Современные компьютерные сети

По сетевым ОС

· На основе Windows

· На основе UNIX

· На основе NetWare

· Смешанные

Стандарт Token Ring

Маркерный метод доступа к разделяемой среде

В сетях с маркерным методом доступа право на доступ к среде передается циклически от станции к станции по логическому кольцу. Кольцо образуется отрезками кабеля, соединяющими соседние станции.

Таким образом, каждая станция связана со своей предшествующей и последующей станцией и может непосредственно обмениваться данными только с ними. Для обеспечения доступа станций к физической среде по кольцу циркулирует кадр специального формата и назначения - маркер.

Получив маркер, станция анализирует его, при необходимости модифицирует и при отсутствии у нее данных для передачи обеспечивает его продвижение к следующей станции.

Станция, которая имеет данные для передачи, при получении маркера изымает его из кольца, что дает ей право доступа к физической среде и передачи своих данных. Затем эта станция выдает в кольцо кадр данных установленного формата последовательно по битам. Переданные данные проходят по кольцу всегда в одном направлении от одной станции к другой.

При поступлении кадра данных к одной или нескольким станциям, эти станции копируют для себя этот кадр и вставляют в этот кадр подтверждение приема. Станция, выдавшая кадр данных в кольцо, при обратном его получении с подтверждением приема изымает этот кадр из кольца и выдает новый маркер для обеспечения возможности другим станциям сети передавать данные.

Время владения разделяемой средой ограничивается фиксированной величиной, называемой временем удержания токена (маркера). По истечении этого времени станция обязана прекратить передачу данных (текущий кадр разрешается завершить) и передать токен далее по кольцу.

В сетях Token Ring 16 Мб/с используется также несколько другой алгоритм доступа к кольцу, называемый алгоритмом раннего освобождения маркера (Early Token Release). В соответствии с ним станция передает маркер доступа следующей станции сразу же после окончания передачи последнего бита кадра, не дожидаясь возвращения по кольцу этого кадра с битом подтверждения приема. В этом случае пропускная способность кольца используется более эффективно и приближается к 80% от номинальной.

В каждый момент времени только одна станция может генерировать кадры - та, которая владеет токеном (принцип разделяемой среды).

Для различных видов сообщений передаваемым данным могут назначаться различные приоритеты (8 штук, от 0 до 7).

Каждая станция имеет механизмы обнаружения и устранения неисправностей сети, возникающих в результате ошибок передачи или переходных явлений (например, при подключении и отключении станции).

Не все станции в кольце равны. Одна из станций обозначается как активный монитор, что означает дополнительную ответственность по управлению кольцом. Активный монитор осуществляет управление тайм-аутом в кольце, порождает новые маркеры (если необходимо), чтобы сохранить рабочее состояние, и генерирует диагностические кадры при определенных обстоятельствах.

Активный монитор выбирается, когда кольцо инициализируется, и в этом качестве может выступить любая станция сети. Если монитор отказал по какой-либо причине, существует механизм, с помощью которого другие станции (резервные мониторы) могут договориться, какая из них будет новым активным монитором.

Форматы кадров Token Ring.

В Token Ring существует три различных формата кадров:

1. маpкеp;

2. кадp данных;

3. пpеpывающая последовательность.

Кадр маркера состоит из трех полей, каждое длиной в один байт.

· Поле начального ограничителя появляется в начале маркера, а также в начале любого кадра, проходящего по сети.

· Поле контроля доступа. Разделяется на четыре элемента данных:
PPP, T, M, RRR, где PPP - биты приоритета, T - бит маркера, M - бит монитора, RRR - резервные биты.

· Поле конечного ограничителя - последнее поле маркера.

Кадр данных состоит из нескольких групп полей:

· последовательность начала кадра;

· адрес получателя;

· адрес отправителя;

· данные;

· последовательность контроля кадра;

· последовательность конца кадра.

Прерывающая последовательность состоит из двух байтов, содержащих начальный ограничитель и конечный ограничитель. Прерывающая последовательность может появиться в любом месте потока битов и сигнализирует о том, что текущая передача кадра или маркера отменяется.

Максимальная длина кольца ограничивается 4км, число станций - 260.

Стандарт FDDI

Технология Fiber Distributed Data Interface (распределенный интерфейс передачи данных по оптоволокну) - первая технология локальных сетей, которая использовала в качестве среды передачи данных оптоволоконный кабель. Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя её основные идеи. Разработчики технологии FDDI ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

· Повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мб/с.

· Повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода - повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т.п.

· Максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Использование двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI.

Узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам.

В нормальном (сквозном, транзитном) режиме работы сети данные проходят через все узлы и участки только первичного кольца, а вторичное кольцо не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные, первичное кольцо объединяется со вторичным, образуя вновь единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap (свертывание колец). Операция свертывания производится силами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются против часовой стрелки, а по вторичному - по часовой.

В стандартах FDDI отводится много внимания различным процедурам, которые позволяют определить наличие отказа в сети, а затем произвести необходимую реконфигурацию. Сеть FDDI может восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов ее элементов. При множественных отказах сеть распадается на несколько несвязанных сетей.

Реконфигурация внутренних путей в сети при отказе обеспечивается за счет того, что некоторые станции имеют двойное подключение, т.е. одновременно подключены к двум кольцам - первичному и вторичному. Другие станции подключены только к первичному кольцу (одиночное подключение). Реконфигурация колец FDDI при отказе:

Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа. Этот метод очень близок к методу доступа сетей Token Ring и также называется методом маркерного кольца - token ring. Используется также и алгоритм раннего освобождения.

Отличие в методах доступа Token Ring и FDDI заключается в следующем.

(1) Время удержания токена не является постоянной величиной, а зависит от загрузки кольца: при малой загрузке оно растет, при перегрузках может снижаться до нуля. Эти изменения касаются только асинхронного трафика, для которого задержки некритичны. Для синхронного трафика время удержания маркера по-прежнему остается фиксированной величиной, так что этот класс трафика обслуживается даже при перегрузках кольца.

(2) Механизм приоритетов кадров отсутствует. Разработчики решили, что деление трафика на 8 классов по приоритету избыточно, достаточно деления на 2 класса (по чувствительности к задержкам).

(3) Нет выделенного активного монитора, все станции равноправны; все они осуществляют постоянный контроль за интервалами циркуляции токена и за наличием физического соединения между соседними портами. При обнаружении отклонений от нормы станции начинают процесс повторной инициализации сети и ее реконфигурации.

Максимальная общая длина кольца составляет 100км, максимальное число станций с двойным подключением - 500.

Технология FDDI разрабатывалась для ответственных участков сетей, например для магистральных соединений между крупными сетями. Поэтому главными задачами было обеспечить отказоустойчивость и высокую скорость передачи данных. Эти цели были достигнуты. Однако технология в результате получилась хотя и качественной, но дорогой. Основной областью ее применения стали магистрали сетей, состоящих из нескольких крупных зданий, а также сети масштаба крупного города (MAN).

Стандарт АТМ

АТМ - Asynchronous Transfer Mode - асинхронный режим передачи, способный передавать трафик любого типа с гарантированным качеством.

Технология АТМ должна была обеспечивать:

- передачу трафика любого типа, как компьютерного, так и мультимедийного, причем качество обслуживания трафика должно соответствовать его потребностям.

- иерархию скоростей передачи данных, от десятков мегабит донескольких гигабит в секунду с гарантированной пропускной способностью для критически важных приложений.

- возможность использованияимеющейся инфраструктуры линий связи и имеющихся протоколов.

- взаимодействие с унаследованными протоколами глобальных и локальных сетей.

Большая часть этих целей достигнута. Стандарты АТМ разработаны в середине 80х, а с середины 90х годов АТМ является работающей технологией, причем обеспечивающей наиболее полную поддержку качества обслуживания и предоставляющей возможности инжиниринга трафика. Благодаря этим и другим достоинствам, в середине 90х казалось, что стандарт АТМ должен вытеснить все остальные транспортные технологии и стать единственным стандартом телекоммуникационных сетей. Однако этого не произошло. Одна из причин - возможности АТМ могут проявиться в полной мере лишь в технологически однородной сети, что противоречит главному принципу составных сетей, согласно которому каждая сеть может поддерживать собственную транспортную технологию, а общий сетевой протокол объединяет разнородные сети в единое целое.

Поэтому на практике IP-протокол доминирует в качестве сетевого и используется для объединения сетей, а АТМ используется как одна из технологий, образующих составную сеть, с частности, работает на многих магистралях крупнейших операторов связи. АТМ находит широкое применение в телефонии, кабельном телевидении и других областях.

Модель стека протоколов ATM предполагает использование концепции нескольких плоскостей (слоев) для разделения пользовательских функций, функций управления и контроля. Структура модели содержит эти три плоскости:

- пользовательскую - для передачи абонентской информации,

- плоскость контроля - для передачи информации сигнализации,

- плоскость управления - для системы эксплуатации сети и реализации операторских функций.

Технология АТМ находится в стадии становления, очень много функций управления до сих пор не стандартизированы.

Основные характеристики.

(1) Стандарт АТМ определяет полный набор протоколов обмена данными от прикладного до физического уровня.

- Физический уровень отвечает за синхронизацию битов и формирование кадров, передаваемых по физическому носителю.

- Уровень АТМ - ядро стандарта АТМ, определяет структуру АТМ-ячейки, отвечает за коммутацию и маршрутизацию.

- Уровень адаптации (AAL) нужен для того, чтобы позволить существующим протоколам и приложениям работать поверх сети АТМ. В определенной степени соответствует транспортному уровню стека протоколов Интернета. Состоит из набора протоколов, преобразующих сообщения протоколов верзних уровней в ячейки формата АТМ.

(2) Модели обслуживания включают обслуживание:

1. с постоянной битовой скоростью (СВR - Constant Bit Rate),

2. с переменной битовой скоростью (VBR - Variable Bit Rate),

3. с неуказанной битовой скоростью (UBR - Unspecified Bit Rate),

4. с доступной битовой скоростью (ABR - Available Bit Rate).

Борьба с перегрузкой обеспечивается только при обслуживании класса ABR.

(3) Реализован режим передачи пакетов по виртуальному каналу (virtual channel) для маршрутизации, резервирования и передачи данных. В этом случае перед тем, как начать передачу данных между двумя конечными узлами, должен быть установлен виртуальный канал, который представляет собой единственный маршрут, соединяющий конечные узлы.

Техника виртуальных каналов заключается в разделении операций коммутации и маршрутизации. Первый пакет передаваемых данных содержит адрес вызываемого абонента и «прокладывает» виртуальный путь, настраивая промежуточные коммутаторы (фаза маршрутизации). Остальные пакеты проходят по виртуальному каналу (в режиме коммутации) на основании номера виртуального канала.

Метод виртуального пути позволяет ограничить затраты на управление, объединяя соединения, пользующиеся общим путем, в единую группу. В результате вместо огромного количества отдельных соединений сети достаточно управлять небольшим количеством групп соединений. Плюсы:

- упрощенная архитектура сети

- более высокая производительность и надежность

- более простая обработка

- усовершенствованные сетевые службы.

Виртуальный канал может быть динамическим или постоянным.

Динамический виртуальный канал устанавливается при передаче в сеть специального пакета - запроса на установление соединения. Этот пакет проходит через коммутаторы и «прокладывает» виртуальный канал. Это означает, что коммутаторы запоминают маршрут для данного соединения в специальных таблицах и при поступлении последующих пакетов данного соединения отправляют их всегда по проложенному маршруту.

Виртуальный канал образуется из линий связи, расположенных между отправителем и получателем. Каждая из линий идентифицируется собственным номером виртуального канала. При установке и разрыве каналов соответствующие таблицы трансляции номеров каналов должны обновляться.

При отказе коммутатора или канала на пути виртуального канала соединение разрывается, и виртуальный канал нужно прокладывать заново. При этом он, естественно, обойдет отказавшие участки сети.

В АТМ-магистралях часто применяются постоянные виртуальные каналы, что позволяет избавиться от необходимости устанавливать и разрывать канал в динамическом режиме. Постоянные виртуальные каналы создаются администраторами сети путем ручной настройки коммутаторов.

NB. В отличие от техники виртуальных каналов, дейтаграммный режим передачи пакетов между двумя конечными узлами сети предполагает независимую маршрутизацию каждого пакета, при его использовании коммутатор может изменить маршрут какого-либо пакета в зависимости от состояния сети - работоспособности каналов и других коммутаторов, длины очередей пакетов в соседних коммутаторах и т. п.

Каждый режим передачи пакетов имеет свои преимущества и недостатки.

Так, дейтаграммный метод не требует предварительного установления соединения и поэтому работает без задержки перед передачей данных. Это особенно выгодно для передачи небольшого объема данных, когда время установления соединения может быть соизмеримым со временем передачи данных. Кроме того, дейтаграммный метод быстрее адаптируется к изменениям в сети.

При использовании метода виртуальных каналов время, затраченное на установление виртуального канала, компенсируется последующей быстрой передачей всего потока пакетов. Коммутаторы распознают принадлежность пакета к виртуальному каналу по специальной метке - номеру виртуального канала, а не анализируют адреса конечных узлов, как это делается при дейтаграммном методе.

(4) Принят пакет фиксированной длины, который называется "cell" или "ячейка". Размер ячейки - 48 байт, на которые накладываются еще пять байт заголовка - итого 53 байта. Для того чтобы обеспечивать быструю обработку пакетов, заголовок должен быть относительно коротким. Основная функция заголовка сводится к идентификации виртуального соединения.

(5) Технология АТМ не предусматривает повторной передачи ячеек. Если коммутатор обнаруживает ошибку в заголовке ячейки, он пытается исправить ее при помощи помехоустойчивых кодов. Если исправить ошибку не удается, ячейка просто отбрасывается.

(6) АТМ-сети могут работать практически поверх любого физического уровня. Эта технология часто применяется поверх оптоволоконных кабелей, использующих стандарт SONET со скоростями 155.52Мбит\с, 622 Мбит\с и выше.

(7) Система работает по принципу ориентации на соединения (connection-oriented). Это значит, что перед началом обмена данными проводится этап установления соединения, в котором можно оговорить допустимые параметры трафика.

Структура ячейки АТМ.

Поле данных ячейки, составляющее 48 байт, заполняется на уровне АТМ информацией верхних уровней и в процессе передачи данных никак не анализируется и не изменяется сетью.

Поле GFC - общее управление потоком занимает первые 4 бита в первом байте заголовка и предусмотрено для управления потоком на участке между пользователем и сетью. Сеть отбрасывает ячейки, когда скорость передачи данных не соответствует условленной.

Основной функцией заголовка является анализ идентификатора виртуального соединения и маршрутизация в соответствии с ним. Поле идентификатора номера виртуального соединения включает два раздельных идентификатора:

- идентификатор виртуального канала (virtual channel identifier - VCI).

- идентификатор виртуального пути (virtual path identifier - VPI).

При этом VCI определяет динамически создаваемые соединения, а VPI - статически создаваемые. Под идентификатор VCI в формате заголовка отводится 16 бит. Присвоение VCI выполняется на этапе установления соединения, и этот номер меняется от участка к участку.

Другие поля заголовка:

- PT (Payload Type) - тип полезной нагрузки. Определены несколько типов для данных и управляющих ячеек, а также типполезной нагрузки для холостых ячеек, необходимых для синхронизации.

- СLP (Cell-Loss Priority) - приоритет отбрасывания ячеек. Если возникает перегрузка, АТМ-коммутатор отфильтровывает ячейки низкоприоритетного трафика.

- НЕС (Header Error Check) - контрольная сумма заголовка. Содержит избыточные поля, позволяющие в некоторых случаях исправлять ошибки в заголовке.

Размещено на Allbest.ru