Расширение локальных сетей (стр. 2 из 10)

Название Ethernet первоначально использовалось для сетей, реализованных в соответствии со стандартом версии 1, и лишь впоследствии распространилось на другие его версии. В стандарте версии 1 определены: физическая среда (толстый коаксиальный кабель), метод управления доступом (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)) и скорость передачи (10 Мбит/с). Кроме того, стандартом версии 1 регламентируется размер (от 75 до 1526 байтов), содержимое Ethernet-пакета и метод кодирования данных (манчестерский код).

Вскоре после появления Ethernet в одном из комитетов Института инженеров по электротехнике и радиоэлектроники (IEEE) началось обсуждение вопроса о разработке международного неофициального стандарта на локальные сети. Получившийся стандарт, а именно IEEE 802.3, настолько близок к Ethernet версии 2 что его часто называют стандартом Ethernet, несмотря на некоторые различия между ними.

Различия между форматами кадров в IEEE 302.3 и Ethernet

Рассмотрим формат кадра 802.3. Преамбула состоит из 56 битов. Это последовательность чередующихся единиц и нулей, предназначенная для синхронизации приемного тракта. Начальный разделитель кадра (10101011) обозначает начало информационной части кадра. Адрес получателя и адрес отправителя берутся из кадра LLC-óðîâíÿ, в поле длины кадра указывается число октетов (байтов) кадра, содержащегося в поле данных (от 46 до 1500 октетов). Если число октетов данных меньше минимального значения, то поле данных дополняется необходимым числом октетов, образующих так называемое поле заполнения. И, наконец, завершает кадр поле контрольной суммы, содержащее информацию, необходимую для контроля ошибок.

Основное различие между кадром, отвечающим стандарту 802.3, и традиционным Ethernet-êàäðîì заключается в том, что в последнем отсутствует двухбайтовое поле длины, в котором здесь нет необходимости, так как длина является фиксированной. Вместо него в Ethernet-êàäðå имеется двухбайтовое поле, используемое для указания типа протокола более высокого уровня (это может быть, например, протокол TCP/IP), который используется для поля данных. Совместное использование трансиверов Ethernet и 802.3 (устройств, которые осуществляют фактическую передачу данных с сетевых интерфейсных плат в физическую среду) приводит к ошибкам, потому что узлы как 802.3, так и Ethernet неправильно интерпретируют сообщения, предназначенные для устройств другого типа. Разводка выводов у трансиверов Ethernet и 802.3 также разная. Игнорирование этого различия часто приводит к перегрузке узлов 802.3 при обработке широковещательных Ethernet-ñîîáùåíèé. Это следует учитывать при расширении существующих сетей Ethernet или IEEE 802.3.

802.3 как развивающийся стандарт

Ethernet предполагает работу только с 50-омным коаксиальным кабелем, тогда как стандартом 802.3 в настоящее время поддерживаются различные типы соединений - по коаксиальному кабелю различных типов и по кабелю на витых парах. Выбор кабеля зависит от рекомендованного максимального расстояния. Так, одно время несколько поставщиков, среди которых была, в частности, фирма AT&T, предлагали изделие под названием StarLAN. Этот вариант Ethernet обеспечивал передачу данных со скоростью 1 Мбит/с на расстояние 500 м (1Base5); но сейчас он уже не используется. Предельное расстояние для толстого коаксиального кабеля (50 0м) - 500 м, поэтому стандарт 802.3 обозначают как 10Base5 (т.е. коаксиальный кабель (baseband coaxial cable) со скоростью передачи 10 Мбит/с на расстояниях до 500 м ("толстый Ethernet"). Тонкий коаксиальный кабель 10Base2, или "cheapernet" ("тонкий Ethernet") обеспечивает передачу сигналов на 185 м, тогда как для неэкранированной витой пары (UTP - Unshielded Twisted Pair) рекомендуется расстояние до 100 м (10BaseT).

Старая спецификация StarLAN 802.3 для сети со скоростью 1 Мбит/с и максимальной дальностью 500 м известна как 1Base5. Поскольку подкомитеты комитета 802 IEEE по мере развития новых технологий продолжают свою работу, не останавливаются в своем развитии и стандарты. Стандарты 802 определяют многоуровневый набор протоколов, очень похожий на модель OSI (Open System Interconnection), поэтому существует возможность дополнения уровня управления доступом к среде передачи (MAC - Medium Access Control) без внесения изменений в уровень управления логическим каналом (LLC - Logical Link Control).

Рис.1 Звездообразная топология 802.3

Ethernet на волоконно-оптических кабелях

В сети стандарта 802.3 можно использовать волоконно-оптические кабельные системы. Главные их достоинства — устойчивость к любому виду взаимных электрических помех и возможность обеспечить дальность связи. Длина волоконно-оптического канала связи может составлять до 4,5 км. По сообщениям фирмы Codenoll, которая является одним из ведущих поставщиков на этом рынке, силами этой фирмы была успешно осуществлена инсталляция самой большой в мире волоконно-оптической сети в штаб-квартире компании Southwestern Bell (г. Сент-Луис, шт. Миссури, США). Эта сеть охватывает помещения общей площадью полтора миллиона кв. футов на 44 этажах и состоит из 3000 станций, соединенных 92 милями волоконно-оптического кабеля.

На каждой рабочей станции сети должна быть установлена NIC, рассчитанная на передачу в соответствии со стандартом 802.3 по волоконно-оптическому кабелю. Codenoll предлагает трансивер, который выполнен как внешний, но следует, однако, отметить, что в такой сети принцип работы как приемников, так и передатчиков в любом варианте исполнения одинаков: передатчики преобразуют электрические сигналы в световые импульсы, а в приемниках производится обратное преобразование оптических сигналов в электрические.

Оптический шинный звездообразный ответвитель посылает оптические сигналы всем станциям сети. Он представляет собой эквивалент концентратора стандарта 10BaseT. Использование повторителей позволяет, во-первых, увеличить расстояние, на которое передается информация, и, во-вторых, реализовать "каскадные звезды" путем соединения оптических звездообразных ответвителей. На рынке предлагаются различные модели этих ответвителей (в этом легко убедиться на примере ассортимента изделий фирмы Codenoll): коаксиальный - волоконнооптический, волоконнооптический - волоконнооптический, коаксиальный - коаксиальный. Реальные волоконнооптические кабели поставляются с уже смонтированными соединителями и заменяют собой коаксиальные кабельные системы и витые пары. Схема сети Ethernet на волоконной оптике представлена на Рис. 2.

Рис.2 Волоконно-оптическая сеть Ethernet

Высокоскоростные варианты сети Ethernet

Многим фирмам, имеющим большие ЛВС типа Ethernet, уже пришлось столкнуться с сетевым эквивалентом дорожной пробки. Как только процент использования сети превышает 40%, ее пропускная способность падает и начинают поступать жалобы от пользователей. Поэтому администраторы сетей были вынуждены заняться поиском способов увеличения трафика, не требующих ввода в эксплуатацию новых сетевых "автострад".

Дуплексная Ethernet.

В конце 1993 года фирма Kalpana внедрила дуплексную технологию Ethernet. Эта сеть состоит из двух каналов со скоростью передачи 10 Мбит/с, один из которых служит для приема, а другой - для передачи данных по соединению точка-точка. На обоих концах дуплексного соединения данные могут одновременно передаваться и приниматься по нуль-модемному кабелю, что в сумме дает пропускную способность 20 Мбит/с. С коммутатором Kalpana на скорости 20 Мбит/с может работать сервер с EISA-øèíîé и адаптером NetFlex-2 фирмы Compaq или сервер с шиной Micro Channel и адаптером EtherStreamer-32 фирмы IBM.

В сетях, реализованных по дуплексной технологии Ethernet, имеется серьезное ограничение по производительности. Дело в том, что скорости, близкой к 20 Мбит/с, в такой сети можно достичь только тогда, когда трафик сбалансирован в обоих направлениях. А поскольку связь клиент-сервер в большинстве случаев является односторонней, то чаще всего общая производительность оказывается ниже ожидаемой. Однако дуплексные Ethernet-àäàïòåðû все же обеспечивают гораздо более высокую пропускную способность даже в полудуплексном режиме, поэтому при использовании дуплексной Ethernet общая эффективность сети все равно будет выше, и администраторам сетей полезно об этом знать.

Дуплексная Ethernet - это коммутируемая специализированная версия стандартной Ethernet, в которой каналы со скоростью передачи 10 Мбит/с можно формировать в двух направлениях, чтобы добиться суммарной пропускной способности 20 Мбит/с, Аппаратные средства для реализации этой технологии на рынке присутствуют в широком ассортименте. Так, поскольку шина Micro Channel фирмы IBM обеспечивает пакетный режим, IBM предлагает для дуплексных Ethernet-ñåòåé свои платы LANStreamer и EtherStreamer, рекламируя их как наиболее удачные разработки в этой области. Фирма Texas Instruments также проявляет интерес к дуплексной Ethernet, но ее разработки существенно отличаются от изделий других поставщиков Ethernet. Предлагается также совместная разработка фирм SynOptics и Kalpana: дуплексный коммутатор встроен в концентраторы. Compaq тоже не обошла вниманием этот сегмент рынка. Она предлагает свою плату NetFlex с микросхемами Texas Instruments.