Відмінності між версіями «МЕРЕЖІ 100VG-anyLAN»

Версія за 12:00, 12 травня 2009

У липні 1993 року за ініціативою компаній AT&T і Hewlett-Packard був організований новий комітет IEEE 802.12, покликаний стандартизовать нову технологію 100BaseVG. Дана технологія була високошвидкісним розширенням стандарту IEEE 802.3 (відомого також як 100BaseT, або Ethernet на витій парі).

У вересні компанія IBM запропонувала об'єднати в новому стандарті підтримку Ethernet і Token Ring. Змінилася і назва нової технології - 100VG-AnyLAN.

Технологія повинна підтримувати як вже існуючі мережеві додатки, так і новостворювані. На це направлена одночасна підтримка форматів кадрів даних і Ethernet, і Token Ring, що забезпечує прозорість мереж, побудованих за новою технологією, для існуючих програм. З деяких пір вита пара повсюдно замінює коаксильниє кабелі. Її переваги - велика мобільність і надійність, низька вартість і простіше адміністрування мережі. Процес витіснення коаксильних кабелів йде і у нас. Стандарт 100VG-AnyLAN орієнтований як на виті пари (для використання придатно будь-яке наявне кабельне господарство), так і на оптоволоконні лінії, що допускають значну віддаленість абонентів. Втім, на швидкості обміну застосування оптоволокна не позначається.

Топологія

Оскільки 100VG покликана замінити собою Ethernet і Token Ring, вона підтримує топології, вживані для цих мереж (логічно загальна шина і маркерне кільце, відповідно). Фізична топологія - обов'язково зірка, петлі або галуження не допускаються. При каскадному підключенні хабов між ними допускається тільки одна лінія зв'язку. Утворення резервних ліній можливо лише за умови, що в кожен момент активна рівно одна. Стандартом передбачено до 1024 вузлів в одному сегменті мережі, але із-за зниження продуктивності мережі реальний максимум скромніший - 250 вузлів. Схожими міркуваннями визначається і максимальне видалення між найбільш видаленими вузлами - два з половиною кілометри. На жаль, стандартом не допускається об'єднання в одному сегменті систем, що використовують одночасно формати Ethernet і Token Ring. Для таких мереж призначені спеціальні 100VG-AnyLAN мостів Token Ring-Ethernet. Зате у разі конфігурації 100VG-Ethernet сегменту Ethernet із звичайною швидкістю обміну (10 Мбит/сек) може бути приєднаний за допомогою простого перетворювача швидкості. Відповідно до рекомендацій IEEE 802.1D між двома вузлами однієї мережі не може бути більше семи мостів.

Устаткування

Передавальні середовища. Для 100Base-T Ethernet використовуються кабелі, що містять чотири неекрановані виті пари. Одна пара служить для передачі даних, одна - для вирішення конфліктів; дві пари, що залишилися, не використовуються. Очевидно, що передача даних по всіх чотирьох парах дасть виграш вчетверо. Заміна стандартного "манчестерського" коду ефективнішим - 5B6B NRZ - дає виграш ще майже удвічі (за рахунок передачі двох бітів даних за один такт). Таким чином, при лише трохи підвищенні несучої частоти (близько 20%), продуктивність лінії зв'язку підвищується вдесятеро. При роботі з екранованими кабелями, характерними для мереж Token Ring, використовуються дві виті пари, але при удвічі більшій частоті (завдяки тому, що кабель екранований). При передачі по такому кабелю кожна пара використовується як фіксований однонаправлений канал. По одній парі передаються вхідні дані, по іншій вихідні. Стандартне видалення вузлів, на якому гарантуються параметри передачі - 100 метрів для пар третьої і четвертої категорії і 200 метрів для п'ятою. Допускається використання оптоволоконних пар. Завдяки такому носію відстань, що покривається, збільшується до двох кілометрів. Як і у разі екранованого кабелю, використовується двонаправлене з'єднання. Хаби 100VG можуть з'єднуватися каскадом, що забезпечує максимальну відстань між вузлами в одному сегменті на неекранованих кабелях до 2.5 кілометрів.

Хаби.

Головною дійовою особою при побудові мережі 100VG-AnyLAN є хаб (або концентратор). Всі пристрої мережі, незалежно від їх призначення, приєднуються до хабам. Виділяють два типу з'єднань: для зв'язку "вгору" і "вниз". Під зв'язком "вгору" мається на увазі з'єднання з хабом вищого рівня. "Вниз" - це з'єднання з крайовими вузлами і хабамі нижчого рівня (по одному порту на кожен пристрій або хаб). Щоб захистити дані від несанкціонованого доступу, реалізовано два режими роботи кожного порту: конфіденційний і публічний. У конфіденційному режимі кожен порт одержує тільки повідомлення, адресовані безпосередньо йому, в публічному - всі повідомлення. Звичайно публічний режим використовується для підключення мостів і маршрутизаторів, а також різного роду діагностичної апаратури. Для того, щоб підвищити продуктивність системи, адресовані конкретному вузлу дані тільки йому і передаються. Дані ж, призначені для широкого віщання, буферизуються до закінчення передачі, а потім розсилаються всім абонентам.

100VG-AnyLAN і модель OSI

У передбачуваному стандарті IEEE 802.12, 100VG-AnyLAN визначається на рівні передачі даних (2-й рівень семирівневої моделі ISO) і на фізичному рівні (1-й рівень ISO). Рівень передачі даних розбитий на два підрівні: логічного контролю з'єднання (LLC - Logical Link Control) і контролю доступу до середовища (MAC - Medium Access Control).
Стандартом OSI на рівень передачі даних покладається відповідальність за забезпечення надійної передачі даних між двома вузлами мережі. Одержуючи пакет для передачі від вищого мережевого рівня, рівень передачі даних приєднує до цього пакету адреси одержувача і відправника, формує з нього набір кадрів для передачі і забезпечує надмірність, необхідну для виявлення і виправлення помилок. Рівень передачі даних забезпечує підтримку форматів кадрів Ethernet і Token Ring.
Верхній підрівень - логічного контролю з'єднань - забезпечує режими передачі даних як зі встановленням, так і без встановлення з'єднання.

Нижній підрівень - контролю доступу до середовища - при передачі забезпечує остаточне формування кадру передачі відповідно до протоколу, реалізованого в даному сегменті (IEEE 802.3 або 802.5). Якщо ж йдеться про отримання пакету, підрівень з'ясовує відповідність адреси, здійснює перевірку контрольної суми і визначає помилки передачі. Логічно MAC-підрівень можна розділити на три основні компоненти: протокол пріоритету запитів, система тестування з'єднань і система підготовки кадрів передачі. Протокол пріоритетів запитів - Demand Priority Protocol (DPP) - трактується стандартом 100VG-AnyLAN як складова частина MAC-підрівня. DPP визначає порядок обробки запитів і встановлення з'єднань.
Коли кінцевий вузол готовий передати пакет, він відправляє хабу запит звичайного або високого пріоритету. Якщо вузлу нічого передати, він відправляє сигнал "вільний". Якщо вузол не активний (наприклад, комп'ютер вимкнений), він, природно, нічого не посилає. У разі каскадного з'єднання хабов при запиті вузлом передачі у хаба нижнього рівня останній транслює запит "вгору". Хаб циклічно опитує порти, з'ясовувавши їх готовність до передачі. Якщо до передачі приготувалися відразу декілька вузлів, хаб аналізує їх запити, спираючись на два критерії - пріоритет запиту і фізичний номер порту, до якого приєднаний передавальний вузол. Спочатку, природно, обробляються запити високого пріоритету. Такі пріоритети використовуються додатками, критичними до часу реакції, наприклад, повноформатними системами мультимедіа. Адміністратор мережі може асоціювати виділені порти з високими пріоритетами. Для того, щоб уникнути втрат продуктивності, вводиться спеціальний механізм, що не допускає привласнення високого пріоритету всім запитам, витікаючим від одного вузла. Зроблені одночасно декілька запитів високого пріоритету обробляються відповідно до фізичної адреси порту. Після того, як оброблені всі високопріоритетні запити, обробляються запити нормального пріоритету, в порядку, також визначуваному фізичною адресою порту. Щоб забезпечити гарантований час відгуку, нормальному запиту, що прочекав 200-300 мілісекунд, привласнюється високий пріоритет. При опиті порту, до якого підключений хаб нижнього рівня, ініціюється опит його портів і лише після цього поновлюється опит портів старшого хаба. Таким чином, всі кінцеві вузли опитуються послідовно, незалежно від рівня хаба, з яким вони сполучені. Система тестування з'єднань. При тестуванні з'єднань станція і її хаб обмінюються спеціальними тестовими пакетами. Одночасно вся решта хаби одержує повідомлення про те, що десь в мережі відбувається тестування. Окрім верифікації з'єднань можна одержати інформацію про типи пристроїв, підключених до мережі (хабах, мостах, шлюзах і кінцевих вузлах), режими їх функціонування і адреси. Тестування з'єднань відбувається при кожній ініціалізації вузла і при кожному перевищенні заданого рівня помилок передачі. Тестування з'єднань між хабамі аналогічно тестуванню з'єднань кінцевого вузла. Підготовка кадру передачі. Перш, ніж передати дані на фізичний рівень, необхідно доповнити його службовими заголовком і закінченням, що включає заповнення поля даних (якщо це необхідно), адреси абонентів і контрольні послідовності.

Кадр передачі 100VG-AnyLAN

Передбачуваний стандарт IEEE-802.12 підтримує три типу форматів кадрів передачі даних: IEEE 802.3 (Ethernet), IEEE 802.5 (Token Ring) і спеціальний формат кадрів тестування з'єднань IEEE 802.3. Стандарт обмежує допустиму організацію мереж, забороняючи використання різних форматів кадрів в рамках одного сегменту мережі. Кожен сегмент може підтримувати тільки один логічний стандарт, а для побудови гетерогенних мереж наказує застосування спеціальних мостів. Порядок передачі даних для форматів Ethernet і Token Ring однаковий (першим передається байт старшого розряду, останнім - молодшого). Розрізняється лише порядок бітів в байтах: у форматі Ethernet першими передаються молодші біти, а в Token Ring - старші.

Кадр Ethernet (IEEE 802.3) повинен містити наступні поля:
DA - адреса одержувача пакет (6 байт);
SA - адреса відправника (6 байт);
L - покажчик довжини даних (2 байти);
дані користувача і заповнювачі;
FCS - контрольна послідовність.
Кадр Token Ring (IEEE 802.5) містить більше число полів. Деякі з них протоколом 100VG-AnyLAN не використовуються, а збережені лише для того, щоб забезпечити сумісність даних з сегментами 4 і 16 Мбит/сек (при обміні через відповідні мости):
АС - поле контролю доступу (1 байт, не використовується);
FC - поле контролю кадру (1 байт, не використовується);
DA - адреса одержувача (6 байт);
SA - адреса відправника (6 байт);
RI - інформаційне поле маршрутизатора (0-30 байт)поле інформації;
FCS - контрольна послідовність (4 байти).

Фізичний рівень мереж 100VG-AnyLAN

У моделі ISO фізичному рівню ставиться безпосередній процес передачі бітів даних від одного вузла до іншого. Роз'єми, кабелі, рівня сигналів, частоти і інші фізичні характеристики описуються саме цим рівнем. Як електричний стандарт передачі даних розробники вирішили повернутися до відомого способу прямого двухуровнего кодування (NRZ-коду), де високий рівень сигналу відповідає логічній одиниці, а низький - нулю. Колись, на зорі ери цифрової передачі даних, від такого способу відмовилися. В основному, це було пов'язано з труднощами синхронізації і відбулося всупереч більшій щільності інформації на один такт несучої частоти - два біти за один такт. Використання кодування 5B6B, що зумовлює рівне число нулів і одиниць в передаваних даних, дозволяє одержати достатню синхронізацію. Навіть наявність трьох бітів одного рівня підряд (а більше їх число заборонене кодуванням і інтерпретується як помилка) не встигає привести до розсинхронізації передавача і приймача. Таким чином, при надмірності коду 20% пропускна спроможність каналу збільшується удвічі. При тактовій частоті 30 Мгц забезпечується передача 25 Мбит/сек початкових даних по одній парі, сумарний об'єм передачі по чотирьох парах одного кабелю складає 100 Мбит/сек.

Управління передачею даних в мережах

Мережі, побудовані на неекранованій витій парі, використовують всі чотири пари кабелю і можуть функціонувати як в повнодуплексному (для передачі сигналів управління), так і напівдуплексному режимі, коли всі чотири пари використовуються для передачі даних в одному напрямі. У мережах на екранованій парі або оптоволокне реалізовані два однонаправлені канали: один на приклад, інший на передачу. Прийом і передача даних може здійснюватися одночасно. У мережах на оптоволокне або екранованій парі передача даних відбувається аналогічно. Невеликі відмінності визначаються наявністю постійно діючих в обидві сторони каналів. Вузол, наприклад, може одержувати пакет і одночасно відправляти запит на обслуговування.