Лекция 9. Многоуровневый подход. Протокол. Интерфейс. Модель OSI

В процессе обмена сообщениями между двумя участниками не­обходимо организовать согласованную работу соответствующих уровней иерархии и принять различные соглашения. Например, оба участника должны согласовать уровни и форму электрических сигналов, установить методы контроля достоверности и т. д.

Соглашения должны быть приняты для всех уровней: от самого низкого - уровня передачи единичных элементов до самого высоко­го, реализующего сервис для пользователей сети.

На рис. 11.1 изображена модель взаимодействия двух узлов.

Рисунок 11.1 Иерархия взаимодействия двух узлов

С каждой стороны средства взаимодействия представлены четырь­мя уровнями. Процедуру взаимодействия этих двух узлов можно описать в виде набора правил взаимодействия соответствующих уровней обеих участвующих сторон. Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которы­ми обмениваются сетевые компоненты одноименных уровней раз­ных узлов (систем), называются протоколами.

Модули соседних уровней одного узла также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами, которые называются интерфейсом. В практике телекоммуникаци­онных систем и сетей встречается несколько другое определение, непротиворечащее рассмотренному: под стандартным интер­фейсом понимается совокупность унифицированных аппаратных, программных и конструкторских средств, необходимых для реали­зации взаимодействия различных функциональных элементов в системе или сети. Кроме рассмотренных используется более узкое, чем интерфейс, понятие стык, которое обозначает совокуп­ность соединительных цепей и правил взаимодействия различных устройств, определяющих тип и назначение соединительных цепей, порядок обмена, а также тип и форму сигналов, передаваемых по этим цепям.

Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов. Коммуникационные протоколы могут быть реализованы аппаратно и программно. Протоколы ниж­них уровней реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней, как правило, чисто про­граммными средствами.

Модель OSI. В начале 1980-х годов ряд международных организаций по стан­дартизации - ISO, ITU-T и другие разработали модель взаимодейст­вия открытых систем (Open System Interconnection, OSI). Эта модель определяет различные уровни взаимодействия систем, при­сваивает им стандартные имена и определяет функции каждого уровня. В рамках данной модели под открытостью понимается готовность сетевых устройств взаимодействовать между собой с использованием стандартных правил. Примером открытой системы является международная сеть Internet. На рисунке 11.2 представлена обобщенная модель взаимодействия открытых систем А и В (модель ВОС или OSI). Средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический.

Рисунок 11.2 Модель взаимодействия открытых систем ВОС (ISO/OSI)

На каждом из уровней решается определенная задача, обеспечивающая функционирование вышестоящего уровня. Порождаемые этими задачами процессы, а также средства их решения объединяют понятием «логический объект», или объект. Все объекты приписаны соответствующим уровням. I-ый уровень одной открытой системы может вести обмен сообщениями с i-ым уровнем другой открытой системы. Необходимо отметить, что правила взаимодействия объектов разных открытых систем ЭМВОС допускают обмен сообщениями между объектами одного уровня только через объекты нижележащего уровня. Т.е. маршрут обмена сообщениями проходит через самый нижний уровень. Следовательно, процедуры обмена сообщениями между различными открытыми системами включают протокольные процедуры соответствующих уровней и ряд интерфейсных межуровневых процедур.

Начнем с верхнего уровня.

Прикладной уровень(7)– это набор разнооб­разных протоколов, с помощью которых пользователи сети получа­ют доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою совмест­ную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Прикладной уровень в качестве единицы данных использует сооб­щение (message). Прикладной уровень является основным в эталонной модели взаимосвязи открытых систем ЭМВОС. Он диктует нижним уровням, какие услуги действительно должны быть вызваны.

Представительский уровень(6)– обеспечивает услуги по обмену сообщениями между логическими объектами прикладного уровня, преобразование и представление сообщений в нужном формате.

К функциям представительского уровня также относятся:

- адресация прикладных процессов и их портов,

- сжатие и расширение сообщений,

-шифровка и расшифровка сообщений, если они реализуются программными методами, а не аппаратурой.

Взаимодействие логических объектов (процессов) представительского уровня, подобно прикладному, организуется с помощью нижестоящего, сеансового уровня.

Таким образом, выше представительского уровня сообщение имеет явную смысловую форму, а ниже оно рассматривается только с точки зрения приведения к форме, удобной для передачи по элементам открытой системы модели, и его смысловое значение не влияет на обработку.

Сеансовый уровень(5)– главной задачей сеансового уровня является организация диалога между абонентскими устройствами (терминалами), т.е. организация сеансов связи и управление обменом сообщениями по логическим каналам, которые существуют только на время сеанса связи.

Сеансы связи могут быть одно-,либо двусторонними. В этом смысле можно говорить о симплексной, полудуплексной и дуплексной связи соответственно.

Транспортный уровень(4)– на этот уровень возлагается задача подготовки сообщений к виду, пригодному для передачи по сети связи, т.е. транспортный уровень освобождает верхние уровни от учета особенностей сетей связи. При передаче дискретных сообщений (например в сети передачи данных или сети ISDN) методом коммутации пакетов в соответствии со стандартом Х.25 на передающей стороне производится деление длинных сообщений, поступающих от верхнего (сеансового) уровня, на пакеты. Каждый пакет снабжается заголовком (З), концевиком (К) и передается через нижестоящие уровни в сеть связи. На приемной стороне открытой системы с помощью транспортного уровня модели описываются процессы сбора сообщений из принятого набора пакетов, полученных через канальный и сетевой уровни. Кроме того, транспортный уровень должен исключить потерю пакетов или их смещение. Таким образом, на транспортный уровень, кроме подготовки сообщений для передачи в сетевой уровень, возлагаются функции повышения достоверности, а также:

- предоставление приоритетов при передаче блоков сообщений (нормальные, срочные),

- передача подтверждений о переданных блоках сообщений,

- ликвидация блоков при тупиковых ситуациях в сети,

- контроль качества обслуживания по различным параметрам (среднему времени прохождения сообщения от отправителя до адресата, производительности сети, вероятности ошибок).

Транспортный уровень является границей, ниже которой пакет данных становится неделимой единицей информации, управляемой сетью. Выше транспортного уровня в качестве единицы информации рассматривается только сообщение.

Сетевой уровень(3) – служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, называемой составной сетью, или интернетом (не путать с Интернетом, являющейся самой известной реализацией составной сети). Сетевойуровень обеспечивает образование каналов, соединяющих абонентские устройства через телекоммуникационную сеть.

СУ предназначен для выбора маршрута передачи сообщения по сети, коммутации в узлах сети, создания условий, исключающих перегрузку сети, которая может явиться следствием реализации недостаточно эффективной процедуры маршрутизации, передачи номера вызываемого абонента, установления и разъединения коммутируемого соединения. Маршрутизацией называют процесс определения в телекоммуникационной сети пути, по которому вызов либо сообщение может достигнуть адресата.

Очевидно, что транспортный и сетевой уровни в значительной степени дублируют друг друга, особенно в плане функций управления потоком сообщений (пакетов) и контроля ошибок. Главная причина такого дублирования заключается в том, что существует два варианта связи с коммутацией пакетов – с установлением соединения и без установления соединения. Эти варианты базируются на разных предположениях надежности сети.

Связь с установлением соединения (как и при КК) предусматривает первоначальное установление сквозного соединения, после чего происходит обмен информацией. В этом случае, абоненты не обязаны завершать обмен информацией своим именем, именем вызываемого корреспондента и его адресом, т.к. предполагается, что связь надежна. Адрес пункта назначения необходим лишь при установлении соединения, в самих сообщениях он не нужен. В такой сети сетевой уровень выполняет функцию по контролю ошибок и управлению потоком сообщений, а также сборка пакетов.

Связь без установления сообщений (датаграммный) предполагает, что контроль ошибок и управление потоком пакетов (сообщений) осуществляются на транспортном уровне.

Канальный уровень(2) – осуществляет управление передачей информации по каналу. С помощью канального уровня описываются процессы передачи стартового сигнала и организации начала передачи информации, самой передачи информации по каналу, проверки получаемой информации и исправления ошибок, отключения канала при его неисправности и восстановления после ремонта, генерации сигнала окончания передачи и перевода канала в пассивное состояние.

На канальном уровне происходит обработка пакетов и передача их в соответствии с заданным в сетевом уровне маршрутом передачи. Для этого пакеты преобразуются в кадры соответствующего размера. Кадр – блок данных, передаваемых на канальном уровне. Процедура получения кадра сводится к упаковке данных на каждом вышележащем уровне в свой конверт, подписанию на нем адреса и передачу его нижестоящему уровню. Т.о. сетевой уровень отправителя передает канальному уровню пакет, а также указание, какому узлу его передать. Для решения этой задачи канальный уровень создает кадр, который имеет поле данных и заголовок. Канальный уровень помещает пакет в поле данных кадра и заполняет соответствующей служебной информацией заголовок кадра. Важнейшей информацией заголовка кадра является адрес назначения, на основании которого коммутаторы сети будут продвигать пакет. Однако, прежде чем переправить кадр физическому уровню для непосредственной передачи данных в сеть, канальному уровню требуется решить еще одну важную задачу. Если в сети используется разделяемая среда (общая шина), то прежде чем физический уровень начнет передавать данные, канальный уровень должен проверить доступность среды. Функциипроверки доступности разделяемой среды иногда выделяют в отдельный подуровень управления доступом к среде МАС. В функции канального уровня входит не только обнаружение ошибок, но и исправление их за счет повторной передачи поврежденных кадров. Протоколы канального уровня реализуются компьютерами, мостами, коммутаторами и маршрутизаторами. В компьютерах функции канального уровня реализуются совместными усилиями сетевых адаптеров и их драйверов.

Физический уровень(1)– уровень, определяющий механические, оптические, электрические, процедурные средства передачи сигналов через физические средства соединения.

Физический уровень предназначен для переноса сообщения в виде, пригодном для передачи по конкретной используемой физической среде.

Примерами физических каналов являются коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или цифровой канал. На этом уровне определяются характеристики физических сред (полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и т.д.) и электрических сигналов (крутизна фронтов импульсов, уровни напряжений или токов, тип кодирования, скорость передачи и т.д.).

Здесь же оговариваются механические характеристики соедине­ний (типы разъемов и назначение контактов). Функции физического уровня реализуются во всех сетевых устройствах. В частности, со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом RS232. Иногда говорят, что физический уровень осуществляет организацию дис­кретного канала.

На физическом уровне происходит диагностика определенного класса неисправностей, например, таких как обрыв провода, пропадание питания, потеря механического контакта. Применение эталонной модели взаимодействия открытых систем ЭМВОС при построении систем и сетей приносит значительные выгоды:

-обеспечивает экономию затрат и предоставляет более широкие возможности обмена сообщениями;

-минимизирует затраты при изменении структуры системы (сети) связи;

-создает возможность взаимодействия средств связи, предоставляемых различными поставщиками;

- обеспечивает расширенный набор услуг, стандартизированных МСЭ и др.

Литература: 3 осн. [189-207], 5доп. [182-187].

Контрольные вопросы:

1. В чем сущность модели взаимодействия открытых сетей?

2. Что такое протокол?

3. Что такое интерфейс?

4. Какие функции реализует транспортный уровень?

5.Какие функции реализует сетевой уровень?

6.Какое название традиционно используется для единицы передаваемых данных на канальном уровне?

Лекция.10. Стандарты локально-вычислительных сетей. Технология Ethernet

Цель лекции: изучить стандарты локально-вычислительных сетей. Протоколы технологии Ethernet.

Локальной вычислительной сетью принято называть сеть, все элементы которой располагаются на сравнительно небольшой территории. Такая сеть обычно предназначена для сбора, передачи и распределённой обработки информации в пределах одного предприятия или организации.

Структура ЛВС отражает в определённых пределах структуру обслуживаемой организации, а поэтому часто имеет иерархическое построение. В ЛВС применяется прямая передача дискретной информации, при которой цифровые сигналы, без модуляции несущей частоты (используемой для широкополосной передачи по телефонным линиям) поступают в физический канал (соединительный кабель).

За основу архитектуры ЛВС принята эталонная модель ВОС. Работа ЛВС описывается на первых двух уровнях модели ВОС – физическом и канальном. Существуют три основных вида топологий: "шина", "звезда" и "кольцо".

Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей. Стандарты IEEE 802 имеют достаточно четкую структуру, приведенную на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Структура стандартов IEEE 802.X

Стандарты семейства IEEE 802.X охватывают только два нижних уровня семиуровневой модели OSI - физический и канальный.

Уровень MAC. Этот уровень обеспечивает корректное совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом в распоряжение той или иной станции сети. После того как доступ к среде получен, ею может пользоваться более высокий уровень - уровень LLC, организующий передачу логических единиц данных, кадров информации, с различным уровнем качества транспортных услуг.

Уровень LLC отвечает за передачу кадров данных между узлами с различной степенью надежности, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. Подуровень LLC поддерживает два типа управление логическим каналом:

- первый обеспечивает передачу данных без установления соединения и без подтверждения их доставки;

- второй обеспечивает передачу данных с установлением соединения, при этом обеспечивает подтверждения доставки данных, их целостности и управление потоком данных, т.е передача следующего кадра проводится только после получения подтверждения о приеме предыдущего.

Первый тип управления обеспечивает широковещательную передачу данных и используется в сетях типа Ethernet, а второй - в сетях типа Token Ring, FDDI.

Форматы кадров. Различия в форматах кадров могут иногда приводить к несовместимости аппаратуры, рассчитанной на работу только с одним стандартом, хотя большинство сетевых адаптеров, мостов и маршрутизаторов умеет работать со всеми используемыми на практике форматами кадров технологии Ethernet.

Ниже приводится описание всех четырех модификаций заголовков кадров Ethernet (причем под заголовком кадра понимается весь набор полей, которые относятся к канальному уровню):

- кадр 802.3/LLC (или кадр Novell 802.2);

- кадр Raw 802.3 (или кадр Novell 802.3);

- кадр Ethernet DIX (или кадр Ethernet II);

- кадр Ethernet SNAP.

Заголовок кадра 802.3/LLC является результатом объединения полей заголовков кадров, определенных в стандартах 802.3 и 802.2.

На рисунке 2.2 показаны основные форматы кадров.

Рисунок 2.2 -.Два базовых MAC формата кадра

Поля имеют следующие назначения:

- преамбула: 7 байт, каждый из которых представляет чередование единиц и нулей 10101010. Преамбула позволяет установить битовую синхронизацию на приемной стороне;

- ограничитель начала кадра (SFD, start frame delimiter): 1 байт, последовательность 10101011, указывает, что далее последуют информационные поля кадра. Этот байт можно относить к преамбуле;

- адрес назначения (DA, destination address): 6 байт, указывает MAC-адрес станции (MAC-адреса станций), для которой (которых) предназначен этот кадр. Это может быть единственный физический адрес (unicast), групповой адрес (multicast) или широковещательный адрес (broadcast);

- адрес отправителя (SA, source address): 6 байт, указывает MAC-адрес станции, которая посылает кадр;

- поле типа или длины кадра (T or L, type or length): 2 байта. Существуют два базовых формата кадра Ethernet – Ethernet-II и IEEE 802.3, причем различное назначение у них имеет именно рассматриваемое поле. Для кадра Ethernet-II в этом поле содержится информация о типе кадра;

- данные (LLC Data): поле данных, которое обрабатывается подуровнем LLC. Сам по себе кадр IEEE 802.3 еще не окончательный. В зависимости от значений первых нескольких байт этого поля, могут быть три окончательных формата этого кадра IEEE 802.3.

Метод доступа к среде передачи - CSMA/CD.

Ethernet IEEE 802.3. использует метод доступа к среде передачи - CSMA/CD (carrier-sense multiple access/collision detection) - множественный доступ с обнаружением несущей. Перед началом передачи данных сетевой адаптер Ethernet "прослушивает" сеть. Если среда передачи в данный момент кем-то используется, адаптер задерживает передачу, если же нет, то начинает передавать. В том случае, когда два адаптера, предварительно прослушав сетевой трафик и обнаружив "тишину", начинают передачу одновременно, происходит коллизия. При обнаружении адаптером коллизии обе передачи прерываются, и адаптеры, прослушав канал, повторяют передачу спустя некоторое случайное время. Приведем основные правила алгоритма CSMA/CD для предающей станции. Передача кадра:

1. Станция, собравшаяся передавать, прослушивает среду. И передает, если среда свободна. В противном случае (т.е. если среда занята) переходит к шагу 2. При передаче нескольких кадров подряд станция выдерживает определенную паузу между посылками кадров - межкадровый интервал, причем после каждой такой паузы перед отправкой следующего кадра станция вновь прослушивает среду (возвращение на начало шага 1).

2. Если среда занята, станция продолжает прослушивать среду до тех пор, пока среда не станет свободной, и затем сразу же начинает передачу.

3. Каждая станция, ведущая передачу, прослушивает среду, и в случае обнаружения коллизии, не прекращает сразу же передачу, а сначала передает короткий специальный сигнал коллизии - jam-сигнал, информируя другие станции о коллизии, и прекращает передачу.

4. После передачи jam-сигнала станция замолкает и ждет некоторое произвольное время в соответствии с правилом бинарной экспоненциальной задержки и затем возвращается к шагу 1.

Межкадровый интервал IFG (interframe gap) составляет в 9,6 мкм (12 байт). С одной стороны он необходим для того, чтобы принимающая станция могла корректно завершить прием кадра.

Jam-сигнал (jamming - дословно глушение). Передача jam-сигнала гарантирует, что ни один кадр не будет потерян, так как все узлы, которые передавали кадры до возникновения коллизии, приняв jam-сигнал, прервут свои передачи и замолкнут в преддверии новой попытки передать кадры.

Прием кадра. Принимающая станция или другое сетевое устройство, например, концентратор или коммутатор первым делом синхронизируется по преамбуле и затем преобразовывает манчестерский код в бинарную форму (на физическом уровне). Далее обрабатывается бинарный поток.

На уровне MAC оставшиеся биты преамбулы сбрасываются, а станция читает адрес назначения и сравнивает его со своим собственным. Если адреса совпадают, то поля кадра за исключением преамбулы, SDF и FCS помещаются в буфер, и вычисляется контрольная сумма, которая сравнивается с полем контрольной последовательности кадра FCS (используется метод циклического суммирования CRC-32). Если они равны, то содержимое буфера передается протоколу более высокого уровня. В противном случае кадр сбрасывается.

Физические спецификации технологии Ethernet на сегодняшний день включают следующие среды передачи данных:

10Base-5 - коаксиальный кабель диаметром 0.5 дюйма, называемый "толстым" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 500 метров (без повторителей).

10Base-2 - коаксиальный кабель диаметром 0.25 дюйма, называемый "тонким" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 185 метров (без повторителей).

10Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). Образует звездообразную топологию с концентратором. Расстояние между концентратором и конечным узлом - не более 100 м.

10Base-F - оптоволоконный кабель. Топология аналогична стандарту на витой паре. Имеется несколько вариантов этой спецификации - FOIRL, 10Base-FL, 10Base-FB.

Число 10 обозначает битовую скорость передачи данных этих стандартов - 10 Мбит/с, а слово Base - метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц (в отличие от стандартов, использующих несколько несущих частот, которые называются broadband – широкополосными).

Технология Fast Ethernet является эволюционным развитием классической технологии Ethernet. Форматы кадров технологии Fast Ethernet не отличаются от форматов кадров технологий 10-Мегабитного Ethernet. Все времена передачи кадров Fast Ethernet в 10 раз меньше соответствующих времен технологии 10-Мегабитного Ethernet: межбитовый интервал составляет 10 нс вместо 100 нс, а межкадровый интервал - 0.96 мкс вместо 9.6 мкс соответственно.

Спецификации физического уровня Fast Ethernet. Стандарт определяет три спецификации для работы с разными типами кабелей: 100BaseTX и 100BaseT4 для работы на витой паре и 100BaseFX для работы по оптическому кабелю.

Спецификация 100BaseTX требует применения двух пар: неэкранированной - UTP (unshielded twisted pair) или экранированной - STP (shielded twisted pair) - одну для передачи, другую для приема. Этим требованиям отвечают два основных стандарта по кабелям: EIA/TIA-568 UTP, кате­гория 5 и STP типа 1 компании IBM. В 100BaseTX возможно обеспечение дуплексного режима при работе с сетевыми серверами (для реализации этой возможности требуется установить дуп­лексные коммутаторы), а также использование всего двух из четырех пар восьмижильного кабе­ля - две другие пары остаются свободными и могут быть использованы в дальнейшем для расши­рения возможностей сети.

Спецификация 100BaseT4 использует неэкранированную витую пару категории 3. Для соедине­ния используется четыре пары, три из которых предназначены для передачи данных и одна для обнаружения конфликтов. Используется схема кодирования 8В6Т и битовая скорость по одной паре 25 МГц, что в сумме обеспечивает битовую скорость передачи данных 100 МГц.

Спецификация 100BaseFX предусматривает работу с многомодовым оптоволокном с 62,5-мкм ядром и 125-мкм оболочкой. Применяется схема кодирования 4В5В и битовая скорость передачи составляет 125 МГц (аналогично FDDI), что обеспечивает результирующую скорость передачи данных 100 МГц. Стандарт 100BaseFX ориентирован в основном на магистральное соединение повторителей Fast Ethernet в пределах одного здания.

Протокол Gigabit Ethernet. Хотя переход на новые высокоскоростные технологии такие, как Fast Ethernet и 100VG-AnyLAN, начался не так давно, уже находятся в разработке два новых проекта - технология Gigabit Ethernet и Gigabit VG, предложенные соответственно Gigabit Ethernet Alliance и комитетом IEEE 802.12.

1000 BaseX (Gigabit Ethernet). С целью развития возможностей сети Ethernet для работы на гигабитовых скоростях в подкомитете IEEE 802.3z была создана рабочая группа Gigabit Task Force. Bra группа разработала ряд технических документов, определивших передачу информации со скоростью 1000 Мбит/с по оптическому кабелю, и один документ по передаче сигналов на гигабитовых скоростях по неэкранированной витой паре, UTP.

Для использования в Gigabit Ethernet в стандарт Fibre Channel пришлось внести определенные изменения. Это было связано с тем, что, во-первых, Gigabit Ethernet должна была иметь пропускную способность ровно 1000 Мбит/с (подобно тому, как Ethernet и Fast Ethernet имеют скорости 10 и 100 Мбит/с соответственно), а пропускная способность Fibre Channel составляет лишь 850 Мбит/с.

Во-вторых, Gigabit Ethernet должна соответствовать международному стандарту ISO 11801 на кабельные системы общего назначения в помещении пользователя. В большинстве сетей на опти­ческом кабеле применяется многомодовое волокно диаметром 62,5 мкм, что обеспечивает при ис­пользовании трансиверов на коротковолновом лазере (наиболее экономичное решение) передачу данных Gigabit Ethernet на 300 м. Это значительно меньше, чем заданная в стандарте ISO 11801 длина прогонов магистрали в зданиях (550 м). Для передачи данных на большие расстояния обыч­но применяются одномодовые оптические кабели и трансиверы на длинноволновом лазере.

В результате исследований было определено, что трансивер на длинноволновом лазере может обеспечить передачу данных на 550 м со скоростью 1000 Мбит/с при использовании многомодового оптического волокна диаметром 62,5 мкм. На этой основе была создана технология, полу­чившая в проекте стандарта название 1000BaseLX и обеспечивающая передачу данных на 500 м по многомодовому кабелю и на 3000 м по одномодовому кабелю. Для тех пользователей, которым не нужны такие длинные каналы связи, была предложена более дешевая технология 1000BaseSX, обеспечивающая передачу данных по многомодовому кабелю с использованием трансиверов на коротковолновом лазере. При этом обеспечивается дальность связи до 300 м по 62,5-мкм много­модовому волокну. Кроме того, при использовании 50-мкм многомодового волокна, широко рас­пространенного в ряде стран, l000BaseSX обеспечивает передачу данных на расстояния до 550 м.

Основные характеристики стандарта Token Ring

Сети стандарта Token Ring так же, как и сети Ethernet, используют разделяемую среду передачи данных, которая состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему используется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциями права на использование кольца в определенном порядке. Право на использование кольца передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном.

Стандарт Token Ring был принят комитетом 802.5 в 1985 году. В это же время компания IBM приняла стандарт Token Ring в качестве своей основной сетевой технологии. В настоящее время именно компания IBM является основным законодателем моды технологии Token Ring, производя около 60% сетевых адаптеров этой технологии.

Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4 Мбит/с и 16 Мбит/с. Первая скорость определена в стандарте 802.5, а вторая является новым стандартом де-факто, появившимся в результате развития технологии Token Ring. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается.

Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мбит/с, имеют и некоторые усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Мбит/с.

История создания стандарта FDDI.

Технология Fiber Distributed Data Interface - первая технология локальных сетей, которая использовала в качестве среды передачи данных оптоволоконный кабель.

Попытки применения света в качестве среды, несущей информацию, предпринимались давно - еще в 1880 году Александр Белл запатентовал устройство, которое передавало речь на расстояние до 200 метров с помощью зеркала, вибрировавшего синхронно со звуковыми волнами и модулировавшего отраженный свет.

Работы по использованию света для передачи информации активизировались в 1960-е годы в связи с изобретением лазера, который мог обеспечить модуляцию света на очень высоких частотах, то есть создать широкополосный канал для передачи большого количества информации с высокой скоростью. Примерно в то же время появились оптические волокна, которые могли передавать свет в кабельных системах, подобно тому, как медные провода передают электрические сигналы в традиционных кабелях. Однако потери света в этих волокнах были слишком велики, чтобы они могли быть использованы как альтернатива медным жилам. Недорогие оптические волокна, обеспечивающие низкие потери мощности светового сигнала и широкую полосу пропускания (до нескольких ГГц) появились только в 1970-е годы. В начале 1980-х годов началось промышленная установка и эксплуатация оптоволоконных каналов связи для территориальных телекоммуникационных систем.

В 1980-е годы начались также работы по созданию стандартных технологий и устройств для использования оптоволокнных каналов в локальных сетях. Работы по обобщению опыта и разработке первого оптоволоконного стандарта для локальных сетей были сосредоточены в Американском Национальном Институте по Стандартизации - ANSI, в рамках созданного для этой цели комитета X3T9.5. Начальные версии различных составляющих частей стандарта FDDI были разработаны комитетом Х3Т9.5 в 1986 - 1988 годах, и тогда же появилось первое оборудование - сетевые адаптеры, концентраторы, мосты и маршрутизаторы, поддерживающие этот стандарт. В настоящее время большинство сетевых технологий поддерживают оптоволоконные кабели в качестве одного из вариантов физического уровня, но FDDI остается наиболее отработанной высокоскоростной технологией, стандарты на которую прошли проверку временем и устоялись, так что оборудование различных производителей показывает хорошую степень совместимости. В таблице 3.1 представлены результаты сравнения технологии FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring.

Таблица 3.1 - Сравнения технологии FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring.

Характеристика	FDDI	Ethernet	Token Ring
Битовая скорость	100 Мбит/с	10 Мбит/с	16 Мбит/c
Топология	Двойное кольцо деревьев	Шина/звезда	Звезда/кольцо
Метод доступа	Доля от времени оборота токена	CSMA/CD	Приоритетная система резервирования
Среда передачи данных	Многомодовое оптоволокно, неэкранированная витая пара	Толстый коаксиал, тонкий коаксиал, витая пара, оптоволокно	Экранированная и неэкранированная витая пара, оптоволокно
Максимальная длина сети (без мостов)	200 км (100 км на кольцо)	2500 м	1000 м
Максимальное расстояние между узлами	2 км (-11 dB потерь между узлами)	2500 м	100 м
Максимальное количество узлов	500 (1000 соединений)		260 для экранированной витой пары, 72 для неэкранированной витой пары
Тактирование и восстановление после отказов	Распределенная реализация тактирования и восстановления после отказов	Не определены	Активный монитор

Лекция 11. Технологии глобальных сетей X.25, FR, АТМ

Цель лекций: для изучения сетей с пакетной передачей необходимо изучить принципы построения сетей X.25, изучить их протоколы, принципы функционирования, кадры.

Сети Х.25. В 1976 году был принят стандарт X.25, который стал основой всемирной системы PSPDN (Packet-Switched Public Data Networks).

Сети X.25 долгое время были единственными доступными сетями с коммутацией пакетов коммерческого типа, в которых давались гарантии коэффициента готовности сети. Стандарт X.25 определяет интерфейс между оконечным оборудованием - терминалом (DTE - Data Terminal Equipment) и оборудованием передачи данных (DCE - Data Communication Equipment), работающем в пакетном режиме. В качестве терминала может служить ЭВМ или любая другая система, удовлетворяющая требованиям X.25. Соединение DTE - DTE осуществляется через DCE. Главной особенностью сети X.25 является использование аппарата виртуальных каналов для обеспечения информационного взаимодействия между компонентами сети.

Виртуальные каналы предназначены для организации вызова и непосредственной передачи данных между абонентами сети. Информационный обмен в сети X.25 состоит из трех обязательных фаз:

- установление вызова (виртуального канала);

- информационный обмен по виртуальному каналу;

- разрыв вызова (виртуального канала).

Существуют два вида соединений:

- switched virtual circuit (SVC) - коммутируемый виртуальный канал;

- permanent virtual circuit (PVC) - постоянный виртуальный канал.

Соединения в сети X.25. Постоянный виртуальный канал PVC является аналогом выделенного канала.

Коммутируемый виртуальный канал (SVC) напоминает традиционный телефонный вызов и реализует обмен данными. Имеются три типа коммутируемых виртуальных каналов, работающие в дуплексном режиме, но отличающиеся направлением устанавливаемых соединений: входящий SVC, двунаправленный SVC и выходящий SVC.

Информационное взаимодействие в сети X.25 осуществляется на физическом, канальном и сетевом уровнях.

На физическом уровне могут быть использованы любые универсальные или специализированные интерфейсы. Компонентами сети являются устройства трех основных категорий, рисунок 8.1:

- устройства DTE (Data Terminal Equipment);

- устройства DCE (Data Communication Equipment);

- устройства PSE (Packet Switching Exchange).

Рисунок 8.1 – Структура сетей Х.25

Устройство PAD - Пакетный адаптер данных (packet assembler/ disassembler) является специфическим устройством сети X.25. Пакетный адаптер данных PAD предназначен для выполнения операции сборки нескольких низкоскоростных потоков байт от алфавитно-цифровых терминалов в пакеты, передаваемые по сети и направляемые компьютерам для обработки. Компьютеры и локальные сети обычно подключаются к сети X.25 непосредственно через адаптер X.25 или маршрутизатор, поддерживающий на своих интерфейсах протоколы X.25. Основные функции PAD:

- сборка символов, полученных от асинхронных терминалов, в пакеты;

- разборка полей данных в пакетах и вывод данных на асинхронные терминалы;

- управление процедурами установления соединения и разъединения по сети X.25 с нужным компьютером;

- передача символов, включающих старт-стопные сигналы и биты проверки на четность, по требованию асинхронного терминала;

- продвижение пакетов при наличии соответствующих условий, таких, как заполнение пакета, истечение времени ожидания и др.

Основные функции PSE - Коммутатор Х.25:

- прием кадра LAP-B;

- ответ на него другим кадром LAP-B, в котором подтверждается получение кадра с конкретным номером;

- организация повторной передачи кадра при утере или искажении кадра.

В случае правильного приема кадра LAP-B:

- извлечение пакета Х.25;

- на основании номера виртуального канала определение выходного порта;

- формирование нового кадра LAP-B для дальнейшего продвижения пакета.

Дата добавления: 2014-11-20