Учебно-методическое пособие представляет собой первую часть конспекта лекций по дисциплине «Компьютерные сети и системы» (стр. 14 из 28)
Как мы увидим, другие методы доступа – маркерный доступ сетей Token Ring, метод Demand Priority сетей 100VG-AnyLAN – свободны от этого недостатка.
Время двойного оборота и распознавание коллизий
С механизмом обнаружения коллизий связаны пространственные ограничения на размер домена коллизий и минимальный размер кадра, обусловленные конечностью времени распространения сигнала в среде передачи и задержками, вносимыми повторителями. А именно, для надежного распознавания коллизий должно выполняться следующее соотношение:
Tmin > PDV (I)
где Tmin – время передачи кадра минимальной длины, PDV (Path Delay Value – время задержки распространения) – максимальное время, за которое обнаруживается сигнал коллизии. Т.к. в худшем случае сигнал должен пройти дважды между наиболее удаленными друг от друга станциями (в одну сторону проходит неискаженный сигнал, а на обратном пути распространяется уже искаженный коллизией сигнал), то это время PDV называют также временем двойного оборота. Только при выполнении приведенного условия передающая станция успеет обнаружить коллизию, которую вызвал переданный ею кадр, еще до того, как она закончит передачу этого кадра.
Очевидно, что выполнение условия (I) зависит, с одной стороны, от длины минимального кадра и пропускной способности сети, а с другой стороны, от длины кабельной системы сети, скорости распространения сигнала в кабеле, задержек в коммуникационных устройствах. Все параметры протокола Ethernet подобраны таким образом, чтобы при нормальной работе узлов сети коллизии всегда четко распознавались.
В стандарте Ethernet принято, что минимальная длина кадра составляет 46 байт, что вместе со служебными полями (включая и преамбулу) составляет 72 байта или 576 бит. Следовательно, в 10-мегабитной Ethernet время передачи кадра минимальной длины составляет 57.6 мкс. Расстояние, которое может пройти за это время сигнал, зависит от типа кабеля. Для толстого коаксиального кабеля оно равно примерно
13280 м. Учитывая, что за это время сигнал должен пройти по кабелю дважды, расстояние между двумя узлами не должно превышать 6640 м. В стандарте Ethernet максимальный размер домена коллизий определен равным 2500 м, с учетом других, более строгих ограничений (затухания, искажений сигнала и временных задержек, вносимых повторителями).
С увеличением скорости передачи кадров, что имеет место в новых стандартах (например, в Fast Ethernet), максимальный размер домена коллизий уменьшается пропорционально увеличению скорости передачи. В стандарте Fast Ethernet он составляет около 210 м, а в стандарте Gigabit Ethernet он был бы ограничен 25 м, если бы разработчики этого стандарта не приняли мер по увеличению минимального размера пакета до 520 байт.
Адресация в сети Ethernet
Каждый узел в сети Ethernet имеет уникальный аппаратный физический адрес сетевой платы. Схема адресации Ethernet определяется изготовителем платы в виде 6-байтового 16-ричного адреса.
Тип аппаратного физического адреса узла определяется значением его первого байта:
· 00h – уникальный адрес конкретного сетевого адаптера, следующие два байта адреса определяют идентификатор производителя, а остальные три байта – серийный номер адаптера;
· 01h – групповой адрес, остальные 5 байтов адреса определяют идентификатор группы;
· 02h – ряд моделей адаптеров позволяют задавать адрес адаптера произвольно. Признаком «ручного» задания адреса является значение первого байта 02h, остальные 5 байтов должны определять уникальный адрес;
· FFFFFFFFFFFFh – широковещательный адрес.
Реализация физического и канального уровней в сети Ethernet
Физический уровень в сети Ethernet включает подуровень физического присоединения к среде передачи (Physical Medium Attachment) и собственно разъем.
Канальный уровень в Ethernet разбивается на два подуровня:
· подуровень доступа к среде MAC (Media Access Control – контроль доступа к среде);
· подуровень управления логическим звеном LLC (Logical Link Control – контроль логической связи).
Кодирование сигнала на физическом уровне. Манчестерский код
В технологиях Ethernet и Token Ring применяется метод кодирования электрического сигнала, называемый манчестерским кодом. В этом коде для кодирования единиц и нулей используется перепад потенциала, т.е. фронт импульса (рис.15).
Рис.15. Кодирование сигнала манчестерским кодом
Информация кодируется перепадами потенциала, происходящими в середине каждого такта/битового интервала: единица кодируется перепадом от низкого уровня сигнала к высокому уровню, а ноль – обратным перепадом. В начале каждого такта может происходить согласующий служебный перепад сигнала, если нужно представить несколько единиц или нулей подряд.
Т.к. за время такта сигнал изменяется по крайней мере один раз, то манчестерский код обладает хорошими самосинхронизирующими свойствами. Кроме того, он не имеет постоянной составляющей, так что его можно применять в каналах связи с реактивной нагрузкой, например, в каналах с трансформаторной связью, что важно для обеспечения гальванической развязки.
В локальных сетях, использующих манчестерское кодирование, для служебных целей широко используются также два запрещенных для данного кода сигнала, когда вместо обязательного изменения уровня сигнала в середине тактового интервала уровень сигнала остается неизменным и низким (запрещенный сигнал J) или неизменным и высоким (запрещенный сигнал K).
Подуровень MAC канального уровня
Подуровень управления доступом к среде MAC отвечает за:
· формирование кадра Ethernet;
· получение доступа к разделяемой среде передачи данных;
· отправку кадра с использованием физического уровня получателю.
Разделяемая среда Ethernet, независимо от ее физической реализации (коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель с повторителями), в любой момент времени находится в одном из трех состояний: свободна, занята, коллизия.
Подуровень MAC каждого узла сети получает от физического уровня информацию о состоянии разделяемой среды. Если она свободна, и у MAC – подуровня имеется кадр для передачи, то он передает его через физический уровень в сеть. Физический уровень одновременно с побитной передачей кадра следит за состоянием среды. Если за время передачи кадра коллизия не возникла, то кадр считается переданным.
Если же за время передачи кадра была зарегистрирована коллизия, то его передача прекращается. После фиксации коллизии MAC – подуровень делает случайную паузу, а затем вновь пытается передать данный кадр. Случайный характер паузы уменьшает вероятность попытки одновременного захвата разделяемой среды несколькими узлами при следующей передаче. Максимальное число попыток передачи одного кадра равняется 16, после чего MAC – подуровень оставляет данный кадр и начинает передачу следующего кадра, поступившего с LLC – подуровня.
MAC – подуровень приемника, который получает биты кадра от своего физического уровня, проверяет поле адреса получателя в кадре, и если этот адрес совпадает с собственным адресом приемника, то приемник копирует кадр в свой буфер. Затем он проверяет, не содержит ли кадр специфических ошибок: по контрольной сумме, по максимально и минимально допустимому размеру кадра, по неверно найденным границам байт. Если кадр корректен, то его поле данных передается на LLC – подуровень, если нет, то кадр отбрасывается.
Подуровень LLC канального уровня
Подуровень LLC обеспечивает интерфейс протокола Ethernet с протоколами вышележащих уровней, например, с IPX или IP. Протоколы сетевого уровня передают через межуровневый интерфейс данные для протокола LLC свой пакет, например, пакет IP (стек TCP/IP), IPX (стек Novell) или NetBEUI (стек Microsoft/IBM), адресную информацию об узле назначения, а также требования к качеству транспортных услуг, которое подуровень LLC должен обеспечить. Протокол LLC помещает полученный пакет протокола верхнего уровня в свой кадр, который дополняется необходимыми служебными полями. Далее через другой межуровневый интерфейс протокол LLC передает кадр соответствующему протоколу подуровня MAC, который, в свою очередь, упаковывает кадр LLC в свой кадр, например, Ethernet.
В соответствии со стандартом 802.2 подуровень управления логическим каналом LLC предоставляет верхним уровням три типа процедур:
· LLC1 – процедура без установления соединения и без подтверждения;
· LLC2 – процедура с установлением соединения и с подтверждением;
· LLC3 – процедура без установления соединения, но с подтверждением.
Этот набор процедур является общим для всех методов доступа к среде, определенных стандартами 802.3-802.5, а также стандартами FDDI и стандартом 802.12 технологии 100VG-AnyLAN.
Процедура LLC1 дает пользователям средства для передачи данных с минимальными издержками, обеспечивая дейтаграммный режим работы. Обычно этот вид процедуры используется, когда такие функции, как восстановление данных после ошибок и упорядочивание данных, выполняются протоколами вышележащих уровней, поэтому нет необходимости дублировать их на уровне LLC.
Процедура LLC2 дает пользователям возможность установить логическое соединение между отправителем и получателем и, если это требуется, выполнить процедуры восстановления после ошибок и упорядочивание потока кадров в рамках установленного соединения. Протокол LLC2 во многом аналогичен протоколам семейства HDLC (High-level Data Link Control Procedure), которые применяются в глобальных сетях для обеспечения надежной передачи кадров на зашумленных линиях связи. Протокол LLC2 работает в режиме скользящего окна.