Технологии Ethernet, Fast Ethernet,Token Ring и Gigabit Ethernet

1.

Технологии
локальных сетей
Ethernet
Token
Ring, FDDI
Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN
Gigabit Ethernet

2.

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

3.

Уровень MAC
Основными функциями уровня MAC
являются:
обеспечение доступа к разделяемой
среде;
передача кадров между конечными
узлами, используя функции и устройства
физического уровня.

4.

Транспортировка кадров
Осуществляется уровнем MAC в несколько этапов, которые в общем
случае не зависит от выбранного метода доступа.
1. Формирование кадра. На этом этапе осуществляется заполнение
полей кадра на основании информации, получаемой от протокола
верхнего уровня. После того как кадр сформирован, уровень MAC
подсчитывает контрольную сумму кадра и помещает ее в
соответствующее поле.
2.Передача кадра через среду. Когда кадр сформирован и доступ к
разделяемой среде получен, уровень MAC передает кадр на физический
уровень, который побитно передает все поля кадра в среду.
3.Прием кадра. Уровень MAC каждого узла сети, подключенного к
разделяемой среде, проверяет адрес назначения поступившего кадра, и
если он совпадает с его собственным адресом, то продолжает его
обработку, в противном случае кадр отбрасывается.
Из этого описания следует, что Ethernet реализует дейтаграммный
полудуплексный режим передачи данных.

5.

Уровень LLC
Выполняет две функции:
организует интерфейс с прилегающим к нему сетевым
уровнем;
обеспечивает доставку кадров с заданной степенью
надежности.
Предоставляет верхним уровням три типа транспортных
услуг:
Услуга LLC1 — услуга без установления соединения и без
подтверждения получения данных.
Услуга LLC2 — дает пользователю возможность
установить логическое соединение.
Услуга LLC3 — услуга без установления соединения, но с
подтверждением получения данных.

6.

Демультиплексирование кадров
протоколом LLC
IPX
IP
LLC
MAC
Физический уровень
NetBIOS

7.

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

8.

Методы доступа к физической среде
(уровень МАС)
Случайный
доступ
Кольцо с маркерным
доступом
(token ring)
Детерминированный
доступ
Шина с маркерным
доступом
(token bus)

9.

Метод случайного доступа Ethernet
Ориентирован на среду типа “общая шина”
9.6 мксек
Шина
1
2
Коллизия (jam)
3
1
1
Попытка
доступа
Прослушивание
Узел 1
Попытка
доступа
Ожидание
Узел 2
Ожидание
Узел 3
Пауза = L Интервал отсрочки
L [0, 2N], N - номер попытки, N 10
Пауза = [0, 1024 Tотсрочки] = [0, 524288] = [0мкс, 0.52с]

10.

Возникновение коллизии
Узел 1
Узел 3
Стол кновение
сигналов
Сред а свобод на —
узел 3 начинает
передачу
Узел 3 обнаруживает
коллиз ию
Колл изия распространяется
до узл а 1

11.

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!

12.

Основные параметры протокола
Ethernet
Битовая скорость
10Мб/c
Интервал отсрочки
512 бит
Межкадровый интервал
9.6 мкс
Максимальное число попыток передачи
16
Максимальное число возрастания
диапазона паузы
Длина jam-последовательности
Максимальная длина кадра (без преамбулы)
Минимальная длина кадра (без преамбулы)
Длина преамбулы
10
32 бита
1518 байт
64 байта (512 бит)
64 бита

13.

Форматы кадров Ethernet
Кадр Ethernet DIX (II)
6
6
2
DA
SA
T
46-1500
4
Data
FCS
Данные
Адрес назначения
Тип протокола,
Адрес источника которому предназначены
данные
Контрольная
сумма
Кадр Novell 802.3/ Raw 802.3
6
6
2
DA
SA
L
46-1500
4
Data
FCS
Длина кадра
Кадр 802.3/ LLC – стандарт IEEE
6
6
2
1
1
1(2)
DA
SA
L DSAP SSAP Cont.
Заголовок LLC
46-1497
4
Data
FCS
Тип протокола,
которому предназначены данные

14.

Кадр Ethernet SNAP – универсальный
6
6
2
1
1
DA
SA
L DSAP SSAP Cont. OUI T
Код организации,
стандартизующей значения
поля T,
Код IEEE – 00 00 00
1(2)
3
2
46-1492
4
Data
FCS
Тип протокола,
которому предназначены
данные

15.

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

16.

Использование кадров Ethernet
различными стеками
протоколов
Тип кадра
Сетевые протоколы
Ethernet II
IPX, IP, AppleTalk Phase I
Ethernet 802.3
IPX
Ethernet 802.2
IPX, FTAM
Ethernet SNAP
IPX, IP, AppleTalk Phase II

17.

Сеть Ethernet 10 Base-5
до 500 м
Трансивер
Кабель RG6
50 Ом
терминатор
Кабель
(до 50 м)
100 станций
<= 100
станций в сегменте
AUI
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

18.

Многосегментная сеть
Ethernet 10 Base-5
Повторитель
...
Кабель сегмента
Т рансивер
Блок
повторения
Т рансивер
Терминатор
сегмента
Правило 5-4-3
Сетевой адаптер
Кабель интерфейса A UI
Максимум: 5 сегментов (5 x 500 м = 2500 м)
4 повторителя
3 нагруженных сегмента
99 х 3 = 297 станций

19.

Структура сетевого адаптера 10
Base-5 Ethernet
Приемник
РЭ
Детектор
коллизий
РЭ
Данные
Управление
Управление
выходом
(локальное)
РЭ
Передатчик
Управление от
адаптера
РЭ
Данные
Управление
Питание
Земля
К
а
б
е
л
ь
A
U
I

20.

Сеть Ethernet 10 Base-2
до 185 м
50 Ом
терминатор
Кабель RG58С/U
BNC
T-коннектор
Достоинства:
<= 30 станций в сегменте
¨ 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

21.

Сеть Ethernet 10 Base-T
Концентратор
Rx
Tx
10Base-T
R x Tx
Rx
Tx
Витая пара
категории 3
Длина 100 м
Разъем
RJ-45
Tx R x
Сетевой адаптер
Tx R x
Станция
Максимальный диаметр
сети: 2500 м
Tx R x

22.

Сети Ethernet 10 Мбит/с на оптическом
Максимальный
волокне
диаметр сети: 2500 м
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

23.

Параметры спецификаций
физического уровня для стандарта
Ethernet
10 Мбит/c
10Base-5
10Base-2
10Base-T
10Base-F
Кабель
толстый
коаксиальны
й кабель RG-8
или RG-11
тонкий
коаксиальный
кабель RG-58
неэкранированная витая
пара UTP
Cat3,4,5
многомодовый
волоконнооптический
кабель
Максимальная
длина сегмента
500 м
185 м
100 м
2000 м
Максимальное
расстояние между
узлами сети
(при
использовании
повторителей)
Максимальное
число станций в
сегменте
2500 м
925 м
500 м
2500 м
(2740 м для
10Base-FB)
100
30
1024
1024
Максимальное
число
повторителей
между
любыми
4
4
4
4 (5 для
10 Base-FB)

24.

Иерархическое соединение
концентраторов Ethernet
Концент ратор 1
(хаб)
10Base-FL
10Base-FB
10Base-T
A
Концент ратор 2
Концент ратор 3
B
C
10Base-T
10Base-T
Концент ратор 4
Вся сеть — один домен коллизий

25.

Максимизация количества узлов в
сети Ethernet на концентраторах
Корневой
концентратор
Концентратор 1
Концентратор 2
Концентратор N

26.

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

27.

Домены коллизий
Router
Bridge
Switch
E
D
Switch
B
A
Hub
Switch
C

28.

Building 3
Building 2
S4, 500 m
10Base-FB
S3, 500 m
10Base-FB
Building 1
S5, 1000 m
?
10Base-FL
S2, 600 m
10Base-FB
S6, 100 m
10Base-T
Building 5
Building 4

29.

Методика расчета сетей Ethernet 10 Мбит/c
Условия корректности сети:
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.

30.

Методика расчета сетей
Ethernet 10 Мбит/c
500 м
10 Base-FB
Сегмент 3
Концентратор 3
500 м
10 Base-FB
Сегмент 4
Промежуточный сегмент
Концентратор 2
Концентратор 4
1 000 м
10 Base-FL
600 м
10 Base-FB
Сегмент 2
Сегмент 5
Концентратор 1
Сегмент 1 100 м
10 Base-T
Концентратор 5
Правый сегмент
Левый сегмент
Сегмент 6
100 м
10 Base-T