кадра Ethernet, начиная с адреса получателя и кончая контрольной сумме

длина ои, насчиты

вала по крайней мере 64 байта. С учетом начального флага общая длина пакета КИМ образом, составляет 72-1526 байт. Под пользовательскими данными пони.маю ся данные всех протоколов верхних уровней.

Метод, использованный в Ethernet для координации доступа к среде, называется множественным доступом с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий (Camer-Sensing Multiple Access/Collision Detection - CSMA/CD). Этот метод позво ляет работать без выделенного устройства, управляющего доступом к среде. В соответствии с протоколом CSMA/CD станция, которая собирается начать передачу должна проверить, что канал свободен - прослушивание несущей; если это условие выполнено, то станция может начать передачу. Поскольку несущую слушают все то несколько стаций могут начать передачу одновременно - множественный доступ. В последнем случае возникает коллизия - наложение сигналов от нескольких передатчиков, которая приводит к их искажению. Поскольку метод CSMA/CD является широковещательным, т. е. все станции в сегменте "слышат" все передачи, вк.тючая свою собственную, то передатчик сразу обнаруживает коллизию, так как данные, которые он "слышит" в канале, отличаются от исходных; затем он прекращает передачу текущего кадра и начинает посылать в канал специальную комбинацию бит, называемую "затором" (jam), чтобы все станции обнаружили коллизию. Для начала новой передачи станция должна снова прослушивать несущую, при этом время прослушивания определяется случайным образом для каждой передачи в рамках некоторого ограниченного периода. Если кадр не удается передать в течение определенного времени, то передача прекращается и информация об этом передается протоколу верхнего уровня.

Другая ситуация, когда устранение ошибки не включается в протокол передачи, а переносится на более высокие уровни, возникает, если контрольная сумма, вычисленная приемником, не совпадает с полученной в кадре. Обычной стратегией является запрос на повторную передачу только тех кадров, которые оказались поврежден ными; если такого запроса нет, то по умолчанию принимается, что принятый каДР правильный.

Концепция Ethernet является гибкой и открытой. Дешевые компоненты, высокие скорости передачи и переход к звездной топологии на витой паре (т. е. иcключeн основного недостатка ипшной топологии, когда обрыв кабеля в одном месте выводи из строя всю сеть) сделали его стандартом де-факто для офисных и промышленнь ЛВС. Недостатком сети, основанной на принципе CSMA/CD, является то, что вере ятность коллизий возрастает с ростом числа подключенных устройств и увеличен! ем длины сегмента. Наряду с вероятностью коллизий возрастает также время, изра ходованиое на повторные попытки. На практике это означает, что не существ) верхней границы времени, которое .может потребоваться для доступа к среде и У пешной передачи сообщения. Это серьезный недостаток для промышленных при-"! жений, работающих в реальном времени, где в некоторых случаях необходимо зар нее точно знать наихудшие условия.

д5. Маркерная шина (IEEE 802.4)

Локальная сеть с маркерной шиной (Token Bus) описана в спецификации IEEE по 4 Вместе с Ethernet это один из наиболее распространенных типов локальной применяемых в промышленности. В рассматриваемой системе все абоненты йсоединены к сети с помощью шины (рис. 9.22). Физической средой, как и для Ethernet, является коаксиальный кабель или витая пара, поддерживающие скорость [!ередачи данных в диапазоне 1-10 Мбит/с.

маркер

физическая среда передачи

Рис. 9.22. Принцип работы маркерной шины. Маркер перемещается между станциями A-F. Станция может начать передачу, только если владеет маркером

В отличие от Ethernet и его метода случайного доступа, в сети с маркерной шиной доступ к сети осуществляется строго детерминированным образом, т. е. только одна станция в данный момент может начать передачу сообщения. Право на передачу дается маркером (token) - специальной битовой комбинацией, которая последовательно циркулирует между устройствами. Устройство, получившее маркер, имеет право на передачу в течение определенного интервала и затем должно переслать маркер следующему. Если у устройства нет данных для передачи, оно просто передает маркер дальше. Логически маркер последовательно перемещается по кольцу, хотя физической топологией является шина.

Устройства, подключенные к маркерной шине, могут быть активными и пассив-ньши. Активные - или ведущие - устройства обмениваются маркером и могут вести "ередачу. Пассивные - или ведомые, подчиненные - станции могут посылать сообщения, только если к ним обращается активная станция; их ответ или подтверждение должны быть немедленными. Активные устройства обычно имеют вычислительные сурсы, это могут быть, например, управляющие ЭВМ, контроллеры роботов, про-Раммируемые логические контроллеры и другое сложное оборудование. Пассивные тройства представляют собой датчики и другое оборудование, расположенное в "°РДСтвенной близости к физическому процессу, которое не должны передавать

формацию, если об этом не поступает непосредственного запроса. Ую "ФЦ" маркерной шины предусматривает меры по управлению сетью, тре-йро активных устройств. Новый маркер должен создаваться, когда

исходит включение всей системы, или в случае, когда станция, обладающая марке-

Повредит или уничтожит его. Другие меры по управлению сетью включают изме-я конфигурации, добавление или удаление станций, выявление и изоляцию поенных станций и т.д. Длина временнс)го слота, т.е. промежутка времени, ение которого каждому устройству разрешена передача, может регулироваться.

Пользовательские данные начинаются после этой предварительной инфор. Длина поля данных составляет от 46 до 1500 байт, к сообщению короче 46 байт бавляются нули. Кадр заканчивается 4-байтовой контрольной суммой. Мини ная длина данных в 46 байт была выбрана из тех соображений, чтобы полная

В отличие от Ethernet, в системе с маркерной шиной можно вычислить наихуд, время ожидания доступа к среде. Наибольшая задержка складывается из полного мени обращения маркера по кольцу и времени удержания маркера каждым у ством, т. е. времени, в течение которого ему разрешена передача, что соответств максимальной длине сообщений. Для сокращения наихудшего времени ожидания t ты должны быть короткими. С другой стороны, выделенное для передачи время в-зультате тоже ограничивается, поэтому длинные сообщения должны разделяться части и передаваться в виде отдельных блоков. При сокращении временного слота ступ к сети становится более быстрым, однако общая пропускная способность с-снижается. Короткие сообщения проходят быстрее, а более длинные - медлен! так как они передаются по частям. Для достижения максимальной эффективно- при выборе временного слота следует учитывать несколько факторов, в частное число присоединенных станций, тип, частоту и приоритетность передаваемых со/ щений.

Преимущество сети с маркерной шиной для приложений с жесткими требования-; ко времени передачи в том, что все параметры процесса связи имеют детерминнров/.: ный, а не вероятностный характер. Поэтому время ожидания в наихудшем случаемся но с высокой точностью определить заранее. Напротив, Ethernet разрешает начать к; редачу сразу, как только канал свободен, но при этом нет гарантии, что это произойде в нужный момент, особенно если количество присоединенных устройств велико.

9.5.6. Маркерное кольцо (IEEE 802.5)

Первоначально локальная сеть на основе маркерного кольца (Token Ring) былг разработана корпорацией IBM. Принцип действия маркерного кольца такой же, ка( и маркерной шины; различие состоит в том, что в данном случае кольцо является только логическим, но и физическим (рис. 9.23). Маркер непрерывно циркулируй по кольцу, каждая станция получает его, регенерирует и снова посылает в лини» Когда станция, имеющая сообщение для передачи, получает маркер, она удаляет ere из кольца и в течение максимально разрешенного времени передает свои пакетыдз"

jiXoAHbie соединители к шине закорачиваются друг с другом через реле для того, .лбы обеспечить беспрепятственную циркуляцию сообщений по шине.

станция!

станция 1

станция А

маркер

станция 3

. Coo6uie-

тех пор ходить-

ных. По истечении этого времени маркер передается следующей станции, ния могут передаваться вместо маркера (передатчик не отдает маркер до пока не закончил передачу) или вместе с маркером, при этом маркер может на ся как в начале, так и в конце пакета. В спецификации IEEE.802.5 используется э нированная витая пара со скоростью передачи 4 или 16 Мбит/с. Спецификация j. Token Ring отличается от IEEE 802.5. Она поддерживает больше функций и i несколько другой формат кадра. gi-is

Каждая станция проверяет поле получателя в поступающих сообщениях, сообщение не предназначено для данной станции, оно передается дальше, и задерживается. Способ подтверждения приема сообщения зависит от использ,. протокола. Например, сообщение может циркулировать по сети до тех пор, it-He достигнет станции-отправителя, что рассматривается как косвенное fLt ние того, что оно также достигло станции назначения. Для того чтобы 0° цо предсказуемое время задержки, протокол доступа к среде определяет макспМ время циркуляции маркера (token rotation time), т. е. время между двумя посл тельными обнаружениями свободного маркера одной и той же станции. Когда цня в кольце пе включена или не готова к работе по другой причине, ее вХ-

Рис. 9.23. Принцип работы маркерного кольца

Маркер циркулирует между станциями. Станция может послать сообщение, только если она владеет маркером. Каждая станция распознает сообщения, предназначенные именно ей, и ретранслирует остальные дальше. Сообщение передается до тех пор, пока не достигнет отправителя

3.5.7. FDDI

Сетевой стандарт FDDI (Fiber Distributed Data Interface - оптоволоконный распре-кленный интерфейс данных) был разработан подкомитетом ХЗТ9.5 ANSI в 1985 году •к основа для применения оптоволоконной технологии в локальных вычислительных сетях и одобрен ISO под именем ISO 9314. FDDI охватывает физический уро-ень и подуровень MAC канального уровня; с верхними уровнями взаимодействие Ществляется через подуровень LLC.

а физическом уровне FDDI предусмотрено использование различных носите- в Зависимости от расстояния между станциями: многомодовый оптоволоконный адь - для расстояний до 2 км, одномодовый кабель - для расстояний до 40 км. Ной " "~ "" расстояний менее 100 м. Топология FDDI представляет собой 4h° кольцо, по которому передача производится в двух направлениях. Макси- ое число станций равно 500, каждая из которых присоединяется к обоим коль-

корость передачи данных, определенная в FDDI, равна 100 Мбит/с. %aTrf "° одному из колец, которое выбрано первичным (primary).

физического нарушения первичного кольца используется второе резерв-•«оль"" направление передачи данных изменяется на противоположное. Если пак оказываются разомкнутыми в какой-либо точке из-за полного обрыва ка-УЧар ™ Дииь1х направляются по оставшимся частям кольца. То же происходит аварии на станции. Если кабель нарушается в нескольких местах, то каждый азви продолжает работать автономно, обеспечивая хотя бы частичную связь

,3i 4"

Цт, , --- -----....сл ллл иш чиНИЧНуЮ связь.

итых сетях FDDI могут устанавливаться дополнительные резервные линии > отдельными станциями.

%г." Р управляется маркером, как и в маркерном кольце. Протокол FDDI ,:,*Матривает автоматическое распознавание состояния и работоспособности со-Ия и адаптацию к новым ситуациям, например при повреждении сети.

FDDI и Ethernet используют одну и ту же схему адресации подключенны), ций, поэтому две сети можно соединить между собой с помощью мостов.

9.5.8. Межсетевые устройства

Для соединения нескольких сетей или сегментов используются так называем межсетевые устройства {internetworking device). В зависимости от уровня модели ВОС, на котором они работают, и, соответственно, выполняемых функций эти уст ройства разделяются на повторители, мосты, маршрутизаторы и шлюзы. Настоящий раздел посвящен обзору таких устройств.

Повторители

Повторитель {repeater) представляет собой регенератор сигнала, соединяющий два или более сегментов сети. Любой сигнал, полученный на входной порт, регенерируется и ретранслируется на выходной порт или порты. Повторитель работает на физическом уровне и не связан с содержанием данных, которые он передает. Повторители обычно используются для увеличения максимальной длины сегментов, в частности для расширения Ethernet за пределы 500 м, или для сопряжения различных типов сред, например коаксиального и оптоволоконного кабеля при условии, что сопряжение не требует изменения формата кадров.

Из-за того что повторители не анализируют содержания данных, которые они передают, помехи воспринимаются как входные данные, и, таким образом, повторитель может генерировать и передавать бессмыслицу.

Допустимое количество повторителей в одной сети ограничено, в частности, из-за того, что они задерживают передаваемый сигнал. Для каждого метода доступа установлено ограничение на общее количество устройств и повторителей в сети. За подробностями следует обратиться к стандартам и техническому описанию, предоставляемому поставщиками оборудования.

Мосты

Мостом {bridge) называется межсетевое устройство, соединяющее между собой два сегмента одной и той же ЛВС. Основное назначение моста - фильтрация трафика между сегментами на основе аппаратных (MAC) адресов, т. е. мост работает на втором уровне модели ВОС и не учитывает протоколы верхних уровней. Попутно мост выполняет функции повторителя. Для фильтрации пакетов мост анализируем их заголовки и определяет адреса отправителя и получателя. Если отправитель и по лучатель находятся на одном сегменте, мост не транслирует пакет в другие сегментьт Если отправитель и получатель находятся в разных сегментах, мост регенерирУ пакет и передает его в соответствующий сегмент. Таким образом мосты снижают на грузку в сети. Обычно мосты способны настраиваться автоматически, определяв! принадлежность узла с тем или иным физическим адресом к конкретному сегмент} сети на основе входящего трафика. Поэтому топологию сети можно изменять без пе репрограммирования мостов. Кроме этого, мост можно запрограммировать Д-" фильтрации некоторых пакетов по определенным адресам. ,,

В сети Ethernet, где вероятность занятости канала является экспоненциально функцией числа присоединенных станций и средней величины их исходящего тр

.{са, мосты смогут существенно повысить доступность канала, увеличивая тем са-ijjM пропускную способность сети. При этом также повышается отказоустойчивость .jtH, так как нарушение в одном сегменте не затронет работу других. Для повышения эффективности сеть должна быть разделена мостами на отдель-дые сегменты таким образом, чтобы станции, осуществляющие между собой наиболее интенсивный обмен, находились в одном сегменте и их потоки информации были локализованы в рамках этого сегмента.

В современных сетях связи Ethernet на витой паре широко применяются устройства, называемые коммутаторами {switch) - фактически они выполняют функции мостов.

1аршр)Ггизаторы

Маршрутизатором {router) называется устройство, используемое для соединения друг с другом нескольких сетей. Маршрутизаторы работают на третьем уровне модели ВОС. Они распознают адреса, содержащиеся в заголовках пакетов, и осуществляют их продвижение по сети в соответствии с этими адресами. Маршрутизаторы могут также обеспечивать преобразование протокола и тем самым использоваться для соединения сетей, работающих с различными физическими, канальными и сетевыми протоколами (уровни 1, 2 и 3).

Различие между мостами и маршрутизаторами состоит в том, первые "видят" только часть сети, точнее, соединяемые ими сегменты, а маршрутизаторы должны располагать полной моделью сети или хотя бы алгоритмом выбора маршрута для каждого пакета. Для определения оптимального маршрута могут использоваться специальные алгоритмы и стратегии, например наиболее короткий маршрут, наиболее быстрый или наиболее дешевый либо какой-то иной критерий.

По мере развития коммуникационных устройств и повышения их функциональности классификационные различия между ними постоянно меняются. В частности, постоянно размывается граница между мостами и маршрутизаторами, поскольку вновь разрабатываемые мосты обладают все большим количеством функций, которые раньше были присущи только маршрутизаторам.

Шлюзы

Шлюзы {gateway) используются для преобразования протоколов на верхних Уровнях модели ВОС - при этом они попутно могут выполнять функции повторителей. Мостов и маршрутизаторов, т. е. обеспечивают преобразование всего стека про- одов. Если мосты и маршрутизаторы работают только на основании информации,

бржащейся в заголовке пакета, шлюзы учитывают и содержание сообщения. Нагой Т могут осуществлять преобразование данных из одного формата в дру-Как образом, шлюзы используются не только сетями различного типа, но и

Интерфейс между приложениями. Например, в системах электронной почты

юзы могут обеспечить перекодировку сообщений в соответствии со стандартом Ресата, если он отличается от стандарта отправителя. То же относится и к програм-реального времени для управления производственным процессом, если они ис-льзуют различные стандарты для кодирования данных. В зависимости от конкрет-требований может оказаться необходимым создание специальной шлюзовой "стемы, связывающей неоднородные приложения, если они не строго и не полно-Ью соответствуют открытым стандартам коммуникаций и форматов данных.