Локальные сети

Ethernet три - FX, TX и T4.

Подуровень согласования нужен для того, чтобы согласовать работу

подуровня MAC с интерфейсом MII.

4 Интерфейс MII

Существует два варианта реализации интерфейса MII: внутренний и внешний.

При внутреннем варианте микросхема, реализующая подуровни MAC и

согласования, с помощью интереса MII соединяется с микросхемой трансивера

внутри одного и того же конструктива, например, платы сетевого адаптера или

модуля маршрутизатора. Микросхема трансивера реализует все функции

устройства PHY.

Внешний вариант соответствует случаю, когда трансивер вынесен в

отдельное устройство и соединен кабелем MII через разъем MII с микросхемой

MAC-подуровня. Разъем MII в отличие от разъема AUI имеет 40 контактов,

максимальная длина кабеля MII составляет 1 метр. Сигналы, передаваемые по

интерфейсу MII, имеют амплитуду 5 В.

Интерфейс MII может использоваться не только для связи PHY с MAC, но и

для соединения устройств PHY с микросхемой повторения сигналов в

многопортовом повторителе-концентраторе.

5 Физический уровень 100Base-FX - многомодовое оптоволокно

Физический уровень PHY ответственен за прием данных в параллельной форме

от MAC-подуровня, трансляцию их в один (TX или FX) или три последовательных

потока бит с возможностью побитной синхронизации и передачу их через разъем

на кабель. Аналогично, на приемном узле уровень PHY должен принимать

сигналы по кабелю, определять моменты синхронизации бит, извлекать биты из

физических сигналов, преобразовывать их в параллельную форму и передавать

подуровню MAC.

Эта спецификация определяет работу протокола Fast Ethernet по

многомодовому оптоволокну в полудуплексном и полнодуплексном режимах на

основе хорошо проверенной схемы кодирования и передачи оптических сигналов,

использующейся уже на протяжении ряда лет в стандарте FDDI. Как и в

стандарте FDDI, каждый узел соединяется с сетью двумя оптическими

волокнами, идущими от приемника (Rx) и от передатчика (Tx).

6 Физический уровень 100Base-TХ - двухпарная витая пара

Основные отличия от спецификации PHY FX - использование метода MLT-3 для

передачи сигналов 5-битовых порций кода 4В/5B по витой паре, а также

наличие функции автопереговоров (Auto-negotiation) для выбора режима работы

порта.

Метод MLT-3 использует потенциальные сигналы двух полярностей для

представления 5-битовых порций информации.

Кроме использования метода MLT-3, спецификация PHY TX отличается от

спецификации PHY FX тем, что в ней используется пара шифратор-дешифратор

(scrambler/descrambler), как это определено в спецификации ANSI TP-PMD.

Шифратор принимает 5-битовые порции данных от подуровня PCS, выполняющего

кодирование 4B/5B, и зашифровывает сигналы перед передачей на подуровень

MLT-3 таким образом, чтобы равномерно распределить энергию сигнала по всему

частотному спектру - это уменьшает электромагнитное излучение кабеля.

Автопереговорный процесс

Спецификации PHY TX и PHY T4 поддерживают функцию Auto-negotiation, с

помощью которой два взаимодействующих устройства PHY могут автоматически

выбрать наиболее эффективный режим работы.

Описанная ниже схема Auto-negotiation является теперь стандартом

технологии 100Base-T. До этого производители применяли различные

собственные схемы автоматического определения скорости работы

взаимодействующих портов, которые не были совместимы. Принятую в качестве

стандарта схему Auto-negotiation предложила первоначально компания National

Semiconductor под названием NWay.

Всего в настоящее время определено 5 различных режимов работы, которые

могут поддерживать устройства PHY TX или PHY T4 на витых парах:

. 10Base-T - 2 пары категории 3;

. 10Base-T full-duplex - 2 пары категории 3;

. 100Base-TX - 2 пары категории 5 (или Type 1A STP);

. 100Base-TX full-duplex - 2 пары категории 5 (или Type 1A STP);

. 100Base-T4 - 4 пары категории 3.

Режим 10Base-T имеет самый низкий приоритет при переговорном процессе, а

режим 100Base-T4 - самый высокий. Переговорный процесс происходит при

включении питания устройства, а также может быть инициирован и в любой

момент модулем управления.

Для организации переговорного процесса используются служебные сигналы

проверки целостности линии технологии 10Base-T - link test pulses, если

узел-партнер поддерживает только стандарт 10Base-T. Узлы, поддерживающие

функцию Auto-negotiation, также используют существующую технологию сигналов

проверки целостности линии, при этом они посылают пачки таких импульсов,

инкапсулирующие информацию переговорного процесса Auto-negotiation. Такие

пачки носят название Fast Link Pulse burst (FLP).

Устройство, начавшее процесс auto-negotiation, посылает своему партнеру

пачку импульсов FLP, в котором содержится 8-битное слово, кодирующее

предлагаемый режим взаимодействия, начиная с самого приоритетного,

поддерживаемого данным узлом.

Если узел-партнер поддерживает функцию Auto-negotuiation и также может

поддерживать предложенный режим, то он отвечает пачкой импульсов FLP, в

которой подтверждает данный режим и на этом переговоры заканчиваются. Если

же узел-партнер может поддерживать менее приоритетный режим, то он

указывает его в ответе и этот режим выбирается в качестве рабочего. Таким

образом, всегда выбирается наиболее приоритетный общий режим узлов.

Узел, который поддерживает только технологию 10Base-T, каждые 16

миллисекунд посылает импульсы для проверки целостности линии, связывающей

его с соседним узлом. Такой узел не понимает запрос FLP, который делает ему

узел с функцией Auto-negotiation, и продолжает посылать свои импульсы.

Узел, получивший в ответ на запрос FLP только импульсы проверки целостности

линии, понимает, что его партнер может работать только по стандарту 10Base-

T и устанавливает этот режим работы и для себя.

Полнодуплексный режим работы

Узлы, поддерживающие спецификации PHY FX и PHY TX, могут работать в

полнодуплексном режиме (full-duplex mode). В этом режиме не используется

метод доступа к среде CSMA/CD и отсутствует понятие коллизий - каждый узел

одновременно передает и принимает кадры данных по каналам Tx и Rx.

Полнодуплексная работа возможна только при соединения сетевого адаптера

с коммутатором или же при непосредственном соединении коммутаторов.

При полнодуплексной работе стандарты 100Base-TX и 100Base-FX

обеспечивают скорость обмена данными между узлами 200 Мб/с.

Полнодуплексный режим работы для сетей 100Base-T пока не принят

комитетом IEEE в качестве стандарта. Тем не менее, многие производители

выпускают как сетевые адаптеры, так и коммутаторы для этого режима. Из-за

отсутствия стандарта эти продукты не обязательно корректно работают друг с

другом.

В полнодуплексном режиме необходимо определить процедуры управления

потоком кадров, так как без этого механизма возможны ситуации, когда буферы

коммутатора переполнятся и он начнет терять кадры Ethernet, что всегда

крайне нежелательно, так как восстановление информации будет осуществляться

более медленными протоколами транспортного или прикладного уровней.

Ввиду отсутствия стандартов на полнодуплексные варианты Ethernet'a

каждый производитель сам определяет способы управления потоком кадров в

коммутаторах и сетевых адаптерах. Обычно, при заполнении буфера устройства

до определенного предела, это устройство посылает передающему устройству

сообщение о временном прекращении передачи (XOFF). При освобождении буфера

посылается сообщение о возможности возобновить передачу (XON).

7 Физический уровень 100Base-T4 - четырехпарная витая пара

Спецификация PHY T4 была разработана для того, чтобы можно было

использовать для высокоскоростного Ethernet'а имеющуюся проводку на витой

паре категории 3. Эта спецификация использует все 4 пары кабеля для того,

чтобы можно было повысить общую пропускную способность за счет

одновременной передачи потоков бит по нескольким витым парам.

Вместо кодирования 4B/5В в этом методе используется кодирование 8B/6T.

Каждые 8 бит информации MAC-уровня кодируются 6-ю троичными цифрами

(ternary symbols), то есть цифрами, имеющими три состояния. Каждая троичная

цифра имеет длительность 40 наносекунд. Группа из 6-ти троичных цифр затем

передается на одну из трех передающих витых пар, независимо и

последовательно. Четвертая пара всегда используется для прослушивания

несущей частоты в целях обнаружения коллизии. Скорость передачи данных по

каждой из трех передающих пар равна 33.3 Мб/c, поэтому общая скорость

протокола 100Base-T4 составляет 100 Мб/c. В то же время из-за принятого

способа кодирования скорость изменения сигнала на каждой паре равна всего

25 Мбод, что и позволяет использовать витую пару категории 3.

Протокол Gigabit Ethernet

Хотя переход на новые высокоскоростные технологии, такие как Fast

Ethernet и 100VG-AnyLAN, начался не так давно, уже находятся в разработке

два новых проекта - технология Gigabit Ethernet и Gigabit VG, предложенные

соответственно Gigabit Ethernet Alliance и комитетом IEEE 802.12.

Интерес к технологиям для локальных сетей с гигабитными скоростями

повысился в связи с двумя обстоятельствами - во-первых, успехом

сравнительно недорогих (по сравнению с FDDI) технологий Fast Ethernet и

100VG-AnyLAN, во-вторых, со слишком большими трудностями, испытываемыми

технологией АТМ на пути к конечному пользователю.

Технология АТМ обладает многими привлекательными свойствами -

масштабируемой скоростью передачи данных, доходящей до 10 Гб/с, отличной

поддержкой мультимедийного трафика и возможностью работы как в локальных,

так и в глобальных сетях. Однако, стоимость технологии АТМ и ее сложность

не всегда оправданы. Вот для таких применений, в которых нужна в первую

очередь высокая скорость обмена, а без других возможностей, предлагаемых

АТМ, можно прожить, и предназначены активно разрабатываемые сегодня

гигабитные варианты Ethernet и VG.

За комитетом 802.12 стоит, естественно, компания Hewlett-Packard,

сотрудница которой и возглавляет сегодня этот комитет. К энтузиастам

перевода технологии VG на гигабитные скорости относятся также компании

Compaq Computer, Texas Instrument и Motorola.

В Gigabit Ethernet Alliance входят наряду с другими компании Bay

Networks, Cisco Systems и 3Com.

Обе группы намерены широко использовать достижения технологии Fibre

Channel, уже работающей с гигабитными скоростями. Во всяком случае, Fibre

Channel со своим методом кодирования 8B/10B фигурирует как один из

вариантов физического уровня для оптоволоконного кабеля.

Разрабатываемые предложения оставляют метод доступа в неизменном виде:

CSMA/CD для технологии Gigabit Ethernet и Demand Priority для Gigabit VG.

В связи с ограничениями, накладываемыми методом CSMA/CD на длину кабеля,

версия Gigabit Ethernet для разделяемой среды будет допускать длину связей

до 25 метров на витой паре. В связи с такими серьезными ограничениями более

популярны будут, очевидно, полнодуплексные версии гигабитного Ethernet'a,

работающие только с коммутаторами и допускающие расстояние между узлом и

коммутатором в 500 метров для многомодового кабеля и до 2 км для

одномодового кабеля.

Первый проект стандарта Gigabit Ethernet был принят в 1997 года, а его

окончательное принятие ожидается в конце 1998 года.

Gigabit Ethernet Alliance предполагает, что стоимость одного порта

концентратора Gigabit Ethernet в 1998 году составит от $920 до $1400, а

стоимость одного порта коммутатора Gigabit Ethernet составит от $1850 до

$2800.

Для технологии Gigabit VG предлагается реализовать скорость 500 Мб/с для

витой пары и 1 Гб/с для оптоволокна. Предельные расстояния между узлами

ожидаются следующие: для витой пары - 100 м, для многомодового оптоволокна

- 500 м и для одномодового оптоволокна - 2 км.

FDDI

1 История создания стандарта FDDI

Технология Fiber Distributed Data Interface - первая технология

локальных сетей, которая использовала в качестве среды передачи данных

оптоволоконный кабель.

Попытки применения света в качестве среды, несущей информацию,

предпринимались давно - еще в 1880 году Александр Белл запатентовал

устройство, которое передавало речь на расстояние до 200 метров с помощью

зеркала, вибрировавшего синхронно со звуковыми волнами и модулировавшего

отраженный свет.

Работы по использованию света для передачи информации активизировались в

1960-е годы в связи с изобретением лазера, который мог обеспечить модуляцию

света на очень высоких частотах, то есть создать широкополосный канал для

передачи большого количества информации с высокой скоростью. Примерно в то

же время появились оптические волокна, которые могли передавать свет в

кабельных системах, подобно тому, как медные провода передают электрические

сигналы в традиционных кабелях. Однако потери света в этих волокнах были

слишком велики, чтобы они могли быть использованы как альтернатива медным

жилам. Недорогие оптические волокна, обеспечивающие низкие потери мощности

светового сигнала и широкую полосу пропускания (до нескольких ГГц)

появились только в 1970-е годы. В начале 1980-х годов началось промышленная

установка и эксплуатация оптоволоконных каналов связи для территориальных

телекоммуникационных систем.

В 1980-е годы начались также работы по созданию стандартных технологий и

устройств для использования оптоволокнных каналов в локальных сетях. Работы

по обобщению опыта и разработке первого оптоволоконного стандарта для

локальных сетей были сосредоточены в Американском Национальном Институте по

Стандартизации - ANSI, в рамках созданного для этой цели комитета X3T9.5.

Начальные версии различных составляющих частей стандарта FDDI были

разработаны комитетом Х3Т9.5 в 1986 - 1988 годах, и тогда же появилось

первое оборудование - сетевые адаптеры, концентраторы, мосты и

маршрутизаторы, поддерживающие этот стандарт.

В настоящее время большинство сетевых технологий поддерживают

оптоволоконные кабели в качестве одного из вариантов физического уровня, но

FDDI остается наиболее отработанной высокоскоростной технологией, стандарты

на которую прошли проверку временем и устоялись, так что оборудование

различных производителей показывает хорошую степень совместимости.

2 Основы технологии FDDI

Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring,

развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDI

ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

Повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мб/с.

Повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур

восстановления ее после отказов различного рода - повреждения кабеля,

некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня

помех на линии и т.п.

Максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность

сети как для асинхронного, так и для синхронного трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют

основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Использование

двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI,

и узлы, которые хотят им воспользоваться, должны быть подключены к обоим

кольцам. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и

все участки кабеля первичного (Primary) кольца, поэтому этот режим назван

режимом Thru - "сквозным" или "транзитным". Вторичное кольцо (Secondary) в

этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может

передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо

объединяется со вторичным, образуя вновь единое кольцо. Этот режим работы

сети называется Wrap, то есть "свертывание" или "сворачивание" колец.

Операция свертывания производится силами концентраторов и/или сетевых

адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу

всегда передаются против часовой стрелки, а по вторичному - по часовой.

Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-

прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что

позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

В стандартах FDDI отводится много внимания различным процедурам, которые

позволяют определить наличие отказа в сети, а затем произвести необходимую

реконфигурацию. Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою

работоспособность в случае единичных отказов ее элементов. При

множественных отказах сеть распадается на несколько не связанных сетей.

Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемая среда передачи

данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа. Этот метод

очень близок к методу доступа сетей Token Ring и также называется методом

маркерного (или токенного) кольца - token ring.

Станция может начать передачу своих собственных кадров данных только в

том случае, если она получила от предыдущей станции специальный кадр -

токен доступа. После этого она может передавать свои кадры, если они у нее

имеются, в течение времени, называемого временем удержания токена - Token

Holding Time (THT). После истечения времени THT станция обязана завершить

передачу своего очередного кадра и передать токен доступа следующей

станции. Если же в момент принятия токена у станции нет кадров для передачи

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6