Лекции (989962), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Таким образом, упрощенная модель включает в себя:- канальный уровень- сетевой уровень- транспортный уровень- прикладной уровеньВажным понятием в многоуровневой модели протоколов является "инкапсуляция" пакетов. Чисто условнопакет можно представить в виде структуры [заголовок] – [данные]. В таком случае, инкапсуляцию можнопредставить следующей схемой:Сетевой уровеньЗаголовокКанальный уровеньДанныеЗаголовокСоставитель: Ляхевич А.Г., 2000 - 2002 годДанныеЗаголовокДанныеПри отправке, пакет сетевого уровня помещается в пакет (кадр) канального уровня, который и обеспечиваетаппаратное взаимодействие сетевых карт, снимая эту задачу с протокола сетевого уровня. Протоколу сетевого уровня нет никакого дела до того, как реализован протокол канального уровня, а протокол канальногоуровня "не интересует" как работает протокол сетевого уровня – каждый выполняет свою часть работы.Инкапсуляция распространяется и на другие уровни: пакеты уровня приложения помещаются в пакетытранспортного уровня, которые в свою очередь помещаются в пакеты сетевого уровня, которые в своюочередь помещаются в пакеты канального уровня.
Одним из следствий инкапсуляции является то, что приодном и том же протоколе канального уровня, может существовать несколько протоколов сетевого(транспортного, прикладного) уровня.1. Протоколы канального уровня1.1. Протокол EthernetПротокол Ethernet позволяет передавать данные со скоростью 10 Мбит/с и использовать следующие типыкабелей: толстый коаксиальный кабель (стандарт 10Base-5), тонкий коаксиал (стандарт 10Base-2), неэкранированную витую пару (стандарт 10Base-T), оптоволоконный кабель (стандарт 10Base-F).Данные в протоколах канального уровня передаются в виде группы бит, организованных в кадрданных.
Исторически существует 4 различных формата кадров Ethernet:- кадр Ethernet DIX (Ethernet II) – один из первых форматов, стандарт фирм Digital, Intel и Xerox.- кадр 802.3/LLC - международный стандарт.- кадр Raw 802.3 (Novell 802.3) – стандарт фирмы Novell.- кадр Ethernet SNAP – второй доработанный вариант международного стандарта.Обычно сетевые карты автоматически распознают и поддерживают все четыре формата кадров.
Для простоты изложения ограничимся рассмотрением самого простого по формату кадра Ethernet II, который имеетследующие поля:ПреамбулаАдресАдресТип пакетаДанныеКонтроль(для синхрониза- назначеисточника(указывает какому протоколу(передаваемая ная суммации) и признакнияпакетаболее высокого уровняинформация)начала кадрапакетапринадлежит пакет)Однако, помимо структуры кадра данных, в протоколе необходимо оговорить и порядок передачи этогокадра по сети.
Основным принципом работы Ethernet является использование общей среды передачи данныхразделяемой по времени, когда кадры данных передаются всеми компьютерами по общему кабелю. Особенно наглядно это проявляется при топологии "общая шина", хотя принцип сохраняется и при любой другойтопологии. Впервые метод доступа к разделяемой общей среде был опробован во второй половине 60-хгодов, в радиосети Aloha Гавайского университета, где общей средой передачи данных являлся радиоэфир.В 1975 году этот принцип был реализован и для коаксиального кабеля, в первой экспериментальной сетиEthernet Network фирмы Xerox.В настоящее время сети Ethernet используется метод доступа CSMA/CD (Carrier Sense MultiplyAccess with Collision Detection) - коллективный доступ с проверкой несущей и обнаружением коллизий.Порядок передачи данных и коррекция ошибок происходит следующим образом: каждый кадр данныхпереданный в сеть получают все компьютеры, но только один из них распознает свой адрес и обрабатываеткадр.
В каждый отдельный момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть.Компьютер, который хочет передать кадр данных, прослушивает сеть и, если там отсутствует несущаячастота (сигнал с частотой 5-10 Мгц), то он решает, что сеть свободна и начинает передавать кадр данных.Однако, может случится, что другой компьютер, не обнаружив несущей, тоже начнет передачу данныходновременно с первым.
В таком случае, возникает столкновение (коллизия). Если один из передающихкомпьютеров обнаружил коллизию (передаваемый и наблюдаемый в кабеле сигнал отличаются), то онпрекращает передачу кадра и усиливает ситуацию коллизии, посылкой в сеть специальных помех – последовательности из 32-бит (jam-последовательность), для того, чтобы и второй компьютер надежно обнаружилколлизию. После этого компьютеры ждут (каждый – случайное время) и повторяют передачу. Посколькувремя – случайное (у каждого свое), то вероятность повторного столкновения невелика.
Однако если столкновение произойдет снова (возможно с другими компьютерами), то следующий раз диапазон, в которомвыбирается случайное время задержки, увеличится в 2 раза (после 10-й попытки увеличение не происходит,а после 16-й попытки кадр отбрасывается). В любом случае, время задержки, при возникновении коллизииневелико (максимум 52,4 миллисекунды) и незаметно для пользователя, однако при большой загрузке сети(начиная с 40 - 50%), слишком большая доля времени тратится на устранение коллизий и полезная пропускная способность падает. Более рациональным способом получения доступа к общей разделяемой средеявляется протокол Token Ring.Составитель: Ляхевич А.Г., 2000 - 2002 год1.2.
Протокол FastEthernetПротокол Fast Ethernet был разработан совместными усилиями фирм SynOptics, 3Com (Fast Ethernet Alliance)и является развитием протокола Ethernet. Протокол Fast Ethernet позволяет передавать данные со скоростью100 Мбит/с и использовать следующие типы кабелей: неэкранированную витую пару 5-й категории(стандарт 100Base-TX), неэкранированную витую пару 3-й категории (стандарт 100Base-T4), оптоволоконный кабель (стандарт 100Base-FX). Коаксиальный кабель в FastEthernet не поддерживается. Поддержкавитой пары 3-й категории, несмотря на технические сложности, была реализована из-за того, что на западе,большинство уже проложенных телефонных кабелей, являются витой парой 3-й категории.Метод доступа к разделяемой среде (CSMA/CD) в протоколе FastEternet остался прежним.
Отличияот Ethernet заключаются в следующем:- другой формат кадров- другие временные параметры межкадрового и битового интервала (все параметры алгоритма доступа,измеренные в битовых интервалах сохранены прежними).- признаком свободного состояния среды является передача по ней символа Idle (не занято), а неотсутствие сигнала, как в протоколе Ethernet.Для совместимости со старыми сетевыми картами Ethernet, в протокол FastEthernet введена функция "автопереговоров" (auto-negotiation). При включении питания сетевой карты или по команде модуля управлениясетевой карты начинается процесс "переговоров": сетевая карта посылает специальные служебные импульсы (FLP- fast link pulse burst), в которых предлагается самый приоритетный (с наибольшей скоростью передачи данных) протокол. Если второй компьютер поддерживает функцию "автопереговоров", то он ответитсвоими служебными импульсами, в которых согласится на предложенный протокол, или предложит другой(из поддерживаемых им).
Если же на втором компьютере стоит старая сетевая карта Ethernet, не поддерживающая "автопереговоры", то ответа на запрос первого компьютера не последует, и он автоматическипереключится на использование протокола Ethernet.1.3. Протокол 100VG-AnyLanПротокол 100VG-AnyLan был разработан совместными усилиями фирм Hewlett-Packard, AT&T и IBM.И протокол FastEthernet и протокол 100VG-AnyLan являются развитием технологии Ethernet и позволяютработать на скорости 100 Мбит/с. Однако, если FastEthrnet ориентировался на минимальные изменения впротоколе Ethernet и совместимости со старыми сетевыми картами, то в протоколе 100VG-AnyLan, пользуясь сменой протоколов, была сделана попытка полностью отказаться от старых, и перейти к новым, болееэффективным технологическим решениям.Основным отличием 100VG-AnyLan является другой метод доступа к разделяемой среде - DemandPriority (приоритетный доступ по требованию), который обеспечивает более эффективное распределениепропускной способности сети, чем метод CSMA/CD.
При доступе Demand Priority концентратору (hub-у)передаются функции арбитра, решающего проблему доступа к разделяемой среде. Сеть 100VG-AnyLANсостоит из центрального (корневого) концентратора, и соединенных с ним конечных узлов и другихконцентраторов (см. рис. ). Допускаются три уровня каскадирования.Рис.Составитель: Ляхевич А.Г., 2000 - 2002 годКонцентратор циклически выполняет опрос портов, к которым подключены компьютеры. Если к портуподключен другой концентратор, то опрос приостанавливается до завершения опроса концентраторомнижнего уровня.
Компьютер, желающий передать пакет, посылает специальный низкочастотный сигналконцентратору, запрашивая передачу кадра и указывая его приоритет: низкий (для обычных данных) иливысокий (для данных, которые чувствительны к задержкам, например видеоизображение). Компьютер снизким уровнем приоритета, долго не имевший доступа к сети, получает высокий приоритет.Если сеть свободна, то концентратор разрешает передачу пакета. Анализируется адрес назначения впакете, и он передается на тот порт, к которому подключен соответствующий компьютер (адрес сетевой карты компьютера, подключенного к тому или иному порту, определяется автоматически, в момент физического подключения компьютера к концентратору).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
