Автор:
Александр Приймак
Ethernet
Первое, что приходит в голову, когда речь заходит о технологиях локальных
сетей – это, конечно, Ethernet. Эта технология была разработана в 1970
году Исследовательским центром в Пало-Альто, принадлежащем корпорации Xerox.
В 1980 г. на его основе появилась спецификация IEEE 802.3. Пожалуй, самой
характерной чертой Ethernet является метод доступа к среде передачи
- CSMA/CD (carrier-sense multiple access/collision detection) - множественный
доступ с обнаружением несущей. Перед началом передачи данных сетевой адаптер
Ethernet "прослушивает" сеть, чтобы удостовериться, что никто больше ее
не использует. Если среда передачи в данный момент кем-то используется,
адаптер задерживает передачу, если же нет, то начинает передавать. В том
случае, когда два адаптера, предварительно прослушав сетевой трафик и обнаружив
"тишину", начинают передачу одновременно, происходит коллизия. При обнаружении
адаптером коллизии обе передачи прерываются, и адаптеры повторяют передачу
спустя некоторое случайное время (естественно, предварительно опять прослушав
канал на предмет занятости). Для приема информации адаптер должен принимать
все пакеты в сети, чтобы определить, не он ли является адресатом.
Различные реализации - Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet – обеспечивают
пропускную способность соответственно 10, 100 и 1000 Мбит/с.
|
Ethernet |
Fast Ethernet |
Gigabit Ethernet |
| Номинальная скорость передачи информации, Мбит/с |
10 |
100 |
1000 |
| Среда передачи |
Витая пара, коаксиал, оптоволокно |
Витая пара, оптоволокно |
Витая пара, оптоволокно |
| Варианты реализации |
10 Base2,
10 BaseT,
10 Base5, 1
Base5, 10
Broad36 |
100 Base-TX,
100 Base-FX,
100 Base-T4 |
1000Base-X
1000Base-LX
1000Base-SX
1000Base-CX
1000Base-T |
| Топология |
Шина, звезда |
Звезда |
Звезда |
Основной недостаток сетей Ethernet обусловлен методом доступа к среде
передачи: при наличии в сети большого количества одновременно передающих
станций 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 допустимую
рекомендованную (30-40% от общей полосы пропускания), скорость передачи
составляет 70-80% от номинальной. В некоторой степени этот недостаток может
быть устранен применением коммутаторов (switch) вместо концентраторов (hub).
При этом трафик между портами, подключенными к передающему и принимающему
сетевым адаптерам, изолируется от других портов и адаптеров.
Весьма существенным преимуществом различных вариантов Ethernet является
обратная совместимость, которая позволяет использовать их совместно в одной
сети, в ряде случаев даже не изменяя существующую кабельную систему.
Эта технология настолько распространена и разнообразна, что заслуживает
отдельного обзора.
Token Ring
В 1970 году эта технология была разработана компанией IBM, а после стала
основой стандарта IEEE 802.5. Token Ring является сетью с передачей маркера.
Кабельная топология – звезда или кольцо, но в логически данные всегда передаются
последовательно от станции к станции по кольцу. При этом способе организации
передачи информации по сети циркулирует небольшой блок данных – маркер.
Каждая станция принимает маркер и может удерживать его в течении определенного
времени. Если станции нет необходимости передавать информацию, она просто
передает маркер следующей станции. Если станция начинает передачу, она
модифицирует маркер, который преобразовывается в последовательность "начало
блока данных", после которого следует собственно передаваемая информация.
На время прохождения данных маркер в сети отсутствует, таким образом остальные
станции не имеют возможности передачи и коллизии невозможны в принципе.
При прохождении станции назначения информация принимается, но продолжает
передаваться, пока не достигнет станции-отправителя, где удаляется окончательно.
Для обработки возможных ошибок, в результате которых маркер может быть
утерян, в сети присутствует станция с особыми полномочиями, которая может
удалять информацию, отправитель которой не может удалить ее самостоятельно,
а также восстанавливать маркер. Поскольку для Token Ring всегда можно заранее
рассчитать 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 неисправностей
предусмотрены специальные алгоритмы, позволяющие в ряде случаев изолировать
неисправные участки путем автоматической реконфигурации. Скорость передачи,
описанная в IEEE 802.5, составляет 4 Мбит/с, однако существует также реализация
16 Мбит/с, разработанная в результате развития технологии Token Ring.
ARCnet
Attached Resourse Computing Network (ARCnet) – сетевая архитектура,
разработанная компанией Datapoint в середине 70-х годов (наверное, пора
уточнять - XX века :-).
В качестве стандарта IEEE ARCnet принят не был, но частично соответствует
IEEE 802.4. Сеть с передачей маркера. Топология - звезда или шина. В качестве
среды передачи ARCnet может использовать коаксиальный кабель, витую пару
и оптоволоконный кабель. На местной почве, естественно, были популярны
варианты на коаксиале и витой паре. Закрепить свои позиции этому недорогому
стандарту помешало малое быстродействие - всего-то 2,5 Мбит/с. В начале
90-х Datapoint разработала ARCNETPLUS, со скоростью передачи до 20 Мбит/с,
обратно совместимый с ARCnet. Но время было упущено – чересчур медленный
ARCnet к тому времени мало где выжил, а в спину новому ARCNETPLUS уже дышал
Fast Ethernet. Но есть место для применения ARCnet и в современной сети.
Допустимая длина коаксиального кабеля при топологии "звезда" – 610 м. Чем
не вариант для соединения локальных сетей в двух рядом стоящих зданиях?
Что называется – "дешевле не бывает". Проблемы две - найти старинные сетевые
адаптеры и "прикрутить" старые драйвера к современной операционной системе
:-).
FDDI
Технология
Fiber Distributed Data Interface (FDDI) была разработана
в 1980 году комитетом ANSI. Была первой технологией локальных сетей, использовавшей
в качестве среды передачи оптоволоконный кабель. Причинами, вызвавшими
его разработку, были возрастающие требования к пропускной способности и
надежности сетей. Этот стандарт оговаривает передачу данных по двойному
кольцу оптоволоконного кабеля со скоростью 100 Мбит/с. При этом сеть может
охватывать очень большие расстояния – до 100 км по периметру кольца. FDDI,
также как и Token Ring, является сетью с передачей маркера. В FDDI разделяются
2 вида трафика – синхронный и асинхронный. Полоса пропускания, выделяемая
для синхронного трафика, может выделяться станциям, которым необходима
постоянная возможность передачи. Это очень ценное свойство при передаче
чувствительной к задержкам информации - как правило, это передача голоса
и видео. Полоса пропускания, выделяемая под асинхронный трафик, может распределяться
между станциями с помощью восьмиуровневой системы приоритетов. Применение
двух оптоволоконных колец позволяет существенно повысить надежность сети.
В обычном режиме передача данных происходит по основному кольцу, вторичное
кольцо не задействуется. При возникновении неисправности в основном кольце
вторичное 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, ограничивают
область применения FDDI соединением фрагментов локальных сетей, построенных
по более дешевым технологиям.
Технология, основанная на принципах FDDI, но с применением в качестве
среды передачи медной витой пары, называется CDDI. Хотя стоимость построения
сети CDDI ниже, чем FDDI, теряется очень существенное преимущество – большие
допустимые расстояния.
ATM
Американский национальный институт стандартов (ANSI) и Международный консультативный
комитет по телефонии и телеграфии (CCITT, МККТТ) начинали разработку стандартов
ATM (
Asynchronous Transfer Mode – Асинхронный Режим Передачи)
как набора рекомендаций для сети B-ISDN (Broadband Integrated Services
Digital Network). При этом изначально преследовалась цель повышения эффективности
использования телекоммуникационных соединений, возможность применения в
локальных 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 :-), она
заслуживает отдельного, весьма обширного обзора. Сейчас попытаюсь отметить
только 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 передачи
устанавливается виртуальный канал отправитель-получатель, который не может
использоваться другими станциями. (В традиционных технологиях соединение
не устанавливается, а в среду передачи помещаются пакеты с указанным адресом.)
Несколько виртуальных каналов АТМ могут одновременно сосуществовать в одном
физическом канале.
Для обеспечения взаимодействия устройств в ATM используются коммутаторы.
При установлении соединения в таблицу коммутации заносятся номер
порта и идентификатор соединения, который присутствует в заголовке каждой
ячейки. В последствии коммутатор обрабатывает поступающие ячейки, основываясь
на идентификаторах соединения в их заголовках.
Технология ATM предоставляет возможность регламентировать для каждого
соединения минимально достаточную пропускную способность, максимальную
задержку и максимальную потерю данных, а также содержит методы для обеспечения
управления 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. В
рамках применения АТМ в локальных сетях интерес представляют варианты со
скоростью передачи 25 (витая пара класса 3 и выше) и 155 Мбит/с (витая
пара класса 5, оптоволокно), 622 Мбит/с (оптоволокно). Существующие стандарты
АТМ предусматривают скорости передачи вплоть до 2,4 Гбит/с.
Использование АТМ на практике, прежде всего, привлекательно возможностью
использовать одну сеть для всех необходимых видов трафика, причем технология
АТМ не ограничивается уровнем локальных сетей – те же самые принципы функционирования
и у WAN сегментов сетей ATM. В качестве недостатка можно указать стоимость
оборудования, существенно большую, чем у Fast Ethernet, например. Кроме
того, сама организация сетей АТМ несколько сложнее и в ряде случаев требует
существенной реорганизации существующей сети.
100VG-AnyLAN
Технология разрабатывалась в начале 90-х совместно компаниями AT&T
и HP, как альтернатива технологии Fast Ethernet, для передачи данных
в локальной сети со скоростью 100 Мбит/с. Летом 1995 года получила статус
стандарта IEEE 802.12. "Any" в названии должно означать сети Ethernet и
Token Ring, в которых может работать 100VG-AnyLAN. Каждый концентратор
100VG-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 Quartet
Coding, использующая избыточный код 5В/6В. Demand Priority определяет простую
систему приоритетов – высокий, применяемый для мультимедийных приложений,
и низкий – применяемый для всех остальных. В результате коэффициент использования
пропускной способности сети должен повышаться. При этом роль арбитра при
передаче трафика исполняют концентраторы 100VG-AnyLAN. За счет применения
специального кодирования и 4-х пар кабеля, сети 100VG-AnyLAN могут использовать
витую пару категории 3. Естественно, могут использоваться кабели более
высоких категорий, также поддерживается оптоволоконный кабель. Технология
не получила широкого распространения, особенно на местной почве. С точки
зрения скорости передачи информации с 100VG-AnyLAN конкурирует Fast Ethernet,
который при сходных скоростных характеристиках гораздо более совместим
с другими реализациями Ethernet и более дешев. С точки зрения специальных
возможностей для передачи мультимедийного трафика в конкуренцию вступает
ATM, которая к тому же имеет куда большие возможности масштабирования –
как по скорости, так и по покрываемой территории.
Apple Talk, Local Talk
Apple Talk – стек протоколов, предложенный компанией Apple в начале 80-х
годов. Изначально протоколы Apple Talk применялись для работы с сетевым
оборудованием, объединяемым названием Local Talk, к которому относятся
адаптеры Local Talk (встроенные в компьютеры Apple), кабели, модули соединителей,
удлинители кабеля. Сегмент Local Talk может объединять до 32 узлов. Топология
сети – общая шина или дерево, максимальная длина - 300 м, скорость
передачи – 230,4 Кбит/с, среда передачи – экранированная витая пара. Малая
пропускная способность Local Talk вызвала необходимость разработки адаптеров
для сетевых сред с большей пропускной способностью – Ether Talk, Token
Talk и FDDI Talk для сетей стандарта Ethernet, Token Ring и FDDI соответственно.
Теоретически Apple Talk может работать с любой разновидностью реализации
канального уровня. В настоящее время используется расширенный стек протоколов,
известный под названием Apple Talk Phase II, в котором расширены возможности
маршрутизации по сравнению с начальной реализацией. Как и большинство других
изделий компании Apple, живет внутри "яблочного" мира и практически не
пересекается с миром PC.
UltraNet
Думаю, немногим представится возможность встретить эту технологию "живьем".
Она используется для работы с вычислительными системами класса суперкомпьютеров
и "большими" машинами. UltraNet представляет собой аппаратно-программный
комплекс, 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 отличается
достаточно сложной физической реализацией и совершенно нескромными ценами
на оборудование – под стать ценам на суперкомпьютеры. Для инициализации
и управления сетью UltraNet даже используются компьютеры класса Intel 386,
которые подключаются к концентратору. Другими элементами сети UltraNet
являются сетевые процессоры и канальные адаптеры. Также в состав сети могут
входить мосты и роутеры для соединения ее с сетями, построенными по другим
технологиям (Ethernet, Token Ring). В качестве среды передачи могут использоваться
коаксиальный кабель и оптоволокно. Хосты, подключаемые к UltraNet, могут
находится друг от друга на расстоянии до 30 км. Возможны также соединения
и на большие расстояния путем подключения через высокоскоростные каналы
WAN.
Banyan VINES
Эта 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 Banyan
VINES используют модифицированные протоколы XNS, разработанные корпорацией
Xerox в конце 1970-начале 1980 годов. К слову сказать, XNS послужили основой
еще для очень многих реализаций протоколов, получивших гораздо большее
распространение, чем собственно XNS. Протоколы высокого уровня Banyan VINES
довольно сильно напоминают TCP/IP, но плюс к традиционным чертам TCP/IP,
имеют целый ряд дополнений, призванных улучшить, расширить, и сделать более
удобным все, что можно сделать таковым :-). Кроме того, имя "Banyan VINES"
носит сетевая OC. Сложно сказать, почему эта весьма интересная технология
не получила широкого распространения, по крайней мере на местной почве
– вероятно, просто она не оказалась в нужное время в нужном месте.
