Локальные сети

Локальные сети

Государственный комитет по высшему образованию РФ

Рязанская государственная радиотехническая академия

Кафедра прикладной вычислительной математики

Реферат на тему:

Локальные сети

Выполнил студент группы 743:

Кондратов В. В.

Проверил доцент кафедры ВПМ:

Баринов В. В.

Рязань 2000

Содержание

1. Содержание 2

2. Введение 4

3. Протоколы локальных сетей 4

3.1 Структура стандартов IEEE 802.1 - 802.5 5

3.2 Протокол LLC уровня управления логическим каналом 6

4. Стандарты технологии Ethernet 7

4.1 Метод доступа CSMA/CD 7

4.2 Форматы кадров технологии Ethernet 10

4.3 Спецификации физической среды Ethernet 12

4.4 Стандарт 10Base-5 12

4.5 Стандарт 10Base-2 13

4.6 Стандарт 10Base-T 13

4.7 Стандарт 10Base-F 14

4.8 Правило 4-х повторителей 14

5. Стандарт Token Ring 15

5.1 Основные характеристики стандарта Token Ring 15

5.2 Маркерный метод доступа к разделяемой среде 16

5.3 Физическая реализация сетей Token Ring 16

6. ArcNet 17

6.1 Платы сетевого интерфейса . 18

6.2 Активный и пассивный концентратор 18

6.3 Кабели и разъемы и терминаторы ArcNet 18

7. Fast Ethernet 19

7.1 Fast Ethernet как развитие классического Ethernet'а 19

7.2 Форматы кадров технологии Fast Ethernet 20

7.3 Спецификации физического уровня Fast Ethernet 20

7.4 Интерфейс MII 21

7.5 Физический уровень 100Base-FX - многомодовое оптоволокно 21

7.6 Физический уровень 100Base-TХ - двухпарная витая пара 21

7.7 Физический уровень 100Base-T4 - четырехпарная витая пара 23

8. Протокол Gigabit Ethernet 23

9. FDDI 24

9.1 История создания стандарта FDDI 24

9.2 Основы технологии FDDI 24

10. 100VG-AnyLAN 27

10.1 Общая характеристика технологии 100VG-AnyLAN 27

10.2 Структура сети 100VG-AnyLAN 28

10.3 Стек протоколов технологии 100VG-AnyLAN 29

10.4 Функции уровня MAC 29

11. Список литературы 30

Введение

Локальной вычислительной сетью принято называть сеть, все элементы

которой располагаются на сравнительно небольшой территории. Такая сеть

обычно предназначена для сбора, передачи и распределённой обработки

информации в пределах одного предприятия или организации.

Структура ЛВС отражает в определённых пределах структуру обслуживаемой

организации, а поэтому часто имеет иерархическое построение. В ЛВС

применяется, главным образом, прямая передача дискретной информации, при

которой цифровые сигналы, без модуляции несущей частоты (используемой для

широкополосной передачи по телефонным линиям) поступают в физический канал

(соеденительный кабель).

Особенностью локальных сетей является использование пользователями сети

единой среды передачи данных (в отличие от глобальных сетей, где большое

распостранение получили соеденения типа «точка-точка»). Этим определяется

необходимость использования специфичных методов доступа к моноканалу.

Протоколы локальных сетей

При организации взаимодействия узлов в локальных сетях основная роль

отводится протоколу канального уровня. Однако, для того, чтобы канальный

уровень мог справиться с этой задачей, структура локальных сетей должна

быть вполне определенной, так, например, наиболее популярный протокол

канального уровня - Ethernet - рассчитан на параллельное подключение всех

узлов сети к общей для них шине - отрезку коаксиального кабеля. Протокол

Token Ring также рассчитан на вполне определенную конфигурацию связей между

компьютерами - соединение в кольцо.

Подобный подход, заключающийся в использовании простых структур

кабельных соединений между компьютерами локальной сети, являлся следствием

основной цели, которую ставили перед собой разработчики первых локальных

сетей во второй половине 70-х годов. Эта цель заключалась в нахождении

простого и дешевого решения для объединения нескольких десятков

компьютеров, находящихся в пределах одного здания, в вычислительную сеть.

Решение должно было быть недорогим, потому что в сеть объединялись

недорогие компьютеры - появившиеся и быстро распространившиеся тогда

миникомпьютеры стоимостью в 10 000 - 20 000 долларов. Количество их в одной

организации было небольшим, поэтому предел в несколько десятков (максимум -

до сотни) компьютеров представлялся вполне достаточным для роста

практически любой локальной сети.

Для упрощения и, соответственно, удешевления аппаратных и программных

решений разработчики первых локальных сетей остановились на совместном

использовании кабелей всеми компьютерами сети в режиме разделения времени.

Наиболее явным образом режим совместного использования кабеля проявляется в

сетях Ethernet, где коаксиальный кабель физически представляет собой

неделимый отрезок кабеля, общий для всех узлов сети. Но и в сетях Token

Ring и FDDI, где каждая соседняя пара компьютеров соединена, казалось бы,

своими индивидуальными отрезками кабеля, эти отрезки не могут

использоваться компьютерами, которые непосредственно к ним подключены, в

произвольный момент времени. Эти отрезки образуют кольцо, доступ к которому

как к единому целому может быть получен только по вполне определенному

алгоритму, в котором участвуют все компьютеры сети. Использование кольца

как общего разделяемого ресурса упрощает алгоритмы передачи по нему кадров,

так как в каждый конкретный момент времени кольцо используется только одним

компьютером.

Такой подход позволяет упростить логику работы сети. Например, отпадает

необходимость контроля переполнения узлов сети кадрами от многих станций,

решивших одновременно обменяться информацией. В глобальных сетях, где

отрезки кабелей, соединяющих отдельные узлы, не рассматриваются как общий

ресурс, такая необходимость возникает, и для решения этой проблемы в

алгоритмы обмена информацией вводятся весьма сложные процедуры,

предотвращающие переполнение каналов связи и узлов сети.

Использование в локальных сетях очень простых конфигураций (общая шина и

кольцо) наряду с положительными имело и негативные стороны, из которых

наиболее неприятными были ограничения по производительности и надежности.

Наличие только одного пути передачи информации, разделяемого всеми узлами

сети, в принципе ограничивало пропускную способность сети пропускной

способностью этого пути (к тому же разделенной на число компьютеров сети),

а надежность сети - надежностью этого пути. Поэтому по мере повышения

популярности локальных сетей и расширения их сфер применения все больше

стали применяться специальные коммуникационные устройства - мосты и

маршрутизаторы - которые в значительной мере снимали ограничения

единственной разделяемой среды передачи данных. Базовые конфигурации в

форме общей шины и кольца превратились в элементарные структуры локальных

сетей, которые можно теперь соединять друг с другом более сложным образом,

образуя параллельные основные или резервные пути между узлами.

Тем не менее, внутри базовых структур по-прежнему работают все те же

протоколы разделяемых единственных сред передачи данных, которые были

разработаны более 15 лет назад. Это связано с тем, что хорошие скоростные и

надежностные характеристики кабелей локальных сетей удовлетворяли в течение

всех этих лет пользователей небольших компьютерных сетей, которые могли

построить сеть без больших затрат только с помощью сетевых адаптеров и

кабеля. К тому же колоссальная инсталляционная база оборудования и

программного обеспечения для протоколов Ethernet и Token Ring

способствовала тому, что сложился следующий подход - в пределах небольших

сегментов используются старые протоколы в их неизменном виде, а объединение

таких сегментов в общую сеть происходит с помощью дополнительного и

достаточно сложного оборудования.

В последние несколько лет наметилось движение к отказу от использования

в локальных сетях разделяемых сред передачи данных и переходу к

обязательному использованию между станциями активных коммутаторов, к

которым конечные узлы присоединяются индивидуальными линиями связи. В

чистом виде такой подход предлагается в технологии ATM (Asynchronous

Transfer Mode), а смешанный подход, сочетающий разделяемые и индивидуальные

среды передачи данных, используется в технологиях, носящих традиционные

названия с приставкой switching (коммутирующий): switching Ethernet,

switching Token Ring, switching FDDI.

Но, несмотря на появление новых технологий, классические протоколы

локальных сетей Ethernet и Token Ring по прогнозам специалистов будут

повсеместно использоваться еще по крайней мере лет 5 - 10.

1 Структура стандартов IEEE 802.1 - 802.5

В 1980 году в институте IEEE был организован "Комитет 802 по

стандартизации локальных сетей", в результате работы которого было принято

семейство стандартов IEEE 802.х, которые содержат рекомендации для

проектирования нижних уровней локальных сетей. Позже результаты его работы

легли в основу комплекса международных стандартов ISO 8802-1...5. Эти

стандарты были созданы на основе очень распространенных фирменных

стандартов сетей Ethernet, ArcNet и Token Ring.

(Помимо IEEE в работе по стандартизации протоколов локальных сетей

принимали участие и другие организации. Так для сетей, работающих на

оптоволокне, американским институтом по стандартизации ANSI был разработан

стандарт FDDI, обеспечивающий скорость передачи данных 100 Мб/с. Работы по

стандартизации протоколов ведутся также ассоциацией ECMA (European Computer

Manufacturers Association), которой приняты стандарты ECMA-80, 81, 82 для

локальной сети типа Ethernet и впоследствии стандарты ECMA-89, 90 по методу

передачи маркера.)

Стандарты семейства IEEE 802.x охватывают только два нижних уровня

семиуровней модели OSI - физический и канальный. Это связано с тем, что

именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей.

Старшие же уровни, начиная с сетевого, в значительной степени имеют общие

черты как для локальных, так и для глобальных сетей.

Специфика локальных сетей нашла также свое отражение в разделении

канального уровня на два подуровня:

. подуровень управления доступом к среде (Media Access Control, MAC)

. подуровень логической передачи данных (Logical Link Control, LLC).

MAC-уровень появился из-за существования в локальных сетях разделяемой

среды передачи данных. Именно этот уровень обеспечивает корректное

совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с

определенным алгоритмом в распоряжение той или иной станции сети. После

того, как доступ к среде получен, ею может пользоваться следующий

подуровень, организующий надежную передачу логических единиц данных -

кадров информации. В современных локальных сетях получили распространение

несколько протоколов MAC-уровня, реализующих различные алгоритмы доступа к

разделяемой среде. Эти протоколы полностью определяют специфику таких

технологий как Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

Уровень LLC отвечает за достоверную передачу кадров данных между узлами,

а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем.

Для уровня LLC также существует несколько вариантов протоколов,

отличающихся наличием или отсутствием на этом уровне процедур

восстановления кадров в случае их потери или искажения, то есть

отличающихся качеством транспортных услуг этого уровня.

Протоколы уровней MAC и LLC взаимно независимы - каждый протокол MAC-

уровня может применяться с любым типом протокола LLC-уровня и наоборот.

Стандарт IEEE 802 содержит несколько разделов:

В разделе 802.1 приводятся основные понятия и определения, общие

характеристики и требования к локальным сетям.

Раздел 802.2 определяет подуровень управления логическим каналом LLC.

Разделы 802.3 - 802.5 регламентируют спецификации различных протоколов

подуровня доступа к среде MAC и их связь с уровнем LLC:

. стандарт 802.3 описывает коллективный доступ с опознаванием несущей и

обнаружением конфликтов (Carrier sense multiple access with collision

detection - CSMA/CD), прототипом которого является метод доступа

стандарта Ethernet;

. стандарт 802.4 определяет метод доступа к шине с передачей маркера

(Token bus network), прототип - ArcNet;

. стандарт 802.5 описывает метод доступа к кольцу с передачей маркера

(Token ring network), прототип - Token Ring.

Для каждого из этих стандартов определены спецификации физического

уровня, определяющие среду передачи данных (коаксиальный кабель, витая пара

или оптоволоконный кабель), ее параметры, а также методы кодирования

информации для передачи по данной среде.

Все методы доступа используют протоколы уровня управления логическим

каналом LLC, описанным в стандарте 802.2.

2 Протокол LLC уровня управления логическим каналом

В основу протокола LLC положен протокол HDLC (High-level Data Link

Control Procedure), широко использующийся в территориальных сетях.

В соответствии со стандартом 802.2 уровень управления логическим каналом

LLC предоставляет верхним уровням три типа процедур:

LLC1 - сервис без установления соединения и без подтверждения;

LLC2 - сервис с установлением соединения и подтверждением;

LLC3 - сервис без установления соединения, но с подтверждением.

Этот набор процедур является общим для всех методов доступа к среде,

определенных стандартами 802.3-802.5.

Сервис без установления соединения и без подтверждения LLC1 дает

пользователю средства для передачи данных с минимумом издержек. Обычно,

этот вид сервиса используется тогда, когда такие функции как восстановление

данных после ошибок и упорядочивание данных выполняются протоколами

вышележащих уровней, поэтому нет нужды дублировать их на уровне LLC.

Сервис с установлением соединений и с подтверждением LLC2 дает

пользователю возможность установить логическое соединение перед началом

передачи любого блока данных и, если это требуется, выполнить процедуры

восстановления после ошибок и упорядочивание потока этих блоков в рамках

установленного соединения. Протокол LLC2 во многом аналогичен протоколам

семейства HDLC (LAP-B, LAP-D, LAP-M), которые применяются в глобальных

сетях для обеспечения надежной передачи кадров на зашумленных линиях.

В некоторых случаях (например, при использовании сетей в системах

реального времени, управляющих промышленными объектами), когда временные

издержки установления логического соединения перед отправкой данных

неприемлемы, а подтверждение корректности приема переданных данных

необходимо, базовый сервис без установления соединения и без подтверждения

не подходит. Для таких случаев предусмотрен дополнительный сервис,

называемый сервисом без установления соединения, но с подтверждением LLC3.

Чаще всего в локальных сетях используются протоколы LLC1. Это

объясняется тем, что кабельные каналы локальных сетей обеспечивают низкую

вероятность искажений бит и потери кадров. Поэтому, использование

повышающего надежность обмена протокола LLC2 часто приводит к неоправданной

избыточности, только замедляющей общую пропускную способность стека

коммуникационных протоколов. Тем не менее, иногда протокол LLC2 применяется

и в локальных сетях. Так, этот протокол используется стеком SNA в том

случае, когда мэйнфремы или миникомпьютеры IBM взаимодействуют через сети

Token Ring. Протокол LLC2 используется также компанией Hewlett-Packard в

том случае, когда принтеры подключается к сети Ethernet непосредственно, с

помощью встроенных сетевых адаптеров.

Стандарты технологии Ethernet

Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт

локальных сетей. Общее количество сетей, использующих в настоящее время

Ethernet, оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров, работающих с

установленными сетевыми адаптерами Ethernet - в 50 миллионов.

Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов

этой технологии. В более узком смысле, Ethernet - это сетевой стандарт,

основанный на технологиях экспериментальной сети Ethernet Network, которую

фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году (еще до появления

персонального компьютера). Метод доступа был опробован еще раньше: во

второй половине 60-х годов в радиосети Гавайского университета

использовались различные варианты случайного доступа к общей радиосреде,

получившие общее название Aloha. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox

совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II для сети,

построенной на основе коаксиального кабеля. Поэтому стандарт Ethernet

иногда называют стандартом DIX по заглавным буквам названий фирм.

На основе стандарта Ethernet DIX был разработан стандарт IEEE 802.3,

который во многом совпадает со своим предшественником, но некоторые

различия все же имеются. В то время, как в стандарте IEEE 802.3 различаются

уровни MAC и LLC, в оригинальном Ethernet оба эти уровня объединены в

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6