Велихов А.В. , Строчников К.С., Кошкин. Б.Л. Компьютерные сети: Учебное пособие по администрированию локальных и объединенных сетей
Подождите немного. Документ загружается.
Ethernet был разработан Исследовательским центром в Пало Альто
(PARC) корпорации Xerox в 1970м году. Ethernet стал основой для спе
цификации IEEE. После недолгих споров компании Digital Equipment
Corporation, Intel Corporation и Xerox Corporation совместно разработали
и приняли спецификацию, которая была частично совместима с IEEE. На
сегодняшний день Ethernet и IEEE являются наиболее распространенны
ми протоколами локальных вычислительных сетей (ЛВС). Сегодня тер
мин Ethernet чаще всего используется для описания всех ЛВС работаю
щих по принципу множественный доступ с обнаружением несущей
(carrier sense multiple access/collision detection (CSMA/CD)), которые соот
ветствуют Ethernet, включая IEEE.
Когда Ethernet был разработан, он должен был заполнить нишу
между глобальными сетями, низкоскоростными сетями и специализиро
ванными сетями компьютерных центров, которые работали на высокой
скорости, но очень ограниченном расстоянии. Ethernet хорошо подходит
для приложений где локальные коммуникации должны выдерживать
высокие нагрузки при высоких скоростях в пиках.
Token Ring и IEEE
Сеть Token Ring первоначально была разработана компанией IBM
в 1970 гг. Она попрежнему является основной технологией IBM для ло
кальных сетей (LAN), уступая по популярности среди технологий LAN
только Ethernet/IEEE. Спецификация IEEE почти идентична и полно
стью совместима с сетью Token Ring IBM. Спецификация IEEE была фак
тически создана по образцу Token Ring IBM, и она продолжает отслежи
вать ее разработку. Термин «Token Ring» обычно применяется как при
ссылке на сеть Token Ring IBM, так и на сеть IEEE.
Сравнение Token Ring и IEEE
Сети Token Ring и IEEE в основном почти совместимы, хотя их спе
цификации имеют относительно небольшие различия. Сеть Token Ring
IBM оговаривает звездообразное соединение, причем все конечные уст
ройства подключаются к устройству, называемому «устройством доступа
к многостанционной сети» (MSAU), в то время как IEEE не оговаривает
топологию сети (хотя виртуально все реализации IEEE также базируются
на звездообразной сети). Имеются и другие отличия, в том числе тип
носителя (IEEE не оговаривает тип носителя, в то время как сети Toke
Ring IBM используют витую пару) и размер поля маршрутной информа
ции.
Передача маркера
Token Ring и IEEE являются главными примерами сетей с переда
Лекция 2: Объединенные сети
98
чей маркера. Сети с передачей маркера перемещают вдоль сети неболь
шой блок данных, называемый маркером. Владение этим маркером га
рантирует право передачи. Если узел, принимающий маркер, не имеет
информации для отправки, он просто переправляет маркер к следующей
конечной станции. Каждая станция может удерживать маркер в течение
определенного максимального времени.
Если у станции, владеющей маркером, имеется информации для
передачи, она захватывает маркер, изменяет у него один бит (в результа
те чего маркер превращается в последовательность «начало блока дан
ных»), дополняет информацией, которую он хочет передать и, наконец,
отсылает эту информацию к следующей станции кольцевой сети. Когда
информационный блок циркулирует по кольцу, маркер в сети отсутству
ет (если только кольцо не обеспечивает «раннего освобождения маркера»
— early token release), поэтому другие станции, желающие передать ин
формацию, вынуждены ожидать. Следовательно, в сетях Token Ring не
может быть коллизий. Если обеспечивается раннее высвобождение мар
кера, то новый маркер может быть выпущен после завершения передачи
блока данных.
Информационный блок циркулирует по кольцу, пока не достигнет
предполагаемой станции назначения, которая копирует информацию для
дальнейшей обработки. Информационный блок продолжает циркулиро
вать по кольцу; он окончательно удаляется после достижения станции,
отославшей этот блок. Станция отправки может проверить вернувшийся
блок, чтобы убедиться, что он был просмотрен и затем скопирован стан
цией назначения.
В отличие от сетей CSMA/CD (например, Ethernet) сети с переда
чей маркера являются детерминистическими сетями. Это означает, что
можно вычислить максимальное время, которое пройдет, прежде чем лю
бая конечная станция сможет передавать. Эта характеристика, а также не
которые характеристики надежности, которые будут рассмотрены даль
ше, делают сеть Token Ring идеальной для применений, где задержка
должна быть предсказуема и важна устойчивость функционирования се
ти. Примерами таких применений является среда автоматизированных
станций на заводах.
Физические соединения
Станции сети IBM Token Ring напрямую подключаются к MSAU,
которые могут быть объединены с помощью кабелей, образуя одну боль
шую кольцевую сеть. Кабелиперемычки соединяют MSAU со смежными
MSAU. Кабелилепестки подключают MSAU к станциям. В составе
МSAU имеются шунтирующие реле для исключения станций из кольца.
Система приоритетов
Лекция 2: Объединенные сети
99
Сети Token Ring используют сложную систему приоритетов, кото
рая позволяет некоторым станциям с высоким приоритетом, назначен
ным пользователем, более часто пользоваться сетью. Блоки данных Token
Ring содержат два поля, которые управляют приоритетом: поле приори
тетов и поле резервирования.
Только станции с приоритетом, который равен или выше величины
приоритета, содержащейся в маркере, могут завладеть им. После того, как
маркер захвачен и изменен (в результате чего он превратился в информа
ционный блок), только станции, приоритет которых выше приоритета пе
редающей станции, могут зарезервировать маркер для следующего прохо
да по сети. При генерации следующего маркера в него включается более
высокий приоритет данной резервирующей станции. Станции, которые
повышают уровень приоритета маркера, должны восстановить предыду
щий уровень приоритета после завершения передачи.
Механизмы управления неисправностями
Сети Token Ring используют несколько механизмов обнаружения и
компенсации неисправностей в сети. Например, одна станция в сети
Token Ring выбирается «активным монитором» (active monitor). Эта стан
ция, которой в принципе может быть любая станция сети, действует как
централизованный источник синхронизирующей информации для дру
гих станций кольца и выполняет разнообразные функции для поддержа
ния кольца. Одной из таких функций является удаление из кольца посто
янно циркулирующих блоков данных. Если устройство, отправившее
блок данных, отказало, то этот блок может постоянно циркулировать по
кольцу. Это может помешать другим станциям передавать собственные
блоки данных и фактически блокирует сеть. Активный монитор может
выявлять и удалять такие блоки и генерировать новый маркер.
Звездообразная топология сети IBM Token Ring также способству
ет повышению общей надежности сети. Так как вся информация сети
Token Ring просматривается активными MSAU, эти устройства можно за
программировать так, чтобы они проверяли наличие проблем и при необ
ходимости выборочно удаляли станции из кольца.
Алгоритм Token Ring, называемый «сигнализирующим» (beacon
ing), выявляет и пытается устранить некоторые неисправности сети. Если
какаянибудь станция обнаружит серьезную проблему в сети (например
такую, как обрыв кабеля), она высылает сигнальный блок данных. Сиг
нальный блок данных указывает домен неисправности, в который входят
станция, сообщающая о неисправности, ее ближайший активный сосед,
находящийся выше по течению потока информации (NAUN), и все, что
находится между ними. Сигнализация инициализирует процесс, называ
емый «автореконфигурацией» (autoreconfiguration), в ходе которого узлы,
Лекция 2: Объединенные сети
100
расположенные в пределах отказавшего домена, автоматически выполня
ют диагностику, пытаясь реконфигурировать сеть вокруг отказавшей зо
ны. В физическом плане MSAU может выполнить это с помощью элект
рической реконфигурации.
Формат блока данных
Сети Token Ring определяют два типа блока данных: блоки марке
ров и блоки данных/блоки команд.
Маркеры
Длина маркера — три байта; он состоит из:
n ограничителя начала
Ограничитель начала служит для предупреждения каждой станции
о прибытии маркера (или блока данных/блока команд). В этом поле име
ются сигналы, которые отличают этот байт от остальной части блока
путем нарушения схемы кодирования, использованной в других частях
блока.
n байта управления доступом
Байт управления доступом содержит поля приоритета и резервиро
вания, а также бит маркера (используемый для дифференциации маркера
и блока данных/блока команд) и бит монитора (используемый активным
монитором, чтобы определить, циркулирует какойлибо блок в кольце
непрерывно или нет).
n ограничителя конца
И наконец, разделитель конца сигнализирует о конце маркера или
блока данных/ блока команд. В нем также имеются биты для индикации
поврежденного блока, а также блока, являющегося последним в логичес
кой последовательности.
Блок данных и блок команд
Блок данных и блок команд могут иметь разные размеры в зависи
мости от размеров информационного поля. Блоки данных переносят ин
формацию для протоколов высших уровней; блоки команд содержат уп
равляющую информацию, в них отсутствует информация для протоколов
высших уровней.
В блоке данных/блоке команд за байтом управления доступом сле
дует байт управления блоком данных. Байт управления блоком данных
указывает, что содержит блок — данные или управляющую информацию.
В управляющих блоках этот байт определяет тип управляющей информа
ции.
Лекция 2: Объединенные сети
101
За байтом управления блоком следуют два адресных поля, которые
идентифицируют станции пункта назначения и источника. Для IEEE
длина адресов равна 6 байтам.
За адресными полями идет поле данных. Длина этого поля ограни
чена временем удержания маркера кольца, которое определяет макси
мальное время, в течение которого станция может удерживать маркер.
За полем данных идет поле последовательности проверки блока
(FCS). Станцияисточник заполняет это поле вычисленной величиной,
зависящей от содержания блока данных. Станция назначения повторно
вычисляет эту величину, чтобы определить, не был ли блок поврежден
при прохождении. Если это так, то блок отбрасывается.
Также, как и маркер, блок данных/блок команд заканчивается ог
раничителем конца.
FDDI
Стандарт на «Волоконнооптический интерфейс по распределен
ным данным» (FDDI) был выпущен ANSI X3Т9.5 (комитет по разработке
стандартов) в середине 1980 гг. В этот период быстродействующие АРМ
проектировщика уже начинали требовать максимального напряжения
возможностей существующих локальных сетей (LAN) (в основном
Ethernet и Token Ring). Возникла необходимость в новой LAN, которая
могла бы легко поддерживать эти АРМ и их новые прикладные распреде
ленные системы. Одновременно все большее значение уделяется пробле
ме надежности сети, так как администраторы систем начали переносить
критические по назначению прикладные задачи из больших компьютеров
в сети. FDDI была создана для того, чтобы удовлетворить эти потребнос
ти.
После завершения работы над FDDI, ANSI представила его на рас
смотрение в ISO. ISO разработала международный вариант FDDI, кото
рый полностью совместим с вариантом стандарта, разработанным ANSI.
Хотя реализации FDDI сегодня не столь распространены, как
Ethernet или Token Ring, FDDI приобрела значительное число своих по
следователей, которое увеличивается по мере уменьшения стоимости ин
терфейса FDDI. FDDI часто используется как основа технологий, а так
же как средство для соединения быстродействующих компьютеров,
находящихся в локальной области.
Основы технологии
Стандарт FDDI определяет 100 Mb/сек. LAN с двойным кольцом и
Лекция 2: Объединенные сети
102
передачей маркера, которая использует в качестве среды передачи воло
коннооптический кабель. Он определяет физический уровень и часть ка
нального уровня, которая отвечает за доступ к носителю; поэтому его вза
имоотношения с эталонной моделью OSI примерно аналогичны тем,
которые характеризуют IEEE.
Хотя она работает на более высоких скоростях, FDDI во многом по
хожа на Token Ring. Обе сети имеют одинаковые характеристики, вклю
чая топологию (кольцевая сеть), технику доступа к носителю (передача
маркера), характеристики надежности (например, сигнализацияbeacon
ing).
Одной из наиболее важных характеристик FDDI является то, что
она использует световод в качестве передающей среды. Световод обеспе
чивает ряд преимуществ по сравнению с традиционной медной провод
кой, включая защиту данных (оптоволокно не излучает электрические
сигналы, которые можно перехватывать), надежность (оптоволокно ус
тойчиво к электрическим помехам) и скорость (потенциальная пропуск
ная способность световода намного выше, чем у медного кабеля).
FDDI устанавливает два типа используемого оптического волокна:
одномодовое (иногда называемое мономодовым) и многомодовое. Моды
можно представить в виде пучков лучей света, входящего в оптическое во
локно под определенным углом. Одномодовое волокно позволяет распро
страняться через оптическое волокно только одному моду света, в то
время как многомодовое волокно позволяет распространяться по оптиче
скому волокну множеству мод света. Так как множество мод света, рас
пространяющихся по оптическому кабелю, могут проходить различные
расстояния (в зависимости от угла входа), и, следовательно, достигать
пункт назначения в разное время (явление, называемое модальной дис
персией), одномодовый световод способен обеспечивать большую поло
су пропускания и прогон кабеля на большие расстояния, чем многомодо
вые световоды. Благодаря этим характеристикам одномодовые световоды
часто используются в качестве основы университетских сетей, в то время
как многомодовый световод часто используется для соединения рабочих
групп. В многомодовом световоде в качестве генераторов света использу
ются диоды, излучающие свет (LED), в то время как в одномодовом све
товоде обычно применяются лазеры.
Технические условия FDDI
FDDI определяется четырьмя независимыми техническими
условиями:
Media Access Control (MAC) (Управление доступом к носителю)
Определяет способ доступа к носителю, включая формат пакета, об
работку маркера, адресацию, алгоритм CRC (проверка избыточности
Лекция 2: Объединенные сети
103
цикла) и механизмы устранения ошибок.
Physical Layer Protocol (PHY) (Протокол физического уровня)
Определяет процедуры кодирования/декодирования информации,
требования к синхронизации, формированию кадров и другие функции.
Station Management (SMT) (Управление станциями)
Определяет конфигурацию станций FDDI, конфигурацию кольце
вой сети и особенности управления кольцевой сетью, включая вставку и
исключение станций, инициализацию, изоляцию и устранение неисправ
ностей, составление графика и набор статистики.
Физические соединения
FDDI устанавливает применение двойных кольцевых сетей. Тра
фик по этим кольцам движется в противоположных направлениях. В фи
зическом выражении кольцо состоит из двух или более двухточечных со
единений между смежными станциями. Одно из двух колец FDDI
называется первичным кольцом, другоевторичным кольцом. Первичное
кольцо используется для передачи данных, в то время как вторичное
кольцо обычно является дублирующим.
«Станции Класса В» или «станции, подключаемые к одному коль
цу» (SAS) подсоединены к одной кольцевой сети; «станции класса А» или
«станции, подключаемые к двум кольцам» (DAS) подсоединены к обеим
кольцевым сетям. SAS подключены к первичному кольцу через «концен
тратор», который обеспечивает связи для множества SAS. Концентратор
отвечает за то, чтобы отказ или отключение питания в любой из SAS не
прерывали кольцо. Это особенно необходимо, когда к кольцу подключен
РС или аналогичные устройства, у которых питание часто включается и
выключается.
Каждая DAS FDDI имеет два порта, обозначенных А и В. Эти пор
ты подключают станцию к двойному кольцу FDDI. Следовательно, каж
дый порт обеспечивает соединение как с первичным, так и со вторичным
кольцом.
Типы трафика
FDDI поддерживает распределение полосы пропускания сети в
масштабе реального времени, что является идеальным для ряда различ
ных типов прикладных задач. FDDI обеспечивает эту поддержку путем
обозначения двух типов трафика: синхронного и асинхронного. Син
хронный трафик может потреблять часть общей полосы пропускания се
ти FDDI, равную 100 Mb/сек; остальную часть может потреблять асин
хронный трафик. Синхронная полоса пропускания выделяется тем
станциям, которым необходима постоянная возможность передачи. На
Лекция 2: Объединенные сети
104
пример, наличие такой возможности помогает при передаче голоса и ви
деоинформации. Другие станции используют остальную часть полосы
пропускания асинхронно. Спецификация SMT для сети FDDI определя
ет схему распределенных заявок на выделение полосы пропускания
FDDI.
Распределение асинхронной полосы пропускания производится с
использованием восьмиуровневой схемы приоритетов. Каждой станции
присваивается определенный уровень приоритета пользования асинхрон
ной полосой пропускания. FDDI также разрешает длительные диалоги,
когда станции могут временно использовать всю асинхронную полосу
пропускания. Механизм приоритетов FDDI может фактически блокиро
вать станции, которые не могут пользоваться синхронной полосой пропу
скания и имеют слишком низкий приоритет пользования асинхронной
полосой пропускания.
Особенности отказоустойчивости
FDDI характеризуется рядом особенностей отказоустойчивости.
Основной особенностью отказоустойчивости является наличие двойной
кольцевой сети. Если какаянибудь станция, подключенная к двойной
кольцевой сети, отказывает, или у нее отключается питание, или если по
врежден кабель, то двойная кольцевая сеть автоматически «свертывается»
(«подгибается» внутрь) в одно кольцо.
По мере увеличения размеров сетей FDDI растет вероятность уве
личения числа отказов кольцевой сети. Если имеют место два отказа коль
цевой сети, то кольцо будет свернуто в обоих случаях, что приводит к фак
тическому сегментированию кольца на два отдельных кольца, которые не
могут сообщаться друг с другом. Последующие отказы вызовут дополни
тельную сегментацию кольца.
Для предотвращения сегментации кольца могут быть использованы
оптические шунтирующие переключатели, которые исключают отказав
шие станции из кольца.
Устройства, критичные к отказам, такие как роутеры или главные
универсальные вычислительные машины, могут использовать другую тех
нику повышения отказоустойчивости, называемую «двойным подключе
нием» (dual homing), для того, чтобы обеспечить дополнительную избы
точность и повысить гарантию работоспособности. При двойном
подключении критичное к отказам устройство подсоединяется к двум
концентраторам. Одна пара каналов концентраторов считается активным
каналом; другую пару называют пассивным каналом. Пассивный канал
находится в режиме поддержки до тех пор, пока не будет установлено, что
основной канал (или концентратор, к которому он подключен) отказал.
Если это происходит, то пассивный канал автоматически активируется.
Лекция 2: Объединенные сети
105
Формат блока данных
Форматы блока данных FDDI аналогичны форматам Token Ring.
preamble
Заголовок подготавливает каждую станцию для приема прибываю
щего блока данных.
start delimiter
Ограничитель начала указывает на начало блока данных. Он содер
жит сигнальные структуры, которые отличают его от остальной части бло
ка данных.
frame control
Поле управления блоком данных указывает на размер адресных по
лей, на вид данных, содержащихся в блоке (синхронная или асинхронная
информация), и на другую управляющую информацию.
destination address
Также, как у Ethernet и Token Ring, размер адресов равен 6 байтам.
Поле адреса назначения может содержать односоставный (единствен
ный), многосоставный (групповой) или широковещательный (все стан
ции) адрес, в то время как адрес источника идентифицирует только одну
станцию, отправившую блок данных.
data
Информационное поле содержит либо информацию, предназна
ченную для протокола высшего уровня, либо управляющую информа
цию.
frame check sequence
Также, как у Token Ring и Ethernet, поле проверочной последова
тельности блока данных (FCS) заполняется величиной «проверки избы
точности цикла» (CRC), зависящей от содержания блока данных, кото
рую вычисляет станцияисточник. Станция пункта назначения
пересчитывает эту величину, чтобы определить наличие возможного по
вреждения блока данных при транзите. Если повреждение имеется, то
блок данных отбрасывается.
end delimiter
Ограничитель конца содержит неинформационные символы, кото
рые означают конец блока данных.
frame status
Лекция 2: Объединенные сети
106
Поле состояния блока данных позволяет станции источника опре
делять, не появилась ли ошибка, и был ли блок данных признан и скопи
рован принимающей станцией.
UltraNet
Система сети UltraNet, или просто UltraNet, состоит из семейства
высокоскоростных программ для объединенных сетей и аппаратных из
делий, способных обеспечить совокупную пропускную способность в
один гигабайт в секунду (Gb/сек). UltraNet производится и реализуется на
рынке компанией Ultra Network Technologies. UltraNet обычно использу
ется для соединения высокоскоростных компьютерных систем, таких как
суперкомпьютеры, минисуперкомпьютеры, универсальные вычислитель
ные машины, устройства обслуживания и АРМ. UltraNet может быть са
ма соединена с другой сетью (например, Ethernet и Token Ring) через ро
утеры, которые выполняют функции межсетевого интерфейса.
Основы технологии
UltraNet обеспечивает услуги, соответствующие четырем низшим
уровням эталонной модели OSI. UltraNet обеспечивает Simple Network
Management Protocol (SNMP) (Протокол Управления Простой Сетью) и
Routing Information Protocol (RIP) (Протокол маршрутной информации).
UltraNet использует топологию звездообразной сети с концентрато
ром сети (Hub) в центральной точке звезды. Другими компонентами сис
темы UltraNet являются программное обеспечение для главной вычисли
тельной машины, сетевые процессоры, канальные адаптеры,
инструментальные средства управления сети и изделия для объединения
сетей, такие как роутеры и мосты. Сетевые процессоры соединяют глав
ные вычислительные машины с системой UltraNet и обеспечивают вир
туальную цепь и услуги дейтаграмм. Главные вычислительные машины,
непосредственно подключенные к системе UltraNet, могут быть удалены
друг от друга на расстояние до 30 км. Этот предел может быть расширен
подключением к глобальной сети (WAN), например, путем использова
ния каналов связи Т3.
Компоненты UltraNet
Сеть UltraNet состоит из различных компонентов, в том числе кон
центраторов, программного обеспечения для главных вычислительных
машин, управляющих сети, сетевых процессоров и канальных адаптеров.
Концентратор (hub) UltraNet
Лекция 2: Объединенные сети
107