Snabb Ethernet-dataöverföringshastighet. Fast Ethernet-teknik, dess funktioner, fysiskt lager, konstruktionsregler. DSAP- och SSAP-fältvärden

ComputerPress testlaboratorium testade Fast Ethernet-nätverkskort för PCI-bussen avsedda för användning i 10/100 Mbit/s arbetsstationer. De för närvarande vanligaste korten med en genomströmning på 10/100 Mbit/s valdes, eftersom de för det första kan användas i Ethernet, Fast Ethernet och blandade nätverk, och för det andra den lovande Gigabit Ethernet-tekniken ( genomströmning upp till 1000 Mbit/s) används fortfarande oftast för att ansluta kraftfulla servrar till nätverksutrustningen i nätverkskärnan. Det är oerhört viktigt vilken kvalitet på passiv nätverksutrustning (kablar, uttag etc.) som används i nätverket. Det är välkänt att om för Ethernet-nätverk en partvinnad kabel av kategori 3 räcker, så krävs redan kategori 5 för Fast Ethernet. Signalspridning och dålig brusimmunitet kan minska nätverkets genomströmning avsevärt.

Syftet med testningen var att först och främst bestämma det effektiva prestandaindexet (Performance/Efficiency Index Ratio - nedan P/E-index), och först därefter - det absoluta värdet av genomströmningen. P/E-indexet beräknas som förhållandet mellan nätverkskortets genomströmning i Mbit/s och CPU-belastningen i procent. Detta index är branschstandarden för mätning av nätverkskorts prestanda. Det introducerades för att ta hänsyn till användningen av CPU-resurser av nätverkskort. Faktum är att vissa nätverkskorttillverkare försöker uppnå maximal prestanda genom att använda fler datorprocessorcykler för att utföra nätverksoperationer. Minsta processorbelastning och relativt hög genomströmning är avgörande för att köra verksamhetskritiska affärs-, multimedia- och realtidsapplikationer.

Vi testade de kort som för närvarande oftast används för arbetsstationer i företags- och lokala nätverk:

1. D-Link DFE-538TX
2. SMC EtherPower II 10/100 9432TX/MP
3. 3Com Fast EtherLink XL 3C905B-TX-NM
4. Compex RL 100ATX
5. Intel EtherExpress PRO/100+ Management
6. CNet PRO-120
7. NetGear FA 310TX
8. Allied Telesyn AT 2500TX
9. Surecom EP-320X-R

Huvudegenskaperna för de testade nätverksadaptrarna anges i tabell. 1 . Låt oss förklara några av termerna som används i tabellen. Automatisk detektering av anslutningshastighet innebär att adaptern själv bestämmer högsta möjliga driftshastighet. Dessutom, om automatisk hastighetsdetektering stöds, krävs ingen ytterligare konfiguration vid övergång från Ethernet till Fast Ethernet och tillbaka. Det vill säga från systemadministratör Det finns inget behov av att konfigurera om adaptern eller ladda om drivrutiner.

Stöd för Bus Master-läge gör att du kan överföra data direkt mellan nätverkskortet och datorns minne. Detta frigör den centrala processorn för att utföra andra operationer. Denna fastighet har blivit en de facto standard. Det är inte konstigt att alla välkända nätverkskort stöder Bus Master-läge.

Fjärrstart (Wake on LAN) låter dig slå på din dator via ett nätverk. Det vill säga att det blir möjligt att serva PC:n under icke-arbetstid. För detta ändamål används trestiftskontakter på moderkortet och nätverksadaptern, som är anslutna med en speciell kabel (ingår i förpackningen). Dessutom krävs speciell styrmjukvara. Wake on LAN-tekniken har utvecklats av Intel-IBM-alliansen.

Full duplex-läge låter dig överföra data samtidigt i båda riktningarna, halv duplex - bara i en riktning. Således är den maximala möjliga genomströmningen i full duplex-läge 200 Mbit/s.

DMI (Desktop Management Interface) gör det möjligt att få information om konfigurationen och resurserna för en PC med hjälp av programvara för nätverkshantering.

Stöd för WfM-specifikationen (Wired for Management) säkerställer interaktionen mellan nätverksadaptern och nätverkshanterings- och administrationsprogramvaran.

För att fjärrstarta ett datoroperativsystem över ett nätverk är nätverksadaptrar utrustade med ett speciellt BootROM-minne. Detta gör att disklösa arbetsstationer kan användas effektivt i ett nätverk. De flesta av de testade korten hade bara en BootROM-plats; Själva BootROM-chippet är vanligtvis ett separat beställt alternativ.

ACPI-stöd (Advanced Configuration Power Interface) hjälper till att minska strömförbrukningen. ACPI är en ny teknik som driver energihanteringssystemet. Den är baserad på användningen av både hårdvara och programvara. I princip är Wake on LAN en del av ACPI.

Proprietära prestandaverktyg gör att du kan öka effektiviteten på ditt nätverkskort. De mest kända av dem är Parallel Tasking II från 3Com och Adaptive Technology från Intel. Dessa produkter är vanligtvis patenterade.

Stöd för större operativsystem tillhandahålls av nästan alla adaptrar. De viktigaste operativsystemen inkluderar: Windows, Windows NT, NetWare, Linux, SCO UNIX, LAN Manager och andra.

Nivån på servicesupport bedöms av tillgången på dokumentation, en diskett med drivrutiner och möjligheten att ladda ner senaste versionerna drivrutiner från företagets webbplats. Förpackningar spelar också en viktig roll. Ur denna synvinkel är de bästa, enligt vår mening, nätverksadaptrarna från D-Link, Allied Telesyn och Surecom. Men totalt sett visade sig stödnivån vara tillfredsställande för alla kort.

Vanligtvis täcker garantin hela livslängden för nätadaptern (livstidsgaranti). Ibland är det begränsat till 1-3 år.

Testmetodik

Alla tester använde de senaste versionerna av nätverkskortsdrivrutiner, som laddades ner från respektive tillverkares internetservrar. I det fall där nätverkskortets drivrutin tillät alla inställningar och optimering användes standardinställningarna (förutom Intel-nätverksadaptern). Observera att korten och motsvarande drivrutiner från 3Com och Intel har de rikaste ytterligare kapaciteterna och funktionerna.

Prestandamätningar utfördes med hjälp av Novells Perform3-verktyg. Funktionsprincipen för verktyget är att en liten fil kopieras från arbetsstationen till en delad nätverksenhet server, varefter den ligger kvar i serverns filcache och läses därifrån många gånger under en viss tidsperiod. Detta möjliggör interoperabilitet mellan minne-nätverk och minne och eliminerar effekten av latens i samband med diskoperationer. Verktygsparametrarna inkluderar initial filstorlek, slutlig filstorlek, storleksändringssteg och testtid. Novell Perform3-verktyget visar prestandavärden för olika filstorlekar, genomsnittliga och maximal prestanda(i KB/s). Följande parametrar användes för att konfigurera verktyget:

• Initial filstorlek - 4095 byte
• Slutlig filstorlek - 65 535 byte
• Filökningssteg - 8192 byte

Testtiden med varje fil var inställd på tjugo sekunder.

Varje experiment använde ett par identiska nätverkskort, ett körde på servern och det andra körde på arbetsstationen. Detta verkar vara oförenligt med vanlig praxis, eftersom servrar vanligtvis använder specialiserade nätverkskort som kommer med ett antal ytterligare funktioner. Men det är precis så - samma nätverkskort är installerade på både server och arbetsstationer - testning utförs av alla välkända testlaboratorier i världen (KeyLabs, Tolly Group, etc.). Resultaten är något lägre, men experimentet visar sig vara rent, eftersom endast de analyserade nätverkskorten fungerar på alla datorer.

Compaq DeskPro EN klientkonfiguration:

• Pentium II 450 MHz-processor
• cache 512 KB
• Bagge 128 MB
• hårddisk 10 GB
• operativ system Microsoft Windows NT Server 4.0 c 6 a SP
• TCP/IP-protokoll.

Compaq DeskPro EP-serverkonfiguration:

• Celeron-processor 400 MHz
• RAM 64 MB
• hårddisk 4,3 GB
• Operations rum Microsoft system Windows NT Workstation 4.0 c c 6 a SP
• TCP/IP-protokoll.

Testerna utfördes under förhållanden där datorerna var anslutna direkt med en korsande kabel UTP kategori 5. Under dessa tester fungerade korten i 100Base-TX Full Duplex-läge. I detta läge är genomströmningen något högre på grund av det faktum att en del av tjänsteinformationen (till exempel bekräftelse på mottagning) sänds samtidigt med användbar information, vars volym uppskattas. Under dessa förhållanden var det möjligt att registrera ganska höga genomströmningsvärden; till exempel, för adaptern 3Com Fast EtherLink XL 3C905B-TX-NM, är genomsnittet 79,23 Mbps.

CPU-belastningen mättes på servern med hjälp av Windows-verktyg NT Performance Monitor; uppgifterna registrerades i en loggfil. Verktyget Perform3 kördes på klienten för att inte påverka serverns processorbelastning. Serverdatorprocessorn var en Intel Celeron, vars prestanda är betydligt lägre än prestanda hos Pentium II- och III-processorer. Intel Celeron användes medvetet: faktum är att eftersom processorbelastningen bestäms med ett ganska stort absolut fel, är det relativa felet mindre vid stora absoluta värden.

Efter varje test placerar Perform3-verktyget resultatet av sitt arbete i en textfil i form av en datamängd i följande form:

65535 byte. 10491,49 KBps. 10491.49 Sammanlagt KBps. 57343 byte. 10844,03 KBps. 10844.03 Aggregat KBps. 49151 byte. 10737,95 KBps. 10737,95 Aggregat KBps. 40959 byte. 10603,04 KBps. 10603.04 Aggregat KBps. 32767 byte. 10497,73 KBps. 10497.73 Sammanlagt KBps. 24575 byte. 10220,29 KBps. 10220.29 Aggregat KBps. 16383 byte. 9573,00 KBps. 9573,00 Sammanlagt KBps. 8191 byte. 8195,50 KBps. 8195,50 Sammanlagt KBps. 10844,03 Max kbps. 10145,38 Genomsnittlig KBp.

Den visar filstorleken, motsvarande genomströmning för den valda klienten och för alla klienter (i detta fall finns det bara en klient), samt den maximala och genomsnittliga genomströmningen för hela testet. De erhållna medelvärdena för varje test konverterades från KB/s till Mbit/s med hjälp av formeln:
(KB x 8)/1024,
och P/E-indexvärdet beräknades som förhållandet mellan genomströmning och processorbelastning i procent. Därefter beräknades medelvärdet av P/E-indexet baserat på resultaten från tre mätningar.

Följande problem uppstod vid användning av Perform3-verktyget på Windows NT Workstation: förutom att skriva till en nätverksenhet skrevs filen även till den lokala filcachen, varifrån den sedan lästes mycket snabbt. Resultaten var imponerande, men orealistiska, eftersom det inte fanns någon dataöverföring som sådan över nätverket. För att appar ska behandla delade nätverksenheter som vanliga lokala enheter, operativ system en speciell nätverkskomponent används - en omdirigering som omdirigerar I/O-förfrågningar över nätverket. Under normala driftsförhållanden, när man utför proceduren för att skriva en fil till en delad nätverksenhet, använder omdirigeringen Windows NT-cachealgoritmen. Det är därför när man skriver till servern, sker skrivning även till klientmaskinens lokala filcache. Och för att utföra testning är det nödvändigt att cachelagring endast utförs på servern. För att säkerställa att det inte finns någon cachning på klientdatorn, Windows-registret NT, parametervärdena ändrades, vilket gjorde det möjligt att inaktivera cachelagring utförd av omdirigering. Så här gjordes det:

1. Sökväg till registret:

   HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Rdr\Parameters

   Parameternamn:

   UseWriteBehind möjliggör skriv-behind-optimering för filer som skrivs

   Typ: REG_DWORD

   Värde: 0 (standard: 1)

2. Sökväg till registret:

   HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Lanmanworkstation\parametrar

   Parameternamn:

   UtilizeNTCaching anger om omdirigeraren kommer att använda Windows NTs cachehanterare för att cachelagra filinnehåll.

   Typ: REG_DWORD Värde: 0 (Standard: 1)

Intel EtherExpress PRO/100+Management Network Adapter

Detta korts genomströmning och CPU-användning visade sig vara nästan samma som 3Coms. Inställningsfönstren för detta kort visas nedan.

Den nya Intel 82559-kontrollern installerad på detta kort ger mycket hög prestanda, särskilt i Fast Ethernet-nätverk.

Tekniken som Intel använder i sitt Intel EtherExpress PRO/100+-kort heter Adaptive Technology. Kärnan i metoden är att automatiskt ändra tidsintervallen mellan Ethernet-paket beroende på nätverksbelastningen. När nätverksöverbelastningen ökar ökar avståndet mellan enskilda Ethernet-paket dynamiskt, vilket minskar antalet kollisioner och ökar genomströmningen. När nätverksbelastningen är lätt, när sannolikheten för kollisioner är låg, reduceras tidsintervallen mellan paket, vilket också leder till ökad prestanda. De största fördelarna med denna metod bör ses i Ethernet-segment med stora kollisioner, det vill säga i de fall där nätverkstopologin domineras av hubbar snarare än switchar.

Intels nya teknik, kallad Priority Packet, gör att trafiken kan regleras igenom nätverkskort, enligt prioriteringarna för enskilda paket. Detta gör det möjligt att öka dataöverföringshastigheterna för verksamhetskritiska applikationer.

Ger stöd för virtuella lokala nätverk VLAN (IEEE 802.1Q standard).

Det finns bara två indikatorer på kortet - arbete/anslutning, hastighet 100.

www.intel.com

Nätverksadapter SMC EtherPower II 10/100 SMC9432TX/MP

Arkitekturen för detta kort använder två lovande teknologier: SMC SimulTasking och Programmerbar InterPacket Gap. Den första tekniken liknar 3Com Parallel Tasking-teknik. Genom att jämföra testresultaten för kort från dessa två tillverkare kan vi dra en slutsats om graden av effektivitet i implementeringen av dessa tekniker. Vi noterar också att detta nätverkskort visade det tredje resultatet både vad gäller prestanda och P/E-index, före alla kort utom 3Com och Intel.

Det finns fyra LED-indikatorer på kortet: hastighet 100, överföring, anslutning, duplex.

Företagets huvudsakliga webbadress är: www.smc.com

Introduktion

Syftet med att skapa denna rapport var en kort och lättillgänglig presentation av de grundläggande principerna för drift och funktioner i datornätverk, med hjälp av Fast Ethernet som exempel.

Ett nätverk är en grupp anslutna datorer och andra enheter. Huvudsyftet med datornätverk är delning av resurser och implementering av interaktiv kommunikation både inom ett företag och utanför det. Resurser är data, applikationer och kringutrustning, Till exempel extern enhet, skrivare, mus, modem eller joystick. Konceptet med interaktiv kommunikation mellan datorer innebär utbyte av meddelanden i realtid.

Det finns många uppsättningar av standarder för dataöverföring i datornätverk. En av uppsättningarna är Fast Ethernet-standarden.

Från detta material kommer du att lära dig om:

• · Snabb Ethernet-teknik
• Växlar
• FTP-kabel
• Anslutningstyper
• Datornätverkstopologier

I mitt arbete kommer jag att visa principerna för driften av ett nätverk baserat på Fast Ethernet-standarden.

Lokal omkoppling dator nätverk(LAN) och Fast Ethernet-teknologier utvecklades som svar på behovet av att förbättra effektiviteten i Ethernet-nätverk. Genom att öka genomströmningen kan dessa tekniker eliminera " trånga platser» på nätverket och stödja applikationer som kräver höga dataöverföringshastigheter. Attraktionskraften med dessa lösningar är att du inte behöver välja den ena eller den andra. De är komplementära, så nätverkseffektiviteten kan ofta förbättras genom att använda båda teknikerna.

Den insamlade informationen kommer att vara användbar både för personer som börjar studera datornätverk och för nätverksadministratörer.

1. Nätverksdiagram

2. Fast Ethernet-teknik

datornätverk snabb ethernet

Fast Ethernet är resultatet av utvecklingen av Ethernet-teknik. Baserat på och behåller samma CSMA/CD (channel polling multiple access and collision detection)-teknik, fungerar Fast Ethernet-enheter med 10 gånger hastigheten än Ethernet. 100 Mbps. Fast Ethernet ger tillräcklig bandbredd för applikationer som datorstödd design och tillverkning (CAD/CAM), grafik och bildbehandling och multimedia. Fast Ethernet är kompatibelt med 10 Mbps Ethernet, så det är lättare att integrera Fast Ethernet i ditt LAN med en switch istället för en router.

Växla

Använda omkopplare många arbetsgrupper kan anslutas för att bilda ett stort LAN (se diagram 1). Billiga switchar presterar bättre än routrar och ger bättre LAN-prestanda. Fast Ethernet-arbetsgrupper bestående av en eller två hubbar kan anslutas via en Fast Ethernet-switch för att ytterligare öka antalet användare samt täcka ett större område.

Som ett exempel, överväga följande switch:

Ris. 1 D-Link-1228/ME

DES-1228/ME-serien av switchar inkluderar premium, konfigurerbara Layer 2 Fast Ethernet-switchar. Med avancerad funktionalitet är DES-1228/ME-enheter billig lösning att skapa ett säkert och högpresterande nätverk. Särskiljande egenskaper Funktionerna hos denna switch är hög portdensitet, 4 Gigabit Uplink-portar, inställningar för små stegsändringar för bandbreddshantering och förbättrad nätverkshantering. Dessa switchar gör att du kan optimera ditt nätverk både vad gäller funktionalitet och kostnadsegenskaper. Switchar i DES-1228/ME-serien är den optimala lösningen både vad gäller funktionalitet och kostnadsegenskaper.

FTP-kabel

Kabel LAN-5EFTP-BL består av 4 par enkelkärniga kopparledare.

Ledardiameter 24AWG.

Varje ledare är innesluten i HDPE (High Density Polyethylene) isolering.

Två ledare vridna med en speciellt vald stigning utgör ett tvinnat par.

De 4 tvinnade paren är inslagna i polyetenfilm och är tillsammans med en enkärnad kopparjordledare inneslutna i en gemensam folieskärm och PVC-mantel.

Rakt igenom

Det tjänar:

• 1. För att ansluta en dator till en switch (hub, switch) via datorns nätverkskort
• 2. För att ansluta kringutrustning för nätverk - skrivare, skannrar - till switchen (hub, switch)
• 3. för UPLINK på en högre switch (hub, switch) - moderna strömbrytare kan automatiskt konfigurera ingångarna i kontakten för mottagning och överföring

Crossover

Det tjänar:

• 1. För direkt anslutning av 2 datorer till ett lokalt nätverk, utan användning av växlingsutrustning (hubbar, switchar, routrar, etc.).
• 2. för upplänk, anslutning till en switch på högre nivå i ett lokalt nätverk med en komplex struktur, för äldre typer av switchar (hubbar, switchar) har de en separat kontakt, även märkt "UPLINK" eller ett X.

Stjärntopologi

Till stjärnorna- Den grundläggande topologin för ett datornätverk där alla datorer i nätverket är anslutna till en central nod (vanligtvis en switch), som bildar ett fysiskt segment av nätverket. Ett sådant nätverkssegment kan fungera antingen separat eller som en del av en komplex nätverkstopologi (vanligtvis ett "träd"). Allt informationsutbyte sker uteslutande genom den centrala datorn, som på så sätt belastas väldigt mycket, så den kan inte göra något annat än nätverket. Som regel är det den centrala datorn som är den mest kraftfulla, och det är på den som alla funktioner för att hantera växeln är tilldelade. I princip är inga konflikter möjliga i ett nätverk med stjärntopologi, eftersom förvaltningen är helt centraliserad.

Ansökan

Classic 10 Mbit Ethernet passade de flesta användare i cirka 15 år. Men i början av 90-talet började dess otillräckliga kapacitet märkas. För datorer på Intel-processorer 80286 eller 80386 med ISA (8 MB/s) eller EISA (32 MB/s)-bussar var Ethernet-segmentets bandbredd 1/8 eller 1/32 av minne-till-disk-kanalen, och detta överensstämde väl med förhållandet av datavolymer som behandlas lokalt och data som överförs över nätverket. För mer kraftfulla klientstationer med PCI-buss (133 MB/s) sjönk denna andel till 1/133, vilket helt klart inte var tillräckligt. Som ett resultat av detta blev många 10 Mbps Ethernet-segment överbelastade, serverns svarsförmåga sjönk avsevärt och kollisionshastigheterna ökade avsevärt, vilket ytterligare minskade användbar genomströmning.

Det finns ett behov av att utveckla ett ”nytt” Ethernet, det vill säga en teknik som skulle vara lika kostnadseffektiv med en prestanda på 100 Mbit/s. Som ett resultat av sökningar och forskning delades experter upp i två läger, vilket i slutändan ledde till uppkomsten av två nya teknologier - Fast Ethernet och l00VG-AnyLAN. De skiljer sig åt i graden av kontinuitet med klassisk Ethernet.

1992 bildade en grupp tillverkare av nätverksutrustning, inklusive Ethernet-teknikledare som SynOptics, 3Com och flera andra, Fast Ethernet Alliance, en ideell förening, för att utveckla en standard för en ny teknik som skulle bevara egenskaperna hos Ethernet teknik i största möjliga utsträckning.

Det andra lägret leddes av Hewlett-Packard och AT&T, som erbjöd sig att utnyttja möjligheten att ta itu med några av de kända bristerna med Ethernet-teknik. Efter en tid fick dessa företag sällskap av IBM, som bidrog genom att föreslå att tillhandahålla viss kompatibilitet med Token Ring-nätverk i den nya tekniken.

Samtidigt bildade IEEE Committee 802 en forskargrupp för att studera den tekniska potentialen hos ny höghastighetsteknik. Mellan slutet av 1992 och slutet av 1993 studerade IEEE-teamet 100 Mbit-lösningar som erbjuds av olika leverantörer. Utöver Fast Ethernet Alliance-förslagen granskade gruppen även höghastighetsteknik som föreslagits av Hewlett-Packard och AT&T.

Diskussionen kretsade kring frågan om att upprätthålla den slumpmässiga CSMA/CD-accessmetoden. Fast Ethernet Alliance-förslaget bevarade denna metod och säkerställde därmed kontinuitet och konsistens mellan 10 Mbps och 100 Mbps nätverk. HP-AT&T-koalitionen, som hade stöd av betydligt färre leverantörer i nätverksbranschen än Fast Ethernet Alliance, föreslog en helt ny åtkomstmetod som kallas Begär prioritet- Prioriterad tillgång på begäran. Det förändrade avsevärt beteendet hos noder på nätverket, så det kunde inte passa in i Ethernet-teknik och 802.3-standarden, och en ny IEEE 802.12-kommitté organiserades för att standardisera den.

Hösten 1995 blev båda teknikerna IEEE-standarder. IEEE 802.3-kommittén antog Fast Ethernet-specifikationen som 802.3-standarden, som inte är en fristående standard, utan är ett tillägg till den befintliga 802.3-standarden i form av kapitel 21 till 30. 802.12-kommittén antog l00VG-AnyLAN-tekniken, som använder en ny åtkomstmetod med kravprioritet och stöder två ramformat - Ethernet och Token Ring.

v Fysiskt lager av Fast Ethernet-teknik

Alla skillnader mellan Fast Ethernet-teknik och Ethernet är koncentrerade till det fysiska lagret (Fig. 3.20). MAC- och LLC-lagren i Fast Ethernet förblir exakt desamma och beskrivs i de föregående kapitlen i 802.3- och 802.2-standarderna. När vi överväger Fast Ethernet-teknik kommer vi därför endast att studera några få alternativ för dess fysiska lager.

Den mer komplexa strukturen för det fysiska lagret av Fast Ethernet-teknik beror på det faktum att den använder tre typer av kabelsystem:

• · fiberoptisk multimodkabel, två fibrer används;
• · Kategori 5 tvinnade par, två par används;
• · Kategori 3 tvinnade par, fyra par används.

Koaxialkabel, som gav världen det första Ethernet-nätverket, fanns inte med i listan över tillåtna dataöverföringsmedier för den nya Fast Ethernet-tekniken. Detta är en vanlig trend i många nya tekniker eftersom korta avstånd Kategori 5 tvinnat par gör att du kan överföra data med samma hastighet som koaxialkabel, men nätverket är billigare och enklare att använda. Över långa avstånd har optisk fiber mycket högre bandbredd än koaxial, och kostnaden för nätverket är inte mycket högre, speciellt när man tänker på de höga felsökningskostnaderna för ett stort koaxialkabelsystem.

Skillnader mellan Fast Ethernet-teknik och Ethernet-teknik

Övergivandet av koaxialkabel har lett till att Fast Ethernet-nätverk alltid har en hierarkisk trädstruktur byggd på hubbar, precis som l0Base-T/l0Base-F-nätverk. Huvudskillnaden mellan Fast Ethernet-nätverkskonfigurationer är minskningen av nätverksdiametern till cirka 200 m, vilket förklaras av en 10-faldig minskning av den minsta längden på ramöverföringstiden på grund av en 10-faldig ökning av överföringshastigheten jämfört med 10 Mbit Ethernet .

Ändå hindrar inte denna omständighet verkligen byggandet av stora nätverk med hjälp av Fast Ethernet-teknik. Faktum är att mitten av 90-talet präglades inte bara av den utbredda användningen av billiga höghastighetstekniker, utan också av den snabba utvecklingen av lokala nätverk baserade på switchar. När du använder switchar kan Fast Ethernet-protokollet fungera i full-duplex-läge, där det inte finns några begränsningar för nätverkets totala längd, utan endast restriktioner för längden på de fysiska segmenten som ansluter angränsande enheter (adapter - switch eller switch - växla). Därför, när man skapar långväga lokala nätverksstamnät, används även Fast Ethernet-teknik aktivt, men endast i full-duplex-versionen, i samband med switchar.

Det här avsnittet diskuterar halvduplexdriften av Fast Ethernet-teknik, som helt överensstämmer med definitionen av åtkomstmetoden som beskrivs i 802.3-standarden.

Jämfört med de fysiska implementeringsalternativen för Ethernet (och det finns sex av dem), i Fast Ethernet är skillnaderna mellan varje alternativ och de andra djupare - både antalet ledare och kodningsmetoder förändras. Och eftersom de fysiska varianterna av Fast Ethernet skapades samtidigt, och inte evolutionärt, som för Ethernet-nätverk, var det möjligt att i detalj definiera de dellager av det fysiska lagret som inte ändras från variant till variant, och de dellager som är specifika för varje variant av den fysiska miljön.

Den officiella 802.3-standarden fastställde tre olika specifikationer för det fysiska Fast Ethernet-lagret och gav dem följande namn:

Fast Ethernet fysisk lagerstruktur

• · 100Base-TX för två-par kabel på oskärmad partvinnad UTP kategori 5 eller skärmad partvinnad STP typ 1;
• · 100Base-T4 för fyra-par UTP Kategori 3, 4 eller 5 UTP-kabel;
• · 100Base-FX för multimod fiberoptisk kabel, två fibrer används.

Följande påståenden och egenskaper gäller för alla tre standarderna.

• · Ramformat med snabb Ethernetee-teknik skiljer sig från ramformat med 10 Mbit Ethernet-teknik.
• · Interframe-intervallet (IPG) är 0,96 µs och bitintervallet är 10 ns. Alla tidsparametrar för åtkomstalgoritmen (backoff-intervall, minsta ramlängds sändningstid, etc.), mätta i bitintervall, förblev desamma, så inga ändringar gjordes i de avsnitt av standarden som hänförde sig till MAC-nivån.
• · Ett tecken på ett fritt tillstånd för mediet är överföringen av Idle-symbolen för motsvarande redundanta kod (och inte frånvaron av signaler, som i 10 Mbit/s Ethernet-standarderna). Det fysiska lagret innehåller tre element:
• o avstämningsunderlag;
• o mediaoberoende gränssnitt (mediaoberoende gränssnitt, Mil);
• o fysisk lagerenhet (PHY).

Förhandlingslagret behövs så att MAC-lagret, designat för AUI-gränssnittet, kan arbeta med det fysiska lagret genom MP-gränssnittet.

Den fysiska skiktanordningen (PHY) består i sin tur av flera underskikt (se fig. 3.20):

• · logisk datakodningsundernivå, som omvandlar bytes som kommer från MAC-nivån till 4B/5B eller 8B/6T kodsymboler (båda koderna används i Fast Ethernet-teknik);
• · fysiska anslutningsunderskikt och fysiska mediaberoende (PMD) underskikt, som tillhandahåller signalgenerering i enlighet med en fysisk kodningsmetod, till exempel NRZI eller MLT-3;
• · autonegotiation sublayer, som tillåter två kommunicerande portar att automatiskt välja det mest effektiva driftläget, till exempel halv-duplex eller full-duplex (detta underlager är valfritt).

MP-gränssnittet stöder ett mediumoberoende sätt att utbyta data mellan MAC-underlagret och PHY-underlagret. Detta gränssnitt liknar till sitt syfte AUI-gränssnittet för klassisk Ethernet, förutom att AUI-gränssnittet var placerat mellan det fysiska signalkodningsunderlagret (för alla kabelalternativ användes samma fysiska kodningsmetod - Manchester-kod) och det fysiska anslutningsunderlagret till medium, och MP-gränssnittet är placerat mellan MAC-underlagret och signalkodningsundernivåerna, av vilka det finns tre i Fast Ethernet-standarden - FX, TX och T4.

MP-kontakten, till skillnad från AUI-kontakten, har 40 stift, den maximala längden på MP-kabeln är en meter. Signaler som överförs via MP-gränssnittet har en amplitud på 5 V.

Fysiskt lager 100Base-FX - multimode fiber, två fibrer

Denna specifikation definierar driften av Fast Ethernet-protokollet över multimodfiber i halv-duplex och full-duplex-lägen baserat på det väl beprövade FDDI-kodningsschemat. Som i FDDI-standarden är varje nod ansluten till nätverket med två optiska fibrer som kommer från mottagaren (R x) och från sändaren (T x).

Det finns många likheter mellan specifikationerna l00Base-FX och l00Base-TX, så egenskaper som är gemensamma för de två specifikationerna kommer att ges under det generiska namnet l00Base-FX/TX.

Medan 10 Mbps Ethernet använder Manchester-kodning för att representera data över en kabel, definierar Fast Ethernet-standarden en annan kodningsmetod - 4V/5V. Denna metod har redan bevisat sin effektivitet i FDDI-standarden och har överförts utan ändringar av l00Base-FX/TX-specifikationen. I denna metod representeras var 4:e bit av MAC-underskiktsdata (kallade symboler) av 5 bitar. Den redundanta biten tillåter potentiella koder att appliceras genom att representera var och en av de fem bitarna som elektriska eller optiska pulser. Förekomsten av förbjudna symbolkombinationer gör att felaktiga symboler kan avvisas, vilket ökar stabiliteten för nätverk med l00Base-FX/TX.

För att separera Ethernet-ramen från Idle-tecken används en kombination av startavgränsare (ett par tecken J (11000) och K (10001) i 4B/5B-koden, och efter slutförandet av ramen, ett T tecknet infogas före det första inaktiva tecknet.

Kontinuerligt dataflöde av 100Base-FX/TX-specifikationer

När 4-bitarsbitarna av MAC-koder omvandlas till 5-bitarsbitar av det fysiska lagret, måste de representeras som optiska eller elektriska signaler i kabeln som ansluter nätverksnoderna. Specifikationerna l00Base-FX och l00Base-TX använder olika fysiska kodningsmetoder för detta - NRZI respektive MLT-3 (som i FDDI-teknik vid drift över optisk fiber och tvinnat par).

Fysiskt lager 100Base-TX - tvinnat par DTP Cat 5 eller STP Typ 1, två par

l00Base-TX-specifikationen använder UTP Kategori 5-kabel eller STP Type 1-kabel som dataöverföringsmedium. Maximal längd kabel i båda fallen - 100 m.

Huvudskillnaderna från l00Base-FX-specifikationen är användningen av MLT-3-metoden för att sända signaler av 5-bitars delar av 4V/5V-kod över tvinnat par, samt närvaron av en Auto-negotiation-funktion för val av port driftläge. Autoförhandlingsschemat tillåter två fysiskt anslutna enheter som stöder flera fysiska lagerstandarder, olika i bithastighet och antal tvinnade par, att välja det mest fördelaktiga driftläget. Vanligtvis sker den automatiska förhandlingsproceduren när du ansluter en nätverksadapter, som kan arbeta med hastigheter på 10 och 100 Mbit/s, till en hubb eller switch.

Auto-förhandlingsschemat som beskrivs nedan är l00Base-T-teknikstandarden idag. Tidigare använde tillverkare olika proprietära system för att automatiskt bestämma hastigheten på kommunicerande portar som inte var kompatibla. Auto-negotiation-schemat som antogs som standard föreslogs ursprungligen av National Semiconductor under namnet NWay.

Totalt 5 olika driftlägen är för närvarande definierade som kan stödja l00Base-TX eller 100Base-T4 enheter på tvinnade par;

• · l0Base-T - 2 par av kategori 3;
• l0Base-T full-duplex - 2 par av kategori 3;
• · l00Base-TX - 2 par av kategori 5 (eller typ 1ASTP);
• · 100Base-T4 - 4 par av kategori 3;
• · 100Base-TX full-duplex - 2 par av kategori 5 (eller typ 1A STP).

l0Base-T-läget har lägst prioritet i förhandlingsprocessen, och full-duplex 100Base-T4-läget har högst. Förhandlingsprocessen sker när enheten slås på och kan även initieras när som helst av enhetens kontrollmodul.

Enheten som har startat den automatiska förhandlingsprocessen skickar ett paket med speciella impulser till sin partner Fast Link Pulse Burst (FLP), som innehåller ett 8-bitars ord som kodar det föreslagna interaktionsläget, med början med den högsta prioritet som stöds av noden.

Om peer-noden stöder auto-förhandlingsfunktionen och även kan stödja den föreslagna moden, svarar den med en skur av FLP-pulser i vilken den bekräftar den givna moden, och detta avslutar förhandlingen. Om partnernoden kan stödja ett läge med lägre prioritet, indikerar det det i svaret, och detta läge väljs som arbetsläge. Således väljs alltid den gemensamma nodmoden med högsta prioritet.

En nod som endast stöder l0Base-T-teknik skickar Manchester-pulser var 16:e ms för att kontrollera integriteten hos linjen som ansluter den till en angränsande nod. En sådan nod förstår inte FLP-begäran som en nod med Auto-negotiation-funktionen gör till den och fortsätter att skicka sina pulser. En nod som endast tar emot linjeintegritetspulser som svar på en FLP-förfrågan förstår att dess partner endast kan arbeta med l0Base-T-standarden och ställer in detta driftläge för sig själv.

Fysiskt lager 100Base-T4 - tvinnat par UTP Cat 3, fyra par

100Base-T4-specifikationen har utformats för att tillåta höghastighets-Ethernet att använda existerande tvinnade kablar i kategori 3. Denna specifikation ökar den totala genomströmningen genom att samtidigt överföra bitströmmar över alla fyra kabelpar.

100Base-T4-specifikationen dök upp senare än andra fysiska lagerspecifikationer för Fast Ethernet. Utvecklarna av denna teknik ville i första hand skapa fysiska specifikationer närmast dem för l0Base-T och l0Base-F, som fungerade på två datalinjer: två par eller två fibrer. För att genomföra arbete över två tvinnade par var jag tvungen att byta till en högre kvalitet Kategori 5-kabel.

Samtidigt förlitade sig utvecklarna av den konkurrerande teknologin l00VG-AnyLAN från början på att arbeta över en tvinnad parkabel i kategori 3; den viktigaste fördelen var inte så mycket kostnaden, utan det faktum att den redan var installerad i de allra flesta byggnader. Därför, efter lanseringen av l00Base-TX- och l00Base-FX-specifikationerna, implementerade utvecklarna av Fast Ethernet-teknik sin egen version av det fysiska lagret för kategori 3 med tvinnat par.

Istället för 4V/5V-kodning använder den här metoden 8V/6T-kodning, som har ett smalare signalspektrum och, med en hastighet av 33 Mbit/s, passar in i 16 MHz-bandet av kategori 3 tvinnad parkabel (vid kodning av 4V/5V , signalspektrat passar inte in i detta band). Var 8:e bit av MAC-nivåinformation kodas av 6 ternära symboler, det vill säga tal som har tre tillstånd. Varje ternär siffra har en varaktighet på 40 ns. Gruppen med 6 ternära siffror sänds sedan till ett av de tre tvinnade sändningsparen, oberoende och sekventiellt.

Det fjärde paret används alltid för att lyssna bärvågsfrekvens för kollisionsdetektering. Dataöverföringshastigheten på vart och ett av de tre sändningsparen är 33,3 Mbps, så den totala hastigheten för 100Base-T4-protokollet är 100 Mbps. Samtidigt, på grund av den antagna kodningsmetoden, är signaländringshastigheten för varje par endast 25 Mbaud, vilket tillåter användning av kategori 3 tvinnat par.

I fig. Figur 3.23 visar anslutningen mellan MDI-porten på en 100Base-T4-nätverksadapter och MDI-X-porten på en hubb (prefixet X indikerar att för denna kontakt byts mottagarens och sändarens anslutningar i kabelpar jämfört med nätverksadaptern kontakt, vilket gör det lättare att ansluta ledningspar i kabeln - utan att korsa). Par 1 -2 alltid krävs för att överföra data från MDI-porten till MDI-X-porten, par 3 -6 - för att ta emot data från MDI-porten från MDI-X-porten och paret 4 -5 Och 7 -8 är dubbelriktade och används för både mottagning och sändning, beroende på behov.

Anslutning av noder enligt 100Base-T4-specifikationen

Snabbt Ethernet

Fast Ethernet - IEEE 802.3 u-specifikationen, officiellt antagen den 26 oktober 1995, definierar en länklagerprotokollstandard för nätverk som använder både koppar- och fiberoptiska kablar med en hastighet av 100 Mb/s. Den nya specifikationen är en efterföljare till IEEE 802.3 Ethernet-standarden, med samma ramformat, CSMA/CD-medieåtkomstmekanism och stjärntopologi. Utvecklingen har påverkat flera fysiska lagerkonfigurationselement som har ökat kapaciteten, inklusive kabeltyper, segmentlängder och antalet nav.

Snabb Ethernet-struktur

För att bättre förstå funktionen och förstå interaktionen mellan Fast Ethernet-element, låt oss gå till figur 1.

Figur 1. Fast Ethernet-system

Logical Link Control (LLC) underskikt

IEEE 802.3u-specifikationen delar upp länklagerfunktionerna i två underlager: logisk länkkontroll (LLC) och mediaaccesslager (MAC), som kommer att diskuteras nedan. LLC, vars funktioner definieras av IEEE 802.2-standarden, kopplar faktiskt samman med protokoll på högre nivå (till exempel IP eller IPX), och tillhandahåller olika kommunikationstjänster:

• Tjänst utan anslutningsetablering och mottagningsbekräftelser. En enkel tjänst som inte ger dataflödeskontroll eller felkontroll, och som inte garanterar korrekt leverans av data.
• Anslutningsbaserad tjänst. En absolut pålitlig tjänst som garanterar korrekt dataleverans genom att upprätta en anslutning till det mottagande systemet innan dataöverföringen påbörjas och genom att använda felkontroll- och dataflödeskontrollmekanismer.
• Anslutningsfri tjänst med mottagningsbekräftelser. En medelkomplex tjänst som använder bekräftelsemeddelanden för att tillhandahålla garanterad leverans, men som inte upprättar en anslutning innan data överförs.

På det sändande systemet överfördes data från protokollet Nätverkslager, inkapslas först av LLC-underskiktet. Standarden kallar dem Protocol Data Unit (PDU). När PDU:n skickas ner till MAC-underlagret, där den återigen omges av huvud- och postinformation, kan den från den punkten tekniskt kallas en ram. För ett Ethernet-paket betyder detta att 802.3-ramen innehåller en tre-byte LLC-header utöver nätverkslagerdata. Således reduceras den maximalt tillåtna datalängden i varje paket från 1500 till 1497 byte.

LLC-huvudet består av tre fält:

I vissa fall spelar LLC-ramar en mindre roll i nätverkskommunikationsprocessen. Till exempel, på ett nätverk som använder TCP/IP tillsammans med andra protokoll, kan LLC:s enda funktion vara att tillåta 802.3-ramar att innehålla en SNAP-header, som Ethertype, som indikerar nätverkslagerprotokollet till vilket ramen ska skickas. I det här fallet använder alla LLC PDU:er det onumrerade informationsformatet. Andra högnivåprotokoll kräver dock mer avancerade tjänster från LLC. Till exempel använder NetBIOS-sessioner och flera NetWare-protokoll LLC-anslutningsorienterade tjänster i större utsträckning.

SNAP header

Det mottagande systemet måste bestämma vilket Network Layer-protokoll som ska ta emot inkommande data. 802.3-paket inom LLC PDU:er använder ett annat anropat protokoll Sub-NätverkTillgångProtokoll (SNAP (Subnetwork Access Protocol).

SNAP-huvudet är 5 byte långt och är placerat omedelbart efter LLC-huvudet i datafältet för 802.3-ramen, som visas i figuren. Rubriken innehåller två fält.

Organisationskod. Organisations- eller leverantörs-ID är ett 3-byte-fält som har samma värde som de första 3 byten av avsändarens MAC-adress i 802.3-huvudet.

Lokal kod. Den lokala koden är ett 2-byte-fält som är funktionellt likvärdigt med Ethertype-fältet i Ethernet II-huvudet.

Förhandlingsunderlag

Som nämnts tidigare är Fast Ethernet en utvecklad standard. MAC som är designad för AUI-gränssnittet måste konverteras för MII-gränssnittet som används i Fast Ethernet, vilket är vad detta underskikt är designat för.

Media Access Control (MAC)

Varje nod på ett Fast Ethernet-nätverk har en medieåtkomstkontroller (MediaTillgångKontroller- MAC). MAC är nyckeln i Fast Ethernet och har tre syften:

Den viktigaste av de tre MAC-uppdragen är den första. För vem som helst nätverksteknik, som använder ett delat medium, medieåtkomstregler som bestämmer när en nod kan sända är dess huvudsakliga egenskap. Flera IEEE-kommittéer är involverade i att ta fram regler för tillgång till mediet. 802.3-kommittén, ofta kallad Ethernet-kommittén, definierar LAN-standarder som använder regler som kallas CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access med kollisionsdetektion - multipelåtkomst med bäraravkänning och kollisionsdetektion).

CSMS/CD är medieåtkomstregler för både Ethernet och Fast Ethernet. Det är på detta område som de två teknologierna helt sammanfaller.

Eftersom alla noder i Fast Ethernet delar samma medium kan de bara sända när det är deras tur. Denna kö bestäms av CSMA/CD-reglerna.

CSMA/CD

Fast Ethernet MAC-styrenheten lyssnar på operatören innan den sänder. Bärvågen existerar endast när en annan nod sänder. PHY-skiktet detekterar närvaron av en bärare och genererar ett meddelande till MAC:n. Närvaron av en bärare indikerar att mediet är upptaget och den lyssnande noden (eller noderna) måste ge efter för den sändande.

En MAC som har en ram att sända måste vänta en viss tid efter slutet av föregående bildruta innan den sänds. Denna tid kallas mellan paket gap(IPG, interpacket gap) och varar 0,96 mikrosekunder, det vill säga en tiondel av överföringstiden för ett vanligt Ethernet-paket med en hastighet av 10 Mbit/s (IPG är ett enstaka tidsintervall, alltid definierat i mikrosekunder, inte i bittid ) Figur 2.

Figur 2. Mellanpaketsgap

Efter att paket 1 har slutat måste alla LAN-noder vänta på IPG-tid innan de kan sända. Tidsintervallet mellan paket 1 och 2, 2 och 3 i fig. 2 är IPG-tid. Efter att paket 3 har slutfört sändningen har ingen nod något material att bearbeta, så tidsintervallet mellan paket 3 och 4 är längre än IPG.

Alla nätverksnoder måste följa dessa regler. Även om en nod har många ramar att sända och denna nod är den enda som sänder, måste den vänta i minst IPG-tiden efter att varje paket har skickats.

Detta är CSMA-delen av Fast Ethernet-medieåtkomstreglerna. Kort sagt, många noder har tillgång till mediet och använder bäraren för att övervaka dess beläggning.

Tidiga experimentella nätverk använde exakt dessa regler, och sådana nätverk fungerade mycket bra. Men att använda endast CSMA skapade ett problem. Ofta började två noder, som hade ett paket att sända och väntade på IPG-tiden, sända samtidigt, vilket ledde till datakorruption på båda sidor. Denna situation kallas kollision(kollision) eller konflikt.

För att övervinna detta hinder använde tidiga protokoll en ganska enkel mekanism. Paketen delades in i två kategorier: kommandon och reaktioner. Varje kommando som skickades av en nod krävde ett svar. Om inget svar mottogs under en tid (kallad time-out-period) efter att kommandot skickats, utfärdades det ursprungliga kommandot igen. Detta kan hända flera gånger (det maximala antalet timeouts) innan sändningsnoden registrerade felet.

Detta schema skulle kunna fungera perfekt, men bara upp till en viss punkt. Förekomsten av konflikter resulterade i en kraftig minskning av prestanda (vanligtvis mätt i byte per sekund) eftersom noder ofta var lediga och väntade på svar på kommandon som aldrig nådde sin destination. Nätverksstockning och en ökning av antalet noder är direkt relaterade till en ökning av antalet konflikter och följaktligen en minskning av nätverksprestanda.

Tidiga nätverksdesigners hittade snabbt en lösning på detta problem: varje nod måste avgöra om ett överfört paket har gått förlorat genom att detektera en kollision (istället för att vänta på ett svar som aldrig kommer). Detta innebär att paket som förlorats på grund av kollision måste sändas omedelbart innan tidsgränsen går ut. Om noden sände den sista biten av paketet utan att orsaka en kollision, så överfördes paketet framgångsrikt.

Bäraravkänningsmetoden kan kombineras väl med. Kollisioner fortsätter att inträffa, men detta påverkar inte nätverkets prestanda, eftersom noder snabbt blir av med dem. DIX-gruppen, som har utvecklat åtkomstregler för CSMA/CD-mediet för Ethernet, formaliserade dem i form av en enkel algoritm - Figur 3.

Figur 3. CSMA/CD-driftalgoritm

Fysisk lagerenhet (PHY)

Eftersom Fast Ethernet kan använda annan typ kabel kräver varje medium unik signalförbehandling. Konvertering krävs också för effektiv dataöverföring: för att göra den överförda koden resistent mot störningar, eventuella förluster eller distorsion av dess individuella element (baud), för att säkerställa effektiv synkronisering av klockgeneratorer på sändnings- eller mottagningssidan.

Coding Sublayer (PCS)

Kodar/avkodar data som kommer från/till MAC-lagret med hjälp av algoritmer eller .

Undernivåer av fysisk anslutning och beroende av den fysiska miljön (PMA och PMD)

PMA- och PMD-underlagren kommunicerar mellan PSC-underlagret och MDI-gränssnittet, och tillhandahåller generering i enlighet med den fysiska kodningsmetoden: eller.

Autonegotiation sublayer (AUTONEG)

Underskiktet för automatisk förhandling tillåter två kommunicerande portar att automatiskt välja det mest effektiva driftläget: full-duplex eller halv-duplex 10 eller 100 Mb/s. Fysiskt lager

Fast Ethernet-standarden definierar tre typer av 100 Mbps Ethernet-signaleringsmedia.

• 100Base-TX - två tvinnade trådpar. Överföringen utförs i enlighet med standarden för dataöverföring i ett vridet fysiskt medium, utvecklad av ANSI (American National Standards Institute - American National Standards Institute). Tvinnad datakabel kan vara skärmad eller oskärmad. Använder 4V/5V datakodningsalgoritm och MLT-3 fysisk kodningsmetod.
• 100Base-FX - två kärnor av fiberoptisk kabel. Överföring utförs också i enlighet med den fiberoptiska kommunikationsstandarden utvecklad av ANSI. Använder 4V/5V datakodningsalgoritm och NRZI fysisk kodningsmetod.

Specifikationerna för 100Base-TX och 100Base-FX är också kända som 100Base-X

• 100Base-T4 är en specifik specifikation utvecklad av IEEE 802.3u-kommittén. Enligt denna specifikation utförs dataöverföring över fyra tvinnade par telefonkabel, som kallas UTP-kabel kategori 3. Den använder 8V/6T-datakodningsalgoritmen och den fysiska kodningsmetoden NRZI.

Dessutom innehåller Fast Ethernet-standarden rekommendationer för användning av kategori 1 skärmad partvinnad kabel, som är standardkabeln som traditionellt används i Token Ring-nätverk. Support och vägledning för att använda STP-kablar i ett Fast Ethernet-nätverk ger en väg till Fast Ethernet för kunder med STP-kablar.

Fast Ethernet-specifikationen inkluderar också en automatisk förhandlingsmekanism som tillåter en värdport att automatiskt konfigurera sig själv till en datahastighet på 10 eller 100 Mbit/s. Denna mekanism är baserad på utbyte av en serie paket med en hubb eller switchport.

100Base-TX-miljö

100Base-TX-överföringsmediet använder två tvinnade par, där ett par används för att överföra data och det andra för att ta emot det. Eftersom ANSI TP - PMD-specifikationen innehåller både skärmade och oskärmade partvinnade kablar, inkluderar 100Base-TX-specifikationen stöd för både oskärmade och skärmade partvinnade kablar, typ 1 och 7.

MDI-kontakt (Medium Dependent Interface).

100Base-TX-länkgränssnittet, beroende på miljön, kan vara en av två typer. För oskärmade tvinnade kablar måste MDI-kontakten vara en åttastifts RJ 45 Kategori 5-kontakt. Denna kontakt används även i 10Base-T-nätverk, vilket ger bakåtkompatibilitet med existerande Kategori 5-kablar. För skärmade partvinnade kablar, MDI-kontakten måste vara Använd IBM Type 1 STP-kontakt, som är en skärmad DB9-kontakt. Denna kontakt används vanligtvis i Token Ring-nätverk.

Kategori 5(e) UTP-kabel

UTP 100Base-TX mediagränssnitt använder två par ledningar. För att minimera överhörning och eventuell signalförvrängning bör de återstående fyra ledningarna inte användas för att överföra några signaler. Sändnings- och mottagningssignalerna för varje par är polariserade, där en tråd sänder den positiva (+) signalen och den andra ledningen sänder den negativa (-) signalen. Färgkodningen av kabelledningar och kontaktstiftsnummer för 100Base-TX-nätverket anges i tabellen. 1. Även om 100Base-TX PHY-skiktet utvecklades efter antagandet av ANSI TP-PMD-standarden, ändrades stiftnumren på RJ 45-kontakten för att matcha det ledningsmönster som redan används i 10Base-T-standarden. ANSI TP-PMD-standarden använder stift 7 och 9 för att ta emot data, medan 100Base-TX- och 10Base-T-standarderna använder stift 3 och 6 för detta ändamål. Denna layout tillåter användning av 100Base-TX-adaptrar istället för 10-basadaptrar - T och anslut dem till samma Kategori 5-kablar utan att ändra kablarna. I RJ 45-kontakten är trådparen som används anslutna till stift 1, 2 och 3, 6. För att ansluta ledningarna korrekt bör du vägledas av deras färgmarkeringar.

Tabell 1. Tilldelning av kontaktstiftMDIkabelUTP100Base-TX

Noder kommunicerar med varandra genom att byta ramar. I Fast Ethernet är en ram den grundläggande enheten för kommunikation över ett nätverk - all information som överförs mellan noder placeras i datafältet för en eller flera ramar. Vidarebefordran av ramar från en nod till en annan är endast möjlig om det finns ett sätt att unikt identifiera alla nätverksnoder. Därför har varje nod på ett LAN en adress som kallas dess MAC-adress. Denna adress är unik: inga två noder i det lokala nätverket kan ha samma MAC-adress. Dessutom, i ingen LAN-teknik (med undantag för ARCNet) kan inte två noder i världen ha samma MAC-adress. Varje ram innehåller minst tre huvuduppgifter: mottagarens adress, avsändarens adress och data. Vissa ramar har andra fält, men endast de tre listade är obligatoriska. Figur 4 visar fast Ethernet-ramstrukturen.

Figur 4. RamstrukturSnabbEthernet

• mottagarens adress- adressen till noden som tar emot data anges;
• avsändarens adress- adressen till noden som skickade data anges;
• längd/typ(L/T - Length/Type) - innehåller information om typen av överförd data;
• kontrollsumma ram(PCS - Frame Check Sequence) - utformad för att kontrollera riktigheten av ramen som tas emot av den mottagande noden.

Minsta ramstorlek är 64 oktetter eller 512 bitar (termer oktett Och byte - synonymer). Den maximala ramstorleken är 1518 oktetter eller 12144 bitar.

Ramadressering

Varje nod på ett Fast Ethernet-nätverk har ett unikt nummer som kallas en MAC-adress eller värdadress. Detta nummer består av 48 bitar (6 byte), tilldelas nätverksgränssnittet under enhetstillverkning och programmeras under initieringsprocessen. Därför har nätverksgränssnitten för alla LAN, med undantag för ARCNet, som använder 8-bitars adresser som tilldelats av nätverksadministratören, en inbyggd unik MAC-adress som skiljer sig från alla andra MAC-adresser på jorden och tilldelas av tillverkaren i avtal med IEEE.

För att göra processen att hantera nätverksgränssnitt enklare har IEEE föreslagit att dela upp 48-bitars adressfältet i fyra delar, som visas i figur 5. De två första bitarna i adressen (bitarna 0 och 1) är adresstypsflaggor. Värdet på flaggorna bestämmer hur adressdelen (bitarna 2 - 47) tolkas.

Figur 5. MAC-adressformat

I/G-biten kallas kryssrutan för individ-/gruppadress och visar vilken typ av adress (individ eller grupp) det är. En unicast-adress tilldelas endast ett gränssnitt (eller nod) i ett nätverk. Adresser med I/G-biten inställd på 0 är MAC-adresser eller nodadresser. Om I/O-biten är satt till 1, så tillhör adressen gruppen och anropas vanligtvis flerpunktsadress(multicastadress) eller funktionell adress(funktionell adress). En gruppadress kan tilldelas ett eller flera LAN-nätverksgränssnitt. Ramar som skickas till en multicast-adress tas emot eller kopieras av alla LAN-nätverksgränssnitt som har det. Multicast-adresser gör att en ram kan skickas till en undergrupp av noder på det lokala nätverket. Om I/O-biten är satt till 1, behandlas bitarna 46 till 0 som en multicast-adress snarare än som U/L-, OUI- och OUA-fälten för en vanlig adress. U/L-biten kallas universell/lokal kontrollflagga och bestämmer hur adressen tilldelades nätverksgränssnittet. Om både I/O- och U/L-bitar är satta till 0, är ​​adressen den unika 48-bitars identifierare som beskrivits tidigare.

OUI (organisationsunik identifierare - organisatoriskt unik identifierare). IEEE tilldelar en eller flera OUI till varje nätverkskort och gränssnittstillverkare. Varje tillverkare ansvarar för korrekt tilldelning av OUA (organisationsunik adress - organisatoriskt unik adress), som varje enhet skapad av honom måste ha.

När U/L-biten är inställd styrs adressen lokalt. Detta betyder att det inte ställs in av nätverksgränssnittstillverkaren. Vilken organisation som helst kan skapa sin egen MAC-adress för ett nätverksgränssnitt genom att ställa in U/L-biten till 1 och bitarna 2 till 47 till något valt värde. Nätverksgränssnitt, efter att ha tagit emot ramen, avkodar först och främst mottagaradressen. När I/O-biten i en adress är inställd, kommer MAC-lagret endast att ta emot ramen om destinationsadressen finns i en lista som underhålls av värden. Denna teknik tillåter en nod att skicka en ram till många noder.

Det finns en speciell multipunktsadress som kallas sändningsadress. I en 48-bitars IEEE-sändningsadress är alla bitar satta till 1. Om en ram sänds med en destinationssändningsadress kommer alla noder i nätverket att ta emot och bearbeta den.

Fältlängd/typ

Fältet L/T (Längd/Typ) används för två olika ändamål:

• att bestämma längden på ramdatafältet, exklusive eventuell utfyllnad med mellanslag;
• för att ange datatypen i ett datafält.

L/T-fältvärdet, som är mellan 0 och 1500, är ​​längden på ramdatafältet; ett högre värde indikerar protokolltypen.

Generellt sett är L/T-fältet en historisk kvarleva av Ethernet-standardisering i IEEE, vilket gav upphov till ett antal problem med kompatibiliteten hos utrustning som släpptes före 1983. Nu använder Ethernet och Fast Ethernet aldrig L/T-fält. Det angivna fältet tjänar endast till att koordinera med programvaran som bearbetar ramarna (det vill säga med protokollen). Men den enda verkliga standardanvändningen för L/T-fältet är som ett längdfält – 802.3-specifikationen nämner inte ens dess möjliga användning som ett datatypfält. Standarden säger: "Ramar med ett längdfältvärde som är större än det som anges i paragraf 4.4.2 kan ignoreras, kasseras eller användas privat. Användning av dessa ramar ligger utanför denna standards omfattning."

För att sammanfatta vad som har sagts, noterar vi att L/T-fältet är den primära mekanismen genom vilken ram typ. Fast Ethernet- och Ethernet-ramar där längden anges av värdet på L/T-fältet (L/T-värde 802.3, ramar där datatypen ställs in av värdet för samma fält (L/T-värde > 1500) kallas ramar Ethernet- II eller DIX.

Data fält

I datafältet innehåller information som en nod skickar till en annan. Till skillnad från andra fält som lagrar mycket specifik information, kan datafältet innehålla nästan vilken information som helst, så länge dess storlek är minst 46 och inte mer än 1500 byte. Protokoll bestämmer hur innehållet i ett datafält formateras och tolkas.

Om det är nödvändigt att skicka data som är mindre än 46 byte långa lägger LLC-skiktet till byte med ett okänt värde, kallat obetydliga uppgifter(paddata). Som ett resultat blir fältlängden 46 byte.

Om ramen är av typen 802.3, anger L/T-fältet mängden giltig data. Till exempel, om ett 12-byte-meddelande skickas, lagrar L/T-fältet värdet 12, och datafältet innehåller 34 ytterligare icke-signifikanta byte. Tillägget av icke-signifikanta bytes initierar Fast Ethernet LLC-skiktet och implementeras vanligtvis i hårdvara.

Faciliteter på MAC-nivå ställer inte in innehållet i L/T-fältet - detta gör det programvara. Inställning av värdet för detta fält görs nästan alltid av nätverksgränssnittsdrivrutinen.

Ramkontrollsumma

Ramkontrollsumman (PCS - Frame Check Sequence) låter dig säkerställa att de mottagna ramarna inte skadas. När man bildar en sänd ram på MAC-nivå används en speciell matematisk formel CRC(Cyklisk redundanskontroll) utformad för att beräkna ett 32-bitars värde. Det resulterande värdet placeras i FCS-fältet i ramen. Ingången för MAC-lagerelementet som beräknar CRC är värdena för alla byte i ramen. FCS-fältet är den primära och viktigaste feldetekterings- och korrigeringsmekanismen i Fast Ethernet. Börjar från den första byten i mottagaradressen och slutar med den sista byten i datafältet.

DSAP- och SSAP-fältvärden

DSAP/SSAP-värden			Beskrivning
			Indiv LLC Sublayer Mgt
			Group LLC Sublayer Mgt
			SNA Path Control
			Reserverad (DOD IP)
			ISO CLNS ÄR 8473
			8B6T-kodningsalgoritmen omvandlar en åttabitars dataoktett (8B) till ett sexbitars ternärt tecken (6T). 6T-kodgrupper är utformade för att sändas parallellt över tre tvinnade kabelpar, så den effektiva dataöverföringshastigheten på varje tvinnat par är en tredjedel av 100 Mbps, det vill säga 33,33 Mbps. Den ternära symbolhastigheten på varje tvinnat par är 6/8 av 33,3 Mbps, vilket motsvarar en klockfrekvens på 25 MHz. Detta är den frekvens med vilken MP-gränssnittstimern arbetar. Till skillnad från binära signaler, som har två nivåer, kan ternära signaler, som sänds på varje par, ha tre nivåer. Tabell för teckenkodning Linjär kod Symbol MLT-3 Multi Level Transmission - 3 (multilevel transmission) - liknar något NRZ-koden, men till skillnad från den senare har den tre signalnivåer. Den ena motsvarar en övergång från en signalnivå till en annan, och förändringen i signalnivån sker sekventiellt, med hänsyn tagen till den tidigare övergången. Vid sändning av "noll" ändras inte signalen. Denna kod, liksom NRZ, kräver förkodning. Sammanställt av material: Laem Queen, Richard Russell "Fast Ethernet"; K. Zakler "Datornätverk"; V.G. och N.A. Olifer "Datornätverk";

Ethernet, men också till utrustning från andra, mindre populära nätverk.

Ethernet- och Fast Ethernet-adaptrar

Adapterspecifikationer

Nätverksadaptrar (NIC, nätverkskort) Ethernet och Fast Ethernet kan samverka med en dator genom en av standardgränssnitt:

• ISA (Industry Standard Architecture) buss;
• PCI-buss (Peripheral Component Interconnect);
• PC-kortbuss (alias PCMCIA);

Adaptrar designade för ISA-systembussen (stommen) var för inte så länge sedan huvudtypen av adaptrar. Antalet företag som tillverkade sådana adaptrar var stort, varför enheterna av denna typ var billigast. Adaptrar för ISA finns i 8- och 16-bitars. 8-bitars adaptrar är billigare, medan 16-bitars adaptrar är snabbare. Det är sant att informationsutbytet på ISA-bussen inte kan vara för snabbt (i gränsen - 16 MB/s, i verkligheten - inte mer än 8 MB/s, och för 8-bitars adaptrar - upp till 2 MB/s). Därför snabba Ethernet-adaptrar som kräver effektivt arbete höga datahastigheter produceras praktiskt taget inte för denna systembuss. ISA-bussen håller på att bli ett minne blott.

PCI-bussen har nu praktiskt taget ersatt ISA-bussen och håller på att bli den huvudsakliga expansionsbussen för datorer. Den ger 32- och 64-bitars datautbyte och har hög genomströmning (teoretiskt upp till 264 MB/s), vilket helt uppfyller kraven för inte bara Fast Ethernet, utan även det snabbare Gigabit Ethernet. Det är också viktigt att PCI-bussen inte bara används i IBM PC-datorer utan även i PowerMac-datorer. Dessutom stöder den Plug-and-Play automatisk hårdvarukonfiguration. Tydligen kommer de flesta datorer inom en snar framtid att vara orienterade mot PCI-bussen. nätverkskort. Nackdelen med PCI jämfört med ISA-bussen är att antalet expansionsplatser i en dator vanligtvis är litet (vanligtvis 3 platser). Men precis nätverkskort anslut till PCI först.

PC Card-bussen (gammalt namn PCMCIA) används för närvarande endast i bärbara datorer av bärbar klass. I dessa datorer är den interna PCI-bussen vanligtvis inte dirigerad till utsidan. PC Card-gränssnittet möjliggör enkel anslutning av miniatyrexpansionskort till en dator, och utbyteshastigheten med dessa kort är ganska hög. Men fler och fler bärbara datorer är utrustade med inbyggd nätverkskort, eftersom nätverksanslutning blir en integrerad del av standardfunktionsuppsättningen. Dessa inbyggda adaptrar är återigen anslutna till den interna PCI buss dator.

När man väljer nätverksadapter orienterad mot en viss buss måste du först och främst se till att det finns lediga expansionsplatser för denna buss i datorn som är ansluten till nätverket. Du bör också utvärdera komplexiteten i att installera den köpta adaptern och utsikterna för att producera kort av denna typ. Det senare kan behövas om adaptern misslyckas.

Äntligen träffas de igen nätverkskort, anslutning till en dator via en parallell (skrivare) LPT-port. Den största fördelen med detta tillvägagångssätt är att du inte behöver öppna datorhöljet för att ansluta adaptrar. Dessutom, i det här fallet, tar inte adaptrar upp datorsystemresurser, såsom avbrottskanaler och DMA, såväl som minnesadresser och I/O-enheter. Men hastigheten på informationsutbytet mellan dem och datorn i det här fallet är mycket lägre än när du använder systembussen. Dessutom kräver de mer processortid för att kommunicera med nätverket, vilket gör datorn långsammare.

Nyligen finns det fler och fler datorer där nätverkskort inbyggt moderkort. Fördelarna med detta tillvägagångssätt är uppenbara: användaren behöver inte köpa en nätverksadapter och installera den i datorn. Du behöver bara ansluta nätverkskabeln till den externa kontakten på din dator. Nackdelen är dock att användaren inte kan välja adaptern med de bästa egenskaperna.

Andra viktiga egenskaper nätverkskort kan tillskrivas:

• adapterkonfigurationsmetod;
• storleken på buffertminnet installerat på kortet och utbyteslägena med det;
• möjlighet att installera mikrokretsar på kortet permanent minne för fjärrstart (BootROM).
• möjligheten att ansluta adaptern till olika typer av överföringsmedia (tvinnat par, tunn och tjock koaxialkabel, fiberoptisk kabel);
• nätverksöverföringshastigheten som används av adaptern och tillgängligheten för dess växlingsfunktion;
• adaptern kan använda full-duplex utbytesläge;
• adapterns kompatibilitet (mer exakt adapterdrivrutinen) med nätverksprogramvaran som används.

Användarkonfigurationen av adaptern användes främst för adaptrar designade för ISA-bussen. Konfiguration innebär att ställa in användningen av datorsystemresurser (in-/utgångsadresser, avbrottskanaler och direkt minnesåtkomst, buffertminnesadresser och fjärrstartminne). Konfiguration kan utföras genom att ställa omkopplare (byglarna) till önskat läge eller genom att använda DOS-konfigurationsprogrammet som medföljer adaptern (Jumperless, Software Configuration). När du startar ett sådant program uppmanas användaren att ställa in hårdvarukonfigurationen med en enkel meny: välj adapterparametrar. Samma program låter dig göra självtest adapter De valda parametrarna lagras i adapterns icke-flyktiga minne. I alla fall, när du väljer parametrar, måste du undvika konflikter med systemenheter dator och med andra expansionskort.

Adaptern kan också konfigureras automatiskt i Plug-and-Play-läge när datorn slås på. Moderna adaptrar stöder vanligtvis just detta läge, så att de enkelt kan installeras av användaren.

I de enklaste adaptrarna utförs utbyte med adapterns interna buffertminne (Adapter RAM) genom adressutrymmet för in-/utgångsenheter. I detta fall krävs ingen ytterligare konfiguration av minnesadresser. Basadressen för buffertminnet som arbetar i delat minnesläge måste anges. Den är tilldelad datorns övre minnesområde (

Det mest utbredda bland standardnätverk är Ethernet-nätverket. Den dök upp 1972 och 1985 blev den en internationell standard. Den antogs av de största internationella: Committee 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) och ECMA (European Computer Manufacturers Association).

Standarden heter IEEE 802.3 (läses på engelska som "eight oh two dot three"). Den definierar multipel åtkomst till en kanal av monobusstyp med kollisionsdetektering och överföringskontroll, det vill säga med den redan nämnda CSMA/CD-accessmetoden.

Huvudegenskaper hos den ursprungliga IEEE 802.3-standarden:

· topologi – buss;

· överföringsmedium – koaxialkabel;

· överföringshastighet – 10 Mbit/s;

· maximal nätverkslängd – 5 km;

· maximalt antal abonnenter – upp till 1024;

· nätverkssegmentets längd – upp till 500 m;

· antal abonnenter på ett segment – ​​upp till 100;

· åtkomstmetod – CSMA/CD;

· smalbandsöverföring, det vill säga utan modulering (monokanal).

Strängt taget finns det mindre skillnader mellan IEEE 802.3- och Ethernet-standarderna, men de ignoreras vanligtvis.

Ethernet-nätverket är nu det mest populära i världen (mer än 90 % av marknaden), och förmodligen kommer det att förbli så under de kommande åren. Detta underlättades avsevärt av det faktum att nätverkets egenskaper, parametrar och protokoll från början var öppna, vilket ledde till att ett stort antal tillverkare runt om i världen började producera Ethernet-utrustning som var helt kompatibel med varandra .

Det klassiska Ethernet-nätverket använde 50-ohm koaxialkabel av två typer (tjock och tunn). Men nyligen (sedan tidigt 90-tal) är den mest använda versionen av Ethernet den som använder tvinnade par som överföringsmedium. En standard har även definierats för användning i fiberoptiska kabelnät. Tillägg har gjorts till den ursprungliga IEEE 802.3-standarden för att hantera dessa ändringar. 1995 dök en ytterligare standard upp för en snabbare version av Ethernet som arbetar med en hastighet av 100 Mbit/s (det så kallade Fast Ethernet, IEEE 802.3u-standarden), med tvinnad par eller fiberoptisk kabel som överföringsmedium. 1997 kom även en version med en hastighet på 1000 Mbit/s (Gigabit Ethernet, IEEE 802.3z standard).

Utöver standardbusstopologin används i allt större utsträckning passiva stjärn- och passiva trädtopologier. Detta innebär användning av repeatrar och repeaterhubbar som kopplar samman olika delar (segment) av nätverket. Som ett resultat kan en trädliknande struktur bildas på segmenten olika typer(Fig. 7.1).

Segmentet (del av nätverket) kan vara en klassisk buss eller en enskild abonnent. För busssegment används en koaxialkabel och för passiva stjärnbalkar (för anslutning till ett nav enstaka datorer) – tvinnat par och fiberoptisk kabel. Huvudkravet för den resulterande topologin är att den inte ska innehålla slutna vägar (slingor). I själva verket visar det sig att alla abonnenter är anslutna till en fysisk buss, eftersom signalen från var och en av dem sprider sig åt alla håll samtidigt och inte återvänder (som i en ring).

Den maximala kabellängden för nätverket som helhet (maximal signalväg) kan teoretiskt nå 6,5 kilometer, men praktiskt taget inte överstiga 3,5 kilometer.

Ris. 7.1. Klassisk Ethernet-nätverkstopologi.

Ett Fast Ethernet-nätverk har ingen fysisk busstopologi, endast en passiv stjärna eller passivt träd används. Fast Ethernet har dessutom mycket strängare krav på maximal nätverkslängd. När allt kommer omkring, med en 10-faldig ökning av överföringshastighet och bevarande av paketformatet, blir dess minsta längd tio gånger kortare. Således reduceras det tillåtna värdet för dubbel signalöverföringstid genom nätverket med 10 gånger (5,12 μs mot 51,2 μs i Ethernet).

Manchester-standardkoden används för att överföra information på ett Ethernet-nätverk.

Tillgång till Ethernet-nätverket utförs med den slumpmässiga CSMA/CD-metoden, vilket säkerställer jämlikhet mellan abonnenter. Nätverket använder paket med variabel längd.

För ett Ethernet-nätverk som arbetar med en hastighet av 10 Mbit/s, definierar standarden fyra huvudtyper av nätverkssegment, fokuserade på olika informationsöverföringsmedia:

· 10BASE5 (tjock koaxialkabel);

· 10BASE2 (tunn koaxialkabel);

· 10BASE-T (tvinnat par);

· 10BASE-FL (fiberoptisk kabel).

Namnet på segmentet innehåller tre element: siffran "10" betyder en överföringshastighet på 10 Mbit/s, ordet BASE betyder överföring i basfrekvensbandet (det vill säga utan att modulera en högfrekvent signal), och den sista element är den tillåtna längden av segmentet: "5" - 500 meter, "2" - 200 meter (mer exakt, 185 meter) eller typ av kommunikationslinje: "T" - tvinnat par (från engelska "twisted-pair" ), "F" - fiberoptisk kabel (från engelskan "fiberoptic").

På liknande sätt, för ett Ethernet-nätverk som arbetar med en hastighet av 100 Mbit/s (Fast Ethernet), definierar standarden tre typer av segment, som skiljer sig i typerna av överföringsmedia:

· 100BASE-T4 (quad twisted pair);

· 100BASE-TX (dubbla tvinnade par);

· 100BASE-FX (fiberoptisk kabel).

Här betyder siffran "100" en överföringshastighet på 100 Mbit/s, bokstaven "T" betyder tvinnat par och bokstaven "F" betyder fiberoptisk kabel. Typerna 100BASE-TX och 100BASE-FX kombineras ibland under namnet 100BASE-X, och 100BASE-T4 och 100BASE-TX kallas 100BASE-T.

Token-Ring-nätverk

Token-Ring-nätverket föreslogs av IBM 1985 (den första versionen dök upp 1980). Det var tänkt att nätverka alla typer av datorer som tillverkats av IBM. Just det faktum att det stöds av IBM, den största tillverkaren av datorutrustning, tyder på att det måste ägnas särskild uppmärksamhet. Men lika viktigt är att Token-Ring för närvarande är den internationella standarden IEEE 802.5 (även om det finns mindre skillnader mellan Token-Ring och IEEE 802.5). Detta sätter detta nätverk på samma statusnivå som Ethernet.

Token-Ring utvecklades som ett pålitligt alternativ till Ethernet. Och även om Ethernet nu ersätter alla andra nätverk kan Token-Ring inte anses vara hopplöst föråldrad. Mer än 10 miljoner datorer runt om i världen är anslutna till detta nätverk.

Token-Ring-nätverket har en ringtopologi, även om det utåt ser mer ut som en stjärna. Detta beror på det faktum att enskilda abonnenter (datorer) ansluter till nätverket inte direkt, utan genom speciella hubbar eller multipelaccessenheter (MSAU eller MAU - Multistation Access Unit). Fysiskt bildar nätverket en stjärnringstopologi (Fig. 7.3). I verkligheten är abonnenterna fortfarande förenade i en ring, det vill säga var och en av dem sänder information till en angränsande abonnent och tar emot information från en annan.

Ris. 7.3. Stjärnringstopologi för Token-Ring-nätverket.

Överföringsmediet i IBM Token-Ring-nätverket var från början tvinnat par, både oskärmat (UTP) och skärmat (STP), men sedan dök det upp utrustningsalternativ för koaxialkabel, samt för fiberoptisk kabel i FDDI-standarden.

Grundläggande specifikationer klassisk version av Token-Ring-nätverket:

· maximalt antal IBM 8228 MAU-hubbar – 12;

· maximalt antal abonnenter i nätet – 96;

· maximal kabellängd mellan abonnenten och hubben är 45 meter;

· maximal kabellängd mellan nav är 45 meter;

· den maximala längden på kabeln som ansluter alla nav är 120 meter;

· dataöverföringshastighet – 4 Mbit/s och 16 Mbit/s.

Alla angivna egenskaper avser fallet med användning av oskärmad partvinnad kabel. Om ett annat överföringsmedium används kan nätverkets prestanda variera. Till exempel, vid användning av skärmade tvinnade par (STP) kan antalet abonnenter ökas till 260 (istället för 96), kabellängden kan ökas till 100 meter (istället för 45), antalet hubbar kan ökas till 33, och den totala längden på ringen som förbinder naven kan vara upp till 200 meter. Fiberoptisk kabel gör att du kan öka kabellängden upp till två kilometer.

För att överföra information till Token-Ring används en bifaskod (mer exakt, dess version med en obligatorisk övergång i mitten av bitintervallet). Som med all stjärntopologi krävs inga ytterligare elektriska avslutningar eller externa jordningsåtgärder. Förhandling utförs av hårdvaran för nätverksadaptrar och hubbar.

För att ansluta kablar använder Token-Ring RJ-45-kontakter (för oskärmade tvinnade par), såväl som MIC och DB9P. Ledningarna i kabeln ansluter kontaktkontakterna med samma namn (det vill säga så kallade "raka" kablar används).

Token-Ring-nätverket i sin klassiska version är sämre än Ethernet-nätverket både vad gäller tillåten storlek och maximalt antal abonnenter. När det gäller överföringshastighet är Token-Ring för närvarande tillgänglig i 100 Mbps (High Speed ​​​​Token-Ring, HSTR) och 1000 Mbps (Gigabit Token-Ring) versioner. Företag som stöder Token-Ring (inklusive IBM, Olicom, Madge) har inte för avsikt att överge sitt nätverk, eftersom de ser det som värdig konkurrent Ethernet.

Jämfört med Ethernet-utrustning är Token-Ring-utrustning märkbart dyrare, eftersom den använder en mer komplex metod för att hantera utbytet, så Token-Ring-nätverket har inte blivit så utbrett.

Men till skillnad från Ethernet kan Token-Ring-nätverket hantera höga belastningsnivåer (mer än 30-40%) mycket bättre och ger garanterad åtkomsttid. Detta är nödvändigt, till exempel i industriella nätverk, där en försening av responsen på en extern händelse kan leda till allvarliga olyckor.

Token-Ring-nätverket använder den klassiska token-accessmetoden, det vill säga en token cirkulerar hela tiden runt ringen, till vilken abonnenter kan bifoga sina datapaket (se fig. 4.15). Detta innebär en så viktig fördel med detta nätverk som frånvaron av konflikter, men det finns också nackdelar, särskilt behovet av att kontrollera tokens integritet och beroendet av nätverkets funktion på varje abonnent (i händelse av en fel, måste abonnenten uteslutas från ringen).

Den maximala tiden för att överföra ett paket till Token-Ring är 10 ms. Med ett maximalt antal abonnenter på 260 blir hela ringcykeln 260 x 10 ms = 2,6 s. Under denna tid kommer alla 260 abonnenter att kunna sända sina paket (om de så klart har något att sända). Under samma tid kommer den gratis token definitivt att nå varje prenumerant. Samma intervall är den övre gränsen för Token-Ring-åtkomsttiden.

Arcnet nätverk

Arcnet-nätverk (eller ARCnet från engelska Attached Resource Computer Net, datornätverk anslutna resurser) är ett av de äldsta nätverken. Det utvecklades av Datapoint Corporation redan 1977. Det finns inga internationella standarder för detta nätverk, även om det anses vara förfadern till token-åtkomstmetoden. Trots bristen på standarder var Arcnet-nätverket fram till nyligen (1980 - 1990) populärt, och konkurrerade till och med på allvar med Ethernet. Ett stort antal företag tillverkade utrustning för denna typ av nätverk. Men nu har produktionen av Arcnet-utrustning praktiskt taget upphört.

Bland de främsta fördelarna med Arcnet-nätverket jämfört med Ethernet är den begränsade åtkomsttiden, hög tillförlitlighet för kommunikation, enkel diagnos och den relativt låga kostnaden för adaptrar. De mest betydande nackdelarna med nätverket inkluderar låg informationsöverföringshastighet (2,5 Mbit/s), adresseringssystem och paketformat.

För att överföra information på Arcnet-nätverket används en ganska sällsynt kod, där en logisk etta motsvarar två pulser under ett bitintervall och en logisk nolla motsvarar en puls. Uppenbarligen är detta en självtidsinställd kod som kräver ännu mer kabelbandbredd än till och med Manchester.

Överföringsmediet i nätverket är en koaxialkabel med en karakteristisk impedans på 93 Ohm, till exempel av märket RG-62A/U. Alternativ med tvinnade par (skärmade och oskärmade) används inte i stor utsträckning. Fiberoptiska kabelalternativ föreslogs också, men de räddade inte heller Arcnet.

Som topologi använder Arcnet-nätverket en klassisk buss (Arcnet-BUS), såväl som en passiv stjärna (Arcnet-STAR). Stjärnan använder koncentratorer (hubbar). Det är möjligt att kombinera buss- och stjärnsegment till en trädtopologi med hjälp av nav (som i Ethernet). Den huvudsakliga begränsningen är att det inte ska finnas några slutna vägar (slingor) i topologin. En annan begränsning: antalet segment som är anslutna i en serie med nav bör inte överstiga tre.

Således är topologin för Arcnet-nätverket som följer (Fig. 7.15).

Ris. 7.15. Arcnet nätverkstopologi är busstyp (B – adaptrar för att arbeta i en buss, S – adaptrar för att arbeta i en stjärna).

De viktigaste tekniska egenskaperna hos Arcnet-nätverket är följande.

· Överföringsmedium – koaxialkabel, tvinnat par.

· Den maximala nätverkslängden är 6 kilometer.

· Den maximala kabellängden från abonnenten till den passiva hubben är 30 meter.

· Den maximala kabellängden från abonnenten till den aktiva hubben är 600 meter.

· Maximal kabellängd mellan aktiva och passiva nav är 30 meter.

· Maximal kabellängd mellan aktiva koncentratorer– 600 meter.

· Maximalt antal abonnenter i nätet är 255.

· Maximalt antal abonnenter på busssegmentet är 8.

· Minsta avstånd mellan abonnenter i bussen är 1 meter.

· Maximal längd på busssegmentet är 300 meter.

· Dataöverföringshastighet – 2,5 Mbit/s.

När du skapar komplexa topologier är det nödvändigt att säkerställa att fördröjningen i signalutbredning i nätverket mellan abonnenter inte överstiger 30 μs. Den maximala signaldämpningen i kabeln vid en frekvens på 5 MHz bör inte överstiga 11 dB.

Arcnet-nätverket använder en token-accessmetod (transfer of rights-metod), men den skiljer sig något från Token-Ring-nätverket. Denna metod ligger närmast den som tillhandahålls i IEEE 802.4-standarden.

Precis som med Token-Ring är konflikter helt eliminerade i Arcnet. Som alla token-nätverk bär Arcnet belastningen bra och garanterar långa åtkomsttider till nätverket (till skillnad från Ethernet). Den totala tiden för markören att kringgå alla abonnenter är 840 ms. Följaktligen bestämmer samma intervall den övre gränsen för nätverksåtkomsttid.

Tokenen genereras av en speciell abonnent – ​​nätverkskontrollern. Detta är abonnenten med den lägsta (noll) adressen.

FDDI-nätverk

FDDI-nätverket (från engelska Fibre Distributed Data Interface, fiberoptic distributed data interface) är en av de senaste utvecklingarna inom lokala nätverksstandarder. FDDI-standarden föreslogs av American National Standards Institute ANSI (ANSI-specifikation X3T9.5). ISO 9314-standarden antogs sedan, i enlighet med ANSI-specifikationerna. Nivån på nätverksstandardisering är ganska hög.

Till skillnad från andra vanliga lokala nätverk var FDDI-standarden initialt fokuserad på höga överföringshastigheter (100 Mbit/s) och användningen av den mest lovande fiberoptiska kabeln. Därför, i det här fallet, var utvecklarna inte begränsade av ramen för gamla standarder, fokuserade på låga hastigheter och elkabel.

Valet av optisk fiber som transmissionsmedium bestämde följande fördelar nytt nätverk, såsom hög brusimmunitet, maximal konfidentialitet för informationsöverföring och utmärkt galvanisk isolering av abonnenter. Höga överföringshastigheter, som är mycket lättare att uppnå när det gäller fiberoptiska kablar, gör det möjligt att lösa många uppgifter som inte är möjliga med lägre hastighetsnät, till exempel att överföra bilder i realtid. Dessutom löser fiberoptisk kabel enkelt problemet med att överföra data över ett avstånd på flera kilometer utan vidarebefordran, vilket gör det möjligt att bygga stora nätverk som till och med täcker hela städer och har alla fördelar med lokala nätverk (i synnerhet ett lågt fel Betygsätta). Allt detta bestämde populariteten för FDDI-nätverket, även om det ännu inte är lika utbrett som Ethernet och Token-Ring.

FDDI-standarden baserades på token-åtkomstmetoden enligt den internationella standarden IEEE 802.5 (Token-Ring). Mindre skillnader från denna standard bestäms av behovet av att säkerställa höghastighetsinformationsöverföring över långa avstånd. FDDI-nätverkstopologin är ring, den mest lämpliga topologin för fiberoptisk kabel. Nätverket använder två flerriktade fiberoptiska kablar, varav en vanligtvis är i reserv, men den här lösningen tillåter användning av full-duplex informationsöverföring (samtidigt i två riktningar) med dubbla effektiva hastigheten på 200 Mbit/s (med varje av de två kanalerna som arbetar med hastigheten 100 Mbit/s). En stjärnringstopologi med nav som ingår i ringen (som i Token-Ring) används också.

Huvudsakliga tekniska egenskaper hos FDDI-nätverket.

· Det maximala antalet nätabonnenter är 1000.

· Den maximala längden på nätverksringen är 20 kilometer.

· Det maximala avståndet mellan nätabonnenter är 2 kilometer.

· Överföringsmedium – multimod fiberoptisk kabel (eventuellt med elektriskt tvinnat par).

· Åtkomstmetod – token.

· Informationsöverföringshastighet – 100 Mbit/s (200 Mbit/s för duplexöverföringsläge).

FDDI-standarden har betydande fördelar jämfört med alla tidigare diskuterade nätverk. Till exempel kan ett Fast Ethernet-nätverk med samma 100 Mbps bandbredd inte matcha FDDI när det gäller tillåten nätverksstorlek. Dessutom ger FDDI-tokenåtkomstmetoden, till skillnad från CSMA/CD, garanterad åtkomsttid och frånvaron av konflikter på alla belastningsnivåer.

Begränsningen av den totala nätverkslängden på 20 km beror inte på dämpningen av signaler i kabeln, utan på behovet av att begränsa den tid det tar för en signal att helt färdas längs ringen för att säkerställa maximal tillåten åtkomsttid. Men det maximala avståndet mellan abonnenter (2 km med en multimodekabel) bestäms exakt av dämpningen av signalerna i kabeln (det bör inte överstiga 11 dB). Det är också möjligt att använda singelmodskabel, i vilket fall avståndet mellan abonnenterna kan nå 45 kilometer och den totala ringlängden kan vara 200 kilometer.

Det finns också en implementering av FDDI i elektrisk kabel(CDDI – Copper Distributed Data Interface eller TPDDI – Twisted Pair Distributed Data Interface). Denna använder en kategori 5-kabel med RJ-45-kontakter. Det maximala avståndet mellan abonnenter i detta fall bör inte vara mer än 100 meter. Kostnaden för nätverksutrustning på en elektrisk kabel är flera gånger mindre. Men den här versionen av nätverket har inte längre så uppenbara fördelar gentemot konkurrenter som den ursprungliga fiberoptiska FDDI. Elektriska versioner av FDDI är mycket mindre standardiserade än fiberoptiska, så kompatibilitet mellan utrustning från olika tillverkare kan inte garanteras.

För att överföra data i FDDI används en 4B/5B-kod speciellt framtagen för denna standard.

För att uppnå hög nätverksflexibilitet ger FDDI-standarden inkludering av två typer av abonnenter i ringen:

· Klass A-abonnenter (stationer) (dual-attachment-abonnenter, DAS – Dual-Attachment Stations) är anslutna till båda (interna och externa) nätverksringarna. Samtidigt realiseras möjligheten till utbyte med hastigheter upp till 200 Mbit/s eller nätverkskabelredundans (om huvudkabeln är skadad används en backup). Utrustning av denna klass används i de mest kritiska delarna av nätverket när det gäller prestanda.

· Klass B-abonnenter (stationer) (enkelanslutningsabonnenter, SAS – Single-Attachment Stations) är anslutna till endast en (extern) nätverksring. De är enklare och billigare än klass A-adaptrar, men har inte sina möjligheter. De kan bara anslutas till nätverket via en hubb eller bypass-switch, som stänger av dem i händelse av en nödsituation.

Förutom abonnenterna själva (datorer, terminaler, etc.) använder nätverket Wiring Concentrators, vars inkludering gör att alla anslutningspunkter kan samlas på ett ställe i syfte att övervaka nätverksdrift, diagnostisera fel och förenkla omkonfigurering. Vid användning av olika typer av kablar (till exempel fiberoptisk kabel och tvinnat par) utför navet även funktionen att omvandla elektriska signaler till optiska signaler och vice versa. Koncentratorer finns också i dubbel anslutning (DAC - Dual-Attachment Concentrator) och enkel anslutning (SAC - Single-Attachment Concentrator).

Ett exempel på en FDDI-nätverkskonfiguration visas i fig. 8.1. Principen för att kombinera nätverksenheter illustreras i Fig. 8.2.

Ris. 8.1. Exempel på FDDI-nätverkskonfiguration.

Till skillnad från åtkomstmetoden som föreslagits av IEEE 802.5-standarden använder FDDI så kallad multiple token-passering. Om i fallet med Token-Ring-nätverket en ny (gratis) token sänds av abonnenten först efter att hans paket har returnerats till honom, så sänds i FDDI den nya token av abonnenten omedelbart efter slutet av hans paketöverföring ( liknande hur detta görs med ETR-metoden i Token-Ring-nätverket Ring).

Sammanfattningsvis bör det noteras att trots de uppenbara fördelarna med FDDI detta nätverk har inte blivit utbredd, vilket främst beror på den höga kostnaden för dess utrustning (i storleksordningen flera hundra och till och med tusentals dollar). Det huvudsakliga tillämpningsområdet för FDDI är nu grundläggande kärnnät (Backbone) som kombinerar flera nätverk. FDDI används också för att ansluta kraftfulla arbetsstationer eller servrar som kräver höghastighetskommunikation. Det förväntas att Fast Ethernet kan ersätta FDDI, men fördelarna med fiberoptisk kabel, tokenhantering och den rekordstora tillåtna nätverksstorleken sätter FDDI före konkurrenterna. Och i de fall då kostnaden för utrustningen är kritisk kan en twisted-pair-version av FDDI (TPDDI) användas i icke-kritiska områden. Dessutom kan kostnaden för FDDI-utrustning minska kraftigt när dess produktionsvolym ökar.

100VG-AnyLAN-nätverk

100VG-AnyLAN-nätverket är en av de senaste utvecklingarna inom snabba lokala nätverk som nyligen har dykt upp på marknaden. Den överensstämmer med den internationella standarden IEEE 802.12, så dess standardiseringsnivå är ganska hög.

Dess främsta fördelar är hög utbyteshastighet, relativt låg utrustningskostnad (ungefär dubbelt så dyr som utrustningen i det mest populära Ethernet 10BASE-T-nätverket), en centraliserad metod för att hantera utbyte utan konflikter, samt kompatibilitet på paketnivå format med Ethernet- och Token-Ring-nätverk.

I namnet på 100VG-AnyLAN-nätverket motsvarar siffran 100 en hastighet på 100 Mbps, bokstäverna VG indikerar en billig oskärmad partvinnad kabel av kategori 3 (Voice Grade), och AnyLAN (valfritt nätverk) indikerar att nätverket är kompatibel med de två vanligaste nätverken.

Huvudsakliga tekniska egenskaper hos 100VG-AnyLAN-nätverket:

· Överföringshastighet – 100 Mbit/s.

· Topologi – stjärna med expanderbarhet (träd). Antalet kaskadnivåer av koncentratorer (hubbar) är upp till 5.

· Åtkomstmetod – centraliserad, konfliktfri (Demand Priority – med prioritetsförfrågan).

· Överföringsmedia är fyrdubbla oskärmade tvinnade par (UTP Kategori 3, 4 eller 5-kabel), dubbeltvinnade par (UTP Kategori 5-kabel), dubbla skärmade tvinnade par (STP) och fiberoptisk kabel. Nuförtiden är quad twisted pair-kablar mest vanliga.

· Maximal kabellängd mellan hubb och abonnent och mellan hubb är 100 meter (för UTP-kabel kategori 3), 200 meter (för UTP-kabel kategori 5 och skärmad kabel), 2 kilometer (för fiberoptisk kabel). Den maximala möjliga nätverksstorleken är 2 kilometer (bestäms av acceptabla förseningar).

· Maximalt antal prenumeranter är 1024, rekommenderas – upp till 250.

Således är parametrarna för 100VG-AnyLAN-nätverket ganska nära parametrarna för Fast Ethernet-nätverket. Den största fördelen med Fast Ethernet är dock dess fulla kompatibilitet med det vanligaste Ethernet-nätverket (i fallet med 100VG-AnyLAN kräver detta en brygga). Samtidigt kan inte heller den centraliserade kontrollen av 100VG-AnyLAN, som eliminerar konflikter och garanterar maximal åtkomsttid (som inte tillhandahålls i Ethernet-nätverket), diskonteras.

Ett exempel på 100VG-AnyLAN-nätverksstrukturen visas i Fig. 8.8.

100VG-AnyLAN-nätverket består av en central (huvud, rot) nivå 1-hub, till vilken både enskilda abonnenter och nivå 2-hubbar kan anslutas, till vilken abonnenter och nivå 3-hubbar i sin tur kan anslutas osv. I det här fallet kan nätverket inte ha fler än fem sådana nivåer (i den ursprungliga versionen fanns det inte fler än tre). Maximal storlek nätverk kan vara 1000 meter för oskärmad partvinnad kabel.

Ris. 8.8. Nätverksstruktur 100VG-AnyLAN.

Till skillnad från icke-intelligenta hubbar i andra nätverk (till exempel Ethernet, Token-Ring, FDDI), är 100VG-AnyLAN-nätverkshubbar intelligenta kontroller som styr åtkomst till nätverket. För att göra detta övervakar de kontinuerligt förfrågningar som kommer till alla hamnar. Hub tar emot inkommande paket och skickar dem endast till de abonnenter som de är adresserade till. De utför dock ingen informationsbehandling, det vill säga i det här fallet är resultatet fortfarande inte en aktiv, men inte en passiv stjärna. Koncentratorer kan inte kallas fullvärdiga abonnenter.

Var och en av hubbarna kan konfigureras för att fungera med Ethernet- eller Token-Ring-paketformat. I det här fallet måste hubbarna i hela nätverket fungera med paket av endast ett format. Bryggor krävs för att kommunicera med Ethernet- och Token-Ring-nätverk, men bryggorna är ganska enkla.

Hub har en port högsta nivån(för att ansluta den till en hubb på högre nivå) och flera portar på lägre nivå (för att ansluta abonnenter). Abonnenten kan vara en dator (arbetsstation), server, brygga, router, switch. Ett annat nav kan också anslutas till porten på lägre nivå.

Varje navport kan ställas in på ett av två möjliga driftlägen:

· Normalt läge innebär vidarebefordran till abonnenten som är ansluten till porten endast paket adresserade till honom personligen.

· Övervakningsläge innebär vidarebefordran till den abonnent som är ansluten till porten av alla paket som anländer till hubben. Detta läge tillåter en av abonnenterna att styra driften av hela nätverket som helhet (utföra övervakningsfunktionen).

100VG-AnyLAN-nätverksåtkomstmetoden är typisk för stjärnnätverk.

När du använder quad partvinnad kabel sänder var och en av de fyra partvinnade kablarna med en hastighet av 30 Mbps. Den totala överföringshastigheten är 120 Mbit/s. Användbar information på grund av användningen av 5B/6B-koden överförs dock med endast 100 Mbit/s. Kabelbandbredden måste alltså vara minst 15 MHz. Kategori 3 partvinnad kabel (16 MHz bandbredd) uppfyller detta krav.

Således ger 100VG-AnyLAN-nätverket en prisvärd lösning för att öka överföringshastigheterna upp till 100 Mbps. Det är dock inte helt kompatibelt med något av standardnätverken, så dess framtida öde är problematiskt. Dessutom, till skillnad från FDDI-nätverket, har det inga postparametrar. Troligtvis kommer 100VG-AnyLAN, trots stöd från välrenommerade företag och en hög standardiseringsnivå, att förbli bara ett exempel på intressanta tekniska lösningar.

När det gäller det vanligaste 100Mbps Fast Ethernet-nätverket ger 100VG-AnyLAN dubbelt så lång Kategori 5 UTP-kabellängd (upp till 200 meter), samt en konfliktfri metod för trafikhantering.