Capitolul 5. Rețele locale
Acest capitol descrie tehnologia Ethernet - cea mai comună tehnologie a rețelelor locale moderne.
Clasificarea și caracteristicile rețelelor locale
Rețelele locale (LAN) sunt sisteme de calcul distribuite care integrează computerele în cadrul uneia sau mai multor clădiri. Nodurile rețelei locale sunt, de regulă, în limita a 3 km.
Rețelele locale sunt clasificate, în primul rând, prin protocoalele 1 și 2 ale nivelurilor OSI, adică prin tehnologia echipamentului de rețea utilizat: Ethernet, Token Ring, FDDI, AppleTalk.
În ceea ce privește scara și ierarhia construcției, distingem:
1. a) rețele de grupuri de lucru (5-20 stații);
2. b) rețele de departamente (20-100 stații);
3. c) rețele de întreprinderi (rețele corporative).
Acestea din urmă au adesea o structură detaliată a serviciilor de rețea și geografiei, uneori merge dincolo de rețele locale, pentru a forma o rețea de campus, rețea cu acces de la distanță, precum și alte rețele scalează până la WANs intreprinderi private. Numărul de stații din rețelele corporative variază foarte mult: de la 20 computere la zeci de mii.
Una dintre caracteristicile principale ale rețelelor locale, precum și alte tipuri de rețele de calculatoare, este capacitatea lor de producție, intervalele cărora sunt date în Tabelul 8 de mai sus.
Elementele de bază ale tehnologiei Ethernet. Topologie fizică și logică
Pentru a înțelege principiile Ethernet, aveți nevoie de o înțelegere generală a principiilor de funcționare a rețelelor de calculatoare și de împărțire a sarcinii de comunicare în rețea în nivelurile prezentate mai sus.
Ethernet în limba engleză înseamnă "rețea de eter". Precedentul acestei tehnologii a fost un sistem de comunicații radio pentru stațiile împrăștiate în arhipelagul hawaian, numită ALOHA. Pe baza principiilor stabilite în ALOHA, Xerox și-a construit propria rețea de cablu cu o capacitate de 2,94 Mbit / s pentru a conecta maximum 100 de calculatoare. Proiectul a fost atât de reușit încât Xerox împreună cu DEC și Intel au dezvoltat apoi o specificație pentru Ethernet la 10 Mbps. Ulterior, această specificație a constituit baza standardului internațional IEEE 802.3.
În prezent, termenul Ethernet este utilizat pentru a descrie toate rețelele locale folosind metoda accesului colectiv la un mediu cu identificarea operatorului și detectarea coliziunii. Înainte de a descrie această metodă, introducem noțiunea de topologie a rețelei logice.
Topologia fizică a unei rețele este o conexiune reală a nodurilor și a liniilor de comunicare. Topologia fizică poate fi diferită de cea logică. Să explicăm diferența.
Primele rețele Ethernet au fost construite pe baza unui cablu coaxial și au avut o "bus" topologie fizică (fig.10, b). Rețelele Ethernet și Fast Ethernet locale moderne sunt bazate pe perechi răsucite și nodurile (switch-uri) pe topologia fizică a „stea“ (fig. 10, c) și „arbore“ (Fig. 10 g). Există, de asemenea, compatibilitate cu rețelele Ethernet pe rețele coaxiale, astfel încât rețelele mixte sunt construite conform unei topologii combinate (Fig.10, e).
Logica topologică este o schemă de conexiune asociată cu metoda de acces la mediul de transmisie. Deoarece prin tehnologia Ethernet toate computerele LAN au capacitatea de a accesa simultan mediul de transmisie, topologia logică este "magistrală". În ciuda schimbării în topologia fizică în Fast Ethernet, metoda de acces la mediu nu sa schimbat, deci nici topologia logică nu sa schimbat.
Pentru o înțelegere mai profundă a semnificației topologiei logice, oferim un exemplu tipic din tehnologia Token Ring. Aici dimpotrivă, folosește o topologie „inel“ logic la care stațiile de rețea au acces strict alternativă la mediul de transmisie, indiferent de topologia fizică a rețelei, care poate fi un inel (Fig. 10, d) și a pneului (Fig. 10b ).
Metoda de acces colectiv cu identificarea transportatorului și detectarea coliziunii
În Ethernet, toate computerele din rețea au capacitatea de a primi simultan date pe care orice calculator le-a început să le transmită în magistrala comună. Cablul la care sunt conectate toate computerele funcționează în modul de acces colectiv. La un moment dat, un singur computer din rețea poate transmite date către magistrala partajată. În acest caz, toate computerele din rețea au drepturi de acces egale pentru mediul înconjurător. Pentru a comanda accesul calculatoarelor la magistrala comună, se folosește metoda accesului colectiv cu identificarea transportatorului și detecția coliziunilor (CSMA / CD). Să descriem această metodă.
Prima parte a acestei metode descrie principiul accesului colectiv la mediul de transmitere a datelor.
Atunci când orice stație A din Ethernet dorește să trimită un cadru la postul B, încearcă mai întâi să stabilească că nici o altă stație din acel moment nu transmite nimic. Indicația standard de linie liberă Ethernet este „silențios“, adică tensiunea de 0 V. În caracteristica Fast Ethernet standard a unui stat liber a mediului nu este lipsa semnalelor pe autobuz, și transferul acesteia caracter Idle-specială. În cazul în care stația de lucru detectează un semnal purtător, atunci acesta este un semn al autobuzului de muncă și de transmitere a datelor este întârziată, adică, stația comută în modul de așteptare.
În cazul în care cablul este liber, stația începe imediat transmisia. La sfârșitul transmisiei cadrului, toate nodurile rețelei sunt necesare pentru a susține o pauză, numită interval inter-cadru (Inter Packet Gap, IPG). Această pauză este necesară pentru a aduce adaptoarele de rețea la starea inițială și pentru a asigura drepturi egale tuturor posturilor de transmisie a datelor, adică pentru a împiedica capturarea monopolistică de către o stație comună de autobuz. Când pauza sa terminat, stațiile de rețea definesc mediul ca fiind libere și pot porni din nou transferul de date.
Interfața inter-cadru pentru Ethernet de 10 megabiti este de 9,6 microsecunde, iar pentru 100-megabit Fast Ethernet, de 10 ori mai puțin, adică 0,96 microsecunde. Intervalul inter-cadru este egal cu timpul necesar pentru transmiterea a 12 octeți sau 96 de biți. Dacă timpul necesar pentru transmiterea unui bit este un interval de bit (bt) ca unitate de timp, atunci intervalul interframei este de 96 bt. Această metodă de determinare a intervalelor de timp este independentă de rata de date și este adesea folosită în standardul Ethernet.
A doua parte a metodei descrie modul de rezolvare a conflictelor care apar într-un mediu de transfer partajat. Dacă două stații încep să transmită simultan, atunci există un conflict (coliziune). Toate nodurile de rețea ar trebui să poată recunoaște coliziunea care are loc. Recunoașterea clară a coliziunilor de către toate posturile din rețea este o condiție prealabilă pentru funcționarea corectă a rețelei Ethernet. Dacă un post de transmisie nu recunoaște coliziunea și decide că cadrul de date transmis de acesta este corect, atunci acest cadru va fi pierdut. Datorită suprapunerii semnalelor în timpul coliziunii, informațiile cadrului sunt distorsionate și vor fi respinse de către stația de recepție din cauza neconcordanței sumelor de control.
Informațiile distorsionate vor fi retransmise de orice protocol de nivel superior, de exemplu transport sau aplicație, care lucrează cu stabilirea unei conexiuni. Dar retransmiterea mesajului prin protocoale de nivel superior va avea loc pe un interval de timp mult mai mare decât intervalele de microsecunde la care rulează protocolul Ethernet. Prin urmare, dacă coliziunile nu sunt recunoscute fiabil de către nodurile Ethernet, aceasta va duce la o scădere semnificativă a lățimii de bandă utile a acestei rețele.
Pentru a putea recunoaște o coliziune, fiecare stație ascultă rețeaua în timpul și după transmiterea cadrului. Detectarea unei coliziuni se bazează pe compararea semnalului transmis de stație și a semnalului înregistrat. Dacă semnalul detectat este diferit de cel transmis, atunci stația determină această situație ca o coliziune.
Primul post, după ce a decis că autobuzul este liber, începe să transmită cadranul. Până la cea de-a doua stație, care este îndepărtată de ea, acest cadru nu va ajunge instantaneu, ci după un anumit interval de timp t. Dacă un pic mai devreme a doua stație, de asemenea, decide că autobuzul este liber și începe trimiterea cadrului său, atunci apare o coliziune. Informațiile distorsionate se vor întoarce la prima stație și la ora t. Prin urmare, coliziunea va fi detectată de prima stație la momentul 2t după începerea transmiterii cadrului cu ea.
Această caracteristică - timpul de rezolvare a conflictului (timpul dublării) - este de o importanță deosebită pentru eficiența protocolului, determinând în special limitările privind diametrul maxim al rețelei Ethernet și numărul de concentratori în calea propagării semnalelor.
Detectarea coliziunii trebuie să aibă loc înainte de sfârșitul transmisiei cadrului. Din aceasta, se obține o relație simplă între timpul necesar pentru a transmite un cadru Tmin de lungime minimă și o întârziere de propagare în rețea:
Tmin ≥ 2 t, unde t este timpul de propagare a semnalului pe rețeaua Ethernet. (1)
După ce apare coliziunea, postul care o detectează se oprește, după care face următoarea încercare de a transmite cadrul. pauză T după o coliziune este aleatorie și este selectată în conformitate cu următoarea regulă:
1. # 932; - intervalul de întârziere este de 512 bt, care la o viteză de 100 Mbps va fi de 5,12 μs.
2. L este un număr aleator întreg ales din intervalul [0; N²].
3. N este numărul de retransmitere a transmisiei acestui cadru.
După prima încercare, o pauză poate fi absentă sau se poate face una sau două intervale de întârziere. După a doua încercare, pauza poate fi absentă sau poate fi egală cu una, două, trei sau patru intervale de întârziere etc. După cea de-a zecea încercare, intervalul din care este selectată o pauză nu crește. Astfel, după a zecea încercare la transmisia cadrului, o pauză aleatoare poate lua valori de la 0 la 1024 * 512 bt = 524288 bt. Pentru Ethernet și Fast Ethernet, acest lucru corespunde unui interval de timp cuprins între 0 și 52,4 ms, respectiv 5,24 ms.
Transmițătorul efectuează numai 16 încercări consecutive de transmitere a cadrului. După 16 conflicte, controlerul refuză orice încercare suplimentară de a trimite cadrul și raportează acest lucru computerului. Toate acțiunile viitoare de remediere a situației ar trebui să se realizeze prin protocoale la nivel înalt.
Un astfel de algoritm permite rezolvarea coliziunilor atunci când există câteva stații conflictuale și, de asemenea, să le elimine într-un timp acceptabil, când o mulțime de stații încearcă să transmită simultan.
Trimiteți-le prietenilor: