Реферат: Технологии создания сетей

что серверы обычно в большей степени загружены работой, и поэтому не могут

также быстро реагировать на запросы, как машины клиентов. Кроме этого,

поскольку включение/выключение питания на серверах является событием

достаточно редким в сравнении с машинами клиентов, увеличенные времена

откликов на запросы о дублировании адресов не снижает сколь-нибудь заметно

производительность сети.

[1]Метод доступа LocalTalk

   и диалоги передачи данных

[5]Процесс передачи в LocalTalK представляется в виде Диалога, состоящего из

совокупности передаваемых кадров. Прямой диалог осуществляется между одним

передающим узлом сети и одним принимающим узлом сети. Широковещательный

диалог - между одним передающим узлом сети и всеми принимающими узлами сети.

Минимальный временной интервал между двумя очередными диалогами (IDG -

Inter Dialogue Gap) составляет 400 микросекунд. Кадры в рамках диалога

разделяются временными интервалами (IFG - Inter Frame Gap) не менее 200

микросекунд.

Методом доступа, применяемым в LocalTalk, является CSMA/CA. В сетях LocalTalk

не выполняется обнаружение коллизий, а принимаются меры для их исключения

(avoidence) посредством контроля несущей и передачи специальных пакетов:

Запрос передачи (RTS - Request to Send) и Готовность к передаче

(CTS - Clear to Send). Комбинация RTS/CTS служит нескольким целям. Во-первых,

она предупреждает другие узлы о наступлении фазы передачи данных. Во-вторых,

если коллизия и происходит, то лучше, если она возникает в ходе передачи

короткой последовательности RTS/CTS, чем на этапе передачи собственно данных.

Обсуждая диалоги и метод CSMA/CA, рассмотрим более внимательно процесс

выполнения прямых и широковещательных диалогов. При этом предполагается, что

ответственность за повторную передачу данных несут протоколы более высоких

уровней.

Прямой диалог выполняется следующим образом.

         [ Контроль ]             [ Данные ]

         [ несущей  ]

                                       [ Время ]

         [ Прямая передача ]

      [5] Рис. 21-1. Прямой диалог

[КС 21-4]

[5]Перед выполнением передачи узел прежде всего выполняет оперецию "контроль

несущей". Контроль несущей осуществляется в течение по-крайней мере 400

микросекунд (минимальный интервал IDG). Если в этот период обнаруживается

несущая, то выполняется задержка (отсрочка) передачи на время, зависящее от

предыстории работы узла, увеличенное на некоторую случайную величину.

  [Контроль]                      [Контроль]

  [несущей]  [отсрочка]           [несущей ]

                [ данные ]

  [ задержанная прямая передача ]     [ 400 микросекунд ]

              [ Контроль ]     [ Cлучайная задержка ]

              [ несущей  ]

    [5] Рис. 21-2. Задержанный прямой диалог.

[5]Время отсрочки минимально, если ранее было выполнено несколько отсрочек

передачи. Время отсрочки увеличивается, когда сеть занята другими

передачами, и было выполнено достаточно много отсрочек. Если же несущая

не обнаружена, то осуществляется передача кадра RTS. Принимающий узел

должен сформировать и передать кадр CTS в течение 200 микросекунд

(минимальный IFG). Если кадр CTS в указанный период не передается, то

считается, что возникла коллизия, и вводится отсрочка передачи.

   [ Контроль ]    [ нет ]                [ контроль ]

   [ несущей  ]    [ CTS?]   [ отсрочка ] [ несущей  ]

      [ контроль ]   [ нет ] [ отсрочка ] [ контроль ]

      [ несущей  ]   [ CTS?]              [ несущей  ]

      [ Коллизия при прямой передаче ]

   [5] Рис. 21-3. Прямой диалог и коллизия

[5]После приема кадра CTS узел должен передать информационный кадр в

течение 200 микросекунд.

[КС 21-5]

[5]Широковещательный диалог выполняется следующим образом.

     [ Контроль ]

     [ несущей  ]          [ Данные ]

     [ Широковещательная передача ]    [ 200 микросекунд ]

                                    [ отсрочка - переменный интервал   ]

                                    [ времени, зависящий от предыстории]

                                    [ и некоторой случайной величины   ]

     [5] Рис. 21-4. Широковещательный диалог

[5]Перед передачей выполняется "прослушивание" несущей. Если несущая

обнаружена, то узел вводит задержку передачи (отсрочку). Если же несущая не

зафиксирована, то осуществляется передача кадра RTS, содержащего

широковещательный адрес назначения (255). Этот кадр не требует ответа, он

просто информирует другие узлы о наступлении фазы передачи данных. Если при

этом канал остается не занятым, узел передает широковещательное сообщение.

При фиксации подряд 32 коллизий (32 отсрочек) в ходе прямого или

широковещательного диалога для высокоуровневых протоколов формируется сигнал

сбоя.

В соответствии со спецификацией LocalTalk прием кадров осуществляется при

совпадении собственного адреса узла и значения из поля адреса кадра, а также

при правильной контрольной сумме кадра (FCS). При нарушении одного из двух

условий кадр "поглощается" без какого-либо уведомления программного

обеспечения протоколов верхнего уровня.

[КС 21-6]

        [ Формат кадра LocalTalk ]

  [ Преамбула ] [ заголовок ] [ поле Данные ] [ Хвостовик ]

                [ пакета ]    [ 0-600 байт]   [ кадра]

                          [ кадр ]

  [ А=Флаг (2 или более байтов)]   [ F=Данные (переменные) ]

  [ В=Ид. целевого узла (1 байт)]  [ G=Контрольная  сумма  (2 байта)]

  [ C=Ид. узла источника (1 байт)] [ Н=Флаг (1 байт)]

  [ D=Тип (1 байт)]                [ I=Последовательность сброса (12-18 бит)]

  [ E=Длина данных (10 бит)]

       [ к рис. на стр. 21-7 (в поле рисунка) ]

[1]Форматы кадров LocalTalk и назначения полей

[5]В LocalTalk специфицировано применение кадров двух типов: кадр управления,

используемый исключительно в интересах протокола передачи, и собственно кадр

данных для высокоуровневой информации. Оба кадра содержат заголовок, в

котором указываются адреса узлов источника и назначения, а также тип пакета.

Реальная длина кадра колеблется от 5 до 603 байтов. При этом в расчет

принимаются длина заголовка и минимальная и максимальная длина поля данные.

Флаги, поле FCS и длина последовательности сброса не учитываются.

[5]Преамбула

[5]Поле преамбулы состоит из двух и более байтов, переносящих

шестнадцатиричное значение 7E. Используется в качестве указателя на начало

кадра. Для обеспечения прозрачности передачи данных внутри кадра применяется

техника бит-стаффинга.

[5]Идентификатор узла-источника

[5]Поле содержит однобайтовый адрес источника кадра

[5]Идентификатор узла назначения

[5]Поле содержит однобайтовый адрес целевого узла.

[КС 21-7]

[5]Тип

[5]В этом поле специфицируется тип кадра: или это кадр данных (значения

1 - 127), или кадр управления (значения 128 - 255). В кадрах управления

поле Данные отсутствует. В настоящее время определены 4 типа кадров

управления, остальные типы зарезервированы. В случае кадров данных поле

Тип используется для идентификации высокоуровневых процессов, принимающих

соответствующие данные.

[5]Длина данных

[5]Первые два байта поля Данные, если оно имеется в кадре, в младших десяти

разрядах содержат значение, указывающее длину всего поля Данные. Шесть

старших разрядов в LocalTalk не используются, однако они зарезервированы для

применения в высокоуровневых протоколах.

[5]Поле Данные

[5]Поле Данные содержит информацию прикладных систем и высокоуровневых

протоколов. Длина данных в этом поле колеблется в интервале от 0 до 600

байтов.

[5]Контрольная сумма (FCS)

[5]Поле контрольной суммы содержит циклическую 16-ти битовую сумму (CRC)

содержимого всех полей кадра, кроме флагов, собственно поля FCS и

последовательности сброса.

[5]Хвостовой флаг

[5]Хвостовой флаг подобно преамбуле содержит 1 байт, имеющий значение 7Е.

Длина поля в 1 байт отличает его от поля преамбулы.

[5]Последовательность сброса

[5]С помощью этой последовательности отмечается конец передаваемого кадра.

Последовательность представляется 12-18 единичными битами. Приемно/передающая

аппаратура узлов при получении последовательности сброса прекращает процессы

синхронизации передачи, канал считается свободным.

[КС 21-8]

[1]Итоги

[5]Благодаря успехам фирмы Apple в направлении создания машин Macintosh

концепция LocalTalk получила широкое признание. Хотя LocalTalk и не

предназначалась для обеспечения совместной работы большого числа ЭВМ,

достоинства концепции в отношении небольших сетей неоспоримы.

[КС 21-9]

[1]Упражнение 21

[5]1. Пригодна ли концепция LocalTalk для создания глобальных сетей ЭВМ?

   Мотивируйте ответ.

2. Какова максимальная скорость передачи данных в сетях LocalTalk?

   a. 230.4 Кбит/сек

   в. 534 Кбит/сек

   с. 10 Мбит/сек

   d. 534 Мбит/сек

[5]3. Опишите процесс динамического назначения адресов в сетях LocalTalk.

[КС 21-10]

//изм. 01.11.94

                                             [ FDDI ]

[0]Раздел 22 [2] FDDI (Fiber Distributed Data Interface -

интерфейс распределенной оптической системы передачи данных)

[1]Цели

[5]В результате изучения данного раздела вы сможете:

1. Определять основные организации, которые распространяют протоколы

FDDI и/или являются их приверженцами, а также определять целевое назначение

этих протоколов;

2. Определять основные услуги, обеспечиваемые FDDI;

3. Определять характеристики FDDI;

4. Определять метки полей FDDI-кадра и определять функции этих полей.

[1]Введение

[5]В середине 80-х годов широкое распространение получили рабочие станции на

базе ЭВМ настольного типа. Эти устройства обеспечивались встроенной

аппаратурой для работы в сетях Ethernet или Token Ring (Маркерных кольцах).

Однако вскоре было обнаружено, что полоса пропускания 10 Мбит/сек Ethernet

или 4 Мбит/сек Token Ring позволяет обеспечить достаточный уровень реактивности

распределенных систем только при очень небольшом числе рабочих станций.

Возникла необходимость в создании нового сетевого стандарта.

В данном разделе рассматриваются стандарты протоколов распределенной оптической

системы передачи данных FDDI (Fiber Distributed Data Interface). В

действительности существует несколько стандартов, однако в этом разделе все

они имеют ссылку FDDI. Стандарт FDDI специфицирует высокоскоростное маркерное

кольцо на основе оптоволоконной среды. Реализованная в 1986 году сеть FDDI,

позволила решить вышеуказанную проблему.

Стандарт FDDI был разработан комитетом Х3Т9.5 ANSI. Несмотря на то, что

стандарты FDDI еще находятся в процессе разработки, спецификации FDDI все

же достаточно стабильны, что позволяет наладить их промышленное освоение.

Реализации FDDI были выполнены многими компаниями, включая IBM, Rockwell/CMC,

Interphase Corp., Fibronics Communications, Codenoll, Cisco Systems, AMD

(Advanced Micro Devices), National Semiconductor и Intel.

[КС 22-1]

          [  FDDI, IEEE 802 и        ]

          [ Эталонная Модель OSI     ]

          [ Эталонная  ]

          [ Модель OSI ]

          [ Сетевой    ]       [ Управление ]

          [ Канальный ]        [ станцией   ]

          [ Физический ]

        [ к рис. на стр. 22-2 (в поле рисунка)]

[1] Обзор FDDI

[5]Стандарт FDDI включает спецификации Физического уровня (PHY), подуровня

MAC и управления станцией (SMT - Station Management). Стандарт FDDI поэтому

аналогичен стандартам серии IEEE 802 (802.3, 802.4 и 802.5), включая также

их связи с Моделью OSI. Подобно перечисленным протоколам предполагается, что

FDDI будет обеспечивать услуги по передаче данных для протокола IEEE 802.2

(LLC), хотя не исключаются и другие высокоуровневые протоколы.

FDDI создавался, как стандарт локальных и средне-масштабных сетей, обладающих

широкой полосой пропускания и защищенностью. Таким образом предполагалось

использовать FDDI следующими тремя способами:

- Магистральные (стержневые - backbond) сети. Сети FDDI образуют

высокоскоростную передающую среду, к которой могут быть подключены другие

сети;

- Сети вычислительных центров. Сети FDDI объединяют большие ЭВМ, мини-ЭВМ,

  периферийное оборудование в единый вычислительный комплекс;

- Высокоскоростные локальные сети. Скоростные локальные сети на базе FDDI

  позволяют объединить высокопроизводительные мини-ЭВМ, рабочие станции или

  персональные ЭВМ с целью обеспечения работы видео-приложений, и управления

  промышленными предприятиями (CAD/CAM - computer-aided design/computer-aided

  manifacturing).

[КС 22-2]

       [ Основные характеристики FDDI ]

       [ и IEEE 802.5                 ]

     [ Характеристики ]

     [ Среда ]          [ Оптоволокно ]      [ Различные ]

     [ Топология ]      [ Кольцо, звезда]    [ Кольцо ]

     [ Скорость передачи ] [100 Мбит/сек]    [1,4 Мбит/сек]

     [ Метод доступа ]  [ Передача маркера ] [ Передача маркера ]

     [ Метод передачи ] [ В основной полосе ]   [ В основной полосе ]

     [ Метод кодирования ] [ NRZ1 - 4B/5B ]  [ Дифференциальный ]

                                             [ Манчестер ]

     [ Адресация  ]        [ 16 и 48 бит ]   [ 16 и 48 бит ]

             [ к рис. на стр. 22-3 (в поле рисунка)]

[1]Технология FDDI

[5]Сеть FDDI при сравнении ее с изученными ранее очень похожа

на IEEE 802.5. Обе основаны на маркерном методе доступа, обе детерминированы.

Обе могут быть сконфигурированы в звездообразную топологию для оптимизации

процесса эксплуатации. Обе обладают многочисленными встроенными средствами

управления. В обеих сетях может быть использовано оптическое волокно

в качестве среды передачи данных, которое обеспечивает устойчивость сети

к электромагнитному излучению. Однако одним из основных достоинств FDDI

является значительно более высокая скорость передачи данных. Рассмотрению

других отличий посвящается оставшаяся часть раздела.

[КС 22-3]

         [ FDDI  Противоположнонаправленные кольца  ]

             [ Первичное ]

             [ кольцо    ]

             [ Вторичное ]

             [ кольцо    ]

    [ Нормальная работа ]       [ Кольцо после сбоя ]

        [ к рис. на стр. 22-4 (в поле рисунка)]

[1]Основная операция FDDI и физические параметры

[5]Сеть FDDI состоит из двух противоположнонаправленных колец. По одному

кольцу трафик передается в одном направлении, по другому - в противоположном. Одно

из колец является первичным, другое - вторичным. В нормальных условиях трафик

передается только по первичному кольцу, вторичное кольцо бездействует.

При возникновении сбоя (обрыва) первичного кольца выполняется автоматическая

реконфигурация сети с целью обеспечения ее работоспособности. Реле на

станциях, расположенных на обеих сторонах поврежденного участка, направляют

поток данных из первичного кольца во вторичное.

Одно FDDI кольцо может обеспечить подключение более 1000 станций. При этом

общая длина кабеля не должна превысить 200 километров. Кольцо из 500 станций

класса А общей протяженностью в 100 км при обрыве одного сегмента становится

кольцом, состоящим из 1000 станций и длиной в 200 км. Поэтому FDDI имеет

следующие ограничения: 500 станций и длина кабеля до 100 километров.

Через каждые два километра оптоволоконного кабеля необходимо устанавливать

повторитель или постоянно работающую станцию. Оптоволоконный кабель

подключается механически к оптическим передатчикам (светодиодам - LED) и

приемникам (фотодиодам), встроенным в сетевую карту (NIC). В спецификации

FDDI определяются характеристики многоцелевого оптоволоконного кабеля с

диаметром световода 62.5 микрон.

[КС 22-4]

         [ FDDI в конфигурации Звезда ]

         [ Класс В ]  [ Первичное кольцо ]  [ Класс А ]

         [ Класс В ]  [ Вторичное кольцо ]  [ Класс А ]

         [ Класс В ]  [ Концентратор ]      [ Класс А ]

      [ к рис. на 22-5 (в поле рисунка)]

[1]FDDI. Конфигурация "Звезда"

[5]Станции FDDI могут быть подключены к "проводному" концентратору наряду с

непосредственным подключением друг к другу. В связи с этим в FDDI различаются

типы подключаемых станций: Класс А и Класс В, как показано на рисунке. Как

видно из того же рисунка, звездообразная топология имеет некоторые

эксплуатационные достоинства по сравнению с другими топологиями.

Станции могут быть подключены к одному или сразу к обоим кольцам. Станции,

подключаемые к двум кольцам, называются станциями класса А. Станции,

подключаемые к одному кольцу, называются станциями класса В. В случае, когда

какой-либо сегмент кольца повреждается, в процессе реконфигурации, описанном

выше, участвуют только станции класса А.

[КС 22-5]

         [ Циркуляция маркера и кадров в FDDI ]

         [ Маркер ]

                              [ маркер ]

                              [ кадр 1 ]

            [ кадр 1 ]                 [ кадр 1 ]

            [ кадр 2 ]                 [ кадр 2 ]

            [ маркер ]                 [ маркер ]

            [ к рис. на стр. 22-6 ( в поле рисунка)]

[1]FDDI. Процедура передачи маркера.

[5]Так же, как в стандартах IEEE 802.4 и IEEE 802.5, стандарт FDDI

обеспечивает доступ к физической среде с помощью маркера. Маркер постоянно

циркулирует в пределах первичного кольца. Когда станция располагает данными

для передачи, ей осуществляется захват маркера и посылка в кольцо кадра данных.

Из-за высокой скорости передачи данных маркер выдается в кольцо сразу же

после завершения передачи кадра данных. Поэтому в кольце одновременно могут

существовать несколько кадров.

На рисунке приведен пример передачи данных с несколькими кадрами в кольце.

Станция А (иллюстрация 2) получает маркер и передает кадр данных (кадр 1).

Затем станция А выдает новый маркер сразу же после передачи последнего

бита кадра. Станция В принимает кадр 1 (адресованный станции С) и

повторяет его выдачу в кольцо. Кроме этого, станция В получает маркер,

захватывает его, поскольку содержит данные для передачи. На третьей

иллюстрации станция В передает кадр 2, вслед за которым в кольцо выдается

новый маркер.

Станция С (иллюстрация 4) принимает и копирует в свою память кадр 1. Она

также осуществляет прием кадра 2 и маркера. Поскольку станции C нечего

передавать, она переповторяет выдачу кадра 2 и маркера в след за кадром 1.

В конце концов станция А примет и изымет из кольца кадр 1, а станция В

выполнит аналогичные действия с кадром 2. При этом в кольце останется только

циркулирующий маркер.

[КС 22-6]

         [ Кодирование в FDDI      ]

                     [ Данные (4В) ]

                     [ FDDI символ ]

                     [ Закодированные данные (5В) ]

                     [ После ]

                     [ NR21 - кодирование ]

            [ к рис. на стр. 22-7 ( в поле рисунка)]

[1]FDDI. Кодирование

[5]Метод кодирования, применяемый в сетях FDDI, существенно отличается от

методов кодирования в рассмотренных выше сетях. Кодирование по методу

Манчестера или дифференциального Манчестера предусматривает выполнение двух

переходов на каждый бит данных. Поэтому для осуществления передачи со

скоростью 10 Мбит/сек в IEEE 802.3 требуется 20 МГц сигнал, а для 16 Мбит/сек

в IEEE 802.5 - 32 МГц сигнал. Такая расточительность полосы пропускания не

приемлема для стандарта FDDI.

В стандарте FDDI применяется кодирование по методу 4 из 5 (4В/5В). Каждая

четырехбитовая порция данных кодируется символом из пяти элементов. Каждый

элемент представляется сигналами - наличие или отсутствие света (излучения).

Например, двоичная порция данных "0110" кодируется символом FDDI "6" и

представляется пятибитовым фрагментом "01110". Затем к данному фрагменту

применяется метод NRZ1 формирования передаваемого сигнала, в соответствии с

которым единичный бит представляется переходом в начале битового интервала,

нулевой бит - отсутствием перехода в начале битового интервала. Фрагмент

"01110" представляется в форме сигнала, изображенного на рисунке.

[КС 22-7]

[5]Четырехбитовая комбинация данных отображается лишь в 16 из 32-х возможных

пятибитовых символов. Символы, не используемые для представления данных,

применяются, как символы состояния, стартовые и концевые разделители,

индикаторы управления и т.д. Шестнадцать двоичных комбинаций для представления

данных были подобраны таким образом, чтобы в символьном потоке никогда не

встречались последовательности нулей длиной более 3, т.е. сигнальный переход

выполняется обязательно хотя бы раз за три битовых интервала. Этот подход

позволяет обеспечить адекватную устойчивую синхронизацию процессов

приема/передачи данных.

Из сказанного выше следует, что эффективность схемы FDDI кодирования

составляет 80%. Поэтому для обеспечения скорости передачи в 100 Мбит/сек

требуется 125-ти МГц сигнал. Реализация такого метода несомненно дешевле,

чем построение аппаратуры передачи 200 МГц сигналов в случае применения

манчестерского кодирования.

[5]Распределение полосы пропускания FDDI

[5]В сети FDDI обеспечивается гибкая динамическая схема распределения

сетевой полосы пропускания в реальном масштабе времени, что делает сеть FDDI

идеальной для различных распределенных приложений. Для реализации

распределения полосы пропускания сети в реальном масштабе времени в FDDI

определены два типа трафика: синхронный и асинхронный. Синхронная полоса

представляет собой часть общей в 100 МГц полосы, которая используется

исключительно для передачи синхронного трафика. Для станций, на которых

исполняются высокореактивные приложения (например, аудио/видео системы),

может быть выделена синхронная полоса пропускания сети. Другие станции будут

использовать оставшуюся часть полосы пропускания сети асинхронно. Протокол SMT

(Station Management), являющийся частью спецификации FDDI, применяет

распределенную запросную схему для выделения полосы пропускания.

Часть полосы пропускания сети, не выделенная для синхронного трафика,

доступна для асинхронной передачи. Асинхронная полоса распределяется с

помощью 8-ми уровневой приоритетной схемы. Если вся доступная полоса

пропускания сети используется для синхронной и высокоприоритетной

асинхронной передачи, то станциям с низким приоритетом асинхронной передачи

вообще не будет предоставляться возможность передавать.

Кроме этого, в сети FDDI вводится понятие "расширенного диалога". Станции

могут инициировать расширенный диалог с другой станцией, временно резервируя

за собой всю асинхронную полосу пропускания. Для этой цели применяется

маркер-ограничитель, который запрещает использовать асинхронную полосу тем

станциям, которые расположены на пути следования маркера до станции,

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29