Group тощо). Результати виходять дещо нижчими, але експеримент виявляється чистим, оскільки на всіх комп'ютерах працюють лише аналізовані мережеві карти.

Конфігурація клієнта Compaq DeskPro EN:

• процесор Pentium II 450 MГц
• кеш 512 Kбайт
• оперативна пам'ять 128 Мбайт
• вінчестер 10 Гбайт
• ОС Windows NT Server 4.0 c 6 a SP
• протокол TCP/IP.

Конфігурація сервера Compaq DeskPro EP:

• процесор Celeron 400 MГц
• оперативна пам'ять 64 Мбайт
• вінчестер 4,3 Гбайт
• операційна система Microsoft Windows NT Workstation 4.0 c c 6 a SP
• протокол TCP/IP.

Тестування було проведено в умовах, коли комп'ютери з'єднувалися кросоверним кабелем UTP Category 5. Під час цих тестів карти працювали в режимі 100Base-TX Full Duplex. У цьому режимі пропускна здатність виявляється дещо вищою за рахунок того, що частина службової інформації (наприклад, підтвердження прийому) передається одночасно з корисною інформацією, обсяг якої оцінюється. У умовах вдалося зафіксувати досить високі значення пропускну здатність; наприклад, для адаптера 3Com Fast EtherLink XL 3C905B-TX-NM у середньому 79,23 Мбіт/с.

Завантаженість процесора вимірювалася на сервері за допомогою утиліти Windows NT Performance Monitor; дані записувалися в log-файл. Утиліта Perform3 запускалася на клієнта, щоб не впливати на завантаженість процесора сервера. Як процесор комп'ютера-сервера використовувався Intel Celeron, продуктивність якого істотно нижча за продуктивність процесорів Pentium II і III. Intel Celeron використовувався навмисне: справа в тому, що оскільки завантаження процесора визначається з досить великою абсолютною похибкою, у разі великих абсолютних значень відносна похибка виявляється меншою.

Після кожного тесту утиліта Perform3 поміщає результати своєї роботи текстовий файл у вигляді набору даних наступного виду:

65535 bytes. 10491.49 KBps. 10491.49 Aggregate KBps. 57343 bytes. 10844.03 KBps. 10844.03 Aggregate KBps. 49151 bytes. 10737.95 KBps. 10737.95 Aggregate KBps. 40959 bytes. 10603.04 KBps. 10603.04 Aggregate KBps. 32767 bytes. 10497.73 KBps. 10497.73 Aggregate KBps. 24575 bytes. 10220.29 KBps. 10220.29 Aggregate KBps. 16383 bytes. 9573.00 KBps. 9573.00 Aggregate KBps. 8191 bytes. 8195.50 KBps. 8195.50 Aggregate KBps. 10844.03 Maximum KBps. 10145.38 Average KBp.

Виводиться розмір файлу, що відповідає пропускній здатності для обраного клієнта та для всіх клієнтів (у даному випадкуклієнт всього один), а також максимальна та середня пропускна спроможність по всьому тесту. Отримані середні значення по кожному тесту перекладалися з Кбайт/c Мбіт/c за формулою:
(Кбайт x 8)/1024,
та значення індексу P/E обчислювалося як відношення пропускної спроможності до завантаженості процесора у відсотках. Надалі середнє значення індексу P/E обчислювалося за результатами трьох вимірів.

З використанням утиліти Perform3 на Windows NT Workstation виникла така проблема: крім запису на мережний диск файл записувався також у локальний файловий кеш, звідки згодом дуже швидко зчитувався. Результати були вражаючими, але нереальними, оскільки передачі даних як такої мережі не проводилося. Для того щоб програми могли сприймати мережні диски, що розділяються, як звичайні локальні диски, в операційній системі використовується спеціальний мережевий компонент - редиректор, що перенаправляє запити введення-виведення по мережі. У звичайних умовах роботи при виконанні процедури запису файлу на мережевий диск, що розділяється, редиректор використовує алгоритм кешування Windows NT. Саме тому при записі на сервер відбувається запис у локальний файловий кеш клієнтської машини. А для проведення тестування необхідно, щоб кешування проводилося лише на сервері. Для того щоб на комп'ютері-клієнті кешування не було, реєстрі Windows NT змінили значення параметрів, що дозволило відключити кешування, вироблене редиректором. Ось як це було зроблено:

1. Шлях у Registry:

   HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Rdr\Parameters

   Ім'я параметра:

   UseWriteBehind дозволяє оптимізацію write-behind для записуваних файлів

   Тип: REG_DWORD

   Значення: 0 (за замовчуванням: 1)

2. Шлях у Registry:

   HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Lanmanworkstation\parameters

   Ім'я параметра:

   UtilizeNTCaching вказує, чи буде редиректор використовувати кеш-менеджер Windows NT для кешування вмісту файлів.

   Тип: REG_DWORD Значення: 0 (за замовчуванням: 1)

Мережевий адаптер Intel EtherExpress PRO/100+Management

Пропускна спроможність цієї карти та рівень використання процесора виявилися практично такими ж, як і у 3Com. Нижче показано вікно налаштування цієї карти.

новий контролер Intel 82559, встановлений на цій карті, забезпечує високу продуктивність, особливо в мережах Fast Ethernet.

Технологія, яку використовує Intel у своїй карті Intel EtherExpress PRO/100+, названа Adaptive Technology. Сутність методу полягає в автоматичній зміні часових проміжків між пакетами Ethernet залежно від завантаженості мережі. При збільшенні завантаженості мережі відстань між окремими пакетами Ethernet динамічно збільшується, що дозволяє зменшити кількість колізій та підвищити пропускну здатність. При невеликому завантаженні мережі, коли ймовірність колізій мала, тимчасові проміжки між пакетами знижуються, що також веде до збільшення продуктивності. Найбільшою мірою переваги цього методу повинні виявлятися у великих колізійних сегментах Ethernet, тобто у тих випадках, коли в топології мережі переважають концентратори, а не комутатори.

Нова технологія Intel, названа Priority Packet, дозволяє регулювати трафік, що проходить через мережну карту, відповідно до пріоритетів окремих пакетів. Це дає можливість підвищувати швидкість передачі для критично важливих додатків.

Підтримка віртуальних локальних мереж VLAN (стандарт IEEE 802.1Q).

На платі лише два індикатори - робота/з'єднання, швидкість 100.

www.intel.com

Мережний адаптер SMC EtherPower II 10/100 SMC9432TX/MP

В архітектурі цієї карти використано дві перспективні технології SMC SimulTasking та Programmable InterPacket Gap. Перша технологія нагадує технологію 3Com Parallel Tasking. Зіставивши результати тестування для карток цих двох виробників, можна зробити висновок про рівень ефективності реалізації цих технологій. Зазначимо також, що дана мережева карта показала третій результат і за продуктивністю і індексом P/E, випередивши всі карти, крім 3Com і Intel.

На карті чотири світлодіодний індикаторКабіна: швидкість 100, передача, з'єднання, дуплекс.

Адреса основного Web-вузла компанії: www.smc.com

Ethernet, не дивлячись
на весь його успіх ніколи не був елегантним.
Мережеві плати мають лише рудиментарні
Концепція інтелекту. Вони справді
спочатку посилають пакет, а лише потім
дивляться, чи передавав дані хтось ще
одночасно із ними. Хтось порівняв Ethernet з
суспільством, в якому люди можуть спілкуватися
один з одним, тільки коли всі кричать
одночасно.

Як і його
попередник, Fast Ethernet використовує метод
передачі даних CSMACD (Carrier Sense Multiple Access with
Collision Detection - Множинний доступ до середовища з
контролем несучої та виявленням колізій).
За цим довгим та незрозумілим акронімом
ховається дуже проста технологія. Коли
плата Ethernet повинна надіслати повідомлення, то
спочатку вона чекає настання тиші, потім
відправляє пакет і одночасно слухає, не
чи надіслав хтось повідомлення
одночасно із ним. Якщо це сталося, то
обидва пакети не доходять до адресата. Якщо
колізії не було, а плата має продовжувати
передавати дані, вона все одно чекає
кілька мікросекунд, перш ніж знову
спробує надіслати нову порцію. Це
зроблено для того, щоб інші плати також
могли працювати і ніхто не зміг захопити
канал монопольно. У разі колізії, обидва
пристрої замовкають на невеликій
проміжок часу, згенерований
випадковим чином, а потім роблять
нову спробу передати дані.

Через колізій не
Ethernet, ні Fast Ethernet ніколи не зможуть досягти
своєю максимальної продуктивності 10
або 100 Мбіт/с. Як тільки починає
збільшуватися трафік мережі, тимчасові
затримки між посилками окремих пакетів
скорочуються, а кількість колізій
збільшується. Реальна
продуктивність Ethernet не може перевищувати
70% його потенційної пропускної
здібності, і може ще нижче, якщо лінія
серйозно перевантажена.

Ethernet використовує
розмір пакету 1516 байт, який чудово
підходив, коли він лише створювався.
Сьогодні це вважається недоліком, коли
Ethernet використовується для взаємодії
серверів, оскільки сервери та лінії зв'язку
мають звичай обмінюватися великим
кількістю маленьких пакетів, що
перевантажує мережу. Крім того, Fast Ethernet
накладає обмеження на відстань між
пристроями, що підключаються, - не більше 100
метрів і це змушує виявляти
додаткову обережність при
проектування таких мереж.

Спочатку Ethernet був
спроектований на основі шинної топології,
коли всі пристрої підключалися до спільного
кабелю, тонкому чи товстому. Застосування
крученої пари лише частково змінило протокол.
При використанні коаксіального кабелю
колізія визначалася відразу всіма
станціями. У випадку з крученою парою
використовується "jam" сигнал, як тільки
станція визначає колізію, то вона
посилає сигнал концентратору, останній
свою чергу розсилає "jam" усім
підключених до нього пристроїв.

Для того щоб
знизити перевантаження, мережі стандарту Ethernet
розбиваються на сегменти, які
об'єднуються за допомогою мостів та
маршрутизаторів. Це дозволяє передавати
між сегментами лише необхідний трафік.
Повідомлення, що передається між двома
станціями в одному сегменті, не буде
передано в інший і не зможе викликати в ньому
навантаження.

Сьогодні при
побудові центральної магістралі,
об'єднуючої сервери використовують
комутований Ethernet. Ethernet-комутатори можна
розглядати як високошвидкісні
багатопортові мости, які можуть
самостійно визначити, в якій його
портів адресований пакет. Комутатор
переглядає заголовки пакетів і таким
чином складає таблицю, що визначає,
де знаходиться той чи інший абонент з таким
фізичною адресою. Це дозволяє
обмежити область розповсюдження пакету
і знизити ймовірність переповнення,
посилаючи його лише у потрібний порт. Тільки
широкомовні пакети розсилаються по
всім портам.

100BaseT
- старший брат 10BaseT

Ідея технології
Fast Ethernet народилася 1992 року. В серпні
наступного року група виробників
об'єдналася у Союз Fast Ethernet (Fast Ethernet Alliance, FEA).
Метою FEA було якнайшвидше отримати
формальне схвалення Fast Ethernet від комітету
802.3 Інституту інженерів з електротехніки та
радіоелектроніці (Institute of Electrical and Electronic
Engineers, IEEE), оскільки саме цей комітет
займається стандартами Ethernet. Успіх
супроводжувала нової технологіїі
альянсу, що підтримує її: у червні 1995 року
всі формальні процедури були завершені, та
технології Fast Ethernet надали назву
802.3u.

З легкої руки IEEE
Fast Ethernet називається 100BaseT. Пояснюється це
просто: 100BaseT є розширенням
стандарту 10BaseT з пропускною здатністю від
10 М біт/с до 100 Мбіт/с. Стандарт 100BaseT включає
в собі протокол обробки множини
доступу з впізнаванням несучої та
виявленням конфліктів CSMA/CD (Carrier Sense Multiple
Access with Collision Detection), який використовується і в
10BaseT. Крім того, Fast Ethernet може працювати на
кабелях кількох типів, у тому числі і на
кручена пара. Обидві ці властивості нового
стандарту дуже важливі для потенційних
покупців, і саме завдяки їм 100BaseT
виявляється вдалим шляхом міграції мереж
на базі 10BaseT.

Головним
комерційним аргументом на користь 100BaseT
є те, що Fast Ethernet базується на
успадкованої технології. Так як у Fast Ethernet
використовується той же протокол передачі
повідомлень, що й у старих версіях Ethernet, а
кабельні системи цих стандартів
сумісні для переходу до 100BaseT від 10BaseT
потрібні

менші
капітальні вкладення, ніж для встановлення
інших видів високошвидкісних мереж. Крім
того, оскільки 100BaseT є
продовження старого стандарту Ethernet, все
інструментальні засоби та процедури
аналізу роботи мережі, а також усі
програмне забезпечення, що працює на
старих мережах Ethernet повинні в цьому стандарті
зберегти працездатність.
Отже, середа 100BaseT буде знайома
адміністраторам мереж, які мають досвід роботи
з Ethernet. Отже, навчання персоналу займе
менше часу і обійдеться суттєво
дешевше.

ЗБЕРІГАННЯ
ПРОТОКОЛУ

Мабуть,
найбільшу практичну користь нової
технології принесло рішення залишити
протокол передачі повідомлень без зміни.
Протокол передачі повідомлень у нашому випадку
CSMA/CD, визначає спосіб, яким дані
передаються по мережі від одного вузла до іншого
через кабельну систему. У моделі ISO/OSI
протокол CSMA/CD є частиною рівня
керування доступом до середовища (Media Access Control, MAC).
На цьому рівні визначається формат,
якому інформація передається по мережі, та
спосіб, яким мережевий пристрій отримує
доступ до мережі (або керування мережею) для
передачі даних.

Назва CSMA/CD
можна розбити на дві частини: Carrier Sense Multiple Access
та Collision Detection. З першої частини імені можна
укласти, яким чином вузол з мережевим
адаптер визначає момент, коли йому
слід надіслати повідомлення. Відповідно до
протоколом CSMA, мережевий вузол спочатку "слухає"
мережу, щоб визначити, чи не передається в
на даний момент будь-яке інше повідомлення.
Якщо прослуховується сигнал, що несе (carrier tone),
отже в даний момент мережа зайнята іншим
повідомленням - мережевий вузол переходить у режим
очікування і перебуває в ньому, поки мережа не
звільниться. Коли в мережі настає
мовчання, вузол починає передачу.
Фактично дані надсилаються всім вузлам
мережі або сегмента, але приймаються лише тим
вузлом, якому вони адресовані.

Collision Detection -
друга частина імені - служить для дозволу
ситуацій, коли два або більше вузла намагаються
надсилати повідомлення одночасно.
Згідно з протоколом CSMA, кожен готовий до
передачі вузол повинен спочатку слухати мережу,
щоб визначити, чи вона вільна. Однак,
якщо два вузли слухають одночасно,
обидва вони вирішать, що мережа вільна, і почнуть
передавати свої пакети одночасно. В цій
ситуації передані дані
накладаються один на одного (мережеві
інженери називають це конфліктом), і жодне
із повідомлень не доходить до пункту
призначення. Collision Detection вимагає, щоб вузол
прослухав мережу також і після передачі
пакет. Якщо виявляється конфлікт, то
вузол повторює передачу через випадковим
чином вибраний проміжок часу та
знову перевіряє, чи конфлікт не відбувся.

ТРИ ВИДИ FAST ETHERNET

Поряд з
збереженням протоколу CSMA/CD, іншим важливим
рішенням було спроектувати 100BaseT таким
чином, щоб у ньому можна було застосовувати
кабелі різних типів - як ті, що
використовуються в старих версіях Ethernet, так і
нові моделі. Стандарт визначає три
модифікації для забезпечення роботи з
різними видами кабелів Fast Ethernet: 100BaseTX, 100BaseT4
та 100BaseFX. Модифікації 100BaseTX та 100BaseT4 розраховані
на кручена пара, а 100BaseFX був розроблений для
оптичний кабель.

Стандарт 100BaseTX
вимагає застосування двох пар UTP чи STP. Одна
пара служить передачі, інша – для
прийому. Цим вимогам відповідають два
основних кабельних стандартів: EIA/TIA-568 UTP
Категорії 5 та STP Типу 1 компанії IBM. У 100BaseTX
привабливе забезпечення
повнодуплексного режиму при роботі з
мережевими серверами, а також використання
всього двох із чотирьох пар восьмижильного
кабелю - дві інші пари залишаються
вільними і можуть бути використані в
надалі для розширення можливостей
мережі.

Втім, якщо ви
збираєтеся працювати з 100BaseTX, використовуючи для
цього проведення Категорії 5, то вам слід
знати і про його недоліки. Цей кабель
дорожче за інші восьмижильні кабелі (наприклад
Категорії 3). Крім того, для роботи з ним
потрібно використання пробійних блоків (punchdown
blocks), роз'ємів та комутаційних панелей,
які відповідають вимогам Категорії 5.
Потрібно додати, що для підтримки
повнодуплексного режиму слідує
встановити повнодуплексні комутатори.

Стандарт 100BaseT4
відрізняється більш м'якими вимогами до
кабелю, що використовується. Причиною тому
обставина, що у 100BaseT4 використовуються
всі чотири пари восьмижильного кабелю: одна
для передачі, інша для прийому, а
два, що залишилися, працюють як на передачу,
так і на прийом. Таким чином, 100BaseT4 і прийом,
та передача даних можуть здійснюватися за
трьом парам. Розкладаючи 100 Мбіт/с на три пари,
100BaseT4 зменшує частоту сигналу, тому
для його передачі досить і менше
високоякісний кабель. Для реалізації
мереж 100BaseT4 підійдуть кабелі UTP Категорій 3 та
5, так само як і UTP Категорії 5 та STP Типу 1.

Перевага
100BaseT4 полягає в менш жорстких
вимоги до проведення. Кабелі Категорій 3 та
4 більш поширені, і, крім того, вони
значно дешевше, ніж кабелі
Категорії 5, про що не слід забувати до
початку монтажних робіт Недоліки ж
полягають у тому, що для 100BaseT4 потрібні всі чотири
пари і що повнодуплексний режим цим
протоколом не підтримується.

Fast Ethernet включає
також стандарт для роботи з багатомодовим
оптоволокном з 62.5-мікронним ядром та 125-мікронним
оболонкою. Стандарт 100BaseFX орієнтований на
здебільшого на магістралі – на з'єднання
повторювачів Fast Ethernet в межах одного
будівлі. Традиційні переваги
оптичного кабелю властиві і стандарту
100BaseFX: стійкість до електромагнітних
шумів, покращений захист даних та великі
відстані між мережними пристроями.

БІГУН
НА КОРОТКІ ДИСТАНЦІЇ

Хоча Fast Ethernet та
є продовженням стандарту Ethernet,
перехід від мережі 10BaseT до 100BaseT не можна
розглядати як механічну заміну
обладнання - для цього можуть
знадобляться зміни в топології мережі.

Теоретичний
межа діаметра сегмента мережі Fast Ethernet
складає 250 метрів; це всього лише 10
відсотків теоретичної межі розміру
мережі Ethernet (2500 метрів). Це обмеження
випливає з характеру протоколу CSMA/CD та
швидкості передачі 100Мбіт/с.

Як уже
зазначалося раніше, що передає дані
робоча станція повинна прослуховувати мережу в
протягом часу, що дозволяє переконатися в
те, що дані досягли станції призначення.
У мережі Ethernet з пропускною здатністю 10
Мбіт/с (наприклад 10Base5) проміжок часу,
необхідний робочої станції для
прослуховування мережі щодо конфлікту,
визначається відстанню, яка 512-бітна
кадр (розмір кадру заданий у стандарті Ethernet)
пройде за час обробки цього кадру на
робочої станції. Для мережі Ethernet із пропускною
здатністю 10 Мбіт/с ця відстань дорівнює
2500 метрів.

З іншого боку,
той самий 512-бітний кадр (стандарт 802.3u
задає кадр того самого розміру, як і 802.3, то
є в 512 біт), що передається робочою
станцією в мережі Fast Ethernet, пройде всього 250 м,
перш ніж робоча станція завершить його
обробку. Якби приймаюча станція була
віддалена від передавальної станції на
відстань понад 250 м, то кадр міг би
вступити в конфлікт з іншим кадром на
лінії десь далі, а передавальна
станція, завершивши передачу, вже не
сприйняла цей конфлікт. Тому
максимальний діаметр мережі 100BaseT становить
250 метрів.

Щоб
використовувати допустиму дистанцію,
знадобиться два повторювачі для з'єднання
всіх вузлів. Відповідно до стандарту,
максимальна відстань між вузлом та
повторювачем становить 100 метрів; у Fast Ethernet,
як і в 10BaseT, відстань між
концентратором та робочою станцією не
має перевищувати 100 метрів. Оскільки
з'єднувальні пристрої (повторювачі)
вносять додаткові затримки, реальне
робоча відстань між вузлами може
виявитися ще менше. Тому
видається розумним брати все
відстані із деяким запасом.

Для роботи на
великі відстані доведеться придбати
оптичний кабель. Наприклад, обладнання
100BaseFX у напівдуплексному режимі дозволяє
з'єднати комутатор з іншим комутатором
або кінцевою станцією, що знаходяться на
відстань до 450 метрів один від одного.
Встановивши повнодуплексний 100BaseFX, можна
з'єднати два мережеві пристрої на
відстань до двох кілометрів.

ЯК
ВСТАНОВИТИ 100BASET

Крім кабелів,
які ми вже обговорили, для встановлення Fast
Ethernet потрібні мережні адаптери для
робочих станцій та серверів, концентратори
100BaseT і, можливо, деяка кількість
комутаторів 100BaseT.

Адаптери,
необхідні для організації мережі 100BaseT,
носять назву адаптерів Ethernet 10/100 Мбіт/с.
Дані адаптери здатні (ця вимога
стандарту 100BaseT) самостійно відрізняти 10
Мбіт/с від 100 Мбіт/с. Щоб обслуговувати групу
серверів та робочих станцій, перекладених на
100BaseT, знадобиться також концентратор 100BaseT.

При включенні
сервера або персонального комп'ютераз
адаптером 10/100 останній видає сигнал,
повідомляє про те, що він може забезпечити
пропускну спроможність 100Мбіт/с. Якщо
приймаюча станція (швидше за все, це
буде концентратор) теж розрахована на
роботу з 100BaseT, вона у відповідь видасть сигнал,
якому і концентратор, і ПК чи сервер
автоматично переходять у режим 100BaseT. Якщо
концентратор працює тільки з 10BaseT, він не
подає сигнал у відповідь, і ПК або сервер
автоматично перейдуть у режим 10BaseT.

В разі
дрібномасштабних конфігурацій 100BaseT можна
застосувати міст або комутатор 10/100, які
забезпечать зв'язок частини мережі, що працює з
100BaseT, з вже існуючою мережею
10BaseT.

ОБМАНЧУВАЛЬНА
ШВИДКІСТЬ

Підсумовуючи все
вищесказане, зауважимо, що, як здається,
Fast Ethernet найбільш вдалий для вирішення проблем
високих пікових навантажень. Наприклад, якщо
хтось із користувачів працює з САПР або
програмами обробки зображень та
потребує підвищення пропускної
Здібності, то Fast Ethernet може виявитися
гарним виходом із становища. Однак якщо
проблеми викликані надлишковим числом
користувачів у мережі, то 100BaseT починає
гальмувати обмін інформацією при приблизно 50-відсотковій
завантаження мережі - іншими словами, на тому ж
рівні, що і 10BaseT. Але зрештою, це
адже не більше ніж розширення.

Fast Ethernet - специфікація IEЕЕ 802.3 u офіційно прийнята 26 жовтня 1995 визначає стандарт протоколу канального рівня для мереж працюючих при використанні як мідного, так і волоконно-оптичного кабелю зі швидкістю 100Мб/с. Нова специфікація є спадкоємицею стандарту Ethernet IEЕЕ 802.3, використовуючи такий самий формат кадру, механізм доступу до середовища CSMA/CD та топологію зірка. Еволюція торкнулася кількох елементів конфігурації засобів фізичного рівня, що дозволило збільшити пропускну здатність, включаючи типи кабелю, довжину сегментів і кількість концентраторів.

Фізичний рівень

Стандарт Fast Ethernet визначає три типи середовища передачі сигналів Ethernet зі швидкістю 100 Мбіт/с.

· 100Base-TX – дві виті пари проводів. Передача здійснюється відповідно до стандарту передачі даних у крученому фізичному середовищі, розробленому ANSI (American National Standards Institute - Американський національний інститут стандартів). Кручений кабель передачі даних може бути екранованим, або неекранованим. Використовує алгоритм кодування даних 4В/5В та метод фізичного кодування MLT-3.

· 100Base-FX – дві жили, волоконно-оптичного кабелю. Передача також здійснюється відповідно до стандарту передачі даних у волоконно-оптичному середовищі, яке розроблено ANSI. Використовує алгоритм кодування даних 4В/5В та метод фізичного кодування NRZI.

· 100Base-T4 - це особлива специфікація, розроблена комітетом IEEE 802.3u. Відповідно до цієї специфікації, передача даних здійснюється за чотирма витими парами телефонного кабелю, який називають кабелем UTP категорії 3. Використовує алгоритм кодування даних 8В/6Т та метод фізичного кодування NRZI.

Багатомодовий кабель

У волоконно-оптичному кабелі цього типу використовується волокно з серцевиною діаметром 50 або 62,5 мікрометра і зовнішньою оболонкою товщиною 125 мікрометрів. Такий кабель називається багатомодовим оптичним кабелем з волокнами 50/125 (62,5/125) мікрометрів. Для передачі світлового сигналу по багатомодовому кабелю застосовується світлодіодний приймач з довжиною хвилі 850 (820) нанометрів. Якщо багатомодовий кабель з'єднує два порти перемикачів, що працюють у повнодуплексному режимі, він може мати довжину до 2000 метрів.

Одномодовий кабель

Одномодовий волоконно-оптичний кабель має менший, ніж у багатомодового, діаметр серцевини - 10 мікрометра, і для передачі по одномодовому кабелю використовується лазерний приймач, що в сукупності забезпечує ефективну передачувеликі дистанції. Довжина хвилі світлового сигналу, що передається, близька до діаметру серцевини, який дорівнює 1300 нанометрів. Це число відоме як довжина хвилі нульової дисперсії. В одномодовому кабелі дисперсія і втрати сигналу дуже незначні, що дозволяє передавати світлові сигнали великі відстані, ніж у разі застосування многомодового волокна.

38. Технологія Gigabit Ethernet, загальна характеристика, специфікація фізичного середовища, основні поняття.
3.7.1. Загальна характеристикастандарту

Досить швидко після появи на ринку продуктів Fast Ethernet мережеві інтегратори та адміністратори відчули певні обмеження при побудові корпоративних мереж. У багатьох випадках сервери, підключені 100-мегабітним каналом, перевантажували магістралі мереж, що працюють також на швидкості 100 Мбіт/с - магістралі FDDI і Fast Ethernet. Відчувалася потреба у такому рівні ієрархії швидкостей. У 1995 року найвищий рівень швидкості могли надати лише комутатори ATM, а за відсутності у той час зручних засобів міграції цієї технології в локальні мережі (хоча специфікація LAN Emulation - LANE була прийнята на початку 1995 року, практична її реалізація була попереду) впроваджувати їх у локальну мережу майже ніхто не наважувався. Крім того, технологія ATM вирізнялася дуже високим рівнем вартості.

Тому логічним виглядав наступний крок, зроблений IEEE, - через 5 місяців після остаточного ухвалення стандарту Fast Ethernet у червні 1995 року дослідницької групи з вивчення високошвидкісних технологій IEEE було наказано зайнятися розглядом можливості вироблення стандарту Ethernet із ще більш високою бітовою швидкістю.

Влітку 1996 року було оголошено створення групи 802.3z розробки протоколу, максимально подібного Ethernet, але з бітовою швидкістю 1000 Мбіт/с. Як і у випадку Fast Ethernet, повідомлення було сприйнято прихильниками Ethernet з великим ентузіазмом.

Основною причиною ентузіазму була перспектива такого ж плавного переведення магістралей мереж на Gigabit Ethernet, подібно до того, як були переведені на Fast Ethernet перевантажені сегменти Ethernet, розташовані на нижніх рівнях ієрархії мережі. До того ж досвід передачі даних на гігабітних швидкостях вже був, як у територіальних мережах (технологія SDH), так і в локальних - технологія Fibre Channel, яка використовується в основному для підключення високошвидкісної периферії до великих комп'ютерів і передає дані по волоконно-оптичному кабелю швидкістю, близькою до гігабітної, за допомогою надлишкового коду 8В/10В.

Першу версію стандарту було розглянуто у січні 1997 року, а остаточно стандарт 802.3z було прийнято 29 червня 1998 року на засіданні комітету IEEE 802.3. Роботи з реалізації Gigabit Ethernet на кручений парі категорії 5 були передані спеціальному комітету 802.3аb, який вже розглянув кілька варіантів проекту цього стандарту, причому з липня 1998 року проект набув досить стабільного характеру. Остаточне ухвалення стандарту 802.3ab очікується у вересні 1999 року.

Не чекаючи на прийняття стандарту, деякі компанії випустили перше обладнання Gigabit Ethernet на оптоволоконному кабелі вже до літа 1997 року.

Основна ідея розробників стандарту Gigabit Ethernet полягає у максимальному збереженні ідей класичної технології Ethernet при досягненні бітової швидкості 1000 Мбіт/с.

Так як при розробці нової технології природно чекати деяких технічних новинок, що йдуть у загальному руслі розвитку мережевих технологій, то важливо відзначити, що Gigabit Ethernet, так само як і його менш швидкісні побратими, на рівні протоколу не будепідтримувати:

• якість обслуговування;
• надлишкові зв'язки;
• тестування працездатності вузлів та обладнання (в останньому випадку - за винятком тестування зв'язку порт - порт, як це робиться для Ethernet 10Base-T та 10Base-F та Fast Ethernet).

Всі три названі властивості вважаються дуже перспективними та корисними у сучасних мережах, а особливо у мережах найближчого майбутнього. Чому ж автори Gigabit Ethernet відмовляються від них?

Головна ідея розробників технології Gigabit Ethernet полягає в тому, що існує і буде існувати багато мереж, в яких висока швидкістьмагістралі та можливість призначення пакетам пріоритетів у комутаторах будуть достатні для забезпечення якості транспортного обслуговування всіх клієнтів мережі. І тільки в тих поодиноких випадках, коли і магістраль досить завантажена, і вимоги до якості обслуговування дуже жорсткі, потрібно застосовувати технологію ATM, яка за рахунок високої технічної складності дає гарантії якості обслуговування для всіх основних видів трафіку.

39. Структурна кабельна система, що застосовується в мережевих технологіях.
Структурована кабельна система (Structured Cabling System, SCS) - це набір комутаційних елементів (кабелів, роз'ємів, конекторів, кросових панелей та шаф), а також їх методика спільного використанняяка дозволяє створювати регулярні, легко розширювані структури зв'язків у обчислювальних мережах.

Структурована кабельна система представляє свого роду «конструктор», за допомогою якого проектувальник мережі будує потрібну йому конфігурацію із стандартних кабелів, з'єднаних стандартними роз'ємами та комутованих на стандартних кросових панелях. За потреби конфігурацію зв'язків можна легко змінити - додати комп'ютер, сегмент, комутатор, вилучити непотрібне устаткування, і навіть змінити з'єднання між комп'ютерами і концентраторами.

При побудові структурованої кабельної системи мається на увазі, що кожне робоче місце на підприємстві має бути оснащене розетками для підключення телефону та комп'ютера, навіть якщо цього не потрібно. Тобто хороша структурована кабельна система будується надмірною. У майбутньому це може заощадити кошти, оскільки зміни у підключенні нових пристроїв можна робити за рахунок перекоммутації вже прокладених кабелів.

Типова ієрархічна структура структурованої кабельної системи включає:

• горизонтальні підсистеми (не більше поверху);
• вертикальні підсистеми (всередині будівлі);
• підсистему кампусу (в межах однієї території з кількома будинками).

Горизонтальна підсистемаз'єднує кросову шафу поверху з розетками користувачів. Підсистеми цього відповідають поверхам будівлі. Вертикальна підсистемаз'єднує кросові шафи кожного поверху з центральної апаратної будівлі. Наступним кроком ієрархії є підсистема кампусу,яка з'єднує кілька будівель з головною апаратною всього кампусу. Ця частина кабельної системи зазвичай називається магістраллю (backbone).

Використання структурованої кабельної системи замість хаотично прокладених кабелів дає підприємству багато переваг.

· Універсальність.Структурована кабельна система при продуманій організації може стати єдиним середовищем для передачі комп'ютерних даних у локальній обчислювальній мережі, організації локальної телефонної мережі, передачі відеоінформації та навіть передачі сигналів від датчиків пожежної безпеки чи охоронних систем. Це дозволяє автоматизувати багато процесів контролю, моніторингу та управління господарськими службами та системами життєзабезпечення підприємства.

· Збільшення терміну служби.Термін морального старіння добре структурованої кабельної системи може становити 10-15 років.

· Зменшення вартості додавання нових користувачів та зміни їх місць розміщення.Відомо, що вартість кабельної системи значна і визначається переважно не вартістю кабелю, а вартістю робіт з його прокладання. Тому вигідніше провести одноразову роботу з прокладання кабелю, можливо, з більшим запасом по довжині, ніж кілька разів виконувати прокладку, нарощуючи довжину кабелю. При такому підході всі роботи з додавання або переміщення користувача зводяться до підключення комп'ютера до розетки.

· Можливість легкого розширення мережі.Структурована кабельна система є модульною, тому її легко розширювати. Наприклад, до магістралі можна додати нову підмережу, не впливаючи на існуючі підмережі. Ви можете замінити тип кабелю в окремій підмережі незалежно від решти мережі. Структурована кабельна система є основою для поділу мережі на легко керовані логічні сегменти, оскільки сама вже розділена на фізичні сегменти.

· Забезпечення ефективнішого обслуговування.Структурована кабельна система полегшує обслуговування та пошук несправностей порівняно з шинною кабельною системою. При шинній організації кабельної системи відмова одного з пристроїв або сполучних елементів призводить до відмови від всієї мережі, що важко локалізується. У структурованих кабельних системах відмова одного сегмента не діє інші, оскільки об'єднання сегментів здійснюється з допомогою концентраторів. Концентратори діагностують та локалізують несправну ділянку.

· Надійність.Структурована кабельна система має підвищену надійність, оскільки виробник такої системи гарантує як якість її окремих компонентів, а й їх сумісність.

40. Концентратори та мережеві адаптери, принципи, використання, основні поняття.
Концентратори разом з мережевими адаптерами, а також кабельною системою представляють той мінімум обладнання, за допомогою якого можна створити локальну мережу. Така мережа буде загальним середовищем, що розділяється.

Мережевий адаптер (Network Interface Card, NIC)разом зі своїм драйвером реалізує другий, канальний рівень моделі відкритих систем у кінцевому вузлі мережі – комп'ютері. Більш точно, в мережній операційній системі пара адаптер і драйвер виконує тільки функції фізичного та МАС-рівнів, в той час як рівень LLC зазвичай реалізується модулем операційної системи, єдиним для всіх драйверів та мережевих адаптерів. Власне так воно і має бути відповідно до моделі стека протоколів IEEE 802. Наприклад, в ОС Windows NT рівень LLC реалізується в модулі NDIS, загальному для всіх драйверів мережевих адаптерів, незалежно від того, яку технологію підтримує драйвер.

Мережевий адаптер спільно з драйвером виконують дві операції: передачу та прийом кадру.

В адаптерах для клієнтських комп'ютерівзначна частина роботи перекладається на драйвер, тим самим адаптер виявляється простіше та дешевше. Недоліком такого підходу є високий рівень завантаження центрального процесора комп'ютера рутинними роботами з передачі кадрів з оперативної пам'яті комп'ютера в мережу. Центральний процесор змушений займатися цією роботою замість виконання прикладних завдань користувача.

Перед встановленням комп'ютера необхідно конфігурувати мережний адаптер. При конфігуруванні адаптера зазвичай задаються номер переривання IRQ, що використовується адаптером, номер каналу прямого доступу до пам'яті DMA (якщо адаптер підтримує режим DMA) та базову адресу портів введення/виводу.

Практично у всіх сучасних технологіяхлокальних мереж визначено пристрій, який має кілька рівноправних назв концентратор(Concentrator), хаб (hub), повторювач (repeater). Залежно від сфери застосування цього пристрою значною мірою змінюється склад його функцій та конструктивне виконання. Незмінною залишається лише основна функція – це повторення кадруабо на всіх портах (як визначено у стандарті Ethernet), або лише на деяких портах, відповідно до алгоритму, визначеного відповідним стандартом.

Концентратор зазвичай має кілька портів, яких за допомогою окремих фізичних сегментів кабелю підключаються кінцеві вузли мережі - комп'ютери. Концентратор об'єднує окремі фізичні сегменти мережі в єдине середовище, що розділяється, доступ до якого здійснюється відповідно до одного з розглянутих протоколів локальних мереж - Ethernet, Token Ring і т. п. Так як логіка доступу до середовища, що розділяється, істотно залежить від технології, то для кожного типу технології випускаються свої концентратори – Ethernet; Token Ring; FDDI та 100VG-AnyLAN. Для конкретного протоколу іноді використовується свою, вузькоспеціалізовану назву цього пристрою, що більш точно відображає його функції або використовується в силу традицій, наприклад, для концентраторів Token Ring характерна назва MSAU.

Кожен концентратор виконує деяку основну функцію, визначену у відповідному протоколі технології, яку він підтримує. Хоча ця функція досить детально визначена в стандарті технології, її реалізації концентратори різних виробників можуть відрізнятися такими деталями, як кількість портів, підтримка кількох типів кабелів тощо.

Крім основної функції, концентратор може виконувати деяку кількість додаткових функцій, які або в стандарті взагалі не визначені, або є факультативними. Наприклад, концентратор Token Ring може виконувати функцію відключення портів, що некоректно працюють, і переходу на резервне кільце, хоча в стандарті такі його можливості не описані. Концентратор виявився зручним пристроєм для виконання додаткових функцій, що полегшують контроль та експлуатацію мережі.

41. Використання мостів та комутаторів, принципи, особливості, приклади, обмеження
Структуризація за допомогою мостів та комутаторів

мережу можна розділити на логічні сегменти за допомогою пристроїв двох типів - мостів (bridge) та/або комутаторів (switch, switching hub).

Міст та комутатор - це функціональні близнюки. Обидва ці пристрої просувають кадри на підставі тих самих алгоритмів. Мости та комутатори використовують два типи алгоритмів: алгоритм прозорого мосту (transparent bridge),описаного в стандарті IEEE 802.1D або алгоритм моста із маршрутизацією від джерела (source routing bridge)компанії IBM для мереж Token Ring Ці стандарти були розроблені задовго до появи першого комутатора, тому вони використовують термін «міст». Коли на світ з'явилася перша промислова модель комутатора для технології Ethernet, то вона виконувала той же алгоритм просування кадрів IEEE 802.ID, який був з десяток років відпрацьований мостами локальних і глобальних мереж

Основна відмінність комутатора від моста у тому, що міст обробляє кадри послідовно, а комутатор - паралельно. Ця обставина пов'язана з тим, що мости з'явилися в ті часи, коли мережу ділили на невелику кількість сегментів, а міжсегментний трафік був невеликим (він підкорявся правилу 80 на 20%).

Сьогодні мости, як і раніше, працюють у мережах, але тільки на досить повільних глобальних зв'язках між двома віддаленими локальними мережами. Такі мости називаються віддаленими мостами (remote bridge) і алгоритм їх роботи нічим не відрізняється від стандарту 802.1D або Source Routing.

Прозорі мости вміють, окрім передачі кадрів у рамках однієї технології, транслювати протоколи локальних мереж, наприклад Ethernet в Token Ring, FDDI в Ethernet тощо. Ця властивість прозорих мостів описана в стандарті IEEE 802.1H.

Надалі називатимемо пристрій, який просуває кадри за алгоритмом моста і працює в локальній мережі, сучасним терміном «комутатор». При описі самих алгоритмів 802.1D і Source Routing в наступному розділі будемо за традицією називати пристрій мостом, як власне воно в цих стандартах і називається.

42. Комутатори для локальних мереж, протоколи, режими роботи, приклади.
Кожен із 8 портів 10Base-T обслуговується одним процесором пакетів Ethernet - ЕРР (Ethernet Packet Processor). Крім того, комутатор має системний модуль, що координує роботу всіх процесорів ЕРР. Системний модуль веде загальну адресну таблицю комутатора та забезпечує управління комутатором за протоколом SNMP. Для передачі кадрів між портами використовується комутаційна матриця, подібна до тих, які працюють у телефонних комутаторах або мультипроцесорних комп'ютерах, з'єднуючи кілька процесорів з кількома модулями пам'яті.

Комутаційна матриця працює за принципом комутації каналів. Для 8 портів матриця може забезпечити 8 одночасних внутрішніх каналів при напівдуплексному режимі роботи портів і 16 при повнодуплексному, коли передавач і приймач кожного порту працюють незалежно один від одного.

При надходженні кадру будь-який порт процесор ЕРР буферизує кілька перших байт кадру, щоб прочитати адресу призначення. Після отримання адреси призначення процесор відразу ж приймає рішення про передачу пакета, не чекаючи на прихід інших байт кадру.

Якщо ж кадр потрібно передати на інший порт, процесор звертається до комутаційної матриці і намагається встановити в ній шлях, що зв'язує його порт з портом, через який йде маршрут до адреси призначення. Комутаційна матриця може це зробити тільки в тому випадку, коли порт адреси призначення в цей момент вільний, тобто не з'єднаний з іншим портом. Якщо порт зайнятий, то, як і в будь-якому пристрої з комутацією каналів, матриця в з'єднанні відмовляє. У цьому випадку кадр повністю буферизується процесором вхідного порту, після чого процесор очікує звільнення вихідного порту і утворення комутаційною матрицею потрібного шляху. Як тільки процесор вихідного порту отримує доступ до підключеного до нього сегменту Ethernet за алгоритмом CSMA/CD, байти кадру відразу починають передаватися до мережі. Описаний спосіб передачі кадру без його повної буферизації отримав назву комутації «на льоту» («on-the-fly») або «безперервно» («cut-through»). Головною причиною підвищення продуктивності мережі під час використання комутатора є паралельнаобробка кількох кадрів. Цей ефект ілюструє рис. 4.26. На малюнку зображена ідеальна щодо підвищення продуктивності ситуація, коли чотири порти з восьми передають дані з максимальною для протоколу Ethernet швидкістю 10 Мб/с, причому вони передають ці дані на решту чотирьох портів комутатора не конфліктуючи - потоки даних між вузлами мережі розподілилися так, що для кожного приймаючого кадри порту є свій вихідний порт. Якщо комутатор встигає обробляти вхідний трафік навіть за максимальної інтенсивності надходження кадрів на вхідні порти, то загальна продуктивність комутатора у наведеному прикладі становитиме 4x10 = 40 Мбіт/с, а при узагальненні прикладу N портів - (N/2)xlO Мбіт/с. Кажуть, що комутатор надає кожній станції або сегменту, підключеним до його портів, виділену пропускну спроможність протоколу. Природно, що в мережі не завжди складається така ситуація, яка зображена на рис. 4.26. Якщо двом станціям, наприклад станціям, підключеним до портів 3 і 4, одночасно потрібно записувати дані на той самий сервер, підключений до порту 8, то комутатор зможе виділити кожної станції потік даних по 10 Мбіт/с, оскільки порт 5 неспроможна передавати дані зі швидкістю 20 Мбіт/с. Кадри станцій чекатимуть у внутрішніх чергах вхідних портів 3 і 4, коли звільниться порт 8 передачі чергового кадру. Очевидно, гарним рішеннямдля такого розподілу потоків даних було б підключення сервера до більш високошвидкісного порту, наприклад Fast Ethernet. Так як головна перевага комутатора, завдяки якому він завоював дуже хороші позиції в локальних мережах, це його висока продуктивність, то розробники комутаторів намагаються випускати так звані неблокуючі (non-blocking)моделі комутаторів

43. Алгоритм роботи прозорого моста.
Прозорі мости непомітні для мережних адаптерів кінцевих вузлів, так як вони самостійно будують спеціальну адресну таблицю, на підставі якої можна вирішити, потрібно передавати кадр, що прийшов, в якийсь інший сегмент чи ні. Мережеві адаптери при використанні прозорих мостів працюють так само, як і у разі їх відсутності, тобто не роблять жодних додаткових дій, щоб кадр пройшов через міст. Алгоритм прозорого мосту не залежить від технології локальної мережі, в якій встановлюється міст, тому прозорі мости Ethernet працюють так само, як прозорі мости FDDI.

Прозорий міст будує свою адресну таблицю на підставі пасивного спостереження за трафіком, що циркулює у підключених до його портів сегментах. При цьому міст враховує адреси джерел кадрів даних, що надходять на порти мосту. За адресою джерела кадру міст робить висновок про належність цього вузла тому чи іншому сегменту мережі.

Розглянемо процес автоматичного створення адресної таблиці мосту та її використання на прикладі простої мережі, представленої на рис. 4.18.

Рис. 4.18. Принцип роботи прозорого мосту

Міст з'єднує два логічні сегменти. Сегмент 1 складають комп'ютери, підключені за допомогою одного відрізка коаксіального кабелю до порту моста 1, а сегмент 2 - комп'ютери, підключені за допомогою іншого відрізка коаксіального кабелю до порту моста 2.

Кожен порт моста працює як кінцевий вузол свого сегмента за одним винятком - порт моста не має власної МАС-адреси. Порт мосту працює у так званому нерозбірливий (promisquous)режимі захоплення пакетів, коли всі пакети, що надходять на порт, запам'ятовуються в буферній пам'яті. За допомогою такого режиму міст стежить за всім трафіком, що передається в приєднаних до нього сегментах, і використовує пакети, що проходять через нього, для вивчення складу мережі. Так як в буфер записуються всі пакети, то адреса порту мосту не потрібна.

У вихідний станМіст нічого не знає про те, комп'ютери з якими МАС-адресами підключені до кожного з його портів. Тому в цьому випадку міст просто передає будь-який захоплений та буферизований кадр на всі свої порти за винятком того, від якого цей кадр отримано. У нашому прикладі біля моста лише два порти, тому він передає кадри з порту 1 на порт 2, і навпаки. Коли міст збирається передати кадр з сегмента на сегмент, наприклад з сегмента 1 на сегмент 2, він знову намагається отримати доступ до сегмента 2 як кінцевий вузол за правилами алгоритму доступу, даному прикладі- За правилами алгоритму CSMA/CD.

Одночасно з передачею кадру на всі порти міст вивчає адресу джерела кадру та робить новий записпро його належність у своїй адресній таблиці, яку називають таблицею фільтрації чи маршрутизації.

Після того, як міст пройшов етап навчання, він може працювати більш раціонально. При отриманні кадру, спрямованого, наприклад, від комп'ютера 1 комп'ютеру 3, він переглядає адресну таблицю на предмет збігу її адрес з адресою призначення 3. Оскільки такий запис є, міст виконує другий етап аналізу таблиці - перевіряє, чи знаходяться комп'ютери з адресами джерела ( у нашому випадку - це адреса 1) та адресою призначення (адреса 3) в одному сегменті. Так як у нашому прикладі вони знаходяться в різних сегментах, то міст виконує операцію просування (forwarding)кадру – передає кадр на інший порт, попередньо отримавши доступ до іншого сегменту.

Якщо адресу призначення невідомий, то міст передає кадр попри всі свої порти, крім порту - джерела кадру, як й у початковій стадії процесу навчання.

44. Мости з маршрутизацією джерела.
Мости з маршрутизацією від джерела застосовуються для з'єднання кілець Token Ring і FDDI, хоча для цих цілей можуть використовуватися і прозорі мости. Маршрутизація від джерела (Source Routing, SR) заснована на тому, що станція-відправник поміщає в кадр, що посилається в інше кільце, всю адресну інформацію про проміжні мости і кільця, які повинен пройти кадр перед тим, як потрапити в кільце, до якого підключена станція- отримувач.

Розглянемо принципи роботи мостів Source Routing (надалі, SR-мости) з прикладу мережі, зображеної на рис. 4.21. Мережа складається з трьох кілець, з'єднаних трьома мостами. Для завдання маршруту кільця та мости мають ідентифікатори. SR-мости не будують адресну таблицю, а при просуванні кадрів користуються інформацією, що є у відповідних полях кадру даних.

Рис. 4.21.Мости типу Source Routing

При отриманні кожного пакета SR-мосту потрібно переглянути поле маршрутної інформації (поле Routing Information Field, RIF, у кадрі Token Ring або FDDI) щодо наявності в ньому свого ідентифікатора. І якщо він там присутній і супроводжується ідентифікатором кільця, яке підключено до даного мосту, то в цьому випадку міст копіює кадр, що надійшов у зазначене кільце. В іншому випадку кадр до іншого кільця не копіюється. У будь-якому випадку вихідна копія кадру повертається по вихідному кільцю станції-відправнику, і якщо він був переданий в інше кільце, то біт А (адреса розпізнаний) і біт С (кадр скопійований) поля статусу кадру встановлюються в 1, щоб повідомити станцію-відправнику, що кадр було отримано станцією призначення (у разі передано мостом в інше кільце).

Так як маршрутна інформація в кадрі потрібна не завжди, а тільки для передачі кадру між станціями, підключеними до різних кільцях, наявність у кадрі поля RIF позначається установкою в 1 біт індивідуальної/групової адреси (I/G) (при цьому даний біт використовується не за призначенням, оскільки адреса джерела завжди індивідуальна).

Поле RIF має підполе, що управляє, що складається з трьох частин.

• Тип кадрувизначає тип поля RIF. Існують різні типиполів RIF, що використовуються для знаходження маршруту та для відправки кадру за відомим маршрутом.
• Поле максимальної довжини кадрувикористовується мостом зв'язку кілець, у яких встановлено різне значення MTU. За допомогою цього поля міст повідомляє станцію про максимально можливу довжину кадру (тобто мінімальне значення MTU протягом усього складеного маршруту).
• Довжина поля RIFнеобхідна, оскільки заздалегідь невідома кількість описників маршруту, що задають ідентифікатори кілець і мостів, що перетинаються.

Для роботи алгоритму маршрутизації від джерела використовуються два додаткові типи кадру - одномаршрутний широкомовний кадр-дослідник SRBF (single-route broadcast frame) і багатомаршрутний широкомовний кадр-дослідник ARBF (all-route broadcast frame).

Усі SR-мости повинні бути налаштовані адміністратором вручну, щоб передавати кадри ARBF на всі порти, крім порту-джерела кадру, а для кадрів SRBF деякі порти мостів потрібно заблокувати, щоб у мережі не було петель.

Переваги та недоліки мостів з маршрутизацією від джерела

45. Комутатори: технічна реалізація, функції, показники, що впливають їх роботу.
Особливості технічної реалізації комутаторів. Багато комутатори першого покоління були схожі на маршрутизатори, тобто ґрунтувалися на центральному процесорізагального призначення, пов'язаного з інтерфейсними портами внутрішньої швидкісної шині. Основним недоліком таких комутаторів була їхня низька швидкість. Універсальний процесор ніяк не міг впоратися з великим обсягом спеціалізованих операцій із пересилання кадрів між інтерфейсними модулями. Крім процесорних мікросхем для успішної неблокуючої роботи комутатору потрібно мати швидкодіючий вузол для передачі кадрів між процесорними мікросхемами портів. В даний час комутатори використовують як базову одну з трьох схем, на якій будується такий вузол обміну:

• комутаційна матриця;
• багатовхідна пам'ять, що розділяється;
• загальна шина.

Найбільшого поширення серед стандартних мереж набула мережа Ethernet. Вперше вона з'явилася в 1972 (розробником виступила відома фірма Xerox). Мережа виявилася досить вдалою, і внаслідок цього її в 1980 підтримали такі найбільші компанії, як DEC і Intel (об'єднання цих компаній назвали DIX за першими літерами їх назв). Їх стараннями в 1985 році мережа Ethernet стала міжнародним стандартом, її прийняли найбільші міжнародні організації зі стандартів: комітет 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) та ECMA (European Computer Manufacturers Association).

Стандарт отримав назву IEEE 802.3 (англійською читається як eight oh two dot three). Він визначає множинний доступ до моноканалу типу шина з виявленням конфліктів і контролем передачі, тобто з методом доступу CSMA/CD, що вже згадувався. Цьому стандарту задовольняли деякі інші мережі, оскільки рівень його деталізації невисокий. В результаті мережі стандарту IEEE 802.3 нерідко були несумісні між собою як за конструктивними, так і електричними характеристиками. Однак останнім часом стандарт IEEE 802.3 вважається стандартом мережі Ethernet.

Основні характеристики початкового стандарту IEEE 802.3:

• топологія – шина;
• середовище передачі – коаксіальний кабель;
• швидкість передачі – 10 Мбіт/с;
• максимальна довжина мережі – 5 км;
• максимальна кількість абонентів – до 1024;
• довжина сегмента мережі – до 500 м;
• кількість абонентів на одному сегменті – до 100;
• метод доступу – CSMA/CD;
• передача вузькосмугова, тобто без модуляції (моноканал).

Строго кажучи, між стандартами IEEE 802.3 та Ethernet існують незначні відмінності, але про них зазвичай вважають за краще не згадувати.

Мережа Ethernet сьогодні найбільш популярна у світі (понад 90% ринку), імовірно такою вона і залишиться найближчими роками. Цьому значною мірою сприяло те, що з самого початку характеристики, параметри, протоколи мережі були відкриті, внаслідок чого величезна кількість виробників в усьому світі почали випускати апаратуру Ethernet, повністю сумісну між собою.

У класичній мережі Ethernet застосовувався 50-омний коаксіальний кабель двох видів (товстий і тонкий). Однак останнім часом (з початку 90-х років) найбільшого поширення набула версія Ethernet, яка використовує як середовище передачі кручені пари. Визначено також стандарт для застосування в мережі оптоволоконного кабелю. Для врахування цих змін до початкового стандарту IEEE 802.3 було зроблено відповідні додавання. У 1995 році з'явився додатковий стандарт на більш швидку версію Ethernet, що працює на швидкості 100 Мбіт/с (так званий Fast Ethernet, стандарт IEEE 802.3u), що використовує як середовище передачі кручена пара або оптоволоконний кабель. У 1997 році з'явилася версія на швидкість 1000 Мбіт/с (Gigabit Ethernet, стандарт IEEE 802.3z).

Крім стандартної топології шини, все ширше застосовуються топології типу пасивна зірка і пасивне дерево. При цьому передбачається використання репітерів і репітерних концентраторів, що з'єднують різні частини (сегменти) мережі. Внаслідок цього може сформуватися деревоподібна структура на сегментах різних типів (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Класична топологія мережі Ethernet

Як сегмент (частини мережі) може виступати класична шина або одиничний абонент. Для шинних сегментів використовується коаксіальний кабель, а для променів пасивної зірки (для приєднання до концентратора одиночних комп'ютерів) – кручена пара та оптоволоконний кабель. Головна вимога до отриманої в результаті топології - щоб у ній не було замкнених шляхів (завіс). Фактично виходить, що всі абоненти з'єднані у фізичну шину, оскільки сигнал від кожного з них поширюється відразу на всі боки і не повертається назад (як у кільці).

Максимальна довжина кабелю мережі в цілому (максимальний шлях сигналу) теоретично може досягати 6,5 км, але практично не перевищує 3,5 км.

У мережі Fast Ethernet не передбачено фізичної топології шина, використовується тільки пасивна зірка або пасивне дерево. До того ж у Fast Ethernet набагато жорсткіші вимоги до граничної довжини мережі. Адже при збільшенні в 10 разів швидкості передачі та збереженні формату пакета його мінімальна довжина стає вдесятеро коротшою. Таким чином, у 10 разів зменшується допустима величина подвійного часу проходження сигналу по мережі (5,12 мкс проти 51,2 мкс в Ethernet).

Для передачі в мережі Ethernet застосовується стандартний манчестерський код.

Доступ до мережі Ethernet здійснюється за випадковим методом CSMA/CD, що забезпечує рівноправність абонентів. У мережі використовують пакети змінної довжини зі структурою, представленої на рис. 7.2. (цифри показують кількість байт)

Рис. 7.2. Структура мережі Ethernet

Довжина кадру Ethernet (тобто пакета без преамбули) має бути не менше 512 бітових інтервалів або 51,2 мкс (саме така гранична величина подвійного часу проходження в мережі). Передбачено індивідуальну, групову та широкомовну адресацію.

У пакет Ethernet входять такі поля:

• Преамбула складається з 8 байт, перші сім є код 10101010, а останній байт – код 10101011. У стандарті IEEE 802.3 восьмий байт називається ознакою початку кадру (SFD – Start of Frame Delimiter) і утворює окреме поле пакета.
• Адреси одержувача (приймача) та відправника (передавача) включають по 6 байт і будуються за стандартом, описаним у розділі Адресація пакетів лекції 4. Ці адресні поля обробляються апаратурою абонентів.
• Поле управління (L/T – Length/Type) містить інформацію про довжину поля даних. Воно може також визначати тип протоколу, що використовується. Прийнято вважати, що якщо значення цього поля не більше 1500, воно вказує на довжину поля даних. Якщо його значення більше 1500, воно визначає тип кадру. Поле керування обробляється програмно.
• Поле даних повинно включати від 46 до 1500 байт даних. Якщо пакет має містити менше 46 байт даних, то поле даних доповнюється байтами заповнення. Відповідно до стандарту IEEE 802.3, у структурі пакета виділяється спеціальне поле заповнення (pad data – незначні дані), яке може мати нульову довжину, коли даних достатньо (більше 46 байт).
• Поле контрольної суми (FCS – Frame Check Sequence) містить 32-розрядну циклічну контрольну суму пакета (CRC) і служить для перевірки правильності передачі пакета.

Таким чином, мінімальна довжина кадру (пакета без преамбули) становить 64 байти (512 біт). Саме ця величина визначає максимально допустиму подвійну затримку поширення сигналу мережі в 512 бітових інтервалів (51,2 мкс для Ethernet або 5,12 мкс для Fast Ethernet). Стандарт передбачає, що преамбула може зменшуватись при проходженні пакета через різні мережні пристрої, тому вона не враховується. Максимальна довжина кадру дорівнює 1518 байтам (12144 біти, тобто 1214,4 мкс для Ethernet, 121,44 мкс для Fast Ethernet). Це важливо для вибору розміру буферної пам'яті мережного обладнання та оцінки загальної завантаженості мережі.

Вибір формату преамбули не випадковий. Справа в тому, що послідовність одиниць, що чергуються, і нулів (101010…10) в манчестерському коді характеризується тим, що має переходи тільки в середині бітових інтервалів (див. розділ 2.6.3), тобто тільки інформаційні переходи. Безумовно, приймачеві просто налаштуватися (синхронізуватися) за такої послідовності, навіть якщо вона з якоїсь причини коротшає на кілька біт. Останні два одиничні біти преамбули (11) суттєво відрізняються від послідовності 101010…10 (з'являються переходи ще й межі бітових інтервалів). Тому приймач, що вже налаштувався, легко може виділити їх і детектувати тим самим початок. корисної інформації(Початок кадру).

Для мережі Ethernet, що працює на швидкості 10 Мбіт/с, стандарт визначає чотири основні типи сегментів мережі, орієнтованих на різні середовища передачі інформації:

• 10BASE5 (товстий коаксіальний кабель);
• 10BASE2 (тонкий коаксіальний кабель);
• 10BASE-T (кручена пара);
• 10BASE-FL (оптоволоконний кабель).

Найменування сегмента включає три елементи: цифра 10 означає швидкість передачі 10 Мбіт/с, слово BASE – передачу в основній смузі частот (тобто без модуляції високочастотного сигналу), а останній елемент – допустиму довжину сегмента: 5 – 500 метрів, 2 – 200 метрів (точніше, 185 метрів) або тип лінії зв'язку: Т – кручена пара (від англійського twisted-pair), F – оптоволоконний кабель (від англійського fiber optic).

Так само для мережі Ethernet, що працює на швидкості 100 Мбіт/с (Fast Ethernet) стандарт визначає три типи сегментів, що відрізняються типами середовища передачі:

• 100BASE-T4 (четверинна кручена пара);
• 100BASE-TX (здвоєна кручена пара);
• 100BASE-FX (оптоволоконний кабель).

Тут цифра 100 означає швидкість передачі 100 Мбіт/с, буква Т – кручена пара, буква F – оптоволоконний кабель. Типи 100BASE-TX та 100BASE-FX іноді об'єднують під ім'ям 100BASE-X, а 100BASE-T4 та 100BASE-TX – під ім'ям 100BASE-T.

Докладніше особливості апаратури Ethernet, а також алгоритм управління обміном CSMA/CD та алгоритм обчислення циклічної контрольної суми (CRC) будуть розглянуті далі в спеціальних розділах курсу. Тут слід зазначити лише те, що мережа Ethernet не відрізняється ні рекордними характеристиками, ні оптимальними алгоритмами, вона поступається рядом параметрів іншим стандартним мережам. Але завдяки потужній підтримці, найвищому рівню стандартизації, величезним обсягам випуску технічних засобів, Ethernet вигідно виділяється серед інших стандартних мереж, і тому будь-яку іншу мережеву технологіюприйнято порівнювати саме з Ethernet.

Розвиток технології Ethernet йде шляхом все більшого відходу від початкового стандарту. Застосування нових середовищ передачі та комутаторів дозволяє суттєво збільшити розмір мережі. Відмова від манчестерського коду (у мережі Fast Ethernet та Gigabit Ethernet) забезпечує збільшення швидкості передачі даних та зниження вимог до кабелю. Відмова від методу керування CSMA/CD (за повнодуплексного режиму обміну) дає можливість різко підвищити ефективність роботи та зняти обмеження з довжини мережі. Тим не менш, нові різновиди мережі також називаються мережею Ethernet.

Мережа Token-Ring

Мережа Token-Ring (маркерне кільце) була запропонована компанією IBM в 1985 (перший варіант з'явився в 1980). Вона призначалася для об'єднання в мережу всіх типів комп'ютерів IBM. Вже той факт, що її підтримує компанія IBM, найбільший виробник комп'ютерної техніки, говорить про те, що їй необхідно приділити особливу увагу. Але не менш важливим є те, що Token-Ring є в даний час міжнародним стандартом IEEE 802.5 (хоча між Token-Ring і IEEE 802.5 є незначні відмінності). Це ставить дану мережуна один рівень за статусом із Ethernet.

Розроблявся Token-Ring як надійна альтернатива Ethernet. І хоча зараз Ethernet витісняє решту мереж, Token-Ring не можна вважати безнадійно застарілою. Понад 10 мільйонів комп'ютерів у всьому світі об'єднані цією мережею.

Компанія IBM зробила все для максимально широкого розповсюдження своєї мережі: було випущено докладну документацію аж до важливих схемадаптерів. В результаті багато компаній, наприклад, 3СOM, Novell, Western Digital, Proteon та інші приступили до виробництва адаптерів. До речі, спеціально для цієї мережі, а також для іншої мережі IBM PC Network було розроблено концепцію NetBIOS. Якщо у створеній раніше мережі PC Network програми NetBIOS зберігалися у вбудованій адаптер постійної пам'яті, то мережі Token-Ring вже застосовувалася емулююча NetBIOS програма. Це дозволило більш гнучко реагувати на особливості апаратури та підтримувати сумісність із програмами вищого рівня.

Мережа Token-Ring має кільце топологію, хоча зовні вона більше нагадує зірку. Це з тим, що окремі абоненти (комп'ютери) приєднуються до мережі не безпосередньо, а через спеціальні концентратори чи багатостанційні пристрої доступу (MSAU чи MAU – Multistation Access Unit). Фізично мережа утворює зірково-кільцеву топологію (рис. 7.3). Насправді ж абоненти об'єднуються все-таки в кільце, тобто кожен із них передає інформацію одному сусідньому абоненту, а приймає інформацію від іншого.

Рис. 7.3. Зірково-кільцева топологія мережі Token-Ring

Концентратор (MAU) у своїй дозволяє централізувати завдання конфігурації, відключення несправних абонентів, контроль роботи мережі тощо. (Рис. 7.4). Жодної обробки інформації він не виробляє.

Рис. 7.4. З'єднання абонентів мережі Token-Ring у кільце за допомогою концентратора (MAU)

Для кожного абонента у складі концентратора використовується спеціальний блок підключення до магістралі (TCU – Trunk Coupling Unit), який забезпечує автоматичне включенняабонента в кільце, якщо він підключений до концентратора та справний. Якщо абонент відключається від концентратора або він несправний, то блок TCU автоматично відновлює цілісність кільця без участі цього абонента. Спрацьовує TCU за сигналом постійного струму(Так званий фантомний струм), який приходить від абонента, який бажає включитися в кільце. Абонент може також відключитися від кільця та провести процедуру самотестування (крайній правий абонент на рис. 7.4). Фантомний струм ніяк не впливає на інформаційний сигнал, оскільки сигнал у кільці немає постійної складової.

Конструктивно концентратор є автономним блоком з десятьма роз'ємами на передній панелі (рис. 7.5).

Рис. 7.5. Концентратор Token-Ring (8228 MAU)

Вісім центральних роз'ємів (1-8) призначені для підключення абонентів (комп'ютерів) за допомогою адаптерних (Adapter cable) або радіальних кабелів. Два крайні роз'єми: вхідний RI (Ring In) та вихідний RO (Ring Out) служать для підключення до інших концентраторів за допомогою спеціальних магістральних кабелів (Path cable). Пропонуються настінний та настільний варіанти концентратора.

Існують як пасивні, і активні концентратори MAU. Активний концентратор відновлює сигнал, що надходить від абонента (тобто працює, як концентратор Ethernet). Пасивний концентратор не виконує відновлення сигналу, лише перекомутує лінії зв'язку.

Концентратор у мережі може бути єдиним (як на рис.7.4), у цьому випадку кільце замикаються лише абоненти, підключені до нього. Зовні така топологія виглядає як зірка. Якщо ж потрібно підключити до мережі більше восьми абонентів, кілька концентраторів з'єднуються магістральними кабелями і утворюють зірково-кільцеву топологію.

Як зазначалося, кільцева топологія дуже чутлива до обривів кабелю кільця. Для підвищення живучості мережі, в Token-Ring передбачено режим так званого згортання кільця, що дозволяє обійти місце урвища.

У нормальному режимі концентратори з'єднані в кільце двома паралельними кабелями, але передача інформації проводиться лише по одному з них (рис. 7.6).

Рис. 7.6. Об'єднання концентраторів MAU у нормальному режимі

У разі одиночного пошкодження (обриву) кабелю мережа здійснює передачу по обох кабелях, обминаючи цим пошкоджену ділянку. При цьому зберігається порядок обходу абонентів, підключених до концентраторів (рис. 7.7). Щоправда, зростає сумарна довжина кільця.

У разі множинних пошкоджень кабелю мережа розпадається на кілька частин (сегментів), які не пов'язані між собою, але зберігають повну працездатність (рис. 7.8). Максимальна частина мережі залишається при цьому пов'язаною, як і раніше. Звичайно, це вже не рятує мережу в цілому, але дозволяє за умови правильного розподілу абонентів по концентраторах зберігати значну частину функцій пошкодженої мережі.

Декілька концентраторів може конструктивно поєднуватися в групу, кластер (cluster), всередині якого абоненти також з'єднані в кільце. Застосування кластерів дозволяє збільшувати кількість абонентів, підключених до одного центру, наприклад, до 16 (якщо кластер входить два концентратора).

Рис. 7.7. Згортання кільця при пошкодженні кабелю

Рис. 7.8. Розпад кільця при множинні пошкодження кабелю

Як середовище передачі в мережі IBM Token-Ring спочатку застосовувалася кручена пара як неекранована (UTP), так і екранована (STP), але потім з'явилися варіанти апаратури для коаксіального кабелю, а також для оптоволоконного кабелю в стандарті FDDI.

Основні технічні характеристикикласичного варіанта мережі Token-Ring:

• максимальна кількість концентраторів типу IBM 8228 MAU – 12;
• максимальна кількість абонентів у мережі – 96;
• максимальна довжина кабелю між абонентом та концентратором – 45 метрів;
• максимальна довжина кабелю між концентраторами – 45 метрів;
• максимальна довжина кабелю, що з'єднує усі концентратори – 120 метрів;
• швидкість передачі даних – 4 Мбіт/с та 16 Мбіт/с.

Усі наведені характеристики відносяться до нагоди використання неекранованої кручений пари. Якщо використовується інше середовище передачі, характеристики мережі можуть відрізнятися. Наприклад, при використанні екранованої кручений пари (STP) кількість абонентів може бути збільшена до 260 (замість 96), довжина кабелю – до 100 метрів (замість 45), кількість концентраторів – до 33, а повна довжина кільця, що з'єднує концентратори – до 200 метрів . Оптоволоконний кабель дає змогу збільшувати довжину кабелю до двох кілометрів.

Для передачі в Token-Ring застосовується біфазний код (точніше, його варіант з обов'язковим переходом у центрі бітового інтервалу). Як і в будь-якій зіркоподібній топології, жодних додаткових заходів щодо електричного узгодження та зовнішнього заземлення не потрібно. Узгодження виконується апаратурою мережевих адаптерів та концентраторів.

Для приєднання кабелів у Token-Ring використовуються роз'єми RJ-45 (для неекранованої кручений пари), а також MIC і DB9P. Провід у кабелі з'єднують однойменні контакти роз'ємів (тобто використовуються звані прямі кабелі).

Мережа Token-Ring у класичному варіанті поступається мережі Ethernet як за допустимим розміром, так і максимальною кількістю абонентів. Що ж до швидкості передачі, нині є версії Token-Ring на швидкість 100 Мбіт/с (High Speed ​​Token-Ring, HSTR) і 1000 Мбіт/с (Gigabit Token-Ring). Компанії, що підтримують Token-Ring (серед яких IBM, Olicom, Madge), не мають наміру відмовлятися від своєї мережі, розглядаючи її як гідного конкурента Ethernet.

У порівнянні з апаратурою Ethernet апаратура Token-Ring помітно дорожча, оскільки використовується складніший метод управління обміном, тому мережа Token-Ring не набула такого широкого поширення.

Однак, на відміну від Ethernet, мережа Token-Ring значно краще тримає високий рівень навантаження (більше 30-40%) і забезпечує гарантований час доступу. Це необхідно, наприклад, у мережах виробничого призначення, в яких затримка реакції на зовнішню подію може призвести до серйозних аварій.

У мережі Token-Ring використовується класичний маркерний метод доступу, тобто по кільцю постійно циркулює маркер, якого абоненти можуть приєднувати свої пакети даних (див. рис. 7.8). Звідси випливає така важлива перевага цієї мережі, як відсутність конфліктів, але є й недоліки, зокрема необхідність контролю цілісності маркера та залежність функціонування мережі від кожного абонента (у разі несправності абонент обов'язково має бути виключений з кільця).

Граничний час передачі пакета Token-Ring 10 мс. За максимальної кількості абонентів 260 повний цикл роботи кільця складе 260 x 10 мс = 2,6 с. За цей час усі 260 абонентів зможуть передати свої пакети (якщо, звичайно, їм є що передавати). За цей час вільний маркер обов'язково дійде до кожного абонента. Той самий інтервал є верхньою межею часу доступу Token-Ring.

Кожен абонент мережі (його мережевий адаптер) має виконувати наступні функції:

• виявлення помилок передачі;
• контроль конфігурації мережі (відновлення мережі при виході з експлуатації того абонента, який передує йому у кільці);
• контроль численних тимчасових співвідношень, прийнятих у мережі.

Велика кількість функцій, звичайно, ускладнює та подорожчає апаратуру мережного адаптера.

Для контролю за цілісністю маркера в мережі використовується один з абонентів (так званий активний монітор). При цьому його апаратура нічим не відрізняється від інших, але його програмні засобистежать за тимчасовими співвідношеннями у мережі і формують у разі потреби новий маркер.

Активний монітор виконує такі функції:

• запускає в кільце маркер на початку роботи та при його зникненні;
• регулярно (раз на 7 с) повідомляє про свою присутність спеціальним керуючим пакетом (AMP – Active Monitor Present);
• видаляє з кільця пакет, який не був видалений абонентом, що його послав;
• стежить за допустимим часом передачі пакета.

Активний монітор вибирається при ініціалізації мережі, ним може бути будь-який комп'ютер мережі, але зазвичай стає перший включений в мережу абонент. Абонент, що став активним монітором, включає в мережу свій буфер (зсувний регістр), який гарантує, що маркер вміщуватиметься в кільці навіть при мінімальній довжині кільця. Розмір цього буфера – 24 біти для швидкості 4 Мбіт/с та 32 біти для швидкості 16 Мбіт/с.

Кожен абонент постійно стежить, як активний монітор виконує свої обов'язки. Якщо активний монітор чомусь виходить з ладу, то включається спеціальний механізм, з якого всі інші абоненти (запасні, резервні монітори) приймають рішення про призначення нового активного монітора. Для цього абонент, який виявив аварію активного монітора, передає по кільцю пакет, що управляє (пакет запиту маркера) зі своєю MAC-адресою. Кожен наступний абонент порівнює MAC-адресу з пакета з власним. Якщо його власна адреса менша, він передає пакет далі без змін. Якщо ж більше, то він встановлює в пакеті свою MAC-адресу. Активним монітором стане той абонент, у якого значення MAC-адреси більше, ніж у інших (він повинен тричі отримати назад пакет зі своєю MAC-адресою). Ознакою виходу з експлуатації активного монітора є невиконання ним однієї з перерахованих функцій.

Маркер мережі Token-Ring є керуючим пакетом, що містить всього три байти (рис. 7.9): байт початкового роздільника (SD – Start Delimiter), байт управління доступом (AC – Access Control) та байт кінцевого роздільника (ED – End Delimiter). Всі ці три байти входять також до складу інформаційного пакета, щоправда, функції в маркері й у пакеті дещо різняться.

Початковий і кінцевий роздільники є не просто послідовністю нулів і одиниць, а містять сигнали спеціального вигляду. Це було зроблено для того, щоб роздільники не можна було сплутати з іншими байтами пакетів.

Рис. 7.9. Формат маркеру мережі Token-Ring

Початковий роздільник SD містить чотири нестандартні бітові інтервали (рис. 7.10). Два з них, що позначаються J, є низьким рівнем сигналу протягом всього бітового інтервалу. Два інших біти, що позначаються, являють собою високий рівень сигналу протягом всього бітового інтервалу. Зрозуміло, такі збої в синхронізації легко виявляються приймачем. Біти J та K ніколи не можуть зустрічатися серед бітів корисної інформації.

Рис. 7.10. Формати початкового (SD) та кінцевого (ED) роздільників

Кінцевий роздільник ED також містить у собі чотири біти спеціального виду (два біти J і два біти K), а також два одиничні біти. Але, крім того, до нього входять і два інформаційних біти, які мають сенс лише у складі інформаційного пакету:

• Біт I (Intermediate) є ознакою проміжного пакета (1 відповідає першому в ланцюжку або проміжному пакеті, 0 – останньому в ланцюжку або єдиному пакету).
• Біт E (Error) є ознакою виявленої помилки (0 відповідає відсутності помилок, 1 – їх наявності).

Байт управління доступом (AC – Access Control) розділений на чотири поля (рис. 7.11): поле пріоритету (три біти), біт маркера, біт монітора та поле резервування (три біти).

Рис. 7.11. Формат байта керування доступом

Біти (поле) пріоритету дозволяють абоненту надавати пріоритет своїм пакетам або маркеру (пріоритет може бути від 0 до 7, причому 7 відповідає найвищому пріоритету, а 0 – нижчому). Абонент може приєднати до маркера свій пакет лише тоді, коли його власний пріоритет (пріоритет його пакетів) такий самий або вищий за пріоритет маркера.

Біт маркера визначає, чи приєднаний до маркеру пакет чи ні (одиниця відповідає маркеру без пакета, нуль – маркеру з пакетом). Біт монітора, встановлений в одиницю, говорить про те, що маркер передано активним монітором.

Біти (поле) резервування дозволяють абоненту зарезервувати своє право подальше захоплення мережі, тобто зайняти чергу обслуговування. Якщо пріоритет абонента (пріоритет його пакетів) вищий, ніж поточне значення поля резервування, він може записати туди свій пріоритет замість колишнього. Після обходу кільцем у полі резервування буде записано найвищий пріоритет з усіх абонентів. Вміст поля резервування аналогічний вмісту поля пріоритету, але говорить про майбутній пріоритет.

В результаті використання полів пріоритету та резервування забезпечується можливість доступу до мережі лише абонентам, які мають пакети передачі з найвищим пріоритетом. Менш пріоритетні пакети обслуговуватимуться лише після вичерпання більш пріоритетних пакетів.

Формат інформаційного пакету (кадра) Token-Ring представлено на рис. 7.12. Крім початкового та кінцевого роздільників, а також байта керування доступом у цей пакет входять також байт керування пакетом, мережні адреси приймача та передавача, дані, контрольна сума та байт стану пакета.

Рис. 7.12. Формат пакета (кадра) мережі Token-Ring (довжина полів дана в байтах)

Призначення поля пакета (кадра).

• Початковий роздільник (SD) є ознакою початку пакета, формат такий самий, як і в маркері.
• Байт управління доступом (AC) має той самий формат, що у маркері.
• Байт керування пакетом (FC – Frame Control) визначає тип пакета (кадра).
• Шестибайтові MAC-адреси відправника та одержувача пакета мають стандартний формат, описаний у лекції 4.
• Поле даних (Data) включає передані дані (в інформаційному пакеті) або інформацію для управління обміном (в пакеті, що управляє).
• Поле контрольної суми (FCS – Frame Check Sequence) є 32-розрядною циклічною контрольною сумою пакету (CRC).
• Кінцевий роздільник (ED), як і маркері, вказує на кінець пакета. Крім того, він визначає, чи є даний пакет проміжним або заключним у послідовності пакетів, що передаються, а також містить ознаку помилковості пакета (див. рис. 7.10).
• Байт стану пакета (FS - Frame Status) говорить про те, що відбувалося з цим пакетом: чи був він побачений приймачем (тобто, чи існує приймач із заданою адресою) і скопійовано на згадку приймача. Відправник пакета дізнається, чи дійшов пакет за призначенням і без помилок або його треба передавати заново.

Слід зазначити, що більший допустимий розмір даних, що передаються, в одному пакеті в порівнянні з мережею Ethernet може стати вирішальним фактором для збільшення продуктивності мережі. Теоретично для швидкостей передачі 16 Мбіт/с і 100 Мбіт/с довжина поля даних може сягати навіть 18 Кбайт, що при передачі великих обсягів даних. Але навіть за швидкості 4 Мбіт/с завдяки маркерному методу доступу мережа Token-Ring часто забезпечує більшу фактичну швидкість передачі, ніж мережа Ethernet (10 Мбіт/с). Особливо помітна перевага Token-Ring при великих навантаженнях(понад 30-40%), тому що в цьому випадку метод CSMA/CD вимагає багато часу на вирішення повторних конфліктів.

Абонент, який бажає передавати пакет, чекає на прихід вільного маркера і захоплює його. Захоплений маркер перетворюється на обрамлення інформаційного пакета. Потім абонент передає інформаційний пакет у кільце і чекає на його повернення. Після цього він звільняє маркер і знову посилає його до мережі.

Крім маркера і звичайного пакета мережі Token-Ring може передаватися спеціальний керуючий пакет, що служить для переривання передачі (Abort). Він може бути надісланий у будь-який момент і в будь-якому місці потоку даних. Цей пакет складається з двох однобайтових полів - початкового (SD) і кінцевого (ED) роздільників описаного формату.

Цікаво, що у швидшій версії Token-Ring (16 Мбіт/с і вище) застосовується так званий метод раннього формування маркера (ETR – Early Token Release). Він дозволяє уникнути непродуктивного використання мережі, поки пакет даних не повернеться по кільцю до свого відправника.

Метод ETR зводиться до того, що відразу після передачі пакета, приєднаного до маркеру, будь-який абонент видає в мережу новий вільний маркер. Інші абоненти можуть починати передачу своїх пакетів відразу після закінчення пакета попереднього абонента, не чекаючи, поки він завершить обхід всього кільця мережі. В результаті в мережі може бути кілька пакетів одночасно, але завжди буде не більше одного вільного маркера. Цей конвеєр особливо ефективний у мережах великої протяжності, що мають значну затримку розповсюдження.

При підключенні абонента до концентратора він виконує процедуру автономного самотестування та тестування кабелю (у кільце він поки не вмикається, тому що немає сигналу фантомного струму). Абонент посилає сам собі ряд пакетів і перевіряє правильність їх проходження (його вхід безпосередньо з'єднаний з його виходом блоком TCU, як показано на рис. 7.4). Після цього абонент включає себе в кільце, надсилаючи фантомний струм. У момент включення пакет, що передається по кільцю, може бути зіпсований. Далі абонент налаштовує синхронізацію та перевіряє наявність у мережі активного монітора. Якщо активного монітора немає, абонент розпочинає змагання за право стати ним. Потім абонент перевіряє унікальність власної адреси в кільці та збирає інформацію про інших абонентів. Після чого він стає повноправним учасником обміну через мережу.

У процесі обміну кожен абонент стежить за справністю попереднього абонента (кільце). Якщо він підозрює відмову попереднього абонента, він запускає процедуру автоматичного відновлення кільця. Спеціальний пакет керування (бакен) говорить попередньому абоненту про необхідність провести самотестування і, можливо, відключитися від кільця.

У мережі Token-Ring передбачено також використання мостів та комутаторів. Вони застосовуються для поділу великого кільця на кілька кільцевих сегментів, які мають можливість обміну пакетами між собою. Це дозволяє знизити навантаження на кожен сегмент і збільшити частку часу, що надається кожному абоненту.

В результаті можна сформувати розподілене кільце, тобто об'єднання кількох кільцевих сегментів одним великим магістральним кільцем (рис. 7.13) або зірково-кільцеву структуру з центральним комутатором, до якого підключені кільцеві сегменти (рис. 7.14).

Рис. 7.13. Об'єднання сегментів магістральним кільцем за допомогою мостів

Рис. 7.14. Об'єднання сегментів центральним комутатором

Мережа Arcnet (або ARCnet від англійської Attached Resource Computer Net, комп'ютерна мережаз'єднаних ресурсів) – це одна з найстаріших мереж. Вона була розроблена компанією Datapoint Corporation ще 1977 року. Міжнародні стандартина цю мережу відсутні, хоча саме вона вважається родоначальницею методу маркерного доступу. Незважаючи на відсутність стандартів, мережа Arcnet донедавна (1980 – 1990 рр.) користувалася популярністю, навіть серйозно конкурувала з Ethernet. Велика кількість компаній (наприклад, Datapoint, Standard Microsystems, Xircom та ін) виробляли апаратуру для мережі цього типу. Але зараз виробництво апаратури Arcnet практично припинено.

Серед основних переваг мережі Arcnet, порівняно з Ethernet, можна назвати обмежену величину часу доступу, високу надійність зв'язку, простоту діагностики, а також порівняно низьку вартість адаптерів. До найістотніших недоліків мережі відносяться низька швидкість передачі інформації (2,5 Мбіт/с), система адресації та формат пакету.

Для передачі в мережі Arcnet використовується досить рідкісний код, у якому логічній одиниці відповідає два імпульси протягом бітового інтервалу, а логічному нулю – один імпульс. Очевидно, що це код, що самосинхронізується, що вимагає ще більшої пропускної здатності кабелю, ніж навіть манчестерський.

Як середовище передачі мережі використовується коаксіальний кабель з хвильовим опором 93 Ом, наприклад, марки RG-62A/U. Варіанти з крученою парою (екранованою та неекранованою) не набули широкого поширення. Були запропоновані і варіанти на оптоволоконному кабелі, але вони також не врятували Arcnet.

Як топологія мережа Arcnet використовує класичну шину (Arcnet-BUS), а також пасивну зірку (Arcnet-STAR). У зірці використовуються концентратори (хаби). Можливе об'єднання за допомогою концентраторів шинних та зіркових сегментів у деревоподібну топологію (як і в Ethernet). Головне обмеження – у топології не повинно бути замкнутих шляхів (зашморг). Ще одне обмеження: кількість сегментів, з'єднаних послідовним ланцюжком за допомогою концентраторів, не повинна перевищувати трьох.

Концентратори бувають двох видів:

• Активні концентратори (відновлюють форму сигналів і посилюють їх). Кількість портів – від 4 до 64. Активні концентратори можуть з'єднуватись між собою (каскадуватися).
• Пасивні концентратори (просто змішують сигнали, що приходять без посилення). Кількість портів – 4. Пасивні концентратори що неспроможні з'єднуватися між собою. Вони можуть зв'язувати лише активні концентратори та/або мережні адаптери.

Шинні сегменти можуть підключатися лише до активних концентраторів.

Мережеві адаптери також бувають двох видів:

• Високоімпедансні (Bus), призначені для використання у шинних сегментах:
• Низькоімпедансні (Star), призначені для використання у пасивній зірці.

Низькоімпедансні адаптери відрізняються від високоімпедансних тим, що вони містять у своєму складі 93-омні термінатори, що узгоджують. При їх застосуванні зовнішнє узгодження не потрібне. У шинних сегментах низькоімпедансні адаптери можуть використовуватися як кінцеві для узгодження шини. Високоімпедансні адаптери вимагають застосування зовнішніх 93-омних термінаторів. Деякі мережеві адаптери мають можливість перемикання з високоімпедансного стану в низькоімпедансний, вони можуть працювати і в шині, і в зірці.

Таким чином, топологія мережі Arcnet має такий вигляд (рис. 7.15).

Рис. 7.15. Топологія мережі Arcnet типу шина (B – адаптери для роботи в шині, S – адаптери для роботи у зірці)

Основні технічні характеристики мережі Arcnet такі.

• Середовище передачі – коаксіальний кабель, кручена пара.
• Максимальна довжина мережі – 6 км.
• Максимальна довжина кабелю від абонента до пасивного концентратора – 30 метрів.
• Максимальна довжина кабелю від абонента до активного концентратора – 600 метрів.
• Максимальна довжина кабелю між активним та пасивним концентраторами – 30 метрів.
• Максимальна довжина кабелю між активними концентраторами – 600 метрів.
• Максимальна кількістьабонентів у мережі – 255.
• Максимальна кількість абонентів на сегменті шини – 8.
• Мінімальна відстань між абонентами у шині – 1 метр.
• Максимальна довжина шинного сегмента – 300 метрів.
• Швидкість передачі – 2,5 Мбіт/с.

При створенні складних топологій необхідно стежити, щоб затримка поширення сигналів у мережі між абонентами не перевищувала 30 мкс. Максимальне загасання сигналу в кабелі на частоті 5 МГц не повинно перевищувати 11 дБ.

У мережі Arcnet використовується маркерний метод доступу (метод передачі права), але він відрізняється від аналогічного в мережі Token-Ring. Найближчий цей метод до того, що передбачений у стандарті IEEE 802.4. Послідовність дій абонентів за даного методу:

1. Абонент, який бажає передавати, чекає на прихід маркера.

2. Отримавши маркер, він надсилає запит на передачу абоненту-приймачу інформації (запитує, чи готовий приймач прийняти його пакет).

3. Приймач, отримавши запит, надсилає відповідь (підтверджує свою готовність).

4. Отримавши підтвердження готовності, абонент-передавач надсилає свій пакет.

5. Отримавши пакет, приймач посилає підтвердження прийому пакета.

6. Передавач, отримавши підтвердження прийому пакета, закінчує свій сеанс зв'язку. Після цього маркер передається наступному абоненту за порядком зменшення мережевих адрес.

Таким чином, у цьому випадку пакет передається тільки тоді, коли є впевненість у готовності приймача прийняти його. Це значно підвищує надійність передачі.

Так само, як і у випадку Token-Ring, конфлікти Arcnet повністю виключені. Як і будь-яка маркерна мережа Arcnet добре тримає навантаження і гарантує величину часу доступу до мережі (на відміну від Ethernet). Повний час обходу всіх абонентів маркером становить 840 мс. Відповідно, цей самий інтервал визначає верхню межу часу доступу до мережі.

Маркер формується спеціальним абонентом - контролером мережі. Ним є абонент із мінімальною (нульовою) адресою.

Якщо абонент не отримує вільний маркер протягом 840 мс, він посилає в мережу довгу бітову послідовність (для гарантованого знищення зіпсованого старого маркера). Після цього проводиться процедура контролю мережі та призначення (за потреби) нового контролера.

Розмір пакету мережі Arcnet складає 0,5 Кбайт. Крім поля даних до нього входять також 8-бітові адреси приймача та передавача та 16-бітна циклічна контрольна сума (CRC). Такий невеликий розмір пакету виявляється не надто зручним за високої інтенсивності обміну по мережі.

Адаптери мережі Arcnet відрізняються від адаптерів інших мереж тим, що в них необхідно за допомогою перемикачів або перемичок встановити власну мережеву адресу (всього їх може бути 255, так як остання, 256 адреса застосовується в мережі для режиму широкого мовлення). Контроль унікальності кожної адреси мережі повністю покладається на користувачів мережі. Підключення нових абонентів стає при цьому досить складним, оскільки необхідно задавати ту адресу, яка ще не використовувалася. Вибір 8-бітного формату адреси обмежує допустиму кількість абонентів у мережі – 255, що може бути недостатньо для великих компаній.

В результаті все це призвело до практично повної відмови від мережі Arcnet. Існували варіанти мережі Arcnet, розраховані на швидкість передачі 20 Мбіт/с, але вони не набули широкого поширення.

Статті до прочитання:

Лекція 6: Стандартні сегменти мережі Ethernet/Fast Ethernet