Сетевые технологии ЛВС

В отличие от метода доступа, предлагаемого стандартом IEEE 802.5, в FDDI применяется так называемая множественная  передача маркера. Если в случае сети Token-Ring новый (свободный) маркер передается абонентом только после возвращения  к нему его пакета, то в FDDI новый  маркер передается абонентом сразу  же после окончания передачи им пакета (подобно тому, как это делается при методе ETR в сети Token-Ring). Последовательность действий здесь следующая: 
1.   Абонент, желающий передавать, ждет маркера, который идет за каждым пакетом.  
2.   Когда маркер пришел, абонент удаляет его из сети и передает свой пакет. Таким образом, в сети может быть одновременно несколько пакетов, но только один маркер.

3.  Сразу после передачи своего пакета абонент посылает новый маркер.

4.  Абонент-получатель, которому адресован пакет, копирует его из сети и, сделав пометку в поле статуса пакета, отправляет его дальше по кольцу.  
5.   Получив обратно по кольцу свой пакет, абонент уничтожает его. В поле статуса пакета он имеет информацию о том, были ли ошибки, и получил ли пакет приемник.

В сети FDDI не используется система  приоритетов и резервирования, как  в Token-Ring. Но предусмотрен механизм адаптивного планирования нагрузки.

В заключение следует отметить, что несмотря на очевидные преимущества FDDI данная сеть не получила широкого распространения, что связано главным образом  с высокой стоимостью ее аппаратуры (порядка нескольких сот и даже тысяч долларов). Основная область  применения FDDI сейчас – это базовые, опорные (Backbone) сети, объединяющие несколько  сетей. Применяется FDDI также для  соединения мощных рабочих станций  или серверов, требующих высокоскоростного  обмена. Предполагается, что сеть Fast Ethernet может потеснить FDDI, однако преимущества оптоволоконного кабеля, маркерного метода управления и рекордный допустимый размер сети ставят в настоящее время FDDI вне конкуренции. А в тех случаях, когда стоимость аппаратуры имеет решающее значение, можно на некритичных участках применять версию FDDI на основе витой пары (TPDDI). К тому же стоимость аппаратуры FDDI может сильно уменьшится с ростом объема ее выпуска.

 

 
 

 

5. Сверхскоростные сети

Быстродействие сети Fast Ethernet и других сетей, работающих на скорости в 100 Мбит/с, в настоящее время удовлетворяет требованиям большинства задач, но в ряде случаев даже его оказывается недостаточно. Особенно в тех ситуациях, когда необходимо подключать к сети современные высокопроизводительные серверы или строить сети с большим количеством абонентов, требующих высокой интенсивности обмена. Например, все более широко применяется сетевая обработка трехмерных динамических изображений. Скорость компьютеров непрерывно растет, они обеспечивают все более высокие темпы обмена с внешними устройствами. В результате сеть может оказаться наиболее слабым местом системы, и ее пропускная способность будет основным сдерживающим фактором в увеличении быстродействия.

Работы по достижению скорости передачи в 1 Гбит/с (1000 Мбит/с) в последние  годы ведутся довольно интенсивно несколькими  компаниями. Однако, скорее всего, наиболее перспективной окажется сеть Gigabit Ethernet. Это связано, прежде всего, с тем, что переход на нее окажется наиболее безболезненным, самым дешевым и  психологически приемлемым. Ведь сеть Ethernet и ее версия Fast Ethernet сегодня  далеко опережают всех своих конкурентов  по объему продаж и распространенности в мире.

Сеть Gigabit Ethernet – это естественный, эволюционный путь развития концепции, заложенной в стандартной сети Ethernet. Безусловно, она наследует и все  недостатки своих прямых предшественников, например, негарантированное время  доступа к сети. Однако огромная пропускная способность приводит к  тому, что загрузить сеть до тех  уровней, когда этот фактор становится определяющим, довольно трудно. Зато сохранение преемственности позволяет достаточно просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в сеть, и, самое главное, переходить к новым скоростям постепенно, вводя гигабитные сегменты только на самых напряженных участках сети. (К тому же далеко не везде такая высокая пропускная способность действительно необходима.) Если же говорить о конкурирующих гигабитных сетях, то их применение может потребовать полной замены сетевой аппаратуры, что сразу же приведет к большим затратам средств.

В сети Gigabit Ethernet сохраняется  все тот же хорошо зарекомендовавший  себя в предыдущих версиях метод  доступа CSMA/CD, используются те же форматы  пакетов (кадров) и те же их размеры. Не требуется никакого преобразования протоколов в местах соединения с  сегментами Ethernet и Fast Ethernet. Единственно, что нужно, – это согласование скоростей обмена, поэтому главной  областью применения Gigabit Ethernet станет в первую очередь соединение концентраторов Ethernet и Fast Ethernet между собой.

С появлением сверхбыстродействующих серверов и распространением наиболее совершенных персональных компьютеров  класса "high-end" преимущества Gigabit Ethernet становятся все более явными. Так, 64-разрядная системная магистраль PCI, уже фактический стандарт, вполне достигает требуемой для такой сети скорости передачи данных.

Работы по созданию сети Gigabit Ethernet ведутся с 1995 года. В 1998 году принят стандарт, получивший наименование IEEE 802.3z (1000BASE-SX, 1000BASE-LX и 1000BASE-CX). Разработкой  занимается специально созданный альянс (Gigabit Ethernet Alliance), в который, в частности, входит такая известная компания, занимающаяся сетевой аппаратурой, как 3Com. В 1999 году принят стандарт IEEE 802.3ab (1000BASE-T).

Номенклатура сегментов  сети Gigabit Ethernet в настоящее время  включает в себя следующие типы:

• 1000BASE-SX – сегмент на мультимодовом оптоволоконном кабеле с длиной волны светового сигнала 850 нм (длиной до 500 метров). Используются лазерные передатчики.
• 1000BASE-LX – сегмент на мультимодовом (длиной до 500 метров) и одномодовом (длиной до 2000 метров) оптоволоконном кабеле с длиной волны светового сигнала 1300 нм. Используются лазерные передатчики.
• 1000BASE-CX – сегмент на экранированной витой паре (длиной до 25 метров).
• 1000BASE-T (стандарт IEEE 802.3ab) – сегмент на счетверенной неэкранированной витой паре категории 5 (длиной до 100 метров).

Используется 5-уровневое  кодирование (PAM-5), причем в полнодуплексном  режиме передача ведется по каждой паре в двух направлениях.

Специально для сети Gigabit Ethernet предложен метод кодирования  передаваемой информации 8В/10В, построенный  по тому же принципу, что и код 4В/5В  сети FDDI (кроме 1000BASE-T). Таким образом, восьми битам информации, которую  нужно передать, ставится в соответствие 10 бит, передаваемых по сети. Этот код  позволяет сохранить самосинхронизацию, легко обнаруживать несущую (факт передачи), но не требует удвоения полосы пропускания, как в случае манчестерского кода.

Для увеличения 512-битного  интервала сети Ethernet, соответствующего минимальной длине пакета, (51,2 мкс  в сети Ethernet и 5,12 мкс в сети Fast Ethernet), разработаны специальные методы. В частности, минимальная длина  пакета увеличена до 512 байт (4096 бит). В противном случае временной  интервал 0,512 мкс чрезмерно ограничивал  бы предельную длину сети Gigabit Ethernet. Все пакеты с длиной меньше 512 байт расширяются до 512 байт. Поле расширения вставляется в пакет после  поля контрольной суммы. Это требует  дополнительной обработки пакетов, но зато максимально допустимый размер сети становится в 8 раз больше, чем без принятия таких мер.

Кроме того, в Gigabit Ethernet предусмотрена  возможность блочного режима передачи пакетов (frame bursting). При этом абонент, получивший право передавать и имеющий для передачи несколько пакетов, может передать не один, а несколько пакетов, последовательно, причем адресованных разным абонентам-получателям. Дополнительные передаваемые пакеты могут быть только короткими, а суммарная длина всех пакетов блока не должна превышать 8192 байта. Такое решение позволяет снизить количество захватов сети и уменьшить число коллизий. При использовании блочного режима расширяется до 512 байт только первый пакет блока для того, чтобы проверить, нет ли в сети коллизий. Остальные пакеты до 512 байт могут не расширяться.

Сеть Gigabit Ethernet, прежде всего, находит применение в сетях, объединяющих компьютеры крупных предприятий, которые  располагаются в нескольких зданиях. Она позволяет с помощью соответствующих  коммутаторов, преобразующих скорости передачи, обеспечить каналы связи  с высокой пропускной способностью между отдельными частями сложной  сети или линии связи коммутаторов со сверхбыстродействующими серверами.

Вероятно, в ряде случаев Gigabit Ethernet будет вытеснять оптоволоконную сеть FDDI, которая в настоящее время  все чаще используется для объединения  в сеть нескольких локальных сетей, в том числе, и Ethernet. Правда, FDDI может  связывать абонентов, находящихся  гораздо дальше друг от друга, но по скорости передачи информации Gigabit Ethernet существенно превосходит FDDI.

Но даже сеть Gigabit Ethernet не может решить некоторых задач. Уже  предлагается и 10-гигабитная версия Ethernet, называемая 10Gigabit Ethernet (стандарт IEEE 802.3ae, принятый в 2002 году). Она принципиально  отличается от предыдущих версий. В  качестве среды передачи используется исключительно оптоволоконный кабель. Электрический кабель может иногда применяться только для связи  на короткие расстояния (порядка 10 метров). Режим обмена – полнодуплексный. Формат пакета Ethernet прежний. Это, наверное, единственное, что остается от изначального стандарта Ethernet (IEEE 802.3).

 

 

Заключение

 

Следуя из того, какого прогресса  смогли сетевые технологии достичь  за последние годы, не трудно догадаться, что в ближайшее время скорость передачи данных по локальной сети возрастет минимум вдвое. Привычный десятимегабитный Ethernet, долгое время занимающий главенствующие позиции, во всяком случае, глядя из России, активно вытесняется более современными и существенно более быстрыми технологиями передачи данных.

Таким образом, наибольшее распространение среди стандартных сетей получила сеть Ethernet Сеть Ethernet сейчас наиболее популярна в мире (более 90% рынка), предположительно таковой она и останется в ближайшие годы. Этому в немалой степени способствовало то, что с самого начала характеристики, параметры, протоколы сети были открыты, в результате чего огромное число производителей во всем мире стали выпускать аппаратуру Ethernet, полностью совместимую между собой.

Сеть Token-Ring (маркерное кольцо) была предложена компанией IBM в 1985 году (первый вариант появился в 1980 году). Разрабатывалась Token-Ring как надежная альтернатива Ethernet. И хотя сейчас Ethernet вытесняет все остальные сети, Token-Ring нельзя считать безнадежно устаревшей. Более 10 миллионов компьютеров по всему миру объединены этой сетью.

Сеть Arcnet (или ARCnet от английского Attached Resource Computer Net, компьютерная сеть соединенных ресурсов) – это одна из старейших сетей. 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.

Сеть FDDI (от английского Fiber Distributed Data Interface, оптоволоконный распределенный интерфейс данных) – это одна из новейших разработок стандартов локальных  сетей. 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.

Работы по достижению скорости передачи в 1 Гбит/с (1000 Мбит/с) в последние  годы ведутся довольно интенсивно несколькими  компаниями. Однако, скорее всего, наиболее перспективной окажется сеть Gigabit Ethernet. Это связано, прежде всего, с тем, что переход на нее окажется наиболее безболезненным, самым дешевым и  психологически приемлемым. Сеть Gigabit Ethernet – это естественный, эволюционный путь развития концепции, заложенной в стандартной сети Ethernet.

 

Список использованных источников

1. Гук, М. Аппаратные средства локальных сетей/ М. Гук.- СПб.: Питер, 2008.- 576 с.
2. Лапшинский, А.В. Локальные сети персональных компьютеров: В 2-х ч./ А.В. Лапшинский.- М.: МИФИ, 2009.- 264c.
3. Новиков, Ю.В. Локальные сети. Архитектура/ Ю.В. Новиков, С.В. Кондратенко.- М.: ЭКОМ, 2009.- 312 с.
4. Пятибратова А.П. и др. П99 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник. - 2-е изд., перераб. и доп. / А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко; Под ред. А.П. Пятибратова - М.: Финансы и статистика, 2004. -512 с.: ил.
5. Фролов, А.В. Локальные сети персональных компьютеров/ А.В. Фролов, Г.В. Фролов.- М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2005.- 176 с.
6. Хамбракен, Д. Компьютерные сети: Пер. с англ./ Д. Хамбракен.- М.: ДМК Пресс, 2004. - 448 с.