27.09.2012Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 1 Доступ к среде передачи данных MAC подуровень Media Access Control. - презентация

1 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 1 Доступ к среде передачи данных MAC подуровень Media Access Control

2 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 2 Статическое предоставление канала Мультиплексирование частотное или временное не эффективно из-за не регулярности трафиков у пользователей каналом Статическое разделение канала на подканалы является не эффективным решением при предположении о постоянстве числа пользователей в среднем. Оценим среднее время Т задержки кадра в системе, где есть канал со скоростью Сbps, средняя скорость поступления кадров равна кадр/сек и средняя длина кадра имеет экспоненциальное распределение со средним 1/ бит/кадр.

3 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 3 Динамическое предоставление канала Станции. Модель состоит из N независимых станций. Единственность канала. Канал один и он доступен всем станциям. Коллизии. Если две станции передают кадры в одно и то же время, то сигналы накладываются и разрушаются. Кроме коллизий других ошибок передачи нет.

4 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 4 Динамическое предоставление канала а)Непрерывное время. Передача кадра может начаться в любой момент. Нет единых часов в системе, которые разбивают время на слоты. б)Дискретное время. Время разбивается на дискретные интервалы - слоты. Кадр начинает передаваться только в начале слота. а)Обнаружение несущей. Станция всегда определяет занят ли канал прежде, чем использовать его. Если он занят, то ни одна станция не начинает передачу. б)Отсутствие несущей. Станция ничего не знает о состоянии канал пока не начнет использовать его.

5 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 5 Протоколы множественного доступа: ALOHA В 70-х годах Норман Абрамсон со своими коллегами из университета Гаваи предложил простой способ распределения канала. Абрамсон назвал систему ALOHA - это приветствие на гавайском, состоявшей из наземных радиостанций, связывающих острова между собой. Идея была позволить в вещательной среде любому количеству пользователей неконтролируемо использовать один и тот же канал.

6 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 6

7 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 7 Чистая ALOHA время кадра - время необходимое на передачу кадра стандартной фиксированной длины. Предполагаем, что –пользователей неограниченное число и они порождают кадры по закону Пуассона со средним S кадров за время кадра. –0

8 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 8 Для обнаружения коллизии надо t0+2t ед. времени

9 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 9 Чистая ALOHA Вероятность появления k кадров на передачу при распределении Пуассона равна За двойное время кадра среднее число кадров будет 2G, отсюда P 0 =e -2G, а так как S=GP 0, то S=Ge -2G

10 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 10 Чистая ALOHA Максимальная пропускная способность достигается при G=0,5 при S=1/2e, что составляет примерно 18%.

11 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 11 Протоколы множественного доступа: слотированная ALOHA Передачу теперь можно начинать не в любой момент, а только по специальному сигналу, то S=Ge -G. Как видно из рис.4-3 максимум пропускной способности слотированной ALOHA наступает при G=1, где S=1/e, т.е. около 0,37, что в двое больше чем у чистой ALOHA.

12 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 12

13 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 13 Слотированная ALOHA Рассмотрим как G влияет на пропускную способность канала, подсчитаем вероятность успешной передачи за k попыток. P k =e -G (1-e -G ) k-1 Среднее ожидаемое число повторных передач будет С ростом G резко возрастает число повторных попыток.

14 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 14 CSMA настойчивые и не настойчивые В локальных сетях есть возможность определить, что делают другие станции и только после этого решать что делать. Протоколы, которые реализую именно эту идею - определить есть ли передача и действовать соответствующе, называются протоколами с обнаружением несущей CSMA (Carrier Sense Multiple Access). Настойчивые протоколы - упорно проверяют канал на занятость Не настойчивые - проверяют канал через случайные отрезки времени. Настойчивые протоколы уровния p. (рис.4-4)

15 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 15

16 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 16 CSMA с обнаружением коллизий CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - станции должны уметь определять коллизии как можно раньше, а не по окончании отправки кадра. На рис.4-5 показана модель, которая используется во многих протоколах. Период состязаний - слотированная ALOHA со слотом 2.

17 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 17

18 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 18 Бесконфликтные протоколы В протоколе CSMA/CD коллизии могут возникать только в период состязаний, тем не менее при больших и коротких кадрах они съедают часть пропускной способности канала. Можно ли избежать этих коллизий? Bit-Map протокол - (рис.4-6) семейство протоколов с резервированием.

19 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 19 Бесконфликтные протоколы Будем предполагать, что передача одного кадра занимает ровно d слотов. Время ожидания на передачу в среднем будет для станции с небольшим номером - 1.5N, у станций со старшими номерами - N/2 слотов. Таким образом, в среднем любая станция должна будет ждать N слотов до передачи. При небольшой нагрузке эффективность метода - d/(d+N), где N - расходы на состязания. При плотной загрузке накладные расходы будут 1 бит на кадр, т.е. d/(d+1).

20 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 20

21 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 21 Бесконфликтные протоколы Адресный счетчик (рис.4-7). Эффективность этого метода d/(d + ln N). В 1979 Мок и Уард предложили модификацию этого метода, когда у станций динамически изменяется приоритет, на основе которого определяется победитель. Победивший в текущих состязаниях получает наименьший приоритет, который будет увеличиваться от состязания к состязанию.

22 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 22

23 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 23 Протоколы с ограниченным числом конфликтов протоколы с ограниченным числом конфликтов - использовать состязания при небольших нагрузках и бесконфликтные методы при высокой. Пусть у нас есть k станций, каждая с вероятностью p готова передать кадр. Вероятность, что какая-то станция успешно передаст свой кадр равна kp(1-p) k-1. Максимальное значение этой функции достигает при p=1/k и равно

24 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 24 Протоколы с ограниченным числом конфликтов График этой функции показан на рис.4-8. Станции разбить на непересекающиеся группы и состязания проводить только внутри группы. Каждой группе гарантированно выделять слот.

25 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 25

26 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 26 Адаптивный древовидный протокол Алгоритм определения заболевших солдат рис.4-9 с какого уровня надо начинать при заданном числе станций? Пусть q - число станций, готовых к передаче, нормально распределено. Тогда число станций, готовых к передаче и ниже уровня i, будет равно 2 -i q. Естественно надо подобрать такое соотношение между i и q, когда количество конкурирующих станций будет 1, т.е. 2 -i q=1 или i=log 2 q.

27 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 27

28 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 28 Протоколы с множественным доступом и разделением частот Вся полоса разделяется на каналы по два на станцию: узкий - управляющий канал, широкий для передачи данных. Каждый канал разбит на слоты. Все слоты синхронизируются от единых часов. Отмечается только 0 слот, чтобы можно было определить начало каждого цикла. Обозначим m число слотов в управляющем канале и n+1 в канале данных. Из них n слотов для данных, а последний для сообщения о статусе канала. Протокол поддерживает три класса трафика: –постоянный с соединением ( видео) –переменный с соединением ( передача файлов) – дейтаграммный (типа UDP)

29 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 29 Протоколы с множественным доступом и разделением частот У каждой станции есть два ресивера и два трансивера: 1.ресивер для фиксированной длины волны для канала управления 2.настраиваемый трансивер для передачи в каналы управления других станций 3.трансивер для фиксированной длины волны для передачи данных 4.настраиваемый ресивер для получения данных. Каждая станция постоянно слушает свой управляющий канал, но должна настраиваться при приеме на волну передающей станции.

30 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 30

31 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 31 Протоколы беспроводной связи Беспроводные локальные сети Использованию CSMA препятствуют две проблемы –проблема спрятанной станции –проблема мнимой станции Протоколы MACA (Multiple Access Collision Avoidance) (рис.4-12)

32 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 32

33 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 33

34 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 34 Цифровая сотовая радиосвязь: GSM GSM европейская система, которая с самого начала создавалась как цифровая, свободная от каких-либо компромиссов из-за совместимости с уже существующими системами. На сегодня эта самая распространенная система, которая есть и в США, правда в несколько отлично от европейского диапазона частот. В Европе используют 900 и 1800 МГц, в США 1900 МГц. GSM – пример системы, где использована довольно сложная комбинация техник FDM, TDM, ALOHA для беспроводной сотовой связи.

35 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 35 Цифровая сотовая радиосвязь: GSM Каждая сота имеет до 200 каналов. Каждый канал состоит из двух полос; входящей – от базы к мобильной станции (терминалу) и исходящей – от мобильной станции (терминала) к базе. Каждая полоса имеет ширину в 200КГц (рис.4-13). Каждый из 124 частотных каналов может поддерживать до 8 соединений, используя технику TDM мультиплексирования. Теоретически может быть до 992 соединений одновременно. Иерархия кадров (рис.4-13)

36 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 36

37 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 37

38 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 38

39 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 39 Цифровая сотовая радиосвязь: CDMA В CDMA системе каждый бит кодируется последовательностью из m частиц. Бит со значением 0 передается инвертированной последовательностью частиц, бит 1 – прямой. Каждой мобильной станции присваивается уникальный код – последовательность частиц. Идея уникальности последовательности частиц для каждой станции основана на ортогональных кодах, т.е. если обозначить последовательности частиц для станции S как S, а для станции T - T, то Пример (рис.4-16)

40 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 40

41 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 41 Стандарты IEEE 802 Все стандарты для локальных сетей сконцентрированы в IEEE 802. IEEE содержит введение в стандарты и описание примитивов. IEEE описывает протокол LLC (Logical Link Control), который является верхней частью канального протокола. Стандарты с IEEE по IEEE описывают протоколы CSMA/CD для локальных сетей, шину с маркером и кольцо с маркером.

42 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 42 IEEE и Ethernet IEEE стандарт относится к 1-настойчивым протоколам CSMA/CD для локальных сетей. XEROX PARC построил CSMA/CD канал на 2.94 Mbps, объединивший 100 персональных компьютеров на 1 км. кабеле. Xerox, DEC, Intel решили объединиться и создали 10 Mbps Ethernet, который и составил основу IEEE стандарта.

43 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 43 IEEE и Ethernet IEEE 802. Кабели (рис ) Кодирование (рис.4-20) Структура кадра в IEEE (рис.4-21): –преамбула - 7 байт вида , обеспечивает 5.6 сек для синхронизации приемника и передатчика, стартовый байт обозначающий собственно начало передачи. –длина указывает размер поля данных: от 0 до 1500 байт. кадр не может быть короче 64 байт. Если длина поля данных не достаточна, то поле pad компенсирует нехватку длины.

44 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 44

45 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 45

46 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 46

47 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 47

48 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 48 IEEE : алгоритм задержки При возникновении коллизии время разбивается на слоты диной, соответствующей наибольшему времени распространения сигнала в оба конца : при длине линии 2.5 км и четырех репиторах 2 =51.2 сек. Двоичной экспоненциальной задержки –При первой коллизии станции, участвовавшие в ней случайно выбирают 0 или 1 слот для ожидания. –Если коллизия возникнет опять, то выбор происходит среди чисел i -1, где i - порядковый номер очередной коллизии. –После 10 коллизий число слотов достигает 1023 и далее не увеличивается. –После 16 коллизий Ethernet контроллер фиксирует ошибку и сообщает о ней машине, т.е. более высокому уровню стека протоколов.

49 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 49

50 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 50

51 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 51

52 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 52 IEEE : производительность –Плотная и постоянная нагрузка: есть k станций всегда готовых к передаче. –При коллизиях в каждом слоте повторная передача с постоянной вероятностью. –Если каждая станция участвует в состязаниях в слоте с вероятностью p, то вероятность А, что некоторая станция захватит канал в этом слоте, равна при p=1/k, А 1/е при k. –Вероятность, что период состязаний будет иметь j слотов равна A(1-A) j-1. –Отсюда среднее число слотов в состязаниях равно

53 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 53 IEEE : производительность средний интервал состязаний w=2 /А w е 5.4 при p=1/k эффективность канала равна рис.4-23

54 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 54

55 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 55 IEEE : шина с маркером Cтандарт описывает шину с маркером, которая объединяет достоинства с гарантированным наихудшим временем передачи и приоритетностью кадров. Логически станции объединены в кольцо (рис.4-25), где каждая станция знает своего логического соседа справа и слева. Передавать данные может только станция, которая владеет маркером. В системе маркер всегда только один, поэтому только одна станция может передавать и коллизий не возникает. Маркер передается только логическому соседу.

56 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 56 IEEE : шина с маркером МАС очень сложный протокол, который поддерживает 10 таймеров и более 24 внутренних переменных. Его описание занимает более 200 страниц. На физическом уровне используется коаксиальный кабель, скорость передачи и 10 Мбит/сек. Он полностью не совместим с физическим уровнем

57 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 57

58 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 58 IEEE : МАС протокол для шины с маркером При инициализации станции образуют кольцо в соответствии с их адресами от старших к младшим. Маркер передается от станций с большими адресами к станциям с меньшими адресами. Станция может передавать кадры в течении определенного промежутка времени. После этого она должна передать маркер следующей станции. Если у станции нет данных для передачи, то она передает маркер дальше немедленно по его получении. Шина с маркером определяет четыре приоритета для кадров: 0,2,4 и 6.

59 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 59 IEEE : МАС протокол для шины с маркером Например, есть сеть из 50 станций, с пропускной способностью 10 Мбит/сек и настроенная так, что на подстанции с приоритетом 6 остается 1/3 пропускной способности. Тогда кадры с приоритетом 6 идут с гарантированной скоростью не менее 67 Кб/с. Это можно быть использовать для управления устройствами в реальном масштабе времени. На рис.4-26 показан формат кадра для шины с маркером.

60 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 60

61 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 61

62 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 62 IEEE : Поддержка логического кольца Подключение станции к кольцу Отключение станции от кольца Инициализация кольца Потеря маркера –разрушение маркера –остановка получателя –остановка отправителя Дублирование маркера

63 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 63 IEEE : кольцо с маркером Сети с кольцевой топологией - это не среда с множественным доступом, а последовательность соединений точка-точка, образующих кольцо. IBM выбрало кольцо как основу своего стандарта, а IEEE его включило как стандарт кольцо с маркером. физическая длина бита Бит, поступая на интерфейс, копируется во внутренний буфер, и передается на кольцо опять (рис.4-28). В буфере бит может быть проанализирован и возможно изменен. Эти операции вносят задержку на один бит в каждом интерфейсе.

64 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 64 IEEE : кольцо с маркером Доступ в сети кольцо с маркером: если станции нужно передать данные она должна захватить маркер и удалить его из кольца: в 3-х байтном маркере изменяют один бит, в результате чего маркер превращается в заголовок обычного кадра.

65 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 65 IEEE : кольцо с маркером Режимы работы станции на кольце. Передающая станция должна снимать кадр с линии по концу передачи. Подтверждение получения кадра. Кодировка на физическом уровне дифференциальный манчестерский код. Запрещенные кодировки используют для передачи управляющих кадров. Проблема разрыва кольца - кабельные центры.

66 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 66

67 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 67

68 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 68

69 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 69 IEEE : протокол МАС подуровня Станция может держать маркер не более 10 mсек, если при инсталляции не было установлено иного значения. После того как посланы все кадры или истекло время владения маркером станция обязана сгенерировать маркер и вернуть его на линию. –Starting delimiter и Ending delimiter отмечают начало и конец кадра соответственно. –Destination address и Source address такие же как и в и Поле данных может быть сколь угодно длинное, лишь бы его передача уместилась во время владения маркером. Поле Checksum такое же, как и в и

70 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 70 IEEE : протокол МАС подуровня –Байт, которого нет ни в ни в Frame status байт.. А=0, С=0 - получатель отсутствует;. А=1, С=0 - получатель есть, но кадр не принят;. А=1, С=1 - получатель есть и кадр принят. –Биты А и С дублируются в байте Frame Status с целью повысить надежность, так как этот байт не подпадает под контрольную сумму.

71 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 71 IEEE : протокол МАС подуровня Ending delimiter : специальный бит ошибки; бит последнего кадра в логической последовательности кадров. В есть тщательно проработанная схема работы с приоритетами: –Если станции надо передать кадр с приоритетом n, то ей надо ждать пока появиться маркер с приоритетом меньшим или равным n. – Станция может указать значение приоритета, который ей нужен.

72 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 72 IEEE : протокол МАС подуровня –Этот механизм приоритетов имеет один недостаток: приоритет все время растет. Поэтому предусматривает довольно сложные правила понижения приоритета. –На шине с маркером каждая станция получает свою долю пропускной способности канала. В кольце с маркером станция с низким приоритетом может ждать сколь угодно долго маркера с надлежащим приоритетом.

73 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 73 IEEE : поддержка кольца На рис.4-31 показаны кадры для поддержки кольца. В предусмотрено, что в кольце всегда есть станция-монитор контролирующая кольцо. –Любая станция способна быть монитором. При включении или если какая-то станции заметит отсутствие монитора, она посылает CLAIM_TOKEN кадр. Если она первая, кто послал такой кадр, то она и становится монитором.

74 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 74 IEEE : поддержка кольца Среди задач, которые должен решать монитор, –слежение за наличием маркера, выполнение определенных действий если кольцо нарушено, устранение грязи или беспризорных кадров. Важной функцией монитора является установка задержки на кольце, достаточной чтобы в кольце уместился 24 битный маркер. Монитор сам не может определить где произошел разрыв кольца, это делают станции, генерируя BEACON кадр. По мере распространения этого кадра по кольцу определяется какие станции живы, а какие нет и последние удаляют из кольца с помощью кабельного центра.

75 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 75

76 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 76 Сравнение IEEE 802.x Достоинства очень широко используется, имеет огромную инсталляционную базу; широко известен, многие инженеры знают как с ним работать; протокол простой; Недостатки есть значительный аналоговый компонент; минимальная длина кадра 64 байта; недетерминирован, что плохо для приложений реального времени; нет приоритетов;

77 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 77 Сравнение IEEE 802.x Достоинства станция может быть подключена без остановки сети; используется пассивный кабель, модемы и прочее оборудование не требуется; при малой загрузке задержки практически равны 0. Недостатки ограничена длина кабеля; с ростом скорости передачи время состязаний не сокращается, следовательно минимальная длина кадра растет;

78 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 78 Сравнение IEEE 802.x Достоинства –используется обычный телевизионный кабель, высоко надежный; –более детерминирован чем 802.3; –минимальная длина кадра короче; –поддерживает приоритеты; Недостатки –используется много аналоговой аппаратуры; –очень сложный протокол; –большие задержки при низкой загрузке; –используется относительно немногими пользователями;

79 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 79 Сравнение IEEE 802.x Достоинства –есть гарантированная доля трафика; –прекрасная эффективность и пропускная способность при высокой загрузке; –коаксиальный кабель может поддерживать несколько каналов. Недостатки –нельзя использовать оптоволокно.

80 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 80 Достоинства –использует соединения точка-точка, полностью цифровой и прост в обращении; –можно использовать любую физическую среду; –единственный стандарт, где нарушения физической среды восстанавливают автоматически; Недостатки –основной недостаток - наличие централизованного монитора, который является критическим компонентом; –из-за схемы передачи маркера - относительно большие задержки при не большой загрузке; Сравнение IEEE 802.x

81 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 81 Сравнение IEEE 802.x Достоинства –небольшой размер минимального кадра и неограниченный размер передаваемого кадра; –прекрасная пропускная способность при высокой загрузке как и у Недостатки –есть приоритеты, однако схема их установки не так справедлива как в шине с маркером;

82 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 82 IEEE : LLC - управление логическим каналом Надежность коммуникаций через 802.х обеспечивает LLC (Logical Link Control) протокол. Он прячет различия между 802, определяя единый интерфейс и формат для сетевого уровня. LLC протокол образует верхний уровень канального протокола с МАС протоколом под ним так, как это показано на рис LLC предоставляет три вида сервиса: не надежный дейтаграммы без уведомления, дейтаграммы с уведомлением и надежный сервис ориентированный на соединение.

83 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 83

84 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 84 Мосты Необходимо интегрировать информационные потоки всей организации. Организация может занимать несколько зданий и возможно будет целесообразно в каждом здании иметь свою сеть, объединив их через мосты. Иногда приходится разбивать сеть на несколько, с целью локализации трафика в каждой подсети рис Большое расстояние между объединяемыми сетями. Дело в том, что, используя мост, можно как бы увеличить длину сегмента.

85 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 85 Мосты В локальной сети один узел может нарушить работоспособность сети в целом. Мосты, размещенные в критических точках сети могут заблокировать такой узел и предотвратить нарушение работы системы в целом. Мост может повысить безопасность сети. С помощью правильно расставленных мостов можно добиться, чтобы определенный трафик проходил лишь по определенным маршрутам, где он бы не мог попасть в чужие руки. Рис.4-35

86 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 86

87 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 87

88 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 88 Мосты : 802.x x Каждый стандарт имеет свой формат кадра (рис.4-36). Разные сети могут работать с разной скоростью. Все три стандарта имеют разную максимальную длину кадра: на 10 Мврs это 1500 байт, для байт, для максимальная длина ограничена временем удержания маркера (по умолчанию имеет - 10 msec, что соответствует 5000 байтам). Рис.4-37

89 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 89

90 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 90 Мосты : 802.х х –Есть только одна опасность: сеть, в которую передают, сильно перегружена и мост не успевает пропихивать свои кадры –Кадры из содержат биты приоритета, а в кадрах таких нет. –В кадре есть бит временной передачи маркера получателю для уведомления. Что делать мосту если ему поступит такой кадр? –Здесь проблемы аналогичные. Например, есть биты А и С, которые используются для анализа информации о доставке и получении кадра. Как поступать мосту с такими кадрами?

91 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 91 Мосты : 802.х х –Здесь основную трудность представляют биты приоритета –Единственная проблема, которая здесь существует - это как поступать с временной передачей маркера? –Здесь проблему представляют биты А и С. Кроме этого семантика приоритетов в этих сетях немного разная –В этом случае надо генерировать биты приоритета. Других проблем здесь нет.

92 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 92 Мосты : 802.х х –Здесь может возникнуть проблема слишком длинного кадра. Опять-таки здесь присутствует передача маркера –Здесь надо только решить что делать с битами А и С.

93 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 93

94 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 94 Прозрачные мосты Прозрачный мост или мост с соединяющим деревом - устройство по стандарту IEEE, подключение которого в сеть не должно было бы требовать каких- либо изменений в сети, загрузки каких-либо таблиц и т.п. (рис.4-38). Когда мост включают первый раз все таблицы пусты. Алгоритм (обучением с запаздыванием) заполнения таблицы: каждый кадр, с неизвестным адресом доставки, рассылается во все сети, подключенные к данному мосту, кроме той, из которой поступил этот кадр; по реакции в каждой сети на этот кадр, мост определяет в какой конкретно сети находится адрес доставки и фиксирует эту информацию в таблице.

95 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 95 Прозрачные мосты Каждый раз, когда поступает кадр, мост выполняет следующие действия: –если адрес отправителя и адрес получателя один и тот же, кадр сбрасывается; –если адрес отправителя и адрес разные, то кадр направляется в надлежащую сеть; –если нет информации в таблице куда направлять кадр или данные о месте назначения устарели, его посылают во все доступные сети.

96 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 96

97 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 97

98 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 98 Мосты с деревьями соединений рис Решение этой проблемы состоит в том, чтобы мосты во взаимодействии друг с другом накладывали на фактическую структуру соединений дерево соединений и делали пересылку так, чтобы избегать таких мнимых циклов. рис.4-40 Построение дерева соединений: каждый мост имеет уникальный адрес, задаваемый при изготовлении. Из всех мостов выбирается как корневой, мост с наименьшим номером. Затем для полученного корня строится дерево кратчайших путей, соединяющих корень с каждым мостом и сетью. Полученное дерево и есть дерево соединений.

99 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 99 Мосты с деревьями соединений Алгоритм строит единственный маршрут от корня в любую сеть. Хотя дерево соединений охватывает все сети, но в нем представлены не все мосты.

100 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 100

101 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 101 Мосты с маршрутизацией от источника При маршрутизации от источника отправитель знает есть ли получатель в его локальной сети или нет. Отправитель устанавливает старший разряд в адресе получателя в 1, если получатель в другой сети. Кроме этого, в заголовке кадра указывается точный маршрут, по которому будут следовать кадр. (рис.4-38) Если маршрут к получателю не известен, то отправитель посылает поисковый кадр всем мостам по всем сетям. Когда поисковый кадр возвращается обратно, каждый мост оставляет в нем информацию о себе. Этот алгоритм имеет один серьезный недостаток - экспоненциальный рост числа поисковых кадров (рис.4-41).

102 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 102 Сравнение мостов для IEEE 802.x Прозрачные мосты не поддерживают концепции виртуального соединения и маршрутизируют каждый кадр независимо друг от друга. Мосты с маршрутизацией от источника определяют маршрут с помощью поискового кадра, а затем используют этот маршрут постоянно (рис.4-42). Прозрачные мосты полностью совместимы со всеми продуктами в стандартах 802, а мосты с маршрутизацией от источника - нет. При использовании прозрачных мостов никаких специальных усилий по управлению сетью не требуется. При использовании мостов с маршрутизацией от источника требуется значительная ручная работа.

103 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 103 Сравнение мостов для IEEE 802.x Мосты с маршрутизацией от источника могут строить оптимальные маршруты, в то время как прозрачные мосты ограничены в выборе маршрута деревом соединений. Все проблемы изменения конфигурации сети - проблемы прозрачных мостов, у мостов с маршрутизацией от источников - проблемы хостов.

104 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 104 Удаленные мосты рис Для соединений точка-точка можно использовать самые разные протоколы. Например, можно использовать любой протокол точка-точка и в его кадрах целиком размещать кадры МАС подуровня. Отрезать заголовки МАС подуровня и на их место ставить заголовки соответствующего канального уровня. Новый МАС заголовок будет сгенерирован на стороне моста-получателя. Здесь трудности возникают при работе с полем контрольной суммы. Либо надо ее каждый раз пере вычислять, либо мы потеряем возможность контролировать ошибки при передаче.

105 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 105

106 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 106

107 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 107

108 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 108 Спутниковые сети Организация спутниковой системы: основной недостаток - большое время задержки в канале (270 msec) ALOHA, FDM, TDM, CDMA

109 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 109 Объединение Станции объединяются в пулл с маркером. Канал захватывает станция, владеющая маркером. Если время передачи на спутник относительно велико, время передачи маркера мало, число станцией не велико и постоянно, то эта схема работает не плохо.

110 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 110 ALOHA Используется слотированная ALOHA. Одна из наземных станций берет на себя роль синхронизирующей станции. Она через спутник периодически транслирует синхросигналы всем станциям. Поскольку время передачи фиксировано, то легко подсчитать время начала k слота после очередного синхросигнала.

111 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 111 ALOHA Для того чтобы увеличить эффективность использования канала более, чем 1/e применяют транспондеры с двойным каналом. (рис.4-50). Наземная станция выбирает один из них случайным образом. Если по обеим каналам сразу поступили кадры, то один из них буферизуют и передают позже. Эта техника позволяет повысить эффективность использования канала до 73,6%.

112 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 112

113 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 113 FDM Основной из которых – часть частот на границе полос уходит на изоляцию каналов друг от друга. Второй недостаток – контроль мощности станции. Третий - это аналоговая техника и программные методы обработки и управления к ней не применимы. SPADE применяется на спутниках системы Intelsat. Полоса транспондера разбивается на 794 симплексных 64К аналоговых каналов плюс один 128К общий для управления. Каналы разбиваются на пары, образуя полный дуплексный канал.

114 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 114 FDM Общий 128К канал разбивается с помощью техники TDM на слоты. За каждой наземной станцией ( их не более 50) закрепляется свой слот. Когда станция готова к передаче, она через свой слот сообщает об этом и захватывает один из 397 каналов данных. Если при захвате произойдет коллизия, то станция ждет и в следующем цикле пытается опять получить канал.

115 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 115 TDM ACTS (Advanced Communication Technology Satellite): централизованной схемы которая была предложена в 1972 году для системы из нескольких десятков станций. Спутник имел четыре 110 Мб/с канала, два на прием и два на передачу. У каждого канала был 1msec кадр, состоявший из 1728 слотов по 64 бит каждый, способных обеспечить 64Кб/с голосовой канал.

116 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 116 TDM Каждая наземная станция получает при необходимости слот, запрашивая его у Главной станции управления. Для этого у нее есть специальный канал, доступный всем наземным станциям, за который между станциями нет конкуренции, он статически разделен между ними. Схема работы ACTS состоит из трех этапов. На первом спутник принимает 1728 слотовой кадр, на этапе 2 эти 1728 слотов перераспределяются в нужном порядке из входного буфера в выходной, на этапе 3 выходной буфер сбрасывается на землю.

117 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 117 TDM: Динамические схемы Предложенная Биндером в 1975 году, применяется, когда число станций не превышает число слотов. В этом случае за каждой станцией закрепляется свой слот. Другая схема: нет ограничений на соотношение числа станций и числа слотов. Станции конкурируют за слоты по схеме слотированная ALOHA. Если захват слота прошел успешно, то этот слот закрепляется за станцией и в следующем кадре до тех пор, пока она не освободит его.

118 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 118 TDM: Динамические схемы В третьей схеме последний слот в каждом кадре разбивается на мелкие слоты состязаний. Станции, желающие передавать в следующем кадре, должны отметить свой подслот в предыдущем кадре. Несмотря на разнообразие и широкое применение техника TDM имеет общие недостатки: необходимость временной синхронизации, наземные станции должны обладать очень высокой скоростью передачи.

119 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 119 CDMA Техника CDMA свободна от проблем синхронизации и проблем распределения канала. Есть три основных недостатка. –Во-первых, пока пропускная способность CDMA канала ниже, чем у TDM канала. –128 разрядные последовательности частиц требуют высокоскоростных передатчиков. –Третий недостаток: есть очень небольшое число инженеров, владеющих этой техникой.

120 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 120 Высокоскоростные сети FDDI - Fiber Distributed Data Interface Fast Ethernet Gigabit Ethernet Fiber Channel

121 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 121 FDDI - Fiber Distributed Data Interface Повысить скорость передачи данных до 100 Мб/с. Повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода - повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т.п. Максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети, как для асинхронного, так и для синхронного трафиков.

122 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 122 Рис.4-44, 4-45

123 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 123

124 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 124

125 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 125

126 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 126 FDDI Функции МАС подуровня : Поддерживает сервисы для подуровня LLC. Формирует кадр определенного формата. Управляет процедурой передачи маркера. Управляет доступом станции к среде. Адресует станции в сети. Копирует кадры, предназначенные для данной станции, в буфер и уведомляет подуровень LLC и блок управления станцией SMT о прибытии кадра. Генерирует контрольную сумму кадра с помощью CRC кода и проверяет ее у всех кадров, циркулирующих по кольцу.

127 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 127 FDDI Функции МАС подуровня (продолжение) Удаляет из кольца все кадры, которые сгенерировала данная станция. Управляет таймерами, которые контролируют логическую работу кольца - таймером удержания маркера, таймером оборота маркера и т.д. Ведет ряд счетчиков событий, что помогает обнаружить и локализовать неисправности. Определяет механизмы, используемые кольцом для реакции на ошибочные ситуации - повреждение кадра, потерю кадра, потерю маркера и т.д.

128 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 128 FDDI

129 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 129 FDDI Операции МАС уровня –захват маркера –передача кадра (синхронные кадры, асинхронные кадры) –обработка кадра –удаление кадра из кольца

130 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 130 FDDI Инициализация кольца При включении новой станции в кольцо и при выходе станции из кольца. При обнаружении какой-либо станцией факта утери маркера. Маркер считается утерянным, если станция не наблюдает его в течение двух периодов времени максимального оборота токена T_Opr. При обнаружении длительного отсутствия активности в кольце, когда станция в течение определенного времени не наблюдает проходящих через нее кадров данных. По команде от блока управления станцией SMT.

131 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 131 FDDI

132 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 132 Fast Ethernet Цели десятикратное увеличение пропускной способности сегментов сети; сохранение метода случайного доступа CSMA/CD, принятого в Ethernet; сохранение формата кадра, принятого в Ethernet; поддержка традиционных сред передачи данных - витой пары и волоконно-оптического кабеля.

133 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 133 Fast Ethernet

134 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 134 Fast Ethernet

135 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 135 Fast Ethernet

136 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 136 Fast Ethernet

137 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 137 Gigabit Ethernet поддержка расширения технологий Ethernet и Fast Ethernet в ответ на потребность в более высокой скорости передачи; разработка технических предложений с целью включения в стандарт; выработка процедур и методов тестирования продуктов от различных поставщиков.

138 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 138 Gigabit Ethernet

139 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 139 Gigabit Ethernet

140 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 140 Gigabit Ethernet

141 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 141 Gigabit Ethernet

142 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 142 Fiber Channel I/O канал Сетевое взаимодействие Fiber Channel сопрягаем с IPI (Intelligent Peripheral Interface), SCSI, HIPPI (High Performance Parallel Interface), ATM, IP и Fibre Channel - n х100Мбайт/с при длинах канала 10 км и более, где n – число каналов. Предельная скорость передачи - 4,25 Гбод. В качестве физической среды может использоваться одномодовое или мультимодовое оптическое волокно. Допускается применение медного коаксиального кабеля и витых пар (при скоростях до 200 Мбайт/с).

143 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 143 Fiber Channel

144 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 144 Fiber Channel FC-0 определяет физические характеристики интерфейса и среды, включая кабели, разъемы, драйверы (ECL, LED, лазеры), передатчики и приемники. Вместе с FC-1 этот уровень образует физический слой. FC-1 определяет метод кодирования/декодирования (8B/10B) и протокол передачи, где объединяется пересылка данных и синхронизирующей информации. FC-2 определяет правила сигнального протокола, классы услуг, топологию, методику сегментации, задает формат кадра и описывает передачу информационных кадров. FС-3 определяет работу нескольких портов на одном узле и обеспечивает общие виды сервиса. FC-4 обеспечивает реализацию набора прикладных команд и протоколов вышележащего уровня (например, для SCSI, IPI, IEEE 802, SBCCS, HIPPI, IP, ATM и т.д.)

145 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 145