Ethernet token ring fddi

Обзор особенностей сетевых технологий Ethernet, Token Ring, FDDI, ArcNet

Сетевые технологии локальных сетей

В локальных сетях, как правило, используется разделяемая среда передачи данных (моноканал) и 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. Сетевые технологии называют базовыми технологиями или сетевыми архитектурами локальных сетей.

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. В современных локальных вычислительных сетях широкое распространение получили такие технологии или сетевые архитектуры, как: Ethernet, Token-Ring, ArcNet, FDDI.

Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.3/Ethernet

В настоящее время эта сетевая технология наиболее популярна в мире. Популярность обеспечивается простыми, надежными и недорогими технологиями. В классической локальной сети Ethernet применяется стандартный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий).

Однако все большее распространение получила версия Ethernet, использующая в качестве среды передачи витые пары, так как монтаж и обслуживание их гораздо проще. В локальных сетях Ethernet применяются топологии типа “шина” и типа “пассивная звезда”, а метод доступа CSMA/CD.

Стандарт IEEE802.3 в зависимости от типа среды передачи данных имеет модификации:

● 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель) — обеспечивает скорость передачи данных 10 Мбит/с и длину сегмента до 500м;

● 10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель) — обеспечивает скорость передачи данных 10 Мбит/с и длину сегмента до 200м;;

● 10BASE-T (неэкранированная витая пара) — позволяет создавать сеть по звездной топологии. Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м. Общее количество узлов не должно превышать 1024;

● 10BASE-F (оптоволоконный кабель) — позволяет создавать сеть по звездной топологии. Расстояние от концентратора до конечного узла до 2000м.
В развитие сетевой технологии Ethernet созданы высокоскоростные варианты: IEEE802.3u/Fast Ethernet и IEEE802.3z/Gigabit Ethernet. Основная топология, которая используется в локальных сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, пассивная звезда.

Сетевая технология Fast Ethernet обеспечивает скорость передачи 100 Мбит/с и имеет три модификации:

● 100BASE-T4 — используется неэкранированная витая пара (счетверенная витая пара). Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м;

● 100BASE-TX — используются две витые пары (неэкранированная и экранированная). Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м;

● 100BASE-FX — используется оптоволоконный кабель (два волокна в кабеле). Расстояние от концентратора до конечного узла до 2000м; .

Сетевая технология локальных сетей Gigabit Ethernet – обеспечивает скорость передачи 1000 Мбит/с. Существуют следующие модификации стандарта:

● 1000BASE-SX – применяется оптоволоконный кабель с длиной волны светового сигнала 850 нм.

● 1000BASE-LX – используется оптоволоконный кабель с длиной волны светового сигнала 1300 нм.

● 1000BASE-CX – используется экранированная витая пара.

● 1000BASE-T – применяется счетверенная неэкранированная витая пара.
Локальные сети Fast Ethernet и Gigabit Ethernet совместимы с локальными сетями, выполненными по технологии (стандарту) Ethernet, поэтому легко и просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в единую вычислительную сеть.

Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.5/Token-Ring

Сеть Token-Ring предполагает использование разделяемой среды передачи данных, которая образуется объединением всех узлов в кольцо. Сеть Token-Ring имеет звездно-кольцевую топологию (основная кольцевая и звездная дополнительная топология). Для доступа к среде передачи данных используется маркерный метод (детерминированный маркерный метод). Стандарт поддерживает витую пару (экранированную и неэкранированную) и оптоволоконный кабель. Максимальное число узлов на кольце — 260, максимальная длина кольца — 4000 м. Скорость передачи данных до 16 Мбит/с.

Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.4/ArcNet

В качестве топологии локальная сеть ArcNet использует “шину” и “пассивную звезду”. Поддерживает экранированную и неэкранированную витую пару и оптоволоконный кабель. В сети ArcNet для доступа к среде передачи данных используется метод передачи полномочий. Локальная сеть ArcNet — это одна из старейших сетей и пользовалась большой популярностью. Среди основных достоинств локальной сети ArcNet можно назвать высокую надежность, низкую стоимость адаптеров и гибкость. Основным недостаткам сети является низкая скорость передачи информации (2,5 Мбит/с). Максимальное количество абонентов — 255. Максимальная длина сети — 6000 метров.

Сетевые технологии локальных сети FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

FDDI– стандартизованная спецификация для сетевой архитектуры высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи – 100 Мбит/с. Эта технология во многом базируется на архитектуре Token-Ring и используется детерминированный маркерный доступ к среде передачи данных. Максимальная протяженность кольца сети – 100 км. Максимальное количество абонентов сети – 500. Сеть FDDI — это очень высоконадежная сеть, которая создается на основе двух оптоволоконных колец, образующих основной и резервный пути передачи данных между узлами.

Технологии Token Ring и FDDI имеют значительно более сложную реализацию, чем та же самая технология Ethernet на разделяемой среде передачи данных. Во многом эта сложность была вызвана тем, что разработчики старались повысить эффективность технологии: увеличить отказоустойчивость, сделать среду предсказуемой, спроектировать приоритетное обслуживание определенных пакетов данных, например голосовой трафик, который чувствителен к задержкам. При этом это им удалось, например более развитый вариант Token Ring , а именно FDDI длительное время использовалась в качестве магистральных сетей кампусов предприятий.

Скорость передачи данных в сетях Token Ring

Первоначально скорость передачи данных составляла 4 Мбит/с, когда была впервые разработана в компании IBM, но несколько позже была увеличена до 16 Мбит/с. Система адресации в локальных сетях была такой же, как и в технологии Ethernet, то есть MAC-адреса были того же формата.

Метод доступа к сети

В сетях Token Ring для определения очередности узлов, которые будут иметь доступ к среде передачи данных использовался специальный кадр — токен , или маркер. Технология Token Ring имеет кольцевую топологию и данный маркер передаётся от узла к узлу в одном направлении. Узел, который владеет токеном, имеет право трансляции информации в разделяемую среду передачи данных. Таким образом отпадает вопрос о коллизиях в разделяемой среде передачи данных, которые присутствуют в технологии Ethernet. Также имеется лимит времени на владение токеном, чтобы узел не мог монопольно полностью захватить все ресурсы сети. По истечении времени владения узел передаёт токен соседнему узлу.

Проблема передачи чувствительного к задержкам трафика решается путём приоретизации кадров. Передающий узел устанавливает приоритет каждого кадра. Также сам токен всегда имеет определённый уровень приоритета в каждый момент времени.

Технология FDDI

Технологи FDDI является усовершенствованным вариант технологии Token Ring. В ней также используется кольцевая топология и передача токена от узла к узлу. А отличие заключается в том, что FDDI функционирует на больших скоростях и имеет более совершенный механизм обеспечения отказоустойчивости. Также это первая технология, которая начала применять оптическое волокно. Оптическое волокно начало применять как раз с 70-х годов прошлого века.

В данной технологии имеется два кольца для передачи данных. Первичное кольцо является основным и по нему передаётся весь трафик, а вторичное резервным. В случае выхода из строя одного из узлов. Соседние узлы заворачивают трафик на вторично кольцо и восстанавливают кольцевую топологию по резервному пути. Образуется топология плоского кольца.

Рекомендуем хостинг TIMEWEB

Рекомендуемые статьи по этой тематике

FDDI (англ. Fiber Distributed Data Interface — Волоконно-оптический распределенный интерфейс передачи данных) — стандарт передачи данных 1980-х годов для локальных сетей с расстояниями до 200 километров. Используется волоконно-оптические линии передачи, предоставляется скорость до 100 Мбит/с. Стандарт основан на протоколе Token Ring. Кроме большой территории, сеть FDDI способна поддерживать несколько тысяч пользователей.

Содержание

История [ править | править код ]

Стандарт был разработан в середине 80-х годов Национальным Американским Институтом Стандартов (ANSI). В этот период быстродействующие АРМ проектировщика уже начинали требовать максимального напряжения возможностей существующих локальных сетей (LAN) (в основном Ethernet и Token Ring). Необходимо было создать новую LAN, которая могла бы легко поддерживать эти АРМ и их новые прикладные распределенные системы. Все большее внимание начинает уделяться надежности, так как администраторы систем стали переносить критические по назначению прикладные задачи из больших компьютеров в сети. FDDI была создана для того, чтобы удовлетворить эти потребности. После завершения работы над FDDI, ANSI представила его на рассмотрение в ISO. ISO разработала международный вариант FDDI, который полностью совместим с вариантом стандарта, разработанным ANSI. Хотя реализации FDDI сегодня не столь распространены, как Ethernet или Token Ring, FDDI приобрела значительное число своих последователей, которое увеличивается по мере уменьшения стоимости интерфейса FDDI. FDDI часто используется как основа технологий, а также как средство для соединения быстродействующих компьютеров, находящихся в локальной области.

Основы технологии [ править | править код ]

Стандарт FDDI определяет технологию локальных сетей LAN со скоростью 100 Мбит/с на основе топологии двойного кольца и с передачей маркера. В качестве среды передачи используется волоконно-оптический кабель. Стандарт определяет физический уровень и часть канального уровня, которая отвечает за доступ к носителю; поэтому его взаимоотношения с эталонной моделью OSI примерно аналогичны тем, которые характеризуют IEEE 802.3 и IEEE 802.5.

Хотя она работает на более высоких скоростях, FDDI во многом похожа на Token Ring. Oбe сети имеют одинаковые характеристики, включая топологию (кольцевая сеть), технику доступа к носителю (передача маркера), характеристики надежности (например, сигнализация-beaconing), и др.

Одной из наиболее важных характеристик FDDI является то, что она использует световод в качестве передающей среды. Световод обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с традиционной медной проводкой, включая защиту данных (оптоволокно не излучает электрические сигналы, которые можно перехватывать), надежность (оптоволокно устойчиво к электрическим помехам) и скорость (потенциальная пропускная способность световода намного выше, чем у медного кабеля).

При обрывах оптоволокна возможно частичное (при двух обрывах) или полное (при одном обрыве) восстановление связности сети.

Физические соединения [ править | править код ]

FDDI устанавливает применение двойных кольцевых сетей. Трафик по этим кольцам движется в противоположных направлениях. В физическом выражении кольцо состоит из двух или более двухточечных соединений между смежными станциями. Одно из двух колец FDDI называется первичным кольцом, другое-вторичным кольцом. Первичное кольцо используется для передачи данных, в то время как вторичное кольцо обычно является дублирующим.

«Станции Класса В» или «станции, подключаемые к одному кольцу» (SAS) подсоединены к одной кольцевой сети; «станции класса А» или «станции, подключаемые к двум кольцам» (DAS) подсоединены к обеим кольцевым сетям. SAS подключены к первичному кольцу через «концентратор», который обеспечивает связи для множества SAS. Концентратор отвечает за то, чтобы отказ или отключение питания в любой из SAS не прерывали кольцо. Это особенно необходимо, когда к кольцу подключен РС или аналогичные устройства, у которых питание часто включается и выключается.

Типы трафика [ править | править код ]

FDDI поддерживает распределение полосы пропускания сети в масштабе реального времени, что является идеальным для ряда различных типов прикладных задач. FDDI обеспечивает эту поддержку путём обозначения двух типов трафика: синхронного и асинхронного. Синхронный трафик может потреблять часть общей полосы пропускания сети FDDI, равную 100 Mb/сек; остальную часть может потреблять асинхронный трафик. Синхронная полоса пропускания выделяется тем станциям, которым необходима постоянная возможность передачи. Например, наличие такой возможности помогает при передаче голоса и видеоинформации. Другие станции используют остальную часть полосы пропускания асинхронно. Спецификация SMT для сети FDDI определяет схему распределенных заявок на выделение полосы пропускания FDDI.

Распределение асинхронной полосы пропускания производится с использованием восьмиуровневой схемы приоритетов. Каждой станции присваивается определенный уровень приоритета пользования асинхронной полосой пропускания. FDDI также разрешает длительные диалоги, когда станции могут временно использовать всю асинхронную полосу пропускания. Механизм приоритетов FDDI может фактически блокировать станции, которые не могут пользоваться синхронной полосой пропускания и имеют слишком низкий приоритет пользования асинхронной полосой пропускания.

Формат блока данных [ править | править код ]

PA	SD	FC	DA	SA	PDU	FCS	ED/FS
16 бит	8 бит	8 бит	48 бит	48 бит	до 4478х8 бит	32 бита	16 бит

Форматы блока данных FDDI (Представлены в таблице) аналогичны форматам Token Ring.

Preamble (PA) — Заголовок подготавливает каждую станцию для приема прибывающего блока данных.

Start Delimitter (SD) — Ограничитель начала указывает на начало блока данных. Он содержит сигнальные структуры, которые отличают его от остальной части блока данных.

Frame control (FC) — Поле управления блоком данных указывает на размер адресных полей, на вид данных, содержащихся в блоке (синхронная или асинхронная информация), и на другую управляющую информацию.

Destination address (DA), Source address (SA) — Также, как у Ethernet и Token Ring, размер адресов равен 6 байтам. Поле адреса назначения может содержать односоставный (единственный), многосоставный (групповой) или широковещательный (все станции) адрес, в то время как адрес источника идентифицирует только одну станцию, отправившую блок данных.

Protocol data unit (PDU) — Информационное поле содержит либо информацию, предназначенную для протокола высшего уровня, либо управляющую информацию.

Frame check sequence (FCS) — Также, как у Token Ring и Ethernet, поле проверочной последовательности блока данных (FCS) заполняется величиной «проверки избыточности цикла» (CRC), зависящей от содержания блока данных, которую вычисляет станция- источник. Станция пункта назначения пересчитывает эту величину, чтобы определить наличие возможного повреждения блока данных при транзите. Если повреждение имеется, то блок данных отбрасывается.

End delimiter (ED) — Ограничитель конца содержит неинформационные символы, которые означают конец блока данных.

Frame status (FS) — Поле состояния блока данных позволяет станции источника определять, не появилась ли ошибка, и был ли блок данных признан и скопирован принимающей станцией.

Подключение оборудования к сети FDDI [ править | править код ]

Есть два основных способа подключения компьютеров к сети FDDI: непосредственно, а также через мосты или маршрутизаторы к сетям других протоколов.

Непосредственное подключение. [ править | править код ]

Этот способ используется, как правило, для подключения к сети FDDI файловых, архивационных и других серверов, средних и больших ЭВМ, то есть ключевых сетевых компонентов, являющихся главными вычислительными центрами, предоставляющими сервис для многих пользователей и требующих высоких скоростей ввода-вывода по сети.

Аналогично можно подключить и рабочие станции. Однако, поскольку сетевые адаптеры для FDDI весьма дороги, этот способ применяется только в тех случаях, когда высокая скорость обмена по сети является обязательным условием для нормальной работы приложения. Примеры таких приложений: системы мультимедиа, передача видео и звуковой информации.

Для подключения к сети FDDI персональных компьютеров применяются специализированные сетевые адаптеры, которые обычным образом вставляются в один из свободных слотов компьютера. Такие адаптеры производятся фирмами: 3Com, IBM, Microdyne, Network Peripherials, SysKonnect и др. На рынке имеются карты под все распространенные шины — ISA, EISA и Micro Channel; есть адаптеры для подключения станций классов А или В для всех видов кабельной системы — волоконно-оптической, экранированной и неэкранированной витых пар.

Все ведущие производители UNIX машин (DEC, Hewlett-Packard, IBM, Sun Microsystems и другие) предусматривают интерфейсы для непосредственного подключения к сетям FDDI.

Подключение через мосты и маршрутизаторы. [ править | править код ]

Мосты (bridges) и маршрутизаторы (routers) позволяют подключить к FDDI сети других протоколов, например, Token Ring и Ethernet. Это делает возможным экономичное подключение к FDDI большого числа рабочих станций и другого сетевого оборудования как в новых, так и в уже существующих ЛВС.

Конструктивно мосты и маршрутизаторы изготавливаются в двух вариантах — в законченном виде, не допускающем дальнейшего аппаратного наращивания или переконфигурации (так называемые standalone-устройства), и в виде модульных концентраторов.

Примером standalone-устройств являются: Router BR фирмы Hewlett-Packard и EIFO Client/Server Switching Hub фирмы Network Peripherals.

Модульные концентраторы применяются в сложных больших сетях в качестве центральных сетевых устройств. Концентратор представляет собой корпус с источником питания и с коммуникационной платой. В слоты концентратора вставляются сетевые коммуникационные модули. Модульная конструкция концентраторов позволяет легко собрать любую конфигурацию ЛВС, объединить кабельные системы различных типов и протоколов. Оставшиеся свободными слоты можно использовать для дальнейшего наращивания ЛВС.

Концентраторы производятся многими фирмами: 3Com, Cabletron, Chipcom, Cisco, Gandalf, Lannet, Proteon, SMC, SynOptics, Wellfleet и другими.

Концентратор — это центральный узел ЛВС. Его отказ может привести к остановке всей сети, или, по крайней мере, значительной её части. Поэтому большинство фирм, производящих концентраторы, принимают специальные меры для повышения их отказоустойчивости. Такими мерами являются резервирование источников питания в режиме разделения нагрузки или горячего резервирования, а также возможность смены или доустановки модулей без отключения питания (hot swap).

Для того чтобы снизить стоимость концентратора, все его модули запитываются от общего источника питания. Силовые элементы источника питания являются наиболее вероятной причиной его отказа. Поэтому резервирование источника питания существенно продлевает срок безотказной работы. При инсталляции каждый из источников питания концентратора может быть подключен к отдельному источнику бесперебойного питания (UPS) на случай неисправностей в системе электроснабжения. Каждый из UPS желательно подключить к отдельным силовым электрическим сетям от разных подстанций.

Возможность смены или доустановки модулей (часто включая и источники питания) без отключения концентратора позволяет провести ремонт или расширение сети без прекращения сервиса для тех пользователей, сетевые сегменты которых подключены к другим модулям концентратора.

Самосинхронизирующиеся коды [ править | править код ]

При передаче цифровых сигналов по аналоговым линиям связи передающая и принимающая станции должны быть синхронизированы между собой по частоте передачи бит в канале. В противном случае неизбежны ошибки при приеме.

В случае, если приемник и передатчик расположены близко друг от друга, то для синхронизации можно использовать отдельный канал или линию. Если же станции разнесены на большие расстояния, то становится выгоднее встроить возможность частотной настройки в сам сигнал. Для этого применяются самосинхронизирующиеся коды. Идея состоит в том, чтобы передаваемый сигнал часто менял своё состояние (с 0 на 1 и наоборот) даже в случае, если передаются длинные последовательности данных, состоящие только из одних 0 или только из одних 1.

Манчестерское кодирование — один из способов построения самосинхронизирующегося кода. Этот код обеспечивает изменение состояния сигнала при представлении каждого бита. Манчестерское кодирование требует удвоенной скорости передачи сигнала в бодах относительно передаваемых данных.

Примененный в FDDI самосинхронизирующийся код 5В/4В является одной из возможных альтернатив для манчестерского кодирования. В таблице представлен способ кодирования четырех информационных бит пятью сигнальными битами кода 5В/4В. Коды преобразования подобраны таким образом, чтобы обеспечить возможно более частое изменение сигнала, независимо от вида передаваемых данных.