24-26

24. Технология Fast Ethernet. Организация стека протоколов. Протокол
МАС подуровня. Форматы кадров. Спецификации физического уровня.
Fast Ethernet – спецификация IEЕЕ 802.3u, определяет стандарт протокола
канального уровня для сетей работающих при использовании как медного, так и
волоконно-оптического кабеля со скоростью 100Мб/с. Новая спецификация является
наследницей стандарта Ethernet IEЕЕ 802.3, используя такой же формат кадра, механизм
доступа к среде CSMA/CD и топологию звезда. Эволюция коснулась нескольких
элементов конфигурации средств физического уровня, что позволило увеличить
пропускную способность, включая типы применяемого кабеля, длину сегментов и
количество концентраторов.
Каждый узел в сети Fast Ethernet имеет контроллер доступа к среде (Media
AccessController — MAC). MAC имеет ключевое значение в Fast Ethernet и имеет три
назначения:

определяет, когда узел может передать пакет;

пересылает кадры уровню PHY для преобразования в пакеты и передачи в
среду;

получает кадры из уровня PHY и передает обрабатывающему их
программному обеспечению (протоколам и приложениям).
Самым важным из трех назначений MAC является первое. Для любой сетевой
технологии, которая использует общую среду, правила доступа к среде, определяющие,
когда узел может передавать, являются ее основной характеристикой. Разработкой
правил доступа к среде занимаются несколько комитетов IЕЕЕ. Комитет 802.3, часто
именуемый комитетом Ethernet, определяет стандарты на ЛВС, в которых используются
правила под названием CSMA/ CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
- множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов).
Поскольку все узлы в Fast Ethernet совместно используют одну и ту же среду,
передавать они могут лишь тогда, когда наступает их очередь. Определяют эту очередь
правила CSMA/ CD.
Адресация кадров
Каждый узел в сети Fast Ethernet имеет уникальный номер, который называется
МАС-адресом (MAC address) или адресом узла. Этот номер состоит из 48 битов (6
байтов), присваивается сетевому интерфейсу во время изготовления устройства и
программируется в процессе инициализации. Поэтому сетевые интерфейсы всех ЛВС, за
исключением ARCNet, которая использует 8-битовые адреса, присваиваемые сетевым
администратором, имеют встроенный уникальный МАС-адрес, отличающийся от всех
остальных МАС-адресов на Земле и присваиваемый производителем по согласованию с
IEEE.
Чтобы облегчить процесс управления сетевыми интерфейсами, IEEE было
предложено разделить 48-битовое поле адреса на четыре части, как показано на рисунке.
Первые два бита адреса (биты 0 и 1) являются флажками типа адреса. Значение флажков
определяет способ интерпретации адресной части (биты 2 - 47).
Рисунок 5. Формат МАС-адреса
Бит I/G называется флажком индивидуального/группового адреса и показывает,
каким (индивидуальным или групповым) является адрес. Индивидуальный адрес
присваивается только одному интерфейсу (или узлу) в сети. Адреса, у которых бит I/G
установлен в 0 — это МАС-адреса или адреса узла. Если бит I/O установлен в 1, то
адрес относится к групповым и обычно называется многопунктовым адресом (multicast
address) или функциональным адресом (functional address). Групповой адрес может
быть присвоен одному или нескольким сетевым интерфейсам ЛВС. Кадры, посланные по
групповому адресу, получают или копируют все обладающие им сетевые интерфейсы
ЛВС. Многопунктовые адреса позволяют послать кадр подмножеству узлов локальной
сети. Если бит I/O установлен в 1, то биты от 46 до 0 трактуются как многопунктовый
адрес, а не как поля U/ L, OUI и OUA обычного адреса. Бит U/L называется флажком
универсального/местного управления и определяет, как был присвоен адрес сетевому
интерфейсу. Если оба бита, I/O и U/ L, установлены в 0, то адрес является уникальным
48-битовым идентификатором, описанным ранее.
OUI (organizationally unique identifier — организационно уникальный
идентификатор). IEEE присваивает один или несколько OUI каждому производителю
сетевых адаптеров и интерфейсов. Каждый производитель отвечает за правильность
присвоения OUA (organizationally unique address — организационно уникальный
адрес), который должно иметь любое созданное им устройство.
25. Коммутаторы Ethernet. Особенности построения и работы. Виртуальные
соединения. Производительность коммутаторов Ethernet
Коммутаторы Ethernet подобно мостам и маршрутизаторам способны
сегментировать сети Ethernet. Коммутаторы передают пакеты между портами на основе
адреса получателя, включенного в каждый пакет. Реализация коммутаторов обычно
отличается от мостов в части возможности организации одновременных соединений
между любыми парами портов устройства - это значительно расширяет суммарную
пропускную способность сети. Более того, мосты в соответствии со стандартом IEEE
802.1d должны получить пакет целиком до того, как он будет передан адресату, а
коммутаторы могут начать передачу пакета, не приняв его полностью.
В настоящее время коммутаторы используют в качестве базовой одну из трех схем
взаимодействия своих блоков или модулей:

коммутационная матрица;

разделяемая многовходовая память;

общая шина.
Часто эти три способа взаимодействия комбинируются в одном коммутаторе.
Виртуальные соединения. Коммутатор Ethernet поддерживает внутреннюю
таблицу, связывающую порты с адресами подключенных к ним устройств . Эту таблицу
администратор сети может создать самостоятельно или задать ее автоматическое
создание средствами коммутатора.
Используя таблицу адресов и содержащийся в пакете
MAC
Номер
адрес получателя, коммутатор организует виртуальное
-адрес
порта
соединение порта отправителя с портом получателя и
A
1
передает пакет через это соединение.
B
2
Виртуальное соединение между портами коммутатора
C
3
сохраняется в течение передачи одного пакета, т.е. для
D
4
каждого пакета виртуальное соединение организуется заново
на основе содержащегося в этом пакете адреса получателя.
Поскольку пакет передается только в тот порт, к которому подключен адресат,
остальные пользователи не получат этот пакет. Таким образом, коммутаторы
обеспечивают средства безопасности, недоступные для стандартных повторителей
Ethernet.
Производительность коммутатора. Для того, чтобы охарактеризовать ее
используются несколько параметров:
1.
Скорость передачи между портами.Этот параметр определяется свойствами
среды.
2.
общая пропускная способность - характеризует максимальную скорость, с
которой пакеты могут передаваться через коммутатор адресатам.
3.
задержка - это промежуток времени между получением пакета от
отправителя и передачей его получателю. Обычно задержку измеряют относительно
первого бита пакета.
Малая задержка повышает производительность сетей, в которых данные
передаются в виде последовательности отдельных пакетов, каждый из которых содержит
адрес получателя. В сетях, где данные передаются в форме последовательности пакетов с
организацией виртуального канала, малая задержка меньше влияет на
производительность.
26. Коммутаторы Ethernet. Особенности построения и работы. Локальные
сети на основе коммутаторов.
Коммутаторы Ethernet подобно мостам и маршрутизаторам способны
сегментировать сети Ethernet. Коммутаторы передают пакеты между портами на основе
адреса получателя, включенного в каждый пакет. Реализация коммутаторов обычно
отличается от мостов в части возможности организации одновременных соединений
между любыми парами портов устройства - это значительно расширяет суммарную
пропускную способность сети. Более того, мосты в соответствии со стандартом IEEE
802.1d должны получить пакет целиком до того, как он будет передан адресату, а
коммутаторы могут начать передачу пакета, не приняв его полностью.
В настоящее время коммутаторы используют в качестве базовой одну из трех схем
взаимодействия своих блоков или модулей:

коммутационная матрица;

разделяемая многовходовая память;

общая шина.
Часто эти три способа взаимодействия комбинируются в одном коммутаторе. В
коммутаторах с фиксированным количеством портов обычно используется
коммутационная матрица, а в модульных коммутаторах - сочетание коммутационной
матрицы в отдельных модулях с общей шиной и разделяемой памятью для связи
модулей.
При построении небольших сетей, составляющих нижний уровень иерархии
корпоративной сети, вопрос о применении того или иного коммуникационного
устройства сводится к вопросу о выборе между концентратором или коммутатором. В
пользу коммутатора может сыграгь фактор расстояний - применение коммутаторов не
ограничивает максимальный диаметр сети величинами в 2500 м или 210 м, которые
определяют размеры домена коллизий при использовании концентраторов Ethernet и Fast
Ethernet. В целом существует тенденция постепенного вытеснения концентраторов
коммутаторами.
При всем разнообразии структурных схем сетей, построенных на коммутаторах,
все они используют две базовые структуры - стянутую в точку магистраль и
распределенную магистраль. На основе этих базовых структур затем строятся
разнообразные структуры конкретных сетей.
Стянутая в точку магистраль (collapsed backbone) - это структура, при которой
объединение узлов, сегментов или сетей происходит на внутренней магистрали
коммутатора. Преимуществом такой структуры является высокая производительность
магистрали. Так как для коммутатора производительность внутренней шины или схемы
общей памяти, объединяющей модули портов, в несколько гигабит в секунду не является
редкостью, то магистраль сети может быть весьма быстродействующей, причем ее
скорость не зависит от применяемых в сети протоколов и может быть повышена с
помощью замены одной модели коммутатора на другую.
Положительной чертой такой схемы является не только высокая скорость
магистрали, но и ее протокольная независимость. На внутренней магистрали
коммутатора в независимом формате одновременно могут передаваться данные
различных протоколов, например Ethernet, FDDI и Fast Ethernet.
В локальных сетях, покрывающих большие территории, часто используется другой
вариант построения сети - с распределенной магистралью. Распределенная магистраль -
это разделяемый сегмент сети, поддерживающий определенный протокол, к которому
присоединяются коммутаторы сетей рабочих групп и отделов.
Распределенная магистраль упрощает связи между этажами, сокращает стоимость
кабельной системы и преодолевает ограничения на расстояния.
Однако скорость магистрали в этом случае будет существенно ниже скорости
магистрали на внутренней шине коммутатора. Причем скорость эта фиксированная и в
настоящее время чаще всего не превышает 100 Мбит/с.