Опубликован: 03.05.2012 | Доступ: свободный | Студентов: 2642 / 447 | Оценка: 4.39 / 4.14 | Длительность: 19:41:00
Лекция 6:

Технология Ethernet и кабельные сети

< Лекция 5 || Лекция 6: 12345 || Лекция 7 >

Маршрутизаторы

Маршрутизатор — устройство с тремя уровнями; он работает на физическом уровне, канальном уровне звена (уровне звена передачи данных) и сетевом уровне. Как устройство физического уровня, он восстанавливает сигнал, который он получает. Как устройство уровня звена передачи данных, маршрутизатор проверяет физические адреса (источник и пункт назначения), содержащиеся в пакете. Как устройство сетевого уровня, маршрутизатор проверяет адреса сетевого уровня (адреса в уровне IP).

Маршрутизатор может: соединять локальные сети; соединять вместе сети общего назначения; подключить локальные сети к сетям общего назначения. Другими словами, маршрутизатор — устройство межсетевого обмена; он соединяет вместе независимые сети, чтобы формировать сеть Internet. Согласно этому определению, сети, соединяемые маршрутизатором, становятся Internet-сетью, или Internet.

Есть три главных отличия между маршрутизатором и ретранслятором или мостом:

  1. Маршрутизатор имеет физический и логический (IP) адрес для каждого из его интерфейсов.
  2. Маршрутизатор действует только на тех пакетах, в которых адрес получателя соответствует адресу интерфейса, куда пакет прибывает. Это истинно для однонаправленного, группового или широковещательного адреса.
  3. Маршрутизатор изменяет физический адрес пакета (и источник, и пункт назначения), когда он передает пакет вперед.

Рассмотрим пример. На рис.6.13 , мы показываем две сети LAN, разделенных маршрутизатором. Левая LAN имеет два сегмента, отделенные мостом. Маршрутизатор изменяет источник и адреса получателя пакета. Когда пакет перемещается в левую LAN, его исходный адрес — это адрес передающей станции; его адрес получателя — это адрес маршрутизатора. Когда тот же самый пакета перемещается во вторую LAN, его исходный адрес — адрес маршрутизатора, и его адрес получателя — адрес заключительного пункта назначения. Маршрутизаторы направляют пакеты среди множества связанных сетей. Они направляют пакеты от одной сети до любого множества потенциальных сетей пункта назначения на Internet.

Пример маршрутизации

Рис. 6.13. Пример маршрутизации

Маршрутизаторы действуют на сети подобно станциям. Но в отличие от большинства станций, которые включаются только в одну сеть, маршрутизаторы адресуются и подключены к двум или более сетям. О маршрутизаторах и процедуре маршрутизации более подробно можно будет узнать в главах, посвященных сети Интернет.

Реализация

Стандарты определяют несколько реализаций для традиционного Internet. В зависимости от типа физической среды имеются различные стандарты:

  • 10BASE5 ("толстый" Ethernet) использует топологию типа "шина" с толстым коаксиальным кабелем как средой передачи.
  • 10BASE2 ("тонкий" Ethernet или более дешевая сеть) использует топологию типа "шина" с тонким коаксиальным кабелем как средой передачи.
  • 10BASE-T (Локальная сеть Ethernet по витой паре) использует физическую звездную топологию (логическая топология — все еще шина") со станциями, подключенными двумя парами кабеля с витой пары к центру.
  • 10BASE-FL (Локальная сеть Ethernet по оптоволоконной паре) использует звездную топологию (логическая топология — все еще "шина") со станциями, подключенными парой волконно – оптических кабелей к центру. Число 10 обозначает скорость передачи 10 Мбит/с, Base — передачу на одной базовой частоте 10 МГц, последний символ обозначает тип кабеля:5 — коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма), 2 — коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма, Т (twisted pair) — неэкранированная витая пара, FL (fiber link) — оптический кабель.

Быстрая Локальная сеть Ethernet

Потребность в более высокой скорости данных создала Быстрый протокол Локальной сети Ethernet (100 Mbps). На уровне MAC Быстрая Локальная сеть Ethernet использует те же самые принципы, что и традиционная Локальная сеть Ethernet (CSMA/CD), за исключением того, что скорость передачи была увеличена от 10 Mbps до 100 Mbps. Чтобы CSMA/CD работала, есть две возможности: либо увеличить минимальную длину кадра, либо уменьшить домен коллизии (скорость света не может быть изменена). Увеличение минимальной длины кадра требует дополнительного заголовка. Если данные, которые будут посланы, недостаточно длинны, мы должны будем добавить дополнительные байты, что влечет за собой увеличение передаваемой служебной информации и потерю эффективности. Быстрая Локальная сеть Ethernet выбрала другой путь: домен коллизии был уменьшен с коэффициентом 10 (от 2500 метров до 250 метров). Эта звездная топология 250 метров приемлема во многих случаях. На физическом уровне Быстрая Локальная сеть Ethernet использует различные методы передачи сигналов и различные среды для того, чтобы достигнуть скорости передачи данных 100 Mbps.

Реализация Быстрой Локальной сети Ethernet

Быстрая Локальная сеть Ethernet может быть разбита на категории реализации либо по двухпроводной линии, либо по четырехпроводной. Двухпроводная реализация названа 100BASE-X, или реализация кабелем с витыми парами (100BASE-TX), или реализация кабелем с оптическим волокном (100BASE-FX). Реализация четырехпроводной линией разработана только для кабеля с витыми парами (100BASE-T4). Другими словами, мы имеем три реализации: 100BASE-TX, 100BASE-FX, и 100BASE-T4.

Гигабитовая Локальная сеть Ethernet

Потребность в скорости передачи данных выше, чем 100 Mbps, в результате породила протокол Гигабитной Локальной сети Ethernet (1000 Mbps). Чтобы достигнуть этой скорости передачи данных, уровень MAC (управления средой доступа) имеет два варианта: сохранение CSMA/CDили отказ от него. Как и прежде, эти варианты конструкции должны либо уменьшить домен конфликта, либо увеличить минимальную длину кадра. Так как домен конфликта 25 метров недопустим, минимальная длина кадра увеличена очень изящным способом. Во втором варианте - отказ от использования CSMA/CD - каждая станция соединена двумя отдельными путями с центральным концентратором (hub). Это называется Дуплексной Локальной сетью Ethernet без конфликтов и не нуждается ни в каком CSMA/CD/. На физическом уровне было сделано много изменений, чтобы позволить передавать данные на этой скорости.

Реализации Гигабитной Локальной сети Ethernet

Локальная Гигабитная сеть Ethernet может быть классифицирована по реализации либо как двухпроводная линия, либо как четырехпроводная. Двухпроводная линия названа 1000BASE-X и может быть реализована с оптическими волокнами, передающими лазерные коротковолновые сигналы (1000BASE-SX); с оптическими волокнами, передающими длинноволновые лазерные сигналы волны (1000BASE-LX); с защищенной витой парой, передающей электрические сигналы (1000BASE - CX). Четырехпроводная версия использует кабели c витыми парами (1000BASE-T).

Технология Token Ring

Технология Token Ring [ 78 ] также использует разделяемую среду с топологией в виде кольца ( рис. 6.14), но в отличие от Ethernet применяет не случайный, а детерминированный доступ. Право на доступ передается от одного узла к другому в виде специального кадра, называемым маркером (Token). Каждый порт имеет приемник (R) и передатчик (T). Скорость передачи кадров по кольцу может быть 4 или 16 Мбит/с, смешение скоростей в одном кольце не допускается. В качестве физической среды может использоваться витая пара или оптоволоконный кабель. Максимальное число узлов в кольце - 260, максимальная длина кольца - 4000 метров.

Сеть Token Ring

Рис. 6.14. Сеть Token Ring
Прохождение маркера

Рис. 6.15. Прохождение маркера

Кольцевая сеть с маркерным доступом

Эта сеть использует для доступа к сети маркер. Прохождение маркера иллюстрируется на рис.6.15 . Всякий раз, когда сеть не занята, циркулирует простой 3-байтовый маркер. Его передают от станции к станции, пока он не встретится со станцией, имеющей данные для передачи. Станция сохраняет маркер и посылает кадр данных. Этот кадр имеет адрес назначения и адрес источника. Он обрабатывается по кольцу и регенерируется каждой станцией. Каждая станция проверяет адрес пункта назначения, и если находит, что кадр адресован другой станции, то он ретранслирует его соседней станции. Назначенный заранее получатель распознает свой собственный адрес, копирует сообщение в буфер, проверяет ошибки и заменяет 4 бита в последнем байте кадра для того, чтобы показать, что адрес опознан и кадр скопирован. Полезный пакет затем продолжает передаваться по кругу, пока не вернется к станции, с которой он послан. Узел, инициировавший передачу кадра, получив подтверждающий кадр, изымает его из кольца и передает маркер следующему узлу. Каждый узел следит за временем удержания маркера, которое обычно равно 10 мс. За это время узел может передать несколько кадров. При первоначальном включении все станции начинают процедуру выбора активного узла, критерием которого является узел с максимальным значением МАС - адреса. В дальнейшем этот узел каждые 3 секунды генерирует специальный кадр своего присутствия и восстанавливает маркер в случае его утери. В случае отключения какого-либо узла от сети или пропадания питания на узле релейные схемы этого порта замыкают накоротко его передатчик (T) с приемником (R), обеспечивая неразрывность кольца.

Уровни Кольцевая сеть с маркерным доступом использует те же самые два уровня, что и Ethernet. Уровень звена данных разделяется на два подуровня: управления логической связью (LLCLogical Link Control) и управления средой доступа (MACMedia Access Control). LLC здесь играет ту же роль, что и в Ethernet. Подуровень MAC несет ответственность за передачу маркера и операции резервирования. Он также ответственен за создание кадра и его доставку физическому уровню.

Кадр Сеть с маркерным доступом определяет три типа кадров: данные, маркер и прерывание.

Кадр данных. В сети с маркерным доступом кадр данных — только один из трех типов, который несет протокольные модули данных (PDU - Protocol Date Unit) и только с одним адресом заданного конечного пункта. Рис. 6.16 показывает формат кадра данных. Ниже дается описание каждого поля в кадре:

  • Начальный ограничитель (SD — Start delimiter). Это первое поле кадра данных SD длиной 1 байт. Оно используется для подготовки принимающей станции к поступлению кадра, а также для того, чтобы обеспечить синхронизацию, восстанавливающую тактовые импульсы.
  • Управление доступом (AC — Access Control). Это поле AC длиной 1 байт включает четыре подполя. Первые три бита — это поле приоритета. Четвертый бит называется маркерным битом и устанавливается для того, чтобы показать, что кадр есть кадр данных, а не маркер или кадр прерывания. Маркерный бит следует за битом наблюдения. Последние 3 бита — резервное поле, которое может быть установлено станцией, желающей зарезервировать доступ к кольцу.
  • Управление кадром (FC — Frame Control). Поле FC имеет длину 1 байт и содержит два поля. Первое - это однобитовое поле, которое указывает тип информации, содержащейся в протокольной единице PDU (это информация управления или данные). Второе использует 7 оставшихся бит из байта и содержит информацию, используемую сетью с маркерным доступом (например, как использовать информацию в поля AC).
  • Адрес пункта назначения (DA - Destination Address). Поле DA в 6 байт содержит физический адрес кадров следующего конечного пункта.
    Кадр данных

    увеличить изображение
    Рис. 6.16. Кадр данных
  • Адрес источника (SA — Source Address). Поле SA также имеет длину 6 байт и содержит физический адрес передающей станции.
  • Данные. Шестое поле, данные размещает 4500 байт и содержит протокольные единицы PDU. Кадр сети с маркерным доступом не включает единицу длины или типа поля.
  • Циклический избыточный код (CRC — Cyclic Redundancy Code). Поле CRC имеет длину 4 бита и содержит CRC—32, обнаруживающую последовательность ошибок.
  • Конечный ограничитель (ED — End Delimiter). ED — второе поле флага в один байт, который указывает конец передачи данных и управляющей информации.
  • Состояние Кадра (FC — Frame Status). Последний байт кадра — поле FS. Он может быть установлен приемником для того, чтобы указать, что кадр прочтен, или монитором, чтобы указать, что кадр прошел вокруг кольца. Это поле — не подтверждение, но оно указывает передатчику, что приемная станция скопировала кадр, который может теперь быть удален.

Кадр маркера. Поскольку маркер реально заполняет место и кадр резервирования, он имеет только три поля: разделитель старта (SD), разделитель управления доступом AC и разделитель окончания. Поле SD указывает, что кадр поступил. Поле AC указывает, что кадр — маркер, и включает поля резервирования и приоритет. Поле ED указывает конец кадра.

Кадр прерывания. Прерывание не несет вообще никакой информации - только разделитель (SD) старта и окончание. Он может быть передан любым передатчиком при остановке своей собственной передачи (по любой причине) или монитором, чтобы произвести чистку информации старой передачи на линии.

Адресация. Так же как и большинство реализаций локальной сети Ethernet, кольцевая сеть с маркерным доступом использует 6-байтовый адрес. Механизм адресации тот же самый, что у локальной сети Ethernet, за исключением того, что кольцевая сеть с маркерным доступом сначала передает самый старший бит каждого байта.

< Лекция 5 || Лекция 6: 12345 || Лекция 7 >
Динар Шакиров
Динар Шакиров
Россия, Самара