Специфика локальных сетей также нашла  свое отражение в разделении канального уровня на два подуровня:

• логической передачи данных (Logical Link Control, LLC);
• управления доступом к среде (Media Access Control, MAC).

    Подуровень MAC появился из-за существования в локальных сетях разделяемой среды передачи данных. Именно этот уровень обеспечивает корректное совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом доступа в распоряжение той или иной станции. В современных локальных сетях получили распространение несколько протоколов уровня MAC, реализующих различные алгоритмы доступа к разделяемой среде. Эти протоколы полностью определяют специфику таких технологий, как Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI, l00VG-AnyLAN.

    Подуровень LLC отвечает за передачу кадров данных между узлами с различной степенью надежности, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. Именно через уровень LLC сетевой протокол запрашивает у канального уровня нужную ему транспортную операцию с нужным качеством. На уровне LLC существует несколько режимов работы, отличающихся наличием или отсутствием на этом уровне процедур восстановления кадров в случае их потери или искажения, то есть отличающихся качеством транспортных услуг этого уровня.

Протоколы уровней MAC и LLC взаимно независимы - каждый протокол уровня MAC может применяться с  любым протоколом уровня LLC, и наоборот.

    Описание  каждой технологии локальных сетей  разделено на две части: описание уровня MAC и описание физического уровня. Практически у каждой технологии единственному протоколу уровня MAC соответствует несколько вариантов протоколов физического уровня

    Над канальным уровнем всех технологий размещён общий для них протокол LLC, независимый от выбора конкретной технологии. Стандарт LLC курирует подкомитет 802.2.

    Стандарт 802.1 носит общий для всех технологий характер. Он включает общие определения  локальных сетей и их свойств,  связь трех уровней модели IEEE 802 с моделью OSI, описывает взаимодействие между собой различных технологий, а также возможности построения более сложных сетей на основе базовых топологий. Эта группа стандартов носит общее название стандартов межсетевого взаимодействия (internetworking). Сюда входят такие важные стандарты, как стандарт 802. ID, описывающий логику работы прозрачного моста/коммутатора, стандарт 802.1Н, определяющий работу транслирующего моста, который может без маршрутизатора объединять сети Ethernet и FDDI, Ethernet и Token Ring и т. п. Сегодня набор стандартов, разработанных подкомитетом 802.1, продолжает расти. Например, недавно он пополнился важным стандартом 802.1Q, определяющим способ построения виртуальных локальных сетей VLAN в сетях на основе коммутаторов.

 

15. Классификация методов доступа. Метод доступа CSMA/CD.

 

В ЛВС используется разделяемая среда передачи, т.е. все компьютеры сети имеют совместный доступ к кабелю. Если два или более компьютеров попытаются передавать данные одновременно, то их кадры «столкнутся» и будут испорчены. Возникнет ситуация, называемая коллизией. Поэтому передача данных по сети включает две задачи:

• поместить данные в кабель без коллизии;
• принять данные с достаточной степенью уверенности, что они не повреждены коллизией.

Эти задачи решаются с помощью выбора метода доступа – алгоритма использования общей среды передачи. Можно сказать, что метод доступа служит для предотвращения одновременного доступа к кабелю нескольких компьютеров и гарантирует, что в каждый момент времени только один компьютер будет передавать данные.

Все сетевые  компьютеры должны использовать один и тот же метод доступа, иначе  одни методы будут доминировать над другими, что не позволит осуществить передачу.

Существует  три основных метода доступа к  разделяемой среде передачи:

1. Множественный доступ с контролем несущей
• с обнаружением коллизий (CSMA/CD);
• с предотвращением коллизий (CSMA/CA);
2. Доступ с передачей маркера;
3. Доступ по приоритету запроса.

Метод CSMA/CD (carrier-sense-multiply-access with collision detection) разработан в конце 60-х годов. Используется в сетях Ethernet, т.е. в сетях с логической топологией «общая шина». Название метода раскрывает его суть.

Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к шине для передачи и получения  данных – отсюда «множественный доступ». Чтобы получить возможность передавать данные, компьютер должен убедиться, что разделяемая среда свободна. Поэтому все станции «прослушивают» кабель. Признаком незанятости среды является отсутствие в ней основной гармоники (несущей частоты) – «контроль несущей».

Если среда  свободна, начинается передача кадра. Все узлы его получают, но записывает только тот, кто узнает свой адрес  в заголовке. После окончания  передачи кадра все узлы сети обязаны  выдержать технологическую паузу  в 9,6 мкс – межкадровый интервал. Он необходим  для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние и для предотвращения монопольного захвата среды одной станцией.

Все станции  наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые  сигналы отличаются, то фиксируется коллизия (несколько станций одновременно передали кадр по общей среде, и произошло искажение информации). Компьютер, который обнаружил коллизию, прерывает передачу и усиливает ситуацию коллизии посылкой в сеть специальной 32-битной последовательности – jam-последовательности. После этого все станции обязаны прекратить передачу на некоторый случайный интервал времени.

Основные  свойства метода CSMA/CD:

1. Метод носит вероятностный и состязательный характер. Компьютеры конкурируют за право передавать данные. Вероятность успешного получения в свое распоряжение общей среды передачи зависит от загруженности сети. Метод не гарантирует доступ.
2. Способность обнаруживать коллизии ограничивает область действия метода. Для каждого типа кабеля существует эффективная длина, свыше которой сигнал ослабевает и компьютеры не могут его «услышать».
3. При интенсивном трафике возрастает число коллизий. Следовательно, пропускная способность сети Ethernet резко падает, т.к. сеть постоянно занята повторными попытками передачи кадров (лавинообразное нарастание повторных передач). Поэтому  ограничено  количество станций, которые можно подключить к сегменту кабеля.

 

16. Технология Ethernet и ее развитие.

 

   Ethernet - это самая распространенная  на сегодняшний день технология локальных сетей. В широком смысле Ethernet - это целое семейство технологий, включающее различные фирменные и стандартные варианты, из которых наиболее известны фирменный вариант Ethernet DIX, 10-мегабитные варианты стандарта IEEE 802.3, а также новые высокоскоростные технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Почти все виды технологий Ethernet используют один и тот же метод разделения среды передачи данных - метод случайного доступа CSMA/CD, который определяет облик технологии в целом.

   В узком смысле Ethernet - это 10-мегабитная технология, описанная в стандарте IEEE 802.3.

   Важным  явлением в сетях Ethernet является коллизия - ситуация, когда две станции  одновременно пытаются передать кадр данных по общей среде. Наличие коллизий - это неотъемлемое свойство сетей Ethernet, являющееся следствием принятого случайного метода доступа. Возможность четкого распознавания коллизий обусловлена правильным выбором параметров сети, в частности соблюдением соотношения между минимальной длиной кадра и максимально возможным диаметром сети.

   На  характеристики производительности сети большое значение оказывает коэффициент  использования сети, который отражает ее загруженность. При значениях этого коэффициента свыше 50 % полезная пропускная способность сети резко падает: из-за роста интенсивности коллизий, а также увеличения времени ожидания доступа к среде.

   Максимально возможная пропускная способность  сегмента Ethernet в кадрах в секунду  достигается при передаче кадров минимальной длины и составляет 14 880 кадр/с. При этом полезная пропускная способность сети составляет всего 5,48 Мбит/с, что лишь ненамного превышает половину номинальной пропускной способности - 10 Мбит/с.

   Максимально возможная полезная пропускная способность  сети Ethernet составляет 9,75 Мбит/с, что  соответствует использованию кадров максимальной длины в 1518 байт, которые передаются по сети со скоростью 513 кадр/с.

   При отсутствии коллизий и ожидания доступа  коэффициент использования сети зависит от размера поля данных кадра  и имеет максимальное значение 0,96.

   Технология Ethernet поддерживает 4 разных типа кадров, которые имеют общий формат адресов  узлов. Существуют формальные признаки, по которым сетевые адаптеры автоматически  распознают тип кадра.

   В зависимости от типа физической среды  стандарт IEEE 802.3 определяет различные спецификации: 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, FOIRL, 10Base-FL, 10Base-FB. Для каждой спецификации определяются тип кабеля, максимальные длины непрерывных отрезков кабеля, а также правила использования повторителей для увеличения диаметра сети: правило «5-4-3» для коаксиальных вариантов сетей, и правило «4-х хабов» для витой пары и оптоволокна.

Для «смешанной»  сети, состоящей из физических сегментов  различного типа, полезно проводить  расчет общей длины сети и допустимого  количества повторителей. Комитет IEEE 802.3 приводит исходные данные для таких расчетов, в которых указываются задержки, вносимые повторителями различных спецификаций физической среды, сетевыми адаптерами и сегментами кабеля. 

Все кадры имеют  одинаковую структуру: - заголовок

                                     - данные

                                     - концевик

Размер блока  данных равен 46-1500 байт

 

17. Технология  Token  Ring. Маркерный метод доступа.

 

    Сети Token Ring, так же как и сети Ethernet, характеризует разделяемая среда  передачи данных, которая в данном случае состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается  как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему требуется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном (token). Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4 и 16 Мбит/с. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается. Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мбит/с, имеют некоторые усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Мбит/с.

    Технология Token Ring является более сложной технологией, чем Ethernet. Она обладает свойствами отказоустойчивости. В сети Token Ring определены процедуры контроля работы сети, которые используют обратную связь кольцеобразной структуры - посланный кадр всегда возвращается в станцию - отправитель. В некоторых случаях обнаруженные ошибки в работе сети устраняются автоматически, например может быть восстановлен потерянный маркер. В других случаях ошибки только фиксируются, а их устранение выполняется вручную обслуживающим персоналом.

    Для контроля сети одна из станций выполняет  роль так называемого активного  монитора. Активный монитор выбирается во время инициализации кольца как станция с максимальным значением МАС-адреса, Если активный монитор выходит из строя, процедура инициализации кольца повторяется и выбирается новый активный монитор. Чтобы сеть могла обнаружить отказ активного монитора, последний в работоспособном состоянии каждые 3 секунды генерирует специальный кадр своего присутствия. Если этот кадр не появляется в сети более 7 секунд, то остальные станции сети начинают процедуру выборов нового активного монитора.

    Все станции кольца ретранслируют кадр побитно, как повторители. Если кадр проходит через станцию назначения, то, распознав свой адрес, эта станция копирует кадр в свой внутренний буфер и вставляет в кадр признак подтверждения приема. Станция, выдавшая кадр данных в кольцо, при обратном его получении с подтверждением приема изымает этот кадр из кольца и передает в сеть новый маркер для обеспечения возможности другим станциям сети передавать данные. Такой алгоритм доступа применяется в сетях Token Ring со скоростью работы 4 Мбит/с, описанных в стандарте 802.5.