Технологии локальных сетей LLC Ethernet Token Ring FDDI

Технологии локальных сетей LLC Ethernet Token Ring FDDI

Общая характеристика протоколов локальных сетей Начало разработки – вторая половина 70-х годов. Цель – нахождение простого и дешевого решения для объединения в вычислительную сеть нескольких десятков компьютеров, находящихся в пределах одного здания.

Общая характеристика протоколов локальных сетей Разработчики остановились на совместном использовании кабелей всеми компьютерами сети в режиме разделения времени (в режиме TDM). Использование разделяемых сред (shared media) позволяет упростить логику работы сети.

Разделяемая среда на коаксиальном кабеле. Разделяемая среда

Разделяемая среда в кольцевых топологиях Разделяемая среда

Общая характеристика протоколов локальных сетей Отрицательные последствия: ограничения по производительности и надежности. Метод устранения: применение коммуникационных устройств – мостов и маршрутизаторов, – которые в значительной мере снимают ограничения разделяемой среды передачи данных.

Общая характеристика протоколов локальных сетей Тенденции: отказ от разделяемых сред передачи данных в локальных сетях и переход к применению активных коммутаторов, к которым конечные узлы присоединяются индивидуальными линиями связи. Появился новый режим работы – полнодуплексный (full-duplex).

Соответствие протоколов LAN уровням модели OSI Модель OSI Протоколы LAN Physical Physical Data Link Network Transport Session Presentation Application Data Link

Технологии локальных сетей Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet – много общего: Расстояния между узлами сети: 100 м – 2000 м Единый формат адреса – 6 байт, уникальность обеспечивается производителем сетевого адаптера Разделяемая среда для конечных узлов (компьютеров) – использование методов доступа Media Access Control (MAC) Качественные кабели для связи компьютеров: Высокая скорость протоколов – 10, 16, 100, 1000 Мбит/с Простая логика протоколов – без восстановления потерянных и искаженных кадров, так как эти события крайне редки

Структура стандартов IEEE 802.x Логические процедуры передачи кадров и связь с сетевым уровнем Общие определения ЛВС, связь с моделью ISO/OSI, Bridging, QoS Ethernet [CSMA/CD] Экранированная витая пара (STP) 16 Мбайт/с 4 Мбайт/с MAC LLC Token Ring 802.5 802.3 802.2 Физический уровень Канальный уровень 10Base-5, 2, T, F 100Base-TX, FX 1000Base-Т, SX, LX 10Gigabit Wireless LAN 802.11 . . . FHSS 1Mbps DSSS 1Mbps DSSS11Mbps OFDM 802.1

Процедуры LLC IEEE 802.2

Протокол LLC Обеспечивает для технологий локальных сетей нужное качество услуг транспортной службы, передавая свои кадры либо дейтаграммным способом, либо с помощью процедур с установлением соединения и восстановлением кадров.

Протокол LLC В основе – протокол HDLC (High-level Data Link Control procedure), стандарт ISO. HDLC – обобщение близких стандартов различных технологий: LAP-B сетей X.25 (территориальные сети); LAP-D сетей ISDN; LAP-M современных модемов

MAC LLC Физический уровень IPX IP NetBIOS Демультиплексирование кадров протоколом LLC

Протокол LLC уровня управления логическим каналом (802.2) Три типа процедур LLC: LLC1 – сервис без установления соединения и без подтверждения; LLC2 – сервис с установлением соединения и подтверждением; LLC3 – сервис без установления соединения, но с подтверждением.

Протокол LLC В стеке TCP/IP уровень LLC всегда работает в режиме LLC1. Cтек Microsoft/IBM (протокол NetBIOS/NetBEUI) использует и режим LLC2, и режим LLC1. Режим LLC2 используется стеком протоколов SNA в сетях Token Ring.

Формат кадра LLC

Процедура с восстановлением кадров LLC2 Три типа кадров: Информационные – передача данных вместе с квитанциями Управляющие – команды и ответы в соединении Отказ (REJect) Приемник не готов (Receiver Not Ready, RNR) Приемник готов (Receiver Ready, RR) Ненумерованные – установление соединения

Адреса SAP (service Access Point)

Ненумерованные кадры LLC1 LLC2

Ненумерованные кадры (LLC2) Бит P/F (Poll/Final) ─ команда/ответ M ─ определяет типы команд между сетевыми узлами на этапе соединения SABME (установить сбалансированный асинхронный расширенный режим; запрос на установление соединения) UA (ненумерованное подтверждение; для подтверждения установления соединения) REST (сброс соединения)

Информационные кадры N(S) ─ поле указания номера отправленного кадра N(R) ─ поле указания номера кадра, который приемник ожидает получить В LLC2 используется скользящее окно в 127 кадров; для нумерации кадров используется 128 чисел от 0 до 127

Управляющие кадры S ─ поле команды Команды в LLC2: REJ (REJect) ─ отказ (REJ + N(R) ─ «отрицательная» квитанция); RNR (Receiver Not Ready) ─ приемник не готов («гашение» источника); RR (Receiver Ready) ─ приемник готов (RR + N(R) ─ «положительная» квитанция)

Технология Ethernet IEEE 802.3

Сети Ethernet 2-я половина 60-х – метод доступа в радиосети Гавайского университета (Aloha) 1975 – экспериментальная сеть Ethernet Network фирмы Xerox 1980 – фирмы DEC, Intel, Xerox разработали стандарт Ethernet II (Ethernet DIX) Стандарт IEEE 802.3

Метод доступа CSMA/CD – Carrier Sense Multiply Access with Collision Detection Метод коллективного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий Используется для доступа к среде передачи данных

Этапы доступа к среде Прослушивание несущей частоты (сигнала в кабеле, 5-10 Мгц при манчестерском кодировании); если сигнал отсутствует – сеть свободна Передача кадра (предваряется преамбулой: 7 синхробайт 10101010 и начальный ограничитель 10101011) Распознавание адреса (первые 6 байт кадра) станцией-получателем и буферизация кадра Технологическая пауза в 9,6 мкс (Inter Packet Gap, IPG – межпакетный интервал)

Метод случайного доступа CSMA/CD

Возникновение коллизий 2 (или более) станции решают, что сеть свободна и начинают передачу Содержимое кадров «сталкивается» в кабеле, информация искажается Возможности «извлечь» полезную информацию из искаженного сигнала при этом нет

Схема возникновения и распространения коллизии

Обнаружение коллизии Станции наблюдают за сигналом в кабеле Передающая станция фиксирует факт возникновения коллизии, если передаваемый и наблюдаемый сигналы отличаются Остальные станции определяют выход параметров сигнала за пределы диапазона допустимых значений

Устранение коллизии Станция, обнаружившая коллизию, посылает jam-последовательность из 32 бит в сеть Передающие станции прерывают передачу Каждая станция выдерживает паузу (длительность выбирается случайным образом по стандартному алгоритму от 0 до 52,4 мс)

Пауза = L  Интервал отсрочки L  [0, 2N], N - номер попытки, N  10 Пауза = [0, 1024  Tотсрочки] = [0, 524288] = [0мкс, 0.52с] Усеченный экспоненциальный двоичный алгоритм отсрочки

Алгоритм работы CSMA/CD

Особенности случайного метода доступа Ethernet (CSMA/CD – Carrier Sense Multiply Access with Collision Detection) Преимущества: простой алгоритм  дешевая и надежная аппаратура возможность широковещательной передачи пакетов Недостатки: большие потери из-за коллизий и ожиданий при нагрузке сети > 50 % ограниченная длина сети: 2  (время распространения сигнала между узлами)  время передачи кадра – иначе коллизия может быть не связана с передачей своего кадра!

Основные параметры протокола Ethernet

Форматы кадров Ethernet

Типы адресов Ethernet индивидуальный - unicast (0 в старшем разряде) широковещательный - broadcast (11....1111) групповой - multicast (10.........)

Использование кадров Ethernet различными стеками протоколов

Надежное распознавание коллизий Соглашение: Tmin ≥ PDV Tmin ─ время передачи кадра минимальной длины. PDV ─ время двойного оборота (Path Delay Value, PDV).

Надежное распознавание коллизий В стандарте Ethernet минимальная длина поля данных ─ 46 байт; вместе со служебными полями минимальная длина кадра ─ 64 байт; вместе с преамбулой ─ 72 байт или 576 бит.

Надежное распознавание коллизий В 10-мегабитном Ethernet время передачи кадра минимальной длины равно 575 битовых интервалов. Следовательно, время двойного оборота должно быть меньше 57,5 мкс. Время двойного оборота по кабелю 500 м составляет 43,3 битовых интервала.

Максимальная производительность сети Ethernet Период следования кадров минимальной длины составляет 67,1 мкс. Отсюда максимально возможная пропускная способность сегмента Ethernet составляет 14 880 кадр/с.

К расчету пропускной способности протокола Ethernet

Максимальная производительность сети Ethernet Кадры Ethernet максимальной длины имеют поле данных в 1500 байт; вместе со служебной информацией ─ 1518 байт; с преамбулой ─ 1526 байт или 12 208 бит. Максимально возможная пропускная способность сегмента ─ 813 кадр/с.

Полезная пропускная способность Для кадров минимальной длины полезная пропускная способность равна: СП =14880 * 46 *8 = 5,48 Мбит/с Для кадров максимальной длины полезная пропускная способность равна: СП = 813 *1500 * 8 =9,76 Мбит/с

Полезная пропускная способность При использовании кадров среднего размера с полем данных в 512 байт пропускная способность сети составит 9,29 Мбит/с.

Спецификации физического уровня 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-F

Сеть Ethernet 10 Base-5 Достоинства: ¨ хорошая защищенность кабеля от внешних воздействий ¨ сравнительно большое расстояние между узлами возможность простого перемещения рабочей станции в пределах длины кабеля AUI Недостатки: ¨ высокая стоимость кабеля ¨ сложность его прокладки из-за большой жесткости <= 100 станций в сегменте

Компоненты спецификации 10Base-5 Кабель RG-8, RG-11 (Ø 0,5 дюйма, ~ 10 мм, центральный медный провод Ø 2,17 мм) Терминаторы (заглушки) – поглощают распространяющиеся сигналы, препятствуя возникновению отраженных сигналов и стоячих волн Трансивер (transmitter + receiver = tranceiver) - приемопередатчик

Приемопередатчик 10BASE-5, «вампирчик»

Трансивер выполняет функции: Прием – передача данных Определение коллизий в кабеле Электрическая развязка между кабелем и сетевым адаптером Защита кабеля от некорректной работы адаптера (jabber control)

Структурная схема трансивера

Компоненты спецификации 10Base-5 Кабель AUI (attachment unit interface) – до 50 м (UTP, 4 витых пары) Разъем DB-15 – для присоединения к интерфейсу AUI Повторитель (repeater) – объединяет сегменты, побитно синхронно повторяет сигнал, улучшая форму и мощность импульсов, синхронизируя импульсы

Многосегментная сеть Ethernet 10 Base-5 Правило 5-4-3 Максимум: 5 сегментов (5 x 500 м = 2500 м) 4 повторителя 3 нагруженных сегмента 99 х 3 = 297 станций

Компоненты физического уровня сети стандарта 10 Base-5, состоящей из трех сегментов

Достоинства Хорошая помехозащищенность кабеля от внешних воздействий Сравнительно большое расстояние между узлами Возможность простого перемещения ПК в пределах длины кабеля AUI

Недостатки Высокая стоимость кабеля Сложность прокладки (из-за большой жесткости) Необходимость планирования прокладки (нужно заранее предусмотреть подвод кабеля к ПК) Необходимость специального инструмента для заделки кабеля Останов всей сети при повреждении кабеля

Спецификация 10Base-2 Кабель RG-58, RG-58/U, RG-58 A/U, RG-58 C/U (внешний Ø 0,2 дюйма (0,89 мм), внутренний ~ Ø 5 мм) BNC-коннекторы, Т-коннекторы Сетевые адаптеры (совместно с трансиверами)

Сеть стандарта 10Base-2

Хаpактеpистики коаксиальных кабелей Пpимечания: ПЭ - полиэтилен, ППЭ - пенополиэтилен

Хаpактеpистики коаксиальных кабелей

BNC-коннектор

Т-коннектор

Терминатор

Терминатор с заземлением

Монтаж коннекторов

Сеть Ethernet 10 Base-2 Достоинства: ¨ простота инсталляции и модификаций сети ¨ дешевый кабель Недостатки: ¨ большое количество контактов – частые отказы сети в целом ¨ сложность обнаружения нарушений физической целостности высокая стоимость эксплуатации сети <= 30 станций в сегменте

Стандарт 10Base-T (IEEE 802.3i) Кабель – неэкранированная витая пара UTP Cat 3 Центральное устройство – многопортовый концентратор-повторитель (hub)

Сеть стандарта 10Base-T TX — передатчик; RX — приемник

4-port Ethernet hub

Разъем RG45 Connector

CAT5 Standard Patch Cord

CAT5 Cross-over Cable

Клещи обжимные под витую пару

Сеть Ethernet 10 Base-T Максимальный диаметр сети: 5×100 = 500 м

Иерархическое соединение концентраторов Ethernet

Правило 4 хабов Каждый повторитель вносит задержку распространения сигнала Максимальное число повторителей между любыми двумя станциями в сети равно 4 Максимальный диаметр сети 10Base-T составляет 5*100=500 м

Схема с максимальным количеством станций

Домен коллизий Домен коллизий – это часть сети Ethernet, все узлы которой конкурируют за общую разделяемую среду передачи и, следовательно, каждый узел которой может создать коллизию с любым другим узлом этой части сети

Домены коллизий

Замкнутый контур в сети Ethernet на концентраторах

Сети Ethernet 10 Мбит/с на оптическом волокне Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) – первый стандарт комитета 802.3 для использования оптоволокна в сетях Ethernet. Максимальное число повторителей между узлами осталось равным 4 Длина оптоволоконной связи между повторителями - до 1 км Стандарт 10Base-FL - незначительное улучшение стандарта FOIRL. Увеличена мощность передатчиков, расстояние между узлом и концентратором увеличилось до 2000 м. Стандарт 10Base-FB - предназначен только для соединения повторителей. Между узлами сети можно установить до 5 повторителей 10Base-FB Максимальная длина одного сегмента 2740 м Максимальный диаметр сети: 2500 м

Параметры спецификаций физического уровня для стандарта Ethernet 10 Мбит/c

Методика расчета сетей Ethernet 10 Мбит/c Количество станций в сети не превышает 1024 Максимальная длина каждого физического сегмента не превышает величины, определенной в соответствующем стандарте физического уровня Время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не превышает 575 битовых интервалов. Сокращение межкадрового расстояния IPG (Path Variability Value, PVV) при прохождении последовательности кадров через все повторители должно быть не больше, чем 49 битовых интервалов. Условия корректности сети:

Данные для расчета значения PDV

Методика расчета сетей Ethernet 10 Мбит/c

Рассчитаем значение PDV для нашего примера. Левый сегмент 1: 15.3 (база) + 100 м * 0.113 /м = 26.6 Промежуточный сегмент 2: 33.5 + 1000 * 0.1 = 133.5 Промежуточный сегмент 3: 24 + 500 * 0.1 = 74.0 Промежуточный сегмент 4: 24 + 500 * 0.1 = 74.0 Промежуточный сегмент 5: 24 + 600 * 0.1 = 84.0 Правый сегмент 6: 165 + 100 * 0.113 = 176.3 PDV = 568,4

Уменьшение межкадрового интервала повторителями

Рассчитаем значение значение уменьшения межкадрового интервала для нашего примера. Левый сегмент 1 10Base-T: сокращение в 10,5 bt Промежуточный сегмент 2 10Base-FL: 8 bt Промежуточный сегмент 3 10Base-FB: 2 bt Промежуточный сегмент 4 10Base-FB: 2 bt Промежуточный сегмент 5 10Base-FB: 2 bt Задержка передачи = 24,5 bt

Token Ring IEEE 802.5

Сети Token Ring Технология разработана IBM в 1984 году В 1985 г. Комитет 802 утвердил в качестве стандарта 802.5 2 скорости 4 и 16 Мбит/с Маркерный метод доступа Дл контроля сети одна из станций выполняет функции активного монитора

Метод маркерного доступа

Форматы кадров Token Ring В Token Ring существует три различных формата кадров: маpкеp кадp данных пpеpывающая последовательность

Приоритеты в кольце Token Ring

Маркерный метод доступа Время удержания маркера – 10 мс Время оборота маркера ≤ 2,6 с Количество станций: 260 (экранированная витая пара, STP) 70 (неэкранированная витая пара, UTP)

Кадр данных Кадр данных состоит из нескольких групп полей: последовательность начала кадра; адрес получателя; адрес отправителя; данные; последовательность контроля кадра; последовательность конца кадра

1 Б SD AC FC 1 Б 1 Б DA SA INFO FCS ED FS 1 Б 1 Б 4 Б 2-6 Б 2-6 Б SD – Start Delimiter (JK0JK000) AC – Access Control FC – Frame Control (TT00AAAA) DA, SA – Destination Address, Source Address INFO – Information FCS – Frame Check Sequence ED – End Delimiter (JK1JK1IE) I – Intermediate (0 – последний, 1 - промежуточный) E – Error (0 – без ошибок, 1 – ошибка) FS – Frame Status (ACxxACxx) Кадр данных < 4502 (18200) Б

Типы управляющих кадров DAT – Duplicate Address Test AMP – Active Monitor Present SMP – Standby Monitor Present BCN – Beacon CT – Claim Token PRG – Purge

Назначение типов кадров DAT – чтобы удостовериться, что ее адрес уникальный, станция посылает кадр «Тест дублирования адреса», когда впервые присоединяется к кольцу АМР – чтобы сообщить другим станциям, что он еще жив, активный монитор запускает кадр «Активный монитор существует»

Назначение типов кадров STP – кадр «Существует резервный монитор» отправляется любой станцией, не являющейся активным монитором CT – резервный монитор отправляет «Маркер заявки», когда подозревает, что активный монитор отказал

Назначение типов кадров BCN – cтанция отправляет кадр «Сигнал» в случае возникновения серьезных сетевых проблем (обрыв кабеля, обнаружение станции, передающей кадры без ожидания маркера). Определяя, какая станция отправляет кадр сигнала, диагностирующая программа может локализовать проблему

Назначение типов кадров PRG – кадр «Очистка» отправляется после того, как произошла инициализация кольца, и новый активный монитор заявляет о себе

Активный монитор управляет тайм-аутом в кольце порождает новые маркеры (если необходимо), чтобы сохранить рабочее состояние генерирует диагностические кадры при определенных неисправностях генерирует кадр AMP каждые 7 с

Активный монитор Выбирается при инициализации кольца в этом качестве может выступить любая станция сети При отказе монитора по какой-либо причине, запускается механизм выбора нового монитора из числа резервных

Прерывающая последовательность SD ED

Технология Token Ring

An IBM 8228 MAU

IBM connector

Технология Token Ring

Физическая реализация сетей Token Ring Станции С1, С2 и С3 подключены к кольцу через концентратор ответвительным кабелем (lobe cable), который обычно является экранированной витой парой (Shielded Twisted Pair, STP, Type 1, 2, 6, 8, 9) Длина ответвителя – до 100 м (STP) или до 45 м (UTP)

Физическая реализация сетей Token Ring станции A, B, D – H соединены магистральными связями (trunk cable). Связи такого рода используются для соединения концентраторов друг с другом для образования кольца. Порты концентраторов, предназначен-ные для такого соединения, называют-ся портами Ring-In и Ring-Out

Физическая реализация сетей Token Ring Длины магистральных кабелей между пассивными MAU: до 100 м (STP) до 45 м (UTP) Между активными MAU: до 730 м (STP) до 365 м (UTP)

Сфера применения Сети с передачей маркера являются детерминистическими сетями (можно вычислить максимальное время, которое пройдет, прежде чем любая конечная станция сможет передавать) Сеть Token Ring идеальна для применений, где задержка должна быть предсказуема и важна устойчивость функционирования сети

Сфера применения Примерами таких применений является среда автоматизированных станций на заводах Получила распространение везде, где есть ответственные приложения для которых важна не столько скорость, сколько надежная доставка информации В настоящее время по надежности Ethernet не уступает Token Ring и существенно выше по производительности

High-speed Token Ring Промышленный альянс High-Speed Token Ring вел разработку TR на скорости 128 Мбит/с (до 1998 г.) С 1997 г. IBM начал развитие технологии Fast Token Ring на скорости 100 Мбит/с

Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

Технология FDDI Работы начаты в 1980-е годы Американским Национальным Институтом по Стандартизации - ANSI, в рамках созданного для этой цели комитета X3T9.5. Начальные версии различных составляющих частей стандарта FDDI были разработаны комитетом Х3Т9.5 в 1986 - 1988 годах

Цели разработчиков технологии FDDI Повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мб/с. Повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода - повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т.п. Максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного (чувствительного к задержкам) трафиков.

Основные стандарты ANSI/ISO для FDDI

Технология FDDI 2 оптоволоконных кольца – первичное (Primary) и вторичное (Secondary) Нормальный режим – Thru (сквозной, транзитный), передача по первичному кольцу Режим свертывания – Wrap, передача по обоим кольцам

Использование кольцевой топологии для реакции на отказ/обрыв

Маркерный метод доступа Передача данных возможна в течение времени, называемого временем удержания токена – Token Holding Time (THT) Путем опроса станций устанавливается максимально допустимое время оборота маркера по кольцу (Topr) как минимальное из предложенных

2 типа трафика Синхронный – всегда захват маркера) Асинхронный – захват маркера в случае TRT < Topr при этом время удержания маркера THT = TOpr – TRT

Протоколы FDDI

Уровень MAC определяет: Протокол передачи токена Правила захвата и ретрансляции токена Формирование кадра Правила генерации и распознавания адресов Правила вычисления и проверки 32-разрядной контрольной суммы

Физический уровень разделен на два подуровня: независимый от среды подуровень PHY (Physical) зависящий от среды подуровень PMD (Physical Media Dependent) Работу всех уровней контролирует протокол управления станцией SMT (Station Management).

Уровень PHY определяет кодирование информации в соответствии со схемой 4B/5B правила тактирования сигналов требования к стабильности тактовой частоты 125 МГц правила преобразования информации из параллельной формы в последовательную

PMD определяет: Требования к мощности оптических сигналов и к многомодовому оптоволоконному кабелю 62.5/125 мкм. Требования к оптическим обходным переклю-чателям (optical bypass switches) и оптическим приемопередатчикам. Параметры оптических разъемов MIC (Media Interface Connector), их маркировка. Длина волны в 1300 нанометров, на которой работают приемопередатчики. Представление сигналов в оптических волокнах в соответствии с методом NRZI

Спецификация TP-PMD определяет возможность передачи данных между станциями по витой паре в соответствии с методом MLT-3 (как в технологии Fast Ethernet)

Уровень SMT определяет: Алгоритмы обнаружения ошибок и восстановления после сбоев Правила мониторинга работы кольца и станций Управление кольцом Процедуры инициализации кольца

Кадр данных

Поле Frame Control 80 – кадр без ограничений С0 – кадр с ограничениями Содержимое данного поля указывает на тип нагрузки, которая размещается в информационном поле кадра

Ограничения FDDI Максимальная длина сети – 200 км (100 км на кольцо) Максимальное расстояние между узлами – 2 км (-11 dB потерь между узлами) Максимальное количество узлов – 500 (1000 соединений)

Компоненты FDDI SAS (Single Attachment Station) – станция с одиночным подключением DAS (Dual Attachment Station) – станция с двойным подключением SAC (Single Attachment Concentrator) – концентратор с одиночным подключением DAC (Dual Attachment Concentrator) – концентратор с двойным подключением

Элементы сети FDDI

Пример реакции на обрыв

Fast Ethernet IEEE 802.3u

Fast Ethernet В мае 1995 года комитет IEEE принял спецификацию Fast Ethernet в качестве стандарта 802.3u Отличия обусловлены не только использованием различных кабельных систем, электрических параметров импульсов, но и способом кодирования сигналов и количеством используемых в кабеле проводников

Физический уровень состоит из трех подуровней уровень согласования (reconciliation sublayer) независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, MII, внутренний и внешний (40 Pin, 1м, 5v)) - поддерживает независимый от используемой физической среды способ обмена данными между MAC-подуровнем и подуровнем PHY. Похож на AUI, только AUI между PHY (там всегда одинаковое кодирование) и PMA устройство физического уровня (Physical layer device, PHY)

Отличия технологии Fast Ethernet от технологии Ethernet

Media Independent Interface, MII Поддерживает независимый от используемой физической среды способ обмена данными между MAC-подуровнем и подуровнем PHY Похож на AUI, только AUI между PHY (там всегда одинаковое кодирование) и PMA

Physical layer device, PHY обеспечивает кодирование данных, поступающих от MAC-подуровня для передачи их по кабелю определенного типа, синхронизацию передаваемых по кабелю данных, а также прием и декодирование данных в узле-приемнике

Подуровень кодирования (PCS) Кодирует (декодирует) данные поступающие от уровня MAC (к уровню MAC) с использованием алгоритмов 4B/5B или 8B/6T

Подуровни физического присоединения и зависимости от физической среды (PMА и PMD) Подуровни РМА и PMD осуществляют связь между подуровнем PSC и интерфейсом MDI, обеспечивая формирование в соответствии с методом физического кодирования: NRZI или MLT-3

Подуровень автопереговоров (AUTONEG) Подуровень автопереговоров позволяет двум взаимодействующим портам автоматически выбирать наиболее эффективный режим работы: дуплексный или полудуплексный 10 или 100 Мб/с

Fast Ethernet 802.3u

100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5, или экранированной витой паре STP Type 1, код 4B/5B 100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля, используется два волокна, код 4B/5B 100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3, 4 или 5, код 8B/6T Стандарты физического уровня Fast Ethernet

Форматы кадров технологии Fast Ethernet не отличаются от форматов кадров технологий 10-Мегабитного Ethernet'a. Межкадровый интервал IPG равен 0,96 мкс, а битовый интервал равен 10 нс. Все временные параметры алгоритма доступа (интервал отсрочки, время передачи кадра минимальной длины и т.п.), измеренные в битовых интервалах, не изменились Признаком свободного состояния среды является передача по ней символа Idle соответствующего избыточного кода (а не отсутствие сигналов, как в стандартах Ethernet 10 Мбит/с). Fast Ethernet и Ethernet 10

Физический уровень 100Base-FX Многомодовое (или одномодовое) оптоволокно Логическое кодирование: 4b/5b Физическое кодирование: NRZI Результирующий код передается со скоростью 125 Мбит/с 8 нс - битовый промежуток Из 32 5-битовых комбинаций использу-ется 16, остальные - под служебные

Многомодовый кабель В волоконно-оптическом кабеле этого типа используется волокно с сердцевиной диаметром 50, либо 62,5 микрометра и внешней оболочкой толщиной 125 микрометров; такой кабель называется многомодовым оптическим кабелем с волокнами 50/125 (62,5/125) микрометров Для передачи светового сигнала по многомодовому кабелю применяется светодиодный приемопередатчик с длиной волны 850 (820) нанометров Если многомодовый кабель соединяет два порта переключателей, работающих в полнодуплексном режиме, то он может иметь длину до 2000 метров

Одномодовый кабель Одномодовый волоконно-оптический кабель имеет меньший, чем у многомодового, диаметр сердцевины - 10 микрометра, и для передачи по одномодовому кабелю используется лазерный приемопередатчик, что в совокупности обеспечивает эффективную передачу на большие дистанции Длина волны передаваемого светового сигнала близка к диаметру сердцевины, который равен 1300 нанометрам. Это число известно как длина волны нулевой дисперсии В одномодовом кабеле дисперсия и потери сигнала очень незначительны, что позволяет передавать световые сигналы на большие расстояния, нежели в случае применения многомодового волокна

Разъем MDI (Medium Dependent Interface) Для подключения волоконно-оптического кабеля созданы разъемы следующих типов: MIC (Media Interface) используется в сетях FDDI. Для того чтобы обеспечить правильное подключение кабелей FDDI, разъемы помечаются буквами А, В, М и S. Буква обозначает, куда подключать штекер: к узлу или к определенному порту концентратора FDDI. Если в качестве разъема MDI 100Base-FX используется MlC FDDI, то спецификация IEЕЕ требует, чтобы этот разъем был маркирован буквой М ST SC – дуплексный разъем, единственный рекомендованный комитетом IEEE для употребления в сети 100Base-FX Fast Ethernet MT-RJ

Физический уровень 100Base-TХ Двухпарная витая пара (5 кат. или STP 150 Ом) Логическое кодирование: 4b/5b Физическое кодирование: MLT-3 Auto-negotiation - автопереговоры по принятию режима работы порта

Разъем MDI (Medium Dependent Interface) Для кабеля на неэкранированных витых парах в качестве разъема MDI следует использовать восьмиконтактный разъем RJ 45 категории 5 Этот же разъем применяется и в сети 10Base-T, что обеспечивает обратную совместимость с существующими кабельными разводками категории 5 Для экранированных витых пар в качестве разъема MDI необходимо использовать разъем STP IBM типа 1, который является экранированным разъемом DB9. Такой разъем обычно применяется в сетях Token Ring

Кабель UTP категории 5(e) В интерфейсе среды UTP 100Base-TX применяются две пары проводов Для минимизации перекрестных наводок и возможного искажения сигнала оставшиеся четыре провода не должны использоваться с целью передачи каких-либо сигналов Сигналы передачи и приема для каждой пары являются поляризованными, причем один провод передает положительный (+), а второй — отрицательный (-) сигнал Хотя уровень PHY 100Base-TX разрабатывался после принятия стандарта ANSI TP-PMD, однако номера контактов разъема RJ 45 были изменены для согласования со схемой разводки, уже использующейся в стандарте 10Base-T В стандарте ANSI TP-PMD контакты 7 и 8 применяются для приема данных, в то время как в стандартах 100Base-TX и 10Base-T для этого предназначены контакты 3 и 6 Такая разводка обеспечивает возможность использования адаптеров 100Base-TX вместо адаптеров 10 Base - T и их подключения к тем же кабелям категории 5 без изменений разводки В разъеме RJ 45 используемые пары проводов подключаются к контактам 1, 2 и 3, 6. Для правильного подключения проводов следует руководствоваться их цветовой маркировкой

Назначение контактов разъема MDI кабеля UTP 100Base-TX

Кабель STP типа 1 Стандарт 100Base-TX также поддерживает кабель на экранированных витых парах с полным сопротивлением 150 Ом Этот кабель распространен не так широко, как кабель на неэкранированных витых парах, и обычно имеется в зданиях, оборудованных сетью Token Ring Кабели на экранированных витых парах прокладывают согласно спецификации ANSI TP-PMD для кабеля на экранированных витых парах и используют для них девятиконтактный разъем типа D В разъеме DB-9 применяются контакты 1, 2 и 5, 9. Если плата NIC не имеет разъема DB-9, то к концам кабеля STP необходимо подключить штекер RJ 45 категории 5

Назначение контактов разъема MDI кабеля STP 100Base-TX

5 режимов работы 10Base-T (2 пары категории 3) 10Base-T full-duplex (2 пары категории 3) 100Base-TX (2 пары категории 5 (или Type 1A STP) 100Base-T4 (4 пары категории 3) 100Base-TX full-duplex (2 пары категории 5 (или Type 1A STP)

Auto-negotiation Переговорный процесс происходит при включении питания устройства Используются служебные сигналы проверки целостности линии технологии 10Base-T - link test pulses инкапсулируется информация переговорного процесса Auto-negotiation - Fast Link Pulse burst (FLP)

Auto-negotiation Устройство, начавшее процесс auto-negotiation, посылает своему партнеру пачку импульсов FLP, в котором содержится 8-битное слово, кодирующее предлагаемый режим взаимодействия, начиная с самого приоритетного, поддерживаемого данным узлом Если узел не понимает автодоговора, то он шлет в сеть каждые 16 мс link test pulses

Временные диаграммы передачи данных DATA с использованием различных кодов

Метод кодирования NRZI NRZI – Non Return to Zero Invertive (инверсное кодирование без возврата к нулю) Этот метод является модифицированным методом Non Return to Zero (NRZ), где для представления 1 и 0 используются потенциалы двух уровней В коде NRZ I также используется 2 потенциала, но его текущее значение зависит от предыдущего Если текущее значение бита “1”, то полученный потенциал должен быть инверсией от предыдущего, если значение бита “0” – такой же

Метод кодирования NRZI

Метод кодирования NRZI Поскольку код незащищен от долгих последовательностей “нулей”, то это может привести к проблемам синхронизации Поэтому перед передачей, заданную последовательность битов рекомендуется предварительно закодировать кодом предусматривающим скремблирование (скремблер предназначен для придания свойств случайности передаваемой последовательности данных с целью облегчения выделения тактовой частоты приемником)

Метод кодирования MLT-3 MLT-3 Multi Level Transmission – 3 (многоуровневая передача) - немного схож с кодом NRZ, но в отличии от последнего имеет три уровня сигнала Единице соответствует переход с одного уровня сигнала на другой, причем изменение уровня сигнала происходит последовательно с учетом предыдущего перехода При передаче “нуля” сигнал не меняется.

Метод кодирования MLT-3

Непрерывный поток данных спецификаций 100Base-FX/TX

Физический уровень 100Base-T4 Четырехпарная витая пара категории 3 Кодирование: 8B/6T 3 передающие витые пары Четвертая пара - для прослушивания несущей частоты в целях обнаружения коллизии 3*25Мгц = 3*33.3 Мб/c = 100 Мб/с

Физический уровень 100Base-T4 Каждые 8 бит информации MAC-уровня кодируются 6-ю троичными цифрами (ternary symbols), то есть цифрами, имеющими три состояния, 40 наносекунд Группа из 6-ти троичных цифр затем передается на одну из трех передающих витых пар, независимо и последовательно

Разъем MDI В сетях 100Base-T4 применяется неэкранированная витая пара категорий 3, 4 или 5 Используются четыре пары проводов, а это означает, что задействованы все восемь контактов разъема RJ45 Одна из четырех пар служит для передачи данных, другая — для приема, а две оставшиеся — для двунаправленной передачи данных Три из четырех пар используются для одновременной передачи данных, а четвертая — для обнаружения коллизий Один провод каждой пары передает положительный (+) сигнал, а другой — отрицательный (-) сигнал Кабель 100Base-T4 не допускает работу в полнодуплексном режиме

Назначение контактов разъема МDI кабеля UTP 100Base-T4

Соединение узлов по спецификации 100Base-T4

Использование линий связи при передаче и приеме

Алгоритм 8B/6T Алгоритм кодирования 8В6Т преобразует восьмибитовый октет данных (8B) в шестибитовый тернарный символ (6T) Кодовые группы 6Т предназначены для передачи параллельно по трем витым парам кабеля, поэтому эффективная скорость передачи данных по каждой витой паре составляет одну треть от 100 Мбит/с, то есть 33,33 Мбит/с Скорость передачи тернарных символов по каждой витой паре составляет 6/8 от 33,3 Мбит/с, что соответствует тактовой частоте 25 МГц В отличие от бинарных сигналов, которые имеют два уровня, тернарные сигналы, передаваемые по каждой паре, могут иметь три уровня.

Символьное кодирование 8B/6T скорость 3-х уровневого символьного сигнала: значение которой не превышает установленный предел

Использование витых пар (а) и кодирование 8B/6T (б)

Алгоритм 8B/6T

Таблица кодировки символов

Ограничения длины кабеля Предельная общая длина сети 100Base-TX примерно составляет 210 м Это значение необходимо соблюдать намного более жестко, чем максимум в 500 м для сети 10Base-T

Ограничения длины кабеля Требование стандарта Fast Ethernet к максимальной длине сегмента кабеля в 100 м включает в себя всю длину кабеля, соединяющего компьютер с концентратором Если кабельная разводка внутренняя и заканчивается на стороне компьютера настенной розеткой, а на стороне концентратора — коммутационной панелью, то в длину сегмента необходимо включить коммутационные кабели, соединяющие компьютер с розеткой и коммутационную панель с концентратором Спецификация рекомендует брать максимальную длину для сегмента кабеля внутренней разводки, равной 90 м, оставляя 10 м для коммутационных кабелей

Конфигурации концентраторов Стандарт Fast Ethernet описывает два типа концентраторов для сетей 100Base-TX: класс I и класс II Каждый концентратор Fast Ethernet должен иметь римскую цифру I или II, идентифицирующую его класс

Концентраторы класса I Предназначены для поддержки сегментов кабеля с различными типами передачи сигналов 100Base-TX и 100Base-FX используют один и тот же тип передачи сигналов, в то время как 100Base-T4 — отличный от него (поскольку присутствуют две двунаправленные пары) Вносят задержку в 70 bt На пути между двумя любыми узлами в сети не должно быть больше одного концентратора этого класса

Концентраторы класса II Могут поддерживать сегменты кабеля только с одинаковыми средами передачи сигналов Концентратор класса II может поддерживать либо 100Base-TX и 100Base-FX одновременно, либо отдельно 100Base-T4 Временная задержка 46 bt Между двумя любыми узлами в сети может быть установлено до двух концентраторов класса II

Максимальные длины сегментов DTE-DTE

Параметры сетей на основе повторителей класса I

Нормативы для многосегментной конфигурации Fast Ethernet

Примеры построения сети Fast Ethernet с помощью повторителей класса I

Ограничения сети Fast Ethernet на повторителях класса I

Преодоление ограничений топологии Способом преодоления ограничений топологии является разбиение единой области коллизий на несколько при помощи коммутатора Диаметр сети Fast Ethernet, использующей медный кабель и повторитель Класса I, не может превысить 200 метров Если мы добавим к этой сети единственный коммутатор и установим повторители на различные порты, то максимальный диаметр полной переключаемой ЛВС возрастет до 400 метров.

Физические интерфейсы стандарта Fast Ethernet IEEE 802.3u и их основные характеристики

100VG-AnyLAN IEEE 802.12

Сеть 100VG-AnyLAN

Gigabit Ethernet Формат кадра – прежний Существуют полудуплексная (применяется редко) и полнодуплексные версии Минимальный размер кадра увеличен с 64 до 512 байт -> 200 м домен коллизий Введен Burst Mode – несколько кадров можно передавать подряд, без межкадрового интервала – до 8192 байта, кадры м.б. меньше 512 байт Физическая среда: 1000Base-SX (Short Wavelength, 850 нм): многомодовое волокно - 220/500 м 1000Base-LX (Long Wavelength, 1300 нм): многомодовое волокно – 550 м, одномодовое – до 5000 м Твинаксиал – пара проводников в одном направлении, пара в другом

Спецификации Gigabit Ethernet 1000Base-LX: трансиверы на длинноволновом лазере, одномодовый и многомодовый оптоволоконный кабель, ограничения длины сегмента 550 м для многомодового и 3 км для одномодового кабеля

Спецификации Gigabit Ethernet 1000Base-SX: трансиверы на коротковолновом лазере и многомодовый оптический кабель. Ограничения длины сегмента 300 м для кабеля с диаметром оптического проводника 62.5 мкм и 550 м для кабеля с диаметром проводника 50 мкм

Спецификации Gigabit Ethernet 1000Base-CX: экранированная витая пара; ограничение длины сегмента - 25 м 1000Base-T: неэкранированная витая пара; ограничение длины сегмента - 100 м

Gigabit Ethernet на витой паре Параллельная передача по 4 парам категории 5 -> 250 Мбит/c по одной паре Код PAM5: -2, -1, , +1, +2 5 состояний, 2,322 бита за такт -> тактовую частоту снизили до 125 Гц Код PAM5 на тактовой частоте 125 Гц имеет спектр уже, чем 100 МГц – параметр кабеля категории 5 Полнодуплексный режим достигается за счет одновременной встречной передачи – принимаемый сигнал определяется DSP как разность между суммарным сигналом и собственным

Двунаправленная передача по четырем парам UTP категории 5

Семейство Ethernet Метод доступа CDMA/CD или Full Duplex 10Base-5 10Base-2 10Base-T 10Base-FL 10Base-FB Физический уровень - 100Base-TX E t h e r n e t F a s t E t h e r n e t 100Base-T4 100Base-FX 1000Base-SX 1000Base-LX 1000Base-TX G i g a b i t E t h e r n e t 10GB – стандарт активно разрабатывается, область применения – магистрали глобальных сетей Конкурент SDH

Среднее время ожидания r 1 W 0.5 При r < 0.5 задержки близки к 0 - низкая загрузка сети гарантирует качество обслуживания!