Способы организации и передачи данных в сети интернет

 

 

 

5.2  Возникновение коллизии и методы борьбы с ними

 

При описанном  выше подходе возможна ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общей среде. Механизм прослушивания среды и пауза между кадрами не гарантируют от возникновения такой ситуации, когда две или более станции одновременно решают, что среда свободна, и начинают передавать свои кадры. Говорят, что при этом происходит коллизия (collision), так как содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле и происходит искажение информации. Коллизия – это нормальная ситуация в работе сетей Ethernet. Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые detection, CD). Для увеличения вероятности скорейшего обнаружения коллизии всеми станциями сети станция, которая обнаружила коллизию, прерывает передачу своего кадра (в произвольном месте, возможно, и не на границе байта) и усиливает ситуацию коллизии посылкой в сеть специальной последовательности из 32 бит, называемой jam-последовательностью.

 

После этого обнаружившая коллизию передающая станция обязана прекратить передачу и сделать паузу в течение короткого случайного интервала времени. Затем она может снова предпринять попытку захвата среды и передачи кадра. Для уменьшения интенсивности возникновения коллизий нужно либо уменьшить трафик, сократив, например, количество узлов в сегменте или заменив приложения, либо повысить скорость протокола, например, перейти на Fast Ethernet.

 

Следует отметить, что метод  доступа CSMA/CD вообще не гарантирует станции, что она когда-либо сможет получить доступ к среде. Конечно, при небольшой загрузке сети вероятность такого события невелика, но при коэффициенте использования сети, приближающемся к 1, такое событие становится очень вероятным. Этот недостаток метода случайного доступа – плата за его чрезвычайную простоту, которая сделала технологию Ethernet самой недорогой.

Методы борьбы с коллизиями:

1. Ограничение числа рабочих  станций в ЛВС.

2. Ограничение диаметра  сети.

3. Применение коммутаторов.

6.  Схемы и оборудование сетей  Ethernet

    6.1  Стандарт 10 Base T

Схема, используемая при  стандарте, приведена на рис 6.1.1. В этой схеме компьютеры подключаются к хабу через сетевую карту – NIC (Network Interface Controller) и две пары многопарного

неэкранированного кабеля типа UTP (Un-shielded Twisted Pair).

На схеме Tx – выход  передатчика, Rx – вход приемника

Рис 6.1.1– Схема ЛВС

 

Достоинство схемы 10 Base T:

− удобство монтажа, поскольку  он осуществляется по схеме звезда с применением стандартных 8-контактных разъемов RJ-45;

− повреждения кабеля не выводят из строя всю сеть;

− повреждения легко обнаруживаются;

− возможен плавный переход  на технологию Fast Ethernet;

− концентратор (хаб) является интеллектуальным устройством, что позволяет ему обеспечивать в сети ряд дополнительных функций, таких как ретрансляция кадров и обнаружение коллизий.

 

Рассмотрим функции и  характеристики элементов подробней.

Сетевая карта:

− сопрягает сеть с компьютером, преобразовывая параллельный ход в последовательный через шины ISA (8, 16 разрядов, скорость 64 Мбит/с) PCI (32,64 разряда, скорость 2112 Мбит/с);

− кодирование и декодирование  сигналов (Манчестер II и др.);

− идентификация своего адреса в принимаемом пакете;

− выявление коллизий;

− выявление ошибок (подсчет  контрольной суммы);

− промежуточное хранение данных и служебной информации в буфере. Это позволяет возложить функции контроля над сетью на сетевую карту;

− согласование скорости передачи данных от компьютера в сеть;

− гальваническая развязка кабеля и устройства карты с помощью импульсного трансформатора или оптрона.

Кабель  на витой паре

Среди разнообразия кабелей  с витыми парами наибольшее распространение получили кабели UTP категорий 3, 4, 5. В этих кабелях содержится 4 неэкранированные скрученные пары проводов. Каждая пара имеет волновое сопротивление 100 Ом. Основное различие между категориями заключается в полосе пропускания частотной характеристики и допустимой длине сегмента.

Наибольшей полосой пропускания  и помехоустойчивостью обладает экранированная витая пара (категории 6, 9). Из четырех пар для подключения к хабам и сетевым картам используются только две. Остальные пары свободны и могут быть применены для телефонии. В стандарте 10 Base T оговаривается максимальная длина сегмента – 100 м. Для максимальной длины допустимое затухание в кабеле составляет 14 дБ на частоте 15 МГц и ослабление перекрестной помехи между соседними парами не менее 30 дБ на частоте 5 МГц и 23 дБ на частоте 15 МГц.

Концентратор обеспечивает следующие функции:

− ретрансляция принимаемых  сигналов на все другие порты с  восстановлением амплитуды и формы сигнала (рис. 6.1.2)

Рис 6.1.2. - Ретрансляция сигналов в хабе

 

− обнаружение коллизий и передача сигнала «пробка» на все порты;

− исправление ошибки «ложная несущая», когда пакет приходит без преамбулы он выявляется и данный порт отключается;

− исправление ситуации «множественная коллизия» – более

60 коллизий подряд. Такой  порт отключается, а потом включается снова;

− исправление ситуации «затянувшаяся передача», когда сеанс длится более 4 миллисекунд.

Концентраторы Ethernet могут  иметь от 8 до 72 портов.

В ЛВС с большим числом станций, которых не должно быть больше чем 1024, концентраторы могут включаться каскадно.

Рис 6.1.3. – каскадное включение хабов

 

При этом диаметр сети (максимальное расстояние между двумя компьютерами) не должен превышать 500 м. Это требование связано с условием затухания сигнала и из него следует важное правило 4х хабов:

Между двумя любыми компьютерами не должно находиться

более четырех  хабов.

Это правило основывается на том, что длина сегмента не должна превышать 100 м, а диаметр сети 500 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

6.2 Стандарт 10 Base FL

 

Стандарт 10 Base FL  реализуется на основе волоконно-оптического кабеля. Широко использовать оптоволоконный кабель в Ethernet начали сравнительно недавно. Его применение позволило сразу же значительно увеличить допустимую длину сегмента и существенно повысить помехоустойчивость передачи. Немаловажна также и полная гальваническая развязка компьютеров сети, которая достигается здесь без всякой дополнительной аппаратуры, просто в силу специфики среды передачи. Еще одно преимущество оптоволоконных кабелей состоит в возможности плавного перехода на Fast Ethernet, так как пропускная способность оптоволокна позволяет достигнуть не только 100 Мбит/с, но и более высоких скоростей передачи.

Передача  информации в данном случае идет по двум оптоволоконным кабелям, передающим сигналы в разные стороны (как и в 10BASE-T). Иногда используются двухпроводные оптоволоконные кабели, содержащие два кабеля в общей внешней оболочке, но чаще — два одиночных кабеля. Вопреки распространенному мнению, стоимость оптоволоконного кабеля не слишком высока (она близка к стоимости тонкого коаксиального кабеля). Правда, в целом аппаратура в данном случае оказывается заметно дороже, так как требует использования дорогих оптоволоконных трансиверов.

Использование ВОЛС дает следующие  преимущества:

− вследствие малого затухания  существенное увеличение длины сегмента. Так при многомодовом волокне она составляет 2000 м. Для одномодового волокна она ограничивается только длиной домена коллизий равной 2500 м. Затухание ограничивает

длину до 100 км;

− повышение помехоустойчивости, так как электрические помехи и наводки отсутствуют, а искажение формы оптических импульсов на тактовых частотах в 10 МГц незначительны;

− автоматическая гальваническая развязка между сетевой картой и концентратором за счет преобразования электрического сигнала в оптический и обратно;

− возможность перехода на более скоростные технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet.

Схема сети Fast Ethernet приведена  на рис.6.2.1

Рис 6.2.1 – Схема сети на ВОЛС

 

Здесь, между сетевой картой и хабом включен оптический трансивер или конвертор, который электрические импульсы, поступающие от сетевой карты, преобразует в оптические и наоборот. Между оптическими портами хаба и трансивера включена

ВОЛС.

 

Требования к многомодовым оптическим кабелям, которые преимущественно применяются в Fast Ethernet. Длина волны λ = 0,85 мкм – ближний ИК диапазон. Потери в кабеле 4–5 дБ/км, потери в оптическом разъеме 0,5–2 дБ. Таким образом, суммарные потери в оптическом сегменте не должны превышать 12,5 дБ.

 

Заключение

Пройдя трудный путь стандартизации, модификации технологий организации сети, передачи данных, модернизации оборудования, сеть Ethernet претерпела огромные структурные и организационные изменения. Процесс эволюции ЛВС Ethernet начинался с первой модификации сети Ehternet - Xerox Ethernet, которая обеспечивала скорость всего лишь 3Мбит/с, не нашедшей широкого коммерческого применения. Но эта технология дала миру теоретическую основу и концепцию для дальнейшего развития сетевых технологий Ehternet. Сегодня уже пройденными этапами можно считать разработку 40-гигабитных и 100-гигабитных сетей Ethernet.

Насчитывающая уже более чем 30-летнюю историю  технология Ethernet сегодня завоевывает  новые позиции. Изначально предназначавшаяся  для локальных сетей, она вытеснила  из них таких конкурентов, как ARCNet и Token Ring, и сегодня ее доля в ЛВС приближается к 100%. Хотя оборудование Fast Ethernet все еще используется (доля – примерно 60%), все активнее идет процесс перехода к гигабитным скоростям. Поставщики активного и пассивного сетевого оборудования для локальных сетей концентрируют свое внимание на продуктах «гигабит до рабочего стола».

В настоящее  время сети Ethernet применяются для объединения ЭВМ в различных масштабах: от рабочих групп, до сетей предприятия и кампусных сетей. Таким образом, сети Ethernet позволяют строить масштабируемые сети, которые обеспечивают взаимодействие ЭВМ, что необходимо для работы распределенных приложений обеспечения электронного документооборота, исследовательских сетей с параллельными вычислениями, групп разработчиков и т.д. То есть, сеть помогла решить важнейшие задачи – передачу данных, разделение информации на вычислительные и информационные ресурсы.

Благодаря повышению скорости и качества услуг, Ethernet распространяется на смежные области  — сети хранения данных, распределенные корпоративные и городские сети (Metro Ethernet), глобальные сети и сети доступа, что позволяет снизить стоимость  предоставления услуг передачи голоса, видео и данных. Она становится основой конвергентных сетей  нового поколения и применяется  для прозрачного соединения удаленных  офисов (L2 VPN, Ethernet over SDH). Стандарты IEEE, где  определяются методы приоритезации  трафика, назначения тегов, управления пропускной способностью, быстрой реконфигурации и резервирования ресурсов сети, позволяют  обеспечить гарантированную доставку пакетов для критичных ко времени  приложений.

Принятие  стандарта 10 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae) в 2002 г. способствовало дальнейшей экспансии Ethernet в городские  и глобальные сети. Ethernet широко используется в промышленных приложениях и  для передачи голосовых потоков, а на уровне глобальных сетей является эффективной технологией доставки трафика IP. Поддержка большим числом производителей ведет к удешевлению  оборудования Ethernet.

На  перспективу следует сказать, что  о Terabit Ethernet (так упрощенно называют технологию Ethernet со скоростью передачи 1 Тб/с) стало известно в 2008 году из заявления создателя Ethernet Боба Меткалфа на конференции OFC, который предположил, что технология будет разработана к 2015 году, правда, не выразив при этом какой-либо уверенности, ведь для этого придется решить немало проблем. Однако, по его мнению, ключевой технологией, которая может обслужить дальнейший рост трафика, станет одна из разработанных в предыдущем десятилетии — DWDM.

«Чтобы реализовать Ethernet 1 Тб/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию  с частотой 15 ГГц. Для будущей  сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые  лазеры, в общем, все новое, - сказал Меткалф. — Неясно также, какая сетевая архитектура потребуется для ее поддержки. Возможно, оптические сети будущего должны будут использовать волокно с вакуумной сердцевиной или углеродные волокна, вместо кремниевых. Операторы должны будут внедрять больше полностью оптических устройств и оптику в свободном пространстве (безволоконную)» Боб Меткалаф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

Литература

• Олифер В.Г, Олифер Н.А. «Компьютерные сети». − СПб.: Питер,
• 2001.
• Новиков Ю.В., Кондратенко С.В. Локальные сети. – М.:
• «Эком», 2000.
• Пуговкин А.В. Телекоммуникационные системы и компьютерные сети: Методические указания к курсовому проектированию. – Томск: ТМЦДО, 2003.
• Пуговкин А.В.Сети передачи данных.– Томск: ТМЦДО, 2005.
• Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. – М.: Экотрендз, 2000.

 

 

Ресурсы сети Internet:

 

•   Википедия  – свободная энциклопедия. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org, свободный
• Библиотека программиста. special Neo Intelligent Programmer’s Tchnicals Zone. [Электронный ресурс]. – Режим доступа:  http://www.snipetz.com, свободный
• Электронная IT – библиотека [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://citforum.ru, свободный
• Программирование для чайников и начинающих. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.realcoding.net, свободный