7 ЛОКАЛЬНІ МЕРЕЖІ ETHERNET
7.1 Стандарти локальних мереж IEEE 802
Група стандартів IEEE 802.x охоплює два нижні рівні моделі ВОС – фізичний і канальний рівень. Канальний рівень з погляду стандартів 802.x складається з двох підрівнів:
Підрівень LLC надає стандартний інтерфейс з мережевим рівнем, незалежним від мережної технології. Протоколи мережного рівня для передачі кадру даних звертаються саме до підрівня LLC. Підрівень MAC забезпечує сумісне використання середовища передавання із відповідними алгоритмами доступу. Специфічні особливості технологій локальних мереж – Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet та ін. – реалізовані саме на підрівні MAC. Стандарт 802.3 описує технології Ethernet : (10 Мбіт/c); 802.3u – Fast Ethernet (100 Мбіт/c), 802.3i – 100 Base T - мідь; 802.3z и 802.3ab – Gigabit Ethernet (1 Гбіт/с); 802.3ае - 10GE; 802.3x визначає правила управління потоком для дуплексного режиму.
7.2 Протокол управління логічним каналом IEEE 802.2
Стандарт 802.2 описує 3 процедури обслуговування: - LLC1 – без встановлення з'єднання і підтверджень; - LLC2 – зі встановленням з'єднання і підтвердженнями; - LLC3 – без встановлення з'єднання і з підтвердженнями. Процедура обслуговування LLC1 передає дані в дейтаграмному режимі. Ця процедура використовується, коли протоколи верхніх рівнів самі забезпечують необхідну надійність. Процедура обслуговування LLC2, перш ніж передавати дані, встановлює логічне з'єднання з одержувачем, виконує впорядкування потоку даних і перезапит пропущених блоків даних. Підтвердження обробляються в режимі "ковзаючого вікна". Застосовується для забезпечення надійної передачі даних на лініях з високим рівнем помилок. Процедура обслуговування LLC3 не встановлює логічне з'єднання, але вимагає передачі підтверджень прийому даних. Використовується в ситуаціях, коли витрати на встановлення з'єднання недопустимі, а контроль доставки даних необхідний (наприклад, в системах управління реального часу). Кадр LLC складається із заголовка і поля даних. При передачі підрівню MAC кадр LLC обрамляється двома однобайтовими полями із значенням 01111110. Заголовок містить три поля: - DSAP (Destination Service Access Point, точка доступу до сервісу призначення); - SSAP (Source Service Access Point, точка доступу до сервісу джерела); - Control (управління -задає тип кадру. Розмір поля -1 або 2 байти). Поля DSAP і SSAP займають по 1 байту і ідентифікують протокол верхнього рівня, який відправив кадр (SSAP), і якому цей кадр призначений (DSAP). Можливі значення цих полів визначені в стандарті 802.2. Наприклад, протоколу IP відповідає значення 0x06, а протоколу NETBIOS – 0xF0. Кожен кадр LLC відноситься до одного з трьох типів (залежно від значення старших бітів поля Control): - ненумерований (Unnumbered) – поле Control займає 1 байт, два старших біти мають значення 11; - інформаційний (Information) – поле Control займає 2 байти, старший біт встановлений в 0; - керівний (Supervisory) – поле Control займає 2 байти, два старших біти мають значення 10. Структура поля Control для різних типів кадрів зображена на рисунку 7.1. Процедура LLC1 використовує тільки ненумеровані кадри з нульовим значенням всіх підполів (окрім двох перших біт). Оскільки протокол Ethernet використовує зворотний порядок біт в байті, то значення поля Control кадрів LLC1, використовуваних в мережах Ethernet, має значення 0x03.
Рисунок 7.1 – Структура поля Control кадру LLC
Процедура LLC2 використовує кадри всіх типів. Кадри діляться на команди і відповіді. Розряд P/F в командах називається Poll (запит) і вимагає, щоб на команду була дана відповідь, а у відповідях називається F (Final) і вказує на останній кадр відповіді. Ненумеровані кадри використовуються для встановлення з'єднання, їх поле M несе код команди – запит встановлення з'єднання, підтвердження з'єднання, розрив з'єднання. Після того, як з'єднання встановлене, передача призначених для користувача даних і підтверджень здійснюється кадрами інформаційного типу. Поле N(S) несе номер відправленого кадру, поле N(R) несе номер кадру, який чекає отримати вузол-джерело. Оскільки поля N(S) і N(R) мають довжину в сім бітів, для нумерації кадрів циклічно використовуються числа від 0 до 127. Якщо надходить кадр з номером, відмінним від того, який очікувався приймачем (наприклад, після кадру 56 приходить кадр 58, а не очікуваний кадр 57), такий кадр відкидається і передавачу відправляється керуючий кадр з кодом відмови в полі S і вказівкою очікуваного номера кадру в полі N(R). Передавач при цьому повинен відновити передачу, починаючи із запитаного кадру. Керуючи кадри, крім передачі відмови (Reject, REJ), можуть передавати ще дві команди: приймач не готовий (Receiver Not Ready, RNR) і приймач готовий (Receiver Ready, RR), використовувані для управління потоком. Якщо приймач не встигає обробити потік кадрів, він відправляє керуючий кадр з командою RNR, по прийняттю якого передавач повинен припинити передачу до отримання кадру з командою RR. 7.3 Локальна мережа Еthernet. Характеристиката історія створення
ЛМ Ethernet найпростіше можна визначити як шинну мережу з CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection – метод доступу з контролем носія та виявленням колізій). Вона надійна та ефективна, має високу швидкість передавання даних і завдяки цьому стала найпоширенішою. Зазвичай, адаптер Ethernet інтегрований з материнською платою. Технологію Ethernet розробила фірма Xerox ще у 1975 р. Фірми DEC, Intel та Xerox у 1980 р. опублікували специфікацію Ethernet DIX або Ethernet II, яка охоплювала фізичний та канальний (МАС) рівні протоколу. На основі Ethernet DIX був розроблений стандарт 802.3. Ці два стандарти дуже близькі, але є деякі відмінності, наприклад, у форматі кадру. Мережа Ethernet описана в стандартах ІЕЕЕ 802.3 та ЕСМА - 82. Завдяки простоті, невеликої вартості, здатності до масштабування Ethernet є лідером серед інших типів локальних мереж. Ця технологія продемонструвала значний потенціал розвитку та стала основою для технологій комутованого Ethernet, Fast Ethernet та Gigabit Ethernet. Термін Ethernet зазвичай використовують для опису усіх локальних мереж, які використовують метод доступу CSMA/CD.
7.3.1 Мережа Ethernet 10 Мбіт/с
Топологічна структура, параметри та вартість реалізації мережі Ethernet залежать від типу кабельного з'єднання та технічного вирішення. Різні типи мережі за технічними вирішеннями маркують так: NNNNBase-XX. Перші цифри (NNNN) характеризують швидкість передавання, Мбіт/с, символи XX - максимальну довжину сегменту в сотнях метрів або середовище передавання, Base - baseband - відображає наявність цифрового передавання. Мережа Ethernet звичайно складається з одного або кількох шинних сегментів, сполучених повторювачами (repeaters) або концентраторами (hubs, linkbuilders). 10Base-5 - товстий Ethernet (Thick Ethernet). Максимальна довжина одного сегменту коаксіального кабелю (без підсилення сигналу) - 500 м. Для приєднання до мережі потрібні адаптери з AUI-роз'єднувачами та блоки трансиверів (приймача та передавача), які монтують безпосередньо на кабелі з проколюванням ізоляції. На кінцях кабелю встановлюють узгоджувальні індуктивності - термінатори. Історично товстий Ethernet був першим варіантом докальної мережі. При створенні мережі застосовують правило «5-4-3», за яким в мережі має бути не більше 5 сегментів, 4 повторювачів, і тільки 3 сегмента містять вузли (nodes) мережі. 10Base-2 - тонкий Ethernet (Thin Ethernet, Cheapernet). Максимальна довжина одного сегменту становить 185 м. Мережа має шинну багатосегментну топологію. Для приєднання станції до мережі використовують BNC Т-з'єднувач (рисунок 6.5). 10Base-T- Ethernet на скрученій парі (Twisted Pair Ethernet). Топологія з'єднань – розподілена зірка (рисунок 7.2). Максимальна віддаленість станції від концентратору - 100-160 м. Кабель UTP cat.3 дешевий та простий для прокладання. Цей тип кабелю використовують в інших засобах зв'язку та мережах (Token Ring, RS232C, ISDN, телефон). Обмеження на відстань до концентратору, якщо концентраторів є достатня кількість, не має важливого значення.
Рисунок 7.2 – Ethernet на скрученій парі
Як концентратори можна використати багато різних пристроїв. Мережа на скрученій парі проста в обслуговуванні, експлуатації та діагностуванні пошкоджень. Стандарт 10Base-T має декілька нових характеристик, пов'язаних з використанням концентраторів та можливістю їхньої інтелектуалізації. Наприклад, ним передбачено контроль за часом безперервного передавання даних з концентратора. Якщо концентратор передає довше визначеного часу, то передавання на деякий період припиняється. Реалізована також схема інтелектуального фільтрування, яка дає змогу виділяти сигнал даних Ethernet із загального набору сигналів (телефон, ISDN та ін.). Як відомо, під час передавання скрученою парою сигнал спотворюється. Тому розроблено спеціальний метод попереднього коригування, в якому сигнал спеціально спотворюють до початку передавання, щоб компенсувати його зміни під час передавання. 10Base-F - волоконно-оптичний Ethernet (optical fiber Ethernet). Мережа побудована на волоконно-оптичному кабелі, що забезпечує повну гальванічну ізоляцію. Максимальна відстань передавання - до 2 км. Кабель легкий, забезпечує тільки двопунктове сполучення (point-to-point connection), тому його використовують, як звичайно, тільки для магістральних ліній як доповнення до Ethernet на скрученій парі. Для приєднання волоконно-оптичного кабелю потрібні волоконно-оптичні Ethernet-конектори та волоконно-оптичні трансивери. Перший оптичний стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter - Repeater Link) визначав двопунктове передавання між двома повторювачами на відстань до 1 км., швидкість 10 Мбіт/с, вікно передавання променю світла - 850 мкм. Стандарт 10Base-F мав три варіанти: - 10Base-FB (Fiber Backbone). Сполучення двох повторювачів на відстань до 2 км.; - 10Base-FL (Fiber Link). працює в двопунктових сполученнях. Відстань передавання досягає 2 км. Дозволено з'єднувати не тільки повторювачі, а й комп'ютери. На кожному кінці з'єднання є трансивер; - 10Base-FP (Fiber Passive). Специфікує пасивну зіркову топологію. У центрі мережі розміщений пасивний концентратор (hub), який дає змогу передавати на відстань до 500 м і обслуговує до 33 комп'ютерів. Технологія не підтримує дуплексного передавання.
Структура кадру Ethernet та порядок роботи Типова мережа Ethernet передбачає приєднання 1024 робочих станцій, діаметр мережі близько 1000 м (з повторювачами). У ній застосовано манчестерське кодування. Затримки передавання інформації для мережі Ethernet випадкові та залежать від загального навантаження. Якщо протягом перших десяти спроб передавання виникають колізії, то ці спроби відкладаються на випадковий період, який вибирається зі зростаючих інтервалів від 0-1 до 0-1023. Якщо у 16-й спробі кадр передати не вдалося, то станція відмовляється від передавання і повідомляє про це протокол вищого рівня. Структуру кадру мережі Ethernet показано на рисунку 7.3.
Рисунок 7.3 – Структура кадру мережі Ethernet
На початку кадру є преамбула- 8-байтна послідовність для синхронізаціїї. Адреси отримувача та відправника - це числа до 247; звичайно починають з 0, а групові адреси - з 1. Поле тип специфікує протокол вищого рівня, якому призначений кадр. Поле Дані містить пакет вищого рівня. Весь кадр захищено полем циклічної суми (CRC). Мінімальна довжина кадру (без преамбули) становить 64 байти, максимальна - 1518. Довжина кадру обмежена знизу тим, що тривалість передавання кадру у мережі, згідно з вимогами стандарту ІЕЕЕ 802.3 (для надійного виявлення колізій), не може бути меншою, ніж подвійна тривалість поширення сигналу між двома найвіддаленішими станціями. Отже, мінімальна довжина кадру обмежує довжину (діаметр) мережі. Визначення максимальної довжини кадру випливає із потреби зменшити колізії, оскільки експериментально доведено, що в разі довжини кадру понад 1500 байт імовірність виникнення колізій різко збільшується. Кадр формату Ethernet II (рисунок 7.3) використовують у специфікації Ethernet фірми DEC, Intel, Xerox. У сучасних мережах, крім того, широко застосовують і формат Ethernet ІЕЕЕ 802.3.
7.3.2 Мережа Fast Ethernet 100Мбіт/с
У 1995 році прийнятий стандарт IEEE 802.3u, що описує 100-мегабітну технологію Fast Ethernet. Нового стандарту не торкнувся канальний рівень (підрівні MAC і LLC), відповідно повністю зберігся метод доступу CSMA/CD, формати кадрів і часові співвідношення. Всі відмінності між Ethernet і Fast Ethernet зосереджені на фізичному рівні. Стек протоколів Fast Ethernet ілюструє рисунок 7.4.
Рисунок 7.4 – Стек протоколів Fast Ethernet (PMA – Physical Medium Attachment, підключення до фізичного середовища, PMD - Physical Medium Dependet, залежний від фізичного носія )
Оскільки однією з цілей розробки було забезпечення максимальної спадкоємності і узгодженості 10-мегабітних і 100-мегабітних мереж, було ухвалено рішення збільшити швидкість за рахунок скорочення до 10 нс бітового інтервалу (проти 100 нс в Ethernet). При цьому максимально допустимий час обертання (RTT) сигналу склав 2,6 мкс, тому максимальний діаметр сегменту Fast Ethernet складає 205 м. Мережі Fast Ethernet можна будувати на волоконно-оптичному (багатомодовому) кабелі (два волокна), скрученій парі 5 категорії (дві пари) або скрученій парі 3 категорії (чотири пари). Коаксіальний кабель не використовується. Мережа завжди будується на концентраторах (або комутаторах) і має ієрархічну топологію. Без концентратора можна з'єднати (за допомогою спеціального крос-кабелю) тільки два вузли. Фізичний рівень поділений на підрівень узгодження (Reconciliation Sublayer, RS) та пристрій фізичного рівня (Physical Layer Device), які зв'язані через інтерфейс, незалежний від середовища передачі (Media Independent Interface, MII). Рівень узгодження необхідний для того, щоб канальний рівень (точніше, підрівень MAC), розрахований на інтерфейс AUI, міг працювати через інтерфейс MII. Пристрій фізичного рівня виконує логічне кодування (4B/5B або 8B/6T), фізичне кодування (NRZI або MLT-3), приєднання до середовища передавання, а також автоматичне узгодження режимів передачі (наприклад, дуплексний або напівдуплексний режим). Як вже згадувалося раніше, Fast Ethernet - це назва серії, що складається з трьох специфікацій для локальних мереж із швидкістю передачі 100 Мбіт/с, описаних в додатку IEEE 802.3u до стандарту 802.3. До списку входять специфікації 100BASE-T4, 100BASE-TX і 100BASE-FX. Кожною з них визначається принцип використання протоколу доступу CSMA/CD, а також мережевих адаптерів, що підтримують швидкості передачі даних від 10 до 100 Мбіт/с. Це дозволяє забезпечити сумісність при переході від мереж із швидкістю 10 Мбіт/с до мереж із швидкістю 100 Мбіт/с. Версія фізичного рівня 100BaseFX визначає роботу по багатомодовому оптоволокну на довжині хвилі 1300 нм. По одному волокну передаються дані від вузла, по іншому – до вузла. З технології FDDI запозичений метод логічного кодування 4B/5B та метод фізичного кодування NRZI. У напівдуплексному режимі максимальна відстань між вузлами – 412 м, при повному дуплексі – 2 км (по одномодовому оптоволокну – до 32 км.). 100BaseFX несумісний з 10BaseFL, оскільки використовує іншу довжину хвилі. Версія фізичного рівня 100BaseTX визначає роботу по скрученій парі (UTP Cat 5 або STP Type 1). Використано дві пари, призначення провідників (розкладка по контактах роз'ємів) повністю співпадає з 10-мегабітним Ethernet. Максимальна довжина сегменту – 100 м. Логічне кодування – 4B/5B, фізичне кодування – MLT-3. Робота мережі 100Base-T4. Це локальна мережа зіркової топології, яка використовує для передавання даних 4 скручені пари дротів третьої (UTP Cat 3), четвертої або п'ятої категорії (UTP Cat 5). PCS кодує сигнали в трійковому коді, тобто кожен байт перетворюється на шість сигналів, кожний з яких має одне з трьох значень. Тому код позначають 8В6Т; він має більш вузький спектр сигналу та при швидкості 33,3 Мбіт/c вкладається у смугу 16 Мгц (скручена пара, 3 категорія). Максимальна довжина сегменту – 100 м. У кожен момент часу передавання або приймання забезпечують три пари дротів. Четверта пара призначена для прослуховування частоти-носія та виявлення конфліктів. Швидкість передавання даних у мережі 100Base-T4 становить 100 Мбіт/с. Завдяки чому досягнута така швидкість? - Використані три парі дротів, що дало змогу збільшити швидкість утричі; - Кодування 8В6Т ще збільшило її у 2,67 рази; - Збільшено частоту з 20 до 25 Мгц. Усе це разом (3 ·2.67•1.25=10) і дало змогу досягти такої швидкості передавання. Пристрої, підтримуючі 100BaseTX або 100BaseT4, повинні мати функцію узгодження режимів (auto-negotiation), що дозволяє вибрати найефективніший режим, доступний всім учасникам обміну. Всього визначено 5 режимів (перераховані в порядку зростання пріоритету): 10Base, дуплексний 10BaseT, 100BaseTX, 100Base-T4, дуплексний 100BaseTX. Для узгодження вузли передають пачки з 17-ти імпульсів FLP (Fast Link Pulse), в яких міститься слово, що кодує найбільш пріоритетний з доступних режимів роботи. Якщо один з вузлів посилає імпульси NLP (використовувані в 10BaseT для контролю цілісності лінії), другий вузол розуміє, що єдиний можливий режим – це 10BaseT. Залежно від того, який набір методів логічного кодування підтримує концентратор, він відноситься до класу I (підтримує і 4B/5B, і 8B/6T) або до класу II (підтримує тільки один з методів). Концентратори класу I мають порти всіх трьох типів – 100BaseFX, 100BaseTХ, 100Base-T4, але, за рахунок необхідності перетворення схем кодування, вносять велику затримку – до 140 bt. Тому в одному домені колізій може бути не більше одного повторювача класу I. Концентратори класу II мають або порти 100BaseFX і 100BaseTX, або тільки порти 100BaseT4. Затримка, що вноситься, може досягати 92 bt (TX/FX) або 67 bt (Т4). Максимальна кількість концентраторів класу II в одному домені колізій – 2. Оскільки максимальний діаметр домену колізій Fast Ethernet для скрученої пари – 205 м, а кожна станція може бути віддалена від повторювача на відстань до 100 м, у гіршому разі концентратори (тільки класу II) повинні з'єднуватися кабелем завдовжки не більше 5 м.
7.3.3 Технологія Gigabit Ethernet 1000 Мбіт/с
Технологія Gigabit Ethernet описана двома стандартами: IEEE 802.3z (1998 рік) - на оптоволокні та IEEE 802.3ab (1999 рік) на скрученій парі. Розробники стандартів намагались максимально зберегти ідеї класичного Ethernet. Як й при переході з Ethernet до Fast Ethernet, основне досягнення сталося в десятиразовому (порівняно з Fast Ethernet) зменшенню тривалості бітового інтервалу – до 1нс. Аби зберегти максимальний діаметр домену колізій на рівні 200м, розробникам технології довелося збільшити мінімальний розмір кадру з 64 до 512 байт (4096 bt). Зіткнення сигналів в гігабітній мережі показано на рисунку 7.5. Якщо передається короткий кадр, його поле даних повинне доповнюватися до потрібної довжини забороненими символами. Але з іншого боку, ці обмеження продиктовані необхідністю розпізнавання колізій, що суттєво тільки для напівдуплексного режиму роботи. Для Gigabit Ethernet характерніший дуплексний режим, при якому довжина кабельного сегменту обмежується не часом подвійного оберту, а загасанням сигналу і частотними властивостями лінії. Для зниження накладних витрат при передачі коротких кадрів (наприклад, підтверджень прийому пакетів), передбачений пакетний режим передачі (Burst Mode). Вузол може передати підряд декілька невеликих кадрів (не доповнюючи кожен з них до 512 байт), сумарною довжиною не більше 8192 байт. Окремі кадри в такій групі можуть бути адресовані різним одержувачам. Стандарт IEEE 802.3z визначає такі версії: 1000BaseSX, 1000BaseLX, 1000BaseCX.
Рисунок 7.5 – Зіткнення у гігабітній мережі
Версія 1000BaseSX визначає роботу по багатомодовому оптоволокну з довжиною хвилі 850 нм. Максимальна довжина сегменту при роботі в напівдуплексному режимі складає 100 м. У дуплексному режимі максимальна довжина оптичного кабелю залежить від його смуги пропускання і може сягати 800 м. Версія 1000BaseLX визначає роботу по багатомодовому або одномодовому оптоволокну з довжиною хвилі 1310 нм. Максимальна довжина сегменту для одномодового волокна сягає 5 км., а для багатомодового – 550 м. Версія 1000BaseCX використовує як середовище передачі твінаксіальний (twinaxial) кабель, що є двома коаксіальними кабелями (хвильовий опір 75 Ом) в загальному обплетенні. По такому кабелю можна організувати тільки напівдуплексний режим. Максимальна довжина сегменту складає 25 м, тому такий кабель найбільш застосовний для зв'язку устаткування в межах однієї кімнати. Стандарт IEEE 802.3ab визначає версію Gigabit Ethernet на скрученій парі 5 категорії - 1000BaseT. Сигнал фізично кодується з використанням 5 рівнів потенціалу (код PAM-5) та передається одночасно чотирма парами. Код PAM-5 на тактовій частоті 125 МГц укладається в смугу пропускання 100 МГц кабелю 5 категорії. Для дуплексного режиму передача ведеться одночасно в обох напрямах, а для виділення сигналу, що приймається, приймач віднімає з прийнятої суміші сигналів свій власний сигнал. Для виконання цієї операції використовуються цифрові сигнальні процесори. Мережі Fast Ethernet та Gigabit Ethernet є логічними розширеннями Ethernet. Однак обидві технології ґрунтуються на вирішеннях інших швидкісних технологій. Наприклад, фізичний рівень FDDI був запозичений та адаптований для Fast Ethernet. Аналогічно Gigabit Ethernet скористалась фізичним рівнем технології Fiber Channel, що дає змогу досягти швидкості передавання близько 1 Гбіт/с. Первинною специфікацією передбачено волоконно-оптичні кабелі Gigabit Ethernet (одно - та багатомодові) для магістралей, сполучення комутаторів, серверів. Довжина сегменту для багатомодового кабелю - 500 м, для одномодового - 2000 м. Залежно від місця застосування окремо визначені специфікації для твінаксіальних кабелів, скрученої парі (настільна система). Для передавання інформації волоконно-оптичним кабелем запропоновано два вирішення: 1000Base-SX, 1000Base-LX. Передбачено використання як багатомодового, так і одномодового волоконно-оптичного кабелю. У останньому випадку можна передавати дані на відстань до 5000 м. Мідні кабелі можна застосувати в таких специфікаціях: - 1000Base-CX. Для передавання на відстань до 25 м застосовують твінаксіальний кабель; - 1000Base-T. Використовують скручену пару шостої, сьомої категорій. Максимальна відстань передавання - 100 м. Максимальній розмір домену колізій – 200 м. Аналогічно до старого Ethernet у Gigabit Ethernet використовують CSMA/CD. Водночас збільшення швидкості передавання та частоти призводить до більшого загасання і меншої допустимої довжини сегменту. У Gigabit Ethernet цю проблему вирішують застосуванням повнодуплексних повторювачів, збільшенням міжкадрового проміжку, запропоновано також збільшити мінімальну довжину пакету з 64 до 512 байт, а максимальну -з 1500 до 9000 байт. Порівняно з Fast Ethernet змінено схему кодування. Зокрема, 1000Base-T використовує п'ятирівневе кодування, а для зменшення впливу завад - восьмирівневий метод корекції помилок (4D Trellis Forward Error Correction). Сигнал має не два логічні рівні (0/1), а п'ять: -2, -1, 0, 1, 2. Інформаційні біти кодовані як -2/2 та -1/1, а 0 застосовують для контролю та коригування помилок. Частота синхронізації сигналів 1000Base-T становить 125МГц. Використовують усі чотири пари дротів скрученої пари. Отже, швидкість передавання - 125•4 = 500 Мбод. Один імпульс передає 2 біти. Швидкість передавання даних - 500•2 = 1 Гбіт/с. Продуктами Gigabit Ethernet є мережні адаптери, комутатори, маршрутизатори, ретранслятори. Специфічним для технології Gigabit Ethernet є буферний розподілювач (buffered distributor). Це повнодуплексний багатопортовий пристрій, до якого приєднано два або більше каналів Gigabit Ethernet. Він не фільтрує кадри, однак для кожного порту має буфер. Буферний розподілювач є аналогом концентратора.
7.3.4 Мережі 10- та 100 Gigabit Ethernet
l0 Gigabit Ethernet. У 2002 р. затверджено стандарт ІЕЕЕ 802.3ае на технологію передавання зі швидкістю 10 Гбіт/с, зі збереженням формату та мінімальних і максимальних розмірів кадру ІЕЕЕ 802.3, забезпеченням підтримки наявних кабелів та створенням нових. Властивості мережі l0 Gigabit Ethernet (10GE) такі: - діє для дуплексного призначеного двопунктового каналу; - підтримує зіркову топологію; - використовувана не тільки в каналах локальних мереж, а й для спряження з глобальними мережами (SDH, SONET); - на відміну від GE, яка працює як в напівдуплексному, так і у дуплексному сполученні, 10GE працює лише в дуплексному сполученні. Цим знято проблему підтримки CSMA/ CD, обмеженості відстані та мінімальної довжини кадру; - підтримка формату кадру Ethernet забезпечує узгодженість з мережами Ethernet та дає змогу уникнути перетворення потоків. Розглядають варіанти послідовного та паралельного передавання. У паралельному передаванні вводять додатковий підрівень у реалізацію фізичного рівня (Distributor/Collector), який розділяє кадри та інтервали між ними на частини і передає в паралельні канали. Схема складна, потребує більше обладнання, не завжди сумісна з кабельними інфраструктурами, однак використовує дешеві лазери та схемну логіку. Обмеження на відстань передавання в мережі 10GE виникають через характеристики середовища передавання та пристрої передавання. Визначено такі варіанти мережі: а) 10Gbase-SX – багатомодовий волоконно-оптичний кабель 100-300 м; б) 10Gbase-LX – одно- та багатомодовий волоконно-оптичний кабель 5-15 км; в) 10Gbase-EX – одномодовий волоконно-оптичний кабель менш 40 км; г) 10Gbase-CX – мідний кабель менш 20 м. Галузі використання 10GB Ethernet: - канали глобальних мереж (приєднання до магістральних маршрутизаторів глобальних мереж); - регіональні мережі на волоконно-оптичних кабелях; - приєднання сервера або серверної ферми; - мережі пристроїв зберігання даних (SAN). 100 Gigabit Ethernet або 100GbE - стандарт IEEE 802.3ba прийнятий в 2010 р. і підтримує передачу пакетів на швидкості 100 Гбіт/с крізь декілька окремих 10 Гбіт/с або 25 Гбіт/с ліній. На оптичному рівні 100GbE використовують чотири 25 Гбіт/с WDM канала в 1310 нм діапазоні, або паралельні оптичні волокна на десять оптичних волокон на кожен напрямок у стрічковому кабелі. Згідно стандарту підтримується тільки двонаправлений (full-duplex) режим роботи. 100 GbE містить в собі багато різних стандартів фізичного рівня (PHY). Мережеві пристрої можуть підтримувати багато різних типів PHY за допомогою замінюваних модулей PHY. Стандартом враховані наступні вимоги:
Стандартизовані наступні PHY:
Обмеження 100 м стосується стандартів з використанням паралельного стрічкового оптичного кабелю та довжини хвилі 850 нм. Стандарти 10 та 40 км 100G використовують 4 довжини хвилі (в районі 1310 нм) з ємністю 25G кожна (100GBASE-LR4 та 100GBASE-ER4).
7.3.5 Тенденції розвитку Ethernet
Сьогодні Ethernet - найпоширеніша архітектура організації ЛМ. Така мережа проста в організації та експлуатації. Суттєвім недоліком мереж Ethernet є негарантування тривалості доставки кадру, невелика перепускна здатність за умов високих навантажень. (У Ethernet-мережах реальна пропускна здатність не перевищує 50–60% від максимальної). Тому для організації магістральних ЛМ з великими потоками доцільніше застосовувати архітектури FDDI, АТМ, SDH, які забезпечують ефективне використання пропускної здатності каналу. Незважаючи на ці недоліки, Ethernet-технологія завдяки простоті ідеально придатна для організації невеликих та середніх локальних та міських мереж. Власне для Ethernet-мереж активно розвиваються технології комутації локальних мереж та віртуальних ЛМ, що дає змогу значно подолати обмеження Ethernet щодо пропускної здатності. Мережа Ethernet завдяки оптимальному співвідношенню вартість/продуктивність та простоті стала головним стандартом для локальних мереж.
7.4 Метод доступу CSMA/CD (МДКН/ВК)
Метод множинного доступу з контролем частоти- носія та виявлянням колізій МДКН/ВК визначає, по-перше, яким чином станція визначає момент часу, коли вона може передати кадр, по-друге – яким чином повинні поводитися станції у разі одночасного початку передачі кадрів двома або більш вузлами. Кожна станція постійно прослуховує мережу. … Продолжение » |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||