Рабочие группы

2. Спецификация физической среды Ethernet: 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, волоконно-оптический Ethernet. Технология Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Высокоскоростные локальные сети.

   Ethernet Метод доступа к среде в технологии Ethernet является вариантом метода CSMA/CD, а именно метод CSMA/CD с двоичной экспоненциальной отсрочкой (Binary Exponential Backoff). Если станция готова к передаче данных, она действует по следующему алгоритму.

Станция ожидает освобождение канала.

После освобождения канала перед непосредственно передачей станция выдерживает паузу, называемую межкадровым интервалом (Inter Packet Gap, IPG). Его длительность равна времени передачи 96 бит. Для скорости 10 Мбит/с она составляет 9,6 мкс, а для скорости 100 Мбит/с - 0,96 мкс. Эта пауза нужна для предотвращения монопольного захвата сети одной станцией. Во время передачи станция продолжает контролировать состояние канала. Если передаваемый и наблюдаемый сигнал отличаются, то считается, что обнаружена коллизия.

Если конфликт выявляется во время передачи преамбулы, то оставшаяся часть преамбулы всё равно передаётся, чтобы усилить сигнал коллизии. Когда конфликт возникает во время пересылки остальной части кадра, станция пересылает последовательность из 32 бит, называемую jam-последовательностью.

Спецификация IEEE 802.3 используeт разные топологии, единственным ограничением является запрет на контура - должен существовать лишь один путь пакета от одной NIC до другой. Известны четыре среды передачи, используемые в Ethernet:

10Base5 - коаксиальный кабель RG-11 с волновым сопротивлением 50 Ом, N-соединители (N-connectors), трансиверы (приемопередатчики), устанавливаемые непосредственно на кабеле, NIC соединяются с трансивером витой парой на разъемах AUI. Жаргонное название - "Толстый" Ethernet.

10Base-2 - коаксиальный кабель RG-58 с волновым сопротивлением 50 Ом, байонетные T-образные разъемы (BNC T-connectors), трансиверы (приемопередатчики), интегрированные непосредственно в NIC (Network Interface Card, сетевой адаптер). Жаргонное название - "Тонкий" Ethernet.

10Base-T - кабель типа "неэкранированная витая пара" UTP lev3 или lev5, концентраторы, разъемы RJ-45.

10Base-F - Соедиение типа "точка-точка" оптическим кабелем, многомодовое волокно с диаметром сердцевины 62.5мкм. Предназначено для соединения сегментов Ethernet в разных зданиях.

Характеристики	Ethernet	IEEE 802.3
		10Base5	10Base2	1Base5	10BaseT	10Broad36	10BaseF
Скорость, Mbps	10	1	10	10	10	10	10
Метод передачи	Baseband	Baseband	Baseband	Baseband	Baseband	Broadband	Baseband
Макс. длина сегмента, м	500	500	185	250	100	1800	1800
Среда передачи	50-Ом коаксиал (толстый)	50-Ом коаксиал (толстый)	50-Ом коаксиал (тонкий)	неэкр. витая пара	неэкр. витая пара	75-Om коаксиал	Многомодовая оптика 62.5мкм диам.
Топология	Шина	Шина	Шина	Звезда	Звезда	Шина	Звезда

Таблица 1. Сводная таблица характеристик стандартов Ethernet.

Стандарт технологи Ethernet, определенный в документе IEEE802.3, дает описание единственного формата кадра уровня МАС. Так как в кадр уровня МАС должен вкладываться кадр уровня LLC, описанный в документе IEEE802.2, то по стандартам IEEE в сети Ethernet может использоваться только один формат кадра канального уровня, заголовок которого является комбинацией заголовков подуровней МАС и LLC.

Fast Ethernet

Отличие технологии Fast Ethernet от Ethernet.

Все отличия технологии Ethernet и Fast Ethernet сосредоточенны на физическом уровне. Уровни МАС и LLC в Fast Ethernet остались абсолютно теми же. Организация физического уровня технологии Fast Ethernet является более сложной, поскольку в ней используются три варианта кабельных систем:

Волоконно-оптический многомодовый кабель(два волокна)

Витая пара категории 5 (две пары)

Витая пара категории 3 (четыре пары)

Коаксиальный кабель в Fast Ethernet не используется. Сети Fast Ethernet на разделяемой среде подобно сетям 10Base-T/10Base-F имеет иерархическую древовидную структуру, построенную на концентраторах. Основным отличием конфигурации сетей Fast Ethernet является сокращение диаметра до 200 метров, что объясняется сокращением времени передачи кадра минимальной длины в 10 раз по сравнению с 10-мегобайтной сетью Ethernet. Но при использовании коммутаторов протокол Fast Ethernet может работать в дуплексном режиме, в котором нет ограничения на общую длину сети, а только на отдельные физические сегменты.

Спецификация физической среды (100Base-TX, 100Base-T4, 10Base-FX).

100BASE-T - Общий термин для обозначения одного из трёх стандартов 100 Мбит/с Ethernet, использующий в качестве среды передачи данных витую пару. Длина сегмента до 200-250 метров. Включает в себя 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.

100BASE-TX, IEEE 802.3u - Развитие технологии 10BASE-T, используется топология звезда, задействован кабель витая пара категории-5, в котором фактически используются 2 пары проводников, максимальная скорость передачи данных 100 Мбит/с.

100BASE-T4 - 100 MБит/с Ethernet по кабелю категории-3. Задействованы все 4 пары. Сейчас практически не используется. Передача данных идёт в полудуплексном режиме.

100BASE-T2 - Не используется. 100 Mбит/с Ethernet через кабель категории-3. Используется только 2 пары. Поддерживается полнодуплексный режим передачи, когда сигналы распространяются в противоположных направления по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении - 50 Mбит/с.

100BASE-FX - 100 Мбит/с Ethernet с помощью оптоволоконного кабеля. Максимальная длина сегмента 400 метров в полудуплексном режиме (для гарантированного обнаружения коллизий) или 2 километра в полнодуплексном режиме по многомодовому оптическому волокну и до 32 километров по одномодовому.

Gigabit Ethernet

Спецификация физичсекой среды (1000Base-SX, 1000Base-LX).

1000BASE-T, IEEE 802.3ab - Стандарт Ethernet 1 Гбит/с. Используется витая пара категории 5e или категории 6. В передаче данных участвуют все 4 пары. Скорость передачи данных - 250 Мбит/с по одной паре.

1000BASE-TX, - Стандарт Ethernet 1 Гбит/с, использующий только витую пару категории 6. Практически не используется.

1000Base-X - общий термин для обозначения технологии Гигабит Ethernet, использующей в качестве среды передачи данных оптоволоконный кабель, включает в себя 1000BASE-SX, 1000BASE-LX и 1000BASE-CX.

1000BASE-SX, IEEE 802.3z - 1 Гбит/с Ethernet технология, использует многомодовое волокно дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров.

1000BASE-LX, IEEE 802.3z - 1 Гбит/с Ethernet технология, использует многомодовое волокно дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров. Оптимизирована для дальних расстояний, при использовании одномодового волокна (до 10 километров).

1000BASE-CX - Технология Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 25 метров), используется специальный медный кабель (Экранированная витая пара (STP)) с волновым сопротивлением 150 Ом. Заменён стандартом 1000BASE-T, и сейчас не используется.

1000BASE-LH (Long Haul) - 1 Гбит/с Ethernet технология, использует одномодовый оптический кабель, дальность прохождения сигнала без повторителя до 100 километров.

Проблемы технологии Gigabit Ethernet.

Обеспечение приемлемого диаметра сети для работы на разделяемой среде. В связи с ограничениями, накладываемыми методом CSMA/CD на длину кабеля, версия Gigabit Ethernet для разделяемой среды допускала бы длину сегмента всего в 25 метров. Необходимо было решить эту проблему.

Достижение битовой скорости 1000Мбит/с на оптическом кабеле. Технология Fibre Channel, физический уровень которой был взят за основу для оптоволоконной версии Gigabit Ethernet, обеспечивает скорость передачи данных всего 800Мбит/с.

Использование в качестве кабеля витой пары.

Для решения этих задач пришлось внести изменения не только в физический уровень, но и в уровень МАС. Для расширения максимального диаметра сети Gigabit Ethernet в полудуплексном режиме до 200 м разработчики технологии предприняли достаточно естественные меры, основывающиеся на известном соотношения времени передачи кадра минимальной длины и временем двойного оборота.

На рынке высокоскоростных (более 100 Мбит/с) сетей, пару лет назад представленных лишь сетями FDDI, сегодня предлагается около десятка различных технологий, как развивающих уже существующие стандарты, так и основанных на концептуально новых. Среди них следует особо выделить:

 Старый добрый оптоволоконный интерфейс FDDI, а также его расширенный вариант, FDDI II, специально адаптированный для работы с информацией мультимедиа, и CDDI, реализующий FDDI на медных кабелях. Все версии FDDI поддерживают скорость обмена 100 Мбит/с.

 100Base X Ethernet, представляющую собой высокоскоростной Ethernet с множественным доступом к среди и обнаружением коллизий. Данная технология – экстенсивное развитие стандарта IEEE802.3.

 100Base VG AnyLAN, новую технологию построения локальных сетей, поддерживающую форматы данных Ethernet и Token Ring со скоростью передачи 100 Мбит/сек по стандартным витым парам и оптоволокну.

 Gigabit Ethernet. Продолжение развития сетей Ethernet и Fast Ethernet.

 ATM, технологию передачи данных, работающую как на существующем кабельном оборудовании, так и на специальных оптических линиях связи. Поддерживает скорости обмена от 25 до 622 Мбит/сек с перспективой увеличения до 2.488 Гбит/сек.

 Fibre Channel, оптоволоконную технологию с коммутацией физических соединений, предназначенную для приложений, требующих сверхвысоких скоростей. Ориентиры – кластерные вычисления, организация взаимодействия между суперкомпьютерами и высокоскоростными массивами накопителей, поддержка соединений типа рабочая станция – суперкомпьютер. Декларированы скорости обмена от 133 Мбит до гигабита в секунду (и даже более).

Заманчивы, но далеко не ясны очертания технологии FFOL (FDDI Follow on LAN), инициативы ANSI, призванной в будущем заменить FDDI с новым уровнем производительности 2.4 Гбайт/сек.

АТМ

АТМ – ребенок телефонных компаний. Технология эта разрабатывалась далеко не в расчете на компьютерные сети передачи данных. ATM радикально отличается от обычных сетевых технологий. Основная единица передачи в этом стандарте – это ячейка, в отличие от привычного пакета. Ячейка содержит в себе 48 байт данных и 5 байт заголовка. Частично это необходимо, чтобы обеспечить очень маленькое время задержки при передачи мультимедийных данных. (Фактически, размер ячейки явился компромиссом между американским телефонными компаниями, которые предпочитают размер ячейки 64 байта, и европейскими, у которых он равен 32 байтам).

Устройства АТМ устанавливают связь между собой и передают данные по виртуальным каналам связи, которые могут быть временными или постоянными. Постоянный канал связи – это путь, по которому передается информация. Он всегда остается открытым вне зависимости от трафика. Временные каналы создаются по требованию и, как только передача данных заканчивается, закрываются.

С самого начала АТМ проектировался как система коммутации с помощью виртуальных каналов связи, которые обеспечивают заранее специфицированный уровень качества сервиса (Quality of Service – QoS ) и поддерживают постоянную или переменную скорость передачи данных. Модель QoS позволяет приложениям запросить гарантированную скорость передачи между приемником и источником, не обращая внимания на то, сколь сложен путь между ними. Каждый АТМ – коммутатор, связываясь с другим, выбирает такой путь, который гарантирует требуемую приложением скорость.

Если система не может удовлетворить запрос, то она сообщает об этом приложению. Правда, существующие протоколы передачи данных и приложения не имеют никакого понятия о QoS, так что это еще одно отличное свойство, которое никто не использует.

Благодаря наличию таких полезных свойств АТМ никого не удивляет всеобщее желание продолжать совершенствование этот стандарт. Но пока существующие реализации оборудования довольно ограничены первоначальным подходом, который ориентировался на другие, некомпьютерные, задачи.

Например, АТМ не имеет встроенной системы широковещательного оповещения (это характерно для АТМ, есть идея, но нет стандарта). И хотя широковещательные сообщения – извечная головная боль для любого администратора, в некоторых случаях они просто необходимы. Клиент, который ищет сервер, должен иметь возможность разослать сообщение «Где сервер?», что бы затем, получив ответ, направлять свои запросы уже непосредственно по нужному адресу.

Fast Ethernet

Ethernet, не смотря на весь его успех, никогда не был элегантным. Сетевые платы имеют только рудиментарные понятие об интеллекте. Они действительно сначала посылают пакет, а только затем смотрят, передавал ли данные кто-либо еще одновременно с ними. Кто-то сравнил Ethernet с обществом, в котором люди могут общаться друг с другом, только когда все кричат одновременно.

Как и его предшественник, Fast Ethernet использует метод передачи данных CSMACD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – Множественныый доступ к среде с контролем несущей и обнаружением коллизий). За этим длинным и непонятным акронимом скрывается очень простая технология. Когда плата Ethernet должна послать сообщение, то сначала она ждет наступления тишины, затем отправляет пакет и одновременно слушает, не послал ли кто-нибудь сообщение одновременно с ним. Если это произошло, то оба пакета не доходят до адресата. Если коллизии не было, а плата должна продолжать передавать данные, она все равно ждет несколько микросекунд.