Кафедра проектирования компьютерных систем Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики В. А. Козак Вычислительные сети Лекция 4 Протоколы канального уровня локальных сетей Санкт-Петербург, 2009

Основные сетевые технологии Протоколы локальных проводных сетей: Ethernet/Fast Ethernet/Gigabit Ethernet 100VG-AnyLAN Token Ring FDDI ArcNet Протоколы беспроводных сетей: Bluetooth Wi-Fi Wi-Max Протоколы глобальных сетей: Х.25 frame relay ATM SLIP РРР

Структура стандартов IEEE 802.X В 1980 году в институте IEEE был организован комитет 802 по стандартизации локальных сетей. Сегодня комитет 802 включает следующий ряд подкомитетов: Internetworking - объединение сетей; Logical Link Control, LLC - управление логической передачей данных; Ethernet с методом доступа CSMA/CD; Token Bus LAN - локальные сети с методом доступа Token Bus; Token Ring LAN - локальные сети с методом доступа Token Ring; Metropolitan Area Network, MAN - сети мегаполисов; Broadband Technical Advisory Group - техническая консультационная группа по широкополосной передаче;

Структура стандартов IEEE 802.X (продолжение) Fiber Optic Technical Advisory Group - техническая консультационная группа по волоконно-оптическим сетям; Integrated Voice and data Networks - интегрированные сети передачи голоса и данных; Network Security - сетевая безопасность; Wireless Networks – беспроводные локальные сети; Demand Priority Access LAN, l00VG-AnyLAN - локальные сети с методом доступа по требованию с приоритетами; Персональные сети; Широкополосные беспроводные локальные сети; и другие.

Технология Ethernet (IEEE 802.3) Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей (под словом Ethernet обычно понимают любой из вариантов этой технологии). Особенности: способен работать с коаксиальным кабелем, витой парой, оптическими кабелями; физическое кодирование - манчестерский код; метод коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier sense multiply access with collision detection, CSMA/CD). алгоритм двоичного экспоненциального отката.

История Ethernet фирма Xerox разработала и реализовала Ethernet Network; фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II или Ethernet DIX; на основе стандарта Ethernet DIX был разработан стандарт IEEE В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE имеет различные модификации - l0Base- 5, l0Base-2, l0Base-T, l0Base-FL, l0Base-FB;

Развитие Ethernet принят стандарт Fast Ethernet - IEEE 802.3u; принят стандарт Gigabit Ethernet на оптическом кабеле z; принят стандарт Gigabit Ethernet на витой паре 5-й категории ab; сейчас работают над стандартом, поддерживающий 10GBit/s.

Физический уровень Ethernet, 10 Мбит/с 10BASE5, IEEE (называемый также «Толстый Ethernet») первоначальная разработка технологии со скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Следуя раннему стандарту IEEE использует коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом (RG-8), с максимальной длиной сегмента 500 метров. 10BASE2, IEEE 802.3a (называемый «Тонкий Ethernet») используется кабель RG-58, с максимальной длиной сегмента 200 метров, компьютеры присоединялись один к другому, для подключения кабеля к сетевой карте нужен T-коннектор, а на кабеле должен быть BNC-коннектор. Требуется наличие терминаторов на каждом конце. Многие годы этот стандарт был основным для технологии Ethernet. 10BASE-T, IEEE 802.3i для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары (две скрученные пары) категории-3 или категории-5. Максимальная длина сегмента 100 метров. 10BASE-F, IEEE 802.3j Основной термин для обозначения семейства 10 Мбит/с ethernet-стандартов, использующих оптоволоконный кабель на расстоянии до 2 километров: 10BASE-FL, 10BASE-FB и 10BASE-FP. Из перечисленного только 10BASE-FL получил широкое распространение.

Fast Ethernet, 100 Мбит/с 100BASE-T общий термин для обозначения стандартов, использующих в качестве среды передачи данных витую пару. Длина сегмента до 100 метров. Включает в себя стандарты 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2. 100BASE-TX, IEEE 802.3u развитие стандарта 10BASE-T для использования в сетях топологии «звезда». Задействована витая пара категории 5, фактически используются только две неэкранированные пары проводников, поддерживается дуплексная передача данных, расстояние до 100 м. 100BASE-T4 стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы все четыре пары проводников, передача данных идёт в полудуплексе. Максимальная длина сегмента 100 метров. Практически не используется. 100BASE-T2 стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы только две пары проводников. Поддерживается полный дуплекс, когда сигналы распространяются в противоположных направления по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении 50 Мбит/с. Практически не используется. 100BASE-SX стандарт, использующий многомодовое оптоволокно (2 жилы). Максимальная длина сегмента 400 метров в полудуплексе (для гарантированного обнаружения коллизий) или 2000 метров в полном дуплексе. 100BASE-FX стандарт, использующий одномодовых оптоволокно (2 жилы). Полный дуплекс, максимальная длина сегмента 2000 метров.

Gigabit Ethernet, 1 Гбит/с 1000BASE-T, IEEE 802.3ab использует витую пару категорий 5e. В передаче данных участвуют все 4 пары со скоростью 250 Мбит/с по одной паре. Используется метод кодирования PAM5, частота основной гармоники 62,5 МГц. 1000BASE-TX, использует раздельную приёмо-передачу (2 пары на передачу, 2 пары на приём, по каждой паре данные передаются со скоростью 500 Мбит/с), кабеля 6 категории. На основе данного стандарта практически не было создано продуктов, хотя 1000BASE-TX использует более простой протокол, чем стандарт 1000BASE-T 1000BASE-SX, IEEE 802.3z стандарт, использующий многомодовое оптоволокно. Длина сегмента до 550 метров. 1000BASE-LX, IEEE 802.3z стандарт, использующий одномодовое или многомодовое оптоволокно. Длина сегмента до 5000 метров. 1000BASE-CX стандарт для коротких расстояний (до 25 метров), использующий твинаксиальный кабель с волновым сопротивлением 150 Ом. Заменён стандартом 1000BASE-T и сейчас не используется. 1000BASE-LH (Long Haul) стандарт, использующий одномодовое оптоволокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя до 100 километров.

CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий

Форматы кадров технологии Ethernet кадр 802.3/LLC (кадр 802.3/802.2 или кадр Novell 802.2); кадр Raw (или кадр Novell 802.3); кадр Ethernet DIX (или кадр Ethernet II); кадр Ethernet SNAP.

Logical Link Control (IEEE 802.2) Logical Link Control (LLC) подуровень управления логической связью по стандарту IEEE 802 верхний подуровень канального уровня модели OSI, осуществляет: управление передачей данных; обеспечивает проверку и правильность передачи информации по соединению. Все типы кадров уровня LLC имеют единый формат. Они содержат четыре поля: адрес точки входа сервиса назначения (Destination Service Access Point, DSAP); адрес точки входа сервиса источника (Source Service Access Point, SSAP); управляющее поле (Control); поле данных (Data).

Пропускная способность Ethernet

Технология Token Ring (IEEE 802.5) 1984 – разработана фирмой IBM; 1985 – принят стандарт IEEE 802.5; работают с двумя битовыми скоростями - 4 и 16 Мбит/с; более сложная, чем Ethernet. Обладает свойствами отказоустойчивости и контроля работы сети; для контроля сети одна из станций выполняет роль активного монитора, который выбирается во время инициализации кольца как станция с максимальным значением МАС-адреса; использует маркерный метод доступа к разделяемой среде.

Физический уровень технологии Token Ring Связи в сети строятся с помощью концентраторов, называемых MAU или MSAU (Multistation Access Unit). комбинированная звездно- кольцевая конфигурация. Конечные узлы подключаются к MSAU по топологии звезда. Между собой MSAU объединяются через специальные порты Ring In (RI) и Ring Out (RO) для образования магистрального физического кольца. кабеля STP Type I, UTP Type 3, UTP Type 6 (из номенклатуры кабельной системы IBM), а также волоконно-оптический кабель. мах 260 узлов. Мах длина кольца 4000 м.

Маркерный метод доступа к разделяемой среде

Форматы кадров Token Ring В Token Ring существуют три различных формата кадров: маркер; кадр данных; прерывающая последовательность. Поля маркера: начальный ограничитель (Start Delimiter, SD); управление доступом (Access Control) ; конечный ограничитель (End Delimeter, ED). Поля прерывающая последовательности: начальный ограничитель (Start Delimiter, SD); конечный ограничитель (End Delimeter, ED).

Формат кадра данных Token Ring начальный ограничитель (Start Delimiter, SD); управление доступом (Access Control, AC) ; управление кадром (Frame Control, PC); адрес назначения (Destination Address, DA); адрес источника (Source Address, SA); данные (INFO); контрольная сумма (Frame Check Sequence, PCS); конечный ограничитель (End Delimeter, ED); статус кадра (Frame Status, FS).

Технология FDDI (ISO ) FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - оптоволоконный интерфейс распределенных данных. ISO , rfc-1512, -1390, -1329, , стандарт ANSI, принятый без изменения ISO. Основывается на технологии Token Ring; Формат кадра FDDI близок к формату кадра Token Ring (отличие в отсутствии полей приоритетов); Маркерный метод доступа к разделяемой среде с ограничением по времени. Цели разработчиков: повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с; повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода; максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети.

Топология FDDI два оптоволоконных кольца - основной и резервный пути предусмотрено наличие в сети конечных узлов - станций (Station), а также концентраторов (Concentrator) допускаются два вида подсоединения станций к сети: одновременное подключение к первичному и вторичному кольцам (двойное подключением - Dual Attachment, DA), подключение только к первичному кольцу (одиночное подключение - Single Attachment, SA). обычно концентраторы имеют двойное подключение, а станции – одинарное.

Физический уровень технологии FDDI Оптоволоконный подуровень PMD (Physical Media Dependent) определяет: использовать логическое кодирование 4В/5В в сочетании с физическим кодированием NRZI. использование в качестве основной физической среды многомодового волоконно-оптического кабеля 62,5/125 мкм; требования к мощности оптических сигналов и максимальному затуханию между узлами сети, обеспечивающие для многомодового кабеля предельное расстоянию между узлами в 2 км, а для одномодового кабеля расстояние увеличивается до км в зависимости от качества кабеля; использование для передачи света с длиной волны в 1300 нм; Максимальная общая длина кольца FDDI составляет 100 километров, максимальное число станций с двойным подключением в кольце

Отказоустойчивость технологии FDDI В случае обрыва основной пути сигнал идет по резервному. В случае обрыва обоих путей первичное кольцо объединяется со вторичным, вновь образуя единое кольцо.

Сравнение FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring

Технология Wi-Fi (Wireless Fidelity) Технология для организации беспроводной локальной сети Разработан консорциумом Wi-Fi Alliance на базе стандартов IEEE Связь м/быть с использованием базовой станции (точки доступа), так и без неё Безопасность: WEP, WPA (2 поколения)

Физический уровень ИК - используются длины волн 0,85 или 0,95 мкм. Возможны две скорости передачи: 1 и 2 Мбит/с.) FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum передача широкополосных сигналов по методу частотных скачков) - используются 79 каналов шириной 1 МГц каждый. Частота несущая волна > 2,4 ГГц DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum передача широкополосного сигнала по методу прямой последовательности). Скорости передачи ограничены 1 или 2 Мбит/с a OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing ортогональное частотное уплотнение). Скорость 54 мбит/с. Несущая частота ~5 ГГц. 52 несущих канала b, HR-DSSS (High Rate Direct Sequence Spread Spectrum высокоскоростная передача широкополосного сигнала по методу прямой последовательности). Скорость 11 мбит/с. Несущая частота ~2.4 ГГц g OFDM. Скорость 54 мбит/с. Несущая частота ~2.4 ГГц.

Проблемы доступа к среде в беспроводной связи

CSMA / CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance - множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий. RST – запрос на передачу данных CTS – разрешение передачи данных ACK – подтверждение приёма данных NAV – состояние занятости канала передачи

Формат кадра три класса кадров: информационные служебные управляющие. Формат информационного кадра