Виртуальные каналы в сетях с коммутацией пакетов

Существует режим работы сети - передача пакетов по виртуальному каналу (virtual circuit или virtual channel). В этом случае перед тем, как начать передачу данных между двумя конечными узлами, должен быть установлен виртуальный канал, который представляет собой единственный маршрут, соединяющий эти конечные узлы. Виртуальный канал может быть:

- динамическим

- постоянным.

Динамический виртуальный канал устанавливается при передаче в сеть специального пакета - запроса на установление соединения. Этот пакет проходит через коммутаторы и «прокладывает» виртуальный канал. Это означает, что коммутаторы запоминают маршрут для данного соединения и при поступлении последующих пакетов данного соединения отправляют их всегда по проложенному маршруту.

Постоянные виртуальные каналы создаются администраторами сети путем ручной настройки коммутаторов.

При отказе коммутатора или канала на пути виртуального канала соединение разрывается, и виртуальный канал нужно прокладывать заново. При этом он, естественно, обойдет отказавшие участки сети.

Сети с коммутацией каналов

Типичным представителем сетей передачи информации с коммутацией каналов являются телефонные сети (районные, городские, международные). В литературе их обычно называют ТфОП (телефонные сети общего пользования). В современных ТфОП используются быстродействующие АТС, основой которых являются электронные коммутаторы на больших интегральных схемах (БИС). Такие коммутаторы называют свичами. Установление связи в ТфОП между инициатором сеанса связи (источником) и вызываемым телефонным номером (адресатом) осуществляется путем посылки узлом-источником специального служебного сообщения (запроса). Запрос, перемещаясь по сети от одного узла коммутации каналов (свича) до очередных свичей, занимает пройденные каналы и таким образом прокладывает путь к адресату.

Сети с коммутацией пакетов

Пример варианта передачи пакетов с уведомлениями — протокол Х.25. Примером передачи пакетов, где допускается потеря части пакетов (т.е. уведомления о получении адресатом назад не отправляются) является протокол TCP/IP (или Интернет-протокол). Протокол Х.25 из-за задержек, связанных с получением обратной связи о достоверной доставке, не подходит для высокоскоростной передачи данных. В то же время из-за высокой надежности он востребован для подключения банкоматов, кассовых терминалов и аппаратов электронных банковских переводов. Протокол TCP/IP в силу своей простоты и быстродействия получил очень широкое распространение, а вследствие отработанности технологий передачи видео с его помощью он будет являться в будущем основой для передачи телепрограмм через сети передачи данных.

5.Технология Ethernet. Уровни mac и llc. Метод доступа csma/cd. Mac-адрес. Понятие коллизий. Структура стандартов ieee 802.X.

Ethernet-самый распростр. сегодня стандарт локальных сетей. Общее кол-­во сетей, раб-щих по протоколу Ethernet в наст.время, оценивается в неск. млн. Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов этой технологии, в которую входят сегодня также Fast Ethernet, Gigabit Ethernet и 10G Ethernet.

В более узком смысле Ethernet - это сетевой стандарт передачи данных со скоростью 10 Мбит/с, кот. появился в кон.70-х годов как стандарт 3 компаний — Digital, Intel и Хегох. В на­ч. 80-х Ethernet был стандартизован раб. группой IЕЕЕ 802.3, и с тех пор он явл. ме­ж/нар. стандартом. Технология Ethernet была первой технологией, кот. предложила использовать разделяемую среду для доступа к сети.

Лок.сети, являясь пакетными сетями, разделяют передающую среду во времени. Алгоритм управления доступом к среде является 1 из важнейших хар-к любой технологии LAN, в значительно большей степени опр-щей ее облик, чем метод кодирования сигналов или формат кад­ра. В технологии Ethernet в качестве алгоритма разделения среды применяется метод случай­ного доступа. И хотя его трудно назвать совершенным — при росте нагрузки полезная проп.сп-сть сети резко падает, — он благодаря своей простоте послужил основной причиной успеха технологии Ethernet.

Популярность стандарта Ethernet 10 Мбит/с послужила мощным стимулом его развития. В 1995 го­ду был принят стандарт Fast Ethernet, в 1998 — Digital Ethernet, а в 2002 году — 10G Ethernet. Каж. из нов. стандартов превышал скорость своего предшественника в 10 раз, образуя впечатляющую иерархию скоростей 10 Мбит/с -100 Мбит/с -1000 Мбит/с - 10 Гбит/с.

В классич.технологии Ethernet 10 Мбит/с, бол-во механизмов которой исп-ся и на более высоких скоростях.

Технология Ethernet принадлежит к семейству технологий лок.сетей, в которое входят также такие технологии, как Token Ring, FDDI, IЕЕЕ 802.11 и 100VG-AnyLAN. Несмотря на опред. специфику, все эти технологии имеют 1 назначение — создание лок.сетей. Поэтому полезно начать изучение Ethernet с рассмотрения общих принципов, использованных при раз­работке технологий LAN.

Основными функциями уровня МАС являются:

1.обеспечение доступа к разделяемой среде;

2.передача кадров между конечными узлами, используя функции и устройства физического уровня.

Метод случ. доступа является децентрализованным, он не требует наличия в сети спец. узла, кот. играл бы роль арбитра, регулирующего дос­туп к среде. Рез-ом этого явл. выс. вероятность коллизий, т.е. случаев одновременной передачи кадра неск-ми станциями. Во время кол­лизии происходит наложение сигналов неск-их передатчиков, из-за чего ин­фа всех передаваемых на периоде коллизии кадров искажается. Посколь­ку в лок.сетях прим-ся достаточно простые методы кодирования, то они не позволяют выделить нужный сигнал из суммарного, как это, напр, может делать технология СDМА.

Сущ-ет бол. кол-во алгоритмов случ. доступа, которые сни­жают вероятность коллизий и тем самым повышают производ-ть сети. Напр, сущ-ет класс алгоритмов, кот. разрешают начать передачу кадров только в нач. очередного временного интервала, обычно называемого слотом. Впервые такое улучшение было предложено для сети АLОНА. В этой сети метод случ. доступа разрешает узлу передавать кадр в любой момент времени без всяких предварительных условий. Синхронизация передачи кадров с началом очередного слота позволила снизить вероятность коллизий в модифицированном алгоритме ALОНА по сравнению с первоначальным вариантом АLОНА в 2 раза, обеспечив нормальную работу сети с коэффициентом использования среды до 36 %.

Еще 1 способом улучшения случайного доступа явл введение процедуры прослушивания среды перед передачей. Узел не имеет права передавать кадр, если он обнаруживает, что среда уже занята передачей др. кадра. Это снижает вероятность коллизий (хотя и не исключает их).

Алгоритмы случ. доступа не гарантируют узлу, что он получит доступ к разделяемой среде в теч опр-го времени. Какое бы вре­мя ожидания мы ни выбрали, всегда есть ненулевая вероятность, что реал. время ожидания превысит этот предел. Алгоритмы случ. доступа также не предоставляют никаких возм-тей для диф-ной поддержки ха­р-к QoS для разных типов трафика — все кадры получают одинак. ур. доступа среды. Детерминированный доступ — это другой попул. подход к

[5.1]

обеспечению доступа к разделяемой среде. Алгоритмы детер-го доступа используют 2 мех-ма - передачу токена и опрос.

Передача токена обычно реализуется децентрализовано. Каждый комп, полу­чивший токен, имеет право на исп-ние разделяемой среды в течение фик­сированного промежутка времени — времени удержания токена. В это время комп передает свои кадры. После истечения этого промежутка комп обязан передать токен др.компу. Т.о., если мы знаем ко­л-во компов в сети, то max время ожидания доступа = произведению времени удержания токена на это число. Время ожидания может быть и <, поскольку, если комп, получивший токен, не имеет кадров для передачи, то он передает его след компу, не дожидаясь исте­чения времени удержания. Послед-ть передачи токена от компа к компу может опр-ся разными сп-ми. В сетях Token Ring она опр топологией связей. Комп в кольце получает токен от предыд соседа, а передает токен след.

Алгоритм передачи токе­на можно реализовать не только в кольце. Например, в прекратившей свое суще­ствование технологии АгсNet использовался общ коаксиальный кабель для физ. подключения компов, а в кач-ве метода доступа — передача токена. При этом токен передавался м/у компами в заранее опред послед-ти, не зависящей от мест подключения компов к ка­белю.

Алгоритмы опроса чаще всего основаны на централизованной схеме. В сети сущ. выделенный узел, кот. играет роль арбитра в споре узлов за разде­ляемую среду. Арбитр периодически опрашивает ост. узлы сети, есть ли у них кадры для передачи. Собрав заявки на передачу, арбитр решает, какому узлу он предоставит право исп-ния разделяемой среды. Затем он сообщает свое реше-е выбранному узлу, и тот передает свой кадр, захватывая разделяемую среду. После завершения передачи кадра фаза опроса повторяется.

Алгоритм опроса может быть также децентрализованным. В этом случае все узлы должны предварительно сообщить др др с помощью разделяемой среды свои потребности в передаче кадров. Затем на основе этой инфы и в соот­в. с опред. критерием каж из узлов, желающих передать кадр, независимо от других узлов опр-ет свою очередь в послед-ти пе­редач.

Алгоритмы детерм-го доступа отличаются от алгоритмов случ. доступа тем, что они более эффективно раб. при бол. загрузке сети, ко­гда коэффициент исп-ния приближается к 1. В то же время при небол. загрузке сети более эффективными явл. алгоритмы случ. доступа, т.к. они позволяют передать кадр немедленно, не тратя время на процедуры опред-я права доступа к среде.

Достоинство детерм-ых методов доступа также заключается в том, что они могут приоритезировать трафик, а значит, поддерживать требования QoS.

3.Формирование кадра. На этом этапе осущ-ся заполнение полей кадра на основании инфы, получаемой от протокола верх. уровня, такой как адреса источника и назначения, пользовательские данные, признак протокола верх. ур-ня, отсылающего эти данные. После того как кадр сформирован, уровень МАС подсчитывает контрольную сумму кадра и помещает ее в соответствующее поле.

4.Передача кадра через среду. Когда кадр сформирован и доступ к разделяемой среде получен, уровень МАС передает кадр на физ. ур-нь, кот. побитно передает все поля кадра в среду. Функции физ.ур-ня вы­п-ет передатчик сетевого адаптера, кот.преобразует байты кадра в послед-ть битов и кодирует их соотв-щими электрич. или оптическими сигналами. После прохождения сигналов по среде они поступают в приемники сетевых адаптеров, подключенных к разделяемой среде, кот.выполняют обр. преобразование сигналов в байты кадра.

5.Прием кадра. Уровень МАС каждого узла сети, подключенного к разделяе­мой среде, проверяет адрес назначения поступившего кадра, и если он совпадает с его собств. адресом, то продолжает его обработку, в противном случае кадр отбрасывается. Продолжение обработки заключается в проверке корректности контр.суммы кадра. Кадр с корректной контр. суммой передается ур-ем МАС вверх по стеку, на чем функции уровня МАС заканчиваются. Если же контр. сумма кадра говорит о том, что инфа при передаче через среду была искажена, то кадр отбрасывается.

Из этого описания следует, что Ethernet реализует дейтаграммный полудуплексный режим.

Уровень LLC выполняет две функции:

-организует интерфейс с прилегающим к нему сетевым уровнем;

-обеспечивает доставку кадров с заданной степенью надежности.

[5.2]

Интерфейсные функции LLC закл-ся в передаче пользов-ких и слу­жеб. данных м/у ур-ем МАС и сетевым ур-ем. При передаче данных сверху вниз ур.LLC принимает от протокола сетевого ур-ня пакет (напри­мер, IР- или IРХ-пакет), в котором уже нах-ся пользов-кие данные. По­мимо пакета сверху также передается адрес узла назначения в формате той тех­нологии LAN, кот. будет исп-на для доставки кадра в пределах данной лок.сети. Напомним, что в терминах стека ТСР/IP такой адрес называет­ся аппаратным. Полученные от сетевого ур-ня пакет и аппаратный адрес ур.LLC передает далее вниз – ур-ню МАС. Кроме того, LLC при необх-ти решает задачу мультиплексирования, передавая данные от неск. протоколов сетевого ур-ня единст-му протоколу ур-ня МАС.

При передаче данных снизу вверх LLC принимает от ур. МАС пакет сетевого ур-ня, пришедший из сети. Теперь ему нужно выполнить еще 1 интерфейс­ную ф-цию — демультиплексирование, т.е. решить, какому из сетевых протоколов передать полученные от MAC данные.

Access Point — точка входа службы источника используется для указания кода протокола, от кот. посылаются данные. Применение 2х полей для целей демультиплексирования явл. нетипичным, обычно протоколы обходятся 1 полем, напр, протокол IР всегда посылает свои пакеты протоколу IР, а протокол IРХ — протоколу IРХ. Два поля полезны в тех случаях, когда выше­лежащий протокол поддерживает неск.режимов работы, так что протокол на узле-отправителе может исп-ть разл. знач-я DSAP и SSАР для уведомления узла-получателя о переходе в нов.режим работы. Этим св-­вом протокола LLC часто пользуется протокол NetBEUI. Обеспечение доставки кадров с заданной степенью надежности — вторая ос­н. функция уровня LLC. Протокол LLC поддерживает неск. режимов работы, отличающихся наличием или отсутствием процедур восст-ния кадров в случае их потери или искажения, т.е. отличающихся надежностью доставки. Ур.LLC, непосредственно прилегающий к сетевому ур-ню, при­нимает от него запрос на выполнение транспортной операции канального ур-ня с тем или иным кач-вом.

Ур.LLC предоставляет верх.уровням 3 типа трансп. услуг:

1.Услуга LLC1 — услуга без установления соединения и без подтверждения полу­чения данных. LLC1 дает пользователю ср-ва для передачи данных с миниму­мом издержек. В этом случае LLC поддерживает дейтаграммный режим работы, как и МАC, так что и технология LAN в целом работает в дейтаграммном режи­ме. Обычно эта процедура исп-ся, когда такие ф-ции, как восст-е данных после ошибок и упорядочивание данных, выполняются протокола­ми вышележащих ур-ей, поэтому нет нужды дублировать их на уровне LLC.

2. Услуга LLC2 — дает пользователю возм-ть установить логическое соеди­нение перед нач.передачи любого блока данных и, если это требуется - выполнить процедуры восст-ния после ошибок и упорядочивание потока блоков в рамках установленного соед-я. Для надежной доставки дан­ных протокол LLC2 использует алгоритм скользящего окна.

3. Услуга LLCЗ — услуга без установления соединения, но с подтверждением по­лучения данных. В некот. случаях (напр, при исп-ии сетей в сист. реал-го времени, упр-щих пром.объектами), с 1 стороны, временные издержки установления логического соед-я перед отправкой данных неприемлемы, а, с др.стороны, подтверждение о корректности приема переданных данных необходимо. Для такого рода ситуаций и предусмотрена доп. услуга LLCЗ, которая является компромиссом м/у LLC1 и LLС2, т.к. она не предусматривает установ­ление лог-го соед-я, но обесп. подтверждение получения данных.

Какой из 3х режимов работы ур-ня LLС будет использован, зависит от треб-ий протокола верх.уровня. Инфа о требуемой от LLС трансп. услуге передается через межуровневый интерфейс уровню LLC вместе с ап­паратным адресом и пакетом с пользов-ми данными. Напр, когда поверх LLС работает протокол IР, он всегда запрашивает режим LLC1 посколь­ку в стеке ТСР/IР задачу обеспечения надежной доставки решает протокол ТСР.

Из протоколов, применяющихся на практике, только стек Microsoft / IВМ, осно­ванный на протоколе NetBIOS / NetBEUI, исп-ет режим LLС2. Это происхо­дит тогда, когда сам протокол NetBIOS / NetBEUI должен работать в режиме с восстановлением потерянных и искаженных данных. В этом случае эта работа перепоручается уровню LLC2. Если же протокол NetBIOS / NetBEUI работает в дейтаграмном режиме, то он пользуется услугой LLC1.

[5.3]

Структура стандартов IЕЕЕ 802.x

В 1980 году в институте IEEE был организован комитет 802 по стандартизации технологий LAN, в рез. работы которого было принято семейство стан­дартов IEEE 802.x, содержащих рекомендации по проектированию нижних уров­ней лок. сетей. Эти стандарты базируются на популярных фирменных стандартах, в частности Ethernet, ArcNet, Token Ring.

Рез-ты работы комитета 802 легли в основу комплекса м/нар. стан­дартов ISO 8802-1...5. Комитет IEЕЕ 802 и сегодня явл. основным м/на­родным органом, разрабатывающим стандарты технологий локальных сетей.

Помимо IEЕЕ в работе по стандартизации протоколов LAN принимали и прини­мают участие и другие организации. Так, для сетей, работающих на оптоволокне, институтом ANSI был разработан стандарт FDDI, обеспечивающий скорость пе­редачи данных 100 Мбит/с. Это был первый протокол LAN, который достиг та­кой скорости, в 10 раз превысив скорость технологии Ethernet.

Структуру стандартов IEЕЕ 802 иллюстрирует рис 12.6

На рисунке над уровнем МАС, специфичным для разных технологий, показан общ. для них ур.LLС. Стандарт LLС курирует рабочая группа 802.2.

Даже технологии, стандартизованные не в рамках комитета 802, ориентируются на использовании протокола LLC, определенного стандартом 802.2 (напр, протокол FDDI стандартизированный ANSI).

Описание каждой технологии в стандарте разделено на 2 части: описание ур-ня МАС и описание физ.уровня. Как видно из рисунка, практически у каждой технологии единственному протоколу уровня МАС соотв-ют неск. вар-тов протоколов физ.уровня (на рис.в целях эко­номии места приведены только технологии Ethernet и Token Ring, но все сказан­ное справедливо также и для других технологий, таких как ArcNet, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10G Ethernet).

Особняком стоят стандарты, разрабатываемые подкомитетом 802.1. Эти стандарты носят общ для всех технологий хар-р. В подкомитете 802.1 были даны общие определения лок.сетей и их св-в, показана связь 3х уровней модели IEEE 802 с моделью OSI. Наиб. важными являются те стандарты подкомитета 802.1, кот. описывают взаимодействие различных технологий, а также стандарты по построению более сложных сетей на основе базовых топологий. Эта группа стандартов носит общ. название стандартов межсетевого взаимо­действия. Сюда входят такие важные стандарты, как стандарт 802.1D, описы­вающий логику работы прозрачного моста/коммутатора, стандарт 802.1Н, опре­деляющий функционирование транслирующего моста и т. п. Набор стандартов, разработанных подкомитетом 802.1, продолжает расти. Напр, сравнительно недавно он пополнился 2мя важными стандартами:ст.802.1Q, опре­деляющим способ построения виртуальных локальных сетей (Virtual LAN, VLAN) в сетях на основе коммутаторов, и ст.802.1P, описывающим способ приоритезации трафика на канальном уровне, то есть поддержку мех-ов QoS.

Стандарты семейства IЕЕЕ 802.Х охватывают только 2 ниж­них уровня семиуровневой модели OSI — физ.и каналь­ный. Это связано с тем, что именно эти уровни в наиб.степени отражают специфику лок.сетей. Старшие же уров­ни, начиная с сетевого, в значит. степени имеют общие черты как для лок-ых, так и для глобальных сетей.

Стандарты IEЕЕ 802.X имеют достаточно четкую структуру:

802.1 — Internetworking — объединение сетей;

802.2 — LLC— Logical Link Соntгоl — управление логической передачей данных;

[5.4]

802.3 — Ethernet с методом доступа СSМА/СD;

802.4 — Токеn Bus LAN— локальные сети с методом доступа Токеn Bus;

802.5— Токеn Ring LAN— локальные сети с методом доступа Токеn Ring;

802.6 — МАN— Metropolitan Area Network — сети мегаполисов;

802.7 — Вгоаdband Тесhniсаl Advisory Gгоuр — техническая консультационная группа по широкополосной передаче;

802.8 — Fibег Орtiс Тесhniсаl Advisory Gгоuр — техническая консультационная группа по волоконно-оптическим сетям;

802.9 — Integrated Voice and data Networks — интегрированнные сети передачи голоса и данных;

802.10 — Network Security— сетевая безопасность;

802.11 — Wireless Networks — беспроводные сети;

802.12 — Demand Priority Access LAN, 100VG-AnyLAN — ло­кальные сети с методом доступа по требованию с приоритетами.

Специфика лок.сетей нашла свое отражение и в разде­лении канального уровня на 2 подуровня, которые часто назы­вают также ур-ми. Канальный уровень (Data Link Layer) делит­ся в лок. сетях на 2подуровня:

-логической передачи данных (LLС -Logical Link Соntгоl);

-упр-я доступом к среде (МАС- Metropolitan Area Network).

Стандарты комитетов 802.3, 802.4, 802.5 и 802.12 описывают технологии лок.сетей, кот.появились в рез-те улучшений фирменных технологий, легших в их основу.

Основу стандарта 802.3 составила технология экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Хегох разработала и реализовала в 1975 году. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Хегох (сокращенно — DIХ) совместно разработали и опубли­ковали стандарт Ethernet версии II для сети, построенной на основе коаксиального кабеля. Эту последнюю версию фирменного стандарта Ethernet называют стандар­том Ethernet DIX, или Ethernet II. На базе стандарта Ethernet DIX был разработан стандарт IEЕЕ 802.3, который во многом совпадает со своим предшественником.

Стандарт 802.4 появился как обобщение технологии АгсNet, а стандарт 802.5 в основном соотв. технологии Token Ring.

Комитет 802.11 занимается разработкой лок.беспроводных сетей с методами доступа к среде, близкими к тем, которые исп-ся в сетях Ethernet. Поэтому стандарты 802.11 также называют стандартами радио Ethernet (хотя само название Ethernet в тексте стандартов 802.11 не фигурирует). .

Исх.фирменные технологии и их модифицированные вар-ты — стан­дарты 802.x в ряде случаев долгие годы сосуществовали парал-но. Напр, технология АгсNet так до конца не была приведена в соответствие со стандартом 802.4 (теперь это делать поздно, т.к. где-то примерно с 1993г. пр-во оборудования АгсNet было свернуто). Искл. составляет технология Ethernet. Посл. фирменный стандарт Ethernet DIX версии II был принят в 1980г., и с тех пор никто больше не предпринимал попыток фирменного развития Ethernet. Все новшества в семействе технологий Ethernet появляются только в рез-те принятия открытых стандартов комитетом 802.3.

Более поздние стандарты изначально разрабатывались не одной компанией, а груп­пой заинтересованных компаний, а потом передавались в соотв-щий под­комитет IEЕЕ 802 для утверждения. Так произошло с технологиями FastEthernet, 100VG-АneLAN, Gigabit Ethernet. Сначала группа компаний образовывала объединение, а затем по мере развития работ к нему присоединялись др.компании, так что процесс принятия стандарта носил открытый характер.

Метод СSМА/СD (Carrier Sense Multiple with Collision Detection— множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий) исполь­зуется для доступа к среде передачи данных в сетях Ethernet, широко применяется в лок.сетях в подуров­не МАС. В частности, он является основой чрезвычайно популярных ЛВС в Ethernet, поэтому мы уделим некоторое время более или менее подробному рас­смотрению СSМА/СD. В протоколе СSМА/СD, так же как и во многих других протоколах лок.сетей, применяется концептуальная модель, показанная на рис. 4.5.

[5.5]

В мо­м. времени t₀ одна из станций закончила передачу кадра. Все ост. стан­ции, готовые к передаче, теперь могут попытаться передать свои кадры. Если 2 или более станций одновременно начнут передачу, то произойдет столкновение. Столкновения могут быть обнаружены по мощности или длит-ти импуль­са принимаемого сигнала в сравнении с передаваемым сигналом.

Обнаружив коллизию, станция прекращает передачу, ждет случ.период времени, после чего пытается снова при усл., что к этому моменту не начала передачу др.станция. Т.o., наша модель протокола СSМА/СD будет состоять из чередования периодов конкуренции и передачи, а также перио­дов простоя канала (когда все станции молчат).

Исходя из этих рассуждений, можно предположить, что станция, кот. не слышит столкновения в теч. времени, требующегося для прохождения сиг­нала по всему кабелю, мб уверена, что ей удалось захватить кабель. Под термином «захватить» имеется в виду, что все ост.станции знают, что эта станция передает, и не будут сами пытаться передавать. Однако такое заключе­ние неверно.

Передающая станция должна постоянно прослушивать канал, выявляя вспле­ски шума, которые могут означать столкновение. По этой причине СSМА/СD с моноканалом считается полудуплексной системой. Станция не может одновре­менно передавать и принимать кадры, поскольку задействован механизм обрат­ной связи для определения столкновений.

Во избежание неправильного понимания вопроса следует также отметить, что ни 1 протокол полууровня МАС не может гарантировать надежную доставку. Даже при отсутствии столкновений получатель может не получить прав. копию кадра по разл. причинам (например, из-за нехватки места в буфере или пропущенного прерывания).

На уровне МАС, который обеспечивает доступ к среде и передачу кадра, для иден­тификации сетевых интерфейсов узлов сети используются регламентированные стандартом IЕЕЕ 802.3 уникальные 6-байтовые адреса, называемые МАС-адресами. Обычно МАС-адрес записывают в виде шести пар шестнадцатеричных цифр, разделенных тире или двоеточиями, например 11-А0-17-3D-ВС-01. Каж­дый сетевой адаптер имеет, по крайней мере, один МАС-адрес.

Помимо отдельных интерфейсов, МАС-адрес может определять группу интер­фейсов или даже все интерфейсы сети. Первый (младший) бит старшего байта адреса назначения является признаком того, является адрес индивидуальным или групповым. Если он =0, то адрес явл.индивидуальным, т.е. идентифицирует один сетевой интерфейс, а если 1, то групповым. Групповой ад­рес связан только с интерфейсами, сконфигурированными (например, вручную или автоматически по запросу вышележащего уровня) как члены группы, номер которой указан в групповом адресе. Если сетевой интерфейс включен в группу, то наряду с уникальным МАС-адресом с ним ассоциируется еще 1адрес — групповой. В частном случае, если групповой адрес состоит из всех единиц, т.e. имеет 16-ричное представление 0xFFFFFFFFFFF, он идентифи­цирует все узлы сети и называется широковещательным.

Второй бит старшего байта адреса опр-ет сп-б назначения адреса — централизованный или локальный. Если этот бит =0 (что бывает почти всегда в станд.аппаратуре Ethernet), то адрес назначен централизованно по правилам IEЕЕ 802.

Комитет IЕЕЕ распределяет между производителями оборудования так назы­ваемые организационно уникальные идентификаторы (Organizationally Unique Identifier OUI). Каждый производитель помещает выделенный ему идентифи­катор в три старших байта адреса (например, идентификатор 0х0020АF опреде­ляет компанию ЗСОМ, а 0х00000С — Cisco). За уникальность младших трех байтов адреса отвечает производитель оборудования. 24 бита, отводимые производителю для адресации интерфейсов его продукции, позволяют выпус­тить примерно 16 млн интерфейсов под одним идентификатором органи­зации. Уникальность централизованно распределяемых адресов распространяет­ся на все основные технологии локальных сетей — Ether

[5.6]

net, Token Ring, FDDI и т. д. Лок.адреса назначаются администратором сети, в обязанности ко­торого входит обеспечение их уникальности.

Доступ к среде и передача данных

Предполагая для простоты изложения, что каждый узел (станция) имеет только один сетевой интерфейс, рассмотрим, как на основе алгоритма СSМА/СD происходит передача данных в сети Ethernet.

Все компьютеры в сети с разделяемой средой имеют возможность немедленно (с учетом задержки распространения сигнала по физической среде) получить данные, которые любой из компов начал передавать в общую среду. Гово­рят, что среда, к кот.подключены все станции, работает в режиме коллек­тивного доступа (Multiply Ассеss, МA).

Чтобы получить возм-ть передавать кадр, интерфейс-отправитель должен убедиться, что разделяемая среда свободна. Это достигается прослушиванием основной гармоники сигнала, которая также называется несущей частотой (Carrier Sense, СS).

Признаком «незанятости» среды является отсутствие на ней несущей частоты, которая при манчестерском способе кодирования, принятом для всех вариантов Ethernet 10 Мбит/с, равна 5-10 МГц в зависимости от последовательности еди­ниц и нулей, передаваемых в данный момент.

Если среда свободна, то узел имеет право начать передачу кадра. В примере, по­казанном на рис. 12.7, узел 1 обнаружил, что среда свободна, и начал передавать свой кадр. В классической сети Ethernet на коаксиальном кабеле сигналы пере­датчику узла 1, посылаются в обе стороны тaк, что их получают все узлы. Кадр данных всегда сопровождается преамбулой, которая состоит из 7 байт, каждый из которых имеет значение 10101010, и 8-го байта, равного 10101011. Посл. байт носит название ограничителя начала кадра. Преамбула нужна для вхождения приемника в побитовую и побайтовую синхронизацию с передат­чиком. Наличие двух единиц, идущих подряд, говорит приемнику о том, что пре­амбула закончилась и следующий бит является началом кадра.

Все станции, подключенные к кабелю, начинают записывать байты передаваемо­го кадра в свои внутренние буферы. Первые 6 байт кадра содержат адрес назна­чения. Та станция, которая узнает собственный адрес в заголовке кадра, продол­жает записывать его содержимое в свой внутренний буфер, а остальные станции на этом прием кадра прекращают. Станция назначения обрабатывает получен­ные данные, передает их вверх по своему стеку, а затем посылает по кабелю кадр-ответ. Адрес станции источника содержится в исходном кадре, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ.

Узел 2 во время передачи кадра узлом 1 также пытался начать передачу своего кадра, однако обнаруживает, что среда занята — на ней присутствует несущая частота, — поэтому узел 2 вынужден ждать, пока узел 1 не прекратит передачу кадра. После окончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологиче­скую паузу, равную межпакетному интервалу (Inter Раскеt Сар, IРС) в 9,6 мкс. Эта пауза нужна для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние, а также для предотвращения монопольного захвата среды одной станцией. После окон­чания технологической паузы узлы имеют право начать передачу своего кадра, так как среда свободна. В приведенном примере узел 2 дождался окончания пе­редачи кадра узлом 1, сделал паузу в 9,6 мкс и начал передачу своего кадра.

Возникновение коллизии

Мех-зм прослушивания среды и пауза между кадрами не гарантируют искл-я такой ситуации, когда 2 или более станции одновременно решают, что среда свободна, и начинают передавать свои кадры. Говорят, что при этом проис­ходит коллизия, так как содержимое обоих

[5.7]

кадров сталкивается на общем кабеле и происходит искажение информации.

Коллизия — это нормальная ситуация в работе сетей Ethernet. В примере на рис. 12.8 коллизию породила одновременная передача данных узлами 3 и 1. Для возникновения коллизии не обязательно, чтобы неск. станций начали пере­дачу абсолютно одновременно, такая ситуация маловероятна. Более вероятна ситуация, когда 1 узел начинает передачу раньше др., но до 2 узла сигналы 1 просто не успевают дойти к тому времени, когда 2 узел решает начать передачу своего кадра. (Коллизии – это следствие распределенного хар-ра сети)

Рис. 12.8. Схема возникновения и распространения коллизии

Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сиг­налы отличаются, то фиксируется факт обнаружения коллизии (Collision Detection, СD). Для ув-я вероятности скорейшего обнаружения коллизии все­ми станциями сети станция, кот.обнаружила коллизию, прерывает передачу своего кадра (в произвольном месте, возможно, и не на границе байта) и усили­вает ситуацию коллизии посылкой в сеть спец.послед-ти из 32 бит, называемой jam-послед-ю.

После этого обнаружившая коллизию передающая станция обязана прекратить передачу и сделать паузу в теч.короткого случ-го интервала времени. Затем она может снова предпринять попытку захвата среды и передачи кадра. Случ.пауза выбирается по след. алгоритму: Пауза = L*х (интервал отсрочки).

В технологии Ethernet интервал отсрочки выбран равным значению 512 бито­вых интервалов. Битовый интервал соответствует времени между появлением 2х послед-ых битов данных на кабеле; для скорости 10 Мбит/с величина битового интервала = 0,1 мкс, или 100 нс.

L предст. собой целое число, выбранное с равной вероятностью из диапа­зона [0, 2^N], где N — номер повторной попытки передачи данного кадра: 1, 2, …, 10. После 10-й попытки интервал, из кот.выбирается пауза, не ув-ся, т.о, случ.пауза в технологии Ethernet может принимать значения от 0 до 52,4 мс.

Если 16 послед-ных попыток передачи кадра вызывают коллизию, то пе­редатчик должен прекратить попытки и отбросить этот кадр. Описанный алго­ритм носит название усеченного экспоненциального двоичного алгоритма от­срочки.

Если интенсивность генерируемого трафика возрастает и коэфф. исп-ния сети приближается к 1, вероятность наложения кадров настолько увеличивается, что практически любой кадр, кот. какая-либо станция пытается передать, вступает в конфликт с др. кадрами, вызывая коллизию. Сеть перестает передавать полезную пользовательскую информацию и работает «на себя», обрабатывая коллизии.

Администраторы сетей Ethernet с разделяемой средой руководствуются простым эмпирическим правилом — коэфф. исп-ния среды не должен пре­вышать 30 %. Для поддержки чувствит-го к задержкам трафика сети Eternet (и др.сети с разделяемой средой) могут применять только один метод поддержания хар-к QoS — недогруженный режим работы. битового интервала равна 0,1 мкс, или 100 нс.