КОНСПЕКТ_ЛЕКЦИЙ_Сети_и_телекоммуникации (Конспект лекции), страница 7

При рассмотрении стандарта много времени уделялось сохранению метода доступа CSMA/CD. Все предложенные решения опирались на этот метод, что вполне естественно, так как он позволяет сохранить преемственность с сетями l0Base-T и l00Base-T. CSMA/CD определяет способ передачи данных по сети от одного узла к другому через кабельную систему. В модели OSI протокол CSMA/CD является частью уровня управления доступом к среде (Media Access Control, MAC). На этом уровне определяется формат, в котором информация передается по сети, и способ получения доступа сетевого устройства к сети для передачи данных. Компании HP и AT&T предложили совершенно отличный от CSMA/CD метод доступа, который был назван Demand Priority. Однако он был поддержан гораздо меньшим числом сетевых производителей. Для его стандартизации был организован новый комитет IEEE 802.12.

Стандарт Fast Ethernet определяет три модификации для работы с разными видами кабелей: 100BaseTX, 100BaseT4 и 100BaseFX. Модификации 100BaseTX и 100BaseT4 рассчитаны на витую пару, а 100BaseFX был разработан для оптического кабеля.

Стандарт 100BaseTX требует применения двух пар неэкранированных или экранированных витых пар. Одна пара служит для передачи, другая — для приема. Этим требованиям отвечают два основных кабельных стандарта: на неэкраниро­ванную витую пару категории 5 и экранированную витую пару типа 1 от IBM.

Стандарт 100BaseT4 имеет менее ограничительные требования к кабелю, так как в нем задействуются все четыре пары восьмижильного кабеля: одна пара для передачи, другая для приема, а оставшиеся две пары работают как на передачу, так и на прием. В результате в стандарте 100BaseT4 и прием, и передача данных могут осуществляться по трем парам. Для реализации сетей 100BaseT4 подойдут кабели с неэкранированной витой парой категорий 3-5 и экранированный типа 1.

Технология Fast Ethernet включает в себя также стандарт для работы с многомодовым оптоволоконным кабелем. Этот стандарт (100BaseFX) ориентирован, в основном, на применение в магистрали сети или для организации связи удаленных объектов.

Преемственность технологий Fast Ethernet и Ethernet позволяет легко выработать рекомендации по применению: Fast Ethernet целесообразно применять в тех организациях, которые широко использовали классический Ethernet, но сегодня испытывают потребность в увеличении пропускной способности. При этом сохраняется весь накопленный опыт работы с Ethernet и, частично, сетевая инфраструктура.

Хотя Fast Ethernet и является развитием стандарта Ethernet, переход к 100BaseT требует некоторого изменения в топологии сети. Теоретический предел диаметра сегмента сети Fast Ethernet составляет 250 м. Это ограничение определено самой природой метода доступа CSMA/CD и скоростью передачи в 100 Мбит/с.

Для классического Ethernet время прослушивания сети определяется макси­мальным расстоянием, которое 512-битный кадр может пройти по сети за время, равное времени обработки этого кадра на рабочей станции. Для сети Ethernet это расстояние равно 2500 м. В сети Fast Ethernet этот же самый 512-битный кадр за время, необходимое на его обработку рабочей станцией, пройдет всего 250 м. Если принимающая станция будет удалена от передающей на расстояние свыше 250 м, то кадр может вступить в конфликт с другим кадром на линии, а передающая станция, завершив передачу, уже опоздала бы с реакцией на этот конфликт. Поэтому максимальный диаметр сети 100BaseT составляет 250 м.

Для увеличения допустимой дистанции необходимо использовать два повто­рителя для соединения всех узлов. В соответствии со стандартом Fast Ethernet расстояние между концентратором и рабочей станцией не должно превышать 100 м. Для установки Fast Ethernet потребуются сетевые адаптеры для рабочих станций и серверов, концентраторы 100BaseT и, возможно, некоторое количество коммутаторов 100BaseT. К моменту появления стандарта Fast Ethernet в построении локальных сетей масштаба здания сложился следующий подход — магистраль крупной сети строилась на технологии FDDI (высокоскоростной и отказоустойчивой, но весьма дорогой), а сети рабочих групп и отделов использовали Ethernet или Token Ring.

Основная область использования Fast Ethernet сегодня — это сети рабочих групп и отделов. Целесообразно совершать переход к Fast Ethernet постепенно, оставляя Ethernet там, где он хорошо справляется с поставленными задачами. Одним из очевидных случаев, когда Ethernet не следует заменять технологией Fast Ethernet, является подключение к сети старых персональных компьютеров с шиной ISA.

3.3 Схема протокола логического контроля соединения (LLC)

Стандарт на технологии OSI определяет канальный и физический уровни передачи данных. Канальный уровень ЛВС разбит на два подуровня: логического контроля соединения (LLC — Logical Link Control) и контроля доступа к среде (MAC — Medium Access Control). На канальный уровень возлагается ответственность за обеспечение надежной передачи данных между двумя узлами сети. Получая пакет для передачи с более высокого сетевого уровня, канальный уровень присоединяет к этому пакету адреса получателя и отправителя, формирует из него набор кадров для передачи и обеспечивает выявление и исправление ошибок.

Нижний подуровень канального уровня — контроль доступа к среде — при передаче окончательно формирует кадр передачи в соответствии с тем протоколом, который реализован в данном сегменте (IEEE 802.3 или 802.5). При получении пакета этот подуровень проверяет адрес, контрольную сумму и наличие ошибок при передаче.

Верхний подуровень канального уровня — логический контроль соединения — обеспечивает режимы передачи данных как с установлением, так и без установления соединения.

Рассмотрим работу протокола LLC на примере передачи данных в ЛВС, содержащих станции A,B ,C  (см. рис. 3.4) соединенных каналом связи и использующим технологию Ethernet. В примере требуется доставить кадр от станции А к станции В.

Рис 3.4 Схема протокола LLC

Станция А формирует и отправляет кадр к станции В (1), который по единой среде канала связи достигает станции С. Одновременно на станции А взводится таймер контроля длительности подтверждения приема. На станции В (3) при проверке адреса получателя устанавливается, что кадр доставлен правильно. На станции С (4) из-за несовпадения адреса назначения кадр удаляется. На станции В (5) проверяется контрольная сумма и, если контрольная сумма совпадает, то формируется (6) положительный кадр (+) подтверждения и кадр поступает на обработку,  если контрольная сумма не совпадает, то формируется (6) отрицательный кадр (-) подтверждения и кадр удаляется. На станции А при поступлении отрицательного кадра (-) и при срабатывании таймера (8) осуществляется повторная передача (9) кадра.

4.  ПРОТОКОЛ ARP И RARP

4.1 Протокол ARP

Протокол ARP позволяет решить задачу: «Как на стороне отправителя по известному IP-адресу получателя определить МАС-адрес ближайшего коммуникационного узла, которому известен маршрут к получателю?»

Протокол ARP (Address Resolution Protocol, протокол разрешения адреса) описан в документе RFC 826. Необходимость протокола ARP продиктована тем обстоятельством, что IP-адреса устройств в сети назначаются независимо от их физических адресов. Поэтому для доставки сообщений по сети необходимо определить соответствие между физическим адресом устройства и его IP-адресом — это называется разрешением адресов. В большинстве случаев прикладные программы используют именно IP-адреса. А так как схемы физической адресации устройств весьма разнообразны, то необходим специальный, универсальный протокол. Разрешение адресов может быть произведено двумя способами: с помощью прямого отображения и с помощью динамического связывания. Протокол ARP использует механизм динамического связывания.

Функционально протокол ARP состоит из двух частей. Одна часть протокола определяет физические адреса при посылке дейтаграммы, другая отвечает на запросы от других устройств в сети. Протокол ARP предполагает, что каждое устройство знает как свой IP-адрес, так и свой физический адрес.

Для того чтобы уменьшить количество посылаемых запросов ARP, каждое устройство в сети, использующее протокол ARP, должно иметь специальную буферную память. В этой памяти хранятся пары (IP-адрес, физический адрес) устройств в сети. Всякий раз, когда устройство получает ARP-ответ, оно сохраняет в этой памяти соответствующую пару. Если адрес есть в списке пар, то нет необходимости посылать АРР -  запрос. Эта буферная память называется ARP-таблицей.

4.2.  ARP-таблица для преобразования адресов

В ARP-таблице могут быть как статические, так и динамические записи. Динамические записи добавляются» и удаляются автоматически. Статические записи могут быть добавлены пользователем. Кроме того, ARP-таблица всегда содержит запись с физическим широковещательным адресом (%FFFFFFFFFFFF) для локальной сети. Эта запись позволяет устройству принимать широковещательные ARP-запросы.

Каждая запись в ARP-таблице имеет свое время жизни — обычно оно составляет 10 мин. После того как записи была добавлена в таблицу, ей присваивается таймер. Если запись не используется в первые две минуты, она удаляется. Если используется — время ее жизни (доставляет 10 мин. В некоторых реализациях протокола ARP новый таймер устанавливается после каждого использования записи в ARP-таблице. На рис.4.1 показан пример ARP-таблицы, сформированной на компьютере с двумя сетевыми интерфейсами, работающим под управлением операционной системы Micrcosoft Windows NT. Это таблица выводится по команде arp -а.

Сообщения протокола ARP (при передаче по сети инкапсулируются в поле данных кадра. Они не содержат IP-заголовка. В отличие от большинства протоколов сообщения, ARP не имеют фиксированного формата заголовка. Протокол ARP был разработан таким образом, чтобы его можно было использовать для разрешения адресов в различных сетях. Фактически протокол можно использовать с произвольными физическими адресами и сетевыми протоколами.

Рис. 4.1 Пример ARP-таблицы, сформированной на компьютере

На рис.4.1 показан формат сообщения ARP. В отличие от большинства протоколов, поля переменной длины в сообщениях ARP не выровнены по 32-битовой границе, что вносит определенные трудности в изучение протокола. Например, аппаратный адрес отправителя занимает 6 байт, поэтому на рис. 4.1 он занимает две строки (одна строка — одно двойное слово).

В поле «Тип сети»  для сетей Ethernet указывается 1. Для других типов сетей значение этого поля определено соответствующими документами RFC. Поле «Тип протокола»  позволяет использовать сообщения ARP не только для протокола IP, но и для других сетевых, протоколов.

4.3 Формат сообщения ARP

Для протокола IP значение этого поля равно 0800 (шестнадцатеричное). В поле «Тип операции»  для ARP-запросов указывается 1, а для ARP-ответов указывается 2. Поля «Длина аппаратного адреса»  и «Длина сетевого адреса»  позволяют использовать протокол ARP в любых сетях, так как длину адресов можно задать. Протокол ARP работает по следующей схеме. Устройство, отправляющее ARP-запрос, заполняет в сообщении все поля, кроме искомого аппаратного адреса. Затем оно рассылает запросы по всей подсети. Поле заполняется устройством, опознавшим свой IP-адрес.