Глава 2. Технология построения сети

Обзор и анализ возможных технологий для решения поставленной задачи

Рассмотрим ряд технологических решений локальных сетей.

Локальная сеть Ethernet.

Спецификацию Ethernet в конце семидесятых годов XX века предложила компания Xerox Corporation. Позднее к этому проекту присоединились компании Digital Equipment Corporation (DEC) и Intel Corporation. В 1982 г. была опубликована спецификация на Ethernet версии 2.0. На базе Ethernet Институтом IEEE был разработан стандарт IEEE 802.3.

На логическом уровне в Ethernet применяется шинная топология:

§ все устройства, подключенные к сети, равноправны, т.е. любая станция может начать передачу в любой момент времени (если передающая среда свободна);

§ данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.

В стандарте Ethernet, помимо топологии шина, используется пассивная звезда и пассивное дерево (сетевое устройство, соединяющие сегменты сети – репитеры, репитерные концентраторы).

Метод доступа Ethernet является методом множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий (конфликтов) – CSMA/CD (Carier Sense Multiple Access with Collision Detection) и был предложен Xerox в 1975 г.

Поскольку в системе используется топология «общая шина», сообщение, отправляемое одной рабочей станцией, принимается одновременно всеми остальными, подключенными к общей шине. Сообщение, предназначенное только для одной станции, принимается этой станцией и игнорируется остальными. Перед началом рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен, станция начинает передачу. Главное требование к такой топологии – отсутствие петель (нет замкнутых путей).

Ethernet не исключает возможности одновременной передачи сообщений двумя или несколькими станциями. Аппаратура автоматически распознает коллизии (конфликты). После обнаружения конфликта станции задерживают передачу на некоторое время. Это время небольшое и для каждой станции свое. После задержки передачи возобновляется. Реально конфликты приводят к уменьшению быстродействия сети только в том случае, если работает порядка 80 – 100 станций.

При увеличении числа пользователей сеть будет работать не столь эффективно. В этом случае оптимальное решение состоит в увеличении числа сегментов для обслуживания групп с меньшим числом пользователей. Передаваемые в сети Ethernet пакеты могут иметь переменную длину.

В качестве сегмента сети может выступать шина или единичный абонент. Для шинных сегментов используют коаксиальный кабель, а для лучей пассивный пассивной звезды – витую пару или оптоволокно (им присоединяют к концентратору одиночные ПК).

§ форматы сети Ethernet при скорости 10 Мбит/сек:

§ 10 Base-T – витая пара;

§ 10 Base5 – толстый коаксиальный кабель;

§ 10 Base2 – тонкий коаксиальный кабель;

§ 10 Base-FL – оптоволокно.

Развитие технологии Ethernet все больше отходит от первоначального стандарта: используются новые среды передачи, коммутаторы вместо концентраторов, отказ от манчестерского кода и от метода управления CSMA/CD.

Fast Ethernet

В сети Fast Ethernet применяется та же базовая технология, что и в Ethernet – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов. Обе технологии основаны на стандарте IEEE 802.3. В результате для создания сетей обоих типов можно использовать одинаковый тип кабеля, сетевые устройства и приложения. Сети Fast Ethernet позволяют передавать данные со скоростью 100 Мбит/сек, т.е. в десять раз быстрее чем Ethernet.

В сети Fast Ethernet в отличие от Ethernet используется только пассивная звезда и пассивное дерево. К тому же в Fast Ethernet более жесткие требования к длине сети, например, увеличение сети в 10 раз приводит к уменьшению в 10 раз допустимой величины прохождения сигнала по сети.

Форматы сети Fast Ethernet при скорости 100 Мбит/сек:

§ 100 Base-T4 – счетверенная витая пара;

§ 100 Base-TX – сдвоенная витая пара;

§ 100 Base-FX – оптоволокно.

Gigabit Ethernet

Продолжение развития сетей Ethernet и Fast Ethernet. Gigabit Ethernet совместимы с сетевой инфраструктурой Ethernet и Fast Ethernet, но функционируют со скоростью 1000 Мбит/сек – что в 10 раз быстрее, чем Fast Ethernet. Сеть Gigabit Ethernet является наследницей сети Ethernet, соответственно берет все достоинства и недостатки этой сети.

Сохранение преемственности сетей Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet позволяет просто соединить сегменты сетей в единую сеть, при этом переходить к новым скоростям постепенно, вводя гигабитные сегменты только на самых напряженных участках сети.

Сеть Gigabit Ethernet сохраняет метод доступа CSMA/CD, в нем используется те же форматы пакетов и те же размеры, что в Ethernet и Fast Ethernet (это дополнительный плюс в местах соединения с этими сегментами). Единственно, что нужно при соединении сегментов – согласование скоростей обмена, соединение сегментов идет через коммутаторы.

Работа по созданию сети Gigabit Ethernet ведется с 1995 г. В 1998 г. был принят стандарт, получивший название IEEE 802.3z, включивший в себя виды сети Gigabit Ethernet.В 1999 г. принят стандарт IEEE 802.3ab, включивший в себя вид сети Gigabit Ethernet 1000 Base-T.

Виды сегментов сети Gigabit Ethernet:

§ 1000 Base-SX – сегмент на оптоволоконном кабеле с длиной волны светового сигнала до 500м, используются лазерные передатчики;

§ 1000 Base-LX – сегмент на оптоволоконном кабеле с длиной волны светового сигнала до 1300м, используются лазерные передатчики;

§ 1000 Base-CX – сегмент на экранированной витой паре длиной до 25км;

§ 1000 Base-T – сегмент на счетверенной неэкранированной витой паре длиной до 100м, используется пятиуровневое кодирование и полнодуплексный режим передачи.

Передача в Gigabit Ethernet производится в полудуплексном режиме и полнодуплексном режиме. Полнодуплексный режим не налагает ограничения на длину сети (кроме ограничений, связанных с затуханием сигнала) и обеспечивает отсутствие конфликтов, этот режим станет в будущем основным для Gigabit Ethernet.

Сеть Gigabit Ethernet с ее огромной пропускной способностью не всегда может решить некоторые задачи, предлагается новая версия – 10 Gigabit Ethernet IEEE 802.3аe, принятая в 2002 г. Ее принципиальные отличия от предыдущих версий: в качестве среды передачи используется только оптоволокно, полнодуплексный режим обмена, единственно, что остается от изначального Ethernet – формат пакета.