Ethernet: общепризнанная ЛВС
Категория: Сетевые аппаратные средства | Автор: admin | 2-04-2010, 04:51 | Просмотров: 3393

Захватив более 80% мирового рынка ЛВС, сети Ethernet стали почти повсеместным явлением в современном компьютерном мире. Разработку стандарта Ethernet начал Билл Меткаф (Bill Metcalfe) из Массачусетского технологического института в рамках подготовки своей докторской диссертации. После окончания учебы Билл стал работать в научно-исследовательском центре фирмы XEROX. Объединив усилия с корпорациями DEC и Intel фирма XEROX в конце концов превратила Ethernet в готовый продукт. Этот проект стал одним из первых примеров сотрудничества конкурирующих компьютерных фирм.

В первоначальной спецификации Ethernet была определена скорость передачи 3 Мбит/с, но она почти сразу же выросла до 10 Мбит/с. Аппаратура разрабатывалась на основе системы Xerox Alto, на печатной плате которой не нашлось места для внешнего тактового генератора. Поэтому пришлось использовать внутренний генератор этой системы, в результате чего скорость передачи должна была составить 2,94 Мбит/с. Эту цифру округлили до 3 Мбит/с. Билл Меткаф и другие специалисты, работавшие в то время над архитектурой ARPANET, возражали против такой погрешности округления которая превышала всю полосу пропускания сети ARPANET, но соображения маркетинга победили.

Период становления технологии Ethernet пришелся на 80-е гг. Это было время, когда многие сетевые операционные системы, включая UNIX, приобретали базовые функциональные возможности и учились взаимодействовать друг с другом. Всеобщее внимание технология приобрела в 1994 г., когда в соответствии с новой спецификацией ее скорость работы составила 100 Мбит/с. В 1998 г. был достигнут новый рубеж: 1 Гбит/с. Сегодня перед разработчиками стандарта стоит цель — 10 Гбит/с. Технология Ethernet уже затмила всех своих конкурентов, и, по существующим прогнозам, к 2008 г. широкое распространение получат терабитные сети! В табл. 15.1 перечислены основные этапы эволюции различных стандартов

 

Таблица 15.1. Эволюция Ethernet

Год

Скорость

Название стандарта

IEEE№

Расстояние

Среда

1973

3 Мбит/с

Xerox Ethernet

-

1

Коаксиальный кабель

1980

10 Мбит/с

Ethernet 1

-

500 м

Коаксиальный кабель RG-11

1982

10 Мбит/с

DIX Ethernet (Ethernet II)

-

500 м

Коаксиальный кабель RG-11

1985

10 Мбит/с

L0BaseS ("Thicknet")

802.3

500 м

Коаксиальный кабель RG-11

1985

10 Мбит/с

10Base2 ("Thinnet")

802.3

180 м

Коаксиальный кабель RG-58

1989

10 Мбит/с

10BaseT

802.3

100 м

Медный кабель НВП1 категории 3

1993

10 Мбит/с

10BaseF

802.3

2 км

25 км

ММ2 оптоволокно ОМ оптоволокно

1994

100 Мбит/с

100BaseTX

(Fast

Ethernet)

802.3u

100 м

Медный кабель НВП категории 5

1994

100 Мбит/с

100BaseFX

802.3u

2 км 20 км

ММ оптоволокно ОМ оптоволокно

1998

1 Гбит/с

1000BaseSX

802.3z

260 м 550 м

ММ оптоволокно (62,5 мкм) ММ оптоволокно (50 мкм)

1998

1 Гбит/с

1000BaseLX

802.3z

440 м

550 м 3 км

ММ оптоволокно (62,5 мкм) ММ оптоволокно (50 мкм)

ОМ оптоволокно

1998

1 Гбит/с

1000BaseCX

802.3z

25 м

Двухпроводный экранированный кабель

1999

1 Гбит/с

1000BaseT

(Gigabit

Ethernet)

802.3ab

100 м

Медный кабель НВП категории 5Е и 6

1  НВП — неэкранированная витая пара.

2  ММ — многомодовое, ОМ — одномодовое.

 

 

Как работает Ethernet

 

Технологию Ethernet можно представить в виде великосветского раута, на котором гости (компьютеры) не перебивают друг друга, а ждут паузы в разговоре (отсутствия трафика в сетевом кабеле), чтобы заговорить. Если два гостя начинают говорить одновременно (т.е. случается конфликт), оба они останавливаются, извиняются друг перед другом, ждут немного, а затем один из них начинает говорить снова.

В технической терминологии эта схема называется CSMA/CD (Саrrier Sense Multiple Access with Collision Detection — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов). Вот смысл этого названия:

  • множественный доступ: любой может передавать сообщения;
  • контроль несущей: можно определить, занят ли канал;
  • обнаружение конфликтов: передающая система знает, когда «перебивает» кого-нибудь.

Фактическая задержка при обнаружении конфликтов — величина случайная. Это позволяет избежать такого развития событий, при котором две машины одновременно передают сообщение в сеть, обнаруживают "столкновение", ждут некоторое время, а затем синхронно возобновляют передачу переполняя таким образом сеть конфликтами.

 

Топология Ethernet

 

С точки зрения топологии сеть Ethernet представляет собой шину с ответвлениями, но без контуров. У каждого пакета есть только один путь следования между любыми двумя машинами в одной сети. В Ethernet могут передаваться пакеты трех типов: однонаправленные, групповые и широковещательные. Пакеты первого типа адресованы одному узлу, второго — группе узлов, третьего — всем узлам в данном сегменте.

Широковещательный домен — это совокупность узлов, которые принимают пакеты, направляемые по аппаратному широковещательному адресу. В каждом логическом Ethernet-сегменте имеется ровно один широковещательный домен. В ранних стандартах Ethernet (например, 10Base5) понятия физического и логического сегмента были тождественными, поскольку все пакеты передавались по одному большому кабелю, к которому прикреплялись сетевые интерфейсы компьютеров.

С появлением современных мостов логические сегменты стали включать в себя множество (десятки и даже сотни) физических сегментов, к которым подключены всего два устройства: порт моста и компьютер. Мосты отвечают за доставку групповых и однонаправленных пакетов в физический сегмент, где расположен нужный адресат (адресаты); широковещательные пакеты доставляются всем сетевым портам в логическом сегменте.

Логический сегмент может состоять из физических сегментов, имеющих разную скорость передачи данных (10 Мбит/с, 100 Мбит/с или 1 Гбит/с). Следовательно, мосты должны иметь средства буферизации и синхронизации, позволяющие устранить возможные конфликты.

 

Неэкранированная витая пара

 

Неэкранированная витая пара (НВП) — самая популярная среда передачи данных в сетях Ethernet. Этот стандарт основан на звездообразной топологии и имеет ряд преимуществ по сравнению с другими средами:

  • применяется недорогой, недефицитный медный кабель (иногда можно использовать уже проложенную телефонную проводку);
  • соединение на основе НВП гораздо проще смонтировать и наладить, чем соединение на основе коаксиального кабеля или оптоволокна;
  • используются дешевые, надежные и удобные в эксплуатации разъемы RJ-45;
  • все соединения функционируют независимо друг от друга, поэтому неисправность аппаратуры или дефект кабельной системы в одном соединении не повлияет на другие компьютеры, работающие в сети;
  • все соединения являются частными, и соседние компьютеры не могут перехватывать трафик друг друга.

Общая схема сети на основе НВП изображена на рис. Б.

 

(Провода, используемые в современных ЛВС на основе НВП, обычно подразделяют на восемь категорий. Эта система оценки параметров была впервые введена фирмой Anixter, крупным поставщиком кабельной продукции. Сегодня выделяются категории 1—7 и промежуточная категория 5Е.

Кабели категорий 1 и 2 годятся только для передачи звуковых сигналов. Кабель категории 3 — стандартный для сетей l0BaseT со скоростью передачи 10 Мбит/с. Кабель категории 4 конкретно ни для какого приложения не предназначен. Иногда его применяют в построенных на основе НВП сетях Token Ring со скоростью передачи 16 Мбит/с, а также в специализированных системах l0BaseT. Кабель категории 5, поддерживающий работу на скорости 100 Мбит/с, чаще всего применяется в современных кабельных системах. Кабели категорий 5Е и 6 поддерживают скорость передачи 1 Гбит/с.

Для соединений 10BaseT требуются две пары проводов категории 3, причем длина каждой линии передачи ограничена 100 метрами. В соединении 100BaseTX предельная длина та же самая, но используются две пары проводов категории 5. Бывают провода с поливинилхлоридной и тефлоновой изоляцией. Ее выбор диктуется средой, в которой будут проложены кабели. В замкнутых помещениях, связанных с вентиляционной системой здания, обычно требуется тефлоновая изоляция. Поливинилхлоридная изоляция дешевле и проще в эксплуатации.

 

 

При монтаже соединений используются разъемы RJ-45, в которых задействованы выводы 1, 2, 3 и 6. Хотя для нормальной работы соединения со скоростью 10 или 100 Мбит/с достаточно двух пар проводов категории 3, рекомендуем в случае монтажа новой сети использовать кабель категории 5 с четырьмя парами проводов и подключать все восемь контактов розетки RJ-45.

Подключая четырехпарный НВП-кабель к коммутационным панелям и настенным розеткам RJ-45, используйте стандарт разводки TIA/EIA-568А. Этот стандарт позволяет избежать ошибок при разводке концов кабеля независимо от того, есть свободный доступ к самим парам или нет. Некоторые ая требования этого стандарта отражены в табл. 15.2.

Таблица 15.2. Стандарт TIA/EIA-568A: подключение четырехпарного НВП-кабеля к розетке RJ-45

Пара

Цвет

Контакты разъема

1

Белый/Синий

5/4

2

Белый/Оранжевый

3/6

3

Белый/Зеленый

1/2

4

Белый/Коричневый

7/8

 

Имеющаяся в здании проводка может подходить или не подходить для прокладки сетей, в зависимости от того, как и когда прокладывалась она сама.

 

Соединение и расширение сетей Ethernet

 

Согласно семиуровневой модели ISO, сети Ethernet можно логически соединять в нескольких точках. На первом уровне, физическом, используются либо аппаратные соединители, либо повторители (в наши дни заменяемые концентраторами). Они передают непосредственно электрические сигналы.

На втором уровне, канальном, применяются мосты. Они передают сетевые кадры, содержащие аппаратные адреса отправителя и получателя.

На третьем уровне, сетевом, используются маршрутизаторы. Они доставляют сообщение следующему узлу на пути к адресату, не заботясь о том, что затем произойдет с этим сообщением.

 

Повторители и концентраторы

 

Концентратор — активное устройство, которое используется для соединения физических сегментов Ethernet, построенных на основе НВП. Он может восстанавливать и ретранслировать сигналы и требует внешнего источника питания. Выступая в роли повторителя, концентратор передает сигналы из одного кабеля в другой, не выполняя обработку сетевых пакетов. Он не имеет представления ни о том, куда направляются пакеты, ни о том, какой протокол используется.

Две самые дальние точки сети должны отстоять друг от друга на расстояние не более четырех повторителей. В первом и втором стандартах Ethernet число последовательно устанавливаемых повторителей ограничивалось двумя на сеть; в спецификации IEEE 802.3 (10 Мбит/с) это число возросло до четырех. В сетях со скоростью передачи 100 Мбит/с допускаются два повторителя, а в стандарте 1000BaseT — только один. На рис. В показаны допустимая и недопустимая конфигурации для десятимегабитной сети.

 

Концентраторы время от времени требуют внимания со стороны системного администратора, поэтому их не следует располагать в труднодоступных местах. Включение и выключение питания обычно позволяет "оживлять" их в случае зависания.

 

Мосты

 

Мосты соединяют сети Ethernet на канальном (втором) уровне модели OSI. Их назначение — объединить две отдельные физические сети так, чтобы они выглядели как одна большая физическая сеть. Мосты не требуют программного обеспечения, принимая, регенерируя и повторно передавая пакеты на аппаратном уровне. Большинство мостов используют алгоритм динамического обучения. Они запоминают, какие исходные адреса поступают с одного порта, а какие — с другого. Пакет переходит из одного порта в другой только в том случае, если его получатель находится в соседней сети. Первоначально пересылаются все пакеты, но через несколько секунд, когда мост изучит расположение большинства компьютеров, он запускает механизм фильтрации.

Поскольку между сетями пересылаются не все пакеты, каждый сегмент кабеля менее загружен, чем в случае, когда все компьютеры подключены к одному кабелю. А в связи с тем, что основной трафик имеет тенденцию к локализации, увеличение реальной пропускной способности может оказаться довольно серьезным. Кроме того, мост не влияет на логическую модель сети, поэтому его установка влечет за собой лишь незначительное вмешательство со стороны администратора.

Если сеть имеет замкнутые контуры, мост может безнадежно запутаться, потому что пакеты, посылаемые одной машиной, окажутся на обоих портах моста (или сразу на нескольких портах, если у моста их более двух; такие мосты иногда называют коммутаторами). В одной сети Ethernet замкнутых контуров не бывает, но после объединения нескольких таких сетей маршрутизаторами и мостами топология изменится, вследствие чего может образоваться несколько путей к одной машине. Некоторые мосты решают эту проблему за счет резервирования альтернативных маршрутов на тот случай если основной маршрут станет недоступным. Они упрощают топологию видимой ими сети до тех пор, пока в оставшихся частях не окажется только по одному маршруту к каждому узлу сети. Некоторые мосты создают между сетями двойные каналы и направляют трафик по кольцевой схеме.

Наращивание функциональных возможностей микропрограммного кода мостов позволяет повышать их "уровень интеллекта". Некоторые мосты можно использовать для контроля безопасности сети. Они регистрируют все "чужие" Ethernet-адреса, выявляя таким образом новые ответвления на кабеле и сообщая о них. Поскольку мосты функционируют на канальном уровне они не зависят от протоколов и могут обрабатывать любые сочетания пакетов использующих протоколы более высокого уровня (например, IP, AppleTalk или NetBEUI).

Мосты должны просматривать каждый пакет и определять, нужно ли его пересылать в другой сегмент. Их производительность обычно измеряют как скоростью просмотра пакетов, так и скоростью их пересылки. Многие поставщики не указывают в диаграммах производительности мостов размеры пакетов, поэтому реальная производительность может быть ниже объявленной. Вообще говоря, мосты — хороший, но довольно дорогой способ соединения сетей Ethernet.

Несмотря на то, что быстродействие мостов все время растет, эффективно использовать их можно при объединении в один логический сегмент не более чем сотни компьютеров. В крупных коммутируемых сетях часто возникают проблемы наподобие "широковещательных штормов", поскольку широковещательный трафик должен проходить через все порты. Для решения проблемы нужно изолировать трафик между сегментами посредством маршрутизатора (создавая тем самым более одного логического Ethernet-сегмента).

В крупных организациях можно использовать мосты, позволяющие разбивать их порты (программным путем) на группы, называемые виртуальными ЛВС (ВЛВС). ВЛВС — это группа портов, принадлежащая одному и тому же логическому сегменту, как если бы порты были соединены со своим собственным выделенным мостом. Подобное секционирование позволяет повысить степень изоляции трафика, что полезно с точки зрения как безопасности, так и производительности.

Выбор моста может представлять определенные трудности. В этом сегменте рынка очень высокая конкуренция, следствием которой являются многочисленные рекламные заявления, не всегда подтверждаемые на практике. Поэтому не стоит особо доверять данным, которые приводятся поставщиками; лучше прислушаться к советам независимых экспертов. В последние годы нередко случалось так, что чей-то продукт оказывался "лучшим" в течение нескольких месяцев, а затем, после попыток внести улучшения, его производительность или надежность падала ниже критической отметки.

В любом случае убедитесь, что скорость объединительной панели моста является достаточной. У хорошо спроектированного моста эта скорость должна превышать сумму скоростей всех его портов.

 

Маршрутизаторы

 

Маршрутизатор представляет собой специализированное вычислительное устройство с двумя или несколькими сетевыми интерфейсами, работающее на третьем (сетевом) уровне модели OSI. Маршрутизаторы доставляют пакеты адресатам, основываясь на информации, хранящейся в IP-заголовках. Помимо простого перемещения пакетов из одного места в другое маршрутизаторы выполняют также ряд особых функций, например фильтрацию пакетов (в соответствии с правилами безопасности), разделение трафика по приоритетам (в соответствии с заданным качеством обслуживания) и обнаружение общей сетевой топологии. Подробно об этом рассказывалось в главе 14.

На одном маршрутизаторе могут быть установлены аппаратные интерфейсы разных типов (FDDI, Ethernet, ATM). На программном уровне некоторые маршрутизаторы могут обрабатывать трафик, не относящийся к протоколу IP, например пакеты протоколов IPX и AppleTalk. В этом случае маршрутизатор и его интерфейсы нужно сконфигурировать для каждого конкретного протокола.

У маршрутизаторов может быть фиксированная или модульная конфигурация. Устройства первого типа содержат сетевые интерфейсы, предустановленные в заводских условиях. Они подходят для специализированных применений. Например, маршрутизатор с интерфейсами Т1 и Ethernet может оказаться удобным, когда нужно подключить небольшую компанию к сети Internet.

Модульные маршрутизаторы имеют слотовую или шинную архитектуру, а интерфейсы к ним добавляются конечными пользователями. Обычно это более дорогие устройства, но зато они проявляют большую гибкость в эксплуатации.

В зависимости от необходимой надежности и ожидаемого трафика выделенный маршрутизатор может оказаться как дороже, так и дешевле UNIX-системы, выступающей в роли маршрутизатора. Однако специализированное устройство всегда будет демонстрировать более высокую производительность и надежность. Это та область сетевого проектирования, где лучше заранее вложить дополнительные деньги, чем потом иметь ненужную головную боль.


 (голосов: 0)
Версия для печати | Комментариев: 0
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.


 
Логин
Пароль
 

 
Locations of visitors to this page