Технологии локальной вычислительной сетью

2.2 Сохранение протокола

Пожалуй, наибольшую практическую пользу новой технологии принесло решение оставить протокол передачи сообщений без изменения. Протокол передачи сообщений, в нашем случае CSMA/CD, определяет способ, каким данные передаются по сети от одного узла к другому через кабельную систему. В модели ISO/OSI протокол CSMA/CD является частью уровня управления доступом к среде (Media Access Control, MAC). На этом уровне определяется формат, в котором информация передается по сети, и способ, каким сетевое устройство получает доступ к сети (или управление сетью) для передачи данных.

Название CSMA/CD можно разбить на две части: Carrier Sense Multiple Access и Collision Detection. Из первой части имени можно заключить, каким образом узел с сетевым адаптером определяет момент, когда ему следует послать сообщение. В соответствии с протоколом CSMA, сетевой узел вначале "слушает" сеть, чтобы определить, не передается ли в данный момент какое-либо другое сообщение. Если прослушивается несущий сигнал (carrier tone), значит в данный момент сеть занята другим сообщением - сетевой узел переходит в режим ожидания и пребывает в нем, пока сеть не освободится. Когда в сети наступает молчание, узел начинает передачу. Фактически данные посылаются всем узлам сети или сегмента, но принимаются лишь тем узлом, которому они адресованы.

Collision Detection - вторая часть имени - служит для разрешения ситуаций, когда два или более узла пытаются передавать сообщения одновременно. Согласно протоколу CSMA, каждый готовый к передаче узел должен вначале слушать сеть, чтобы определить, свободна ли она. Однако, если два узла слушают в одно и тоже время, оба они решат, что сеть свободна, и начнут передавать свои пакеты одновременно. В этой ситуации передаваемые данные накладываются друг на друга (сетевые инженеры называют это конфликтом), и ни одно из сообщений не доходит до пункта назначения. Collision Detection требует, чтобы узел прослушал сеть также и после передачи пакета. Если обнаруживается конфликт, то узел повторяет передачу через случайным образом выбранный промежуток времени и вновь проверяет, не произошел ли конфликт.

2.3 Три вида Fast Ethernet

Наряду с сохранением протокола CSMA/CD, другим важным решением было спроектировать 100BaseT таким образом, чтобы в нем можно было применять кабели разных типов - как те, что используются в старых версиях Ethernet, так и более новые модели. Стандарт определяет три модификации для обеспечения работы с разными видами кабелей Fast Ethernet: 100BaseTX, 100BaseT4 и 100BaseFX. Модификации 100BaseTX и 100BaseT4 рассчитаны на витую пару, а 100BaseFX был разработан для оптического кабеля.

Стандарт 100BaseTX требует применения двух пар UTP или STP. Одна пара служит для передачи, другая – для приема. Этим требованиям отвечают два основных кабельных стандарта: EIA/TIA-568 UTP Категории 5 и STP Типа 1 компании IBM. В 100BaseTX привлекательно обеспечение полнодуплексного режима при работе с сетевыми серверами, а также использование всего двух из четырех пар восьмижильного кабеля - две другие пары остаются свободными и могут быть использованы в дальнейшем для расширения возможностей сети.

Впрочем, если вы собираетесь работать с 100BaseTX, используя для этого проводку Категории 5, то вам следует знать и об его недостатках. Этот кабель дороже других восьмижильных кабелей (например Категории 3). Кроме того, для работы с ним требуется использование пробойных блоков (punchdown blocks), разъемов и коммутационных панелей, удовлетворяющих требованиям Категории 5. Нужно добавить, что для поддержки полнодуплексного режима следует установить полнодуплексные коммутаторы.

Стандарт 100BaseT4 отличается более мягкими требованиями к используемому кабелю. Причиной тому то обстоятельство, что в 100BaseT4 используются все четыре пары восьмижильного кабеля: одна для передачи, другая  для приема, а оставшиеся две работают как на передачу, так и на прием. Таким образом, в 100BaseT4 и прием, и передача данных могут осуществляться по трем парам. Раскладывая 100 Мбит/с на три пары, 100BaseT4 уменьшает частоту сигнала, поэтому для его передачи довольно и менее высококачественного кабеля. Для реализации сетей 100BaseT4 подойдут кабели UTP Категорий 3 и 5, равно как и UTP Категории 5 и STP Типа 1.

Преимущество 100BaseT4 заключается в менее жестких требованиях к проводке. Кабели Категорий 3 и 4 более распространены, и, кроме того, они существенно дешевле, нежели кабели Категории 5, о чем не следует забывать до начала монтажных работ. Недостатки же состоят в том, что для 100BaseT4 нужны все четыре пары и что полнодуплексный режим этим протоколом не поддерживается.

Fast Ethernet включает также стандарт для работы с многомодовым оптоволокном с 62.5-микронным ядром и 125-микронной оболочкой. Стандарт 100BaseFX ориентирован в основном на магистрали - на соединение повторителей Fast Ethernet в пределах одного здания. Традиционные преимущества оптического кабеля присущи и стандарту 100BaseFX: устойчивость к электромагнитным шумам, улучшенная защита данных и большие расстояния между сетевыми устройствами.

2.4 Бегун на короткие дистанции

Хотя Fast Ethernet и является продолжением стандарта Ethernet, переход от сети 10BaseT к 100BaseT нельзя рассматривать как механическую замену оборудования - для этого могут потребоваться изменения в топологии сети.

Теоретический предел диаметра сегмента сети Fast Ethernet составляет 250 метров; это всего лишь 10 процентов теоретического предела размера сети Ethernet (2500 метров). Данное ограничение проистекает из характера протокола CSMA/CD и скорости передачи 100Мбит/с.

Как уже отмечалось ранее, передающая данные рабочая станция должна прослушивать сеть в течение времени, позволяющего убедиться в том, что данные достигли станции назначения. В сети Ethernet с пропускной способностью 10 Мбит/с (например 10Base5) промежуток времени, необходимый рабочей станции для прослушивания сети на предмет конфликта, определяется расстоянием, которое 512-битный кадр (размер кадра задан в стандарте Ethernet) пройдет за время обработки этого кадра на рабочей станции. Для сети Ethernet с пропускной способностью 10 Мбит/с это расстояние равно 2500 метров.

С другой стороны, тот же самый 512-битный кадр (стандарт 802.3u задает кадр того же размера, что и 802.3, то есть в 512 бит), передаваемый рабочей станцией в сети Fast Ethernet, пройдет всего 250 м, прежде чем рабочая станция завершит его обработку (см. Рис. 2). Если бы принимающая станция была удалена от передающей станции на расстояние свыше 250 м, то кадр мог бы вступить в конфликт с другим кадром на линии где-нибудь дальше, а передающая станция, завершив передачу, уже не восприняла бы этот конфликт. Поэтому максимальный диаметр сети 100BaseT составляет 250 метров.

Чтобы использовать допустимую дистанцию, потребуется два повторителя для соединения всех узлов. Согласно стандарту, максимальное расстояние между узлом и повторителем составляет 100 метров; в Fast Ethernet, как и в 10BaseT, расстояние между концентратором и рабочей станцией не должно превышать 100метров. Поскольку соединительные устройства (повторители) вносят дополнительные задержки, реальное рабочее расстояние между узлами может оказаться еще меньше. Поэтому представляется разумным брать все расстояния с некоторым запасом.

Для работы на больших расстояниях придется приобрести оптический кабель. Например, оборудование 100BaseFX в полудуплексном режиме позволяет соединить коммутатор с другим коммутатором или конечной станцией, находящимися на расстоянии до 450 метров друг от друга. Установив полнодуплексный 100BaseFX, можно соединить два сетевых устройства на расстоянии до двух километров.

2.5 Как установить 100BaseT

Кроме кабелей, которые мы уже обсудили, для установки Fast Ethernet потребуются сетевые адаптеры для рабочих станций и серверов, концентраторы 100BaseT и, возможно, некоторое количество коммутаторов 100BaseT.

Адаптеры, необходимые для организации сети 100BaseT, носят название адаптеров Ethernet 10/100 Мбит/с. Данные адаптеры способны (это требование стандарта 100BaseT) самостоятельно отличать 10 Мбит/с от 100 Мбит/с. Чтобы обслуживать группу серверов и рабочих станций, переведенных на 100BaseT, потребуется также концентратор 100BaseT.

При включении сервера или персонального компьютера с адаптером 10/100 последний выдает сигнал, оповещающий о том, что он может обеспечить пропускную способность 100Мбит/с. Если принимающая станция (скорее всего, это будет концентратор) тоже рассчитана на работу с 100BaseT, она в ответ выдаст сигнал, по которому и концентратор, и ПК или сервер автоматически переходят в режим 100BaseT. Если концентратор работает только с 10BaseT, он не подает ответный сигнал, и ПК или сервер автоматически перейдут в режим 10BaseT.

В случае мелкомасштабных конфигураций 100BaseT можно применить мост или коммутатор 10/100, которые обеспечат связь части сети, работающей с 100BaseT, с уже существующей сетью 10BaseT.

2.6 Обманчивая быстрота

Подытоживая все вышесказанное, заметим, что, как нам кажется, Fast Ethernet наиболее хорош для решения проблем высоких пиковых нагрузок. Например, если кто-то из пользователей работает с САПР или программами обработки изображений и нуждается в повышении пропускной способности, то Fast Ethernet может оказаться хорошим выходом из положения. Однако если проблемы вызваны избыточным числом пользователей в сети, то 100BaseT начинает тормозить обмен информацией при примерно 50-процентной загрузке сети- иными словами, на том же уровне, что и 10BaseT. Но в конце концов, это ведь не более чем расширение 10BaseT.

3 Технология Gigabit Ethernet

Вопрос «Gigabit Ethernet - это Ethernet или нет?» отнюдь не праздный, и, хотя Gigabit Ethernet Alliance отвечает на него утвердительно на том основании, что эта технология использует тот же формат кадров, тот же метод доступа к среде передачи CSMA/CD, те же механизмы контроля потоков и те же управляющие объекты, все же Gigabit Ethernet отличается от Fast Ethernet больше, чем Fast Ethernet от Ethernet. (К тому же, например, Hewlett-Packard полагает, что он имеет больше сходства со 100VG-AnyLAN, чем с Fast Ethernet.) В частности, если для Ethernet было характерно разнообразие поддерживаемых сред передачи, что давало повод говорить о том, что он может работать хоть по колючей проволоке, то в Gigabit Ethernet волоконно-оптические кабели становятся доминирующей средой передачи (это, конечно, далеко не единственное отличие, но с остальными мы подробнее познакомимся ниже). Кроме того, Gigabit Ethernet ставит несравнимо более сложные технические задачи и предъявляет гораздо более высокие требования к качеству проводки. Иными словами, он гораздо менее универсален, чем его предшественники.

3.1 Стандартизация  Gigabit Ethernet

Институт IEEE, вероятнее всего, примет решение о переносе даты выпуска стандарта 802.3z Gigabit Ethernet Task Force. Его ратификация вначале была намечена на март, но нерешенные вопросы физического уровня, похоже, заставят перенести утверждение стандарта на июнь текущего года. «Это решение заставит наиболее консервативную часть потребителей отложить приобретение подобных продуктов, которые в любом случае еще не готовы выйти на этот рынок», - считает Джон Армстронг, аналитик компании Dataquest. По его словам, набор характеристик Gigabit Ethernet будет утвержден во втором квартале 1997 года, поэтому серьезных вопросов с интероперабельностью не возникнет.

Основные трудности при использовании Gigabit Ethernet связаны с возникновением дифференциальной задержки сигналов (differential mode delay, DMD) в многомодовых волоконных кабелях. Эта задержка появляется при использовании некоторых комбинаций многомодового волокна и лазерных диодов, применяемых для ускорения передачи данных по волоконному кабелю. В результате возникают нарушения синхронизации (своего рода дрожание) сигнала, ограничивающие максимальное расстояние, на которое могут передаваться данные по Gigabit Ethernet.

Компания Cisco Systems намерена решить вопросы физического уровня путем замены в своих недавно анонсированных аппаратных системах преобразователей гигабитного интерфейса. Таким образом, для настройки аппаратуры на спецификации окончательного стандарта не потребуется вносить никаких внутренних изменений. «В худшем случае изменения коснутся только реализации физического уровня, - заявляет Джеф Моссман, системный инженер Cisco. - Для этого будет достаточно замены конвертера гигабитного интерфейса».

Патрик Гуай, старший менеджер 3Com, заявил, что его компания гарантирует соответствие своих продуктов окончательному стандарту Gigabit Ethernet. Потребители, купившие системы Gigabit Ethernet компании 3Com до ратификации стандарта, при необходимости смогут модернизировать их совершенно бесплатно. «Это очень похоже на гарантию, которую мы давали нашим потребителям в случае перехода на 56-килобитную технологию модемов, - сказал Гуай. - Мы абсолютно уверены в направлении развития стандарта, так что легко можем дать такую гарантию». Единственный серьезный вопрос, пока остающийся нерешенным для Gigabit Ethernet, по словам Гуая, - это возможность использования неэкранированной витой пары. Но поскольку, по его мнению, эта технология еще не скоро дойдет до уровня настольных систем, пользователи не пострадают от данного недостатка новой технологии.

Мелинда Лебарон, аналитик компании Gartner Group, советует потребителям, которые уже работают с Gigabit Ethernet, обратиться к производителям систем, которыми они пользуются, по поводу возможности внесения изменений на физическом уровне. Тем, кто только предполагает использовать Gigabit Ethernet, но пока не заключил договор с каким-либо определенным производителем, следует выяснить подобные планы у всех потенциальных поставщиков.