Сети и телекоммуникации

381

В варианте на рис. 28.1,б сегменты объединяются в магистраль с помо-

щью ретрансляторов, подключаемых к приемопередатчикам. Между любыми двумя системами не может быть более двух ретрансляторов. Пример сложной конфигурации представлен на рис. 28.1,в. Для связи удаленных сегментов ис-

пользуется ретранслятор длинной линии, предельная длина которой может дос-

тигать 1 км. При любой конфигурации расстояние между системами не должно превышать 2,5 км.

Сеть имеет трехуровневую организацию. Верхний уровень — прикладной

— объединяет функции и средства обработки данных и ввода-вывода сообще-

ний. Канальный и физический уровни обеспечивают доступ к моноканалу и пе-

редачу по нему сообщений. Функции двух нижних уровней реализуются прие-

мопередатчиком и сетевым адаптером, который в этой сети называется або-

нентской станцией. Приемопередатчик установлен непосредственно на коакси-

альном кабеле и служит для формирования сигналов, приема сигналов из кана-

ла и выявления столкновений. С помощью кабеля к приемопередатчику под-

соединяется плата контроллера — абонентской станции, которая реализует дос-

туп к моноканалу, передачу и прием сообщений, а также сопряжение с интер-

фейсом ЭВМ — шиной ввода-вывода. ЭВМ выполняет прикладные функции,

функции управления передачей данных между взаимодействующими процес-

сами (абонентами), а также часть функций по управлению информационным каналом.

Передаваемые по каналу данные представляются в манчестерском коде.

Для исключения потерь первых битов кадра передача предваряется последова-

тельностью из 64 бит:

1010101010101010 . . . 10101011 .

Последовательность 1010...10 — это серия сигналов с частотой 5 МГц.

Код «11», завершающий последовательность, отмечает момент начала кадра.

Приемник включается в работу при обнаружении последовательности 1010...10

382

и после поступления кода «11» начинает прием битов кадра. После исчезнове-

ния сигналов в канале кадр считается принятым и начинается его обработка.

Способ доступа к каналу – свободный с проверкой несущей и столкнове-

ний. Контроллер проверяет наличие сигналов в канале и после исчезновения несущей начинает передачу кадра в канал с задержкой 9,8 мкс. Задержка созда-

ет межкадровый интервал, в течение которого аппаратура контроллеров вос-

станавливает свое исходное состояние и может принимать очередной кадр. В

том случае, если при передаче приемопередатчик выявляет столкновение, кон-

троллер прекращает передачу кадра и «подкрепляет» столкновение, передавая в канал помеху в виде последовательности из 32…48 бит. При этом системе раз-

решается сделать еще 15 попыток передачи кадра. Если все 16 попыток оказа-

лись неудачными, выдается сигнал об ошибке.

Рис. 28.2. Формат кадра ЛВС «Ethernet»

Формат кадра сети «Ethernet» представлен на рис. 28.2. Адреса разделя-

ются на три типа; физические, групповые и широковещательные. Физический – адрес, однозначно определяющий систему сети. Групповой адрес определяет группу систем. Широковещательный адрес относится ко всем системам сети.

Тип адреса кодируется в первом бите адреса приемника: 0 – физический, 1 –

групповой или широковещательный адрес. Последний кодируется единицами во всех 48 разрядах поля адреса приемника. Источник идентифицируется своим физическим адресом, представляемым во втором ноле кадра. Поле типа кадра идентифицирует команды и ответы. Контроль правильности передаваемых дан-

ных осуществляется с помощью 32-разрядного циклического кода.

Сеть «Cambridge Ring» (CR, Кембриджское кольцо)

383

Сеть разработана в Кембриджском университете в 1979 г. Аппаратура выпускается под названием Роlynet. Сеть имеет кольцевую структуру. Сетевые адаптеры соединяются кабелем, состоящим из двух экранированных пар витых проводов. Обе пары используются для передачи сигналов. Значение 1 передает-

ся сигналами сразу по двум парам, значение 0 — сигналом по одной паре. Эти же пары используются для питания; цепи разных пар имеют различные потен-

циалы. Расстояние между соседними адаптерами не должно превышать 100 м,

чтобы скорость передачи данных по моноканалу была не менее 10 Мбит/с при использовании достаточно простых приемопередатчиков.

Данные передаются по кольцу в виде кадров из 38 бит. Структура кадра представлена на рис. 28.3. Кадр может быть свободным или заполненным. Сво-

бодный кадр отмечается единичным значением во

Для устранения некоторых ошибок функционирования сети используется ГВМ-монитор. Монитор отмечает каждый проходящий кадр установкой бита 3

в единицу. Если поступает кадр с меткой монитора, равной 1, значит, система-

источник по какой-то причине не освободила кадр. В этом случае очистку кад-

384

ра выполняет монитор. При запуске сети монитор генерирует набор свободных кадров, число которых фиксировано и зависит от протяженности кольца. При этом учитывается, что каждый адаптер по кольцу вносит задержку 2 бита и за-

держка кабеля составляет 4 бита на каждые 100 м длины.

МКС МКС (мост)

(мост)

Рис. 28.4. Четырѐхуровневая кольцевая структура ЛВС CFR

В сети CR реализована передача данных в режиме сеанса связи, преду-

сматривающая передачу серии взаимосвязанных субкадров, длина которой оп-

ределяется при генерации сети. Для установления сеанса связи источник фор-

мирует и передает кадр, несущий заголовок сеанса. В заголовке указывается число субкадров, передаваемых в одном кадре. Если приемник готов принять

385

кадр с данными, он возвращает источнику кадр с заголовком сеанса и меткой

«кадр принят»; в ответ источник передает адресату последовательность субкад-

туру кадра (рис. 28.5) за счѐт увеличения длины поля данных до 32 байт, увели-

чения адресных полей до 2 байт, а также введения циклической проверочной суммы длинной 12 бит (Cyclic Redundancy Check, CRC).

Проект 802 стандарта ЛВС

Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) в

США подготовил в 1981 г. проект стандарта локальных сетей. Проект охваты-

вает только два нижних уровня сетевых средств — управление физическим и информационным каналом, включая управление доступом к каналу, и устанав-

ливает протоколы уровней 1, 2.1 и 2.2 (рис. 24.3).

386

В основу управления информационным каналом положен протокол

HDLC — стандартный протокол второго уровня, используемый в сетях переда-

чи данных с коммутацией кадров. Формат кадра, определяемый проектом 802,

представлен на рис. 28.6. Кадр обрамлен флаговыми комбинациями 01111110,

используемыми на уровне управления физическим каналом. Адреса назначения и источника кодируются одним (как и на рисунке) или несколькими байтами

(до семи). Первый разряд байта адреса называется битом расширения адреса.

Когда его значение равно 1, байт адреса является последним. Если бит расши-

рения равен 0, адрес продолжается в следующем байте кадра. Например, двух-

байтовый адрес назначения имеет следующую структуру:

а двухбайтовый адрес источника —

где D (destination) и S (source) — биты адреса, принимающие значение 0 или 1.

Второй бит адреса источника L/G — идентификатор типа адреса: L/G=0

обозначает индивидуальный адрес, а L/G=1 — групповой адрес. Групповой ад-

рес относится к совокупности систем. Единицы во всех битах адреса назначе-

ния определяют глобальный адрес, относящийся ко всем абонентам сети.

Бит C/R адреса источника используется для обозначения команд и отве-

тов: C/R = 0 — команда; C/R = 1 — ответ. Адрес источника может быть только индивидуальным. Байт управления используется для обозначения типа кадра.

Применяются три типа кадров: I — информационный, С — управляю-

щий, U — ненумерованный. Тип кадра определяется значением одного или двух первых битов поля управления. Информационные кадры служат для пере-

дачи нумерованных кадров и несут в поле управления следующие дан-

ные: N(S) – порядковый номер передаваемого кадра по модулю 8; N(R) — по-

рядковый номер следующего принимаемого кадра по модулю 8; P/F — бит за-

проса/ответа. Кадр команды с битом запроса P/F = 1 используется для обраще-

387

ния к системе-адресату с целью получения кадра ответа, который должен иден-

тифицироваться битом P/F = 0. Управляющие кадры C предназначены для пе-

редачи подтверждений о приеме кадров, запросов на повторную передачу ин-

формационных кадров и на временное прекращение передачи кадров I. В кад-

рах С поле СС указывает функцию управления, определяемую кадром. Нену-

мерованные кадры U используются для реализации дополнительных функций управления передачей данных и для передачи ненумерованных кадров, данных.

Область данных может содержать любое целое число байтов, а в управляющих и ненумерованных кадрах может отсутствовать. Код циклической проверочной суммы КЦС служит для проверки корректности кадра. Допускается использо-

вание 16- и 32-разрядных циклических сумм.

1 8 1 8 1 8 1 8 1 16 1 8

Рис. 28.6. Формат кадра ЛВС (проект 802)

Состав команд и ответов, переносимых кадрами разных типов, перечис-

лен в табл. 28.1. Кадр «Запрос» используется для повторной передачи кадров типа I, начиная от кадра с номером N(R). Команда «Идентификация станции»

служит для получения данных о типе системы, предельном размере принимае-

мого кадра и др. С помощью ответа «Отказ» система, выдавшая команду, из-

388

вещается о переходе отвечающей системы в состояние, которое не может быть исправлено посредством повторной передачи.

Проект 802 определяет два способа доступа к моноканалу: свободный доступ с проверкой несущей и столкновений и эстафетный доступ. Способ СДПНС реализуется так же, как в сети Ethernet. Эстафетный доступ распро-

страняется как на кольцевую, так и на магистральную структуру моноканала. В

каждом случае эстафета передается последовательно от системы к системе. При этом в магистральной структуре организуется логическое кольцо за счет того,

что система передает эстафету следующей системе в кадре управления, получа-

ет ответ о приѐме кадра и переходит в состояние ожидания приема данных, в

котором пребывает до получения эстафеты. Для поддержания работы кольца применяются специальные процедуры контроля использования моноканала,

изменения структуры кольца при отказе станций и создания кольца.

Таблица 28.1.

Состав команд и ответов

Проект 802 предусматривает стандартные скорости передачи данных 1; 5, 10 и 100 Мбит/с для экранированных витых пар, коаксиального кабеля, а также

1000 Мбит/с для волоконно-оптического кабеля. В настоящее время в рамках проекта 802 разработаны и активно используются методы и способы множест-

венного беспроводного (радио-) доступа.

Стандарт ANSI FDDI

389

Стандарт интерфейса (оптического разъѐма, рис. 25.2) FDDI (Fiber Distributed Data Interface) был разработан комитетом X3T9.51 Американского нацио-

нального института стандартизации (ANSI). FDDI поддерживается всеми веду-

щими производителями сетевого оборудования.

Оптический интерфейс FDDI используется в высокоскоростных ЛВС

(100…1000 Мбит/с), а также в магистральных сетях передачи данных, и служит для подключения ЭВМ и других сетевых устройств к волоконно-оптическому каналу кольцевой и магистральной структуры. Наибольшее применение интер-

фейс FDDI нашел в ЛВС кольцевой структуры (в частности, Token Ring, мар-

керное кольцо, стандарт был разработан компанией IBM в 1970-х годах), в ко-

торых используются два волоконно-оптических кольца (основное и резервное).

В обоих кольцах данные передаются в противоположных направлениях (рис.

28.7). Существуют два типа интерфейса FDDI — одномодовый и многомодо-

вый.

Первичное кольцо

Вторичное кольцо

WAN

Маршрутизатор

Концентратор

Mainframe-DB

Рис. 28.7. Двухкольцевая структура ЛВС FDDI

Стандарт FDDI включает четыре спецификации: Управление доступом к среде передачи (Media Access Control, MAC), Протокол физического уровня

1 В настоящее время комитет ANSI X3T9.5 переименован в X3T12.

390

(Physical Layer Protocol, PHY), Описание среды передачи (Physical-Medium Dependent, PMD) и Управление станцией (Station Management, SMT).

Управление доступом к среде передачи описывает (ANSI X3.139-1987, ISO 9314-2):

доступ к среде передачи;

формат кадра;

управление маркером;

адресацию;

алгоритмы вычисления проверочной суммы;

способы защиты от ошибок.

Протокол физического уровня описывает (ANSI X3.148-1988, ISO

9314-1):

процедуры кодирования и декодирования данных;

требования к синхронизации;

формирования кадров и другие функции.

Описание среды передачи включает (ANSI X3.166-1989, ISO 9314-3):

характеристика среды передачи, включая волоконно-оптические каналы;

уровни мощности;

частота ошибок на бит;

оптические компоненты и соединители.

Управление станцией описывает (ANSI X3.229-1994, ISO 9314-6):

o настройку станции, подключѐнной к ЛВС с помощью интерфейса FDDI;

o настройку кольца;

oособенности управления кольцом, включая подключение и отключение станции;

o инициализацию;

o нейтрализацию сбоев и восстановление после нештатных ситуаций;

o планирование и сбор статистики.