Методы передачи данных в локальных сетях

Существуют два основных способа передачи данных в локальных сетях:Ethernet и маркерное кольцо (token ring).

Они стандартизованы в IEEE комитетами 802 и Project 802. Ethernet описан как стандарт локальных сетей в спецификациях IEEE 802.3, а маркерное кольцо - в спецификациях IEEE 802.5.

Оба способа используются широко, однако число инсталляций с применением Ethernet больше, поскольку этот метод имеет самые широкие возможность для расширения и реализации высокоскоростных технологий.

Также в данном разделе описан третий метод передачи данных в локальных сетях - FiberDistributedDataInterface, FDDI (Распределенный интерфейс передачи данных по волоконно-оптическим каналам), представляющий собой модификацию маркерного кольца для высокоскоростных коммуникаций.

1. Ethernet

Стандарт Ethernet использует преимущества шинной и звездообразной топологий.

На данный момент скорости передачи по сетям Ethernet составляют: 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1 Гбит/с и 10 Гбит/с.

В стандарте Ethernet используется метод управления доступом под названием CSMA CD (Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов).

CSMA CD - это алгоритм передачи и декодирования форматированных фреймов данных. С помощью данного алгоритма посылающий узел сети Ethernet инкапсулирует фрейм и готовит его для передачи.

Все узлы, стремящиеся отправить фрейм в кабель, соревнуются между собой. Ни один узел не имеет преимуществ перед другими узлами. Узлы прослушивают наличие пакетов в кабеле. Если обнаруживается передаваемый пакет, то узлы, не стоящие в очередь на передачу, переходят в режим «ожидания».

Для передачи генерируется сигнал несущей частоты.

Контроль несущей - это процесс проверки коммуникационного кабеля на наличие определенного напряжения, указывающего на наличие сигнала, передающего данные.

Если в течение заданного интервала времени в среде передачи отсутствует информационный сигнал, любой узел может начать передачу данных.

Для разрешения конфликтов пакетов передающий узел использует программный алгоритм обнаружения конфликтов. Этот алгоритм разрешает станциям, отправляющим пакеты, продолжать передачу в течение установленного промежутка времени. При этом передается сигнал помехи, состоящий из двоичных единиц, и по этому сигналу все слушающие сеть узлы определяют наличие конфликта. Затем на каждом узле программно генерируется случайное число, которое используется как время ожидания для начала следующей передачи.

Побитовое представление формата фрейма 802.3

EthernetII - метод форматирования фреймов Ethernet, используемый в Интернете и других современных сетях, немного отличающихся от традиционного стандарта IEEE 802.3 (однако в настоящее время признанный часть стандарта IEEE 802.3 и описанный в RFC 894), для повышения эффективности сетевых коммуникаций.

Для коммуникаций на подуровне LLC канального уровня, оба фрейма (802.3 и Ethernet II) могут содержать три необязательных поля между полем длины или типа и полем данных: поле целевой точки доступа к службе (destinationserviceaccesspoint, DSAP), поле исходной точки доступа к службе (sourceserviceaccesspoint, SSAP) и поле управления.

Эти поля позволяют Канальному уровню управлять фреймами и взаимодействовать с более высокими уровнями модели OSI. Поля DSAP и SSAP имеют длину 8 бит. Точки доступа к службе (SAP) позволяют сетевому уровню определять, какой сетевой процесс узла назначения должен получать фрейм.

2. Token Ring

Метод доступа маркерное кольцо (token ring) был разработан компанией IBM в 1970-х годах и остается одной из основных технологий локальных сетей, хотя уже и не столь популярной, как Ethernet.

Скорость передачи данных старых версиях маркерных сетей равна 4 Мбит/с или 16 Мбит/с, а в новых скоростных сетях - 100 Мбит/с.

Метод передачи данных в маркерном кольце использует топологию физической звезды в сочетании с логикой кольцевой топологии. Несмотря на то, что каждый узел подключается к центральному концентратору, пакет перемещается от узла к узлу так, будто начальная и конечная точки отсутствуют.

Каждый узел соединяется с другими при помощи модуля множественного доступа (MultistationAccessUnit, MAU). MAU - это специализированный концентратор, обеспечивающий передачу пакета по замкнутой цепочке компьютеров. Поскольку пакеты движутся по кольцу, на рабочих станциях или в модуле MAU отсутствуют терминаторы.

Специальный фрейм, называемый маркером (token), непрерывно передается по кольцу для определения момента, когда некоторый узел может отправить пакет.

Этот фрейм имеет длину 24 бита и состоит из трех 8-битных полей признака начала (startingdelimiter, SD), поля управления доступом (accesscontrol, АС) и признака конца (endingdelimiter, ED).

В каждом маркерном кольце один узел выполняет функции монитора активности (activemonitor) или диспетчера.

Обычно эти задачи выполняет первая станция, обнаруженная после запуска сети.

Диспетчер отвечает за синхронизацию пакетов в сети и за генерацию нового фрейма маркера в случае возникновения проблем.

Через интервалы в несколько секунд диспетчер рассылает широковещательный фрейм, свидетельствующий о работоспособности диспетчера.

Широковещательный (broadcast) фрейм или пакет адресуется всем узлам сети. Другие узлы рабочих станций являются резервными диспетчерами.

3. FDDI

Стандарт FiberDistributedDataInterface, FDDI (Распределенный интерфейс передачи данных по оптоволоконным каналам) был разработан в середине 1980-х годов для обеспечения высокоскоростной передачи данных по сетям Ethernet (в то время на частоте 10 Мбит/с) или по маркерным кольцам (с частотой 4 или 16 Мбит/с).

Стандарт установлен комитетом ANSI X3T9.5 и обеспечивает метод доступа, позволяющий с большой скоростью передавать информацию по загруженным сетям.

При частоте передачи, равной 100 Мбит/с, стандарт FDDI обеспечивая большую производительность, чем сети Ethernet с частотой 10 Мбит/с и маркерные кольца с частотой 16 Мбит/с.

Однако по мере развития скоростных технологий FastEthernet и Fast Token Ring этот стандарт применяется все реже и реже.

В качестве передающей среды стандарт FDDI использует оптоволоконный кабель.

Обычно FDDI применялся для обеспечения быстрого доступа к сетевым серверам (но, опять-таки, теперь для этих целей почти везде используют технологии FastEthernet).

Методы доступа FDDI и маркерного кольца похожи, поскольку в них для пересылки данных по сети используется передача маркера.

Отличие FDDI от стандартного маркерного кольца заключается в применении синхронного метода доступа с передачей маркера.

Маркер FDDI перемещается по сетевому кольцу от узла к узлу.

Если некоторый узел не имеет данных для передачи, он принимает маркер и пересылает его следующему узлу.

Если узел, владеющий маркером, должен передать данные, он может отослать любое нужное количество фреймов в течение фиксированного промежутка времени, называемого временем обращения целевого маркера (targettokenrotationtime, TTRT).

Поскольку стандарт FDDI использует синхронный метод передачи маркера, в сети в каждый момент времени могут находиться несколько фреймов от нескольких узлов, что обеспечивает высокую скорость передачи данных.