Методы доступа в сети

Содержание

Введение 3

1 Ethernet 4

     1.1 Описание 4

     1.2 История 5

     1.3 Технология 5

     1.4 Формат кадра 7

2 Token ring 7

    2.1 Описание 7

    2.2 История 8

    2.3 Передача маркера 8

    2.4 Сфера применений 9

3 Arcnet 10

    3.1Описание 10

    3.2 История 12

4 FDDI 14

    4.1 Описание 14

    4.2 Особенности метода доступа FDDI 14

Заключение 17

Список использованных источников 18

 

 

Введение

 

Основной проблемой при  построении ЛВС является выбор правил, которые регламентируют порядок  передачи станций на общей среде. Сложность проблемы в том, что  отдельные станции должны осуществлять передачу таким образом, чтобы не мешать друг другу, поскольку при  одновременной передаче сигналов о  двух и большего числа станций  происходит наложение и взаимное искажение сигналов, происходит так  называемый конфликт. При этом ЛВС  стремятся строить таким образом, чтобы на сети не было какого-нибудь координирующего центра (диспетчера) и все станции могли работать автономно. Для решения этой задачи был разработан ряд методов регламентации передачи или методов доступа, которые я бы и хотел рассмотреть в своей работе. 

1 Ethernet

 

1.1 Описание

 

 Ethernet ([ˈiːθərˌnɛt] от англ. ether [ˈiːθər] «эфир») — пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей.

Этот метод был разработан фирмой Xerox в 1975 году и до сих пор  наиболее популярен. Метод доступа Ethernet обеспечивает высокую скорость и высокую надежность передачи данных.

Для метода доступа Ethernet используется топология "общая шина", поэтому  все сообщения, посылаемые каждым отдельным  компьютером, принимаются всеми  остальными компьютерами в сети, подключенными  к "общей шине". Однако в целенаправленном, предназначенном для конкретной станции сообщении обязательно  указан адрес станции назначения и адрес отправителя, поэтому  принимает его только станция  назначения, а остальные не обращают на него внимания.

Перед началом передачи станция  определяет, свободен ли канал связи, и если свободен - начинает передачу. Однако возможна одновременная передача сообщений двумя и более станциями. В этом случае станции на короткое время задерживают передачу, а  затем возобновляют. Практически  быстродействие сети уменьшается только при одновременной работе 80 - 100 станций.

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические  сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается  стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой  распространенной технологией ЛВС в середине 1990-х годов, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring.

 

 

 

1.2 История

 

 Технология Ethernet была разработана вместе со многими первыми проектами корпорации Xerox PARC. Общепринято считать, что Ethernet был изобретен 22 мая 1973 года, когда Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) составил докладную записку для главы PARC о потенциале технологии Ethernet. Но законное право на технологию Меткалф получил через несколько лет. В 1976 году он и его ассистент Дэвид Боггс (David Boggs) издали брошюру под названием «Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks».

Меткалф ушел из Xerox в 1979 году и основал компанию 3Com для продвижения компьютеров и локальных вычислительных сетей (ЛВС). Ему удалось убедить DEC, Intel и Xerox работать совместно и разработать стандарт Ethernet (DIX). Впервые этот стандарт был опубликован 30 сентября 1980 года. Он начал соперничество с двумя крупными запатентованными технологиями: token ring и ARCNET, — которые вскоре были раздавлены под накатывающимися волнами продукции Ethernet. В процессе борьбы 3Com стала основной компанией в этой отрасли.

 

1.3 Технология

 

 В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

Преимущества использования  витой пары по сравнению с коаксиальным кабелем:

• возможность работы в дуплексном режиме;
• низкая стоимость кабеля «витой пары»;
• более высокая надежность сетей при неисправности в кабеле (соединение точка-точка: обрыв кабеля лишает связи два узла. В коаксиале используется топология «шина», обрыв кабеля лишает связи весь сегмент);
• минимально допустимый радиус изгиба меньше;
• большая помехозащищенность из-за использования дифференциального сигнала;
• возможность питания по кабелю маломощных узлов, например IP-телефонов (стандарт Power over Ethernet, POE);
• гальваническая развязка трансформаторного типа. При использовании коаксиального кабеля в российских условиях, где, как правило, отсутствует заземление компьютеров, применение коаксиального кабеля часто сопровождалось пробоем сетевых карт и иногда даже полным «выгоранием» системного блока.[источник не указан 694 дня]

Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить  длину сегмента без повторителей.

Метод управления доступом (для сети на коаксиальном кабеле) —  множественный доступ с контролем  несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования  данных. Режим работы полудуплексный, то есть узел не может одновременно передавать и принимать информацию. Количество узлов в одном разделяемом  сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать  более жесткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов, в основном по причине полудуплексного режима работы.

В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с и  появилась возможность работы в  режиме полный дуплекс. В 1997 году был  принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с для передачи по оптическому  волокну и еще через два года для передачи по витой паре.

 

1.4 Формат кадра

 

 Существует несколько форматов Ethernet-кадра.

• Первоначальный Version I (больше не применяется).
• Ethernet Version 2 или Ethernet-кадр II, еще называемый DIX (аббревиатура первых букв фирм-разработчиков DEC, Intel, Xerox) — наиболее распространена и используется по сей день. Часто используется непосредственно протоколом Интернет.

Наиболее распространенный формат кадра Ethernet II:

• Novell — внутренняя модификация IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control).
• Кадр IEEE 802.2 LLC.
• Кадр IEEE 802.2 LLC/SNAP.
• Некоторые сетевые карты Ethernet, производимые компанией Hewlett-Packard использовали при работе кадр формата IEEE 802.12, соответствующий стандарту 100VG-AnyLAN.

В качестве дополнения Ethernet-кадр может содержать тег IEEE 802.1Q для  идентификации VLAN, к которой он адресован, и IEEE 802.1p для указания приоритетности.

Разные типы кадра имеют  различный формат и значение MTU.

 

2 Token ring

 

2.1 Описание

 

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

Станции на локальной вычислительной сети (LAN) Token ring логически организованы в кольцевую топологию с данными, передаваемыми последовательно  от одной кольцевой станции до другой с управляющим маркером, циркулирующим  вокруг кольцевого доступа управления. Этот механизм передачи маркера совместно использован ARCNET, маркерной шиной, и FDDI, и имеет теоретические преимущества перед стохастическим CSMA/CD Ethernet.

 

2.2 История

 

 Изначально технология была разработана компанией IBM в 1984 году. В 1985 комитет IEEE 802 на основе этой технологии принял стандарт IEEE 802.5. В последнее время даже в продукции IBM доминируют технологии семейства Ethernet, несмотря на то, что ранее в течение долгого времени компания использовала Token Ring в качестве основной технологии для построения локальных сетей.

В основном, технологии похожи, но имеются незначительные различия. Token ring от IBM описывает топологию  «звезда», когда все компьютеры присоединены к одному центральному устройству (англ. multistation access unit (MSAU)), в то время, как IEEE 802.5 не заостряет внимания на топологии. В таблице 1 показаны различия между  технологиями.

 

2.3 Передача маркера

 

 Token Ring и IEEE 802.5 являются главными примерами сетей с передачей маркера. Сети с передачей маркера перемещают вдоль 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.

Если у станции, владеющей  маркером, имеется информация для передачи, она захватывает маркер, изменяет у него один бит (в результате чего маркер превращается в последовательность «начало блока данных»), дополняет информацией, которую он хочет передать и отсылает эту информацию к следующей станции кольцевой сети. Когда информационный блок циркулирует по кольцу, маркер в сети отсутствует (если только кольцо не обеспечивает «раннего освобождения маркера» — early token release), поэтому другие станции, желающие передать информацию, вынуждены ожидать. Следовательно, в сетях Token Ring не может быть коллизий. Если обеспечивается раннее высвобождение маркера, то новый маркер может быть выпущен после завершения передачи блока данных.

Информационный блок циркулирует  по кольцу, пока не достигнет предполагаемой станции назначения, которая копирует информацию для дальнейшей обработки. Информационный блок продолжает циркулировать  по кольцу; он окончательно удаляется  после достижения станции, отославшей этот блок. Станция отправки может  проверить вернувшийся блок, чтобы  убедиться, что он был просмотрен и затем скопирован станцией назначения.

 

2.4 Сфера применения

 

 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 Token Ring 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  дешевая технология, получила распространение везде, где есть ответственные приложения, для которых важна не столько скорость, сколько надежная доставка информации. В настоящее время Ethernet по надежности не уступает Token Ring и существенно выше по производительности.

 

 

3 Arcnet

 

3.1 Описание

 

 Arcnet (или ARCnet, от англ. Attached Resource Computer NETwork) — технология ЛВС, назначение которой аналогично назначению Ethernet или Token ring. ARCNET являлась первой технологией для создания сетей микрокомпьютеров и стала очень популярной в 1980-х при автоматизации учрежденческой деятельности.

Метод доступа Arcnet принадлежит  фирме Datapoint Corp. и тоже широко распространен: оборудование Arcnet заметно дешевле, чем оборудование Ethernet или Token Ring.

Arcnet применяется в локальных  сетях с топологией "звезда". Один из компьютеров создает  сообщение специального вида (так  называемый маркер), которое передается  от одного компьютера к другому  последовательно. При передаче  обычного информационного сообщения  от одной станции к другой  очередная станция дожидается  маркера и дополняет его этим  сообщением, а также адресами  отправителя и назначения. Когда  отправленный пакет достигает  станции назначения, информационное  сообщение отделяется от маркера  и передается станции.

 

Основу коммуникационного  оборудования составляет:

• коммутатор (switch)
• пассивный/активный концентратор

Преимущество имеет коммутаторное  оборудование, так как позволяет  формировать сетевые домены. Активные хабы применяются при большом  удалении рабочей станции (они восстанавливают  форму сигнала и усиливают  его). Пассивные — при маленьком. В сети применяется назначаемый  принцип доступа рабочих станций, то есть право на передачу имеет  станция, получившая от сервера так  называемый программный маркер. То есть реализуется детерминированный  сетевой трафик.

Преимущества подхода:

• Можно рассчитать точное время доставки пакета данных.
• Можно точно рассчитать пропускную способность сети.

Замечания: сообщения, передаваемые рабочими станциями образуют очередь на сервере. Если время обслуживания очереди значительно (более, чем в 2 раза) превышает максимальное время доставки пакета между двумя самыми удаленными станциями, то считается, что пропускная способность сети достигла максимального предела. В этом случае дальнейшее наращивание сети невозможно и требуется установка второго сервера.

Предельные технические  характеристики:

• Минимальное расстояние между рабочими станциями, подключенными к одному кабелю — 0,9 м.
• Максимальная длина сети по самому длинному маршруту — 6 км.
• Ограничения связаны с аппаратной задержкой передачи информации при большом количестве коммутирующих элементов.
• Максимальное расстояние между пассивным концентратором и рабочей станцией — 30 м.
• Максимальное расстояние между активным и пассивным хабом — 30 м.
• Между активным хабом и активным хабом — 600 м.

Достоинства:

• Низкая стоимость сетевого оборудования и возможность создания протяженных сетей.
• Недостатки:
• Невысокая скорость передачи данных.

После распространения Ethernet в качестве технологии для создания ЛВС, ARCNET нашла применение во встраиваемых системах.

Поддержкой технологии ARCNET (в частности распространением спецификаций) занимается некоммерческая организация ARCNET Trade Association (ATA).

 

3.2 История

 

 Технология ARCNET была разработана Джоном Мерфи (John Murphy) — инженером из корпорации Datapoint в 1976 году и анонсирована в 1977 году.

Архитектура ArcNET представлена двумя основными топологиями: шинная и звездная. В качестве среды передачи используется коаксиальный кабель RG-62 с волновым сопротивлением 93 Ом, обжатый  на BNC вилки с соответствующим  диаметром заделки (отличаются от вилок 10Base-2 («тонкий» Ethernet)).

Сетевое оборудование состоит  из сетевых адаптеров и хабов. Сетевые адаптеры могут быть для  шинной топологии, для звездной и  универсальные. Хабы могут быть активными  и пассивными. Пассивные хабы применяются  для создания звездных участков сети. Активные хабы могут быть для шинной, звездной и смешанной топологии. Порты для шинной топологии физически  не совместимы с портами для звездной топологии, хоть и имеют одинаковое физическое подключение (BNC розетка).

В случае шинной топологии, рабочие станции и серверы  подключаются друг к другу с помощью T-коннекторов (таких же, как в 10Base-2 («тонкий» Ethernet)), подключенных к сетевым  адаптерам и хабам и соединенных  коаксиальным кабелем. Крайние точки  сегмента терминируются наконечниками  с сопротивлением 93 Ом. Количество устройств на одной шине ограничено. Минимальное расстояние между коннекторами — 0,9 метра и должно быть кратно этой величине. Для облегчения разделки, на кабель могут быть нанесены метки. Отдельные шины могут быть объединены с помощью шинных хабов.

При использовании звездной топологии применяются активные и пассивные хабы. Пассивный хаб  представляет собой резистивный  делитель-согласователь, позволяющий  подключить четыре кабеля. Все кабели в этом случае подключаются по принципу «точка-точка», без образования шин. Между двумя активными устройствами не должно быть подключено больше двух пассивных хабов. Минимальная длина  любого сетевого кабеля — 0.9 метра и  должна быть кратна этой величине. Существует ограничение длины кабеля между  активным и пассивным портами, между  двумя пассивными, между двумя  активными.

При смешанной топологии  применяются активные хабы, поддерживающие оба типа подключения.

На сетевых адаптерах  рабочих станций и серверов с  помощью джамперов или DIP-переключателей выставляется уникальный сетевой адрес, разрешение использования микросхемы расширения BIOS, позволяющего осуществить  удаленную загрузку рабочей станции (может быть бездисковой), тип подключения (шинная или звездная топология), подключение  встроенного терминатора (последние  два пункта — опционально). Ограничение  на количество рабочих станций — 255 (по разрядности регистра сетевого адреса). В случае, если два устройства имеют одинаковый сетевой адрес, оба теряют работоспособность, но на работу сети в целом эта коллизия не влияет.

При шинной топологии обрыв  кабеля или терминатора приводит к неработоспособности сети для  всех устройств, подключенных к сегменту, в который входит этот кабель(то есть от терминатора до терминатора). При звездной топологии обрыв любого кабеля приводит к отказу того сегмента, который отключается этим кабелем от файл-сервера.

Логическая архитектура ArcNET — кольцо с маркерным доступом. Поскольку такая архитектура  в принципе не допускает коллизий, при относительно большом количестве хостов (на практике испытывалось 25—30 рабочих станций) производительность сети ArcNET оказывалась выше, чем 10Base-2, при вчетверо меньшей скорости в среде (2,5 против 10 Mбит/с).

 

4 FDDI

 

4.1 Описание

 

 FDDI (англ. Fiber Distributed Data Interface — Волоконно-оптический интерфейс передачи данных) — стандарт передачи данных в локальной сети, протянутой на расстоянии до 200 километров. Стандарт основан на протоколе Token Ring. Кроме большой территории, сеть FDDI способна поддерживать несколько тысяч пользователей.

В качестве среды передачи данных в FDDI рекомендуется использовать волоконно-оптический кабель, однако можно  использовать и медный кабель, в  таком случае используется сокращение CDDI (Copper Distributed Data Interface). В качестве топологии  используется схема двойного кольца, при этом данные в кольцах циркулируют  в разных направлениях. Одно кольцо считается основным, по нему передается информация в обычном состоянии; второе — вспомогательным, по нему данные передаются в случае обрыва на первом кольце. Для контроля за состоянием кольца используется сетевой маркер, как и в технологии Token Ring.

Поскольку такое дублирование повышает надежность системы, данный стандарт с успехом применяется в магистральных каналах связи.

 

4.2 Особенности метода доступа FDDI

 

 Итак, мы с вами уже отметили, что технология FDDI во многое взяла за основу от технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее идеи. Разработчики технологии FDDI ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

• во-первых, - повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с;
• во-вторых, - повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода - повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т. п.;
• в-третьих а также, максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного (чувствительного к задержкам) трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые  образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети.

Именно наличие двух колец - стало основным способом повышения  отказоустойчивости в сети FDDI. Узлы, которые хотят воспользоваться  этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам. Сейчас мы рассмотрим эту особенность  построения сети.

В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного (Primary) кольца.

Этот режим назван режимом Thru - "сквозным" или "транзитным" . Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным  вновь образуя единое кольцо.

Этот режим работы сети называется Wrap, то есть "свертывание" или "сворачивание" колец.

Операция свертывания  производится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров технологии FDDI.

Для упрощения этой процедуры  данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении (на диаграммах это направление изображается против часовой стрелки), а по вторичному - в обратном (изображается по часовой  стрелке). Поэтому при образовании  общего кольца из двух колец передатчики  станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

 

Заключение

За последние годы ЛВС получили широкое распространение в самых различных областях науки, техники и производства.

Особенно широко ЛВС  применяются при разработке коллективных проектов, например, сложных программных  комплексов.

Вероятно, в будущем  будут разработаны новые методы доступа, устраняющие недостатки описанных  выше. Будет осуществлена возможность  получения информации без каких-либо задержек. Впрочем, если учесть скорость развития компьютерных технологий, такие  методы доступа уже не за горами.  
Список литературы

1 В.А. Галкин Теллекомуникации  и сети// МГТУ им. Баумана. 2008 г.

2 Интернет-ресурсы:

2.1 Методы доступа в  сети//Википедия: свободная электронная энциклопедия: на русском языке [Электронный ресурс] // ( http://ru.wikipedia.org/wiki/Методы_доступа_в_сети )