Общая характеристика протоколов и стандартов локальных сетей. Модель IEEE 802.х

При организации взаимодействия узлов в локальных сетях основная роль отводится классическим технологиям Ethernet, Token Ring, FDDI, разработанным более 15 лет назад и основанным на использовании разделяемых сред передачи. Разделяемые среды поддерживаются не только классическими технологиями, но и новыми - Fast Ethernet, l00VG-AnyLAN, Gigabit Ethernet.

Современной тенденцией является частичный или полный отказ от разделяемых сред: соединение узлов индивидуальными связями (например, в технологии АТМ), широкое использование коммутируемых связей и микросегментации. Еще одна важная тенденция - появление полнодуплексного режима работы практически для всех технологий локальных сетей.

В 1980 году в институте IEEE был организован комитет 802 по стандартизации локальных сетей, в результате работы которого было принято семейство стандартов IEEE 802.х, которые содержат рекомендации по проектированию нижних уровней локальных сетей. Эти стандарты были созданы на основе очень распространенных фирменных стандартов сетей Ethernet, ArcNet и Token Ring.

Стандарты семейства IEEE 802.X охватывают только два нижних уровня семи-уровневой модели OSI - физический и канальный. Это связано с тем, что именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей. Старшие же уровни, начиная с сетевого, в значительной степени имеют общие черты как для локальных, так и для глобальных сетей.

Специфика локальных сетей также нашла свое отражение в разделении канального уровня на два подуровня:

* логической передачи данных (Logical Link Control, LLC);

* управления доступом к среде (Media Access Control, MAC).

Подуровень MAC появился из-за существования в локальных сетях разделяемой среды передачи данных. Именно этот уровень обеспечивает корректное совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом доступа в распоряжение той или иной станции. В современных локальных сетях получили распространение несколько протоколов уровня MAC, реализующих различные алгоритмы доступа к разделяемой среде. Эти протоколы полностью определяют специфику таких технологий, как Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI, l00VG-AnyLAN.

Подуровень LLC отвечает за передачу кадров данных между узлами с различной степенью надежности, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. Именно через уровень LLC сетевой протокол запрашивает у канального уровня нужную ему транспортную операцию с нужным качеством. На уровне LLC существует несколько режимов работы, отличающихся наличием или отсутствием на этом уровне процедур восстановления кадров в случае их потери или искажения, то есть отличающихся качеством транспортных услуг этого уровня.

Протоколы уровней MAC и LLC взаимно независимы - каждый протокол уровня MAC может применяться с любым протоколом уровня LLC, и наоборот.

Описание каждой технологии локальных сетей разделено на две части: описание уровня MAC и описание физического уровня. Практически у каждой технологии единственному протоколу уровня MAC соответствует несколько вариантов протоколов физического уровня

Над канальным уровнем всех технологий размещён общий для них протокол LLC, независимый от выбора конкретной технологии. Стандарт LLC курирует подкомитет 802.2.

Стандарт 802.1 носит общий для всех технологий характер. Он включает общие определения локальных сетей и их свойств, связь трех уровней модели IEEE 802 с моделью OSI, описывает взаимодействие между собой различных технологий, а также возможности построения более сложных сетей на основе базовых топологий. Эта группа стандартов носит общее название стандартов межсетевого взаимодействия (internetworking). Сюда входят такие важные стандарты, как стандарт 802. ID, описывающий логику работы прозрачного моста/коммутатора, стандарт 802.1Н, определяющий работу транслирующего моста, который может без маршрутизатора объединять сети Ethernet и FDDI, Ethernet и Token Ring и т. п. Сегодня набор стандартов, разработанных подкомитетом 802.1, продолжает расти. Например, недавно он пополнился важным стандартом 802.1Q, определяющим способ построения виртуальных локальных сетей VLAN в сетях на основе коммутаторов.


Классификация методов доступа. Метод доступа CSMA/CD.

В ЛВС используется разделяемая среда передачи, т.е. все компьютеры сети имеют совместный доступ к кабелю. Если два или более компьютеров попытаются передавать данные одновременно, то их кадры «столкнутся» и будут испорчены. Возникнет ситуация, называемая коллизией. Поэтому передача данных по сети включает две задачи:

- поместить данные в кабель без коллизии;

- принять данные с достаточной степенью уверенности, что они не повреждены коллизией.

Эти задачи решаются с помощью выбора метода доступа – алгоритма использования общей среды передачи. Можно сказать, что метод доступа служит для предотвращения одновременного доступа к кабелю нескольких компьютеров и гарантирует, что в каждый момент времени только один компьютер будет передавать данные.

Все сетевые компьютеры должны использовать один и тот же метод доступа, иначе одни методы будут доминировать над другими, что не позволит осуществить передачу.

Существует три основных метода доступа к разделяемой среде передачи:

1) Множественный доступ с контролем несущей

· с обнаружением коллизий (CSMA/CD);

· с предотвращением коллизий (CSMA/CA);

2) Доступ с передачей маркера;

3) Доступ по приоритету запроса.

Метод CSMA/CD (carrier-sense-multiply-access with collision detection) разработан в конце 60-х годов. Используется в сетях Ethernet, т.е. в сетях с логической топологией «общая шина». Название метода раскрывает его суть.

Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к шине для передачи и получения данных – отсюда «множественный доступ». Чтобы получить возможность передавать данные, компьютер должен убедиться, что разделяемая среда свободна. Поэтому все станции «прослушивают» кабель. Признаком незанятости среды является отсутствие в ней основной гармоники (несущей частоты) – «контроль несущей».

Если среда свободна, начинается передача кадра. Все узлы его получают, но записывает только тот, кто узнает свой адрес в заголовке. После окончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу в 9,6 мкс – межкадровый интервал. Он необходим для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние и для предотвращения монопольного захвата среды одной станцией.

Все станции наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется коллизия (несколько станций одновременно передали кадр по общей среде, и произошло искажение информации). Компьютер, который обнаружил коллизию, прерывает передачу и усиливает ситуацию коллизии посылкой в сеть специальной 32-битной последовательности – jam-последовательности. После этого все станции обязаны прекратить передачу на некоторый случайный интервал времени.

Основные свойства метода CSMA/CD:

1)Метод носит вероятностный и состязательный характер. Компьютеры конкурируют за право передавать данные. Вероятность успешного получения в свое распоряжение общей среды передачи зависит от загруженности сети. Метод не гарантирует доступ.

2)Способность обнаруживать коллизии ограничивает область действия метода. Для каждого типа кабеля существует эффективная длина, свыше которой сигнал ослабевает и компьютеры не могут его «услышать».

3)При интенсивном трафике возрастает число коллизий. Следовательно, пропускная способность сети Ethernet резко падает, т.к. сеть постоянно занята повторными попытками передачи кадров (лавинообразное нарастание повторных передач). Поэтому ограничено количество станций, которые можно подключить к сегменту кабеля.