Диагностика локальной сети

Содержание(большими)

Введение ( тут вроде цифра нужна) – нумерация страницы -----4

1 Стандарты сетей………………….…………………...….…………….………..5

1.1 Ethernet……………………...……………………….………..…………8

1.2 TokenRing…………………..………….………….…..……....………..10

2 Основные характеристики TokenRing……………….………..…..…………..11

2.1 Сетевое оборудование TokenRing….............….……..…..…............13

2.2 Топология………………………………….……………..…......……..15

2.3 Среда передачи……………………………….……………......………17

2.4 Организация функционирования……………………..……...............20

2.5 Передача маркера…………………………………………….………..23

2.6 Физический уровень TokenRing…………………..……....…….........25

3 Форматы кадров Token Ring……………………………..……..……....……...28

3.1 Маркер…………………………………………..……..………….……28

3.2 Кадр данных…………………………………..……..………....….......31

3.3 Прерывающая последовательность……………………..……...….…35

4 Область применения…………………………………....…...………….….…...36

Заключение……………………………………………………………....……......37

Список использованных источников………………………………….……....38

ВВЕДЕНИЕ

TokenRing — технология локальной вычислительной сети (LAN) кольца с «маркерным доступом» — протокол локальной сети, который находится на канальном уровне (DLL) модели OSI. Он использует специальный трёхбайтовый фрейм, названный маркером, который перемещается вокруг кольца. Владение маркером предоставляет его обладателю право передавать информацию на носителе. Кадры кольцевой сети с маркерным доступом перемещаются в цикле.

В отличие от сетей CSMA/CD (например, Ethernet) сети с передачей маркера являются детерминистическими сетями. Это означает, что можно вычислить максимальное время, которое пройдет, прежде чем любая конечная станция сможет передавать. Эта характеристика, а также некоторые характеристики надежности, делают сеть TokenRing идеальной для применений, где задержка должна быть предсказуема и важна устойчивость функционирования сети. Примерами таких применений является среда автоматизированных станций на заводах.

Применяется как более дешёвая технология, получила распространение везде, где есть ответственные приложения, для которых важна не столько скорость, сколько надёжная доставка информации.

1 Стандарты сетей

В 80-е годы, произошёл бурный рост компьютерных технологий, связанный с появлением новой элементной базы, и новым витком развития сетевых решений.

Были приняты основные сетевые стандарты для локальных сетей: в 1980 году —Ethernet, в 1985 — TokenRing, в конце 80-х FDDI. Это позволило обеспечить совместимость сетевых операционных систем на нижних уровнях, а также стандартизировать интерфейс ОС с драйверами сетевых адаптеров.

В 1980 году в результате работы «комитета 802», организации InstituteofElectricalandElectronicsEngineers, IEEE, было принято семейство стандартов IEEE 802-х, которые содержат рекомендации по проектированию нижних уровней локальных сетей. Позже результаты работы этого комитета легли в основу комплекса международных стандартов ISO 8802-1...5.

Стандарты семейства IEEE 802.х охватывают два нижних уровня модели ISO/ OSI - физический и канальный, потому что именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей.

Функции канального уровня подразделяются на два подуровня:

1. управление доступом к среде передачи (MediaAccessControl, MAC);
2. управление логическим соединением (LogicalLinkControl, LLC).

Подуровень MAC определяет такие элементы канального уровня, как логическая топология сети, метод доступа к среде передачи информации и правила физической адресации между сетевыми объектами. Аббревиатура MAC используется также при определении физического адреса сетевого устройства: физический адрес устройства (который определяется внутри сетевого устройства или сетевой карты на этапе производства) часто называют МАС-адресом этого устройства.

Существует возможность программно изменить МАС-адрес большого количества сетевых устройств, особенно сетевых карт. При этом необходимо помнить, что канальный уровень модели ISO/OSI накладывает ограничения на использование МАС-адресов: в одной физической сети не может быть двух или более устройств, использующих одинаковый МАС-адрес.

Для определения физического адреса сетевого объекта может быть использовано понятие «адрес узла». Адрес узла чаще всего совпадает с МАС - адресом или определяется логически при программном переназначении адреса.

Подуровень LLC определяет правила синхронизации передачи и сервиса соединений. Этот подуровень канального уровня тесно взаимодействует с сетевым уровнем модели ISO/OSI и отвечает за надежность физических (с использованием МАС-адресов) соединений. Канальный уровень обеспечивает сервис соединений.

Существует три типа сервиса соединений:

1. сервис без подтверждения и без установления соединений (unacknowledgedconnectionless) -посылает и получает фреймы без управления потоком и без контроля ошибок или последовательности пакетов;
2. сервис, ориентированный на соединение (connection-oriented), -обеспечивает управление потоком, контроль ошибок и последовательности пакетов посредством выдачи квитанций (подтверждений);
3. сервис с подтверждением без установления соединения (acknowledgedconnectionless) -использует квитанции для управления потоком и контроля ошибок при передачах между двумя узлами сети.

Сервис соединений использует подтверждения, или квитанции, представляющие собой специальные сообщения, которые подтверждают факт приема фрейма или пакета данных. Подтверждения используются для управления потоком данных LLC-уровня и для контроля ошибок.

1.1Ethernet

Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, использующих в настоящее время Ethernet, оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров, работающих с установленными сетевыми адаптерами Ethernet - в 50 миллионов.

Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов этой технологии. В более узком смысле, Ethernet - это сетевой стандарт, основанный на технологиях экспериментальной сети EthernetNetwork, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году (еще до появления персонального компьютера). Метод доступа был опробован еще раньше: во второй половине 60-х годов в радиосети Гавайского университета использовались различные варианты случайного доступа к общей радиосреде, получившие общее название Aloha. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II для сети, построенной на основе коаксиального кабеля. Поэтому стандарт Ethernet иногда называют стандартом DIX по заглавным буквам названий фирм.

На основе стандарта Ethernet DIX был разработан стандарт IEEE 802.3, который во многом совпадает со своим предшественником, но некоторые различия все же имеются. В то время, как в стандарте IEEE 802.3 различаются уровни MAC и LLC, в оригинальном Ethernet оба эти уровня объединены в единый канальный уровень. В Ethernet определяется протокол тестирования конфигурации (EthernetConfigurationTestProtocol), который отсутствует в IEEE 802.3. Несколько отличается и формат кадра, хотя минимальные и максимальные размеры кадров в этих стандартах совпадают.

В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3 имеет различные модификации - 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-F.

Для передачи двоичной информации по кабелю для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet используется манчестерский код.

Все виды стандартов Ethernet используют один и тот же метод разделения среды передачи данных - метод CSMA/CD.

1.2 TokenRing

Сети стандарта TokenRing, также как и сети Ethernet, используют разделяемую среду передачи данных, которая состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему используется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциями права на использование кольца в определенном порядке. Право на использование кольца передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном.

Стандарт TokenRing был принят комитетом 802.5 в 1985 году. В это же время компания IBM приняла стандарт TokenRing в качестве своей основной сетевой технологии. В настоящее время именно компания IBM является основным законодателем моды технологии TokenRing, производя около 60% сетевых адаптеров этой технологии.

Сети TokenRing работают с двумя битовыми скоростями - 4 Мб/с и 16 Мб/с. Первая скорость определена в стандарте 802.5, а вторая является новым стандартом де-факто, появившимся в результате развития технологии TokenRing. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается.

Сети TokenRing, работающие со скоростью 16 Мб/с, имеют и некоторые усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Мб/с.

2 Основные характеристики TokenRing

В сетях TokenRing при передаче данных используется разделяемая среда. В этой технологии эта среда представляет собой отрезки кабеля, при помощи которых все рабочие станции сети соединены в кольцо. Это кольцо является в этих сетях общим ресурсом, который разделяется всеми станциями, а для того, чтобы получить к нему доступ, используется детерминированный алгоритм, а не алгоритм случайного доступа, как в сетях Ethernet. Основой детерминированного алгоритма является передача оборудованию сети правомочий для использования разделяемой среды – кольца – в строго определенном порядке. Передача этого права осуществляется при помощи использования кадра, который имеет специальный формат и носит название токена (token) или маркера.

Именно эта сетевая технология используется фирмой IBM как основная при организации локальных сетей, которые базируются на вычислительных машинах различных категорий – персональных компьютерах, мейнфреймах, мини-компьютерах. Корпорация IBM производит примерно 60% сетевых устройств, работающих по технологии TokenRing, и является главным разработчиком инновационных технологий этого стандарта сетей на сегодняшний день.

Локальные сети технологии TokenRing способны работать только с двумя скоростями – либо 4, либо 16 мегабит в секунду, причем в одном кольце не допускается работа сетевого оборудования на разных скоростях. По сравнению с сетями, работающими на скорости 4 мегабита в секунду, сети TokenRing стандарта 16 Мбит/сек включают в себя некоторые улучшения в алгоритме предоставления доступа к разделяемой среде.

В сравнении с технологией Ethernet, TokenRing представляет собой более сложную технологию, в которую включены средства обеспечения устойчивости к отказам. Сеть TokenRing содержит функции мониторинга своей работы, использующие обратную связь для контроля приема-передачи кадров в кольцеобразной структуре, когда отправленный кадр обязательно возвращается отправителю. Многие ошибки, обнаруженные при работе сети, в некоторых случаях могут быть исправлены автоматически, как, например, может восстановиться пропавшийтокен. Если же ошибки не могут быть устранены автоматом, то происходит их фиксация, а исправление затем выполняет менеджер сети.

В TokenRing существует понятие активный монитор. Этим термином обозначается один из компьютеров сети, который выполняет функции контроля за ее работой. Активным монитором назначается та станция в сети, значение MAC-адреса которой является максимальным при инициализации кольца. В случае неисправности активного монитора происходит повторная инициализация кольца и назначается другой активный монитор. Для обнаружения отказа активного монитора он во время работы посылает в сеть кадр специального формата, который сообщает о его работоспособности. Частота генерации такого кадра составляет 3 секунды, а при его отсутствии в сети в течение определенного времени (более 7 секунд) снова начинается процедура определения нового компьютера, который будет играть роль активного монитора.

2.1 Сетевое оборудование  TokenRing

Концентратор TokenRing (MSAU) представляет собой набор блоков TCU (TrunkCouplingUnit – блок подключения к магистрали), к которым отдельными радиальными кабелями (lobecabling) подключаются станции. Блок TCU содержит реле, в нормальном состоянии замыкающее магистраль в обход порта (одновременно замыкает вход и выход порта со стороны станции). Если к порту подключена станция, то она выдает “фантомный” сигнал постоянного тока, переключающий реле. Если станция отключается от кольца или происходит обрыв кабеля, реле восстанавливает обходной путь. Станция, физически подключенная к TCU, может проверить свою линию до MSAU (поскольку TCU обеспечивает замыкание ее приемника на ее передатчик), и, в случае исправности линии, выдать “фантомный сигнал”.

Кроме блоков TCU (обычно от 8 до 24), концентраторы MSAU имеют два порта для образования кольца концентраторов: порт RI (RingIn, вход кольца) и порт RO (RingOut, выход кольца). Эти порты также снабжены реле, обеспечивающим замыкание магистрали в обход отключенного порта.

Концентраторы могут быть пассивными и активными. Пассивный MSAU обеспечивает только электрическое подключение станции к магистрали. Активный MASU имеет в каждом блоке TCU повторитель, восстанавливающий форму сигнала. Активные концентраторы могут содержать блок управления по SNMP или RMON. Сегментирующие (Portswitch) концентраторы позволяют организовывать несколько колец на одном устройстве.

Сетевые адаптеры содержат блок повторения, который может регенерировать сигнал и восстанавливать его синхронизацию (этим занимается только активный монитор). Для ресинхронизации используется 30-битный буфер, в котором накапливаются сигналы. Этот буфер подключается активным монитором к кольцу, и все данные пропускаются через него, выходя с нужной частотой. (При максимальном количестве станций (260) смещение бита за оборот по кольцу может достигать трех битовых интервалов.)

Технология TokenRing позволяет использовать для магистральных и радиальных кабелей витую пару (UTP или STP) или оптоволокно. Расстояние между пассивными концентраторами может достигать 100 м (STP Type 1) и 45 м (UTP Category 3), а между активными – 730 м и 365 м соответственно. Использование оптоволокна увеличивает максимальную длину каждого сегмента до 1 км. Разные производители оборудования и программного обеспечения определяют различные ограничения, так что при проектировании сети TokenRing необходимо пользоваться данными выбранного производителя.

2.2 Топология сети  TokenRing

Эта топология основана на топологии "физическое кольцо с подключением типа звезда". В данной топологии все рабочие станции подключаются к центральному концентратору (TokenRing) как в топологии физическая звезда. Центральный концентратор - это интеллектуальное устройство, которое с помощью перемычек обеспечивает последовательное соединение выхода одной станции со входом другой станции.

Другими словами с помощью концентратора каждая станция соединяется только с двумя другими станциями (предыдущей и последующей станциями). Таким образом, рабочие станции связаны петлей кабеля, по которой пакеты данных передаются от одной станции к другой и каждая станция ретранслирует эти посланные пакеты. В каждой рабочей станции имеется для этого приемо-передающее устройство, которое позволяет управлять прохождением данных в сети. Физически такая сеть построена по типу топологии “звезда”.

Концентратор создаёт первичное (основное) и резервное кольца. Если в основном кольце произойдёт обрыв, то его можно обойти, воспользовавшись резервным кольцом, так как используется четырёхжильный кабель. Отказ станции или обрыв линии связи рабочей станции не вличет за собой отказ сети как в топологии кольцо, потому что концентратор отключет неисправную станцию и замкнет кольцо передачи данных. 

В архитектуре TokenRing маркер передаётся от узла к узлу по логическому кольцу, созданному центральным концентратором. Такая маркерная передача осуществляется в фиксированном направлении (направление движения маркера и пакетов данных представлено на рисунке стрелками синего цвета). Станция, обладающая маркером, может отправить данные другой станции.

Для передачи данных рабочие станции должны сначала дождаться прихода свободного маркера. В маркере содержится адрес станции, пославшей этот маркер, а также адрес той станции, которой он предназначается. После этого отправитель передает маркер следующей в сети станции для того, чтобы и та могла отправить свои данные.

Один из узлов сети (обычно для этого используется файл-сервер) создаёт маркер, который отправляется в кольцо сети. Такой узел выступает в качестве активного монитора, который следит за тем, чтобы маркер не был утерян или разрушен. Преимущества сетей топологии TokenRing:

1) топология обеспечивает равный доступ ко всем рабочим станциям;

2) высокая надежность, так как сеть устойчива к неисправностям отдельных станций и к разрывам соединения отдельных станций.

Недостатки сетей топологии TokenRing: большой расход кабеля и соответственно дорогостоящая разводка линий связи.

2.3 Среда передачи

Среда передачи – это физическая среда, по которой возможно распространение информационных сигналов в виде электрических, световых и т.п. импульсов. В настоящее время выделяют два основных типа физических соединений: соединения с помощью кабеля и беспроводные соединения.

Технические характеристики среды передачи влияют на такие потребительские параметры сетей как максимальное расстояние передачи данных и максимальная скорость передачи данных.

Кабельные системы

Кабель (cable), используемый для построения компьютерных сетей, представляет собой сложную конструкцию, состоящую, в общем случае, из проводников, изолирующих и экранирующих слоев. В современных сетях используются три типа кабеля:

1. коаксиальный кабель (coaxialcable);
2. витая пара (twistedpair);
3. оптоволоконный кабель (fiberoptic).

Каждый тип кабеля отличается от других внутренним устройством и обладает целым набором технических характеристик, влияющих на основные потребительские параметры сетей:

Таблица 1 – типы кабелей

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель был первым типом кабеля, использованным для соединения компьютеров в сеть. Кабель данного типа состоит из центрального медного проводника, покрытого пластиковым изолирующим материалом, который, в свою очередь, окружен медной сеткой и/или алюминиевой фольгой. Этот внешний проводник обеспечивает заземление и защиту центрального проводника от внешней электромагнитной интерференции. При прокладке сетей используются два типа кабеля — "Толстый коаксиальный кабель" (Thicknet) и "Тонкий коаксиальный кабель" (Thinnet). Сети на основе коаксиального кабеля обеспечивают передачу со скоростью до 10 Мбит/с. Максимальная длина сегмента лежит в диапазоне от 185 до 500 м в зависимости от типа кабеля.

Витая пара

Кабель типа витая пара (twistedpair), является одним из наиболее распространенных типов кабеля в настоящее время. Он состоит из нескольких пар медных проводов, покрытых пластиковой оболочкой. Провода, составляющие каждую пару, закручены вокруг друг друга, что обеспечивает защиту от взаимных наводок. Кабели данного типа делятся на два класса — "экранированная витая пара" ("Shieldedtwistedpair") и "неэкранированная витая пара" ("Unshieldedtwistedpair"). Отличие этих классов состоит в том, что экранированная витая пара является более защищенной от внешней электромагнитной интерференции, благодаря наличию дополнительного экрана из медной сетки и/или алюминиевой фольги, окружающего провода кабеля. Сети на основе "витой пары" в зависимости от категории кабеля обеспечивают передачу со скоростью от 10 Мбит/с – 1 Гбит/с. Длина сегмента кабеля не может превышать 100 м (до 100 Мбит/с) или 30 м (1 Гбит/с).

Оптоволоконный кабель

Оптоволоконные кабели представляют собой наиболее современную кабельную технологию, обеспечивающую высокую скорость передачи данных на большие расстояния, устойчивую к интерференции и прослушиванию. Оптоволоконный кабель состоит из центрального стеклянного или пластикового проводника, окруженного слоем стеклянного или пластикового покрытия и внешней защитной оболочкой. Передача данных осуществляется с помощью лазерного или светодиодного передатчика, посылающего однонаправленные световые импульсы через центральный проводник. Сигнал на другом конце принимается фотодиодным приемником, осуществляющим преобразование световых импульсов в электрические сигналы, которые могут обрабатываться компьютером. Скорость передачи для оптоволоконных сетей находится в диапазоне от 100 Мбит/c до 2 Гбит/с. Ограничение по длине сегмента составляет 2 км.

2.4 Организация функционирования

Каждый узел ЛВС принимает кадр от соседнего узла, восстанавливает уровни сигналов и передает кадр следующему узлу.

Передаваемый кадр может содержать данные (кадр данных) или являться маркером. Маркер - специальный служебный кадр, предоставляющий узлу, который им владеет, право на передачу данных.

Когда узлу необходимо передать кадр, его адаптер дожидается поступления маркера, а затем преобразует его в кадр, содержащий данные, сформированные по протоколу соответствующего уровня, и передает его в сеть. Кадр передается по сети от узла к узлу, пока не достигнет адресата, который установит в нем определенные биты для подтверждения того, что кадр получен адресатом, и ретранслирует его далее в сеть. Пакет продолжает движение по сети до возвращения вузел-отправитель, в котором проверяется правильность передачи. Если кадр был передан адресату без ошибок, узел может сформировать и передать очередной кадр данных (если таковой есть) или передать маркер следующему узлу. Количество кадров данных, которое может быть передано одним узлом, определяется временем удержания маркера, которое обычно составляет 10 мс. По истечении этого времени узел должен отдать маркер другому узлу. Маркер, как и кадр данных, перемещается по кольцу от узла к узлу. Если в узле, получившем маркер, нет данных (кадра) для передачи, то он отправляет маркер к следующему узлу. Если в узле, получившем маркер, имеется кадр для передачи, то сравнивается уровень приоритета этого кадра (узла) со значением, так называемого зарезервированного приоритета, находящимся в поле маркера в виде битов резервирования. Если уровень приоритета кадра равен или больше значения зарезервированного приоритета, то узел захватывает маркер, присоединяет к нему кадр, формируя кадр данных, и передаёт его в сеть. В противном случае, если уровень приоритета кадра меньше значения зарезервированного приоритета, маркер направляется по кольцу к следующему узлу.

В процессе передачи маркера и кадра данных по кольцу каждый узел, принимая их, проверяет кадр на наличие ошибок и при их обнаружении устанавливает соответствующий признак ошибки, в соответствии с которым все остальные узлы игнорируют передаваемый кадр и просто ретранслируют его узлу-отправителю. Кроме того, каждый узел, имеющий данные для передачи, может в поле резервирования приоритета кадра или маркера установить уровень приоритета ожидающего кадра данных, если этот приоритет больше, чем значение, находящееся в этом поле и записанное предшествующими узлами. В конечном результате, кадр данных, вернувшийся после полного оборота по кольцу вузел-отправитель, будет иметь в поле резервирования приоритета значение, соответствующее максимальному уровню приоритета среди всех кадров, готовых к передаче.

Таким образом, в ЛВС TokenRing реализуется приоритетное управление трафиком, причём столкновения кадров невозможны, поскольку в каждый момент времени в сети передаётся только один кадр.

При передаче небольших кадров, например запросов на чтение файла, возникают дополнительные непроизводительные задержки на время, необходимое для полного оборота кадра по сети через множество станций и в течение которого сеть недоступна для передачи других кадров. Узел после передачи кадра мог бы отправить в ЛВС некоторое количество символов до возвращения в него отправленного кадра: от 50 до 100 символов в ЛВС со скоростью 4 Мбит/с и до 400 символов в ЛВС со скоростью 16 Мбит/с.

Для увеличения производительности сети в TokenRing со скоростью 16 Мбит/с используется так называемый режим ранней передачи маркера (EarlyTokenRelease - ETR), при котором узел передает маркер следующему узлу сразу после передачи своего кадра. Такая возможность обусловлена тем, что сеть TokenRing состоит из набора независимых межкомпьютерных связей, а не представляет собой единый кабель, проходящий через все компьютеры. С точки зрения передачи сигналов кадр от узла идет только до ближайшего соседа.

При инициализации ЛВС TokenRing одна из рабочих станций назначается в качестве активного монитора, на который возлагаются дополнительные контрольные функции в кольце:

1. временной контроль в логическом кольце с целью выявления ситуаций, связанных с потерей маркера;
2. формирование нового маркера после обнаружения потери маркера;
3. формирование диагностических кадров при определенных обстоятельствах.

При выходе активного монитора из строя, назначается новый активный монитор из множества других PC. В качестве монитора автоматически может быть назначена станция, имеющая, например, наибольший МАС-адрес.

2.5 Передача маркера

TokenRing и IEEE 802.5 являются главными примерами сетей с передачей маркера. Сети с передачей маркера перемещают по сети небольшой блок данных, называемый маркером. Владение этим маркером гарантирует право передачи. Если узел, принимающий маркер, не имеет информации для отправки, он просто переправляет маркер к следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркер в течение определенного максимального времени (по умолчанию — 10 мс).

Данная технология предлагает вариант решения проблемы коллизий, которая возникает при работе локальной сети. В технологии Ethernet, такие коллизии возникают при одновременной передаче информации несколькими рабочими станциями, находящимися в пределах одного сегмента, то есть использующих общий физический канал данных.