Fast Ethernet и lOOVG-AnyLAN как развитие технологии Ethernet

Классический 10-мегабитный Ethernet устраивал большинство пользователей на протяжении около 15 лет. Однако в начале 90-х годов начала ощущаться его недо­статочная пропускная способность. Для компьютеров на процессорах Intel 80286 или 80386 с шинами ISA (8 Мбайт/с) или EISA (32 Мбайт/с) пропускная способ­ность сегмента Ethernet составляла 1/8 или 1/32 канала «память-диск», и это хо­рошо согласовывалось с соотношением объемов данных, обрабатываемых локально, и данных, передаваемых по сети. Для более мощных клиентских станций с шиной PCI (133 Мбайт/с) эта доля упала до 1/133, что было явно недостаточно. Поэтому многие сегменты 10-мегабитного Ethernet стали перегруженными, реакция серве­ров в них значительно упала, а частота возникновения коллизий существенно воз­росла, еще более снижая полезную пропускную способность.

Назрела необходимость в разработке «нового» Ethernet, то есть технологии, которая была бы такой же эффективной по соотношению цена/качество при про­изводительности 100 Мбит/с. В результате поисков и исследований специалисты разделились на два лагеря, что в конце концов привело к появлению двух новых технологий — Fast Ethernet и lOOVG-AnyLAN. Они отличаются степенью преем­ственности с классическим Ethernet.

В 1992 году группа производителей сетевого оборудования, включая таких ли­деров технологии Ethernet, как SynOptics, 3Com и ряд других, образовали неком­мерческое объединение Fast Ethernet Alliance для разработки стандарта новой технологии, которая должна была в максимально возможной степени сохранить особенности технологии Ethernet.

3.6. Fast Ethernet и 1 OOVG-AnyLAN как развитие технологии Ethernet 239

Второй лагерь возглавили компании Hewlett-Packard и AT& T, которые предло­жили воспользоваться удобным случаем для устранения некоторых известных недостатков технологии Ethernet. Через некоторое время к этим компаниям при­соединилась компания IBM, которая внесла свой вклад предложением обеспечить в новой технологии некоторую совместимость с сетями Token Ring.

В комитете 802 института IEEE в это же время была сформирована исследова­тельская группа для изучения технического потенциала новых высокоскоростных технологий. За период с конца 1992 года и по конец 1993 года группа IEEE изучи­ла 100-мегабитные решения, предложенные различными производителями. Наряду с предложениями Fast Ethernet Alliance группа рассмотрела также и высокоскоро­стную технологию, предложенную компаниями Hewlett-Packard и AT& T.

В центре дискуссий была проблема сохранения случайного метода доступа CSMA/CD. Предложение Fast Ethernet Alliance сохраняло этот метод и тем самым обеспечивало преемственность и согласованность сетей 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Коалиция HP и AT& T, которая имела поддержку значительно меньшего числа производителей в сетевой индустрии, чем Fast Ethernet Alliance, предложила со­вершенно новый метод доступа, названный Demand Priority — приоритетный доступ по требованию. Он существенно менял картину поведения узлов в сети, поэтому не смог вписаться в технологию Ethernet и стандарт 802.3, и для его стандартиза­ции был организован новый комитет IEEE 802.12.

Осенью 1995 года обе технологии стали стандартами IEEE. Комитет IEEE 802.3 принял спецификацию Fast Ethernet в качестве стандарта 802.3и, который не явля­ется самостоятельным стандартом, а представляет собой дополнение к существую­щему стандарту 802.3 в виде глав с 21 по 30. Комитет 802.12 принял технологию 1 OOVG-AnyLAN, которая использует новый метод доступа Demand Priority и под­держивает кадры двух форматов — Ethernet и Token Ring.

3.6.1. Физический уровень технологии Fast Ethernet

Все отличия технологии Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уровне (рис. 3.20). Уровни MAC и LLC в Fast Ethernet остались абсолютно теми же, и их описывают прежние главы стандартов 802.3 и 802.2. Поэтому рассматри­вая технологию Fast Ethernet, мы будем изучать только несколько вариантов ее физического уровня.

Более сложная структура физического уровня технологии Fast Ethernet вызва­на тем, что в ней используются три варианта кабельных систем:

• волоконно-оптический многомодовый кабель, используются два волокна;

• витая пара категории 5, используются две пары;

• витая пара категории 3, используются четыре пары.

Коаксиальный кабель, давший миру первую сеть Ethernet, в число разрешен­ных сред передачи данных новой технологии Fast Ethernet не попал. Это общая тенденция многих новых технологий, поскольку на небольших расстояниях витая пара категории 5 позволяет передавать данные с той же скоростью, что и коакси­альный кабель, но сеть получается более дешевой и удобной в эксплуатации. На больших расстояниях оптическое волокно обладает гораздо более широкой поло­сой пропускания, чем коаксиал, а стоимость сети получается ненамного выше, осо-

240 Глава 3 • Базовые технологии локальных сетей

бенно если учесть высокие затраты на поиск и устранение неисправностей в круп­ной кабельной коаксиальной системе.

Отказ от коаксиального кабеля привел к тому, что сети Fast Ethernet всегда имеют иерархическую древовидную структуру, построенную на концентраторах, как и сети 10Base-T/10Base-F. Основным отличием конфигураций сетей Fast Ethernet является сокращение диаметра сети примерно до 200 м, что объясняется уменьше­нием времени передачи кадра минимальной длины в 10 раз за счет увеличения скорости передачи в 10 раз по сравнению с 10-мегабитным Ethernet.

Тем не менее это обстоятельство не очень препятствует построению крупных сетей на технологии Fast Ethernet. Дело в том, что середина 90-х годов отмечена не только широким распространением недорогих высокоскоростных технологий, но и бурным развитием локальных сетей на основе коммутаторов. При использовании коммутаторов протокол Fast Ethernet может работать в полнодуплексном режиме, в котором нет ограничений на общую длину сети, а остаются только ограничения на длину физических сегментов, соединяющих соседние устройства (адаптер - ком­мутатор или коммутатор - коммутатор). Поэтому при создании магистралей ло­кальных сетей большой протяженности технология Fast Ethernet также активно применяется, но только в полнодуплексном варианте, совместно с коммутаторами.

В данном разделе рассматривается полудуплексный вариант работы техноло­гии Fast Ethernet, который полностью соответствует определению метода доступа, описанному в стандарте 802.3. Особенности полнодуплексного режима Fast Ethernet описаны в главе 4.

3.6. Fast Ethernet и 1 OOVG-AnyLAN как развитие технологии Ethernet 241

По сравнению с вариантами физической реализации Ethernet (а их насчитыва­ется шесть), в Fast Ethernet отличия каждого варианта от других глубже — меняет­ся как количество проводников, так и методы кодирования. А так как физические варианты Fast Ethernet создавались одновременно, а не эволюционно, как для се­тей Ethernet, то имелась возможность детально определить те подуровни физичес­кого уровня, которые не изменяются от варианта к варианту, и те подуровни, которые специфичны для каждого варианта физической среды.

Официальный стандарт 802.3и установил три различных спецификации для физического уровня Fast Ethernet и дал им следующие названия (рис. 3.21):

• 100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP ка­тегории 5 или экранированной витой паре STP Туре 1;

• 100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3, 4 или 5;

• 100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля, используются два во­локна.

Для всех трех стандартов справедливы следующие утверждения и характерис­тики.

• Форматы кадров технологии Fast EthernetHe отличаются от форматов кадров технологий 10-мегабитного Ethernet.

• Межкадровый интервал (IPG) равен 0, 96 мкс, а битовый интервал равен 10 не. Все временные параметры алгоритма доступа (интервал отсрочки, время пере­дачи кадра минимальной длины и т. п.), измеренные в битовых интервалах, остались прежними, поэтому изменения в разделы стандарта, касающиеся уровня MAC, не вносились.

• Признаком свободного состояния среды является передача по ней символа Idle соответствующего избыточного кода (а не отсутствие сигналов, как в стандар­тах Ethernet 10 Мбит/с).

Физический уровень включает три элемента:

• уровень согласования (reconciliation sublayer);

в независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, МП);» устройство физического уровня (Physical layer device, PHY).

242 Глава 3 • Базовые технологии локальных сетей

Уровень согласования нужен для того, чтобы уровень MAC, рассчитанный на интерфейс AUI, смог работать с физическим уровнем через интерфейс МП.

Устройство физического уровня (PHY) состоит, в свою очередь, из нескольких подуровней (см. рис. 3.20):

• подуровня логического кодирование данных, преобразующего поступающие от уровня MAC байты в символы кода 4В/5В или 8В/6Т (оба кода используются в технологии Fast Ethernet);

• подуровней физического присоединения и подуровня зависимости от физичес­кой среды (PMD), которые обеспечивают формирование сигналов в соответ­ствии с методом физического кодирования, например NRZI или MLT-3;

• подуровня автопереговоров, который позволяет двум взаимодействующим пор­там автоматически выбрать наиболее эффективный режим работы, например, полудуплексный или полнодуплексный (этот подуровень является факульта­тивным).

Интерфейс МИ поддерживает независимый от физической среды способ обме­на данными между подуровнем MAC и подуровнем PHY. Этот интерфейс аналоги­чен по назначению интерфейсу AUI классического Ethernet за исключением того, что интерфейс AUI располагался между подуровнем физического кодирования сигнала (для любых вариантов кабеля использовался одинаковый метод физичес­кого кодирования — манчестерский код) и подуровнем физического присоедине­ния к среде, а интерфейс МИ располагается между подуровнем MAC и подуровнями кодирования сигнала, которых в стандарте Fast Ethernet три — FX, ТХ и Т4.

Разъем МП в отличие от разъема AUI имеет 40 контактов, максимальная длина кабеля МП составляет один метр. Сигналы, передаваемые по интерфейсу МП, име­ют амплитуду 5 В.

Физический уровень 100Base-FX — многомодовое оптоволокно, два волокна

Эта спецификация определяет работу протокола Fast Ethernet по многомодовому оптоволокну в полудуплексном и полнодуплексном режимах на основе хорошо проверенной схемы кодирования FDDI. Как и в стандарте FDDI, каждый узел соединяется с сетью двумя оптическими волокнами, идущими от приемника (Rx) и от передатчика (Тх).

Между спецификациями 100Base-FX и 100Base-TX есть много общего, поэтому общие для двух спецификаций свойства будут даваться под обобщенным названи­ем 100Base-FX/TX.

В то время как Ethernet со скоростью передачи 10 Мбит/с использует манчес­терское кодирование для представления данных при передаче по кабелю, в стан­дарте Fast Ethernet определен другой метод кодирования — 4В/5В. Этот метод уже показал свою эффективность в стандарте FDDI и без изменений перенесен в спе­цификацию 100Base-FX/TX. При этом методе каждые 4 бита данных подуровня MAC (называемых символами) представляются 5 битами. Избыточный бит позво­ляет применить потенциальные коды при представлении каждого из пяти бит в виде электрических или оптических импульсов. Существование запрещенных ком­бинаций символов позволяет отбраковывать ошибочные символы, что повышает устойчивость работы сетей с 100Base-FX/TX.

Для отделения кадра Ethernet от символов Idle используется комбинация сим­волов Start Delimiter (пара символов J (11000) и К (10001) кода 4В/5В, а после завершения кадра перед первым символом Idle вставляется символ Т (рис. 3.22).

После преобразования 4-битовых порций кодов MAC в 5-битовые порции фи­зического уровня их необходимо представить в виде оптических или электричес­ких сигналов в кабеле, соединяющем узлы сети. Спецификации 100Base-FX и 100Base-TX используют для этого различные методы физического кодирования — NRZI и MLT-3 соответственно (как и в технологии FDDI при работе через оптово­локно и витую пару).

Физический уровень 1 OOBase-TX — витая пара UTP Cat 5 или STP Туре 1, две пары

В качестве среды передачи данных спецификация 100Base-TX использует кабель UTP категории 5 или кабель STP Type 1. Максимальная длина кабеля в обоих случаях —100 м.

Основные отличия от спецификации 100Base-FX — использование метода MLT-3 для передачи сигналов 5-битовых порций кода 4В/5В по витой паре, а также нали­чие функции автопереговоров (Auto-negotiation) для выбора режима работы пор­та. Схема автопереговоров позволяет двум соединенным физически устройствам, которые поддерживают несколько стандартов физического уровня, отличающихся битовой скоростью и количеством витых пар, выбрать наиболее выгодный режим работы. Обычно процедура автопереговоров происходит при подсоединении сете­вого адаптера, который может работать на скоростях 10 и 100 Мбит/с, к концент­ратору или коммутатору.

Описанная ниже схема Auto-negotiation сегодня является стандартом техноло­гии 100Base-T. До этого производители применяли различные собственные схемы автоматического определения скорости работы взаимодействующих портов, кото­рые не были совместимы. Принятую в качестве стандарта схему Auto-negotiation предложила первоначально компания National Semiconductor под названием NWay.

Всего в настоящее время определено 5 различных режимов работы, которые могут поддерживать устройства 100Base-TX или 100Base-T4 на витых парах:

• 10Base-T — 2 пары категории 3;

• 10Base-T full-duplex — 2 пары категории 3;

• 100Base-TX — 2 пары категории 5 (или Type 1A STP);

• 100Base-T4 — 4 пары категории 3;

• 100Base-TX full-duplex - 2 пары категории 5 (или Туре 1A STP).

Режим 10Base-T имеет самый низкий приоритет при переговорном процессе, а полнодуплексный режим 100Base-T4 — самый высокий. Переговорный процесс

244 Глава 3 • Базовые технологии локальных сетей

происходит при включении питания устройства, а также может быть инициирован в любой момент модулем управления устройства.

Устройство, начавшее процесс auto-negotiation, посылает своему партнеру пач­ку специальных импульсов Fast Link Pulse burst (FLP), в котором содержится 8-бит­ное слово, кодирующее предлагаемый режим взаимодействия, начиная с самого приоритетного, поддерживаемого данным узлом.

Если узел-партнер поддерживает функцию auto-negotuiation и также может под­держивать предложенный режим, он отвечает пачкой импульсов FLP, в которой подтверждает данный режим, и на этом переговоры заканчиваются. Если же узел-партнер может поддерживать менее приоритетный режим, то он указывает его в ответе, и этот режим выбирается в качестве рабочего. Таким образом, всегда выби­рается наиболее приоритетный общий режим узлов.

Узел, который поддерживает только технологию 10Base-T, каждые 16 мс посы­лает манчестерские импульсы для проверки целостности линии, связывающей его с соседним узлом. Такой узел не понимает запрос FLP, который делает ему узел с функцией Auto-negotiation, и продолжает посылать свои импульсы. Узел, полу­чивший в ответ на запрос FLP только импульсы проверки целостности линии, понимает, что его партнер может работать только по стандарту 10Base-T, и уста­навливает этот режим работы и для себя.

Физический уровень 1 OOBase-T4 - витая пара UTP Cat 3, четыре пары

Спецификация 100Base-T4 была разработана для того, чтобы можно было исполь­зовать для высокоскоростного Ethernet имеющуюся проводку на витой паре кате­гории 3. Эта спецификация позволяет повысить общую пропускную способность за счет одновременной передачи потоков бит по всем 4 парам кабеля.

Спецификация 100Base-T4 появилась позже других спецификаций физическо­го уровня Fast Ethernet. Разработчики этой технологии в первую очередь хотели создать физические спецификации, наиболее близкие к спецификациям 10Base-T и 10Base-F, которые работали на двух линиях передачи данных: двух парах или двух волокнах. Для реализации работы по двум витым парам пришлось перейти на более качественный кабель категории 5.

В то же время разработчики конкурирующей технологии lOOVG-AnyLAN изна­чально сделали ставку на работу по витой паре категории 3; самое главное преиму­щество состояло не столько в стоимости, а в том, что она была уже проложена в подавляющем числе зданий. Поэтому после выпуска спецификаций 100Base-TX и 100Base-FX разработчики технологии Fast Ethernet реализовали свой вариант фи­зического уровня для витой пары категории 3.

Вместо кодирования 4В/5В в этом методе используется кодирование 8В/6Т, ко­торое обладает более узким спектром сигнала и при скорости 33 Мбит/с укладыва­ется в полосу 16 МГц витой пары категории 3 (при кодировании 4В/5В спектр сигнала в эту полосу не укладывается). Каждые 8 бит информации уровня MAC кодируются 6-ю троичными цифрами (ternary symbols), то есть цифрами, имеющими три состо­яния. Каждая троичная цифра имеет длительность 40 не. Группа из 6-ти троичных цифр затем передается на одну из трех передающих витых пар, независимо и после­довательно.

Четвертая пара всегда используется для прослушивания несущей частоты в це­лях обнаружения коллизии. Скорость передачи данных по каждой из трех передаю-

3.6. Fast Ethernet и 1 OOVG-AnyLAN как развитие технологии Ethernet 245

щих пар равна 33, 3 Мбит/с, поэтому общая скорость протокола 100Base-T4 состав­ляет 100 Мбит/с. В то же время из-за принятого способа кодирования скорость изменения сигнала на каждой паре равна всего 25 Мбод, что и позволяет использо­вать витую пару категории 3.

На рис. 3.23 показано соединение порта MDI сетевого адаптера 100Base-T4 с портом MDI-X концентратора (приставка X говорит о том, что у этого разъема присоединения приемника и передатчика меняются парами кабеля по сравнению с разъемом сетевого адаптера, что позволяет проще соединять пары проводов в кабе­ле — без перекрещивания). Пара 1-2 всегда требуется для передачи данных от пор­та MDI к порту MDI-X, пара 3-6 —кия приема данных портом MDI от порта MDI-X, а пары 4-5 и 7-8 являются двунаправленными и используются как для приема, так и для передачи, в зависимости от потребности.

3.6.2. Правило построения сегментов Fast Ethernet при использовании повторителей

Технология Fast Ethernet, как и все некоаксиальные варианты Ethernet, рассчитана на использование концентраторов-повторителей для образования связей в сети. Правила корректного построения сегментов сетей Fast Ethernet включают:

• ограничения на максимальные длины сегментов, соединяющих DTE с DTE;

• ограничения на максимальные длины сегментов, соединяющих DTE с портом повто­рителя;

• ограничения на максимальный диаметр сети;

• ограничения на максимальное число повторителей и максимальную длину сег­мента, соединяющего повторители.

246 Глава 3 • Базовые технологии локальных сетей

Ограничения длин сегментов DTE-DTE

В качестве DTE (Data Terminal Equipment) может выступать любой источник кад­ров данных для сети: сетевой адаптер, порт моста, порт маршрутизатора, модуль управления сетью и другие подобные устройства. Отличительной особенностью DTE является то, что он вырабатывает новый кадр для разделяемого сегмента (мост или коммутатор, хотя и передают через выходной порт кадр, который выработал в свое время сетевой адаптер, но для сегмента сети, к которому подключен выходной порт, этот кадр является новым). Порт повторителя не является DTE, так как он побитно повторяет уже появившийся в сегменте кадр.

В типичной конфигурации сети Fast Ethernet несколько DTE подключается к портам повторителя, образуя сеть звездообразной топологии. Соединения DTE-DTE в разделяемых сегментах не встречаются (если исключить экзотическую кон­фигурацию, когда сетевые адаптеры двух компьютеров соединены прямо друг с другом кабелем), а вот для мостов/коммутаторов и маршрутизаторов такие соеди­нения являются нормой — когда сетевой адаптер прямо соединен с портом одного из этих устройств, либо эти устройства соединяются друг с другом.

Спецификация IEEE 802.3u определяет следующие максимальные длины сег­ментов DTE-DTE, приведенные в табл. 3.8.

Ограничения сетей Fast Ethernet, построенных на повторителях

Повторители Fast Ethernet делятся на два класса. Повторители класса I поддержи­вают все типы логического кодирования данных: как 4В/5В, так и 8В/6Т. Повто­рители класса II поддерживают только какой-либо один тип логического кодирования — либо 4В/5В, либо 8В/6Т. То есть повторители класса I позволяют выполнять трансляцию логических кодов с битовой скоростью 100 Мбит/с, а по­вторителям класса II эта операция недоступна.

Поэтому повторители класса I могут иметь порты всех трех типов физического уровня: 100Base-TX, 100Base-FX и 100Base-T4. Повторители класса II имеют либо все порты 100Base-T4, либо порты 100Base-TX и 100Base-FX, так как последние используют один логический код 4В/5В.

В одном домене коллизий допускается наличие только одного повторителя класса I. Это связано с тем, что такой повторитель вносит большую задержку при распространении сигналов из-за необходимости трансляции различных систем сиг­нализации — 70 bt.

Повторители класса II вносят меньшую задержку при передаче сигналов: 46 bt для портов TX/FX и 33, 5 bt для портов Т4. Поэтому максимальное число повто-

3.6. Fast Ethernet и 1 OOVG-AnyLAN как развитие технологии Ethernet 247

ригелей класса II в домене коллизий — 2, причем они должны быть соединены между собой кабелем не длиннее 5 метров.

Небольшое количество повторителей Fast Ethernet не является серьезным пре­пятствием при построении больших сетей, так как применение коммутаторов и маршрутизаторов делит сеть на несколько доменов коллизий, каждый из которых будет строиться на одном или двух повторителях. Общая длина сети не будет иметь в этом случае ограничений.

В табл. 3.9 приведены правила построения сети на основе повторителей класса I.

Таблица 3.9. Параметры сетей на основе повторителей класса I

Таким образом, правило 4-х хабов превратилось для технологии Fast Ethernet в правило одного или двух хабов, в зависимости от класса хаба.

При определении корректности конфигурации сети можно не руководствовать­ся правилами одного или двух хабов, а рассчитывать время двойного оборота сети, как это было показано выше для сети Ethernet 10 Мбит/с.

248 Глава 3 • Базовые технологии локальных сетей

Как и для технологии Ethernet 10 Мбит/с, комитет 802.3 дает исходные данные для расчета времени двойного оборота сигнала. Однако при этом сама форма пред­ставления этих данных и методика расчета несколько изменились. Комитет предо­ставляет данные об удвоенных задержках, вносимых каждым элементом сети, не разделяя сегменты сети на левый, правый и промежуточный. Кроме того, задерж­ки, вносимые сетевыми адаптерами, учитывают преамбулы кадров, поэтому время двойного оборота нужно сравнивать с величиной 512 битовых интервала (bt), то есть со временем передачи кадра минимальной длины без преамбулы.

Для повторителей класса I время двойного оборота можно рассчитать следую­щим образом.

Задержки, вносимые прохождением сигналов по кабелю, рассчитываются на основании данных табл. 3.10, в которой учитывается удвоенное прохождение сиг­нала по кабелю.

Учитывая, что удвоенная задержка, вносимая повторителем класса I, равна 140 bt, можно рассчитать время двойного оборота для произвольной конфигурации сети, естественно, учитывая максимально возможные длины непрерывных сегментов ка­белей, приведенные в табл. 3.10. Если получившееся значение меньше 512, значит, по критерию распознавания коллизий сеть является корректной. Комитет 802.3 рекомендует оставлять запас в 4 bt для устойчиво работающей сети, но разрешает выбирать эту величину из диапазона от 0 до 5 bt.

Рассчитаем для примера рекомендуемую в таблице конфигурацию сети, сос­тоящую из одного повторителя и двух оптоволоконных сегментов длиной по 136 метров.

Каждый сегмент вносит задержку по 136 bt, пара сетевых адаптеров FX дает задержку в 100 bt, а сам повторитель вносит задержку в 140 bt. Сумма задержек равна 512 bt, что говорит о том, что сеть корректна, но запас принят равным 0.

3.6. Fast Ethernet и 1 OOVG-AnyLAN как развитие технологии Ethernet 249

3.6.3. Особенности технологии 1 OOVG-AnyLAN

Технология 1 OOVG-AnyLAN отличается от классического Ethernet в значительно большей степени, чем Fast Ethernet. Главные отличия перечислены ниже.

• Используется другой метод доступа Demand Priority, который обеспечивает более справедливое распределение пропускной способности сети по сравнению с ме­тодом CSMA/CD. Кроме того, этот метод поддерживает приоритетный доступ для синхронных приложений.

• Кадры передаются не всем станциям сети, а только станции назначения.

• В сети есть выделенный арбитр доступа — концентратор, и это заметно отличает данную технологию от других, в которых применяется распределенный между станциями сети алгоритм доступа.

• Поддерживаются кадры двух технологий — Ethernet и Token Ring (именно это обстоятельство дало добавку AnyLAN в названии технологии).

• Данные передаются одновременно по 4 парам кабеля UTP категории 3. По каж­дой паре данные передаются со скоростью 25 Мбит/с, что в сумме дает 100 Мбит/с. В отличие от Fast Ethernet в сетях 1 OOVG-AnyLAN нет коллизий, поэтому удалось использовать для передачи все четыре пары стандартного ка­беля категории 3. Для кодирования данных применяется код 5В/6В, который обеспечивает спектр сигнала в диапазоне до 16 МГц (полоса пропускания UTP категории 3) при скорости передачи данных 25 Мбит/с.

Метод доступа Demand Priority основан на передаче концентратору функций арбитра, решающего проблему доступа к разделяемой среде. Сеть 1 OOVG-AnyLAN состоит из центрального концентратора, называемого также корневым, и соединен­ных с ним конечных узлов и других концентраторов (рис. 3.25).

250 Глава 3 • Базовые технологии локальных сетей

Допускаются три уровня каскадирования. Каждый концентратор и сетевой адап­тер lOOVG-AnyLAN должен быть настроен либо на работу с кадрами Ethernet, либо с кадрами Token Ring, причем одновременно циркуляция обоих типов кадров не допускается.

Концентратор циклически выполняет опрос портов. Станция, желающая передать пакет, посылает специальный низкочастотный сигнал концентратору, запрашивая передачу кадра и указывая его приоритет. В сети lOOVG-AnyLAN используются два уровня приоритетов — низкий и высокий. Низкий уровень приоритета соответ­ствует обычным данным (файловая служба, служба печати и т. п.), а высокий при­оритет соответствует данным, чувствительным к временным задержкам (например, мультимедиа). Приоритеты запросов имеют статическую и динамическую состав­ляющие, то есть станция с низким уровнем приоритета, долго не имеющая доступа к сети, получает высокий приоритет.

Если сеть свободна, то концентратор разрешает передачу пакета. После анализа адреса получателя в принятом пакете концентратор автоматически отправляет пакет станции назначения. Если сеть занята, концентратор ставит полученный запрос в очередь, которая обрабатывается в соответствии с порядком поступления запросов и с учетом приоритетов. Если к порту подключен другой концентратор, то опрос при­останавливается до завершения опроса концентратором нижнего уровня. Станции, подключенные к концентраторам различного уровня иерархии, не имеют преимуществ по доступу к разделяемой среде, так как решение о предоставлении доступа прини­мается после проведения опроса всеми концентраторами опроса всех своих портов.

Остается неясным вопрос — каким образом концентратор узнает, к какому пор­ту подключена станция назначения? Во всех других технологиях кадр просто пере­давался всем станциям сети, а станция назначения, распознав свой адрес, копировала кадр в буфер. Для решения этой задачи концентратор узнает адрес MAC станции в момент физического присоединения ее к сети кабелем. Если в других технологиях процедура физического соединения выясняет связность кабеля (link test в техно­логии 10Base-T), тип порта (технология FDDI), скорость работы порта (процедура auto-negotiation в Fast Ethernet), то в технологии lOOVG-AnyLAN концентратор при установлении физического соединения выясняет адрес MAC станции. И запо­минает его в таблице адресов MAC, аналогичной таблице моста/коммутатора. Отли­чие концентратора lOOVG-AnyLAN от моста/коммутатора в том, что у него нет внутреннего буфера для хранения кадров. Поэтому он принимает от станций сети только один кадр, отправляет его на порт назначения и, пока этот кадр не будет полностью принят станцией назначения, новые кадры концентратор не принимает. Так что эффект разделяемой среды сохраняется. Улучшается только безопасность сети — кадры не попадают на чужие порты, и их труднее перехватить.

Технология lOOVG-AnyLAN поддерживает несколько спецификаций физичес­кого уровня. Первоначальный вариант был рассчитан на четыре неэкранирован­ные витые пары категорий 3, 4, 5. Позже появились варианты физического уровня, рассчитанные на две неэкранированные витые пары категории 5, две экранирован­ные витые пары типа 1 или же два оптических многомодовых оптоволокна.

Важная особенность технологии lOOVG-AnyLAN — сохранение форматов кад­ров Ethernet и Token Ring. Сторонники lOOVG-AnyLAN утверждают, что этот под­ход облегчит межсетевое взаимодействие через мосты и маршрутизаторы, а также обеспечит совместимость с существующими средствами сетевого управления, в частности с анализаторами протоколов.

3.6. Fast Ethernet и 1 OOVG-AnyLAN как развитие технологии Ethernet 251

Несмотря на много хороших технических решений, технология 1 OOVG-AnyLAN не нашла большого количества сторонников и значительно уступает по популярно­сти технологии Fast Ethernet. Возможно, это произошло из-за того, что технические возможности поддержки разных типов трафика у технологии ATM существенно шире, чем у lOOVG-AnyLAN. Поэтому при необходимости тонкого обеспечения качества обслуживания применяют (или собираются применять) технологию ATM. А для сетей, в которых нет необходимости поддерживать качество обслуживания на уров­не разделяемых сегментов, более привычной оказалась технология Fast Ethernet. Тем более что для поддержки очень требовательных к скорости передачи данных прило­жений имеется технология Gigabit Ethernet, которая, сохраняя преемственность с Ethernet и Fast Ethernet, обеспечивает скорость передачи данных 1000 Мбит/с.

Выводы

* Потребности в высокоскоростной и в то же время недорогой технологии для подключения к сети мощных рабочих станций привели в начале 90-х годов к созданию инициативной группы, которая занялась поисками нового Ethernet -такой же простой и эффективной технологии, но работающей на скорости 100 Мбит/с.

» Специалисты разбились на два лагеря, что в конце концов привело к появле­нию двух стандартов, принятых осенью 1995 года: комитет 802.3 утвердил стандарт Fast Ethernet, почти полностью повторяющий технологию Ethernet 10 Мбит/с, а специально созданный комитет 802.12 утвердил стандарт техноло­гии 1 OOVG-AnyLAN, которая сохраняла формат кадра Ethernet, но существен­но изменяла метод доступа.

» Технология Fast Ethernet сохранила в неприкосновенности метод доступа CSMA/CD, оставив в нем тот же алгоритм и те же временные параметры в битовых интервалах (сам битовый интервал уменьшился в 10 раз). Все отличия Fast Ethernet от Ethernet проявляются на физическом уровне.

» В стандарте Fast Ethernet определены три спецификации физического уровня: 100Base-TX для 2-х пар UTP категории 5 или 2-х пар STP Туре 1 (метод кодирования 4В/5В), 100Base-FX для многомодового волоконно-оптического кабеля с двумя оптическими волокнами (метод кодирования 4В/5В) и 100Base-T4, работающую на 4-х парах UTP категории 3, но использующую од­новременно только три пары для передачи, а оставшуюся — для обнаружения коллизии (метод кодирования 8В/6Т).

* Стандарты 100Base-TX/FX могут работать в полнодуплексном режиме.

» Максимальный диаметр сети Fast Ethernet равен приблизительно 200 м, а бо­лее точные значения зависят от спецификации физической среды. В домене коллизий Fast Ethernet допускается не более одного повторителя класса I (по­зволяющего транслировать коды 4В/5В в коды 8В/6Т и обратно) и не более двух повторителей класса II (не позволяющих выполнять трансляцию кодов).

» Технология Fast Ethernet при работе на витой паре позволяет за счет процеду­ры автопереговоров двум портам выбирать наиболее эффективный режим ра­боты — скорость 10 Мбит/с или 100 Мбит/с, а также полудуплексный или полнодуплексный режим.

252 Глава 3 • Базовые технологии локальных сетей _____________________________________________

• В технологии lOOVG-AnyLAN арбитром, решающим вопрос о предоставлении станциям доступа к разделяемой среде, является концентратор, поддерживающий метод Demand Priority — приоритетные требования. Метод Demand Priority опе­рирует с двумя уровнями приоритетов, выставляемыми станциями, причем прио­ритет станции, долго не получающей обслуживания, повышается динамически.

• Конпентраторы VG могут объединяться в иерархию, причем порядок доступа к среде не зависит от того, к концентратору какого уровня подключена станция, а зависит только от приоритета кадра и времени подачи заявки на обслуживание.

• Технология lOOVG-AnyLAN поддерживает кабель UTP категории 3, причем для обеспечения скорости 100 Мбит/с передает данные одновременно по 4-м па­рам. Имеется также физический стандарт для кабеля UTP категории 5, кабеля STP Туре 1 и волоконно-оптического кабеля.