4. Типи побудови мереж по методам передачі інформації

Ethernet. Ethernet - технологія ЛОМ, розроблена спільно фірмами DEC, Intel і Xerox (DIX) і опублікована в 1980 році у вигляді стандарту Ethernet II для мережі з пропускною здатністю 10 Мбіт/с, побудованої на основі коаксіального кабелю.

На основі стандарту Ethernet II був розроблений стандарт IEEE 802.3, який має такі відмінності:

• канальний рівень розбитий на два підрівня: MAC і LLC;

• внесені деякі зміни у формат кадру при тих же мінімальних і максимальних розмірах кадрів.

У залежності від фізичного середовища передачі даних IEEE 802.3 передбачає різні варіанти реалізації ЛОМ на фізичному рівні:

• l0Base-5 - товстий коаксіальний кабель;

• l0Base-2 - тонкий коаксіальний кабель;

• l0Base-T - вита пара;

• l0Base-F - оптоволокно.

На рисунку 1.16 Зображена схема об’єднання мережевих пристроїв за технологією Ethernet.

Рисунок 1.16 – схема об’єднання комп’ютерів по технології Ethernet

Fast Ethernet. Fast Ethernet (Швидкий Ethernet) - високошвидкісна технологія, запропонована фірмою 3Com для реалізації мережі Ethernet зі швидкістю передачі даних 100 Мбіт / с, що зберегла в максимальному ступені особливості 10 мегабітного Ethernet (Ethernet-10) і реалізована у вигляді стандарту 802.3u.

Основною метою при розробці технології Fast Ethernet було забезпечення спадкоємності по відношенню до 10-мегабитному Ethernet за рахунок збереження формату кадрів і методу доступу CSMA / CD, що дозволяє використовувати колишнє програмне забезпечення та засоби управління мережами Ethernet. Однією з вимог було також використання кабельної системи на основі витої пари категорії 3, що отримала на момент появи Fast Ethernet широке поширення в мережах Ethernet-10. У зв'язку з цим всі відмінності Fast Ethernet від Ethernet-10 зосереджені на фізичному рівні.

У Fast Ethernet передбачені 3 варіанти кабельних систем:

• багатомодовий ВОК (використовується 2 волокна);

• вита пара категорії 5 (використовується 2 пари);

• вита пара категорії 3 (використовується 4 пари).

Структура мережі - ієрархічна деревоподібна, побудована на концентраторах (як 10Base-T і 10Base-F), оскільки не передбачалося використання коаксіального кабелю. Діаметр мережі Fast Ethernet, становить трохи більше 200 метрів, що пояснюється зменшенням часу передачі кадру мінімальної довжини в 10 разів в результаті збільшення пропускної здатності каналу в 10 разів у порівнянні з Ethernet-10. Тим не менше, можлива побудова великих мереж на основі технології Fast Ethernet, завдяки появі на початку 90-х років минулого століття комутаторів. При використанні комутаторів протокол Fast Ethernet може працювати в повнодуплексному режимі, в якому немає обмежень на загальну довжину мережі, а залишаються тільки обмеження на довжину фізичних сегментів, що з'єднують сусідні пристрої (адаптер - комутатор або комутатор - комутатор).

Стандарт IEEE 802.3u визначає 3 специфікації фізичного рівня Fast Ethernet, несумісних один з одним:

• 100Base-ТX - для передачі даних використовуються дві неекрановані пари UTP категорії 5 або STP Type 1;

• 100Base-Т4 - для передачі даних використовуються чотири неекранованих пари UTP категорій 3, 4 або 5;

• 100Base-FX - для передачі даних використовуються два волокна багатомодового ВОК.

Специфікації 100Base-ТX і 100Base-FX.Технології 100Base-ТX і 100Base-FX, незважаючи на використання різних кабельних систем, мають багато спільного з точки зору побудови і функціонування, в тому числі, однаковий метод логічного кодування - 4В/5В при різних методах фізичного кодування - MLT-3 в 100Base- TX і NRZI в 100Base-FX. Крім того, у технології 100Base-TX є функція автопереговорів, що забезпечує автоматичне визначення швидкості передачі (10 або 100 Мбіт/с) між двома пов'язаними пристроями (МА, концентратор, комутатор) шляхом посилки при підключенні пачки спеціальних імпульсів FLP – Fast Link Pulseburst - з боку пристрою, який може працювати на швидкості 100 Мбіт / с. Якщо зустрічний пристрій не відгукується на ці імпульси, це означає, що він може працювати тільки на швидкості 10 Мбіт/с, і перший пристрій встановлює режим передачі даних 10 Мбіт/с.

Специфікація 100Base-Т4.До моменту появи Fast Ethernet більшість ЛВС Ethernet як кабельної системи використовували неекрановану виту пару категорії 3. Бажання зберегти кабельну систему 10-мегабітних ЛВС Ethernet зумовило застосування спеціального методу логічного кодування - 8В/6Т, що забезпечив більш вузький спектр сигналу, що при швидкості 33Мбіт /с дозволило вкладатися в смугу 16МГц крученої пари категорії 3.

При кодуванні 8В/6Т 8 біт замінюються 6-а трійковими цифрами. Тривалість однієї трійкової цифри - 40 нс. Отже, один байт передається за 240 нс (6 * 40 нс), що відповідає швидкості передачі в 33,3 Мбіт/с. Для передачі даних використовується 3 пари UTP категорії 3 (3 * 33,3 Мбіт/с = 100 Мбіт/с), і ще одна пара використовується для прослуховування несучої з метою виявлення колізій.

Швидкість зміни сигналу на кожній парі становить: 1/(40 нс) = 25 Мбод, що дозволяє використовувати виту пару категорії 3.

100VG-AnyLAN. 100VG-AnyLAN - технологія, розроблена фірмами IBM і Hewlett-Packard на основі технології 100Base-VG (Voice Grade) для передачі даних зі швидкістю 100 Мбіт/с з використанням протоколів (кадрів) ЛВС Ethernet або Token Ring (Any LAN). Попередня технологія 100Base-VG розроблялася для передачі даних у мережі Ethernet зі швидкістю 100 Мбіт / с по неекранованої кручений парі (UTP) категорії 3, яка широко використовується для передачі мови і званої з цієї причини кабелем VG (Voice Grade). У 100VG-AnyLAN, як і в 100Base-VG, замість CSMA / CD реалізовано метод доступу з пріоритетами (Demand Priority) і нова схема кодування даних Quartet Coding (квартетної кодування), завдяки яким дані передаються зі швидкістю 25 Мбіт / с по 4-м парам UTP одночасно, що в сумі дає 100 Мбіт / с.

Метод Demand Priority полягає в наступному. Станція, що має кадр для передачі, посилає низькочастотний сигнал концентратора, запитуючи низький пріоритет для звичайних даних і високий для даних, чутливих до тимчасових затримок (наприклад, мова та відео). Якщо мережа вільна, концентратор дозволяє передачу кадру. Після аналізу адресу одержувача в прийнятому кадрі концентратор відправляє кадр станції призначення. Це означає, що на відміну від концентратора Ethernet, концентратор 100VG-AnyLAN працює на 2-му рівні OSI-моделі. Якщо ж мережа зайнята, концентратор ставить отриманий запит в чергу, який обробляється в порядку надходження запитів з урахуванням пріоритетів: запити з більш високим пріоритетом виконуються першими.

Метод доступу до середовища передачі даних - детермінований.

Максимальне число станцій у мережі - 1024.

Максимальна довжина мережі - 3 км.

Максимальна відстань між станціями:

• 100 м - для витої пари (UTP категорії 3);

• 180 м - для витої пари (UTP категорії 5).

Топологія мережі 100VG-AnyLAN дуже схожа на топологію мереж 10Base-Т і Token Ring, а саме логічна загальна шина і маркерне кільце відповідно, в той же час фізична топологія обов'язково "зірка", при цьому петлі і галуження не допускаються.

Сполучним елементом мережі 100VG-Any LAN є комутуючий концентратор, причому допускається три рівня каскадування (рис.1.17).

Рисунок 1.17 – концентратор мережі 100VG-Any LAN

Концентратор мережі 100VG-AnyLAN має два види портів:

• LAN downlin kport (порт зв'язку "вниз") - призначений для підключення кінцевих вузлів і концентраторів нижнього рівня;

• LAN uplink port (порт зв'язку "вгору") - призначений для підключення концентратора верхнього рівня.

Крім концентраторів в мережі 100VG-AnyLAN можуть використовуватися:

• комутатори;

• маршрутизатори;

• мережеві адаптери.

Стандарт IEEE 802.12 підтримує 3 типи кадрів:

• IEEE 802.3 - Ethernet;

• IEEE 802.5 – Token Ring;

• IEEE 802.12 - кадри тестування сполук у 100VG-AnyLAN.

В одному сегменті мережі може підтримуватися тільки один тип кадрів передачі даних - або Ethernet, або Token Ring.

Однією зі складових стандарту IEEE 802.12 є протокол пріоритетних запитів (Demand Priority Protocol - DPP).

DPP призначає порядок обробки запитів та встановлення з'єднань між кінцевими вузлами. Якщо кінцевий вузол готовий відправити кадр, він передає до концентратора запит звичайного або високого пріоритету. Якщо вузлу або концентратору нічого передати, він відправляє сигнали режиму очікування (Idle – не зайнятий). Кореневий концентратор опитує всі свої вузли, в тому числі концентратори нижнього рівня, приймаючи від них сигнали Idle. Якщо вузол не активний (комп'ютер вимкнений), він, природно, не генерує такі сигнали. Концентратор циклічно опитує порти, починаючи з порту з меншим номером,

з'ясовуючи їх готовність до передачі. Якщо одночасно до передачі готові декілька вузлів, то концентратор аналізує їх запити з урахуванням:

• пріоритету запиту;

• фізичного номера порту, до якого підключений передавальний вузол.

Високий пріоритет призначається:

• додаткам, критичним до часу реакції;

• порту концентратора.

При каскадному з'єднанні концентраторів доступ до середовища передачі даних реалізується протоколом DPP наступним чином:

1. запит від вузла, підключеного до концентратора нижнього рівня, транслюється на концентратор більш високого рівня;

2. при опитуванні порту LAN downlink port ініціюється опитування всіх портів концентратора нижнього рівня, і тільки після цього відновлюється опитування портів концентратора більш високого рівня.

Основні переваги технології 100VG-AnyLAN:

• можливість використання існуючої кабельної системи мережі 10Base-Т;

• відсутність втрат продуктивності через конфлікти в середовищі передачі даних;

• можливість побудови довгих (до 4 км) мереж без використання комутаторів.

Gigabit Ethernet. Високошвидкісна технологія Gigabi tEthernet забезпечує пропускну здатність системи телекомунікації в 1 Гбіт/с і описана в рекомендаціях 802.3z і 802.3ab (на UTP 5-ої категорії).

Особливості технології Gigabit Ethernet:

• збережені всі види кадрів, використовуваних в попередніх технологіях Ethernet;

• передбачено використання двох версій протоколу доступу до середовища передачі даних:

  • напівдуплексна версія протоколу з методом доступу CDMA/CD;

  • повнодуплексна з комутаторами;

• передбачено використання наступних типів кабелю:

  • ВОК;

  • вита пара категорії 5;

  • коаксіальний кабель.

У порівнянні з технологіями Ethernet-10 і Fast Ethernet зміни є як на фізичному рівні, так і на рівні МАС.

Для забезпечення діаметра мережі до 200 м реалізовані наступні рішення.

1. Збільшено мінімальний розмір кадру з 64 до 512 байт, що становить 4096 бітових інтервалів (bt). Кадр доповнюється до 512 байт полем розширення (extension) розміром від 448 до 0 байт, заповненим забороненими символами коду 8В/10В (рис 1.18).

Рисунок 1.18 – формат кадру Gigabit Ethernet

2. Для зменшення накладних витрат кінцевим вузлам дозволено передавати кілька кадрів підряд, без звільнення середовища передачі для інших станцій. Такий режим передачі називається «Burst Mode». При цьому станція може передати поспіль кілька кадрів із загальною довжиною 8192 байти = 65536 біт.

У стандарті 802.3z визначено такі типи фізичного середовища:

• одномодовий ВОК;

• багатомодовий ВОК 62,5 / 125;

• багатомодовий ВОК 50/125;

• подвійний коаксіал з хвильовим опором 75 Ом;

• багатомодовий кабель.

Специфікації систем наведенні в таблиці 1.3 – специфікації кабельних систем технології Gigabit Ethernet

Таблиця 1.3 – специфікації кабельних систем технології Gigabit Ethernet

IEEE 802.3z	1000Base-SX	1000Base-LX
Фізичне середовище	Одно (о/м) і багатомодовий (б/м) ВОК
Довжина хвилі	850 нм	1300 нм
Довжина сегмента	до 500 м (б/м ВОК)	5000 м (о/м ВОК)
	100 м (дупл.)	550 м (б/м ВОК)

Gigabit Ethernet може бути реалізована на кручений парі категорії 5 (рекомендація IEEE 802.3ab) з використанням 4-х пар провідників, по яких одночасно передаються дані зі швидкістю 1000 Мбіт/с. Отже, кожна пара повинна забезпечити швидкість 250 Мбіт/с. Використовуваний метод кодування - РАМ-5 (5 рівнів потенціалу). Максимальна частота спектра символів коду PAM-5 складає 62.5Мгц. З урахуванням першої гармоніки протоколу 1000Base-T потрібна смуга частот до 125Мгц.