Швидкість передачі fast ethernet. Технологія Fast Ethernet, її особливості, фізичний рівень, правила побудови. Значення полів DSAP та SSAP

У тестовій лабораторії «Комп'ютерПрес» було проведено тестування призначених для використання в робочих станціях 10/100 Мбіт/с мережевих карток стандарту Fast Ethernet для шини PCI. Були вибрані найбільш поширені в даний час карти з пропускною здатністю 10/100 Mбіт/с, оскільки, по-перше, вони можуть використовуватися в мережах Ethernet, Fast Ethernet і змішаних мережах, і, по-друге, перспективна технологія Gigabit Ethernet ( пропускна здатністьдо 1000 Мбіт/с) поки що застосовується найчастіше для підключення потужних серверів до мережного обладнання ядра мережі. Надзвичайно важливим є те, якої якості пасивне мережеве обладнання (кабелі, розетки тощо) використовується в мережі. Добре відомо, що якщо для мереж Ethernet достатньо кабелю на кручений парі категорії 3, то вже для Fast Ethernet необхідна 5 категорія. Розсіювання сигналу, погана захищеність від шумів можуть значно знизити пропускну здатність мережі.

Метою тестування було визначення насамперед індексу ефективної продуктивності (Performance/Efficiency Index Ratio - надалі P/E-індекс), і лише потім - абсолютного значення пропускної спроможності. P/E-індекс обчислюється як відношення пропускної спроможності мережевої карти в Мбіт/c до ступеня завантаженості центрального процесора у відсотках. Цей індекс є галузевим стандартом визначення продуктивності мережевих адаптерів. Він був введений для врахування використання мережевими картами ресурсів центрального процесора. Справа в тому, що деякі виробники мережевих адаптерів намагаються досягти максимальної продуктивності шляхом використання для виконання мережевих операцій більшої кількості циклів процесора комп'ютера. Мінімальне завантаження процесора та відносно висока пропускна спроможність мають велике значення для виконання критично важливих бізнес- та мультимедіа-додатків, а також задач реального часу.

Були протестовані карти, які нині найчастіше використовуються для робочих станцій у корпоративних та локальних мережах:

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

Основні характеристики мережевих адаптерів, що тестуються, наведені в табл. 1 . Пояснимо деякі терміни, які у таблиці. Автоматичне визначення швидкості з'єднання означає, що сам адаптер визначає максимально можливу швидкість функціонування. Крім того, у разі підтримки автовизначення швидкості ніякого додаткового налаштування при переході від Ethernet до Fast Ethernet і назад не потрібно. Тобто від системного адміністраторане потрібно реконфігурувати адаптер та перевантажувати драйвери.

Підтримка режиму Bus Master дозволяє передавати дані безпосередньо між карткою мережі та пам'яттю комп'ютера. Тим самим було центральний процесор вивільняється до виконання інших операцій. Ця властивість стала стандартом де-факто. Недарма всі відомі карти мережі підтримують режим Bus Master.

Дистанційне увімкнення (Wake on LAN) дозволяє здійснювати увімкнення ПК по мережі. Тобто виникає можливість обслуговувати комп'ютер у неробочий час. Для цієї мети використовуються триконтактні роз'єми на системній платі та мережному адаптері, які з'єднуються спеціальним кабелем (входить до комплекту постачання). Крім того, необхідне спеціальне керуюче програмне забезпечення. Технологія Wake on LAN розроблена альянсом Intel-IBM.

Повнодуплексний режим дозволяє передавати дані одночасно в обох напрямках, напівдуплексний – лише в одному. Таким чином, максимально можлива пропускна здатність у повнодуплексному режимі становить 200 Мбіт/с.

Інтерфейс DMI (Desktop Management Interface) дає можливість отримувати інформацію про конфігурацію та ресурси ПК за допомогою ПЗ мережного управління.

Підтримка специфікації WfM (Wired for Management) забезпечує взаємодію мережного адаптера із програмними засобами мережного управління та адміністрування.

Для віддаленого завантаження ОС комп'ютера по мережі мережеві адаптери мають спеціальну пам'ять BootROM. Це дозволяє ефективно використовувати мережі бездискові робочі станції. У більшості тестованих карт було тільки гніздо для установки BootROM; сама мікросхема BootROM зазвичай є опцією, що окремо замовляється.

Підтримка ACPI (Advanced Configuration Power Interface) дозволяє зменшити енергоспоживання. ACPI - це нова технологія, що забезпечує роботу системи керування живленням. Вона базується на використанні як апаратних, так і програмних засобів. В принципі, Wake on LAN є складовою ACPI.

Фірмові засоби підвищення продуктивності дозволяють збільшити ефективність роботи мережевої карти. Найбільш відомі з них – Parallel Tasking II компанії 3Com та Adaptive Technology компанії Intel. Ці кошти зазвичай бувають запатентовані.

Підтримка основних операційних систем забезпечується практично всіма адаптерами. До основних ОС належать: Windows, Windows NT, NetWare, Linux, SCO UNIX, LAN Manager та інші.

Рівень сервісної підтримки оцінюється наявністю документації, дискети з драйверами та можливістю завантажити останні версіїдрайверів із сайту компанії. Не останню роль відіграє упаковка. З цієї точки зору, найкращими, на наш погляд, є мережні адаптери D-Link, Allied Telesyn та Surecom. Але загалом рівень підтримки виявився для всіх карт задовільний.

Зазвичай гарантія поширюється весь час експлуатації мережного адаптера (довічна гарантія). Іноді вона обмежується 1-3 роками.

Методика тестування

У всіх тестах використовувалися останні версії драйверів мережевих карт, які завантажувалися з Internet-серверів відповідних виробників. У випадку, коли драйвер мережної карти допускав будь-які налаштування та оптимізацію, використовувалися установки за замовчуванням (крім мережевого адаптера Intel). Зазначимо, що найбільш багатими додатковими можливостями та функціями мають карти та відповідні драйвери компаній 3Com та Intel.

Вимірювання продуктивності здійснювалося за допомогою утиліти Perform3 компанії Novell. Принцип дії утиліти полягає в тому, що файл невеликого розміру переписується з робочої станції на розділяється мережевий дисксервера, після чого він залишається у файловому кеші сервера та протягом заданого проміжку часу багаторазово звідти зчитується. Це дозволяє досягти взаємодії типу пам'ять-мережа і усунути вплив затримок, пов'язаних з дисковими операціями. До параметрів утиліти входять початковий розмір файлу, кінцевий розмір файлу, крок зміни розміру та час тестування. Утиліта Novell Perform3 виводить значення продуктивності з файлами різного розміру, середню та максимальну продуктивність(Кбайт/c). Для налаштування утиліти використовувалися такі параметри:

• Початковий розмір файлу – 4095 байт
• Кінцевий розмір файлу – 65 535 байт
• Крок збільшення файлу - 8192 байт

Час тестування з кожним файлом було встановлено 20 секунд.

У кожному експерименті використовувалася пара однакових мережевих карток, одна з яких працювала на сервері, а інша - на робочій станції. Здається, що це відповідає поширеній практиці, оскільки у серверах зазвичай використовуються спеціалізовані мережеві адаптери, забезпечені поруч додаткових функцій. Але саме таким чином – одні й ті самі мережеві картки встановлюються і на сервері, і на робочих станціях – проводиться тестування всіма відомими тестовими лабораторіями світу (KeyLabs, Tolly Group тощо). Результати виходять дещо нижчими, але експеримент виявляється чистим, оскільки на всіх комп'ютерах працюють лише аналізовані мережеві карти.

Конфігурація клієнта Compaq DeskPro EN:

• процесор Pentium II 450 MГц
• кеш 512 Kбайт
• оперативна пам'ять 128 Mбайт
• вінчестер 10 Гбайт
• операційна система Microsoft Windows NT Server 4.0 c 6 a SP
• протокол TCP/IP.

Конфігурація сервера Compaq DeskPro EP:

• процесор Celeron 400 MГц
• оперативна пам'ять 64 Мбайт
• вінчестер 4,3 Гбайт
• операційна система Microsoft Windows NT Workstation 4.0 c 6 a SP
• протокол TCP/IP.

Тестування було проведено в умовах, коли комп'ютери з'єднувалися кросоверним кабелем UTP Category 5. Під час цих тестів карти працювали в режимі 100Base-TX Full Duplex. У цьому режимі пропускна здатність виявляється дещо вищою за рахунок того, що частина службової інформації (наприклад, підтвердження прийому) передається одночасно з корисною інформацією, обсяг якої оцінюється. У умовах вдалося зафіксувати досить високі значення пропускну здатність; наприклад, для адаптера 3Com Fast EtherLink XL 3C905B-TX-NM у середньому 79,23 Мбіт/с.

Завантаженість процесора вимірювалася на сервері за допомогою утиліти Windows NT Performance Monitor; дані записувалися в log-файл. Утиліта Perform3 запускалася на клієнта, щоб не впливати на завантаженість процесора сервера. Як процесор комп'ютера-сервера використовувався Intel Celeron, продуктивність якого істотно нижча за продуктивність процесорів Pentium II і III. Intel Celeron використовувався навмисне: справа в тому, що оскільки завантаження процесора визначається з досить великою абсолютною похибкою, у разі великих абсолютних значень відносна похибка виявляється меншою.

Після кожного тесту утиліта Perform3 поміщає результати своєї роботи текстовий файл у вигляді набору даних наступного виду:

65535 bytes. 10491.49 KBps. 10491.49 Aggregate KBps. 57343 bytes. 10844.03 KBps. 10844.03 Aggregate KBps. 49151 bytes. 10737.95 KBps. 10737.95 Aggregate KBps. 40959 bytes. 10603.04 KBps. 10603.04 Aggregate KBps. 32767 bytes. 10497.73 KBps. 10497.73 Aggregate KBps. 24575 bytes. 10220.29 KBps. 10220.29 Aggregate KBps. 16383 bytes. 9573.00 KBps. 9573.00 Aggregate KBps. 8191 bytes. 8195.50 KBps. 8195.50 Aggregate KBps. 10844.03 Maximum KBps. 10145.38 Average KBp.

Виводиться розмір файлу, відповідна пропускна спроможність для обраного клієнта і всіх клієнтів (у разі клієнт всього один), і навіть максимальна і середня пропускну спроможність по всьому тесту. Отримані середні значення по кожному тесту перекладалися з Кбайт/c Мбіт/c за формулою:
(Кбайт x 8)/1024,
та значення індексу P/E обчислювалося як відношення пропускної спроможності до завантаженості процесора у відсотках. Надалі середнє значення індексу P/E обчислювалося за результатами трьох вимірів.

З використанням утиліти Perform3 на Windows NT Workstation виникла така проблема: крім запису на мережний диск файл записувався також у локальний файловий кеш, звідки згодом дуже швидко зчитувався. Результати були вражаючими, але нереальними, оскільки передачі даних як такої мережі не проводилося. Для того щоб програми могли сприймати розділені мережні диски як звичайні локальні диски, операційній системівикористовується спеціальний мережевий компонент - редиректор, що перенаправляє запити введення-виводу через мережу. У звичайних умовах роботи при виконанні процедури запису файлу на мережевий диск, що розділяється, редиректор використовує алгоритм кешування Windows NT. Саме тому при записі на сервер відбувається запис у локальний файловий кеш клієнтської машини. А для проведення тестування необхідно, щоб кешування проводилося лише на сервері. Для того щоб на комп'ютері-клієнті кешування не було, реєстрі Windows NT змінили значення параметрів, що дозволило відключити кешування, вироблене редиректором. Ось як це було зроблено:

1. Шлях у Registry:

   HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Rdr\Parameters

   Ім'я параметра:

   UseWriteBehind дозволяє оптимізацію write-behind для записуваних файлів

   Тип: REG_DWORD

   Значення: 0 (за замовчуванням: 1)

2. Шлях у Registry:

   HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Lanmanworkstation\parameters

   Ім'я параметра:

   UtilizeNTCaching вказує, чи буде редиректор використовувати кеш-менеджер Windows NT для кешування вмісту файлів.

   Тип: REG_DWORD Значення: 0 (за замовчуванням: 1)

Мережевий адаптер Intel EtherExpress PRO/100+Management

Пропускна спроможність цієї карти та рівень використання процесора виявилися практично такими ж, як і у 3Com. Нижче показано вікно налаштування цієї карти.

Новий контролер Intel 82559, встановлений на цій карті, забезпечує високу продуктивність, особливо в мережах Fast Ethernet.

Технологія, яку використовує Intel у своїй карті Intel EtherExpress PRO/100+, названа Adaptive Technology. Сутність методу полягає в автоматичній зміні часових проміжків між пакетами Ethernet залежно від завантаженості мережі. При збільшенні завантаженості мережі відстань між окремими пакетами Ethernet динамічно збільшується, що дозволяє зменшити кількість колізій та підвищити пропускну здатність. При невеликому завантаженні мережі, коли ймовірність колізій мала, тимчасові проміжки між пакетами знижуються, що також веде до збільшення продуктивності. Найбільшою мірою переваги цього методу повинні виявлятися у великих колізійних сегментах Ethernet, тобто у тих випадках, коли в топології мережі переважають концентратори, а не комутатори.

Нова технологія Intel, названа Priority Packet, дозволяє регулювати трафік, що проходить через мережну карту, відповідно до пріоритетів окремих пакетів. Це дає можливість підвищувати швидкість передачі для критично важливих додатків.

Забезпечується підтримка віртуальних локальних мереж VLAN (стандарт IEEE 802.1Q).

На платі лише два індикатори - робота/з'єднання, швидкість 100.

www.intel.com

Мережний адаптер SMC EtherPower II 10/100 SMC9432TX/MP

В архітектурі цієї карти використано дві перспективні технології SMC SimulTasking та Programmable InterPacket Gap. Перша технологія нагадує технологію 3Com Parallel Tasking. Зіставивши результати тестування для карток цих двох виробників, можна зробити висновок про рівень ефективності реалізації цих технологій. Зазначимо також, що дана мережева карта показала третій результат і за продуктивністю і індексом P/E, випередивши всі карти, крім 3Com і Intel.

На карті чотири світлодіодні індикатори: швидкість 100, передача, з'єднання, дуплекс.

Адреса основного Web-вузла компанії: www.smc.com

Вступ

Метою створення даної доповіді було коротке та доступне викладення основних принципів роботи та особливості комп'ютерних мереж, на прикладі Fast Ethernet.

Мережею називається група з'єднаних комп'ютерів та інших пристроїв. Основне призначення комп'ютерних мереж - спільне використання ресурсів та здійснення інтерактивного зв'язку як усередині однієї фірми, так і за її межами. Ресурси - це дані, додатки та периферійні пристрої, такі як зовнішній дисковод, принтер, миша, модем або джойстик. Поняття інтерактивного зв'язку комп'ютерів передбачає обмін повідомленнями в режимі реального часу.

Існує безліч наборів стандартів передачі у комп'ютерних мережах. Одним із наборів є стандарт Fast Ethernet.

З цього матеріалу ви дізнаєтесь про:

• · Технології Fast Ethernet
• · Комутатори
• · FTP кабелі
• · Типи з'єднань
• · Топологія комп'ютерної мережі

У своїй роботі я покажу принципи роботи мережі, що базується на стандарті Fast Ethernet.

Комутація локальних обчислювальних мереж(ЛВС) та технології Fast Ethernet були розроблені у відповідь на потребу у підвищенні ефективності функціонування мереж Ethernet. Шляхом підвищення пропускної спроможності ці технології можуть усувати вузькі місця» у мережі та підтримувати програми, що потребують великої швидкості передачі даних. Привабливість цих рішень полягає в тому, що вам не потрібно вибирати те чи інше. Вони взаємодоповнюють, так що ефективність функціонування мережі найчастіше можна підвищити шляхом використання обох технологій.

Зібрана інформація буде корисною як особам, які починають вивчати комп'ютерні мережі, так і мережевим адміністраторам.

1. Схема мережі

2. Технологія Fast Ethernet

комп'ютерна мережа fast ethernet

Fast Ethernet – результат розвитку технології Ethernet. Базуючись і зберігаючи в недоторканності той самий метод CSMA/CD (колективний доступ з опитуванням каналу і виявлення колізій), пристрої Fast Ethernet працюють зі швидкістю, що в 10 разів перевищує швидкість Ethernet. 100 Мбіт/с. Fast Ethernet забезпечує достатню пропускну здатність для таких програм як системи автоматизованого проектування та виробництва (CAD/CAM), графіка та обробка зображень, мультимедіа. Fast Ethernet сумісний з 10 Мбіт/с Ethernet, так що інтеграцію Fast Ethernet у вашу ЛОМ зручніше здійснити за допомогою комутатора, а не маршрутизатора.

Switch (комутатор)

За допомогою комутаторівбагато робочих груп можуть бути з'єднані між собою для формування великої ЛОМ (див. схему 1). Дешеві комутатори працюють краще, ніж маршрутизатори, забезпечуючи більш високу ефективність функціонування ЛОМ. Робочі групи Fast Ethernet, що включають один або два концентратори, можуть з'єднуватися через комутатор Fast Ethernet з метою подальшого збільшення числа користувачів, а також охоплення більшої площі.

Як приклад, розглянемо наступний комутатор:

Мал. 1 D-Link-1228/ME

Серія комутаторів DES-1228/ME включає в себе комутатори Fast Ethernet рівня 2 «premium» класу, що настроюються. Маючи розширений функціонал, пристрої DES-1228/ME є недорогим рішеннямзі створення безпечної та високопродуктивної мережі. Відмінними рисамиданого комутатора є висока щільність портів, 4 гігабітні порти Uplink, невеликий крок зміни налаштувань для управління смугою пропускання та покращене мережеве управління. Ці комутатори дозволяють оптимізувати мережу як за функціоналом, так і за вартісними характеристиками. Комутатори серії DES-1228/ME є оптимальним рішенням як за функціоналом, так і за вартісними характеристиками.

FTP кабель

Кабель LAN-5EFTP-BLскладається з 4-х пар одножильних мідних провідників.

Діаметр провідника 24AWG.

Кожен провідник укладено в ізоляцію HDPE (поліетилен високої густини).

Два провідники, скручені зі спеціально підібраним кроком, складають одну кручену пару.

4 кручені пари обгорнуті поліетиленовою плівкою і разом з мідним одножильним заземлюючим провідником укладені в загальний екран з фольги та оболонку з ПВХ (PVC).

Пряме з'єднання (straight through)

Воно служить:

• 1. Для підключення комп'ютера до комутатора (хабу, світчу) через мережну карту комп'ютера
• 2. Для підключення до комутатора (хабу, світчу) мережного периферійного обладнання – принтери, сканери
• 3. для UPLINK"а на вище стоїть комутатор (хаб, свитч) - сучасні комутаториавтоматично можуть налаштовувати входи в роз'єм на прийом-передачу

Перехресне з'єднання (crossover)

Воно служить:

• 1. Для прямого з'єднання 2-х комп'ютерів у локальну мережу, без використання комутаційного обладнання (хаби, свитчі, маршрутизатори та інше).
• 2. для uplink, підключення до вище стоїть комутатора в складній за структурою локальної мережі, для старих типів комутаторів (хабів, свитчів), у них є окремий роз'єм, так і позначений «UPLINK» або знаком Х.

Топологія зірка

Зіркам- базова топологія комп'ютерної мережі, де всі комп'ютери мережі приєднані до центральному вузлу (зазвичай комутатор), утворюючи фізичний сегмент мережі. Подібний сегмент мережі може функціонувати як окремо, так і склад складної мережевої топології (як правило, «дерево»). Весь обмін інформацією йде виключно через центральний комп'ютер, який у такий спосіб покладається дуже велике навантаження, тому нічим іншим, крім мережі, він займатися не може. Як правило, саме центральний комп'ютер є найпотужнішим, і саме на нього покладаються всі функції управління обміном. Жодні конфлікти в мережі з топологією зірка в принципі не можливі, тому що управління повністю централізоване.

додаток

Класичний 10-мегабітний Ethernet влаштовував більшість користувачів протягом близько 15 років. Проте на початку 90-х почала відчуватися його недостатня пропускна здатність. Для комп'ютерів на процесорах Intel 80286 або 80386 з шинами ISA (8 Мбайт/с) або EISA (32 Мбайт/с) пропускна спроможність сегмента Ethernet становила 1/8 або 1/32 каналу «пам'ять-диск», і це добре узгоджувалося зі співвідношенням обсягів даних, що обробляються локально , та даних, що передаються по мережі. Для потужніших клієнтських станцій із шиною PCI (133 Мбайт/с) ця частка впала до 1/133, що було явно недостатньо. Тому багато сегментів 10-мегабітного Ethernet стали перевантаженими, реакція серверів у них значно впала, а частота виникнення колізій суттєво зросла, ще більше знижуючи корисну пропускну здатність.

Назріла необхідність у розробці «нового» Ethernet, тобто технології, яка була б такою ж ефективною за співвідношенням ціна/якість за продуктивності 100 Мбіт/с. В результаті пошуків та досліджень фахівці розділилися на два табори, що врешті-решт призвело до появи двох нових технологій – Fast Ethernet та l00VG-AnyLAN. Вони відрізняються ступенем спадкоємності із класичним Ethernet.

У 1992 році група виробників мережного обладнання, включаючи таких лідерів технології Ethernet, як SynOptics, 3Com та ряд інших, утворили некомерційне об'єднання Fast Ethernet Alliance для розробки стандарту нової технології, яка мала максимально можливою мірою зберегти особливості технології Ethernet.

Другий табір очолили компанії Hewlett-Packard та AT&T, які запропонували скористатися зручною нагодою для усунення деяких відомих недоліків технології Ethernet. Через деякий час до цих компаній приєдналася компанія IBM, яка зробила свій внесок пропозицією забезпечити в новій технології деяку сумісність із мережами Token Ring.

У комітеті 802 інституту IEEE у цей час була сформована дослідницька група вивчення технічного потенціалу нових високошвидкісних технологій. За період з кінця 1992 року до кінця 1993 року група IEEE вивчила 100-мегабітні рішення, запропоновані різними виробниками. Поряд із пропозиціями Fast Ethernet Alliance група розглянула також високошвидкісну технологію, запропоновану компаніями Hewlett-Packard і AT&T.

У центрі дискусій була проблема збереження випадкового методу доступу CSMA/CD. Пропозиція Fast Ethernet Alliance зберігала цей метод і тим самим забезпечувала наступність та узгодженість мереж 10 Мбіт/с та 100 Мбіт/с. Коаліція HP та AT&T, яка мала підтримку значно меншої кількості виробників у мережній індустрії, ніж Fast Ethernet Alliance, запропонувала зовсім новий метод доступу, названий Demand Priority- Пріоритетний доступ на вимогу. Він суттєво змінював картину поведінки вузлів у мережі, тому не зміг вписатися у технологію Ethernet та стандарт 802.3, і для його стандартизації було організовано новий комітет IEEE 802.12.

Восени 1995 року обидві технології стали стандартами IEEE. Комітет IEEE 802.3 прийняв специфікацію Fast Ethernet як стандарт 802.3і, який не є самостійним стандартом, а являє собою доповнення до існуючого стандарту 802.3 у вигляді розділів з 21 по 30. Комітет 802.12 прийняв технологію l00VG-AnyLAN, яка використовує та підтримує кадри двох форматів - Ethernet та Token Ring.

v Фізичний рівень технології Fast Ethernet

Усі відмінності технології Fast Ethernet від Ethernet зосереджені фізично (рис. 3.20). Рівні MAC та LLC у Fast Ethernet залишилися абсолютно тими ж, і їх описують колишні розділи стандартів 802.3 та 802.2. Тому розглядаючи технологію Fast Ethernet, ми вивчатимемо лише кілька варіантів її фізичного рівня.

Більш складна структура фізичного рівня технології Fast Ethernet викликана тим, що використовуються три варіанти кабельних систем:

• · волоконно-оптичний багатомодовий кабель, використовуються два волокна;
• · Кручена пара категорії 5, використовуються дві пари;
• · Кручена пара категорії 3, використовуються чотири пари.

Коаксіальний кабель, що дав світові першу мережу Ethernet, до дозволених середовищ передачі даних нової технології Fast Ethernet не потрапив. Це загальна тенденція багатьох нових технологій, оскільки невеликих відстаняхкручена пара категорії 5 дозволяє передавати дані з тією ж швидкістю, що і коаксіальний кабель, але мережа виходить дешевшою і зручнішою в експлуатації. На великих відстанях оптичне волокно має набагато ширшу смугу пропускання, ніж коаксіал, а вартість мережі виходить не набагато вище, особливо якщо врахувати високі витрати на пошук та усунення несправностей у великій кабельній коаксіальній системі.

Відмінності технології Fast Ethernet від технології Ethernet

Відмова від коаксіального кабелю призвела до того, що мережі Fast Ethernet завжди мають ієрархічну деревоподібну структуру, побудовану на концентраторах, як мережі l0Base-T/l0Base-F. Основною відмінністю конфігурацій мереж Fast Ethernet є скорочення діаметра мережі приблизно до 200 м, що пояснюється зменшенням часу передачі кадру мінімальної довжини в 10 разів за рахунок збільшення швидкості передачі в 10 разів у порівнянні з 10-мегабітним Ethernet.

Тим не менш, ця обставина не дуже перешкоджає побудові великих мереж на технології Fast Ethernet. Річ у тім, що середина 90-х відзначена як широким поширенням недорогих високошвидкісних технологій, а й бурхливим розвитком локальних мереж з урахуванням комутаторів. При використанні комутаторів протокол Fast Ethernet може працювати у повнодуплексному режимі, у якому немає обмежень на загальну довжину мережі, а залишаються лише обмеження на довжину фізичних сегментів, що з'єднують сусідні пристрої (адаптер – комутатор або комутатор – комутатор). Тому при створенні магістралей локальних мереж великої протяжності технологія Fast Ethernet також активно застосовується, але тільки в повнодуплексному варіанті, спільно з комутаторами.

У цьому розділі розглядається напівдуплексний варіант роботи технології Fast Ethernet, що повністю відповідає визначенню методу доступу, описаному у стандарті 802.3.

У порівнянні з варіантами фізичної реалізації Ethernet (а їх налічується шість), у Fast Ethernet відмінності кожного варіанта від інших глибше - змінюється як кількість провідників, так і методи кодування. Оскільки фізичні варіанти Fast Ethernet створювалися одночасно, а чи не еволюційно, як мереж Ethernet, то була можливість детально визначити ті підрівні фізичного рівня, які змінюються від варіанту до варіанту, і ті підрівні, які специфічні кожному за варіанта фізичного середовища.

Офіційний стандарт 802.3 і встановив три різні специфікації для фізичного рівня Fast Ethernet і дав їм такі назви:

Структура фізичного рівня Fast Ethernet

• · 100Base-TX для двопарного кабелю на неекранованій кручений парі UTP категорії 5 або екранованої кручений парі STP Type 1;
• · 100Base-T4 для чотирипарного кабелю на неекранованій кручений парі UTP категорії 3, 4 або 5;
• · 100Base-FX для багатомодового оптоволоконного кабелю, використовуються два волокна.

Для всіх трьох стандартів справедливі такі твердження та характеристики.

• · Формати кадрів технології Fast Ethernetee відрізняються від форматів кадрів технологій 10-мегабітного Ethernet.
• · Міжкадровий інтервал (IPG) дорівнює 0,96 мкс, а бітовий інтервал дорівнює 10 нс. Усі часові параметри алгоритму доступу (інтервал відстрочки, час передачі кадру мінімальної довжини тощо), виміряні в бітових інтервалах, залишилися незмінними, тому зміни до розділів стандарту, що стосуються рівня MAC, не вносилися.
• · Ознакою вільного стану середовища є передача символом Idle відповідного надлишкового коду (а не відсутність сигналів, як у стандартах Ethernet 10 Мбіт/с). Фізичний рівень включає три елементи:
• o рівень узгодження (reconciliation sublayer);
• o незалежний від середовища інтерфейс (Media Independent Interface, Mil);
• o пристрій фізичного рівня (Physical layer device, PHY).

Рівень узгодження необхідний у тому, щоб рівень MAC, розрахований інтерфейс AUI, зміг працювати з фізичним рівнем через інтерфейс МП.

Пристрій фізичного рівня (PHY) складається, у свою чергу, з кількох підрівнів (див. рис. 3.20):

• · Підрівня логічного кодування даних, що перетворює байти, що надходять від рівня MAC в символи коду 4В/5В або 8В/6Т (обидва коди використовуються в технології Fast Ethernet);
• · підрівнів фізичного приєднання та підрівня залежності від фізичного середовища (PMD), які забезпечують формування сигналів відповідно до методу фізичного кодування, наприклад NRZI або MLT-3;
• · Підрівня автопереговорів, який дозволяє двом взаємодіючим портам автоматично вибрати найбільш ефективний режим роботи, наприклад, напівдуплексний або повнодуплексний (цей підрівень є факультативним).

Інтерфейс МП підтримує незалежний від фізичного середовища спосіб обміну даними між підрівнем MAC та підрівнем PHY. Цей інтерфейс аналогічний за призначенням інтерфейсу AUI класичного Ethernet за винятком того, що інтерфейс AUI розташовувався між підрівнем фізичного кодування сигналу (для будь-яких варіантів кабелю використовувався однаковий метод фізичного кодування - манчестерський код) і підрівнем фізичного приєднання до середовища, а інтерфейс МП розташовується між та підрівнями кодування сигналу, яких у стандарті Fast Ethernet три - FX, ТХ та Т4.

Роз'єм МП, на відміну від роз'єму AUI, має 40 контактів, максимальна довжина кабелю МП становить один метр. Сигнали, що передаються за інтерфейсом МП, мають амплітуду 5 Ст.

Фізичний рівень 100Base-FX - багатомодове оптоволокно, два волокна

Ця специфікація визначає роботу протоколу Fast Ethernet по багатомодовому оптоволокну в напівдуплексному та повнодуплексному режимах на основі добре перевіреної схеми кодування FDDI. Як і стандарті FDDI, кожен вузол з'єднується з мережею двома оптичними волокнами, що йдуть від приймача (R х) і від передавача (Т х).

Між специфікаціями l00Base-FX та l00Base-TX є багато спільного, тому загальні для двох специфікацій властивості будуть даватися під узагальненою назвою l00Base-FX/TX.

У той час як Ethernet зі швидкістю передачі 10 Мбіт/с використовує манчестерське кодування для представлення даних при передачі кабелем, у стандарті Fast Ethernet визначено інший метод кодування - 4В/5В. Цей метод вже показав свою ефективність у стандарті FDDI і без змін перенесено до специфікації l00Base-FX/TX. У цьому методі кожні 4 біта даних підрівня MAC (званих символами) представляються 5 бітами. Надлишковий біт дозволяє застосувати потенційні коди при поданні кожного з п'яти біт як електричних або оптичних імпульсів. Існування заборонених комбінацій символів дозволяє відбраковувати помилкові символи, що підвищує стабільність роботи мереж з l00Base-FX/TX.

Для відокремлення кадру Ethernet від символів Idle використовується комбінація символів Start Delimiter (пара символів J (11000) і К (10001) коду 4В/5В, а після завершення кадру перед першим символом Idle вставляється символ Т.

Безперервний потік даних специфікацій 100Base-FX/ТХ

Після перетворення 4-бітових порцій кодів MAC на 5-бітові порції фізичного рівня їх необхідно подати у вигляді оптичних або електричних сигналів у кабелі, що з'єднує вузли мережі. Специфікації l00Base-FX і l00Base-TX використовують для цього різні методи фізичного кодування - NRZI та MLT-3 відповідно (як і в технології FDDI під час роботи через оптоволокно та кручені пари).

Фізичний рівень 100Base-TX - кручена пара DTP Cat 5 або STP Type 1, дві пари

Як середовище передачі даних специфікація l00Base-TX використовує кабель UTP категорії 5 або кабель STP Type 1. Максимальна довжинакабелю в обох випадках – 100 м.

Основні відмінності від специфікації l00Base-FX - використання методу MLT-3 для передачі сигналів 5-бітових порцій коду 4В/5В по кручений парі, а також наявність функції автопереговорів (Auto-negotiation) для вибору режиму роботи порту. Схема автопереговорів дозволяє двом з'єднаним фізично пристроям, які підтримують кілька стандартів фізичного рівня, що відрізняються бітовою швидкістю та кількістю кручених пар, вибрати найбільш вигідний режим роботи. Зазвичай процедура автопереговорів відбувається при підключенні мережного адаптера, який може працювати на швидкостях 10 і 100 Мбіт/с, до концентратора або комутатора.

Наведена нижче схема Auto-negotiation сьогодні є стандартом технології l00Base-T. До цього виробники застосовували різні власні схеми автоматичного визначення швидкості роботи взаємодіючих портів, які сумісні. Прийняту як стандарт схему Auto-negotiation запропонувала спочатку компанія National Semiconductor під назвою NWay.

Усього в даний час визначено 5 різних режимів роботи, які можуть підтримувати пристрої l00Base-TX або 100Base-T4 на кручених парах;

• · l0Base-T - 2 пари категорії 3;
• · l0Base-T full-duplex - 2 пари категорії 3;
• · l00Base-TX - 2 пари категорії 5 (або Type 1ASTP);
• · 100Base-T4 – 4 пари категорії 3;
• · 100Base-TX full-duplex - 2 пари категорії 5 (або Type 1A STP).

Режим l0Base-T має найнижчий пріоритет при переговорному процесі, а повнодуплексний режим 100Base-T4 – найвищий. Переговорний процес відбувається при включенні живлення пристрою, а також може бути ініційований будь-якої миті модулем керування пристрою.

Пристрій, що почав процес auto-negotiation, посилає своєму партнеру пачку спеціальних імпульсів. Fast Link Pulse burst (FLP), В якому міститься 8-бітне слово, що кодує пропонований режим взаємодії, починаючи з пріоритетного, що підтримується даним вузлом.

Якщо вузол-партнер підтримує функцію auto-negotuiation і може підтримувати запропонований режим, він відповідає пачкою імпульсів FLP, у якій підтверджує даний режим, і переговори закінчуються. Якщо ж вузол-партнер може підтримувати менш пріоритетний режим, він вказує їх у відповіді, і цей режим вибирається як робочого. Таким чином, завжди вибирається найпріоритетніший загальний режим вузлів.

Вузол, який підтримує лише технологію l0Base-T, кожні 16 мс посилає манчестерські імпульси для перевірки цілісності лінії, що зв'язує його із сусіднім вузлом. Такий вузол не розуміє запит FLP, який робить йому вузол із функцією Auto-negotiation, і продовжує надсилати свої імпульси. Вузол, який у відповідь запит FLP лише імпульси перевірки цілісності лінії, розуміє, що його партнер може працювати лише за стандартом l0Base-T, і встановлює цей режим роботи і собі.

Фізичний рівень 100Base-T4 - кручена пара UTP Cat 3, чотири пари

Специфікація 100Base-T4 була розроблена для того, щоб можна було використовувати для високошвидкісного Ethernet наявну проводку на кручений парі категорії 3. Ця специфікація дозволяє підвищити загальну пропускну здатність за рахунок одночасної передачі потоків біт по всіх 4 парах кабелю.

Специфікація 100Base-T4 з'явилася пізніше за інші специфікації фізичного рівня Fast Ethernet. Розробники цієї технології насамперед хотіли створити фізичні специфікації, найбільш близькі до специфікацій l0Base-T та l0Base-F, які працювали на двох лініях передачі даних: двох парах або двох волокнах. Для реалізації роботи з двох витих пар довелося перейти на більш якісний кабель категорії 5.

У той самий час розробники конкуруючої технології l00VG-AnyLAN спочатку зробили ставку працювати з кручений парі категорії 3; найголовніша перевага полягала не так у вартості, а в тому, що вона була вже прокладена в переважній кількості будівель. Тому після випуску специфікацій l00Base-TX та l00Base-FX розробники технології Fast Ethernet реалізували свій варіант фізичного рівня для крученої пари категорії 3.

Замість кодування 4В/5В у цьому методі використовується кодування 8В/6Т, яке має більш вузький спектр сигналу і при швидкості 33 Мбіт/с укладається в смугу 16 МГц кручений пари категорії 3 (при кодуванні 4В/5В спектр сигналу в цю смугу не укладається) . Кожні 8 біт інформації рівня MAC кодуються 6-ма трійковими цифрами (ternary symbols), тобто цифрами, що мають три стани. Кожна трійка має тривалість 40 нс. Група з 6-ти трійкових цифр потім передається на одну з трьох передавальних кручених пар, незалежно і послідовно.

Четверта пара завжди використовується для прослуховування несучої частотиз метою виявлення колізії. Швидкість передачі даних з кожної з трьох передавальних пар дорівнює 33,3 Мбіт/с, тому загальна швидкість протоколу 100Base-T4 становить 100 Мбіт/с. У той же час через прийнятий спосіб кодування швидкість зміни сигналу на кожній парі дорівнює всього 25 Мбод, що і дозволяє використовувати кручений пару категорії 3.

На рис. 3.23 показано з'єднання порту MDI мережевого адаптера 100Base-T4 з портом MDI-X концентратора (приставка Х говорить про те, що цей роз'єм приєднання приймача і передавача змінюються парами кабелю в порівнянні з роз'ємом мережевого адаптера, що дозволяє простіше з'єднувати пари проводів в кабелі - без перехрещення). Пара 1 -2 завжди потрібно для передачі даних від порту MDI до порту MDI-X, пара 3 -6 - для прийому даних портом MDI від порту MDI-X, а пари 4 -5 і 7 -8 є двонаправленими і використовуються як прийому, так передачі, залежно від потреби.

З'єднання вузлів специфікації 100Base-T4

Fast Ethernet

Fast Ethernet - специфікація IEЕЕ 802.3 u офіційно прийнята 26 жовтня 1995 визначає стандарт протоколу канального рівня для мереж працюючих при використанні як мідного, так і волоконно-оптичного кабелю зі швидкістю 100Мб/с. Нова специфікація є спадкоємицею стандарту Ethernet IEЕЕ 802.3, використовуючи такий самий формат кадру, механізм доступу до середовища CSMA/CD та топологію зірка. Еволюція торкнулася кількох елементів конфігурації засобів фізичного рівня, що дозволило збільшити пропускну здатність, включаючи типи кабелю, довжину сегментів і кількість концентраторів.

Структура Fast Ethernet

Щоб краще зрозуміти роботу та розібратися у взаємодії елементів Fast Ethernet, звернемося до малюнку 1.

Малюнок 1. Система Fast Ethernet

Підрівень управління логічним зв'язком (LLC)

У специфікації IEEE 802.3 u функції канального рівня розбиті на два підрівні: управління логічним зв'язком (LLC) та рівень доступу до середовища (MAC), який буде розглянуто нижче. LLC, функції якого визначені стандартом IEEE 802.2, фактично забезпечує взаємозв'язок із протоколами вищого рівня, (наприклад, з IP або IPX), надаючи різноманітні комунікаційні послуги:

• Сервіс без встановлення з'єднання та підтвердження прийому.Простий сервіс, який не забезпечує керування потоком даних або контролю помилок, а також не гарантує правильної доставки даних.
• Сервіс із встановленням з'єднання.Абсолютно надійний сервіс, який гарантує правильну доставку даних за рахунок встановлення з'єднання із системою-приймачем до початку передачі даних та використання механізмів контролю помилок та управління потоком даних.
• Сервіс без встановлення з'єднання із підтвердженнями прийому.Середній сервіс, який використовує повідомлення підтвердження прийому для забезпечення гарантованої доставки, але не встановлює з'єднання до передачі даних.

На передавальній системі дані, передані вниз від протоколу Мережевого рівня, спочатку інкапсулюються підрівнем LLC. Стандарт називає їх Protocol Data Unit (PDU, протокольний блок даних). Коли PDU передається вниз під рівень MAC, де знову обрамляється заголовком і постінформацією, з цього моменту технічно його можна назвати кадром. Для пакету Ethernet це означає, що кадр 802.3, крім даних Мережевого рівня, містить трибайтовий заголовок LLC. Таким чином, максимально допустима довжина даних у кожному пакеті зменшується з 1500 до 1497 байтів.

Заголовок LLC складається з трьох полів:

У деяких випадках кадри LLC відіграють незначну роль у процесі обміну даними. Наприклад, у мережі, що використовує TCP/IP поряд з іншими протоколами, єдина функція LLC може полягати у наданні можливості кадрам 802.3 містити заголовок SNAP, подібно до Ethertype вказує протокол мережного рівня, якому повинен бути переданий кадр. У цьому випадку всі PDU LLC використовують ненумерований інформаційний формат. Проте інші високорівневі протоколи вимагають від LLC розширеного сервісу. Наприклад, сесії NetBIOS та кілька протоколів NetWare використовують сервіси LLC із встановленням з'єднання ширше.

Заголовок SNAP

Приймаючій системі необхідно визначити, який із протоколів мережного рівня повинен отримати вхідні дані. У пакетах 802.3 у рамках PDU LLC застосовується ще один протокол, званий Sub -NetworkAccessProtocol (SNAP, протокол доступу до підмереж).

Заголовок SNAP має довжину 5 байт і розташовується безпосередньо після заголовка LLC поле даних кадру 802.3, як показано на малюнку. Заголовок містить два поля.

Код організації.Ідентифікатор організації або виробника - це 3-байтове поле, яке набуває такого ж значення, як перші 3 байти МАС-адреси відправника в заголовку 802.3.

Локальний код.Локальний код - це поле довжиною 2 байти, яке функціонально еквівалентне полю Ethertype в заголовку Ethernet II.

Підрівень узгодження

Як було сказано раніше Fast Ethernet це стандарт, що еволюціонував. MAC розрахований на інтерфейс AUI, необхідно перетворити для інтерфейсу MII, використовуваного Fast Ethernet, навіщо і призначений цей подуровень.

Управління доступом до середовища (MAC)

Кожен вузол у мережі Fast Ethernet має контролер доступу до середовища (MediaAccessController- MAC). MAC має ключове значення у Fast Ethernet і має три призначення:

Найважливішим із трьох призначень MAC є перше. Для будь-якої мережевий технології, Що використовує загальне середовище, правила доступу до середовища, що визначають, коли вузол може передавати, є його основною характеристикою. Розробкою правил доступу до середовища займаються кілька комітетів ІЕЕЕ. Комітет 802.3, який часто називають комітетом Ethernet, визначає стандарти на ЛОМ, в яких використовуються правила під назвою CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – множинний доступ із контролем несучої та виявленням конфліктів).

CSMS/CD є правилами доступу до середовища як Ethernet, так Fast Ethernet. Саме у цій галузі дві технології повністю збігаються.

Оскільки всі вузли в Fast Ethernet спільно використовують те саме середовище, передавати вони можуть лише тоді, коли настає їх черга. Визначають цю чергу правила CSMA/CD.

CSMA/CD

Контролер MAC Fast Ethernet, перш ніж розпочати передачу, прослуховує несучу. Несуча існує лише тоді, коли інший вузол веде передачу. Рівень PHY визначає наявність несучої та генерує повідомлення для MAC. Наявність несучої говорить про те, що середовище зайняте і слухаючий вузол (або вузли) повинні поступитися передаючому.

MAC, який має кадр передачі, перш ніж передати його, повинен почекати деякий мінімальний проміжок часу після закінчення попереднього кадру. Цей час називається міжпакетною щілиною(IPG, interpacket gap) і продовжується 0,96 мікросекунди, тобто десяту частину часу передачі пакету звичайної Ethernet зі швидкістю 10 Мбіт/с (IPG - єдиний інтервал часу, завжди визначається мікросекундах, а чи не в часі біта) рисунок 2.

Малюнок 2. Міжпакетна щілина

Після закінчення пакета 1 всі вузли ЛОМ повинні почекати протягом часу IPG, як зможуть передавати. Тимчасовий інтервал між пакетами 1 та 2, 2 та 3 на рис. 2 – це час IPG. Після завершення передачі пакета 3 жоден вузол не мав матеріалу для обробки, тому часовий інтервал між пакетами 3 та 4 довше, ніж IPG.

Всі вузли мережі повинні дотримуватись цих правил. Навіть якщо на вузлі є багато кадрів для передачі і даний вузол є єдиним передавальним, то після пересилання кожного пакета він повинен почекати протягом принаймні часу IPG.

Саме в цьому полягає частина CSMA правил доступу до Fast Ethernet. Коротше кажучи, багато вузлів мають доступ до середовища та використовують несучу для контролю його зайнятість.

У ранніх експериментальних мережах застосовувалися саме ці правила і такі мережі працювали дуже добре. Проте використання лише CSMA призвело до виникнення проблеми. Часто два вузли, маючи пакет для передачі і чекаючи IPG, починали передавати одночасно, що призводило до спотворення даних з обох сторін. Така ситуація називається колізією(collision) чи конфліктом.

Для подолання цієї перешкоди ранні протоколи використали досить простий механізм. Пакети ділилися на дві категорії: команди та реакції. Кожна команда, передана вузлом, потребувала реакції. Якщо протягом деякого часу (званого періодом тайм-ауту) після передачі команди реакцію на неї не було отримано, то вихідна команда подавалася знову. Це могло відбуватися кілька разів (гранична кількість тайм-аутів), перш ніж передавальний вузол фіксував помилку.

Ця схема могла чудово працювати, але лише до певного моменту. Виникнення конфліктів призводило до різкого зниження продуктивності (вимірюваної зазвичай у байтах на секунду), оскільки вузли часто простоювали в очікуванні відповіді команди, які ніколи не досягають пункту призначення. Перевантаження мережі, збільшення кількості вузлів безпосередньо пов'язані зі зростанням числа конфліктів і, отже, зі зниженням продуктивності мережі.

Проектувальники ранніх мереж швидко знайшли вирішення цієї проблеми: кожен вузол повинен встановлювати факт втрати переданого пакета шляхом виявлення конфлікту (а не очікувати на реакцію, яка ніколи не піде). Це означає, що втрачені у зв'язку з конфліктом пакети мають бути негайно передані знову до закінчення часу тайм-ауту. Якщо вузол передав останній біт пакета без конфлікту, отже, пакет передано успішно.

Метод контролю несучої добре поєднувати з функцією виявлення колізій. Колізії все ще продовжують відбуватися, але на продуктивності мережі це не відбивається, тому що вузли швидко позбавляються їх. Група DIX, розробивши правила доступу до середовища CSMA/CD для Ethernet, оформила у вигляді простого алгоритму - малюнок 3.

Малюнок 3. Алгоритм роботи CSMA/CD

Пристрій фізичного рівня (PHY)

Оскільки Fast Ethernet може використовувати різний типкабелю, то кожної середовища потрібно унікальне попереднє перетворення сигналу. Перетворення також потрібно для ефективної передачі даних: зробити код, що передається стійким до перешкод, можливим втрат, або спотворень окремих його елементів (бодів), для забезпечення ефективної синхронізації тактових генераторів на передавальній або приймальній стороні.

Підрівень кодування (PCS)

Кодує/декодує дані, що надходять від/до рівня MAC з використанням алгоритмів або .

Підрівні фізичного приєднання та залежності від фізичного середовища (PMА та PMD)

Підрівні РМА та PMD здійснюють зв'язок між підрівнем PSC та інтерфейсом MDI, забезпечуючи формування відповідно до методу фізичного кодування: або .

Підрівень автопереговорів (AUTONEG)

Підрівень автопереговорів дозволяє двом портам, що взаємодіють, автоматично вибирати найбільш ефективний режим роботи: дуплексний або напівдуплексний 10 або 100 Мб/с. Фізичний рівень

Стандарт Fast Ethernet визначає три типи середовища передачі сигналів Ethernet зі швидкістю 100 Мбіт/с.

• 100Base-TX - дві кручені пари проводів. Передача здійснюється відповідно до стандарту передачі даних у крученому фізичному середовищі, розробленому ANSI (American National Standards Institute - Американський національний інститут стандартів). Кручений кабель передачі даних може бути екранованим, або неекранованим. Використовує алгоритм кодування даних 4В/5В та метод фізичного кодування MLT-3.
• 100Base-FX – дві жили, волоконно-оптичного кабелю. Передача також здійснюється відповідно до стандарту передачі даних у волоконно-оптичному середовищі, яке розроблено ANSI. Використовує алгоритм кодування даних 4В/5В та метод фізичного кодування NRZI.

Специфікації 100Base-TX та 100Base-FX відомі також як 100Base-X

• 100Base-T4 – це особлива специфікація, розроблена комітетом IEEE 802.3u. Відповідно до цієї специфікації, передача даних здійснюється за чотирма витими парами телефонного кабелю, який називають кабелем UTP категорії 3. Використовує алгоритм кодування даних 8В/6Т та метод фізичного кодування NRZI.

Додатково стандарт Fast Ethernet включає рекомендації щодо використання кабелю екранованої кручений пари категорії 1, який є стандартним кабелем, що традиційно використовується в мережах Token Ring. Організація підтримки та рекомендації щодо використання кабелю STP у мережі Fast Ethernet надають спосіб переходу на Fast Ethernet для покупців, які мають кабельне розведення STP.

Специфікація Fast Ethernet включає механізм автоузгодження, що дозволяє порту вузла автоматично налаштовуватися на швидкість передачі даних - 10 або 100 Мбіт/с. Цей механізм заснований на обміні рядом пакетів із портом концентратора або перемикача.

Середа 100Base-TX

Як середовище передачі 100Base-TX застосовуються дві кручені пари, причому одна пара використовується для передачі даних, а друга - для їх прийому. Оскільки специфікація ANSI TP-PMD містить описи як екранованих, так і неекранованих кручених пар, то специфікація 100Base-TX включає підтримку як неекранованих, так і екранованих кручених пар типу 1 і 7.

Роз'єм MDI (Medium Dependent Interface)

Інтерфейс каналу 100Base-TX, який залежить від середовища, може бути одного з двох типів. Для кабелю на неекранованих кручених парах як роз'єм MDI слід використовувати восьмиконтактний роз'єм RJ 45 категорії 5. Цей же роз'єм застосовується і в мережі 10Base-T, що забезпечує зворотну сумісність з існуючими кабельними розведеннями категорії 5. Для екранованих кручених пар як роз'єм MDI необхідно використовувати роз'єм STP IBM типу 1, який є екранованим роз'ємом DB9. Такий роз'єм зазвичай застосовується у мережах Token Ring.

Кабель UTP категорії 5(e)

В інтерфейсі середовища UTP 100Base-TX використовуються дві пари проводів. Для мінімізації перехресних наведень і можливого спотворення сигналу чотири дроти, що залишилися, не повинні використовуватися з метою передачі будь-яких сигналів. Сигнали передачі і прийому кожної пари є поляризованими, причому один провід передає позитивний (+), а другий - негативний (-) сигнал. Колірне маркування проводів кабелю та номери контактів роз'єму для мережі 100Base-TX наведено у табл. 1. Хоча рівень PHY 100Base-TX розроблявся після прийняття стандарту ANSI TP-PMD, проте номери контактів роз'єму RJ 45 були змінені для узгодження зі схемою розведення, що вже використовується в стандарті 10Base-T. У стандарті ANSI TP-PMD контакти 7 та 9 застосовуються для прийому даних, у той час як у стандартах 100Base-TX та 10Base-T для цього призначені контакти 3 та 6. Така розводка забезпечує можливість використання адаптерів 100Base-TX замість адаптерів 10 Base - T та їх підключення до тих самих кабелів категорії 5 без змін розведення. У роз'ємі RJ 45 пари проводів, що використовуються, підключаються до контактів 1, 2 і 3, 6. Для правильного підключення проводів слід керуватися їх кольоровим маркуванням.

Таблиця 1. Призначення контактів гніздаMDIкабелюUTP100Base-TX

Вузли взаємодіють між собою шляхом обміну кадрами (frames). У Fast Ethernet кадр є базовою одиницею обміну мережею - будь-яка інформація, що передається між вузлами, міститься у полі даних однієї чи кількох кадрів. Пересилання кадрів від одного вузла до іншого можливе лише за наявності способу однозначної ідентифікації всіх вузлів мережі. Тому кожен вузол у ЛОМ має адресу, яка називається її МАС-адресою. Ця адреса унікальна: жодні два вузли локальної мережі не можуть мати одну і ту ж МАС-адресу. Більше того, в жодній з технологій ЛОМ (за винятком ARCNet) жодні два вузли у світі не можуть мати однакову МАС-адресу. Будь-який кадр містить принаймні три основні порції інформації: адресу одержувача, адресу відправника та дані. Деякі кадри мають інші поля, але обов'язковими є лише три перелічені. На малюнку 4 відбито структуру кадру Fast Ethernet.

Малюнок 4. Структура кадруFastEthernet

• адреса одержувача- Вказується адреса вузла, що отримує дані;
• адреса відправника- Вказується адреса вузла, що надіслав дані;
• довжина/Тип(L/T - Length/Type) - міститься інформація про тип переданих даних;
• контрольна сумакадру(PCS – Frame Check Sequence) – призначена для перевірки коректності отриманого приймаючим вузлом кадру.

Мінімальний обсяг кадру становить 64 октети, або 512 бітів (терміни октеті байт -синоніми). Максимальний обсяг кадру дорівнює 1518 октетам, або 12144 біт.

Адресація кадрів

Кожен вузол у мережі Fast Ethernet має унікальний номер, який називається МАС-адресою (MAC address) або адресою вузла. Цей номер складається з 48 бітів (6 байтів), надається мережному інтерфейсу під час виготовлення пристрою та програмується в процесі ініціалізації. Тому мережні інтерфейси всіх ЛОМ, за винятком ARCNet, яка використовує 8-бітові адреси, що присвоюються мережним адміністратором, мають вбудовану унікальну МАС-адресу, яка відрізняється від решти МАС-адрес на Землі і присвоюється виробником за погодженням з IEEE.

Щоб полегшити процес управління мережевими інтерфейсами, IEEE було запропоновано розділити 48-бітове поле адреси на чотири частини, як показано на малюнку 5. Перші два біти адреси (біти 0 та 1) є прапорцями типу адреси. Значення прапорців визначає спосіб інтерпретації адресної частини (біти 2 – 47).

Малюнок 5. Формат МАС-адреси

Біт I/G називається прапорцем індивідуальної/групової адресиі показує, якою (індивідуальною або груповою) є адреса. Індивідуальна адреса надається лише одному інтерфейсу (або вузлу) в мережі. Адреси, у яких біт I/G встановлений у 0 - це МАС-адресиабо адреси вузла.Якщо біт I/O встановлений в 1, то адреса відноситься до групових і зазвичай називається багатопунктовою адресою(multicast address) або функціональною адресою(Functional address). Групова адреса може бути присвоєна одному або декільком мережним інтерфейсам ЛОМ. Кадри, надіслані за груповою адресою, отримують або копіюють всі мережні інтерфейси ЛОМ, що володіють ним. Багатопунктові адреси дозволяють надіслати кадр під безлічі вузлів локальної мережі. Якщо біт I/O встановлено в 1, то біти від 46 до 0 трактуються як багатопунктову адресу, а не як поля U/L, OUI та OUA звичайної адреси. Біт U/L називається прапорцем універсального/місцевого управлінняі визначає, як було присвоєно адресу мережному інтерфейсу. Якщо обидва біти, I/O та U/ L, встановлені в 0, то адреса є унікальним 48-бітовим ідентифікатором, описаним раніше.

OUI (організаційно unique identifier - організаційно-унікальний ідентифікатор). IEEE надає один або кілька OUI кожному виробнику мережевих адаптерів та інтерфейсів. Кожен виробник відповідає за правильність присвоєння OUA (organizationally unique address - організаційно унікальна адреса),який повинен мати будь-який створений ним пристрій.

При установці біта U/L адреса є локально керованою. Це означає, що він задається не виробником інтерфейсу мережі. Будь-яка організація може створити свою МАС-адресу мережного інтерфейсу шляхом встановлення біта U/ L в 1, а бітів з 2-го по 47-й в якесь обране значення. Мережевий інтерфейс, отримавши кадр, насамперед декодує адресу одержувача. При встановленні на адресі біта I/O рівень MAC отримає цей кадр лише тому випадку, якщо адреса одержувача перебуває у списку, який зберігається на вузлі. Цей прийом дозволяє одному вузлу надіслати кадр багатьом вузлам.

Існує спеціальна багатопунктова адреса, звана широкомовною адресою.У 48-бітовій широкомовній IEEE-адресі всі біти встановлені в 1. Якщо кадр передається з широкомовною адресою одержувача, всі вузли мережі отримають і опрацюють його.

Поле Довжина/Тип

Поле L/T (Length/Type - Довжина/Тип) застосовується у двох різних цілях:

• визначення довжини поля даних кадру, виключаючи будь-яке доповнення пробілами;
• для позначення типу даних у полі даних.

Значення поля L/T, що знаходиться в інтервалі між 0 та 1500, є довжиною поля даних кадру; Найвище значення вказує на тип протоколу.

Взагалі, поле L/T є історичним осадом стандартизації Ethernet в IEEE, що породило ряд проблем із сумісністю обладнання випущеного до 1983. Зараз Ethernet і Fast Ethernet ніколи не використовує поля L/T. Зазначене поле служить лише узгодження з програмним забезпеченням, що обробляє кадри (тобто протоколами). Але єдиним стандартним призначенням поля L/T є використання його як поля довжини - у специфікації 802.3 навіть не згадується про можливе його застосування як поля типу даних. Стандарт говорить: "Кадри зі значенням поля довжини, що перевищує визначене в пункті 4.4.2, можуть бути проігноровані, відкинуті або використані окремо. Використання даних кадрів виходить за межі цього стандарту".

Підсумовуючи сказане, зауважимо, що поле L/T є первинним механізмом, за яким визначається тип кадру.Кадри Fast Ethernet і Ethernet, у яких значенням поля L/T задається довжина (значення L/T 802.3, кадри, у яких значенням цього поля встановлюється тип даних (значення L/T > 1500), називаються кадрами Ethernet- IIабо DIX.

Поле даних

У полі данихміститься інформація, яку один вузол пересилає іншому. На відміну від інших полів, що зберігають дуже специфічні відомості, поле даних може містити майже будь-яку інформацію, аби її обсяг становив щонайменше 46 і трохи більше 1500 байтів. Як форматується та інтерпретується вміст поля даних, визначають протоколи.

Якщо необхідно переслати дані довжиною менше 46 байтів, рівень LLC додає до кінця байти з невідомим значенням, звані незначними даними(Pad data). В результаті довжина поля дорівнює 46 байтам.

Якщо кадр має тип 802.3, то полі L/T вказується значення обсягу дійсних даних. Наприклад, якщо пересилається 12-байтове повідомлення, поле L/T зберігає значення 12, а полі даних перебувають і 34 додаткових незначних байта. Додавання незначних байтів ініціює рівень LLC Fast Ethernet і зазвичай реалізується апаратно.

Засоби рівня MAC не задають вмісту поля L/T - це робить програмне забезпечення. Встановлення значення цього поля майже завжди виконується драйвером мережного інтерфейсу.

Контрольна сума кадру

Контрольна сума кадру (PCS – Frame Check Sequence) дозволяє переконатися в тому, що отримані кадри не пошкоджені. При формуванні кадру, що передається, на рівні MAC використовується спеціальна математична формула CRC(Cyclic Redundancy Check – циклічний надлишковий код), призначена для обчислення 32-розрядного значення. Отримане значення міститься у полі FCS кадру. На вхід елемента рівня MAC, що обчислює CRC, подаються значення всіх байтів кадру. Поле FCS є первинним та найважливішим механізмом виявлення та виправлення помилок у Fast Ethernet. Починаючи з першого байта адреси одержувача та закінчуючи останнім байтом поля даних.

Значення полів DSAP та SSAP

Значення DSAP/SSAP			Опис
			Indiv LLC Sublayer Mgt
			Group LLC Sublayer Mgt
			SNA Path Control
			Reserved (DOD IP)
			ISO CLNS IS 8473
			Алгоритм кодування 8В6Т перетворює восьмибітовий октет даних (8B) на шестибітовий тернарний символ (6T). Кодові групи 6Т призначені передачі паралельно по трьох витих парах кабелю, тому ефективна швидкість передачі даних з кожної кручений парі становить одну третину від 100 Мбіт/с, тобто 33,33 Мбіт/с. Швидкість передачі тернарних символів з кожної кручений парі становить 6/8 від 33,3 Мбіт/с, що відповідає тактовій частоті 25 МГц. Саме з такою частотою працює таймер інтерфейсу МП. На відміну від бінарних сигналів, які мають два рівні, тернарні сигнали, що передаються по кожній парі, можуть мати три рівні. Таблиця кодування символів Лінійний код Символ MLT-3 Multi Level Transmission – 3 (багаторівнева передача) – трохи схожий з кодом NRZ, але на відміну від останнього має три рівні сигналу. Одиниці відповідає перехід з рівня сигналу на інший, причому зміна рівня сигналу відбувається послідовно з урахуванням попереднього переходу. Під час передачі “нуля” сигнал не змінюється. Цей код, так само як і NRZ, потребує попереднього кодування. Складено за матеріалами: Лаєм Куїн, Річард Рассел "Fast Ethernet"; К. Заклер "Комп'ютерні мережі"; В.Г. та Н.А. Оліфер "Комп'ютерні мережі";

Ethernet, але й до апаратури інших менш популярних мереж.

Адаптери Ethernet та Fast Ethernet

Характеристики адаптерів

Мережеві адаптери (NIC, Network Interface Card) Ethernet і Fast Ethernet можуть сполучатися з комп'ютером через один з стандартних інтерфейсів:

• шина ISA (Industry Standard Architecture);
• шина PCI (Peripheral Component Interconnect);
• шина PC Card (вона ж PCMCIA);

Адаптери, розраховані на системну шину (магістраль) ISA, ще недавно були основним типом адаптерів. Кількість компаній, що випускали такі адаптери, було велике, саме тому пристрої даного типубули найдешевшими. Адаптери для ISA випускаються 8- та 16-розрядними. 8-розрядні адаптери дешевші, а 16-розрядні – швидше. Щоправда, обмін інформацією по шині ISA не може бути надто швидким (у межі – 16 Мбайт/с, реально – не більше 8 Мбайт/с, а для 8-розрядних адаптерів – до 2 Мбайт/с). Тому адаптери Fast Ethernet, які вимагають ефективної роботивеликих швидкостей обміну, цієї системної шини мало випускаються. Шина ISA відходить у минуле.

Шина PCI зараз практично витіснила шину ISA і стає основною шиною розширення комп'ютерів. Вона забезпечує обмін 32- та 64-розрядними даними і відрізняється високою пропускною здатністю (теоретично до 264 Мбайт/с), що цілком задовольняє вимогам не тільки Fast Ethernet, а й швидшої Gigabit Ethernet. Важливо ще й те, що PCI шина застосовується не тільки в комп'ютерах IBM PC, але і в комп'ютерах PowerMac. Крім того, вона підтримує автоматичне конфігурування обладнання Plug-and-Play. Мабуть, у найближчому майбутньому на шину PCI буде орієнтована більшість мережевих адаптерів. Недолік PCI у порівнянні з шиною ISA в тому, що кількість її слотів розширення в комп'ютері, як правило, невелика (зазвичай 3 слоти). Але саме мережеві адаптерипідключаються до PCI насамперед.

Шина PC Card (стара назва PCMCIA) застосовується поки що тільки в портативних комп'ютерах класу Notebook. У цих комп'ютерах внутрішня шина PCI зазвичай не виводиться назовні. Інтерфейс PC Card передбачає просте підключення до комп'ютера мініатюрних плат розширення, причому швидкість обміну із цими платами досить висока. Однак все більше портативних комп'ютерів оснащується вбудованими мережевими адаптерами, оскільки можливість доступу до мережі стає невід'ємною частиною стандартного набору функцій. Ці вбудовані адаптери знову ж таки підключені до внутрішньої шині PCIкомп'ютера.

При виборі мережевого адаптера, орієнтованого на ту чи іншу шину, необхідно, перш за все, переконатися, що вільні слоти розширення даної шини є в комп'ютері, що входить до мережі. Слід також оцінити трудомісткість установки адаптера і перспективи випуску плат даного типу. Останнє може знадобитися у разі виходу адаптера з експлуатації.

Зрештою, зустрічаються ще мережеві адаптери, що підключаються до комп'ютера через паралельний (принтерний) порт LPT. Головна перевага такого підходу полягає в тому, що для підключення адаптерів не потрібно розкривати корпус комп'ютера. Крім того, в цьому випадку адаптери не займають системних ресурсів комп'ютера, таких як канали переривань та ПДП, а також адреси пам'яті та пристроїв введення/виводу. Однак швидкість обміну інформацією між ними та комп'ютером у цьому випадку значно нижча, ніж при використанні системної шини. До того ж вони вимагають більше процесорного часу на обмін із мережею, уповільнюючи цим роботу комп'ютера.

Останнім часом все більше зустрічаються комп'ютери, в яких мережеві адаптеривбудовані в системну плату. Переваги такого підходу очевидні: користувач не повинен купувати адаптер мережі і встановлювати його в комп'ютер. Достатньо лише підключити мережний кабель до зовнішнього гнізда комп'ютера. Однак недолік полягає в тому, що користувач не може вибрати адаптер із кращими характеристиками.

До інших найважливіших характеристик мережевих адаптерівможна віднести:

• спосіб конфігурування адаптера;
• розмір встановленої на платі буферної пам'яті та режими обміну з нею;
• можливість встановлення на плату мікросхеми постійної пам'ятідля віддаленого завантаження (BootROM).
• можливість підключення адаптера до різних типів середовища передачі (вита пара, тонкий та товстий коаксіальний кабель, оптоволоконний кабель);
• використовується адаптером швидкість передачі по мережі та наявність функції її перемикання;
• можливість застосування адаптером повнодуплексного режиму обміну;
• сумісність адаптера (точніше, драйвера адаптера) з використовуваними мережними програмними засобами.

Конфігурування адаптера користувачем застосовувалося переважно адаптерів , розрахованих на шину ISA . Конфігурація передбачає налаштування використання системних ресурсів комп'ютера (адрес вводу/виводу, каналів переривань і прямого доступу до пам'яті, адрес буферної пам'яті та віддаленого завантаження). Конфігурування може здійснюватися шляхом встановлення в потрібне положення перемикачів (джамперів) або за допомогою DOS-програми конфігурування ( Jumperless , Software configuration), що додається до адаптера. При запуску такої програми пропонується встановити конфігурацію апаратури за допомогою простого меню: вибрати параметри адаптера . Ця ж програма дозволяє зробити самотестуванняадаптера. Вибрані параметри зберігаються в незалежній пам'яті адаптера . У будь-якому випадку при виборі параметрів необхідно уникати конфліктів з системними пристроями комп'ютера та з іншими платами розширення.

Конфігурація адаптера може виконуватися і автоматично в режимі Plug-and-Play, коли комп'ютер увімкнено. Сучасні адаптери зазвичай підтримують саме цей режим, тому легко може встановити користувач.

У найпростіших адаптерах обмін із внутрішньою буферною пам'яттю адаптера (Adapter RAM) здійснюється через адресний простір пристроїв вводу/виводу. У цьому випадку не потрібно конфігурувати адреси пам'яті. Базову адресу буферної пам'яті, що працює в режимі пам'яті, необхідно задавати. Він приписується до області верхньої пам'яті комп'ютера (

Найбільшого поширення серед стандартних мереж набула мережа Ethernet. Вона з'явилася 1972 року, а 1985 року стала міжнародним стандартом. Її прийняли найбільші міжнародні організації за стандартами: комітет 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) та ECMA (European Computer Manufacturers Association).

Стандарт отримав назву IEEE 802.3 (англійською читається як "eight oh two dot three"). Він визначає множинний доступ до моноканалу типу шина з виявленням конфліктів і контролем передачі, тобто з методом доступу CSMA/CD, що вже згадувався.

Основні характеристики початкового стандарту IEEE 802.3:

· Топологія - шина;

· Середовище передачі - коаксіальний кабель;

· Швидкість передачі - 10 Мбіт / с;

· максимальна довжина мережі – 5 км;

· максимальна кількість абонентів – до 1024;

· Довжина сегмента мережі - до 500 м;

· Кількість абонентів на одному сегменті – до 100;

· Метод доступу - CSMA / CD;

· Передача вузькосмугова, тобто без модуляції (моноканал).

Строго кажучи, між стандартами IEEE 802.3 та Ethernet існують незначні відмінності, але про них зазвичай вважають за краще не згадувати.

Мережа Ethernet сьогодні найбільш популярна у світі (понад 90% ринку), імовірно такою вона і залишиться найближчими роками. Цьому значною мірою сприяло те, що з самого початку характеристики, параметри, протоколи мережі були відкриті, внаслідок чого величезна кількість виробників в усьому світі почали випускати апаратуру Ethernet, повністю сумісну між собою.

У класичній мережі Ethernet застосовувався 50-омний коаксіальний кабель двох видів (товстий і тонкий). Однак останнім часом (з початку 90-х років) найбільшого поширення набула версія Ethernet, яка використовує як середовище передачі кручені пари. Визначено також стандарт для застосування в мережі оптоволоконного кабелю. Для врахування цих змін до початкового стандарту IEEE 802.3 було зроблено відповідні додавання. У 1995 році з'явився додатковий стандарт на більш швидку версію Ethernet, що працює на швидкості 100 Мбіт/с (так званий Fast Ethernet, стандарт IEEE 802.3u), що використовує як середовище передачі кручена пара або оптоволоконний кабель. У 1997 році з'явилася версія на швидкість 1000 Мбіт/с (Gigabit Ethernet, стандарт IEEE 802.3z).

Крім стандартної топології шина все ширше застосовуються топології типу пасивна зірка та пасивне дерево. При цьому передбачається використання репітерів і репітерних концентраторів, що з'єднують різні частини (сегменти) мережі. В результаті може сформуватися деревоподібна структура на сегментах різних типів(Рис.7.1).

Як сегмент (частини мережі) може виступати класична шина або одиничний абонент. Для шинних сегментів використовується коаксіальний кабель, а для променів пасивної зірки (для приєднання до концентратора одиночних комп'ютерів) – кручена пара та оптоволоконний кабель. Головна вимога до отриманої в результаті топології - щоб у ній не було замкнених шляхів (завіс). Фактично виходить, що всі абоненти з'єднані у фізичну шину, оскільки сигнал від кожного з них поширюється відразу на всі боки і не повертається назад (як у кільці).

Максимальна довжина кабелю мережі в цілому (максимальний шлях сигналу) теоретично може досягати 6,5 км, але практично не перевищує 3,5 км.

Мал. 7.1. Класична топологія мережі Ethernet.

У мережі Fast Ethernet не передбачено фізичної топології шина, використовується тільки пасивна зірка або пасивне дерево. До того ж у Fast Ethernet набагато жорсткіші вимоги до граничної довжини мережі. Адже при збільшенні в 10 разів швидкості передачі та збереженні формату пакета його мінімальна довжина стає вдесятеро коротшою. Таким чином, у 10 разів зменшується допустима величина подвійного часу проходження сигналу по мережі (5,12 мкс проти 51,2 мкс в Ethernet).

Для передачі в мережі Ethernet застосовується стандартний манчестерський код.

Доступ до мережі Ethernet здійснюється за випадковим методом CSMA/CD, що забезпечує рівноправність абонентів. У мережі використовуються пакети змінної довжини.

Для мережі Ethernet, що працює на швидкості 10 Мбіт/с, стандарт визначає чотири основні типи сегментів мережі, орієнтованих на різні середовища передачі інформації:

· 10BASE5 (товстий коаксіальний кабель);

· 10BASE2 (тонкий коаксіальний кабель);

· 10BASE-T (вита пара);

· 10BASE-FL (оптоволоконний кабель).

Найменування сегмента включає три елементи: цифра "10" означає швидкість передачі 10 Мбіт/с, слово BASE – передачу в основній смузі частот (тобто без модуляції високочастотного сигналу), а останній елемент – допустиму довжину сегмента: "5" – 500 метрів, "2" - 200 метрів (точніше, 185 метрів) або тип лінії зв'язку: "Т" - кручена пара (від англійського "twisted-pair"), "F" - оптоволоконний кабель (від англійського "fiber optic").

Так само для мережі Ethernet, що працює на швидкості 100 Мбіт/с (Fast Ethernet) стандарт визначає три типи сегментів, що відрізняються типами середовища передачі:

· 100BASE-T4 (четверинна кручена пара);

· 100BASE-TX (здвоєна кручена пара);

· 100BASE-FX (оптоволоконний кабель).

Тут цифра "100" означає швидкість передачі 100 Мбіт/с, буква "Т" - кручена пара, буква "F" - оптоволоконний кабель. Типи 100BASE-TX та 100BASE-FX іноді об'єднують під ім'ям 100BASE-X, а 100BASE-T4 та 100BASE-TX – під ім'ям 100BASE-T.

Мережа Token-Ring

Мережа Token-Ring (маркерне кільце) була запропонована компанією IBM в 1985 (перший варіант з'явився в 1980). Вона призначалася для об'єднання в мережу всіх типів комп'ютерів IBM. Вже той факт, що її підтримує компанія IBM, найбільший виробник комп'ютерної техніки, говорить про те, що їй необхідно приділити особливу увагу. Але не менш важливим є те, що Token-Ring є в даний час міжнародним стандартом IEEE 802.5 (хоча між Token-Ring і IEEE 802.5 є незначні відмінності). Це ставить мережу на один рівень за статусом з Ethernet.

Розроблявся Token-Ring як надійна альтернатива Ethernet. І хоча зараз Ethernet витісняє решту мереж, Token-Ring не можна вважати безнадійно застарілою. Понад 10 мільйонів комп'ютерів у всьому світі об'єднані цією мережею.

Мережа Token-Ring має кільце топологію, хоча зовні вона більше нагадує зірку. Це з тим, що окремі абоненти (комп'ютери) приєднуються до мережі не безпосередньо, а через спеціальні концентратори чи багатостанційні пристрої доступу (MSAU чи MAU – Multistation Access Unit). Фізично мережа утворює зірково-кільцеву топологію (рис.7.3). Насправді ж абоненти об'єднуються все-таки в кільце, тобто кожен із них передає інформацію одному сусідньому абоненту, а приймає інформацію від іншого.

Мал. 7.3. Зірково-кільцева топологія мережі Token Ring.

Як середовище передачі в мережі IBM Token-Ring спочатку застосовувалася кручена пара як неекранована (UTP), так і екранована (STP), але потім з'явилися варіанти апаратури для коаксіального кабелю, а також для оптоволоконного кабелю в стандарті FDDI.

Основні технічні характеристикикласичного варіанта мережі Token-Ring:

· Максимальна кількість концентраторів типу IBM 8228 MAU - 12;

· максимальна кількість абонентів у мережі – 96;

· максимальна довжина кабелю між абонентом та концентратором – 45 метрів;

· максимальна довжина кабелю між концентраторами – 45 метрів;

· максимальна довжина кабелю, що з'єднує всі концентратори – 120 метрів;

· Швидкість передачі даних - 4 Мбіт/с і 16 Мбіт/с.

Усі наведені характеристики відносяться до нагоди використання неекранованої кручений пари. Якщо використовується інше середовище передачі, характеристики мережі можуть відрізнятися. Наприклад, при використанні екранованої кручений пари (STP) кількість абонентів може бути збільшена до 260 (замість 96), довжина кабелю – до 100 метрів (замість 45), кількість концентраторів – до 33, а повна довжина кільця, що з'єднує концентратори – до 200 метрів . Оптоволоконний кабель дає змогу збільшувати довжину кабелю до двох кілометрів.

Для передачі в Token-Ring застосовується біфазний код (точніше, його варіант з обов'язковим переходом у центрі бітового інтервалу). Як і в будь-якій зіркоподібній топології, жодних додаткових заходів щодо електричного узгодження та зовнішнього заземлення не потрібно. Узгодження виконується апаратурою мережевих адаптерів та концентраторів.

Для приєднання кабелів у Token-Ring використовуються роз'єми RJ-45 (для неекранованої кручений пари), а також MIC і DB9P. Провід у кабелі з'єднують однойменні контакти роз'ємів (тобто використовуються так звані "прямі" кабелі).

Мережа Token-Ring у класичному варіанті поступається мережі Ethernet як за допустимим розміром, так і максимальною кількістю абонентів. Що ж до швидкості передачі, нині є версії Token-Ring на швидкість 100 Мбіт/с (High Speed ​​Token-Ring, HSTR) і 1000 Мбіт/с (Gigabit Token-Ring). Компанії, що підтримують Token-Ring (серед яких IBM, Olicom, Madge), не мають наміру відмовлятися від своєї мережі, розглядаючи її як гідного конкурента Ethernet.

У порівнянні з апаратурою Ethernet апаратура Token-Ring помітно дорожча, оскільки використовується складніший метод управління обміном, тому мережа Token-Ring не набула такого широкого поширення.

Однак, на відміну від Ethernet, мережа Token-Ring значно краще тримає високий рівень навантаження (більше 30-40%) і забезпечує гарантований час доступу. Це необхідно, наприклад, у мережах виробничого призначення, в яких затримка реакції на зовнішню подію може призвести до серйозних аварій.

У мережі Token-Ring використовується класичний маркерний метод доступу, тобто по кільцю постійно циркулює маркер, якого абоненти можуть приєднувати свої пакети даних (див. рис. 4.15). Звідси випливає така важлива перевага цієї мережі, як відсутність конфліктів, але є й недоліки, зокрема необхідність контролю цілісності маркера та залежність функціонування мережі від кожного абонента (у разі несправності абонент обов'язково має бути виключений з кільця).

Граничний час передачі пакета Token-Ring 10 мс. За максимальної кількості абонентів 260 повний цикл роботи кільця складе 260 x 10 мс = 2,6 с. За цей час усі 260 абонентів зможуть передати свої пакети (якщо, звичайно, їм є що передавати). За цей час вільний маркер обов'язково дійде до кожного абонента. Той самий інтервал є верхньою межею часу доступу Token-Ring.

Мережа Arcnet

Мережа Arcnet (або ARCnet від англійської Attached Resource Computer Net, комп'ютерна мережаз'єднаних ресурсів) – це одна з найстаріших мереж. Вона була розроблена компанією Datapoint Corporation ще 1977 року. Міжнародні стандарти на цю мережу відсутні, хоча саме вона вважається родоначальницею методу маркерного доступу. Незважаючи на відсутність стандартів, мережа Arcnet донедавна (1980 – 1990 рр.) користувалася популярністю, навіть серйозно конкурувала з Ethernet. Багато компаній виробляли апаратуру для мережі цього типу. Але зараз виробництво апаратури Arcnet практично припинено.

Серед основних переваг мережі Arcnet, порівняно з Ethernet, можна назвати обмежену величину часу доступу, високу надійність зв'язку, простоту діагностики, а також порівняно низьку вартість адаптерів. До найістотніших недоліків мережі відносяться низька швидкість передачі інформації (2,5 Мбіт/с), система адресації та формат пакету.

Для передачі в мережі Arcnet використовується досить рідкісний код, у якому логічній одиниці відповідає два імпульси протягом бітового інтервалу, а логічному нулю – один імпульс. Очевидно, що це код, що самосинхронізується, що вимагає ще більшої пропускної здатності кабелю, ніж навіть манчестерський.

Як середовище передачі мережі використовується коаксіальний кабель з хвильовим опором 93 Ом, наприклад, марки RG-62A/U. Варіанти з крученою парою (екранованою та неекранованою) не набули широкого поширення. Були запропоновані і варіанти на оптоволоконному кабелі, але вони також не врятували Arcnet.

Як топологія мережа Arcnet використовує класичну шину (Arcnet-BUS), а також пасивну зірку (Arcnet-STAR). У зірці використовуються концентратори (хаби). Можливе об'єднання за допомогою концентраторів шинних та зіркових сегментів у деревоподібну топологію (як і в Ethernet). Головне обмеження – у топології не повинно бути замкнутих шляхів (зашморг). Ще одне обмеження: кількість сегментів, з'єднаних послідовним ланцюжком за допомогою концентраторів, не повинна перевищувати трьох.

Отже, топологія мережі Arcnet має такий вид (рис.7.15).

Мал. 7.15. Топологія мережі Arcnet типу шина (B – адаптери до роботи на шині, S – адаптери до роботи у зірці).

Основні технічні характеристики мережі Arcnet такі.

· Середовище передачі - коаксіальний кабель, кручена пара.

· Максимальна довжина мережі – 6 кілометрів.

· Максимальна довжина кабелю від абонента до пасивного концентратора – 30 метрів.

· Максимальна довжина кабелю від абонента до активного концентратора – 600 метрів.

· Максимальна довжина кабелю між активним та пасивним концентраторами – 30 метрів.

· Максимальна довжина кабелю між активними концентраторами– 600 метрів.

· Максимальна кількість абонентів у мережі – 255.

· Максимальна кількість абонентів на шинному сегменті – 8;

· Мінімальна відстань між абонентами у шині – 1 метр.

· Максимальна довжина шинного сегмента – 300 метрів.

· Швидкість передачі – 2,5 Мбіт/с.

При створенні складних топологій необхідно стежити, щоб затримка поширення сигналів у мережі між абонентами не перевищувала 30 мкс. Максимальне загасання сигналу в кабелі на частоті 5 МГц не повинно перевищувати 11 дБ.

У мережі Arcnet використовується маркерний метод доступу (метод передачі права), але він відрізняється від аналогічного в мережі Token-Ring. Найближчий цей метод до того, що передбачений у стандарті IEEE 802.4.

Так само, як і у випадку Token-Ring, конфлікти Arcnet повністю виключені. Як і будь-яка маркерна мережа Arcnet добре тримає навантаження і гарантує величину часу доступу до мережі (на відміну від Ethernet). Повний час обходу всіх абонентів маркером становить 840 мс. Відповідно, цей самий інтервал визначає верхню межу часу доступу до мережі.

Маркер формується спеціальним абонентом - контролером мережі. Ним є абонент із мінімальною (нульовою) адресою.

Мережа FDDI

Мережа FDDI (від англійської Fiber Distributed Data Interface, оптоволоконний розподілений інтерфейс даних) - це одна з новітніх розробок стандартів локальних мереж. Стандарт FDDI було запропоновано Американським національним інститутом стандартів ANSI (специфікація ANSI X3T9.5). Потім було прийнято стандарт ISO 9314, який відповідає специфікаціям ANSI. Рівень стандартизації мережі досить високий.

На відміну від інших стандартних локальних мереж, стандарт FDDI спочатку орієнтувався на високу швидкість передачі (100 Мбіт/с) і застосування найбільш перспективного оптоволоконного кабелю. Тому в даному випадку розробники не були обмежені рамками старих стандартів, що орієнтувалися на низькі швидкостіта електричний кабель.

Вибір оптоволокна як середовище передачі визначив такі переваги нової мережі, як висока завада, максимальна секретність передачі інформації і прекрасна гальванічна розв'язка абонентів. Висока швидкість передачі, яка у разі оптоволоконного кабелю досягається набагато простіше, дозволяє вирішувати багато завдань, недоступних менш швидкісним мережам, наприклад, передачу зображень у реальному масштабі часу. Крім того, оптоволоконний кабель легко вирішує проблему передачі даних на відстань кількох кілометрів без ретрансляції, що дозволяє будувати великі за розмірами мережі, що охоплюють навіть цілі міста та мають при цьому всі переваги локальних мереж (зокрема низький рівень помилок). Все це визначило популярність мережі FDDI, хоча вона поширена ще не так широко, як Ethernet та Token-Ring.

За основу стандарту FDDI взято метод маркерного доступу, передбачений міжнародним стандартом IEEE 802.5 (Token-Ring). Несуттєві відмінності від цього стандарту визначаються необхідністю забезпечити високу швидкість передачі на великі відстані. Топологія мережі FDDI - це кільце, найбільш підходяща топологія для оптоволоконного кабелю. У мережі застосовується два різноспрямовані оптоволоконні кабелі, один з яких зазвичай знаходиться в резерві, однак таке рішення дозволяє використовувати і повнодуплексну передачу інформації (одночасно у двох напрямках) з подвоєною ефективною швидкістю в 200 Мбіт/с (при цьому кожен із двох каналів працює на швидкості 100 Мбіт/с). Застосовується і зоряно-кільцева топологія з концентраторами, включеними в кільце (як Token-Ring).

Основні технічні характеристики FDDI.

· Максимальна кількість абонентів мережі – 1000.

· Максимальна довжина кільця мережі – 20 кілометрів.

· Максимальна відстань між абонентами мережі – 2 кілометри.

· Середовище передачі - багатомодовий оптоволоконний кабель (можливе застосування електричної кручений пари).

· Метод доступу – маркерний.

· Швидкість передачі – 100 Мбіт/с (200 Мбіт/с для дуплексного режиму передачі).

Стандарт FDDI має значні переваги, порівняно з усіма розглянутими раніше мережами. Наприклад, мережа Fast Ethernet, що має таку ж пропускну здатність 100 Мбіт/с, не може зрівнятися з FDDI за допустимими розмірами мережі. До того ж маркерний метод доступу FDDI забезпечує на відміну від CSMA/CD гарантований час доступу та відсутність конфліктів за будь-якого рівня навантаження.

Обмеження на загальну довжину мережі в 20 км пов'язане не з загасанням сигналів у кабелі, а з необхідністю обмеження часу повного проходження сигналу кільцем для забезпечення гранично допустимого часу доступу. А ось максимальна відстань між абонентами (2 км при багатомодовому кабелі) визначається якраз загасанням сигналів у кабелі (вона не повинна перевищувати 11 дБ). Передбачена також можливість застосування одномодового кабелю, і в цьому випадку відстань між абонентами може досягати 45 км, а повна довжина кільця – 200 км.

Є також реалізація FDDI на електричному кабелі(CDDI – Copper Distributed Data Interface або TPDDI – Twisted Pair Distributed Data Interface). У цьому використовується кабель категорії 5 з роз'ємами RJ-45. Максимальна відстань між абонентами в цьому випадку має бути не більше ніж 100 метрів. Вартість обладнання мережі на електричному кабелі у кілька разів менша. Але ця версія мережі вже не має таких очевидних переваг перед конкурентами, як початкова оптоволоконна FDDI. Електричні версії FDDI стандартизовані набагато гірше за оптоволоконні, тому сумісність обладнання різних виробників не гарантується.

Для передачі в FDDI застосовується код 4В/5В, спеціально розроблений цього стандарту.

Стандарт FDDI для досягнення високої гнучкості мережі передбачає включення до кільця абонентів двох типів:

· Абоненти (станції) класу А (абоненти подвійного підключення, DAS – Dual-Attachment Stations) підключаються до обох (внутрішнього та зовнішнього) кільців мережі. При цьому реалізується можливість обміну зі швидкістю до 200 Мбіт/с або резервування мережного кабелю (при пошкодженні основного кабелю використовується резервний). Апаратура цього класу застосовується в критичних з точки зору швидкодії частинах мережі.

· Абоненти (станції) класу В (абоненти одинарного підключення, SAS – Single-Attachment Stations) підключаються лише до одного (зовнішнього) кільця мережі. Вони простіші та дешевші, порівняно з адаптерами класу А, але не мають їх можливостей. У мережу вони можуть включатися тільки через концентратор або обхідний комутатор, що їх вимикає у разі аварії.

Окрім власне абонентів (комп'ютерів, терміналів тощо) у мережі використовуються зв'язкові концентратори (Wiring Concentrators), включення яких дозволяє зібрати в одне місце всі точки підключення з метою контролю роботи мережі, діагностики несправностей та спрощення реконфігурації. При застосуванні кабелів різних типів (наприклад, оптоволоконного кабелю та кручений пари) концентратор виконує також функцію перетворення електричних сигналів в оптичні та навпаки. Концентратори також бувають подвійного підключення (DAC – Dual-Attachment Concentrator) та одинарного підключення (SAC – Single-Attachment Concentrator).

Приклад конфігурації мережі FDDI представлений на рис. 8.1. Принцип поєднання пристроїв мережі ілюструється на рис.8.2.

Мал. 8.1. Приклад конфігурації мережі FDDI.

На відміну від методу доступу, запропонованого стандартом IEEE 802.5, FDDI застосовується так звана множинна передача маркера. Якщо у випадку мережі Token-Ring новий (вільний) маркер передається абонентом тільки після повернення до нього його пакета, то FDDI новий маркер передається абонентом відразу ж після закінчення передачі ним пакета (подібно до того, як це робиться при методі ETR в мережі Token- Ring).

На закінчення слід зазначити, що попри очевидні переваги FDDI дана мережане набула широкого поширення, що пов'язано головним чином з високою вартістю її апаратури (порядку кількох сотень і навіть тисяч доларів). Основна сфера застосування FDDI зараз – це базові, опорні (Backbone) мережі, що поєднують кілька мереж. Застосовується FDDI також для з'єднання потужних робочих станцій чи серверів, які потребують високошвидкісного обміну. Передбачається, що мережа Fast Ethernet може потіснити FDDI, проте переваги оптоволоконного кабелю, маркерного методу управління та рекордний допустимий розмір мережі ставлять зараз FDDI поза конкуренцією. А у випадках, коли вартість апаратури має вирішальне значення, можна на некритичних ділянках застосовувати версію FDDI на основі крученої пари (TPDDI). До того ж, вартість апаратури FDDI може сильно зменшитися зі зростанням обсягу її випуску.

Мережа 100VG-AnyLAN

Мережа 100VG-AnyLAN – це одна з останніх розробок високошвидкісних локальних мереж, яка нещодавно з'явилася на ринку. Вона відповідає міжнародному стандарту IEEE 802.12, тому рівень її стандартизації досить високий.

Головними перевагами її є велика швидкість обміну, порівняно невисока вартість апаратури (приблизно вдвічі дорожче за обладнання найбільш популярної мережі Ethernet 10BASE-T), централізований метод управління обміном без конфліктів, а також сумісність на рівні форматів пакетів з мережами Ethernet і Token-Ring.

У назві мережі 100VG-AnyLAN цифра 100 відповідає швидкості 100 Мбіт/с, літери VG позначають дешеву неекрановану кручена пара категорії 3 (Voice Grade), а AnyLAN (будь-яка мережа) означає те, що мережа сумісна з двома найпоширенішими мережами.

Основні технічні характеристики мережі 100VG-AnyLAN:

· Швидкість передачі – 100 Мбіт/с.

· Топологія - зірка з можливістю нарощування (дерево). Кількість рівнів каскадування концентраторів (хабів) – до 5.

· Метод доступу – централізований, безконфліктний (Demand Priority – із запитом пріоритету).

· Середовище передачі – чотиризавернена неекранована кручена пара (кабелі UTP категорії 3, 4 або 5), здвоєна кручена пара (кабель UTP категорії 5), здвоєна екранована кручена пара (STP), а також оптоволоконний кабель. Зараз здебільшого поширена чотиривірна кручена пара.

· Максимальна довжина кабелю між концентратором та абонентом та між концентраторами – 100 метрів (для UTP кабелю категорії 3), 200 метрів (для UTP кабелю категорії 5 та екранованого кабелю), 2 кілометри (для оптоволоконного кабелю). Максимально можливий розмір мережі – 2 кілометри (визначається припустимими затримками).

· Максимальна кількість абонентів – 1024, рекомендована – до 250.

Таким чином, параметри мережі 100VG-AnyLAN досить близькі до параметрів Fast Ethernet. Однак головна перевага Fast Ethernet – це повна сумісність із найбільш поширеною мережею Ethernet (у разі 100VG-AnyLAN для цього потрібен міст). У той же час централізоване управління 100VG-AnyLAN, що виключає конфлікти і гарантує граничну величину часу доступу (чого не передбачено в мережі Ethernet), також не можна скидати з рахунків.

Приклад структури мережі 100VG-AnyLAN показано на рис. 8.8.

Мережа 100VG-AnyLAN складається з центрального (основного, кореневого) концентратора рівня 1, якого можуть підключатися як окремі абоненти, і концентратори рівня 2, яких у свою чергу підключаються абоненти і концентратори рівня 3 тощо. У цьому мережа може мати трохи більше п'яти таких рівнів (у початковому варіанті було трохи більше трьох). Максимальний розмірмережі може становити 1000 метрів для неекранованої кручений пари.

Мал. 8.8. Структура мережі 100VG-AnyLAN.

На відміну від неінтелектуальних концентраторів інших мереж (наприклад, Ethernet, Token-Ring, FDDI), концентратори мережі 100VG-AnyLAN – це інтелектуальні контролери, які керують доступом до мережі. Для цього вони постійно контролюють запити, що надходять на всі порти. Концентратори приймають пакети, що надходять, і відправляють їх тільки тим абонентам, яким вони адресовані. Однак ніякої обробки інформації вони не виробляють, тобто в даному випадку виходить таки не активна, але й не пасивна зірка. Повноцінними абонентами концентратори не можна назвати.

Кожен із концентраторів може бути налаштований працювати з форматами пакетів Ethernet чи Token-Ring. При цьому концентратори всієї мережі повинні працювати з пакетами лише одного формату. Для зв'язку з мережами Ethernet та Token-Ring необхідні мости, але мости досить прості.

Концентратори мають один порт верхнього рівня(для приєднання його до концентратора вищого рівня) та кілька портів нижнього рівня (для приєднання абонентів). Як абонент може виступати комп'ютер (робоча станція), сервер, міст, маршрутизатор, комутатор. До порту нижнього рівня може приєднуватися інший концентратор.

Кожен порт концентратора може бути встановлений в один із двох можливих режимів роботи:

· Нормальний режим передбачає пересилання абоненту, приєднаного до порту, лише пакетів, адресованих особисто йому.

· Моніторний режим передбачає пересилання абоненту, приєднаному до порту, всіх пакетів, які надходять концентратор. Цей режим дозволяє одному з абонентів контролювати роботу всієї мережі загалом (виконувати функцію моніторингу).

Метод доступу до мережі 100VG-AnyLAN типовий для мереж із топологією зірка.

При використанні четвірної крученої пари передача по кожній з чотирьох кручених пар проводиться зі швидкістю 30 Мбіт/с. Сумарна швидкість передачі становить 120 Мбіт/с. Однак корисна інформація внаслідок використання коду 5В/6В передається лише зі швидкістю 100 Мбіт/с. Таким чином, пропускна здатність кабелю має бути не менше 15 МГц. На цю вимогу задовольняє кабель з витими парами категорії 3 (смуга пропускання – 16 МГц).

Таким чином, мережа 100VG-AnyLAN є доступним рішенням для збільшення швидкості передачі до 100 Мбіт/с. Однак не має повної сумісності з жодною зі стандартних мереж, тому її подальша доля проблематична. До того ж, на відміну від FDDI, вона не має жодних рекордних параметрів. Швидше за все, 100VG-AnyLAN незважаючи на підтримку солідних фірм і високий рівень стандартизації залишиться лише прикладом цікавих технічних рішень.

Якщо говорити про найбільш поширену 100-мегабітну мережу Fast Ethernet, то 100VG-AnyLAN забезпечує вдвічі більшу довжину кабелю UTP категорії 5 (до 200 метрів), а також безконфліктний метод управління обміном.