Сетевые технологии ЛВС

Сеть Token-Ring в классическом варианте уступает сети Ethernet как по допустимому размеру, так и по максимальному количеству абонентов. Что касается скорости передачи, то в настоящее время имеются  версии Token-Ring на скорость 100 Мбит/с (High Speed Token-Ring, HSTR) и на 1000 Мбит/с (Gigabit Token-Ring). Компании, поддерживающие Token-Ring (среди  которых IBM, Olicom, Madge), не намерены отказываться от своей сети, рассматривая ее как  достойного конкурента Ethernet.

По сравнению с аппаратурой Ethernet аппаратура Token-Ring заметно дороже, так как используется более сложный  метод управления обменом, поэтому  сеть Token-Ring не получила столь широкого распространения.

Однако в отличие от Ethernet сеть Token-Ring значительно лучше  держит высокий уровень нагрузки (более 30—40%) и обеспечивает гарантированное  время доступа. Это необходимо, например, в сетях производственного назначения, в которых задержка реакции на внешнее событие может привести к серьезным авариям.

В сети Token-Ring используется классический маркерный метод доступа, то есть по кольцу постоянно циркулирует  маркер, к которому абоненты могут  присоединять свои пакеты данных. Отсюда следует такое важное достоинство  данной сети, как отсутствие конфликтов, но есть и недостатки, в частности  необходимость контроля целостности  маркера и зависимость функционирования сети от каждого абонента (в случае неисправности абонент обязательно  должен быть исключен из кольца).

Интересно, что в более  быстрой версии Token-Ring (16 Мбит/с и  выше) применяется так называемый метод раннего формирования маркера (ETR – Early Token Release). Он позволяет избежать непроизводительного использования  сети в то время, пока пакет данных не вернется по кольцу к своему отправителю.

3. Сеть Arcnet

Сеть Arcnet (или ARCnet от английского  Attached Resource Computer Net, компьютерная сеть соединенных ресурсов) – это одна из старейших сетей. Она была разработана компанией Datapoint Corporation еще в 1977 году. Международные стандарты на эту сеть отсутствуют, хотя именно она считается родоначальницей метода маркерного доступа. Несмотря на отсутствие стандартов, сеть Arcnet до недавнего времени (в 1980 – 1990 г.г.) пользовалась популярностью, даже серьезно конкурировала с Ethernet. Большое количество компаний (например, Datapoint, Standard Microsystems, Xircom и др.) производили аппаратуру для сети этого типа. Но сейчас производство аппаратуры Arcnet практически прекращено.

Среди основных достоинств сети Arcnet по сравнению с Ethernet можно  назвать ограниченную величину времени  доступа, высокую надежность связи, простоту диагностики, а также сравнительно низкую стоимость адаптеров. К наиболее существенным недостаткам сети относятся  низкая скорость передачи информации (2,5 Мбит/с), система адресации и формат пакета.

Для передачи информации в  сети Arcnet используется довольно редкий код, в котором логической единице  соответствует два импульса в  течение битового интервала, а логическому  нулю – один импульс. Очевидно, что  это самосинхронизирующийся код, который  требует еще большей пропускной способности кабеля, чем даже манчестерский.

В качестве среды передачи в сети используется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 93 Ом, к  примеру, марки RG-62A/U. Варианты с витой  парой (экранированной и неэкранированной) не получили широкого распространения. Были предложены и варианты на оптоволоконном кабеле, но и они также не спасли Arcnet.

В качестве топологии сеть Arcnet использует классическую шину (рис.3)(Arcnet-BUS), а также пассивную звезду (Arcnet-STAR). В звезде применяются концентраторы (хабы). Возможно объединение с помощью концентраторов шинных и звездных сегментов в древовидную топологию (как и в Ethernet). Главное ограничение – в топологии не должно быть замкнутых путей (петель). Еще одно ограничение: количество сегментов, соединенных последовательной цепочкой с помощью концентраторов, не должно превышать трех.

Концентраторы бывают двух видов:

• Активные концентраторы (восстанавливают форму приходящих сигналов и усиливают их). Количество портов – от 4 до 64. Активные концентраторы могут соединяться между собой (каскадироваться).
• Пассивные концентраторы (просто смешивают приходящие сигналы без усиления). Количество портов – 4. Пассивные концентраторы не могут соединяться между собой. Они могут связывать только активные концентраторы и/или сетевые адаптеры.

Таким образом, топология  сети Arcnet имеет следующий вид:

Рис.3 Топология сети Arcnet типа шина

Основные технические  характеристики сети Arcnet следующие:

• Среда передачи – коаксиальный кабель, витая пара.
• Максимальная длина сети – 6 километров.
• Максимальная длина кабеля от абонента до пассивного концентратора – 30 метров.
• Максимальная длина кабеля от абонента до активного концентратора – 600 метров.
• Максимальная длина кабеля между активным и пассивным концентраторами – 30 метров.
• Максимальная длина кабеля между активными концентраторами – 600 метров.
• Максимальное количество абонентов в сети – 255.
• Максимальное количество абонентов на шинном сегменте – 8.
• Минимальное расстояние между абонентами в шине – 1 метр.
• Максимальная длина шинного сегмента – 300 метров.
• Скорость передачи данных – 2,5 Мбит/с.

В сети Arcnet используется маркерный  метод доступа (метод передачи права), но он несколько отличается от аналогичного в сети Token-Ring. Ближе всего этот метод к тому, который предусмотрен в стандарте IEEE 802.4. Последовательность действий абонентов при данном методе:

1.   Абонент, желающий передавать, ждет прихода маркера.  
2.    Получив маркер, он посылает запрос на передачу абоненту-приемнику информации (спрашивает, готов ли приемник принять его пакет).  
3.   Приемник, получив запрос, посылает ответ (подтверждает свою готовность).  
4.  Получив подтверждение готовности, абонент-передатчик посылает свой пакет.

5.  Получив пакет, приемник посылает подтверждение приема пакета.  
6.   Передатчик, получив подтверждение приема пакета, заканчивает свой сеанс связи. После этого маркер передается следующему абоненту по порядку убывания сетевых адресов.

Так же, как и в случае Token-Ring, конфликты в Arcnet полностью  исключены. Как и любая маркерная  сеть, Arcnet хорошо держит нагрузку и гарантирует величину времени доступа к сети (в отличие от Ethernet). Полное время обхода маркером всех абонентов составляет 840 мс. Соответственно, этот же интервал определяет верхний предел времени доступа к сети.

Размер пакета сети Arcnet составляет 0,5 Кбайта. Помимо поля данных в него входят также 8-битные адреса приемника и передатчика и 16-битная циклическая контрольная сумма (CRC). Такой небольшой размер пакета оказывается не слишком удобным при высокой интенсивности обмена по сети.

Адаптеры сети Arcnet отличаются от адаптеров других сетей тем, что  в них необходимо с помощью  переключателей или перемычек установить собственный сетевой адрес (всего  их может быть 255, так как последний, 256-ой адрес применяется в сети для режима широкого вещания). Контроль уникальности каждого адреса сети полностью  возлагается на пользователей сети. Подключение новых абонентов  становится при этом довольно сложным, так как необходимо задавать тот  адрес, который еще не использовался. Выбор 8-битного формата адреса ограничивает допустимое количество абонентов в  сети – 255, что может быть недостаточно для крупных компаний.

В результате все это привело  к практически полному отказу от сети Arcnet. Существовали варианты сети Arcnet, рассчитанные на скорость передачи 20 Мбит/с, но они не получили широкого распространения.

4. Сеть FDDI

Сеть FDDI (от английского Fiber Distributed Data Interface, оптоволоконный распределенный интерфейс данных) – это одна из новейших разработок стандартов локальных  сетей. Стандарт FDDI был предложен  Американским национальным институтом стандартов ANSI (спецификация ANSI X3T9.5). Затем  был принят стандарт ISO 9314, соответствующий  спецификациям ANSI. Уровень стандартизации сети достаточно высок.

В отличие от других стандартных  локальных сетей, стандарт FDDI изначально ориентировался на высокую скорость передачи (100 Мбит/с) и на применение наиболее перспективного оптоволоконного  кабеля. Поэтому в данном случае разработчики не были стеснены рамками  старых стандартов, ориентировавшихся  на низкие скорости и электрический кабель.

Выбор оптоволокна в качестве среды передачи определил такие  преимущества новой сети, как высокая  помехозащищенность, максимальная секретность  передачи информации и прекрасная гальваническая развязка абонентов. Высокая скорость передачи, которая в случае оптоволоконного  кабеля достигается гораздо проще, позволяет решать многие задачи, недоступные  менее скоростным сетям, например, передачу изображений в реальном масштабе времени. Кроме того, оптоволоконный кабель легко решает проблему передачи данных на расстояние нескольких километров без ретрансляции, что позволяет  строить большие по размерам сети, охватывающие даже целые города и  имеющие при этом все преимущества локальных сетей (в частности, низкий уровень ошибок). Все это определило популярность сети FDDI, хотя она распространена еще не так широко, как Ethernet и Token-Ring.

За основу стандарта FDDI был  взят метод маркерного доступа, предусмотренный  международным стандартом IEEE 802.5 (Token-Ring). Несущественные отличия от этого  стандарта определяются необходимостью обеспечить высокую скорость передачи информации на большие расстояния. Топология сети FDDI – это кольцо, наиболее подходящая топология для оптоволоконного кабеля. В сети применяется два разнонаправленных оптоволоконных кабеля, один из которых обычно находится в резерве, однако такое решение позволяет использовать и полнодуплексную передачу информации (одновременно в двух направлениях) с удвоенной эффективной скоростью в 200 Мбит/с (при этом каждый из двух каналов работает на скорости 100 Мбит/с). Применяется и звездно-кольцевая топология с концентраторами, включенными в кольцо (как в Token-Ring).

Основные технические  характеристики сети FDDI.

• Максимальное количество абонентов сети – 1000.
• Максимальная протяженность кольца сети – 20 километров.
• Максимальное расстояние между абонентами сети – 2 километра.
• Среда передачи – многомодовый оптоволоконный кабель (возможно применение электрической витой пары).
• Метод доступа – маркерный.
• Скорость передачи информации – 100 Мбит/с (200 Мбит/с для дуплексного режима передачи).

Стандарт FDDI имеет значительные преимущества по сравнению со всеми  рассмотренными ранее сетями. Например, сеть Fast Ethernet, имеющая такую же пропускную способность 100 Мбит/с, не может сравниться с FDDI по допустимым размерам сети. К тому же маркерный метод доступа FDDI обеспечивает в отличие от CSMA/CD гарантированное время доступа и отсутствие конфликтов при любом уровне нагрузки.

Ограничение на общую длину  сети в 20 км связано не с затуханием сигналов в кабеле, а с необходимостью ограничения времени полного  прохождения сигнала по кольцу для  обеспечения предельно допустимого  времени доступа. А вот максимальное расстояние между абонентами (2 км при  многомодовом кабеле) определяется как  раз затуханием сигналов в кабеле (оно не должно превышать 11 дБ). Предусмотрена также возможность применения одномодового кабеля, и в этом случае расстояние между абонентами может достигать 45 километров, а полная длина кольца – 200 километров.

Стандарт FDDI для достижения высокой гибкости сети предусматривает  включение в кольцо абонентов  двух типов:

• Абоненты (станции) класса А (абоненты двойного подключения, DAS – Dual-Attachment Stations) подключаются к обоим (внутреннему и внешнему) кольцам сети. При этом реализуется возможность обмена со скоростью до 200 Мбит/с или резервирования кабеля сети (при повреждении основного кабеля используется резервный). Аппаратура этого класса применяется в самых критичных с точки зрения быстродействия частях сети.
• Абоненты (станции) класса В (абоненты одинарного подключения, SAS – Single-Attachment Stations) подключаются только к одному (внешнему) кольцу сети. Они более простые и дешевые, по сравнению с адаптерами класса А, но не имеют их возможностей. В сеть они могут включаться только через концентратор или обходной коммутатор, отключающий их в случае аварии.

Кроме собственно абонентов (компьютеров, терминалов и т.д.) в  сети используются связные концентраторы (Wiring Concentrators), включение которых позволяет собрать в одно место все точки подключения с целью контроля работы сети, диагностики неисправностей и упрощения реконфигурации. При применении кабелей разных типов (например, оптоволоконного кабеля и витой пары) концентратор выполняет также функцию преобразования электрических сигналов в оптические и наоборот. Концентраторы также бывают двойного подключения (DAC – Dual-Attachment Concentrator) и одинарного подключения (SAC – Single-Attachment Concentrator).

Стандарт FDDI предусматривает  также возможность реконфигурации сети с целью сохранения ее работоспособности в случае повреждения кабеля.