Арманбетов Нуржаусын Шакирович ВПБ-14 к-1Р

Выбор и обоснование сетевой технологии В сетях применяются различные сетевые технологии, из которых в локальных сетях наиболее распространены Ethernet, Token Ring, 100VG-AnyLAN, ARCnet, FDDI. Каждой технологии соответствуют свои типы оборудования. В локальных сетях основная роль отводится протоколами физического и канального уровней, так как эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей. Сетевая технология – это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения локальной вычислительной сети. Сетевая технология или архитектура определяет топологию и метод доступа к среде передачи данных, кабельную систему или среду передачи данных, формат сетевых кадров тип кодирования сигналов, скорость передачи в локальной сети

Технология Ethernet Стандарт Ethernet использует две топологии организации локальных сетей: «общая шина» и «звезда». Стандарты скорости, существующие на данный момент: 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1 Гбит/с, 10 Гбит/с. В стандарте Ethernet используется метод управления доступом CSMA/CD, это алгоритм передачи и декодирования форматированных фреймов данных. С помощью данного алгоритма посылающий узел сети Ethernet инкапсулируя фрейм готовит его для передачи. Все узлы, стремящиеся отправить фрейм в кабель, соревнуются между собой. Ни один узел не имеет преимуществ перед другими узлами. Узлы прослушивают наличие пакетов в кабеле. Если обнаруживается передаваемый пакет, то узлы, не стоящие в очередь на передачу, переходят в режим "ожидания". Протокол Ethernet в каждый момент времени позволяет только одному узлу работать на передачу. Для передачи генерируется сигнал несущей частоты. Контроль несущей - это процесс проверки коммуникационного кабеля на наличие определенного напряжения, указывающего на наличие сигнал передающего данные. Если в течение заданного интервала времени в среде передачи отсутствует информационный сигнал, любой узел может начать передачу данных. При передаче фреймов заданному узлу используются физические адреса. Каждая станция и сервер имеет уникальный адрес Уровня 2, связанный с сетевым адаптером (network interface card, NIC).

Метод случайного доступа Ethernet Ориентирован на среду типа общая шина Узел 2 Узел 1 Узел 3 Шина Ожидание Попытка доступа Прослушивание Коллизия (jam) 9.6 мсек Пауза = L Интервал отсрочки L [0, 2 N ], N - номер попытки, N 10 Пауза = [0, 1024 T отсрочки ] = [0, ] = [0 мкс, 0.52 с]

Возникновение коллизии

Особенности случайного метода доступа Ethernet (CSMA/CD – Carrier Sense Multiply Access with Collision Detection) Преимущества: простой алгоритм дешевая и надежная аппаратура ¨ возможность широковещательной передачи пакетов Недостатки: большие потери из-за коллизий и ожиданий при нагрузке сети > 50 % ограниченная длина сети: 2 (время распространения сигнала между узлами) время передачи кадра – иначе коллизия может быть не связана с передачей своего кадра!

Основные параметры протокола Ethernet Битовая скорость 10Мб/c Интервал отсрочки 512 бит Межкадровый интервал 9.6 мкс Максимальное число попыток передачи 16 Максимальное число возрастания диапазона паузы 10 Длина jam-последовательности 32 бита Максимальная длина кадра (без преамбулы) 1518 байт Минимальная длина кадра (без преамбулы) 64 байта (512 бит)

Форматы кадров Ethernet DASATDataFCS Кадр Ethernet DIX (II) DASALDataFCS Кадр Novell 802.3/ Raw (2) DASAL DSAP SSAP Cont.DataFCS Заголовок LLC Кадр 802.3/ LLC – стандарт IEEE Адрес назначения Адрес источника Тип протокола, которому предназначены данные Контрольная сумма Данные Длина кадра Тип протокола, которому предназначены данные

до 500 м 50 Ом терминатор Кабель RG6 Трансивер Кабель AUI (до 50 м) 100 станций Сеть Ethernet 10 Base-5 Достоинства: хорошая защищенность кабеля от внешних воздействий сравнительно большое расстояние между узлами возможность простого перемещения рабочей станции в пределах длины кабеля AUI Недостатки: высокая стоимость кабеля сложность его прокладки из-за большой жесткости

Многосегментная сеть Ethernet 10 Base-5 Правило Максимум: 5 сегментов (5 x 500 м = 2500 м) 4 повторителя 3 нагруженных сегмента

Структура сетевого адаптера 10 Base-5 Ethernet

Параметр 10Base-510Base-210Base-T10Base-F Кабель Коаксиальный «Витая пара»Оптоволоконный Топология«Шина» «Звезда» Расстояние между точками подключений, м (min/max) 2,5/500,5/502,5/1002,5/500 Длина сегмента, м До 200 Количество подключений на одном сегменте

Особенности стандартов физической среды Ethernet со скоростью передачи данных 1000Мбит/с Параметр 1000Base-T1000Base-SX1000Base-LX1000Base-LH Кабель«Звезда» Топология «Витая пара» от 5-й категории Оптоволоконный Расстояние между точками подключений, м (min/max) 0,5/1002,5/2202,5/4002,5/500 Длина сегмента, м Максимальное количество подключений к сети 1024

до 500 м 500 Ом терминатор Кабель оптоволоконный Трансивер Кабель Оптоволоконн ый (до 500 м) 1024 станций Сеть Ethernet 1000 Base-LН Достоинства: хорошая защищенность кабеля от внешних воздействий сравнительно большое расстояние между узлами возможность простого перемещения рабочей станции в пределах длины кабеля оптоволокна Недостатки: высокая стоимость кабеля сложность его прокладки из-за большой жесткости

Технология Arcnet Arcnet (Attached Resource Computer NetWork) - простая, недорогая, надежная и достаточно гибкая архитектура локальной сети. При подключении устройств в Arcnet применяют топологии "шина" и "звезда". Метод управления доступом станций к передающей среде - маркерная шина (Token Bus). Этот метод предусматривает следующие правила: Один из компьютеров создает маркер (сообщение специального вида), который последовательно передается от одного компьютера к другому; Все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только получив маркер (разрешение на передачу); В любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом; Данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети; Если станция желает передать сообщение другой станции, она должна дождаться маркера и добавить к нему сообщение, дополненное адресами отправителя и назначения. Когда пакет дойдет до станции назначения, сообщение будет откреплено от маркера и передано станции.

Технология Arcnet Передача каждого байта в Arcnet выполняется специальной посылкой, состоящей из трех служебных битов и восьми битов данных. В начале каждого пакета передается начальный разделитель, который состоит из шести служебных битов. Начальный разделитель выполняет функции заголовка пакета. В Arcnet определены 5 типов пакетов: Приглашение к передаче: станция, принявшая этот пакет, получает право на передачу данных; Запрос о готовности к приему данных; Пакет данных; Подтверждение приема; этот пакет высылается в ответ на запрос о готовности к приему, а также после приема каждого пакета данных без ошибок; Неготовность к приему; этот пакет высылается в ответ на запрос о готовности к приему, а также если принят пакет с ошибкой. Для организации сети Arcnet необходим соответствующий сетевой адаптер. В качестве передающей среды используются: витая пара, коаксиальный кабель RG-62 с волновым сопротивлением 93 Ом или оптоволоконный кабель. Скорость передачи данных - 2,5 Мбит/с.

Технология Arcnet Достоинствами сети Arcnet являются низкая стоимость сетевого оборудования по сравнению с Ethernet и большая длина сети (до 6 км). Однако низкая скорость передачи данных, составляющая 2,44 Мбит/с, ограничивает применение сетей Arcnet.

Технология Token Bus (IEEE 802.4) Стандарт описывает физический уровень и МАС-подуровень технологии с шинной топологией и передачей маркера доступа (token passing). К этому классу относится протокол MAP (Manufacturing Automation Protocol) для связи устройств промышленной автоматики и технология Token Bus. Сети ARCnet, использующие тот же метод доступа, стандарту не подчиняются. Стандарт IEEE описывает свойства сетей, известных под названием маркерная шина. С точки зрения правил предоставления доступа этот стандарт схож с token ring. В качестве физической среды используется 75- омный кабель. При необходимости построения сети типа дерева, а также для увеличения длины сети используются повторители. Сеть способна обеспечить пропускную способность до 10 Мбит/с при полосе пропускания кабеля 12 МГц. Для доступа к сетевой среде станция должна получить пакет-маркер. Получив маркер, сетевое устройство может начать передачу данных, а завершив эту процедуру, устройство должно переслать маркер следующей сетевой станции. Передача маркера происходит до тех пор, пока он не достигнет младшей станции, после чего он возвращается первой станции.

Формат кадра, пересылаемого по маркерной шине

Технология Token Ring (IEEE 802.5) Стандарт Token Ring был принят комитетом в 1985 году. В это же время компания IBM приняла стандарт Token Ring в качестве своей основной сетевой технологии. Сеть Token Ring является реализацией стандарта IEEE От других сетей ее отличает не только кабельная система, но и использование доступа с передачей маркера. Кроме того, они(сети) работают с двумя битовыми скоростями - 4 Мб/с и 16 Мб/с. Первая скорость определена в стандарте 802.5, а вторая является новым стандартом де-факто, появившимся в результате развития технологии Token Ring. В Token Ring существует три различных формата кадров: Маpкеp; Кадp данных; Пpеpывающая последовательность.

Маркер Кадр маркера состоит из трех полей, каждое длиной в один байт. Поле начального ограничителя появляется в начале маркера, а также в начале любого кадра, проходящего по сети. Поле состоит из уникальной серии электрических импульсов, которые отличаются от тех импульсов, которыми кодируются единицы и нули в байтах данных. Поэтому начальный ограничитель нельзя спутать ни с какой битовой последовательностью. Поле контроля доступа. Разделяется на четыре элемента данных: PPP T M RRR, где PPP - биты приоритета, T - бит маркера, M - бит монитора, RRR - резервные биты. Каждый кадр или маркер имеет приоритет, устанавливаемый битами приоритета (значение от 0 до 7, 7 - наивысший приоритет). Станция может воспользоваться маркером, если только она получила маркер с приоритетом, меньшим или равным, чем ее собственный. Сетевой адаптер станции, если ему не удалось захватить маркер, помещает свой приоритет в резервные биты маркера, но только в том случае, если записанный в резервных битах приоритет ниже его собственного. Эта станция будет иметь преимущественный доступ при последующем поступлении к ней маркера.

Маркер Каждый кадр или маркер имеет приоритет, устанавливаемый битами приоритета (значение от 0 до 7, 7 - наивысший приоритет). Станция может воспользоваться маркером, если только она получила маркер с приоритетом, меньшим или равным, чем ее собственный. Сетевой адаптер станции, если ему не удалось захватить маркер, помещает свой приоритет в резервные биты маркера, но только в том случае, если записанный в резервных битах приоритет ниже его собственного. Эта станция будет иметь преимущественный доступ при последующем поступлении к ней маркера. Схема использования приоритетного метода захвата маркера показана на рисунке 2. Сначала монитор помещает в поле текущего приоритета P максимальное значение приоритета, а поле резервного приоритета R обнуляется (маркер 7110). Маркер проходит по кольцу, в котором станции имеют текущие приоритеты 3, 6 и 4. Так как эти значения меньше, чем 7, то захватить маркер станции не могут, но они записывают свое значение приоритета в поле резервного приоритета, если их приоритет выше его текущего значения. В результате маркер возвращается к монитору со значением резервного приоритета R = 6. Монитор переписывает это значение в поле P, а значение резервного приоритета обнуляет, и снова отправляет маркер по кольцу. При этом обороте его захватывает станция с приоритетом 6 - наивысшим приоритетом в кольце в данный момент времени. Бит маркера имеет значение 0 для маркера и 1 для кадра.

Кадр Тoken Ring имеет следующий вид

Прерывающая последовательность Состоит из двух байтов, содержащих начальный ограничитель и конечный ограничитель. Прерывающая последовательность может появиться в любом месте потока битов и сигнализирует о том, что текущая передача кадра или маркера отменяется. Как видно из описания процедур обмена данными, в сети Token Ring на уровнях MAC и LLC применяются процедуры без установления связи, но с подтверждением получения кадров.

Распознавание компьютера После появления в сети нового компьютера система Token Ring инициализирует его таким образом, чтобы он стал частью кольца. Этот процесс включает проверку уникальности адреса; уведомление всех узлов сети о появлении нового узла. В сети Token Ring концентратор, в котором организуется фактическое кольцо, имеет несколько названий, например: MAU [Multistation Access Unit (модуль множественного доступа)]; MSAU (Multistation Access Unit); SMAU [Smart Multistation Access Unit (интеллектуальный модуль множественного доступа)]. Кабели соединяют клиенты и серверы с MSAU, который работает по принципу других пассивных концентраторов. При подсоединении компьютера он включается в кольцо.

Встроенная отказоустойчивость В "чистой" сети с передачей маркера вышедший из строя компьютер останавливает движение маркера, что, в свою очередь, останавливает работу всей сети. MSAU разработаны таким образом, чтобы обнаруживать вышедшую из строя плату сетевого адаптера и вовремя отключать ее. Эта процедура позволяет "обойти" отказавший компьютер, поэтому маркер продолжает свое движение по сети. В MSAU фирмы IBM вышедшие из строя компьютеры (или некачественные соединения) автоматически исключаются из кольца, и маркер их ©обходит. Таким образом, неисправный компьютер (или соединение) не влияет на работу всей сети Token Ring.

Технология 100VG–AnyLAN (IEEE ) В качестве альтернативы технологии Fast Ethernet, фирмы AT&T и HP выдвинули проект новой технологии со скоростью передачи данных 100 Мб/с - 100Base-VG. В этом проекте было предложено усовершенствовать метод доступа с учетом потребности мультимедийных приложений, при этом сохранить совместимость формата пакета с форматом пакета сетей В сентябре 1993 года по инициативе фирм IBM и HP был образован комитет IEEE , который занялся стандартизацией новой технологии. Проект был расширен за счет поддержки в одной сети кадров не только формата Ethernet, но и формата Token Ring. В результате новая технология получила название 100VG-AnyLAN, то есть технология для любых сетей (Any LAN - любые сети), имея в виду, что в локальных сетях технологии Ethernet и Token Ring используются в подавляющем количестве узлов.

Технология 100VG–AnyLAN (IEEE ) В технологии 100VG-AnyLAN определены новый метод доступа Demand Priority и новая схема квартетного кодирования Quartet Coding, использующая избыточный код 5В/6В. Метод доступа Demand Priority основан на передаче концентратору функций арбитра, решающего проблему доступа к разделяемой среде. Метод Demand Priority повышает коэффициент использования пропускной способности сети за счет введения простого, детерминированного метода разделения общей среды, использующего два уровня приоритетов: низкий - для обычных приложений и высокий - для мультимедийных. Технология 100VG-AnyLAN имеет меньшую популярность среди производителей коммуникационного оборудования, чем конкурирующее предложение - технология Fast Ethernet. Компании, которые не поддерживают технологию 100VG-AnyLAN, объясняют это тем, что для большинства сегодняшних приложений и сетей достаточно возможностей технологии Fast Ethernet, которая не так заметно отличается от привычной большинству пользователей технологии Ethernet. В более далекой перспективе эти производители предлагают использовать для мультимедийных приложений технологию АТМ, а не 100VG-AnyLAN.

Отличие от технологии Ethernet Используется другой метод доступа Demand Priority, который обеспечивает более справедливое распределение пропускной способности сети по сравнению с методом CSMA/CD, Кроме того, этот метод поддерживает приоритетный доступ для синхронных приложений. Кадры передаются не всем станциям сети, а только станции назначения. В сети есть выделенный арбитр доступа - концентратор, и это заметно отличает данную технологию от других, в которых применяется распределенный между станциями сети алгоритм доступа. Поддерживаются кадры двух технологий - Ethernet и Token Ring (именно это обстоятельство дало добавку AnyLAN в названии технологии). Данные передаются одновременно по 4 парам кабеля UTP категории 3. По каждой паре данные передаются со скоростью 25 Мбит/с, что в сумме дает 100 Мбит/с. В отличие от Fast Ethernet в сетях 100VG-AnyLAN нет коллизий, поэтому удалось использовать для передачи все четыре пары стандартного кабеля категории 3. Для кодирования данных применяется код 5В/6В, который обеспечивает спектр сигнала в диапазоне до 16 МГц (полоса пропускания UTP категории 3) при скорости передачи данных 25 Мбит/с. Метод доступа Demand Priority основан на передаче концентратору функций арбитра, решающего проблему доступа к разделяемой среде. Сеть 100VG-AnyLAN состоит из центрального концентратора, называемого также корневым, и соединенных с ним конечных узлов и других концентраторов

Технология FDDI Сети FDDI довольно долгое время успешно использовались как магистрали сетей масштаба кампуса, в особенности в тех случаях, когда нужно было обеспечить высокую надежность магистрали. Технологию FDDI можно считать усовершенствованным вариантом Token Ring, но вместе с тем FDDI работает на более высокой скорости и имеет более совершенный механизм отказоустойчивости. Технология FDDI за счёт применения оптических систем скорость передачи данных удалось повысить до 100 Мбит/с позже появилось оборудование FDDI на витой паре, работающее на той же скорости. Начальные версии FDDI обеспечивают скорость передачи 100 Мбит/с по двойному оптоволоконному кольцу длиной до 100 км. В нормальном режиме данные передаются только по одному кольцу из пары – первичному (primary). Вторичное (secondary) кольцо используется в случае отказа части первичного кольца. По первичному и вторичному кольцам данные передаются в противоположных направлениях, что позволяет соблюсти порядок узлов сети при подключении вторичного кольца к первичному. В случае нескольких отказов, сеть FDDI распадается на несколько отдельные (но функционирующих) сетей.

Технология FDDI Технология FDDI обеспечивает передачу синхронного и асинхронного трафика: синхронный трафик передается всегда, независимо от загруженности кольца, асинхронный трафик может произвольно задерживаться. Каждой станции выделяется часть полосы пропускания, в пределах которой станция может передавать синхронный трафик. Часть полосы пропускания кольца, которое остается, отводится под асинхронный трафик. Сети FDDI не определяют приоритеты для кадров, любой приоритетный трафик должен передаваться, как синхронный, а другие данные – асинхронный. Стандарт FDDI определяет четыре компонента: MAC (Media Access Control), что определяет форматы кадров, манипуляции с маркером, адресацию, обработку ошибок при логических отказах (отвечает канальному уровню модели OSI); PHY (Physical) выполняет физическую и логическую кодировку и декодирование, синхронизацию и кадрирование; PMD (Physical Medium Dependent) определяет свойства оптических или электрических компонентов, параметры линий связи (PMD и PHY отвечают физическому уровню OSI); SMT (Station Management) выполняет все функции по управлению и контролю работы других компонентов, определяет конфигурацию узлов и колец, процедуры подключения/отключения, изоляцию элементов, которые отказали, обеспечивает целостность кольца (подключая вторичное кольцо при отказе первичного).

Технология FDDI Концентраторы бывают два типов: DAS и SAS. Такие приборы повышают надежность сети, потому что не вынуждают сеть при отключении отдельного прибора переходить в аварийный режим обхода. Применение концентраторов снижает и стоимость подключения к FDDI. Концентраторы могут помочь при создании небольших групповых субсетей, предназначенных для решения специфических задач. ПараметрFDDI Битовая скорость 100 Мбит/с Топология Двойное кольцо Метод доступа Маркер (доля от времени оборота) Среда передачи Оптоволокно, STP Макс. длина сети (без мостов)200 км. (100 км. на кольцо) Макс. расстояние между узлами 2 км. Макс. количество узлов 1000 соединений

Высокоскоростная технология Gigabit Ethernet Основная идея разработчиков стандарта GigabitEthernet состоит в максимальном сохранении идей классической технологии Ethernet при достижении битовой скорости в 1000 Мб/с. В 1999 году спецификация Gigabit Ethernet была принята комитетом IEEE. В связи с ограничениями, накладываемыми методом CSMA/CD на длину кабеля, версия Gigabit Ethernet для разделяемой среды допускала бы длину сегмента всего в 25 метров. Так как существует большое количество применений, когда нужно повысить диаметр сегмента хотя бы до 100 метров, то сейчас разработчиками предпринимаются усилия по увеличению длины сегмента с одновременным сохранением высокой скорости передачи. Все усилия в основном сосредоточены на разработке высококачественных линий связи. В общем случае рассмотренные выше технологии Ethernet позволяют организовать сеть с иерархией скоростей: персональные компьютеры подключаются к коммутаторам сегментов со скоростью 10 Мбит/с, эти коммутаторы связываются с центральными коммутаторами по технологии Fast Ethernet, а те в свою очередь связываются между собой по Gigabit Ethernet.

Технология ATM ATM – интегрированный метод сетевого доступа реализации в локальных и глобальных сетях. На основе ATM реализуется масштабируемая магистральная инфраструктура, которая может взаимодействовать с сетями, имеющими разные размеры, скорости и методы адресации. Ячейки данных, используемые в ATM, меньше в сравнении с элементами данных, которые используются в других технологиях. Небольшой, постоянный размер ячейки, используемый в ATM, позволяет: Передавать данные по одним и тем же физическим каналам, причём как при низких, так и при высоких скоростях; Работать с постоянными и переменными потоками данных; Интегрировать любые виды информации: тексты, речь, изображения, видеофильмы; Поддерживать соединения типа точка-точка, точка-многоточка, многоточка-многоточка. Ячейка состоит из двух частей: поле заголовка занимает 5 байт и ещё 48 байт занимает поле полезной нагрузки.

Благодарю за внимание!