Технологии локальных сетей

       За  основу стандарта FDDI был взят метод  маркерного доступа, предусмотренный  международным стандартом IEEE 802.5 (Token-Ring). Несущественные отличия от этого стандарта определяются необходимостью обеспечить высокую скорость передачи информации на большие расстояния. Топология сети FDDI – это кольцо, наиболее подходящая топология для оптоволоконного кабеля. В сети применяется два разнонаправленных оптоволоконных кабеля, один из которых обычно находится в резерве, однако такое решение позволяет использовать и полнодуплексную передачу информации (одновременно в двух направлениях) с удвоенной эффективной скоростью в 200 Мбит/с (при этом каждый из двух каналов работает на скорости 100 Мбит/с). Применяется и звездно-кольцевая топология с концентраторами, включенными в кольцо (как в Token-Ring).

       Основные  технические характеристики сети FDDI:

• Максимальное количество абонентов сети – 1000.
• Максимальная протяженность кольца сети – 20 километров.
• Максимальное расстояние между абонентами сети – 2 километра.

• Среда передачи – многомодовый оптоволоконный кабель (возможно применение электрической витой пары).

• Метод доступа – маркерный.
• Скорость передачи информации – 100 Мбит/с (200 Мбит/с для дуплексного режима передачи).

       Стандарт FDDI имеет значительные преимущества по сравнению со всеми рассмотренными ранее сетями. Например, сеть Fast Ethernet, имеющая такую же пропускную способность 100 Мбит/с, не может сравниться с FDDI по допустимым размерам сети. К тому же маркерный метод доступа FDDI обеспечивает в отличие от CSMA/CD гарантированное  время доступа и отсутствие конфликтов при любом уровне нагрузки.

       Ограничение на общую длину сети в 20 км связано  не с затуханием сигналов в кабеле, а с необходимостью ограничения  времени полного прохождения  сигнала по кольцу для обеспечения  предельно допустимого времени  доступа. А вот максимальное расстояние между абонентами (2 км при многомодовом кабеле) определяется как раз затуханием сигналов в кабеле (оно не должно превышать 11 дБ). Предусмотрена также  возможность применения одномодового кабеля, и в этом случае расстояние между абонентами может достигать 45 километров, а полная длина кольца – 200 километров.

       Стандарт FDDI для достижения высокой гибкости сети предусматривает включение  в кольцо абонентов двух типов:

• Абоненты (станции) класса А (абоненты двойного подключения, DAS – Dual-Attachment Stations) подключаются к обоим (внутреннему и внешнему) кольцам сети. При этом реализуется возможность обмена со скоростью до 200 Мбит/с или резервирования кабеля сети (при повреждении основного кабеля используется резервный). Аппаратура этого класса применяется в самых критичных с точки зрения быстродействия частях сети.
• Абоненты (станции) класса В (абоненты одинарного подключения, SAS – Single-Attachment Stations) подключаются только к одному (внешнему) кольцу сети. Они более простые и дешевые, по сравнению с адаптерами класса А, но не имеют их возможностей. В сеть они могут включаться только через концентратор или обходной коммутатор, отключающий их в случае аварии.

       Кроме собственно абонентов (компьютеров, терминалов и т.д.) в сети используются связные  концентраторы (Wiring Concentrators), включение  которых позволяет собрать в  одно место все точки подключения  с целью контроля работы сети, диагностики  неисправностей и упрощения реконфигурации. При применении кабелей разных типов (например, оптоволоконного кабеля и витой пары) концентратор выполняет  также функцию преобразования электрических  сигналов в оптические и наоборот. Концентраторы также бывают двойного подключения и одинарного подключения.

       

       Рисунок 2 - Пример конфигурации сети FDDI

       Стандарт FDDI предусматривает также возможность  реконфигурации сети с целью сохранения ее работоспособности в случае повреждения  кабеля.

       В отличие от метода доступа, предлагаемого  стандартом IEEE 802.5, в FDDI применяется  так называемая множественная передача маркера. Если в случае сети Token-Ring новый (свободный) маркер передается абонентом  только после возвращения к нему его пакета, то в FDDI новый маркер передается абонентом сразу же после  окончания передачи им пакета (подобно  тому, как это делается при методе ETR в сети Token-Ring). Последовательность действий здесь следующая:

       1. Абонент, желающий передавать, ждет маркера, который идет за каждым пакетом.

       2. Когда маркер пришел, абонент удаляет его из сети и передает свой пакет. Таким образом, в сети может быть одновременно несколько пакетов, но только один маркер.

       3. Сразу после передачи своего пакета абонент посылает новый маркер.

       4. Абонент-получатель, которому адресован пакет, копирует его из сети и, сделав пометку в поле статуса пакета, отправляет его дальше по кольцу.

       5. Получив обратно по кольцу свой пакет, абонент уничтожает его. В поле статуса пакета он имеет информацию о том, были ли ошибки, и получил ли пакет приемник.

       В сети FDDI не используется система приоритетов  и резервирования, как в Token-Ring. Но предусмотрен механизм адаптивного  планирования нагрузки.

       В заключение следует отметить, что  несмотря на очевидные преимущества FDDI данная сеть не получила широкого распространения, что связано главным образом  с высокой стоимостью ее аппаратуры (порядка нескольких сот и даже тысяч долларов). Основная область  применения FDDI сейчас – это базовые, опорные (Backbone) сети, объединяющие несколько  сетей. Применяется FDDI также для  соединения мощных рабочих станций  или серверов, требующих высокоскоростного  обмена. Предполагается, что сеть Fast Ethernet может потеснить FDDI, однако преимущества оптоволоконного кабеля, маркерного метода управления и рекордный допустимый размер сети ставят в настоящее время FDDI вне конкуренции. А в тех  случаях, когда стоимость аппаратуры имеет решающее значение, можно на некритичных участках применять версию FDDI на основе витой пары (TPDDI). К тому же стоимость аппаратуры FDDI может сильно уменьшится с ростом объема ее выпуска. 

1.3 Сеть 100VG-AnyLAN  

       Сеть 100VG-AnyLAN – это одна из последних  разработок высокоскоростных локальных  сетей, недавно появившаяся на рынке. Она разработана компаниями Hewlett-Packard и IBM и соответствует международному стандарту IEEE 802.12, так что уровень  ее стандартизации достаточно высокий.

       Главными  достоинствами ее являются большая  скорость обмена, сравнительно невысокая  стоимость аппаратуры, централизованный метод управления обменом без  конфликтов, а также совместимость  на уровне форматов пакетов с сетями Ethernet и Token-Ring.

       В названии сети 100VG-AnyLAN цифра 100 соответствует  скорости 100 Мбит/с, буквы VG обозначают дешевую неэкранированную витую  пару категории 3 (Voice Grade), а AnyLAN (любая  сеть) обозначает то, что сеть совместима с двумя самыми распространенными  сетями.

       Основные  технические характеристики сети 100VG-AnyLAN:

       • Скорость передачи – 100 Мбит/с.

       • Топология – звезда с возможностью наращивания (дерево). Количество уровней  каскадирования концентраторов (хабов) – до 5.

       • Метод доступа – централизованный, бесконфликтный (Demand Priority – с запросом приоритета).

       • Среда передачи – счетверенная неэкранированная витая пара (кабели UTP категории 3, 4 или 5), сдвоенная витая пара (кабель UTP категории 5), сдвоенная экранированная витая пара (STP), а также оптоволоконный кабель. Сейчас в основном распространена счетверенная витая пара.

       • Максимальная длина кабеля между  концентратором и абонентом и  между концентраторами – 100 метров (для UTP кабеля категории 3), 200 метров (для UTP кабеля категории 5 и экранированного  кабеля), 2 километра (для оптоволоконного  кабеля). Максимально возможный размер сети – 2 километра (определяется допустимыми задержками).

       •  Максимальное количество абонентов  – 1024, рекомендуемое – до 250.

       Таким образом, параметры сети 100VG-AnyLAN довольно близки к параметрам сети Fast Ethernet. Однако главное преимущество Fast Ethernet –  это полная совместимость с наиболее распространенной сетью Ethernet. В то же время, централизованное управление 100VG-AnyLAN, исключающее конфликты и гарантирующее предельную величину времени доступа (чего не предусмотрено в сети Ethernet), также нельзя сбрасывать со счетов.

       

       Рисунок 3 - Структура сети 100VG-AnyLAN

       Сеть 100VG-AnyLAN состоит из центрального (основного, корневого) концентратора уровня 1, к которому могут подключаться как  отдельные абоненты, так и концентраторы  уровня 2, к которым в свою очередь  подключаются абоненты и концентраторы  уровня 3 и т.д. При этом сеть может  иметь не более пяти таких уровней (в первоначальном варианте было не более трех). Максимальный размер сети может составлять 1000 метров для неэкранированной витой пары.

       Таким образом, сеть 100VG-AnyLAN представляет собой  доступное решение для увеличения скорости передачи до 100 Мбит/с. Однако не обладает полной совместимостью ни с одной из стандартных сетей, поэтому ее дальнейшая судьба проблематична. К тому же, в отличие от сети FDDI, она не имеет никаких рекордных  параметров. Скорее всего, 100VG-AnyLAN несмотря на поддержку солидных фирм и высокий уровень стандартизации останется всего лишь примером интересных технических решений.

       Если  говорить о наиболее распространенной 100-мегабитной сети Fast Ethernet, то 100VG-AnyLAN обеспечивает вдвое большую длину кабеля UTP категории 5 (до 200 метров), а также  бесконфликтный метод управления обменом. 

4. Беспроводные  сети

 

       До  недавнего времени беспроводная связь в локальных сетях практически  не применялась. Однако с конца 90-х  годов 20 века наблюдается настоящий  бум беспроводных локальных сетей (WLAN – Wireless LAN). Это связано в первую очередь с успехами технологии и  с теми удобствами, которые способны предоставить беспроводные сети. По имеющимся  прогнозам, число пользователей  беспроводных сетей в 2005 году достигнет 44 миллионов, а 80% всех мобильных компьютеров  будут оснащены встроенными средствами доступа к таким сетям.

       В 1997 году был принят стандарт для  беспроводных сетей IEEE 802.11. Сейчас этот стандарт активно развивается и  включает в себя уже несколько  разделов, в том числе три локальные  сети (802.11a, 802.11b и 802.11g). Стандарт содержит следующие спецификации:

       • 802.11 – первоначальный стандарт WLAN. Поддерживает передачу данных со скоростями от 1 до 2 Мбит/с.

       • 802.11a – высокоскоростной стандарт WLAN для частоты 5 ГГц. Поддерживает скорость передачи данных 54 Мбит/с.

       • 802.11b – стандарт WLAN для частоты 2,4 ГГц. Поддерживает скорость передачи данных 11 Мбит/с.

       • 802.11e – устанавливает требования качества запроса, необходимое для всех радио интерфейсов IEEE WLAN.

       • 802.11f – описывает порядок связи между равнозначными точками доступа.

       • 802.11g – устанавливает дополнительную технику модуляции для частоты 2,4 ГГц. Предназначен для обеспечения скоростей передачи данных до 54 Мбит/с.

       • v802.11h – описывает управление спектром частоты 5 ГГц для использования в Европе и Азии.

       • 802.11i – исправляет существующие проблемы безопасности в областях аутентификации и протоколов шифрования.

       Разработкой и поддержкой стандарта IEEE 802.11 занимается комитет Wi-Fi Alliance. Термин Wi-Fi (wireless fidelity) используется в качестве общего имени  для стандартов 802.11a и 802.11b, а также  всех последующих, относящихся к  беспроводным локальным сетям (WLAN).