Технологии Ethernet, Fast Ethernet,Token Ring и Gigabit Ethernet

Технологии локальных сетей
Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet
– много общего:
Расстояния между узлами сети: 100 м – 2000 м
Единый формат адреса – 6 байт, уникальность обеспечивается производителем сетевого адаптера
Разделяемая среда для конечных узлов (компьютеров) – использование методов доступа
Media Access Control (MAC)
Качественные кабели для связи компьютеров:
Высокая скорость протоколов – 10, 16, 100, 1000 Мбит/с
Простая логика протоколов – без восстановления потерянных и искаженных кадров, так как эти события крайне редки

Уровень MAC
Основными функциями уровня MAC являются:
обеспечение доступа к разделяемой среде;
передача кадров между конечными узлами, используя функции и устройства физического уровня.

Транспортировка кадров
Осуществляется уровнем MAC в несколько этапов, которые в общем случае не зависит от выбранного метода доступа.
1. Формирование кадра. На этом этапе осуществляется заполнение полей кадра на основании информации, получаемой от протокола верхнего уровня. После того как кадр сформирован, уровень MAC подсчитывает контрольную сумму кадра и помещает ее в соответствующее поле.
Передача кадра через среду. Когда кадр сформирован и доступ к разделяемой среде получен, уровень MAC передает кадр на физический уровень, который побитно передает все поля кадра в среду.
Прием кадра. Уровень MAC каждого узла сети, подключенного к разделяемой среде, проверяет адрес назначения поступившего кадра, и если он совпадает с его собственным адресом, то продолжает его обработку, в противном случае кадр отбрасывается.
Из этого описания следует, что Ethernet реализует дейтаграммный полудуплексный режим передачи данных.

Уровень LLC
Выполняет две функции:
организует интерфейс с прилегающим к нему сетевым уровнем;
обеспечивает доставку кадров с заданной степенью надежности.
Предоставляет верхним уровням три типа транспортных услуг:
Услуга LLC1 — услуга без установления соединения и без подтверждения получения данных.
Услуга LLC2 — дает пользователю возможность установить логическое соединение.
Услуга LLC3 — услуга без установления соединения, но с подтверждением получения данных.

Демультиплексирование кадров протоколом LLC

Структура стандартов локальных сетей IEEE 802.x

Метод случайного доступа Ethernet
Ориентирован на среду типа “общая шина”
Пауза = L × Интервал отсрочки
L → [0, 2N], N - номер попытки, N ≤ 10
Пауза = [0, 1024 × Tотсрочки] = [0, 524288] = [0мкс, 0.52с]

Возникновение коллизии

Преимущества:
простой алгоритм ⇒ дешевая и надежная аппаратура
¨ возможность широковещательной передачи пакетов
Недостатки: большие потери из-за коллизий и ожиданий при нагрузке сети > 50 %
ограниченная длина сети:
2 × (время распространения сигнала между узлами) ≤
время передачи кадра – иначе коллизия может быть не связана с передачей своего кадра!
Особенности случайного метода доступа Ethernet
(CSMA/CD – Carrier Sense Multiply Access with Collision Detection)

Основные параметры протокола Ethernet

Форматы кадров Ethernet
6 6 2 46-1500 4
DA SA T Data FCS
Кадр Ethernet DIX (II)
6 6 2 46-1500 4
DA SA L Data FCS
Кадр Novell 802.3/ Raw 802.3
6 6 2 1 1 1(2) 46-1497 4
DA SA L DSAP SSAP Cont. Data FCS
Заголовок LLC
Кадр 802.3/ LLC – стандарт IEEE
Адрес назначения
Адрес источника
Тип протокола,
которому предназначены данные
Контрольная сумма
Данные
Длина кадра
Тип протокола,
которому предназначены данные

6 6 2 1 1 1(2) 3 2 46-1492 4
DA SA L DSAP SSAP Cont. OUI T Data FCS
Кадр Ethernet SNAP – универсальный
Тип протокола,
которому предназначены данные
Код организации, стандартизующей значения поля T,
Код IEEE – 00 00 00

индивидуальный - unicast (0 в старшем разряде)
широковещательный - broadcast (11....1111)
групповой - multicast (10.........)
Типы адресов Ethernet

Использование кадров Ethernet
различными стеками протоколов

Сеть Ethernet 10 Base-5
Достоинства:
хорошая защищенность кабеля от внешних воздействий
сравнительно большое расстояние между узлами
возможность простого перемещения рабочей станции в пределах длины кабеля AUI
Недостатки:
высокая стоимость кабеля
сложность его прокладки из-за большой жесткости
<= 100 станций в сегменте

Многосегментная сеть Ethernet 10 Base-5
Правило 5-4-3
Максимум: 5 сегментов (5 x 500 м = 2500 м)
4 повторителя
3 нагруженных сегмента
99 х 3 = 297 станций

Структура сетевого адаптера 10 Base-5 Ethernet

Сеть Ethernet 10 Base-2
Достоинства:
♦ простота инсталляции и модификаций сети
¨ дешевый кабель
Недостатки:
♦ большое количество контактов – частые отказы сети в целом
♦ сложность обнаружения нарушений физической целостности
высокая стоимость эксплуатации сети
<= 30 станций в сегменте

Сеть Ethernet 10 Base-T
Максимальный диаметр сети: 2500 м

Сети Ethernet 10 Мбит/с на оптическом волокне
Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) – первый стандарт комитета 802.3 для использования оптоволокна в сетях Ethernet.
Максимальное число повторителей между узлами осталось равным 4
Длина оптоволоконной связи между повторителями - до 1 км
Стандарт 10Base-FL - незначительное улучшение стандарта FOIRL.
Увеличена мощность передатчиков, расстояние между узлом и концентратором увеличилось до 2000 м.
Стандарт 10Base-FB - предназначен только для соединения повторителей. Между узлами сети можно установить до 5 повторителей 10Base-FB Максимальная длина одного сегмента 2740 м
Максимальный диаметр сети: 2500 м

Параметры спецификаций физического уровня для стандарта Ethernet 10 Мбит/c

Иерархическое соединение концентраторов Ethernet

Максимизация количества узлов в сети Ethernet на концентраторах

Домен коллизий
Домен коллизий – это часть сети Ethernet, все узлы которой конкурируют за общую разделяемую среду передачи и, следовательно каждый узел которой может создать коллизию с любым другим узлом этой части сети

Домены коллизий

Методика расчета сетей Ethernet 10 Мбит/c
Количество станций в сети не превышает 1024
Максимальная длина каждого физического сегмента не превышает величины, определенной в соответствующем стандарте физического уровня
Время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя
самыми удаленными друг от друга станциями сети не превышает 575 битовых интервалов.
Сокращение межкадрового расстояния IPG (Path Variability Value, PVV) при прохождении последовательности кадров через все повторители должно быть не больше, чем 49 битовых интервалов.
Условия корректности сети: