Огляд технологій, застосовуваних для побудови локальних мереж, Локальні мережі, статті

Олександр Приймак

Ethernet

Перше, що спадає на думку, коли мова заходить про
технологіях локальних мереж – це, звичайно, Ethernet. Ця технологія була
розроблена в 1970 році Дослідницьким центром в Пало-Альто,
належить корпорації Xerox. У 1980 р. на його основі з’явилася
специфікація IEEE 802.3. Мабуть, найхарактернішою рисою Ethernet
є метод доступу до середовища передачі – CSMA / CD (carrier-sense multiple
access / collision detection) – множинний доступ з виявленням несучої.
Перед початком передачі даних мережевий адаптер Ethernet “прослуховує”
мережу, щоб упевнитися, що ніхто більше її не використовує. Якщо середа
передачі в даний момент кимось використовується, адаптер затримує
передачу, а як ні, то починає передавати. У тому випадку, коли два
адаптера, попередньо прослухавши мережевий трафік і виявивши “тишу”,
починають передачу одночасно, відбувається колізія. При виявленні
адаптером колізії обидві передачі перериваються, і адаптери повторюють передачу
через деякий випадковий час (природно, попередньо знову
прослухавши канал на предмет зайнятості). Для прийому інформації адаптер
повинен приймати всі пакети в мережі, щоб визначити, чи не він є
адресатом.

Різні реалізації – Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet –
забезпечують пропускну здатність відповідно 10, 100 і 1000 Мбит / с.





























Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet
Номінальна швидкість передачі інформації, Мбіт / с 10 100 1000
Середа передачі Вита пара, коаксіал, оптоволокно Вита пара, оптоволокно Вита пара, оптоволокно
Варіанти реалізації 10 Base2,
10 BaseT,
10 Base5, 1
Base5, 10

Broad36
100 Base-TX,
100 Base-FX,
100 Base-T4
1000Base-X
1000Base-LX
1000Base-SX
1000Base-CX

1000Base-T
Топологія Шина, зірка Зірка Зірка

Основний недолік мереж Ethernet обумовлений методом доступу до середовища
передачі: при наявності в мережі великої кількості одночасно передавальних
станцій зростає кількість колізій, а пропускна здатність мережі падає.
В екстремальних випадках швидкість передачі в мережі може впасти до нуля. Але
навіть в мережі, де середнє навантаження не перевищує максимально допустиму
рекомендовану (30-40% від загальної шпальти пропускання), швидкість передачі
складає 70-80% від номінальної. В деякій мірі цей недолік
може бути усунутий застосуванням комутаторів (switch) замість
концентраторів (hub). При цьому трафік між портами, підключеними до
передавальному і приймає мережевим адаптерам, ізолюється від інших портів
і адаптерів.

Дуже істотним перевагою різних варіантів Ethernet є
зворотна сумісність, яка дозволяє використовувати їх спільно в
однієї мережі, в ряді випадків навіть не змінюючи існуючу кабельну систему.

Ця технологія настільки поширена й різноманітна, що заслуговує
окремого огляду.

Token Ring

У 1970 році ця технологія була розроблена компанією
IBM, а після стала основою стандарту IEEE 802.5. Token Ring є мережею
з передачею маркера. Кабельна топологія – зірка або кільце, але в
логічно дані завжди передаються послідовно від станції до станції по
кільцю. При цьому способі організації передачі інформації по мережі
циркулює невеликий блок даних – маркер. Кожна станція приймає
маркер і може утримувати його протягом певного часу. Якщо
станції немає необхідності передавати інформацію, вона просто передає
маркер наступної станції. Якщо станція починає передачу, вона модифікує
маркер, який перетворюється в послідовність “початок блоку
даних “, після якого слід власне передана інформація. На
час проходження даних маркер в мережі відсутня, таким чином
інші станції не мають можливості передачі і колізії неможливі в
принципі. При проходженні станції призначення інформація приймається, але
продовжує передаватися, поки не досягне станції-відправника, де
видаляється остаточно. Для обробки можливих помилок в результаті
яких маркер може бути загублений, в мережі присутній станція з особливими
повноваженнями, яка може видаляти інформацію, відправник якої не
може видалити її самостійно, а також відновлювати маркер. Оскільки
для Token Ring завжди можна заздалегідь розрахувати максимальну затримку
доступу до середовища для передачі інформації, вона може застосовуватися в різних
автоматизованих системах управління, виробляють обробку інформації
і керування процесами в реальному часі. Для збереження
працездатності мережі при виникненні несправності передбачені
спеціальні алгоритми, що дозволяють в ряді випадків ізолювати несправні
ділянки шляхом автоматичної реконфігурації. Швидкість передачі, описана
в IEEE 802.5, становить 4 Мбіт / с, проте існує також реалізація 16
Мбіт / с, розроблена в результаті розвитку технології Token Ring.

ARCnet

Attached Resourse Computing Network (ARCnet)
– Мережева архітектура, розроблена компанією Datapoint в середині 70-х
років (напевно, пора уточнювати – XX століття :-).

В якості стандарту IEEE ARCnet прийнятий не був, але частково
відповідає IEEE 802.4. Мережа з передачею маркера. Топологія – зірка або
шина. В якості середовища передачі ARCnet може використовувати коаксіальний
кабель, виту пару і оптоволоконний кабель. На місцевому грунті, природно,
були популярні варіанти на коаксіалі і кручений парі. Закріпити свої позиції
цього недорогому стандарту завадило мале швидкодія – всього лише 2,5
Мбіт / с. На початку 90-х Datapoint розробила ARCNETPLUS, зі швидкістю
передачі до 20 Мбіт / с, назад сумісний з ARCnet. Але час був упущений
– Надто повільний ARCnet на той час мало де вижив, а в спину
новому ARCNETPLUS вже дихав Fast Ethernet. Але є місце для застосування
ARCnet і в сучасній мережі. Допустима довжина коаксіального кабелю при
топології “зірка” – 610 м. Чим не варіант для з’єднання локальних мереж
в двох поруч розташованих будинках? Що називається – “дешевше не буває”.
Проблеми дві – знайти старовинні мережеві адаптери і “прикрутити” старі
драйвера до сучасної операційній системі :-).

FDDI

Технологія Fiber Distributed Data Interface
(FDDI) була розроблена в 1980 році комітетом ANSI. Була першою
технологією локальних мереж, що використала в якості середовища передачі
оптоволоконний кабель. Причинами, що викликали його розробку, були
зростаючі вимоги до пропускної здатності та надійності мереж. Цей
стандарт обумовлює передачу даних за подвійним кільцем оптоволоконного
кабелю зі швидкістю 100 Мбіт / с. При цьому мережа може охоплювати дуже
великі відстані – до 100 км по периметру кільця. FDDI, також як і
Token Ring, є мережею з передачею маркера. У FDDI поділяються 2 види
трафіку – синхронний і асинхронний. Смуга пропускання, що виділяється для
синхронного трафіку, можливо виділятися станціям, яким необхідна
постійна можливість передачі. Це дуже цінна властивість при передачі
чутливою до затримок інформації – як правило, це передача голосу і
відео. Смуга пропускання, що виділяється під асинхронний трафік, може
розподілятися між станціями за допомогою восьмирівневий системи
пріоритетів. Застосування двох оптоволоконних кілець дозволяє істотно
підвищити надійність мережі. У звичайному режимі передача даних відбувається по
основному кільцю, вторинне кільце не задіюється. При виникненні
несправності в основному кільці вторинне кільце об’єднується з основним,
знову утворюючи замкнуте кільце. При множинних несправності мережу
розпадається на окремі кільця.

Висока надійність, пропускна здатність і допустимі відстані, з
одного боку, і висока вартість обладнання, з іншого, обмежують
область застосування FDDI з’єднанням фрагментів локальних мереж,
побудованих за більш дешевим технологіям.

Технологія, заснована на принципах FDDI, але із застосуванням як
середовища передачі мідної витої пари, називається CDDI. Хоча вартість
побудови мережі CDDI нижче, ніж FDDI, втрачається дуже суттєве
перевага – великі допустимі відстані.

ATM

Американський національний інститут стандартів (ANSI) і
Міжнародний консультативний комітет по телефонії і телеграфії (CCITT,
МККТТ) починали розробку стандартів ATM (Asynchronous Transfer
Mode
– Асинхронний Режим Передачі) як набору рекомендацій для
мережі B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network). При цьому
спочатку ставилася мета підвищення ефективності використання
телекомунікаційних з’єднань, можливість застосування в локальних мережах
не розглядалася. Так як ATM, з одного боку, дуже специфічна і
несхожа на інші технології, а з іншого боку, отримала досить
широке поширення (особливо за кордоном :-), вона заслуговує
окремого, вельми обширного огляду. Зараз спробую відзначити тільки
основні риси.

У технології ATM використовуються невеликі, фіксованої довжини пакунки
звані осередками (cells). Розмір осередку – 53 байта (5 байт заголовок +
48 байт дані).

На відміну від традиційних технологій, застосовуваних в локальних мережах,
АТМ – технологія з встановленням з’єднання. Тобто перед сеансом передачі
встановлюється віртуальний канал відправник-одержувач, який не може
використовуватися іншими станціями. (В традиційних технологіях з’єднання
не встановлюється, а в середу передачі поміщаються пакети із зазначеним
адресою.) Декілька віртуальних каналів АТМ можуть одночасно
співіснувати в одному фізичному каналі.

Для забезпечення взаємодії пристроїв в ATM використовуються
комутатори. При встановленні з’єднання в таблицю комутації заносяться
номер порту і ідентифікатор з’єднання, який присутній в заголовку
кожної клітинки. Надалі комутатор обробляє надходять осередки,
грунтуючись на ідентифікаторах з’єднання в їх заголовках.

Технологія ATM надає можливість регламентувати для кожного
з’єднання мінімально достатню пропускну здатність, максимальну
затримку і максимальну втрату даних, а також містить методи для
забезпечення управління трафіком і механізми забезпечення певного
якості обслуговування. Це дозволяє поєднувати в одній мережі кілька
типів трафіку в одній мережі. Зазвичай виділяють 3 різновиди трафіку –
відео, голос, дані.

Технологія АТМ відрізняється широкими можливостями масштабування. В
рамках застосування АТМ в локальних мережах інтерес представляють варіанти зі
швидкістю передачі 25 (вита пара класу 3 і вище) і 155 Мбіт / с (кручена
пара класу 5, оптоволокно), 622 Мбіт / с (оптоволокно). Існуючі
стандарти АТМ передбачають швидкості передачі аж до 2,4 Гбіт / с.

Використання АТМ на практиці, перш за все, привабливо
можливістю використовувати одну мережу для всіх необхідних видів трафіку,
причому технологія АТМ не обмежується рівнем локальних мереж – ті ж
самі принципи функціонування і в WAN сегментів мереж ATM. В якості
недоліку можна вказати вартість обладнання, істотно більшу, ніж
у Fast Ethernet, наприклад. Крім того, сама організація мереж АТМ
дещо складніше і в ряді випадків вимагає суттєвої реорганізації
існуючої мережі.

100VG-AnyLAN

Технологія розроблялася на початку 90-х спільно
компаніями AT & T і HP, як альтернатива технології Fast Ethernet, для
передавання даних у локальній мережі зі швидкістю 100 Мбіт / с. Влітку 1995 року
отримала статус стандарту IEEE 802.12. “Any” в назві має означати
мережі Ethernet і Token Ring, в яких може працювати 100VG-AnyLAN. Кожен
концентратор 100VG-AnyLAN може бути налаштований на підтримку кадрів 802.3
(Ethernet), або кадрів 802.5 (Token Ring). Специфічні нововведення
100VG-AnyLAN – це метод доступу Demand Priority і схема квартетного
кодування Quartet Coding, яка використовує надлишковий код 5В/6В. Demand
Priority визначає просту систему пріоритетів – високий, застосовуваний для
мультимедійних додатків, і низький – застосовуваний для всіх інших. В
результаті коефіцієнт використання пропускної здатності мережі повинен
підвищуватися. При цьому роль арбітра при передачі трафіку виконують
концентратори 100VG-AnyLAN. За рахунок застосування спеціального кодування та
4-х пар кабелю, мережі 100VG-AnyLAN можуть використовувати виту пару категорії
3. Природно, можуть використовуватися кабелі більш високих категорій, також
підтримується оптоволоконний кабель. Технологія не отримала широкого
поширення, особливо на місцевому грунті. З точки зору швидкості
передачі інформації з 100VG-AnyLAN конкурує Fast Ethernet, який при
подібних швидкісних характеристиках набагато більш сумісний з іншими
реалізаціями Ethernet і більш дешевий. З точки зору спеціальних
можливостей для передачі мультимедійного трафіку в конкуренцію вступає
ATM, що до того ж має куди більші можливості масштабування –
як по швидкості, так і по покривається території.

Apple Talk, Local Talk

Apple Talk – стек протоколів, запропонований
компанією Apple на початку 80-х років. Спочатку протоколи Apple Talk
застосовувалися для роботи з мережевим обладнанням, об’єднуються назвою
Local Talk, до якого відносяться адаптери Local Talk (вбудовані в
комп’ютери Apple), кабелі, модулі з’єднувачів, подовжувачі кабелю. Сегмент
Local Talk може об’єднувати до 32 вузлів. Топологія мережі – загальна шина або
дерево, максимальна довжина – 300 м, швидкість передачі – 230,4 Кбіт / с,
Середа передачі – екранована вита пара. Мала пропускна здатність
Local Talk викликала необхідність розробки адаптерів для мережевих середовищ з
більшою пропускною здатністю – Ether Talk, Token Talk і FDDI Talk для
мереж стандарту Ethernet, Token Ring і FDDI відповідно. Теоретично
Apple Talk може працювати з будь-яким різновидом реалізації канального
рівня. В даний час використовується розширений стек протоколів,
відомий під назвою Apple Talk Phase II, в якому розширені
можливості маршрутизації в порівнянні з початковою реалізацією. Як і
більшість інших виробів компанії Apple, живе всередині “яблучного” світу і
практично не перетинається зі світом PC.

UltraNet

Думаю, мало кому випаде можливість зустріти цю
технологію “живцем”. Вона використовується для роботи з обчислювальними
системами класу суперкомп’ютерів і “великими” машинами. UltraNet
являє собою апаратно-програмний комплекс, здатний забезпечити
швидкість обміну інформацією між пристроями, підключеними до нього, до 1
Гбіт / с. Ця технологія використовує топологію “зірка” з концентратором в
центральній точці мережі. UltraNet відрізняється досить складною фізичної
реалізацією і зовсім нескромними цінами на обладнання – під стать
цінами на суперкомп’ютери. Для ініціалізації та управління мережею UltraNet
навіть використовуються комп’ютери класу Intel 386, які підключаються до
концентратора. Іншими елементами мережі UltraNet є мережеві
процесори і канальні адаптери. Також до складу мережі можуть входити мости і
роутери для з’єднання її з мережами, побудованими за іншими технологіями
(Ethernet, Token Ring). В якості середовища передачі можуть використовуватися
коаксіальний кабель і оптоволокно. Хости, що підключаються до UltraNet, можуть
знаходиться один від одного на відстані до 30 км. Можливі також з’єднання
і на великі відстані шляхом підключення через високошвидкісні канали
WAN.

Banyan VINES

Ця технологія розроблена компанією Banyan Virtual
Network System (VINES). В якості методів доступу до середовища може
використовувати загальновідомі – Ethernet, Token Ring (та інші, що застосовуються
вже в WAN). На більш високому рівні Banyan VINES використовують
модифіковані протоколи XNS, розроблені корпорацією Xerox в кінці
1970-початку 1980 років. До слова сказати, XNS послужили основою ще для
дуже багатьох реалізацій протоколів, які отримали набагато більше
поширення, ніж власне XNS. Протоколи високого рівня Banyan
VINES досить сильно нагадують TCP / IP, але плюс до традиційних рис
TCP / IP, мають цілий ряд доповнень, покликаних поліпшити, розширити, і
зробити більш зручним все, що можна зробити таким :-). Крім того, ім’я
“Banyan VINES” носить мережева OC. Складно сказати, чому ця вельми
цікава технологія не одержала широкого поширення, по крайней
мірою на місцевому грунті – ймовірно, просто вона не опинилася в потрібний час в
потрібному місці.

Схожі статті:


Сподобалася стаття? Ви можете залишити відгук або підписатися на RSS , щоб автоматично отримувати інформацію про нові статтях.

Коментарів поки що немає.

Ваш отзыв

Поділ на параграфи відбувається автоматично, адреса електронної пошти ніколи не буде опублікований, допустимий HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

*

*