Базовые технологии локальных сетей

Структура стандартов IEEE 802.X

Стандарты IEEE 802.X
802.1 - Internetworking - объединение сетей;
802.2 - Logical Link Control, LLC - управление логической передачей данных;
802.3 - Ethernet с методом доступа CSMA/CD;
802.4 - Token Bus LAN - локальные сети с методом доступа Token Bus;
802.5 - Token Ring LAN - локальные сети с методом доступа Token Ring;
802.6 - Metropolitan Area Network, MAN - сети мегаполисов;
802.7 - Broadband Technical Advisory Group - техническая консультационная группа по широкополосной передаче;
802,8 - Fiber Optic Technical Advisory Group - техническая консультационная группа по волоконно-оптическим сетям;
802.9 - Integrated Voice and data Networks - интегрированные сети передачи голоса и данных;
802.10 - Network Security - сетевая безопасность;
802.11 - Wireless Networks - беспроводные сети;
802.12 - Demand Priority Access LAN, l00VG-AnyLAN - локальные сети с методом доступа по требованию с приоритетами.

Особенности стандартов IEEE 802.X
разделении канального уровня на два подуровня,
основная роль отводится классическим технологиям Ethernet, Token Ring, FDDI, основанным на использовании разделяемых сред.
логической передачи данных (Logical Link Control, LLC);
управления доступом к среде (Media Access Control, MAC).

Особенности стандартов IEEE 802.X
(продолжение)
Комитет IEEE 802.X разрабатывает стандарты, которые содержат рекомендации для проектирования нижних уровней локальных сетей - физического и канального
современными тенденциями являются :
- частичный или полный отказ от разделяемых сред, соединение узлов индивидуальными связями
- появление полнодуплексного режима работы практически для всех технологий локальных сетей.

Протокол LLC уровня управления логическим каналом (802.2)
Протокол LLC обеспечивает для технологий локальных сетей нужное качество услуг транспортной службы, передавая свои кадры либо с помощью
LLC1 - процедура без установления соединения и без подтверждения;
LLC2 - процедура с установлением соединения и подтверждением;
LLC3 - процедура без установления соединения, но с подтверждением.

Интерфейсные функции LLC (демультиплексирование кадров)

Технология Ethernet (IEEE 802.3)
Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей
Номинальная пропусеная способность 10 Мбит/c
Топология- общая шина
Случайный множественный доступ к разделяемой среде с обнаружением коллизий (CSMA/CD)

Метод случайного доступа CSMA/CD

Форматы кадра технологии Ethernet

Расчет паузы после коллизии
Пауза = L *(интервал отсрочки)= 0 …52,4 мс.
L - целое число, выбранное с равной вероятностью из диапазона [0, 2N ],
N - номер повторной попытки передачи данного кадра: 1,2,..., 10.
интервал отсрочки равен 512 битовым интервалам
битового интервала равна 0,1 мкс

Схема обнаружения и возникновения коллизии

Время двойного оборота и распознавание коллизий
Станция должна успевать обнаружить коллизию, которую вызвал переданный ее кадр, еще до того, как она закончит передачу этого кадра. Для этогодолжно выполняться соотношение:
Tmin >=PDV,
Тmin - время передачи кадра минимальной длины,
PDV - время, за которое сигнал коллизии успевает распространиться до самого дальнего узла

Спецификации физической среды Ethernet
l0Base-5 - коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма, называемый «толстым» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 500 метров (без повторителей).
l0Base-2 - коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма, называемый «тонким» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 185 метров (без повторителей).
l0Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары (UTP). Образует звездообразную топологию на основе концентратора. Расстояние между концентратором и конечным узлом - не более 100 м.
l0Base-F - волоконно-оптический кабель. (расстояние до 1000 м), l0Base-FL (расстояние до 2000 м), l0Base-FB (расстояние до 2000 м).

Параметры спецификаций физического уровня для стандарта Ethernet

Характеристики стандарта Ethernet
Технология Ethernet поддерживает 4 разных типа кадров, которые имеют общий формат адресов узлов.
Максимально возможная полезная пропускная способность сети Ethernet составляет 9,75 Мбит/с, что соответствует использованию кадров максимальной длины в 1518 байт, которые передаются по сети со скоростью 513 кадр/с.
На характеристики производительности сети большое значение оказывает коэффициент использования сети, который отражает ее загруженность. При значениях этого коэффициента свыше 50 % полезная пропускная способность сети резко падает: из-за роста интенсивности коллизий, а также увеличения времени ожидания доступа к среде.

Сеть Ethernet на витой паре
(l0Base-T)

Сеть Ethernet на витой паре
(l0Base-T)

Сеть Ethernet на витой паре
(l0Base-T)
Повышается надежность сети,
- есть возможность контролировать
отказ отдельных отрезков,
- отключать неисправный сегмент
- используется тест контроля
целостности сети,
Упрощается обслуживание сети

Многопортовыйповторитель сети Ethernet на витой паре (l0Base-T)

Многопортовыйповторитель сети Ethernet на витой паре (l0Base-T)

Многопортовыйповторитель сети Ethernet на витой паре (l0Base-T)

Иерархическое соединение повторителей (хабов)

Технология Token Ring (802.5)

Технология Token Ring
В сетях Token Ring используется маркерный метод доступа, который гарантирует каждой станции получение доступа к разделяемому кольцу в течение времени оборота маркера.

Технология Token Ring

Технология Token Ring

Технология Token Ring

Технология Token Ring

Технология Token Ring

Технология Token Ring

Технология Token Ring

Технология Token Ring (802.5)
Сети Token Ring работают на двух скоростях: 4 и 16 Мбит/с и могут использовать в качестве физической среды экранированную витую пару, неэкранированную витую пару, а также волоконно-оптический кабель. Максимальное количество станций в кольце - 260, а максимальная длина кольца - 4 км.
Метод доступа основан на приоритетах: от 0 (низший) до 7 (высший). Станция сама определяет приоритет текущего кадра и может захватить кольцо только в том случае, когда в кольце нет более приоритетных кадров.

Технология Token Ring (802.5)
(продолжение)
Технология Token Ring обладает элементами отказоустойчивости. Одна из станций - активный монитор - непрерывно контролирует наличие маркера, а также время оборота маркера и кадров данных. При некорректной работе кольца запускается процедура его повторной инициализации,
Сеть Token Ring может строиться на основе нескольких колец, разделенных мостами, маршрутизирующими кадры по принципу «от источника», для чего в кадр Token Ring добавляется специальное поле с маршрутом прохождения колец

Принцип маркерного доступа

Физическая конфигурация сети Token Ring

Технология FDDI
Технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконно-оптический кабель
Битовая скорость передачи данных - до 100 Мбит/с;
Повышена отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур ее восстановления после отказов различного рода - повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т. п.;
Эффективно использована потенциальная пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного (чувствительного к задержкам) трафиков.

Реконфигурация колец FDDI при отказе

Структура протоколов технологии FDDI

Задержки доступа к сети

Зависимость полезной пропускной способности сети Ethernet от коэффициента использования

Коммутируемые сети Ethernet

Структуризация с помощью мостов

Структура моста

Мосты с маршрутизацией от источника