Обзор технологий, применяемых для построения локальных сетей

EthernetПервое, что приходит в голову, когда речь заходит о технологиях локальныхсетей – это, конечно, Ethernet. Эта технология была разработана в 1970году Исследовательским центром в Пало-Альто, принадлежащем корпорации Xerox.В 1980 г. на его основе появилась спецификация IEEE 802.3. Пожалуй, самойхарактерной чертой Ethernet является метод доступа к среде передачи- CSMA/CD (carrier-sense multiple access/collision detection) - множественныйдоступ с обнаружением несущей. Перед началом передачи данных сетевой адаптерEthernet "прослушивает" сеть, чтобы удостовериться, что никто больше еене использует. Если среда передачи в данный момент кем-то используется,адаптер задерживает передачу, если же нет, то начинает передавать. В томслучае, когда два адаптера, предварительно прослушав сетевой трафик и обнаружив"тишину", начинают передачу одновременно, происходит коллизия. При обнаруженииадаптером коллизии обе передачи прерываются, и адаптеры повторяют передачуспустя некоторое случайное время (естественно, предварительно опять прослушавканал на предмет занятости). Для приема информации адаптер должен приниматьвсе пакеты в сети, чтобы определить, не он ли является адресатом.

Различные реализации - Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet – обеспечиваютпропускную способность соответственно 10, 100 и 1000 Мбит/с.


EthernetFast EthernetGigabit EthernetНоминальная скорость передачи информации, Мбит/с101001000Среда передачиВитая пара, коаксиал, оптоволокноВитая пара, оптоволокноВитая пара, оптоволокноВарианты реализации10 Base2,
10 BaseT,
10 Base5, 1
Base5, 10
Broad36100 Base-TX,
100 Base-FX,
100 Base-T41000Base-X
1000Base-LX
1000Base-SX
1000Base-CX
1000Base-TТопологияШина, звездаЗвездаЗвезда

Основной недостаток сетей Ethernet обусловлен методом доступа к средепередачи: при наличии в сети большого количества одновременно передающихстанций растет количество коллизий, а пропускная способность сети падает.В экстремальных случаях скорость передачи в сети может упасть до нуля.Но даже в сети, где средняя нагрузка не превышает максимально допустимуюрекомендованную (30-40% от общей полосы пропускания), скорость передачисоставляет 70-80% от номинальной. В некоторой степени этот недостаток можетбыть устранен применением коммутаторов (switch) вместо концентраторов (hub).При этом трафик между портами, подключенными к передающему и принимающемусетевым адаптерам, изолируется от других портов и адаптеров.

Весьма существенным преимуществом различных вариантов Ethernet являетсяобратная совместимость, которая позволяет использовать их совместно в однойсети, в ряде случаев даже не изменяя существующую кабельную систему.

Эта технология настолько распространена и разнообразна, что заслуживаетотдельного обзора.Token RingВ 1970 году эта технология была разработана компанией IBM, а после сталаосновой стандарта IEEE 802.5. Token Ring является сетью с передачей маркера.Кабельная топология – звезда или кольцо, но в логически данные всегда передаютсяпоследовательно от станции к станции по кольцу. При этом способе организациипередачи информации по сети циркулирует небольшой блок данных – маркер.Каждая станция принимает маркер и может удерживать его в течении определенноговремени. Если станции нет необходимости передавать информацию, она простопередает маркер следующей станции. Если станция начинает передачу, онамодифицирует маркер, который преобразовывается в последовательность "началоблока данных", после которого следует собственно передаваемая информация.На время прохождения данных маркер в сети отсутствует, таким образом остальныестанции не имеют возможности передачи и коллизии невозможны в принципе.При прохождении станции назначения информация принимается, но продолжаетпередаваться, пока не достигнет станции-отправителя, где удаляется окончательно.Для обработки возможных ошибок, в результате которых маркер может бытьутерян, в сети присутствует станция с особыми полномочиями, которая можетудалять информацию, отправитель которой не может удалить ее самостоятельно,а также восстанавливать маркер. Поскольку для Token Ring всегда можно заранеерассчитать максимальную задержку доступа к среде для передачи информации,она может применяться в различных автоматизированных системах управления,производящих обработку информации и управление процессами в реальном времени.Для сохранения работоспособности сети при возникновении неисправностейпредусмотрены специальные алгоритмы, позволяющие в ряде случаев изолироватьнеисправные участки путем автоматической реконфигурации. Скорость передачи,описанная в IEEE 802.5, составляет 4 Мбит/с, однако существует также реализация16 Мбит/с, разработанная в результате развития технологии Token Ring.ARCnetAttached Resourse Computing Network (ARCnet) – сетевая архитектура,разработанная компанией Datapoint в середине 70-х годов (наверное, порауточнять - XX века :-).

В качестве стандарта IEEE ARCnet принят не был, но частично соответствуетIEEE 802.4. Сеть с передачей маркера. Топология - звезда или шина. В качествесреды передачи ARCnet может использовать коаксиальный кабель, витую паруи оптоволоконный кабель. На местной почве, естественно, были популярныварианты на коаксиале и витой паре. Закрепить свои позиции этому недорогомустандарту помешало малое быстродействие - всего-то 2,5 Мбит/с. В начале90-х Datapoint разработала ARCNETPLUS, со скоростью передачи до 20 Мбит/с,обратно совместимый с ARCnet. Но время было упущено – чересчур медленныйARCnet к тому времени мало где выжил, а в спину новому ARCNETPLUS уже дышалFast Ethernet. Но есть место для применения ARCnet и в современной сети.Допустимая длина коаксиального кабеля при топологии "звезда" – 610 м. Чемне вариант для соединения локальных сетей в двух рядом стоящих зданиях?Что называется – "дешевле не бывает". Проблемы две - найти старинные сетевыеадаптеры и "прикрутить" старые драйвера к современной операционной системе:-).FDDIТехнология Fiber Distributed Data Interface (FDDI) была разработанав 1980 году комитетом ANSI. Была первой технологией локальных сетей, использовавшейв качестве среды передачи оптоволоконный кабель. Причинами, вызвавшимиего разработку, были возрастающие требования к пропускной способности инадежности сетей. Этот стандарт оговаривает передачу данных по двойномукольцу оптоволоконного кабеля со скоростью 100 Мбит/с. При этом сеть можетохватывать очень большие расстояния – до 100 км по периметру кольца. FDDI,также как и Token Ring, является сетью с передачей маркера. В FDDI разделяются2 вида трафика – синхронный и асинхронный. Полоса пропускания, выделяемаядля синхронного трафика, может выделяться станциям, которым необходимапостоянная возможность передачи. Это очень ценное свойство при передачечувствительной к задержкам информации - как правило, это передача голосаи видео. Полоса пропускания, выделяемая под асинхронный трафик, может распределятьсямежду станциями с помощью восьмиуровневой системы приоритетов. Применениедвух оптоволоконных колец позволяет существенно повысить надежность сети.В обычном режиме передача данных происходит по основному кольцу, вторичноекольцо не задействуется. При возникновении неисправности в основном кольцевторичное кольцо объединяется с основным, вновь образуя замкнутое кольцо.При множественных неисправностях сеть распадается на отдельные кольца.

Высокая надежность, пропускная способность и допустимые расстояния,с одной стороны, и высокая стоимость оборудования, с другой, ограничиваютобласть применения FDDI соединением фрагментов локальных сетей, построенныхпо более дешевым технологиям.

Технология, основанная на принципах FDDI, но с применением в качествесреды передачи медной витой пары, называется CDDI. Хотя стоимость построениясети CDDI ниже, чем FDDI, теряется очень существенное преимущество – большиедопустимые расстояния.ATMАмериканский национальный институт стандартов (ANSI) и Международный консультативныйкомитет по телефонии и телеграфии (CCITT, МККТТ) начинали разработку стандартовATM (Asynchronous Transfer Mode – Асинхронный Режим Передачи)как набора рекомендаций для сети B-ISDN (Broadband Integrated ServicesDigital Network). При этом изначально преследовалась цель повышения эффективностииспользования телекоммуникационных соединений, возможность применения влокальных сетях не рассматривалась. Так как ATM, с одной стороны,весьма специфична и непохожа на другие технологии, а с другой стороны,получила достаточно широкое распространение (особенно за рубежом :-), оназаслуживает отдельного, весьма обширного обзора. Сейчас попытаюсь отметитьтолько основные черты.

В технологии ATM используются небольшие, фиксированной длины пакеты,называемые ячейками (cells). Размер ячейки - 53 байта (5 байт заголовок+ 48 байт данные).

В отличии от традиционных технологий, применяемых в локальных сетях,АТМ – технология с установлением соединения. Т.е. перед сеансом передачиустанавливается виртуальный канал отправитель-получатель, который не можетиспользоваться другими станциями. (В традиционных технологиях соединениене устанавливается, а в среду передачи помещаются пакеты с указанным адресом.)Несколько виртуальных каналов АТМ могут одновременно сосуществовать в одномфизическом канале.

Для обеспечения взаимодействия устройств в ATM используются коммутаторы.При установлении соединения в таблицу коммутации заносятся номерпорта и идентификатор соединения, который присутствует в заголовке каждойячейки. В последствии коммутатор обрабатывает поступающие ячейки, основываясьна идентификаторах соединения в их заголовках.

Технология ATM предоставляет возможность регламентировать для каждогосоединения минимально достаточную пропускную способность, максимальнуюзадержку и максимальную потерю данных, а также содержит методы для обеспеченияуправления трафиком и механизмы обеспечения определенного качества обслуживания.Это позволяет совмещать в одной сети несколько типов трафика в одной сети.Обычно выделяют 3 разновидности трафика – видео, голос, данные.

Технология АТМ отличается широкими возможностями масштабирования. Врамках применения АТМ в локальных сетях интерес представляют варианты соскоростью передачи 25 (витая пара класса 3 и выше) и 155 Мбит/с (витаяпара класса 5, оптоволокно), 622 Мбит/с (оптоволокно). Существующие стандартыАТМ предусматривают скорости передачи вплоть до 2,4 Гбит/с.

Использование АТМ на практике, прежде всего, привлекательно возможностьюиспользовать одну сеть для всех необходимых видов трафика, причем технологияАТМ не ограничивается уровнем локальных сетей – те же самые принципы функционированияи у WAN сегментов сетей ATM. В качестве недостатка можно указать стоимостьоборудования, существенно большую, чем у Fast Ethernet, например. Крометого, сама организация сетей АТМ несколько сложнее и в ряде случаев требуетсущественной реорганизации существующей сети.100VG-AnyLANТехнология разрабатывалась в начале 90-х совместно компаниями ATTи HP, как альтернатива технологии Fast Ethernet, для передачи данныхв локальной сети со скоростью 100 Мбит/с. Летом 1995 года получила статусстандарта IEEE 802.12. "Any" в названии должно означать сети Ethernet иToken Ring, в которых может работать 100VG-AnyLAN. Каждый концентратор100VG-AnyLAN может быть настроен на поддержку кадров 802.3 (Ethernet),либо кадров 802.5 (Token Ring). Специфические нововведения 100VG-AnyLAN– это метод доступа Demand Priority и схема квартетного кодирования QuartetCoding, использующая избыточный код 5В/6В. Demand Priority определяет простуюсистему приоритетов – высокий, применяемый для мультимедийных приложений,и низкий – применяемый для всех остальных. В результате коэффициент использованияпропускной способности сети должен повышаться. При этом роль арбитра припередаче трафика исполняют концентраторы 100VG-AnyLAN. За счет примененияспециального кодирования и 4-х пар кабеля, сети 100VG-AnyLAN могут использоватьвитую пару категории 3. Естественно, могут использоваться кабели болеевысоких категорий, также поддерживается оптоволоконный кабель. Технологияне получила широкого распространения, особенно на местной почве. С точкизрения скорости передачи информации с 100VG-AnyLAN конкурирует Fast Ethernet,который при сходных скоростных характеристиках гораздо более совместимс другими реализациями Ethernet и более дешев. С точки зрения специальныхвозможностей для передачи мультимедийного трафика в конкуренцию вступаетATM, которая к тому же имеет куда большие возможности масштабирования –как по скорости, так и по покрываемой территории.Apple Talk, Local TalkApple Talk – стек протоколов, предложенный компанией Apple в начале 80-хгодов. Изначально протоколы Apple Talk применялись для работы с сетевымоборудованием, объединяемым названием Local Talk, к которому относятсяадаптеры Local Talk (встроенные в компьютеры Apple), кабели, модули соединителей,удлинители кабеля. Сегмент Local Talk может объединять до 32 узлов. Топологиясети – общая шина или дерево, максимальная длина - 300 м, скоростьпередачи – 230,4 Кбит/с, среда передачи – экранированная витая пара. Малаяпропускная способность Local Talk вызвала необходимость разработки адаптеровдля сетевых сред с большей пропускной способностью – Ether Talk, TokenTalk и FDDI Talk для сетей стандарта Ethernet, Token Ring и FDDI соответственно.Теоретически Apple Talk может работать с любой разновидностью реализацииканального уровня. В настоящее время используется расширенный стек протоколов,известный под названием Apple Talk Phase II, в котором расширены возможностимаршрутизации по сравнению с начальной реализацией. Как и большинство другихизделий компании Apple, живет внутри "яблочного" мира и практически непересекается с миром PC.UltraNetДумаю, немногим представится возможность встретить эту технологию "живьем".Она используется для работы с вычислительными системами класса суперкомпьютерови "большими" машинами. UltraNet представляет собой аппаратно-программныйкомплекс, способный обеспечить скорость обмена информацией между устройствами,подключенными к нему, до 1 Гбит/с. Эта технология использует топологию"звезда" с концентратором в центральной точке сети. UltraNet отличаетсядостаточно сложной физической реализацией и совершенно нескромными ценамина оборудование – под стать ценам на суперкомпьютеры. Для инициализациии управления сетью UltraNet даже используются компьютеры класса Intel 386,которые подключаются к концентратору. Другими элементами сети UltraNetявляются сетевые процессоры и канальные адаптеры. Также в состав сети могутвходить мосты и роутеры для соединения ее с сетями, построенными по другимтехнологиям (Ethernet, Token Ring). В качестве среды передачи могут использоватьсякоаксиальный кабель и оптоволокно. Хосты, подключаемые к UltraNet, могутнаходится друг от друга на расстоянии до 30 км. Возможны также соединенияи на большие расстояния путем подключения через высокоскоростные каналыWAN.Banyan VINESЭта технология разработана компанией Banyan Virtual Network System (VINES).В качестве методов доступа к среде может использовать общеизвестные – Ethernet,Token Ring (и другие, применяемые уже в WAN). На более высоком уровне BanyanVINES используют модифицированные протоколы XNS, разработанные корпорациейXerox в конце 1970-начале 1980 годов. К слову сказать, XNS послужили основойеще для очень многих реализаций протоколов, получивших гораздо большеераспространение, чем собственно XNS. Протоколы высокого уровня Banyan VINESдовольно сильно напоминают TCP/IP, но плюс к традиционным чертам TCP/IP,имеют целый ряд дополнений, призванных улучшить, расширить, и сделать болееудобным все, что можно сделать таковым :-). Кроме того, имя "Banyan VINES"носит сетевая OC. Сложно сказать, почему эта весьма интересная технологияне получила широкого распространения, по крайней мере на местной почве– вероятно, просто она не оказалась в нужное время в нужном месте.






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.