История Ethernet

 

Во многих коммутаторах применяется адаптивная технология: режимы буферизации и передачи "на лету" применяются в зависимости от величины нагрузки сети.

 

Технология  коммутации позволяет строить сети с большим количеством станций, при этом доля широковещательного (broadcast) трафика достигает существенных значений. При необходимости ограничить доступ станций к сетевым ресурсам, применяется технология виртуальных локальных сетей (VLAN). Виртуальную локальную сеть (ВЛС) образует группа узлов сети, трафик которой, в том числе и широковещательный, на канальном уровне полностью изолирован от узлов, входящих в другие ВЛС. Передача кадров между разными ВЛС на основании адреса канального уровня невозможна, независимо от типа адреса - уникального, группового или широковещательного.

 

Долгое время  стандарт на ВЛС отсутствовал, вместе с тем существовало множество  несовместимых друг с другом фирменных  реализаций. Сейчас принят стандарт на ВЛС IEEE 802.1Q.

 

Для построения ВЛС до принятия стандарта IEEE 802.1Q обычно применялась группировка портов, либо группировка MAC-адресов. Решения на основе группировки портов проще в применении, но в случае соединения нескольких коммутаторов каждая ВЛС требует отдельного соединения между ними, что приводит к расточительному использованию портов и кабелей. Группировка на основе MAC адресов рациональнее использует порты и соединения, но трудоемка при эксплуатации. В качестве достоинства этих способов можно отметить использования стандартных кадров Ethernet. Стандарт IEEE 802.1Q предусматривает изменение структуры кадра Ethernet с введением в него дополнительных полей, в которые помещаются сведения о принадлежности узла к определенной ВЛС. Кроме того, добавляются поля, где храниться информация о приоритете кадра, используемая в стандарте IEEE 802.1p.

 

Для передачи информации между разными ВЛС необходимо привлечение сетевого уровня. Соответствующие средства могут представлять собой либо отдельный маршрутизатор, либо входить в состав аппаратно-программного обеспечения коммутатора. Коммутаторы, имеющие средства для работы на уровне сетевых протоколов, называются "маршрутизирующими коммутаторами", "коммутаторами третьего уровня". Для управления потоками информации в них применяется либо последовательная, либо потоковая маршрутизация пакетов. В первом случае реализуются классические функции маршрутизатора, и каждый пакет обрабатывается отдельно. Во втором случае используется нестандартный метод, применяемый для сокращения числа операций для определения маршрута пакетов. Первый пакет обрабатывается на третьем уровне и определяет порт назначения для остальных пакетов для того же адресата. Дальнейшая пересылка пакетов происходит на втором уровне, что ускоряет процесс передачи по сравнению с классической маршрутизацией. Для упрощения реализации в коммутаторах третьего уровня применяется маршрутизация только протоколов IP и IPX, как наиболее распространенных в локальных сетях.

 

Приоритезация трафикаЕще одно свойство Ethernet, рассматриваемое как недостаток при необходимости передачи по сети информации, чувствительной к задержкам, такой как голос и видео. Протоколы канального уровня Ethernet не поддерживают поле приоритета кадра, поэтому для решения этой проблемы производители сетевого оборудования начали встраивать в коммутаторы дополнительные технологические решения. Например, технология фирмы 3Com PACE (Priority Access Control Enabled - управление приоритетами доступа), позволяющая в одном канале выделить два логических подканала - с высоким и низким приоритетами. В этом случае приоритеты приписываются портам коммутатора и кадр помещается в очередь кадров соответствующего приоритета в зависимости от того, на какой порт он поступил. PACE использует стандартный формат кадров для использования в одной сети оборудования как с поддержкой PACE, так и без нее.

Положение изменилось с принятием стандарта IEEE 802.1p: появилась  возможность определения восьми уровней приоритета кадра на основе использовании новых полей, определенных в стандарте IEEE 802.1Q. Таким образом, управление приоритетами организуется более гибко, без привязки к определенным портам.

 

Кроме приоритезации трафика, чувствительного к задержкам времени, существует необходимость повышения приоритета портов коммутатора по отношению к портам конечных станций для предотвращения потери пакетов. Для этого производители используют нестандартные параметры доступа к среде для портов коммутатора. "Агрессивное поведение" порта при захвате среды проявляется после окончания передачи очередного пакета или после обнаружения коллизии. В первом случае после окончания передачи коммутатор выдерживает паузу меньше положенной по стандарту и начинает передачу нового пакета. Станция, выдержав положенную паузу, при попытке передачи обнаруживает, что среда уже занята. Во втором случае после обнаружения коллизии порт коммутатора также делает паузу меньшую стандартной, захватывает среду и станции также не удается начать передачу. Коммутатор адаптивно изменяет степень агрессивности по мере необходимости.

 

Еще один прием, применяемый в коммутаторах, основан  на передаче станции фиктивных пакетов станции в то время, когда в буфере коммутатора нет пакетов для передачи на порт станции. При этом среда передачи равновероятно захватывается попеременно портом коммутатора и станцией, и интенсивность передачи пакетов в коммутатор снижается в среднем вдвое. Такой метод называется методом обратного давления (backpressure). Он комбинируется с методом агрессивного захвата среды для большего подавления активности конечных станций.

 

Общая среда 

Posted Октябрь 21, 2008

Ethernet имеет ряд разновидностей, среди которых можно назвать 10BASE2, 10BASE5, 10BASE-T и 10BASE-FL. Каждый из вариантов Ethernet имеет преимущества и недостатки по сравнению с другими типами. Кроме того, некоторые похожие типы сред не упомянуты нами из-за малости инсталляционной базы и отсутствия признания со стороны потребителей.

10BASE-T — наиболее  часто используемая Ethernet-среда, представляющая  собой витую пару. Она позволяет  создавать сети с помощью кабелей  на основе неэкранированных витых пар (категории 3), предназначенных для передачи речевого сигнала с использованием только двух пар проводов. Хотя разновидность 10BASE-T требует применения кабелей только категории 3, многие используют в таких сетях кабель категории 5 в расчете на дальнейшую модернизацию сетей до уровней 10BASE-TX или 1000BASE-T. Кроме того, кабели категории 5 имеют более высокие характеристики, что позволяет повысить качество сигнала. Термин 10BASE-T означает способность среды передавать сигналы со скоростью 10 Мбит/с с использованием основной полосы пропускания кабеля на основе витых пар. Разновидность 10BASE-T позволяет передавать сигнал на расстояние, примерно равное 100 м, хотя сама по себе технология Ethernet работоспособна при расстояниях между станциями до 2800 м. Разница в возможностях обусловлена затуханием сигнала в кабелях, созданных на основе неэкранированных витых пар.

Станции при  использовании 10BASE-T подключаются к  объединяющему их устройству (такому как повторитель, концентратор или  коммутатор) в соответствии с топологической схемой “звезда”, реализуемой на физическом уровне. Хотя физически сеть имеет топологию “звезда”, логически она функционирует как шина. Преимущество топологии “звезда” (на физическом уровне) состоит в том, что выход из строя кабеля, соединяющего с сетью одну из станций, не влияет на способность других станций работать в сети.

Прежде чем  топология 10BASE-T завоевала популярность, в мире небольших сетей Ethernet тон задавала топология 10BASE2. Под этой аббревиатурой понимается передача сигнала со скоростью 10 Мбит/с на расстояние до 200 м по коаксиальному кабелю типа RG-58. Хотя цифра “2? в обозначении указывает на 200 м, максимально допустимая длина кабеля для сетей 10BASE2 составляет 185 м. Очевидно, организация IEEE оптимистично округлила цифры в большую сторону. Технология 10BASE2 была популярной потому, что кабель стоил относительно недорого и сеть можно было быстро развернуть. Сигналы в сетях 10BASE2 передаются по кабелю RG58 или RG59, и вся сеть физически соединена в одну непрерывную линию. Станции подключены непосредственно к среде передачи с помощью Т-образных соединителей. Повреждение кабеля на любом участке приводит к выходу из строя всей сети.

Другим примером общей среды передачи может служить  разновидность 10BASE5, при использовании  которой сигналы передаются по более  толстому коаксиальному кабелю (его диаметр примерно соответствует диаметру садового шланга). Этот кабель стоит намного дороже и применяется редко. Кроме того, при использовании 10BASE5станции должны быть оснащены недешевыми трансиверами, которые подключаются к среде передачи через ответвления. Как и в случае с 10BASE2, повреждение кабеля на любом участке приводит к выходу из строя всей сети.

10BASE-FL — наиболее  часто используемый вариант Ethernet с передачей сигналов по волоконно-оптическому кабелю. Допустимая длина кабеля составляет 2 км, поэтому нередко 10BASE-FL используют для соединения удаленных сетей Ethernet. 10BASE-FL использует два оптических волокна: одно для передачи, другое для приема.

 

Сети Ethernet и Fast Ethernet

 

Наибольшее  распространение среди стандартных  сетей получила сеть Ethernet. Впервые она появилась в 1972 году (разработчиком выступила известная фирма Xerox). Сеть оказалась довольно удачной, и вследствие этого ее е 1380 году поддержали такие крупнейшие фирмы, как DEC и Intel (объединение этих фирм, поддерживающих Ethernet, назвали DIX по первым буквам их названий), Стараниями этих фирм в 1985 году сеть Ethernet стала международным стандартом, ее приняли крупнейшие международные организации по стандартам: комитет 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) и ЕСМА (European Computer Manufacturers Association).

Стандарт  получил название IEEE 802.3 (по-английски  читается как «eight oh two dot three»). Он определяет множественный доступ к моноканалу типа «шина» с обнаружением конфликтов и контролем передачи, то есть с уже упоминавшимся методом доступа CSMA/CD. Вообще-то надо ска¬зать, что этому стандарту удовлетворяют и некоторые другие сети, так как он не очень сильно детализирован. В результате сети стандарта IEEE 802.3 нередко несовместимы между собой как по конструктивным, так и по электрическим характеристикам. Основные характеристики стандарта ШЕЕ 802.3 следующие: топология - шина, среда передачи - коаксиаль¬ный кабель, скорость передачи - 10 Мбит/с, максимальная длина - 5 км, максимальное количество абонентов - до 1024, длина сегмента сети - до 500 м, количество абонентов на одном сегменте - до 100, метод доступа -CSMA/CD, передача узкополосная, то есть без модуляции (моноканал).

Строго говоря, между стандартами IEEE 802.3 и Ethernet существуют небольшие отличия, но о них обычно предпочитают не вспоминать.

Сеть Ethernet сейчас наиболее популярна в мире (более 70 миллионов абонентов сети в 1996 году, свыше 100 миллионов абонентов в 1997 году, или более 80% рынка), и нет сомнения, что таковой она и останется в бли¬жайшие годы. Этому в немалой степени способствовало то, что с самого начала все характеристики, параметры, протоколы сети были открыты для всех, в результате чего огромное число производителей во всем мире стали выпускать аппаратуру Ethernet, полностью совместимую между собой.

В классической сети Ethernet применяется 50-омный коаксиальный ка¬бель двух видов (толстый и тонкий). Однако в последнее время (с начала 90-х годов) все большее распространение получает версия Ethernet, ис¬пользующая в качестве среды передачи витые пары. Определен также стандарт для применения в сети оптоволоконного кабеля. В стандарты были внесены соответствующие добавления. В 1995 году появился стан¬дарт на более быструю версию Ethernet, работающую на скорости 100 Мбит/с c так называемый Fast Ethernet, стандарт IEEE 802.3u), использу¬ющую в качестве среды передачи витую пару или оптоволоконный ка¬бель. Появилась и версия на скорость 1000 Мбит/с (Gigabit Ethernet, стан¬дарт IEEE 802.3z).