2018-02-13
5214
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) является профессиональной организацией (США), определяющей стандарты, связанные с сетями и другими аспектами электронных коммуникаций. Группа IEEE 802.X содержит описание сетевых спецификаций и содержит стандарты, рекомендации и информационные документы для сетей и телекоммуникаций.
Публикации IEEE являются результатом работы различных технических, исследовательских и рабочих групп.
Рекомендации IEEE связаны главным образом с 2 нижними уровнями модели OSI - физическим и канальным. Эти рекомендации делят канальный уровень на 2 подуровня нижний - MAC (управление доступом к среде) и верхний - LLC (управление логическим каналом).
Часть стандартов IEEE (802.1 - 802.11) была адаптирована ISO (8801-1 - 8802-11, соответственно), получив статус международных стандартов. В литературе, однако, гораздо чаще упоминаются исходные стандарты, а не международные (IEEE 802.3, а не ISO/IEC 8802-3).
Ниже приведено краткое описание стандартов IEEE 802.X:
- 802.1 - задает стандарты управления сетью на MAC-уровне, включая алгоритм Spanning Tree. Этот алгоритм используется для обеспечения единственности пути (отсутствия петель) в многосвязных сетях на основе мостов и коммутаторов с возможностью его замены альтернативным путем в случае выхода из строя. Документы также содержат спецификации сетевого управления и межсетевого взаимодействия.
- 802.2 - определяет функционирование подуровня LLC на канальном уровне модели OSI. LLC обеспечивает интерфейс между методами доступа к среде и сетевым уровнем. Прозрачные для вышележащих уровней функции LLC включают кадрирование, адресацию, контроль ошибок. Этот подуровень используется в спецификации 802.3 Ethernet, но не включен в спецификацию Ethernet II.
- 802.3 - описывает физический уровень и подуровень MAC для сетей с немодулированной передачей (baseband networks), использующих шинную топологию и метод доступа CSMA/CD. Этот стандарт был разработан совместно с компаниями Digital, Intel, Xerox и весьма близок к стандарту Ethernet. Однако стандарты Ethernet II и IEEE 802.3 не полностью идентичны и для обеспечения совместимости разнотипных узлов требуется применять специальные меры. 802.3 также включает технологии Fast Ethernet (100BaseTx, 100BaseFx, 100BaseFl).
- 802.5 - описывает физический уровень и подуровень MAC для сетей с кольцевой топологией и передачей маркеров. Этому стандарту соответствуют сети IBM Token Ring 4/16 Мбит/с.
- 802.8 - отчет TAG по оптическим сетям. Документ содержит обсуждение использования оптических кабелей в сетях 802.3 - 802.6, а также рекомендации по установке оптических кабельных систем.
- 802.9 - отчет рабочей группы по интеграции голоса и данных (IVD). Документ задает архитектуру и интерфейсы устройств для одновременной передачи данных и голоса по одной линии. Стандарт 802.9, принятый в 1993 году, совместим с ISDN и использует подуровень LLC, определенный в 802.2, а также поддерживает кабельные системы UTP (неэкранированные кабели из скрученных пар).
- 802.10 - в этом отчете рабочей группы по безопасности ЛВС рассмотрены вопросы обмена данными, шифрования, управления сетями и безопасности в сетевых архитектурах, совместимых с моделью OSI.
- 802.11 - имя рабочей группы, занимающейся спецификаций 100BaseVG Ethernet 100BaseVG. Комитет 802.3, в свою очередь, также предложил спецификации для Ethernet 100 Мбит/с
Отметим, что работа комитета 802.2 послужила базой для нескольких стандартов (802.3 - 802.6, 802.12). Отдельные комитеты (802.7 - 802.11) выполняют в основном информационные функции для комитетов, связанных с сетевыми архитектурами.
Отметим также, что разные комитеты 802.X задают разный порядок битов при передаче. Например, 802.3 (CSMA/CD) задает порядок LSB, при котором передается сначала наименее значимый бит (младший разряд), 802.5 (token ring) использует обратный порядок - MSB, как и ANSI X3T9.5 - комитет, отвечающий за архитектурные спецификации FDDI. Эти два варианта порядка передачи известны как "little-endian" (канонический) и "big-endian" (неканонический), соответственно. Эта разница в порядке передачи имеет существенное значение для мостов и маршрутизаторов, связывающих различные сети.
Сетевые протоколы.
Сетевой протокол есть формат описания передаваемых сообщений и правила, по которым происходит обмен информацией между двумя или несколькими системами.
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol - протокол управления передачей/протокол Internet) Известен также как стек протоколов Internet (Internet Protocol Suite). Данный стек протоколов используется в семействе сетей Internet и для объединения гетерогенных сетей.
IPX/SPX - Internet Packet eXchange/Sequenced Packet eXchange. IPX используется в качестве основного протокола в сетях Novell NetWare для обмена данными между узлами сети и приложениями, работающими на различных узлах. Протокол SPX содержит расширенный по сравнению с IPX набор команд, позволяющий обеспечить более широкие возможности на транспортном уровне. SPX обеспечивает гарантированную доставку пакетов.
NetBEUI - NetBIOS Extended User Interface. Транспортный протокол, используемый Microsoft LAN Manager, Windows for Workgroups, Windows NT и других сетевых ОС.
Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) - это периферийное устройство компьютера, непосредственно взаимодействующее со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами. Это устройство решает задачи надежного обмена двоичными данными, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, по внешним линиям связи. Как и любой контроллер компьютера, сетевой адаптер работает под управлением драйвера операционной системы и распределение функций между сетевым адаптером и драйвером может изменяться от реализации к реализации.
Сетевой концентратор – В локальных сетях нашли применение топологии различных типов. Наряду с широко распространенной «шиной» применяются топологии «пассивная звезда» и «дерево». Все типы топологий могут использовать репитеры и пассивные концентраторы для объединения разных сегментов сети. Основное требование к данным топологиям — отсутствие петель (замкнутых контуров).
Если сети на базе спецификаций 10BASE-2 или 10BASE-5 имеют небольшие размеры, то вполне можно обойтись без концентраторов. Но концентраторы обязательно должны применяться для спецификации 10BASE-T, имеющей топологию «пассивная звезда».
Для подключения к сети удаленных групп могут быть использованы концентраторы с дополнительным волоконно-оптическим портом. Существуют три разновидности реализации такого порта:
· вставляемый в гнездо расширения slide-in-микротрансивер,
· вставляемый в гнездо разъема AUI навесной микротрансивер,
· постоянный оптический порт.
Оптические концентраторы применяются в качестве центрального устройства распределенной сети с большим количеством отдельных удаленных рабочих станций и небольших рабочих групп. Порты такого концентратора выполняют функции усилителей и осуществляют полную регенерацию пакетов. Существуют концентраторы с фиксированным количеством подключаемых сегментов, но некоторые типы концентраторов имеют модульную конструкцию, что позволяет гибко подстраиваться к существующим условиям. Чаще всего концентраторы и репитеры представляют собой автономные блоки с отдельным питанием.
Для технологии Fast Ethernet определены два класса концентраторов:
1) Концентраторы первого класса преобразуют приходящие из сегментов сигналы в цифровую форму. И только после этого передают их во все другие сегменты. Это позволяет подключать к таким концентраторам сегменты, выполненные по разным спецификациям: 100BASE-TX, 100BASE-T4 или 100BASE-FX.
2) Концентраторы второго класса производят простое повторение сигналов без преобразования. К такому концентратору можно подключать сегменты только одного типа.
Трафик
Характеристики трафика
Можно выделить две характеристики трафика — единица данных и способ упаковки этих единиц. Единицей данных может быть: бит, байт, октет, сообщение, блок. Они упаковываются в файлы, пакеты, кадры, ячейки. Они могут также передаваться без упаковки.
Скорость измеряется в единицах данных за единицу времени. Например, пакеты в секунду, байты в секунду, транзакции в минуту и т. д. Скорость также определяет время, требуемое для передачи единицы данных по сети.
Реальный размер передаваемых по сети данных складывается из непосредственно данных и необходимого информационного обрамления, составляющего накладные расходы на передачу. Многие технологии устанавливают ограничения на минимальный и максимальный размеры пакета. Так, например, для технологии Х.25 максимальный размер пакета составляет 4096 байт, а в технологии Frame Relay максимальный размер кадра составляет 8096 байт.
Можно выделить четыре наиболее общие характеристики трафика:
«взрывообразность»,
терпимость к задержкам,
время ответа,
емкость и пропускная способность.
Эти характеристики с учетом маршрутизации, приоритетов, соединений и т. д. как раз и определяют характер работы приложений в сети.
«Взрывообразность» характеризует частоту посылки трафика пользователем. Чем чаще пользователь посылает свои данные в сеть, тем она больше. Пользователь, который посылает данные регулярно, в одном темпе, сводит показатель «взрывообразности» практически к нулю. Этот показатель можно определить отношением максимального (пикового) значения трафика к среднему. Например, если максимальный объем пересылаемых данных в часы пик составляет 100 Мбит/с, а средний объем — 10 кбит/с, показатель «взрывообразности» будет равен 10.
Терпимость к задержкам характеризует реакцию приложений на все виды задержек в сети. Например, приложения, обрабатывающие финансовые транзакции в реальном масштабе времени, не допускают задержек. Большие задержки могут привести к неправильной работе таких приложений.
Приложения сильно различаются по допустимому времени задержки. Есть приложения, работающие в реальном времени (видеоконференции) — там время задержки должно быть крайне малым. С другой стороны, встречаются приложения, терпимые к задержкам в несколько минут или даже часов (электронная почта и пересылка файлов). На рис. 2.3 показано, из чего составляется общее время реакции системы.
Рис. 2.3. Общее время ответа сети
Понятия емкости и пропускной способности сети связаны между собой, но, по сути, это не одно и то же. Емкость сети — это реальное количество ресурсов, доступных пользователю на определенном пути передачи данных. Пропускная способность сети определяется общим количеством данных, которые могут быть переданы в единицу времени. Емкость сети отличается от пропускной способности сети из-за наличия накладных расходов, которые зависят от способа использования сети. Таблица 2.1 содержит характеристики трафика для различных приложений.
Нет ни пользователей, ни разработчиков, которые не были бы озабочены оптимальностью создаваемой сетевой инфраструктуры. При этом главный вопрос:
будет ли работа сети удовлетворительной по истечении некоторого времени после ее внедрения?
Таблица 2.1. Характеристики трафика разных приложений
| Приложение/ Характеристика | Загружен-ность трафика | Терпимость к задержкам | Время ответа | Пропускная способность, Мбит/с |
| Электронная почта | Высокая | Высокая | Регламентируется | 0.004-0.20 |
| Передача файлов | Высокая | Высокая | Регламентируется | 0.01-600 |
| CAD/CAM-системы | Высокая | Средняя | Близко к РВ | 1-100 |
| Обработка транзакций | Высокая | Низкая | Близко к РВ | 0.064-1.544 |
| Связь локальных сетей | Высокая | Высокая | Реальное время | 4-100 |
| Доступ к серверу | Средняя | Высокая | Реальное время | 4-100 |
| Высококачественное аудио | Низкая | Низкая | Реальное время | 0.128-1 |
Больше всего проблем возникает при попытке «собрать» множество одно-функциональных сетей в одну гибкую многосервисную сеть. Еще трудней получить такую сеть, которая бы смогла разрешить абсолютно все проблемы, хотя бы в обозримом будущем. Сетевые специалисты понимают, что бизнес-функции организации постоянно меняются. Организация совершенствует свою структуру, рабочие группы формируются и исчезают, производство перепрофилируется и т.д. В свою очередь, меняются и приложения, ориентированные на работу в сети. Пользовательские рабочие станции сейчас предоставляют услуги по обработке сообщений, видеоинформации, телефонии и т. д.
В этой связи, при создании сети с комбинированными функциями нужно гарантировать необходимый уровень сервиса для каждого приложения. В противном случае пользователи будут вынуждены отказаться от многосервисной сети в пользу старой специализированной сети. Как показывает текущее состояние сети Internet, обработка всего графика на равных правах приводит к серьезным проблемам, особенно при ограниченной пропускной способности. Некоторые приложения требуют быстрой реакции сети. Поэтому возникла необходимость гарантировать время реакции, пропускную способность сети и подобные параметры. Такая технология была разработана и получила название качество обслуживания (Quality of Service, QoS). Качество обслуживания использует распределение по категориям и назначение приоритетов графикам, что позволит гарантировать графику с большим приоритетом лучшие условия передачи через сетевую магистраль, вне зависимости от требований к пропускной способности графиков менее важных приложений. Технология качества обслуживания может применяться для определения стоимости услуг многосервисной сети. Качество обслуживания позволяет связать стоимость сетевых услуг с сетевой производительностью.
Однако возникает вопрос: какую именно технологию качества обслуживания должен выбрать сетевой специалист? Существует несколько вариантов: организация приоритетных очередей в маршрутизаторах, использование протокола RSVP, применение QoS ATM и т. д. Но следует отметить, что всегда можно отказаться от технологии качества обслуживания. Это можно сделать, например, введя «силовые» методы распределения полосы пропускания и не используя эти методы там, где не нужно. Для выбора конкретной технологии качества обслуживания необходимо провести анализ требований пользователей к качеству обслуживания и рассмотреть возможные альтернативы.
Трафик разных приложений
В последнее время все отчетливее прослеживается тенденция введения в приложения услуг телефонии, групповой работы над документами, обработки сообщений, видео и т. д. Эта тенденция определяет требования к сетевой магистрали, которая, комбинируя ЛВС-, MAN- и WAN-магистрали, должна иметь многосервисную основу и передавать любые типы трафика с требуемым качеством.
Можно условно разделить трафик на три категории, отличающиеся друг от друга требованиями к задержке при передаче:
D Трафик реального времени. К этой категории относятся трафик с аудио-и видеоинформацией, не допускающий задержки при передаче. Задержка обычно не превышает 0,1 с, включая время на обработку на конечной станции. Кроме того, задержка должна иметь небольшие колебания во времени (эффект «дрожания» должен быть сведен к нулю). Следует отметить, что при сжатии информации трафик данной категории становится очень чувствительным к ошибкам при передаче. При этом из-за требования малой задержки возникающие ошибки не могут быть исправлены с помощью повторной посылки;
U Трафик транзакций. Эта категория требует задержки до 1 с. Увеличение этого предельного значения заставляет пользователей прерывать свою работу и ждать ответа, потому что только после получения ответа они могут продолжить отправлять свои данные. Поэтому большие задержки приводят к уменьшению производительности труда. Кроме того, разброс в значениях задержки приводит к дискомфорту в работе. В некоторых случаях превышение допустимого времени задержки приведет к сбою рабочей сессии и пользовательским приложениям потребуется начать ее вновь;
О Трафик данных. Эта категория трафика может работать практически с любой задержкой, вплоть до нескольких секунд. Особенностью такого трафика является повышенная чувствительность к доступной пропускной способности, но не к задержкам. Увеличение пропускной способности влечет за собой уменьшение времени передачи. Приложения, передающие большие объемы данных, разработаны, в основном, так, что захватывают всю доступную полосу пропускания сети. Редкими исключениями являются приложения потокового видео. Для них важны и пропускная способность и минимизация времени задержки.
Внутри каждой рассмотренной категории графики классифицируются по присвоенным им приоритетам. Трафик, имеющий более высокий приоритет, получает предпочтение при обработке. Примером приоритетного трафика может быть транзакция с заказом.
Введение приоритетов неизбежно при недостаточности ресурсов сети. Приоритеты могут использоваться для выделения групп, прикладных программ и отдельных пользователей в группах.
Передача аудио- и видеоинформации чувствительна к изменению задержки или, иными словами, к дрожанию. Например, превышение допустимого порога дрожания может привести к достаточно ощутимым искажениям изображений, необходимости дублирования видеокадров и т. д. Передача звука также чувствительна к дрожанию, так как человеку трудно воспринимать неожиданные паузы в речи абонента.
Проведенные исследования показали, что в случае передачи низкокачественной аудиоинформации по сети, максимальная задержка сигнала должна находиться в пределах от 100 до 150 мс. В случае передачи изображений этот параметр не должен превышать 30 мс. Таблица 2.2 определяет диапазон приемлемых задержек при передаче аудиоинформации.
Таблица 2.2. Воздействие задержек на восприятие голосового сигнала
| Задержка | Эффект для пользователя |
| >б00 мс | Взаимодействие невозможно |
| 600 мс | Взаимодействие затруднено |
| 250 мс | Искажение речевого потока. Необходима адаптация к каналу связи |
| 100 мс | Задержки практически незаметны |
| 50 мс | Передача без искажений |
Кроме того, так как потоки аудио- и видеоинформации следуют через различные устройства, которые обрабатывают трафик с учетом эффекта дрожания на основе разных алгоритмов, может быть быстро потеряна синхронизация между изображением и голосом (как это бывает в плохих фильмах). С эффектом дрожания можно бороться, применяя буферную память на принимающей стороне. Но следует помнить, что объем буфера может достигать значительных размеров, а это приводит как к удорожанию аппаратуры, так и к обратному эффекту — увеличению задержки за счет накладных расходов при обработке информации в большом буфере.
