Об авторах

Лаем Куин руководит инженерной группой, занимающейся разработкой аппаратного обеспечения сетевых карт, в корпорации Compaq Computer (г. Остин, штат Техас). Ранее, будучи ведущим разработчиком в корпорации Thomas- Conrad, принимал участие в проектировании сетевых карт Ethernet, Fast Ethernet и Token Ring для шин ISA и PCI. В течение шести лет Лаем Куин сотрудничал с корпорацией Digital Equipment, занимаясь разработкой моделирующего оборудования и аппаратных средств ЛВС для высокоскоростных сетей, в том числе для FDD1 Gigaswitch. Свыше четырех лет он преподавал в Дублинском технологическом институте (Ир

ландия), проводил многочисленные технические презентации и беседы о ЛВС. Является членом IEEE и IERE.

Ричард Рассел руководит инженерной группой по развитию программно-аппаратных средств в корпорации Compaq Computer. Основная тема исследований ——проектирование повторителей и переключателей Fast Ethernet. Ранее, занимая должность старшего инженера по программному обеспечению в корпорации Thomas-Conrad, Ричард Рассел принимал участие в разработке управляемых повторителей, обеспечивающих скорость передачи данных 100 Мбит/с, и высокопроизводительных адаптеров FDDI. В течение последних 15 лет занимался проектированием встроенных коммуникационных продуктов для промышленного и коммерческого использования.

Благодарности

Моей жене Тане за ее любовь, терпение и поддержку, а также за то, что она ——мой лучший друг. Моим дочерям Эшли, Саре, Меган и Дженнифер. Их любовь и понимание значительно облегчили осуществление этого проекта. Стремление к знаниям, дисциплина и преданность делу, привитые мне моей матерью, отцом и семьей, снова доказали свою ценность. Я хотел бы также поблагодарить своего друга и партнера Ричарда за его преданность и стойкость, проявленные во время работы над этой книгой и в процессе реализации других проектов.

—Лаем

Моей жене Дженни за ее поддержку и чтение корректур ——мне одному было бы очень трудно с этим справиться. Моей матери, которая научила меня ценить книги и привила желание учиться. Она также отправила меня на курсы машинописи и бальных танцев. Мама, умение печатать давно окупилось. Естественно, эта книга не появилась бы без Лаема, настоящего друга и выдающегося инженера.

—Ричард

Мы хотели бы также поблагодарить всех тех сотрудников John Wiley & Sons, которые способствовали появлению этой книги, особенно Марджори Спенсер, нашего главного редактора, а также Маргарет Хендри, ее помощницу, и Брайана Снеппа, нашего редактора. Благодарим и Кэрол Маклендон из Waterside Productions за помощь, оказанную при завершении работы над книгой.

Введение

Высокопроизводительные сети становятся всеобщим страстным увлечением. Авторы журнальных статей восторгаются ими, поставщики обещают предоставить их, пользователи жалуются на недостаточное их количество, бухгалтеры обеспокоены их стоимостью. Один из вопросов, который наиболее часто задают сетевые администраторы, касается того, как проще всего увеличить пропускную способность сети. И все чаще получают ответ: с использованием Fast Ethernet, Чтобы понять, чем такой ответ обусловлен, мы предлагаем читателю:

установить, как работает Fast Ethernet. Технология будет последовательно описана доступным языком с представлением всех компонентов системы Fast Ethernet — от сетевых интерфейсных карт и повторителей до переключателей и маршрутизаторов;

спланировать сеть Fast Ethernet, для чего следует проанализировать существующую сеть, установить новые требования к ней и определить круг проблем, которые могут быть решены с помощью Fast Ethernet;

проанализировать примеры сетевых конфигураций, использующих Fast Ethernet, и возможность их применения в реальных сценариях;

обсудить нюансы выбора оборудования；

изучить стратегию управления сетью, что поможет грамотно эксплуатировать ее;

детально ознакомиться с приложениями к книге, которые содержат важную техническую информацию для пользователей, нуждающихся в мелких деталях или просто интересующихся ими.

Больше новостей,

чем мы смогли включить

Вкратце мы попытались изложить не только общие принципы, но и все детали, необходимые пользователям для внедрения Fast Ethernet. Но ни одна книга не может предоставить ответы на все вопросы. Технология Fast Ethernet развивается очень быстро, и уже близко время Gigabit Ethernet. Для дальнейшей помощи читателям этой книги предназначен Web-узел по адресу： www.wiley.com/compbooks/fastethernet, содержащий оперативную информацию о технологии, а также ссылки на другие узлы. Узел будет обновляться по мере поступления свежей информации. Пожалуйста, ''заходите" почаще.

За восторгами

Благодаря тому, что сеть Fast Ethernet является быстрой, сравнительно недорогой, легкой для понимания, гибкой и поддерживается многими производителями оборудования, технология Fast Ethernet способна решить множество существующих на сегодняшний день проблем, связанных с пропускной способностью. Понимание принципов работы сети является решающим обстоятельством для успешного ее внедрения. В 1991 году большинство компьютеров были снабжены в лучшем случае процессором Intel 386 с тактовой частотой 33 МГц и работали под управлением DOS в текстовом режиме. К 1997 году нормой стали машины с тактовой частотой 166 МГц и более, функционирующие под управлением 32-разрядных операционных систем, таких как Microsoft Windows 95, Windows NT, Novell NetWare 4, OS/2, а также мощных версий UNIX, в частности Solaris, SCO и Linux. Практически на всех уровнях корпоративной деятельности используются графика, средства мультимедиа, Internet, электронная почта, программное обеспечение групповой работы и базы данных клиент-сервер. Однако имеющиеся сетевые технологии не всегда способны решить проблемы, обусловленные возрастанием количества пользователей, постоянно усложняющимся программным обеспечением, появлением новых категорий приложений, не всегда могут обеспечить необходимую пропускную способность сети.

В этом мире, испытывающем "голод" на полосу пропускания, большинство из нас для поддержки новых рабочих станций и приложений пытаются применять технологии начала 80-х годов, такие как Ethernet со скоростью передачи данных 10 Мб/с или Token Ring, обеспечивающая скорость 16 Мб/с. В настоящее время для поддержки работы опорных сетей в пределах, например, студенческого городка или большого здания часто применяют FDDI (Fiber Distributed Data Interface — распределенный оптоволоконный интерфейс передачи данных) или ATM (Asynchronous Transfer Mode —— асинхронный режим передачи). Однако такие высокоскоростные сети слишком дороги и не могут быть подведены к каждому рабочему месту. Необходимо непосредственное подключение компьютера пользователя к высокоскоростной, дешевой и мощной сети.

Высокоскоростные сети существуют уже много лет и обычно определяются как такие, что обеспечивают скорость передачи информации не менее 100 Мб/с. Самые известные среди них —— FDDI и ATM. Однако существуют факторы, которые ограничивают распространение данных сетей на рынке: FDDI отличается "неубедительным" соотношением цена/производительность, a ATM еще дороже, и при ее эксплуатации могут возникнуть проблемы, связанные с со вместимостью.

Совсем иное дело ——Fast Ethernet! Нынешняя стандартизация технологии и широкое распространение продукта позволяют легко преодолевать барьеры на пути к высокоскоростным сетям для большинства организаций. Fast Ethernet является открытой системой, эффективность внедрения которой

постоянно повышается благодаря двум факторам. Во-первых, подобно своей 10-мегабитной предшественнице Fast Ethernet относительно проста (особенно по сравнению с сетевыми технологиями, использующими передачу маркера) и устойчива к сбоям. Во-вторых, что важнее всего, стандарт Fast Ethernet (IEEE 802.Зи) является подлинно международным открытым стандартом, разработанным не единственной компанией и не принадлежащим единственной компании. Это обстоятельство резко отличает данную технологию от других, например, от Token Ring фирмы IBM или 100VG AnyLAN фирмы Hewlett Packard. Открытые стандарты защищают вложения любой компании в технологию, позволяя ей успешно конкурировать на рынке. Право на разработку, производство и продажу продуктов Fast Ethernet не требуется покупать или лицензировать. Любая компания может совершенствовать продукты Fast Ethernet. Эти же факторы позволили в свое время (80-е годы — начало 90-х) стать доминирующей сетевой технологией и 10-мегабитной Ethernet.

Насколько быстра Fast Ethernet

Очевидно, что Fast Ethernet, имея скорость передачи данных 100 Мб/с, работает в 10 раз быстрее обычной сети Ethernet. Тем не менее сказать так — значит сказать очень мало, пока не будет определено соотношение между скоростью и производительностью сети. Как работает Fast Ethernet, что делает ее быстрой, что это означает для пользователя ——вот о чем эта книга.

Важнейшие черты

Будучи корректно установленной, Fast Ethernet позволяет без особых денежных затрат значительно увеличить мощь и полезность вашей ЛВС (локальной вычислительной сети — Local Area Network). Работает она при использовании как медного, так и волоконно-оптического кабеля. Хотя отдельные элементы технологии эволюционировали в течение длительного периода, определяющий ее стандарт IEEE 802.Зи официально был принят 26 октября 1995 года. Одним из самых интересных вопросов по поводу данной технологии является следующий: а что в ней не ново? Fast Ethernet имеет много общего со своей предшественницей, и эта общность означает, что накопленная за многие годы информация применима и к нынешним, и к завтрашним Ethernet-системам.

Естественно, между Ethernet и Fast Ethernet имеются и существенные различия, углубление в природу которых сопряжено для нас с некоторыми сюрпризами. Понятие "увеличение скорости" предполагает нечто большее, чем количественную разницу. Представьте, как изменится техника вождения, если ваш автомобиль внезапно помчится подобно гоночному. Это обстоятельство само по себе продиктует новые привычки вождения.

Правила конфигурирования Fast Ethernet также отличаются от обычно применяемых. Например, концентраторы (hub) стандарта lOBaseT сети Ethernet можно каскадировать различными способами, а в Fast Ethernet они могут только наращиваться, но не каскадироваться. Такие концентраторы называются повторителями класса 1 (repeaters Class-1). Повторитель Fast Ethernet класса 2 может присоединяться лишь к одному такому же повторителю. Пожалуй, наличием повторителей большинство технических различий между Ethernet и Fast Ethernet и ограничивается, но из них следуют гораздо более существенные различия другого рода.

Будучи корректно реализованной, Fast Ethernet является замечательной технологией для использования на многих уровнях сетевой инфраструктуры. Она может обеспечить высокоскоростное соединение на рабочем месте, действовать как магистральная сеть и образовывать высокоскоростные соединения для современных суперсерверов. Мы верим, что знакомство с настоящей книгой позволит читателям понять принципы работы Fast Ethernet и способы ее использования.

Ч1ДО!ЬП

Как работает Fast Ethernet

Прежде чем принять ответственное решение о целесообразности использования Fast Ethernet, вы должны узнать, как она работает. Информация по этой теме разрознена и плохо поддается изложению. Одна из самых сложных проблем для новичка состоит в отделении основной информации от второстепенной и понимании того, в чем необходимо разобраться в первую очередь. Поначалу мы представляли себе эту книгу как путеводитель по "зарослям" информации. Опыт подсказывает, что пользователю необходимо иметь представление о коллизиях, о причинах их возникновения, а знание интригующего факта, что Fast Ethernet стандарта 100Base-TX использует сигналы 3-Level MLT-3 в кодировке 4В5В, вовсе не обязательно. Если вы интересуетесь битами и байтами, то будете счастливы узнать, что такого рода информацию мы поместили в приложение Д.

В части I книги описаны прежде всего компоненты сети Fast Ethernet и их взаимосвязь. Определив тему, мы обсуждаем работу каждого компонента настолько подробно, что вы попутно можете начинать решать собственные проблемы. В отдельных параграфах описаны не только коллизии и причины их возникновения, но и их влияние на производительность сети. В заключение мы собираем всю информацию вместе, анализируя основные характеристики Fast Ethernet.

Наша цель состоит в том, чтобы трансформировать информацию в знания. Получив представление о том, как работает Fast Ethernet и как взаимодействуют ее компоненты, вы сможете разработать действующую сеть, полностью удовлетворяющую вашим требованиям. Мы не предполагаем, что читатели являются знатоками сетей Ethernet (многие из вас будут переходить к использованию Fast Ethernet от Token Ring или FDDI), поэтому не объясняем принципы работы Fast Ethernet, используя термины ее предшественницы. Тем не менее мы часто проводим параллель между Ethernet и Fast Ethernet. Когда это важно для обсуждения, мы даем информацию об Ethernet, работающей со скоростью 10 Мб/с. Если для вас представляет интерес подробное сравнение параметров Ethernet и Fast Ethernet, загляните в приложение А.

Чтобы изучить Fast Ethernet, знать обычную Ethernet не обязательно, но все же важно помнить, что Fast Ethernet является расширением стандарта IEEE 802.3, который обычно называют стандартом Ethernet. Этот стандарт написан в виде статей, напоминающих главы книги. Стандарт Fast Ethernet определен как дополнение и к стандарту 802.3 и вносит изменения в первые 20 статей, а также добавляет к оригиналу 10 новых статей (номера с 21-го по 30-й). Практически все сказанное означает, что Fast Ethernet является более быстрой реализацией стандартной технологии Ethernet. Подобное утверждение корректно, но является чрезмерно общим. Fast Ethernet по крайней мере в той же степени отличается от стандартной Ethernet, в какой и похожа на нее.

Как можно было ожидать, большинство из имеющихся различий обусловлено увеличением скорости работы сети. В следующих главах объясняется, как высокие скорости порождают технологии, являющиеся не только более быстрыми, но и подлинно новыми.

Основы Fast Ethernet

Сети могут быть сложной для восприятия темой, но наша информация излагается с учетом некоторых базовых концепций. В настоящей главе эти концепции даются в сопоставлении с Fast Ethernet. Представлено небольшое количество ключевых сетевых терминов, а также описаны компоненты, из которых состоит ЛВС Fast Ethernet, и принципы их работы. Будут затронуты следующие темы:

определение термина ЛВС;

различия между локальными и глобальными сетями;

что такое топология сети и какая топология применяется в Fast Ethernet;

концепция повторителей и узлов;

введение в кадры и протоколы.

Если у вас уже имеется представление о сетях, эту главу можно спокойно пропустить. В противном случае ее обязательно нужно прочитать.

Локальная вычислительная сеть: определение

Fast Ethernet является технологией локальных вычислительных сетей (Local Area Network, LAN) и служит для обеспечения связи компьютеров на небольшой территории, такой как офис, здание или группа зданий. Fast Ethernet не предназначена для использования в больших регионах, подобных крупному селению или целому городу. Этим она отличается от глобальных вычислительных сетей (Wide Area Networks, WAN), которые являются системами, спроектированными для связи устройств или ЛВС, находящихся на значительных расстояниях друг от друга.

Простое определение ЛВС состоит в том, что это система для непосредственного соединения многих компьютеров. Можно сказать, что в этом определении недостаточно академической точности, но оно практично и вполне соответствует нашим целям. Естественно, данное определение нуждается в

некоторых объяснениях. В частности, более четкого разъяснения требуют четыре слова: система, непосредственный, соединение и многие. Сети являются системами, потому что они состоят из таких компонентов, как кабель, повторители, сетевые интерфейсы, узлы и протоколы. Возможно, вам уже знаком термин концентратор. Терминами концентратор и повторитель часто пользуются как взаимозаменяемыми, но в Fast Ethernet между ними существуют различия. Все эти элементы работают совместно и функционируют как сеть. Если хотя бы один из них отсутствует, то нет и ЛВС,

Термин соединение объяснить легко. Сеть предполагает наличие соединения, т.е. пути, по которому компьютеры обмениваются информацией и/или данными. (Мы могли бы пуститься в абстрактные рассуждения о различии между понятиями информация и данные, но оставим это фанатикам баз данных.) Именно создание соединения является первоочередной задачей ЛВС или любой другой сети. Очень важно, что ЛВС не навязывает ограничений на тип данных, которыми могут обмениваться узлы, за исключением того, что эти данные должны быть цифровыми. Для многих это может показаться мелкой технической деталью, но лишь на первый взгляд. Большинство ЛВС используются для совместной работы с файлами и принтерами. Почти каждый из нас сталкивался с подобной локальной сетью. Однако ЛВС и другие сети способны передавать видеоизображения, телефонные разговоры, а также иную информацию, которая может быть представлена в цифровой форме.

О

дно из наиболее интересных и вызвавших много споров событий, происшедших в Internet в 1995 году,——это появление Internet-телефонии. Первое программное обеспечение, написанное для этой цели студентами-выпускниками колледжа, было бесплатным. Оно позволило передавать по Internet разговор. Первоначально это программное обеспечение действовало подобно полицейской рации: только один человек мог говорить в каждый момент времени, а качество звука было неудовлетворительным. Тем не менее такие переговоры были бесплатными, не зависели от расстояния и требовали лишь наличия звуковой платы и микрофона. Пользоваться программным обеспечением могли даже те люди, которые имели соединение с Internet только через модем (т. е. медленное соединение).

Компании, производящие программное обеспечение (в том числе Netscape, Microsoft, Intel), быстро разобрались в коммерческих преимуществах данной технологии и создали программное обеспечение, работающее почти так же хорошо, как и обычный телефон. Разумеется, некоторые небольшие телефонные компании, обеспечивающие дальние переговоры, были обеспокоены этим обстоятельством и обратились в федеральное правительство с просьбой запретить использование такой технологии. К счастью, федеральная комиссия по связи отказалась это сделать. Интересен и тот факт, что большие компании типа MCI, AT&T и Sprint не протестовали. Они обеспечивали большинство передач через Internet и в любом случае не терпели убытков.

Объяснить термин многие также нетрудно. Сеть не является сетью, если не содержит двух или более компьютеров. В ней, конечно же, могут быть и другие устройства, например принтеры. Имея в виду устройства, подключенные к сети, мы используем общий термин узлы. Узел связывается с ЛВС с помощью сетевого интерфейса. Таким образом, локальная сеть непосредственно соединяет многие узлы.

Слово непосредственно имеет исключительное значение в определении ЛВС. Именно непосредственное соединение делает сеть локальной. "Непосредственно" означает, что любой узел ЛВС может обмениваться информацией с любым другим узлом без задействования как посредника третьего узла или какого-либо устройства, в противоположность глобальным сетям, использующим для связи локальных сетей или других устройств шлюзы.

Рис. 7. /. Локальные и глобальные сети

На рис. 1.1 показаны три ЛВС, соединенные посредством двух связей глобальной вычислительной сети (ГВС). Узлы каждой ЛВС могут контактировать друг с другом непосредственно. Когда же узел ЛВС 1 связывается с узлом ЛВС 3, данные должны пройти через два шлюза. Узлы различных ЛВС должны иметь информацию о наличии шлюза и при необходимости взаимодействовать с ним. Другое общепринятое название шлюза — маршрутизатор. Однако при использовании данного термина следует помнить, что любой маршрутизатор является шлюзом, но не всякий шлюз является маршрутизатором. Более подробно о маршрутизаторах рассказано в главе 13.

В отдельной локальной сети Fast Ethernet (или какой-либо другой ЛВС) любые два устройства могут связываться непосредственно, поскольку они используют общую среду передачи. Обычно такой средой служит кабель и/или иное устройство, физически соединяющее все компьютеры в сети. Другими словами, Fast Ethernet ——это технология обшей среды. Все узлы ЛВС используют одну среду передачи и одни правила передачи данных. Основной чертой локальной сети является то, что любые два узла, нуждающиеся в обмене данными, не обязаны связываться через промежуточные устройства.

(Примером прямой связи, или связи любой с любым [обычно говорят многие со многими], является одаоранговая сеть (Peer-to-Peer Network), обеспечиваемая, в частности, операционной системой Microsoft Windows 95.) Любые два компьютера в такой сети могут совместно использовать ресурсы. Классическим примером, соответствующим данной ситуации, является отображение дисков (drive mapping) или совместное использование дисков (drive sharing). Так, если логический диск К: компьютера Боба отображен на один из дисков компьютера Карины и Боб записывает на указанный диск файл, созданный текстовым процессором, то этот файл помещается на компьютер Карины. Важно отметить, что это происходит без вмешательства других машин сети: компьютеры Карины и Боба взаимодействуют друг с другом непосредственно.

Многие известные технологии ЛВС, такие как Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG AnyLAN и ArcNET, удовлетворяют приведенному определению. Каждая из них используется для создания локальной сети, но все они существенно отличаются друг от друга, имеют различные правила работы и топологию.

Топология Fast Ethernet

ЛВС является локальной, потому что все компьютеры в ней связаны общей средой. Для сетей каждого типа характерны правила, которые определяют физическую связь ее компонентов друг с другом и называются топологическими правилами. Существуют три основных вида сетевой топологии: концентратор и луч (Hub and Spoke; часто ее называют просто звездой), кольцо и шина (рис. 1.2), Компьютеры в Fast Ethernet подобно сети 10Base-T Ethernet физически соединены с использованием первой топологии. Мы будем использовать термин *'звезда" для обозначения топологии "концентратор и луч" как более распространенный.

ШинаШина

Шина

Шина

Fast Ethernet и ее предшественница Ethernet действуют в качестве шинных сетей. Другими словами, Fast Ethernet физически использует топологию звезда, а логшгески действует как шинная сеть в силу исторических причин. В первых сетях Ethernet, от которых происходит Fast Ethernet, все узлы были присоединены к единственному сегменту кабеля Т-образными соединителями (T-connector). В первых сетях Ethernet использовался толстый коаксиальный кабель. Оба его конца заканчивались (рис. 1.3) устройством, которое имело название оконечная нагрузка (terminator). Описанная конфигурация называется 10Base-2 Ethernet или тонкий Ethernet. Существуют и другие шинные технологии Ethernet, в частности 10Base5, часто называемая толстый Ethernet, в которой используется толстый желтый кабель.

ОконечнаяОконечнаяУзлыУзлыТ-образный соединительТ-образный соединитель

Оконечная

Оконечная

Узлы

Узлы

Т-образный соединитель

Т-образный соединитель

нагрузка

Рис. /.3. Шинная сеть Ethernet 10Base-2

Нетрудно догадаться, что такая схема соединения имеет определенные ограничения. Самой большой проблемой является прокладка единого куска кабеля по всему зданию. Следующая проблема состоит в том, что при возникновении разрыва или другого повреждения в любом месте кабеля вся ЛВС выходит из строя. Первые локальные сети Ethernet не могли быть очень большими из-за ограничений на длину кабеля. Чтобы обеспечить возможность увеличивать сеть, была введена концепция повторителя (рис. 1.4). Первые повторители представляли собой устройства, соединяющие два сегмента кабеля для образования одной ЛВС.

Повторители не просто соединяли два куска кабеля, но и фильтровали электрические сигналы, проходящие между сегментами. Первые повторители имели еще одно преимущество: если в каком-либо участке кабеля возникали проблемы (например, короткое замыкание), то узлы, подключенные к другим сегментам, могли взаимодействовать между собой по-прежнему. Этот прием называется разбиением (partitioning) и используется в современных сетях Ethernet и Fast Ethernet для изоляции сетевых компонентов, которые могут вызывать проблемы. Хотя повторители физически соединены с сегментами кабеля, они являются электрическими устройствами низкого уровня. невидимыми для узлов. Поэтому вся система действует как единая ЛВС.

В более новой технологии (мы имеем в виду lOBase-Т) введена концепция повторителя-концентратора, обычно называемого просто концентратором (hub) или повторителем (repeater). Концентратор — это устройство, к которому присоединяется каждый узел сети вместо того, чтобы присоединяться Т-образным соединителем к общему кабелю (рис. 1.5).

Узлы

Концентратор занимает место, отведенное в шинной сети кабелю и Т-образным связям. Каждый узел присоединяется к концентратору отдельным кабелем (рис. 1.3). Внутри концентратора имеется цифровая шина, к которой через порт повторителя присоединяются все узлы. Внутренняя цифровая шина занимает место, отведенное коаксиальному кабелю в шинной сети. Порты повторителя предназначены для выполнения тех же функций, что и повторители шинной сети (рис. 1.4). Различие между ними заключается в том, что концентратор имеет не два, а много (до 32) портов. В случае сетей Ethernet эта технология называется lOBase-Т, а в случае Fast Ethernet — 100Base-T.

Использование концентратора дает некоторые преимущества и упрощает прокладку кабелей. Причем установить концентратор значительно проще, так как соединения идут от центра к каждому узлу сети. Подобным образом устроены все телефонные системы. Кроме того, для соединения узлов с концентратором используется недорогая неэкранированная витая пара. В технологии lOBase-Т для этой цели применялся обычный телефонный кабель, что значительно упрощало прокладку сети в старых зданиях. Часто потребность в прокладке нового кабеля отпадала вовсе, так как сигналы

проходили по уже существующему телефонному кабелю. Витая пара может использоваться и в Fast Ethernet (более подробно о прокладке кабелей см. в приложениях Д и Е).

Использование дешевой витой пары действительно снижает стоимость сети. Однако самое большое преимущество концентраторов состоит в том, что они в определенной мере являются ''интеллектуальными" устройствами, контролирующими каждое соединение в сети. К тому же повторители Ethernet и Fast Ethernet обладают многими новыми возможностям. Правда, в то время как Ethernet поддерживает две физические топологии — шину и звезду, Fast Ethernet поддерживает только звезду. Сеть Fast Ethernet не может работать на коаксиальном кабеле.

О

дна из общих черт Ethernet и Fast Ethernet состоит в том, что узлы и повторители способны проверять целостность соединения. При правильном подсоединении кабеля включается индикатор (как правило, светодиод). Многие концентраторы, как уже отмечалось ранее, автоматически отсоединяют узлы, вызывающие слишком много проблем в сети.

В дальнейшем вы будете часто встречать термины концентратор и повторитель. При работе с Ethernet и Fast Ethernet эти термины взаимозаменяемы. В случае других технологий они часто означают различные вещи. Концентратор обычно расположен в центре, и к нему ведут все соединения от узлов. Концентраторы часто являются просто механическими устройствами для соединения кабелей и обеспечения их оконечной нагрузки. Вы наверняка видели телефонные стояки, являющиеся одной из форм проводного концентратора. В технологии FDDI используется термин concentrator, в Token Ring — термин MAU (Media Access Unit, устройство доступа к среде), а в 100VG AnyLAN и ARCNet — термин hub.

В Ethernet и Fast Ethernet повторитель — это устройство, копирующее (повторяющее) электрические сигналы, проходящие между двумя или более устройствами. Ранние двухпортовые повторители просто соединяли два сегмента коаксиального кабеля. Концентраторы-повторители Fast Ethernet совмещают функции концентратора и повторителя. Для удобства в дальнейшем мы будем называть их просто повторителями, так как именно этот термин употребляется в спецификации Fast Ethernet. Повторитель может быть выполнен в виде отдельного блока либо платы, встраиваемой в большее шасси. Иногда он собирается из отдельных устройств, называемых наращиваемыми концентраторами (stackable hubs). Более подробная информация о повторителях Fast Ethernet приведена в главе 11.

Передача u получение кадров

Узлы взаимодействуют друг с другом путем обмена кадрами (frames). В Fast Ethernet кадр является базовой единицей обмена по сети ——любая информация, передаваемая между узлами, помещается в поле данных одного или нескольких кадров. Пересылка кадров от одного узла к другому возможна лишь при наличии способа однозначной идентификации всех узлов сета. Поэтому каждый узел в ЛВС имеет адрес, который называется его МАС-адресом. Этот адрес уникален: никаких два узла локальной сети не могут иметь один и тот же МАС-адрес. Более того, ни в одной из технологий ЛВС (за исключением ARCNet) никаких два узла в мире не могут иметь одинаковый МАС-адрес, Чтобы получить более подробную информацию об адресации, см. главу 4. Любой кадр содержит по крайней мере три основные порции информации: адрес получателя, адрес отправителя и данные. Некоторые кадры имеют и другие поля, но обязательными являются лишь три перечисленные (рис. 1,6).

Адрес получателя

Адрес отправителя

Данные

Рис. 1.6. Элементы кадра

В качестве примера рассмотрим ЛВС, в состав которой наряду с другими входят станции Альфа и Бета. Когда станции Альфа необходимо передать данные на станцию Бета, она создает кадр, содержащий адрес получателя (адрес Беты), адрес отправителя (ее личный адрес) и собственно данные. Затем Альфа передает этот кадр. Так как Альфа и Бета присоединены к одной и той же физической среде, то Бета получит кадр. Хорошим примером является кабельная шинная сеть Ethernet 10Base-2. Когда один из узлов начинает передавать кадр, то все узлы сети слышат это и получают этот кадр, потому что они присоединены к общему кабелю (рис. 1.7).

Рис.丄 7. Каждый узел получает все кадры

Использование единого кабеля накладывает важное ограничение: в каждый момент времени может передавать лишь один узел. Если какой-либо узел пытается передать кадр одновременно с другим узлом, то сигналы в кабеле искажаются и данные, которые передают оба узла, теряются. Подобная ситуация имела место в старых телефонных линиях. Во всех технологиях ЛВС имеется совместно используемая среда и приходится сталкиваться с подобной проблемой. Не является исключением в этом смысле и Fast Ethernet. В любой локальной сети что-то должно управлять очередностью передач — в противном случае ЛВС будет напоминать комнату, полную людей, которые пытаются говорить одновременно, и никогда не заработает. Для решения этой проблемы в каждой технологии ЛВС предусмотрен набор правил, определяющих порядок передачи для каждого из узлов,— правила доступа к среде. В Fast Ethernet они называются CSMA/CD и полностью описаны в главе 5. Эти правила s точности реализуются повторителем. Как показано на рис. 1.8, узлы присоединены к повторителю. Система работает точно так же, как и сеть с кабельной шиной (рис. 1.7).

Рис. /.£ Повторитель работает подобно кабельной шине

Первый порт получает данные, переданные Альфой, и повторяет (копирует) их во все остальные порты. Следовательно, все узлы в.сети Fast Ethernet получают все передаваемые по ней кадры. В этом заключается важная черта как Fast Ethernet, так и обычной Ethernet: устройства, подобные переключателям и мостам, должны воспринимать все передаваемые по ЛВС кадры. Это означает, что узлы X, Y и Z также получат кадры, которые Альфа передает Бете. Несомненно, им эти кадры не нужны, однако повторитель об этом не знает. Кадр, с его точки зрения,——это последовательность битов, которая должна прийти в один порт и быть скопирована во все остальные.

Узлы для определения адресованных им кадров используют механизм, имеющий название фильтрация. При получении кадра узел сравнивает адрес получателя со своим собственным. Если адреса отличаются, то узел игнорирует (отбрасывает) кадр. В противном случае кадр принимается и обрабатывается. Иногда эту операцию называют копированием, поскольку кадр действительно копируется из ЛВС в память узла.

В любой сетевой технологии предусмотрен специальный, так называемый широковещательный адрес (broadcast address). Если узел передает кадр, у которого адрес получателя совпадает с широковещательным, то все узлы будут копировать и обрабатывать данный кадр. В Fast Ethernet широковещательный адрес — это адрес, у которого все 48 битов установлены в 1 (см. главу 4). Подобный метод адресации является фундаментальным во всех технологиях ЛВС и широко применяется для достижения многих целей. Чаше всего этот способ, также называемый открытием, используется при поиске необходимых ресурсов в сети. Например, в одноранговой сети в Windows 95 ваш компьютер сможет применить широковещательный адрес для поиска других компьютеров.

Узел может также работать в специальном режиме, имеющем название циркулярный режим. В этом режиме он отключает фильтрацию и копирует все полученные кадры, независимо от их адресов получателя. Обычно этот режим используется для диагностики (один компьютер, присоединенный к сети, может отслеживать все движение по ней), измерения производительности, сбора информации об ошибках и других полезных сведений. Такие устройства, как мосты, переключатели и зонды удаленного мониторинга, также действуют в циркулярном режиме.

Протоколы: правила движения

Обмен кадрами ——это основной метод связи по сети. Для того чтобы узлы могли обмениваться данными, существуют правила, определяющие порядок пересылки кадров и информацию, которая должна присутствовать в поле данных каждого из них. Набор правил, управляющих взаимодействием компьютеров, называется протоколом. При обмене информацией между двумя компьютерами в любой сети используется по крайней мере один протокол, а часто и более.

Давайте рассмотрим в качестве примера, как открывается и читается файл. В любой сети подобные действия происходят достаточно часто. Если вы для этой цели используете текстовый процессор, электронную таблицу или систему управления базами данных, то два вовлеченных в процесс компьютера обменяются серией кадров. Понадобятся такие виды кадров:

команда открытия;

реакция на команду открытия;

команда чтения;

реакция на команду чтения.

Процесс происходит следующим образом: узел Альфа (ваш компьютер, на котором работает текстовый процессор) посылает команду открытия узлу Бета (серверу). Команда открытия содержит один набор данных ——имя файла, который необходимо открыть. Этот кадр требует от Беты открыть файл и возвратить ответ (реакцию) Альфе (рис. 1.9).

Альфа

—► Бета

Адрес Беты

Адрес Альфы

Открыть файл "Ietter.txt"

Получатель

Отправитель

Данные

Рис, /. 9. Команда открытия

Реакция на команду открытия очень важна. Она информирует узел Альфа, была ли посланная Бете команда открытия успешной. Например, если пользователь указал имя несуществующего файла, то Бета должна вернуть Альфе сообщение об ошибке (рис. 1.10). Мы же предположим, что файл Ietter.txt действительно существует и Бета возвращает Альфе сообщение об успешном завершении операции. Бета знает узел, которому должна отправить ответ, — она обнаружила его адрес в поле ''Отправитель'* кадра, содержащего команду открытия.

Альфа ^Бета

Адрес Альфы

Адрес Беты

Успешное открытие

Получатель ОтправительДанные

Рис. /. 10. Успешное открытие

Открыв файл. Альфа должна прочитать его. Но прежде она посылает команду чтения, содержащую две порции информации, а именно: с какого места файла должно быть начато чтение и сколько символов нужно считать. Как и в.случае команды открытия, Бета ответит на запрос Альфы прочитать файл. Ответом может быть и сообщение об ошибке, но в нашем случае это первые 200 символов файла Ietter.txt (рис. 1,11 и 1.12).

Альфа► Бета

Адрес Беты

Адрес Альфы

Считать 200 символов от начала файла

Получатель ОтправительДанные

Рис. 7.7/. Команда чтения данных

Альфа ◄Бета

Адрес Альфы

Адрес Беты

200 символов от начала файла

Получатель ОтправительДанные

Мы привели очень простой пример, оставивший без внимания множество технических нюансов, однако он иллюстрирует фундаментальный принцип работы сетевых протоколов команда/реакция. Почти всегда взаимодействие в сети можно представить в виде команд и реакций. Одни сетевые протоколы очень сложны, другие, наоборот, весьма просты. В частности, сетевые возможности систем Microsoft Windows, Windows 95 и Windows NT, с точки зрения пользователя, элементарны, но на самом деле они базируются на весьма сложном наборе протоколов, к которому относятся протокол 802.2 LLC Туре-2, протокол NetBEUI (произносится как нет-буу-ии) и протокол SMB (Server Message Block — блок сообщений сервера) фирмы Microsoft. Эти сложные протоколы произошли от протоколов, разработанных фирмой IBM во второй половине 80-х годов, когда Microsoft и IBM были партнерами.

Протокол HTTP (Hyper Text Transport Protocol — протокол передачи гипертекста) предназначен для чтения Web-страниц при помощи WWW- броузера типа Netscape Navigator, Mosaic или Microsoft Internet Explorer. Он настолько прост, что почти не отличается от только что проиллюстрированной концепции. Одна из причин, по которой так хорошо и успешно работает Internet, заключается в простоте используемых ею сетевых протоколов. Протоколы TCP/IP и HTTP совершенно не сложные. Сети — это одна из тех замечательных систем, где простое решение зачастую бывает самим быстрым, самым устойчивым к сбоям и наиболее легко внедряемым.

Протоколы и кадры относятся к различным логическим уровням коммуникационной системы. Кадр — это механизм низкого уровня, привязанный к специфической технологии оборудования. В сетях Ethernet и Fast Ethernet используется один и тот же формат кадра, отличающийся, однако, от формата, характерного для сетей Token Ring и FDDI. Сетевой протокол —— это механизм более высокого уровня, не зависимый от технологии более низкого уровня. Так, протоколы TCP/IP и HTTP могут работать почти с любыми низкоуровневыми кадрами или сетевыми технологиями. Способ, при помощи которого увязываются механизмы системы высокого и низкого уровней, часто называют иерархией.

Приведенные примеры иллюстрируют основы любой технологии ЛВС. Концепция системы и ее составляющих применима, конечно же, и к Fast Ethernet, поскольку повторители, среда, узлы, сетевой интерфейс и протоколы работают совместно и превращают ее в функционально завершенную сетевую систему.

Концепции уровней и иерархии также фундаментальны и отражают системный подход к сетям. Эти идеи очень важны и проникают во все сетевые технологии. Часто самым главным вопросом при изучении Fast Ethernet и других сетевых технологий является не то, как работает каждая составляющая, а то, как она взаимодействует с другими составляющими, образуя сетевую систему.

Составляющие сети Fast Ethernet

Составляющие сети Fast Ethernet могут быть классифицированы различными способами. Большинство производителей описывают Fast Ethernet с помощью терминов, характеризующих ее физические составляющие, такие как сетевые интерфейсные платы, повторители, переключатели и маршрутизаторы.

Существует также стандартная сетевая модель, так называемая эталонная модель OSI (OSI Reference Model), которая используется для классификации и описания составляющих сети безотносительно к технологии.

Физические и логические составляющие Fast Ethernet перечислен!; ниже.

Физические составляющиеЛогические составляющие

УзлыКадры

ПовторителиПравила доступа к среде

Сетевые интерфейсные кабели (среда) Сетевые протоколы

Для создания работающей системы Fast Ethernet необходимы все указанные составляющие. В большинстве рекламных материалов и журнальных статей приводятся сведения именно о физических составляющих. Производители уделяют больше внимания именно этим частям системы потому, что они приносят им заработок. Логические составляющие так же важны, как и физические, однако они часто выпадают из поля зрения, поскольку обычно не являются товаром. Кадры и правила доступа к среде никогда не продаются, так как это всего лишь определения. Протоколы ——это тоже определения, но они должны быть реализованы в виде программного обеспечения. Часто протоколы являются частью операционной системы (например, Windows 95, Windows NT или Novell Netware).

Три другие необязательные составляющие (приведены ниже) также часто используются при создании ЛВС на основе Fast Ethe^iet. Без них действительно трудно создать такую сеть, разве что очень маленькую.

Физические составляющиеЛогическая составляющая

ПереключателиУправление сетью

Маршрутизаторы

Сеть Fast Ethernet физически очень проста. Она состоит из узлов, сетевых интерфейсов, кабелей и повторителя (рис. 1.13). Узлами могут быть, например, компьютер, принтер, маршрутизатор или мост. Повторитель является центральной составляющей сети Fast Ethernet, и именно к нему должны подсоединяться узлы. Другими словами, это центр топологии звезда или кабельный концентратор. Узлы при сое ди ня ются к повторителям, как и к повторителям Ethernet 10Base-T, кабелем. Сетевой интерфейс ——это именно то, что соединяет узел с повторителем через кабель. Узлы могут иметь бо.;сс

одного сетевого интерфейса, но каждый такой интерфейс принадлежит единственному узлу.

КабельКабельСетевой интерфейсСетевой интерфейс

Кабель

Кабель

Сетевой интерфейс

Сетевой интерфейс

Рис. /. 13. Основные составляющие сети

С

ледует отличать узел от сетевого интерфейса. Термин "узел" определяет отдельное устройство, присоединенное к сети, такое как компьютер, принтер или нечто еще, подобное компьютеру. Узел присоединяется к сети через собственный сетевой интерфейс, используя его для отправки и получения кадров. Сетевые интерфейсы обычно называются сетевыми адаптерами или сетевыми интерфейсными платами. Как правило, сетевые интерфейсы ——зто дополнительные платы, но они могут быть встроены и в материнские платы либо другие устройства типа принтера или рабочей станции.*

В Fast Ethernet обычно используют кабель трех видов: высококачественный категории 5 (наиболее распространен), категории 3 более низкого качества и волоконно-оптический. Стандарты 100Base-TX и 100Base-FX очень похожи между собой и различаются лишь электронными компонентами для передачи и получения низкоуровневых сигналов. Электронные компоненты стандарта 100Base-TX (или просто ТХ) предназначены для работы с медным кабелем категории 5, а стандарта 100Base-FX (или просто FX) — с волоконно-оптическим кабелем. В остальном же ТХ и FX идентичны и часто обозначаются как 100Base-X. Стандарт 100Base-T4 совсем иной и предполагает использование кабеля более низкого качества — категории 3.

Fast Ethernet имеет много общего с обычной Ethernet. В ней, например, используется тот же формат кадра (802.3), что и в старой сети. Кадр включает адреса получателя и отправителя, а также поля длины, данных и контрольной последовательности кадра. В Fast Ethernet применяются те же правила доступа к среде, что и в Ethernet. Они называются CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection — множественный доступ с контролем несущей и предупреждением конфликтов) и определяют порядок передачи данных в сети. Именно потому, что в Fast Ethernet действуют те же правила доступа к среде и тот же формат кадра, что и в Ethernet, некоторые пользователи утверждают, что Fast Ethernet подобна Ethernet. Это утверждение верно лишь частично. Fast Ethernet действительно похожа на Ethernet,

но между ними имеются некоторые существенные различия, описанные более подробно в следующих главах. Наиболее характерной особенностью Fast Ethernet является ее прозрачность для протоколов TCP/IP и IPX. Чтобы обеспечить работу этих протоколов в сетях Fast Ethernet, не нужно писать новое программное обеспечение, вводить новый уровень трансляции или инкапсуляции — Fast Ethernet спроектирована с учетом полной совместимости со своей старшей кузиной Ethernet.

Как взаимодействуют физические составляющие сети Fast Ethernet между собой, показано на рис. 1.14. Было бы интересно сопоставить их с элементами компьютерной системы, работающей под управлением Windows 95 или NT. Например, если броузеру Netscape Navigator необходимо послать запрос на чтение страницы из Web, он использует протокол TCP/IP, который разбивает сообщение на кадры и передает их драйверу LLC для транспортировки. Драйвер совместно с сетевым интерфейсом (NIC) передает кадры по сети (рис. 1.15).

Узел

厂厂Г厂厂ГПовторительПовторительОперационнаясистема и приложенияОперационнаясистема и приложенияПротоколыПротоколыОперационнаясистема иприложенияОперационнаясистема иприложенияОперационнаясистема и приложенияОперационнаясистема и приложенияЛогическое управлениесвязью LLC (драйвер)Логическое управлениесвязью LLC (драйвер)Управление доступомк среде МАСУправление доступомк среде МАСБазовый повторитель стандарта 100Base-TБазовый повторитель стандарта 100Base-TСогласование-PCS 'РМА~ГШ5- AUTONEGСогласование-PCS 'РМА~ГШ5- AUTONEGПротоколыПротоколыЛогическое управление связью LLC (драйвер)Логическое управление связью LLC (драйвер)Управление доступом к среде МАСУправление доступом к среде МАСmи十PHY-jk-MDI 亠mи十PHY-jk-MDI 亠СогласованиеСогласованиеPCS~AUTONEGPCS~AUTONEGPCSIРМАPMDPCSIРМАPMD|ЦЩ5ЩЗс|||ЦЩ5ЩЗс||PCSIРМАPMDPCSIРМАPMDСтандарт Fast Ethernet (802.310Стандарт Fast Ethernet (802.310

厂

厂Г

厂

厂Г

Повторитель

Повторитель

Операционнаясистема и приложения

Операционнаясистема и приложения

Протоколы

Протоколы

Операционнаясистема иприложения

Операционнаясистема иприложения

Операционнаясистема и приложения

Операционнаясистема и приложения

Логическое управлениесвязью LLC (драйвер)

Логическое управлениесвязью LLC (драйвер)

Управление доступомк среде МАС

Управление доступомк среде МАС

Базовый повторитель стандарта 100Base-T

Базовый повторитель стандарта 100Base-T

Согласование

-PCS 'РМА

~ГШ5- AUTONEG

Согласование

-PCS 'РМА

~ГШ5- AUTONEG

Протоколы

Протоколы

Логическое управление связью LLC (драйвер)

Логическое управление связью LLC (драйвер)

Управление доступом к среде МАС

Управление доступом к среде МАС

mи十

PHY-j

k-MDI 亠

mи十

PHY-j

k-MDI 亠

Согласование

Согласование

PCS

~

AUTONEG

PCS

~

AUTONEG

PCSI

РМА

PMD

PCSI

РМА

PMD

|ЦЩ5ЩЗс||

|ЦЩ5ЩЗс||

PCSI

РМА

PMD

PCSI

РМА

PMD

Стандарт Fast Ethernet (802.310

Стандарт Fast Ethernet (802.310

СредаСреда

Рис. 7.74 Система Fast Ethernet

В общих словах, средства верхнего уровня сетевой системы имеют дело с данными приложений, такими как Web-страницы, файлы, электронная почта и печать. Средства среднего уровня занимаются переводом информации уровня приложения в формат, подходящий для приема и передачи по сети. Они также помогают узлам найти друг друга в сети и вести "осмысленный" обмен. Средства нижнего уровня занимаются непосредственным физическим приемом и передачей данных по сети. Данные "циркулируют" сквозь уровни вверх и вниз. На каждом уровне используются определенные интерфейсы для общения со смежными уровнями. В терминологии Microsoft

такие интерфейсы называются API (Application Programming Interfaces —— интерфейсы прикладных программ). Возможно, с двумя из них, NetBIOS и WinSock, вы уже знакомы.

0ssKodsj0ssKodsjфххфтфсофюоSOH-LEdguvфххфтфсофюоSOH-LEdguv°0Hied」03 匚°0Hied」03 匚Операционнаясистема и приложенияОперационнаясистема и приложенияNetscape NavigatorNetscape NavigatorWindows 95 или NTTCP/IP, IPX, NetBEUIСетевой адаптер (драйвер)NDIS версии 3.0 или 4.0Windows 95 или NTTCP/IP, IPX, NetBEUIСетевой адаптер (драйвер)NDIS версии 3.0 или 4.0Логическое управление связью LLC (драйвер)Логическое управление связью LLC (драйвер)Управление доступомУправление доступомк среде МАСк среде МАСПротоколыПротоколыСогласованиеСогласованиеМПМПPHYPHYJMDIJMDIPCS~"РМА~PMD~ AUTONEGPCS~"РМА~PMD~ AUTONEGСетеваяинтерфейснаяплата (NIC)Сетеваяинтерфейснаяплата (NIC)Уровни OS- 3-7 Уровни OS- 1 м 2Уровни OS- 3-7 Уровни OS- 1 м 2

0ssKodsj

0ssKodsj

фххфтфсофюоSOH-LEdguv

фххфтфсофюоSOH-LEdguv

°0Hied」03 匚

°0Hied」03 匚

Операционнаясистема и приложения

Операционнаясистема и приложения

Netscape Navigator

Netscape Navigator

Windows 95 или NTTCP/IP, IPX, NetBEUIСетевой адаптер (драйвер)NDIS версии 3.0 или 4.0

Windows 95 или NTTCP/IP, IPX, NetBEUIСетевой адаптер (драйвер)NDIS версии 3.0 или 4.0

Логическое управление связью LLC (драйвер)

Логическое управление связью LLC (драйвер)

Управление доступом

Управление доступом

к среде МАС

к среде МАС

Протоколы

Протоколы

Согласование

Согласование

МП

МП

PHY

PHY

JMDI

JMDI

PCS~"РМА~

PMD~ AUTONEG

PCS~"РМА~

PMD~ AUTONEG

Сетеваяинтерфейснаяплата (NIC)

Сетеваяинтерфейснаяплата (NIC)

Уровни OS- 3-7 Уровни OS- 1 м 2

Уровни OS- 3-7 Уровни OS- 1 м 2

Рис. Л15. Детальная схема узла

При создании ЛВС на основе технологии Fast Ethernet часто используют еще три важных компонента: управление сетью, переключение кадров и маршрутизацию. Хотя в противоположность другим составляющим они и не являются абсолютно необходимыми, но часто бывают незаменимыми при создании сети на основе Fast Ethernet (кроме простейших).

Управление сетью включает протокол SNMP (Simple Network Management Protocol ——простой протокол управления сетью) и формат представления данных ASN.1 (Abstract Syntax Notation 1 — абстрактное описание синтаксиса), который используется для описания объектов и структур данных в сетевом устройстве или составляющей. Сами описания хранятся в текстовых файлах формата ASCII, которые называются MIB (Management Information Base — базы управляющей информации). Объекты и структуры данных, относящиеся к конкретному устройству или составляющей, могут быть обновлены и/или модифицированы при помощи протокола SNMP. Устройство называется управляемым, если оно может взаимодействовать с протоколом SNMP и воспринимать данные, описанные в MIB.

Используя SNMP, можно, например, скопировать с повторителя кадры, переданные по сети и полученные любым портом. Кроме того, любой порт управляемого повторителя можно включить или отключить. Управляемые устройства часто поддерживают исключительно сложные MIB, содержащие

весьма подробную информацию об функционировании этих устройств, и позволяют осуществлять очень точное управление.

Переключатель кадров, или просто переключатель,——это устройство, предназначенное для объединения отдельных локальных сетей Fast Ethernet, часто называемых сегментами, в большие системы, называемые SLAN (Switched Local Area Network — переключаемая ЛВС). Существует много причин использования переключателей, но главная из них состоит в том, что таким образом можно обеспечить лучшее управление пропускной способностью сети. SLAN сложнее обычной ЛВС, однако, с точки зрения узла, она работает так же. Переключатели могут выполнять и другие функции, в частности обеспечивать связь с сетями других типов или создавать физически очень большие локальные сети Fast Ethernet. Эти устройства называются переключателями кадров, поскольку работают с кадрами Ethernet и Fast Ethernet, а не с протоколами высокого уровня.

Маршрутизация напоминает переключение кадров и также используется для связи между ЛВС. В отличие от переключения кадров, работающего на низком уровне, маршрутизация применяется на более высоком уровне сетевых протоколов. Хотя маршрутизаторы также предназначены для связи ЛВС, но способ их использования совсем иной. Маршрутизаторы могут применяться для связи ЛВС различных типов, например, Fast Ethernet и Token Ring. Они также могут быть задействованы в качестве шлюзов для связи систем на больших территориях, таких как город или страна. Internet является огромной маршрутизируемой сетью. Когда вы открываете Web- страницу, то информация доставляется к вам через маршрутизаторы и на пути от своего источника к вашему компьютеру может пройти через мириады систем и интерфейсов, использующих различные технологии.

Эталонная модель OSI

Модель OSI была была разработана в 1977 году Международной организацией стандартизации и стала основой для определения того, как взаимодействуют системы в сети. Она описывает формальную иерархию, или систему из семи уровней, и определяет функции уровней, каждый из которых соответствует одной из логической функции связи между системами. Каждый уровень выполняет определенный класс задач и обращается к более низкому уровню для выполнения более примитивных задач (ближе к аппаратным средствам). Каждый уровень предусматривает также возможность обращений к более высокому уровню. Так, протокол TCP/IP использует сетевой интерфейс для посылки и получения сетевых кадров. Работает он на уровнях с 3-го по 6-й. Как обычно изображаются семь уровней модели OSI, показано на рис. 1.16.

Указанные семь уровней модели могут определяться многими способами. Поиск в Web по ключевым словам "OSI Reference Model" даст ссылки более чем на 200 страниц, каждая из которых описывает модель по-своему. Если вы хотите больше узнать о модели, то многократный поиск в Web — хороший способ достичь этого. Одна из причин, по которой модель стала такой популярной, состоит в ее исключительной гибкости и свободе интерпретации. Для Fast Ethernet уровни модели можно определить следующим образом:

7-й — прикладной уровень — объединяет предназначенные для пользователей системы или приложений сетевые службы высокого уровня, а именно: службу файлов и печати, службы Web, службу FTP, службу регистрации на сетевом сервере;

6-й — уровень представления данных — содержит службы преобразования данных для программного обеспечения более высокого уровня. Ранее функции этого уровня обеспечивали перекодировку символов (например, из EBCDIC в ASCII), сейчас они обеспечивают также шифрование и дешифрирование данных. К этим службам, в частности, относятся Secure Socket Layer фирмы Netscape и PCT API фирмы Microsoft;

5-й — сеансовый уровень — обеспечивает механизм установления, поддержания и завершения связи между узлами в сети. Связь часто называется сеансом или переговоров. Сеансы используются в сетевом программном обеспечении высокого уровня;

П

рименение API Winsock 2.0 наиболее предпочтительно для доступа к сети из Windows 95 и NT, особенно для приложений Internet, использующих протокол TCP/IP. Он обеспечивает работу служб с 4-го по 7-й уровень для таких программ, как Netscape Navigator или Microsoft Internet Explorer.

4-й — транспортный уровень ——обеспечивает механизм устойчивого к сбоям обмена информацией между двумя или более узлами сети. Уровень обеспечивает транспортировку данных от узла к узлу, препятствует возникновению ошибок, потерям и дублированию. Например, если ваш компьютер посылает серверу сообщения А, Б и В, то транспортный

уровень проверяет, получил ли сервер эти сообщения именно в указанном порядке. Вы скажете, что такое требование является очевидным по отношению к любой системе связи, но достичь этого труднее, чем может показаться на первый взгляд. Подумайте, через какое количество устройств проходят данные всякий раз, когда вы открываете новую Web- страницу. Большинство действий протокола на узле осуществляется на транспортном уровне;

3-й — сетевой уровень ——исключительно важен. Он обеспечивает механизм, позволяющий более высоким уровням не зависеть от технологий передачи данных на 1-ми 2-м уровнях. Он также скрывает пути прохождения информации к конечному пункту (маршрутизацию). Например, все три протокола, широко используемые в Windows 95 и NT (TCP/IP, IPX и NetBEUI) работают с сетями Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, ARCNet, FDD1, ATM, ISDN и XDSL (основные сетевые технологии). Для некоторых систем (например, Ethernet или Fast Ethernet) сетевой уровень очень простой, а для ATM и ISDN он очень сложен. В частности, для сети ISDN на сетевом уровне необходимо определять, как и когда набрать другой номер ISDN и когда положить трубку.

2-й — канальный уровень ——обеспечивает доступ к физической сети из верхних уровней. В случае Fast Ethernet это уровни LLC, МАС и PHY (рис. 1.14). Структура кадра Fast Ethernet также является элементом канального уровня. Средства канального уровня определяют, когда узел может передать информацию и какие сведения должны быть переданы ему самому. Основной объем работы при проектировании Fast Ethernet относится к канальному уровню.

1-й — физический уровень ——задает механические соединения, электрические сигналы и тип среды, используемые для передачи данных. В случае Fast Ethernet стандартами физического уровня являются lOOBase- ТХ, 100Base-T4, 100Base-T2 и 100Base-FX. Стандарт Fast Ethernet 802.3u соответствует 1-му и 2-му уровням модели OSI. Другими словами, Fast Ethernet является стандартом физического и канального уровней. Он определяет только способ соединения узлов и основные пути самого нижнего уровня, по которым передаются данные, следовательно, является лишь частью сетевой системы.

ГААВА 2

Анатомия узла

Сетевой узел (узел ЛВС) состоит из множества компонентов, каждый из которых выполняет определенные функции, что позволяет этому сложному устройству взаимодействовать с другими узлами ЛВС.

Главными составляющими узла являются:

приложения (клиенты и серверы);

сетевые протоколы;

сетевая интерфейсная плата (Network Interface Card — NIC);

драйверы сетевого интерфейса;

программные интерфейсы.

На рис. 2.1 представлена схема взаимодействия указанных составляющих в узле локальной сети Fast Ethernet. Обратите внимание, что пути отправления и получения информации в узле различны и независимы друг от друга. Это условие выполняется вплоть до повторителя. Почти все составляющие Fast Ethernet имеют отдельные передающую и принимающую части.

Описать составные части узла можно и не только при помощи указанных категорий. Например, в модели OSI приложения относятся к одному уровню, сетевые протоколы разделены между уровнями 3—6, а драйверы сетевого интерфейса и сетевая интерфейсная плата входят в уровни 1 и 2. Единственное, что говорится в модели OSI относительно программных интерфейсов — это то, что различные уровни используют их для взаимодействия. В реальном мире интерфейсы исключительно важны. Если у вас нет правильно написанных интерфейсов, то система не будет работать.

Хотя модель OSI является прекрасной основой для описания сетей, распределение их отдельных элементов по категориям производится здесь абстрактно. Приведенный выше список составляющих хорошо отражает структуру сети лишь таких систем, как Windows 95, Windows NT, UNIX и Macintosh.

API уровня / приложения 卜 N[)API уровня / приложения 卜 N[)ПередачаПередачаПриемПриемAPI протоколаAPI протоколаОписание драйвераОписание драйвераАппаратный интерфейсАппаратный интерфейсПриложениеПриложениедругой узелдругой узелГО2ФЬО5 КГОХХО^&ФЕОГО2ФЬО5 КГОХХО^&ФЕО

API уровня / приложения 卜 N[)

API уровня / приложения 卜 N[)

Передача

Передача

Прием

Прием

API протокола

API протокола

Описание драйвера

Описание драйвера

Аппаратный интерфейс

Аппаратный интерфейс

Приложение

Приложение

другой узел

другой узел

ГО2ФЬО5 КГОХХО^&ФЕО

ГО2ФЬО5 КГОХХО^&ФЕО

Рис. 2. /. Анатомия узла

Приложения

Используемые в сетях программные, приложения делятся на три категории:

клиент/сервер;

одноранговые;

независимые от сети.

Приложения клиент/сервер предполагают наличие двух частей: клиентской и серверной. Клиентское программное обеспечение запрашивает информацию или услуги, а серверное обслуживает такие запросы. Это очень широкое определение, но оно хорошо "срабатывает". Заметна тенденция к расположению клиентов и серверов на разных компьютерах, поэтому они должны взаимодействовать по сети с использованием протоколов уровня приложения. В настоящее время применяются сотни, если не тысячи, подобных протоколов. Многие из них, и в частности HTTP, FTP, хорошо документированы и понятны. HTTP (Hyper Text Transport Protocol — протокол передачи гипертекста), кроме прочего, предназначен для чтения Web- страниц. FTP (File Transfer Protocol ——протокол передачи файлов) применяется для передачи файлов между компьютерами. Многие другие протоколы запатентованы и используются в программном обеспечении одного-единственного производителя. Важно, что такие специфические протоколы спроектированы для специальных целей и достаточно редко

применяются. Их использование невозможно без знания определенных, а зачастую и секретных, правил и словарей.

Примерами клиентского программного обеспечения могут служить Web- броузеры, такие как Netscape Navigator, и программы обработки электронной почты, например Microsoft Mail. Эти клиенты имеют соответствующее серверное программное обеспечение (в данном случае сервер Netscape Enterprise и пакет Microsoft Back Office). Каждое из таких приложений поддерживает не менее одного специфического для себя протокола.

Другие сетевые программы попадают в категорию РТР (peer-to-peer — одноранговые). Подобно программам типа клиент/сервер (С/S), одноранговые программы взаимодействуют с использованием протоколов уровня приложения. В то время как одни программы С/S работают у клиента, а другие на сервере, архитектура РТР предполагает работу на всех узлах одного и того же программного обеспечения.

Удачным примером однорангового программного обеспечения является система видеотелеконференций ProShare фирмы Intel, позволяющая проводить телеконференции между двумя компьютерами. Программное обеспечение выполняет одни и те же функции на обоих компьютерах, а если у них совпадают операционные системы (скажем, Windows 95), то совпадает и остальное программное обеспечение. Возможно использование различных операционных систем (например, Windows NT на одном компьютере и Macintosh на другом).

Некоторые приложения хорошо работают в сетях, не являясь сетевыми. В частности, ваш текстовый процессор, скорее всего, не сетевой. Когда вы открываете файл, то он может быть расположен на локальном жестком диске или на сервере. Текстовый процессор не знает, каким образом происходит физический доступ к файлу. Так, Microsoft Word не может отличить букву, обозначающую локальный диск, от буквы, указывающей сетевой диск. Он просто обращается к операционной системе с требованием открыть файл. Как это сделать —— проблема самой системы.

Операционные системы типа Windows 95 и Windows NT предоставляют приложениям набор API (Application Programming Interfaces ——интерфейсы прикладных программ), выполняющих такие функции, как открытие, чтение, запись и закрытие файлов. Приложение использует функции API и для обращенного к операционной системе запроса на предоставление информации или обслуживание. Отношение между приложением и операционной системой является отношением типа клиент/сервер. Если API хорошо спроектированы, то операционная система скрывает детали процесса обслуживания. Само обслуживание может происходить локально или по сети.

В действительности существует и четвертый вид программного обеспечения, пвраждебногон по отношению к сетям. Обычно это так называемые унаследованные приложения, зависящие от функций операционной системы низкого уровня (типа прямого обращения к диску). Ранее, до появления Windows 95 и Windows NT, программное обеспечение DOS и Windows 3.x обходило API уровня приложения, используя в основном низкоуровневые

API, такие как BIOS. Прямой доступ к оборудованию осуществлялся либо в целях достижения наивысшей производительности, либо для обеспечения функций, не выполняющихся этими ранними, местами примитивными, операционными системами. Несомненно, подобные программы не могут работать в сети.

Сетевые протоколы

Протоколы сетевого слоя являются ключевыми составляющими любой сетевой архитектуры, и в соответствующей литературе нм уделяется достаточно внимания. Протоколы — это стандартные правила, с помощью которых приложения взаимодействуют в сети. Они подобны стандартным английскому, немецкому или французскому языкам: в высшей степени стандартизованы, документированы, общеприняты и легки для понимания. Протоколы используются для взаимодействия приложений, находящихся на различных узлах.

В противоположность огромному числу протоколов уровня приложения, обычно употребляемые сетевые протоколы можно пересчитать по пальцам, и только два из них на сегодняшний день используются действительно повсеместно, а именно:

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol — протокол управления передачей/межсетевой протокол);

IPX/SPX (Internet Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange — протокол межсетевого обмена пакетами/последовательный обмен пакетами).

TCP/IP является базовым протоколом Internet и используется для передачи различных данных, начиная от Web-страниц и файлов, а заканчивая аудио и видео в реальном масштабе времени. IPX/SPX — базовый протокол сетевой операционной системы Novell Netware, но используется он и в Microsoft Windows 95, и в Windows NT. (Все три операционные системы могут применять и другие сетевые протоколы, например TCP/IP, а продукты Microsoft, кроме того, используют протокол NetBEUI).

Другие часто встречающиеся протоколы, такие как Apple Talk фирмы Apple, SNA (System Network Architecture ——системная сетевая архитектура) фирмы IBM и DECnet корпорации DEC, в большинстве случаев используются в оборудовании и операционных системах конкретных производителей. Будучи зависимыми от производителя, они не так широко распространены, как TCP/IP и IPX/SPX.

Сетевые протоколы определяют формат сообщения и правила взаимодействия узлов друг с другом. Все они, и в первую очередь TCP/IP, могут использоваться в самых различных сетях. Протокол TCP/IP предназначен как для традиционных технологий типа Ethernet или Token Ring, так и для новых типа Fast Ethernet. Он может применяться при передаче сообщений

через порты персональных компьютеров, спутниковую и радиосвязь, т.е. везде, где передаются цифровые данные.

Одна из основных особенностей протоколов состоит в независимости от среды передачи. Приложение, использующее TCP/IP или IPX/SPX, работает независимо от сетевой технологии. Это позволяет приложениям общего назначения функционировать в любой сети, поддерживающей данные протоколы. Вы можете, например, заменить вашу сеть Ethernet на Fast Ethernet, и все ваши приложения будут работать как и раньше, но существенно быстрее.

Сетевой интерфейс

Любое устройство, нуждающееся в подключении к сети, должно иметь по крайней мере один сетевой интерфейс. В случае персональных компьютеров или рабочих станций сетевой интерфейс обычно представляет собой отдельную сетевую интерфейсную плату (NIC — Network Interface Card). NIC — это устройство, физически связывающее узел и сеть (рис. 2.2). Иногда NIC встраивается в систему непосредственно, как правило, в материнскую плату.

Хотя NIC представляют собой в принципе простые устройства, спектр имеющихся типов этих плат исключительно широк. Производители наделили их многими "умными" и полезными свойствами. Некоторые NIC оптимизированы для использования рабочими станциями, они дешевы и легко устанавливаются; другие спроектированы для применения в сетевых серверах и оптимизированы по производительности. Отдельные NIC имеют

по нескольку сетевых интерфейсов, позволяющих одной плате соединять компьютер с двумя или четырьмя различными ЛВС. Все NIC зависят от сетевой технологии, а также от типа шины расширения (ISA, EISA или PCI).

NIC отвечает не только за физическое присоединение устройства к сети, но и за прием и передачу данных по сети. При этом она использует правила той технологии ЛВС, для которой спроектирована. Так, сетевые интерфейсы Fast Ethernet и Token Ring применяют весьма различающиеся правила передачи и приема данных. NIC являются ключевыми компонентами любой сетевой архитектуры. Часто администратор сети выбирает их, руководствуясь лишь ценой. При этом он считает, что все NIC данной технологии соответствуют стандарту, поэтому работают одинаково. Но такое предположение далеко от истины. Производительность, устойчивость к отказам и простота установки ——это лишь некоторые из показателей, которые следует иметь в виду при выборе платы. В настоящей книге им посвящен отдельный параграф (см. главу 9).

Драйверы сетевого интерфейса

Драйвер сетевого интерфейса ——это программное обеспечение, связывающее NIC с используемым в системе сетевым протоколом. Хотя драйверы и кажутся чем-то приземленным, но они являются ключевой составляющей сетевой системы, которая может не только существенно влиять на скорость работы, но и определять производительность. Хорошо написанный драйвер NIC имеет малый объем, работает быстро, эффективно и без ошибок. Установив такой драйвер, вы можете вообще забыть о его существовании. Плохо написанный драйвер имеет большой объем, медленно работает, неэффективен, может содержать трудно находимые ошибки и вызывать "роковые" проблемы.

Найти NIC с высококачественным драйвером часто бывает очень трудно. Написание и тестирование драйвера, как правило, составляет львиную долю работы при проектировании и производстве NIC, особенно если речь идет о платах с высокой степенью интеграции. Например, множество современных NIC технологии Fast Ethernet основаны на микросхеме Thunder LAN (Т-LAN) фирмы Texas Instruments (TI), которая является полноценным сетевым адаптером на одном кристалле. Добавив разъем и несколько компонентов, производитель может быстро изготовить сетевой интерфейс для Fast Ethernet. Фирма TI продает также и базовый комплект драйверов NIC для Т-LAN. Используя купленное в TI оборудование и программное обеспечение, почти любая компания может создавать и продавать NIC для Fast Ethernet. (Многие так и делают!)

Может показаться, что оборудование и программное обеспечение типа Т-LAN быстро превратят сетевые интерфейсы Fast Ethernet в предмет широкого потребления. Действительно, применение Т-LAN и подобных ему устройств производства DEC и других фирм существенно снижает цены на

NIC Fast Ethernet. Тем не менее между NIC разных производителей остается еще много различий, особенно когда речь заходит о драйверах. Компании, подобные Compaq, тратят много времени и усилий, проектируя, совершенствуя и тестируя драйверы для своих NIC, включая устройства, базирующиеся на Thunder LAN. Производительность NIC и драйверов, изготовленных Compaq, значительно выше, чем у обычной платы Т-LAN, которую может продавать маленькая компания-сборщик.

Другим важным параметром, которым драйверы могут существенно различаться, является устойчивость к отказам. Драйверы производства крупных компаний вроде Compaq хорошо протестированы. Они проходят строгую сертификацию в компаниях Microsoft и Novell. Проблемы, связанные с дешевыми адаптерами, обусловлены тем, что их драйверы не сертифицировались.

Программные интерфейсы драйверов

Для обеспечения совместной работы драйвера и NIC по приему и передаче данных по сети используют протоколы. Интерфейс между драйвером и протоколом определяется используемой операционной системой. Для систем корпорации Microsoft предназначен интерфейс NDIS (Network Driver Interface Specification ——спецификация интерфейса сетевого драйвера). Любую NIC, имеющую драйвер NDIS, можно использовать совместно с продуктами Microsoft. На протяжении последних лет спецификация NDIS эволюционировала, и теперь для полной совместимости со всеми операционными системами Microsoft производитель плат должен разрабатывать и тестировать по крайней мере три драйвера. Система Windows for Workgroups требует наличия драйвера NDIS 2.0, Windows 95 — драйвера NDIS 2.0 или 3.0, а Windows NT — NDIS 3.0 или 4.0. Некоторые современные NIC имеют лишь драйверы NDIS 3.0, что позволяет использовать их с Windows 95 или Windows NT.

Спецификации на драйверы разрабатываются и другими компаниями. Так, фирме Novell принадлежит спецификация ODI (Open Data Link Interface ——открытый интерфейс канала данных). Драйверы ODI могут работать под управлением систем Novell Netware, DOS, Windows 3.x, Windows 95 и Windows NT. Большинство NIC комплектуются и драйверами ODI для работы в сетях Novell. Спецификация ODI фирмы Novell также имеет несколько версий, поэтому сетевой интерфейс обычно комплектуется отдельными драйверами ODI для сервера и для рабочей станции.

Следует отметить, что такой протокол, как TCP/IP корпорации Microsoft, в среде Windows 95 может работать с любой NIC, имеющей драйвер NDIS версий 2.0 или 3.0. Программный интерфейс для связи драйвера с протоколом является стандартом, а интерфейс между драйвером и NIC проектируется его разработчиком.

Программные интерфейсы протокола

Совместное действие драйверов NIC и сетевых протоколов обеспечивает приложениям возможность обмениваться данными по сети. Приложения должны взаимодействовать с протоколами, а протоколы ——с драйверами. Драйверы, в свою очередь, работают совместно с NIC, посылая и принимая данные.

Операционные системы Windows 95 и Windows NT определяют стандартные интерфейсы и API для таких протоколов, как TCP/IP и IPX/SPX. Приложения используют интерфейсы и API для передачи и приема данных с применением специфического протокола.

Для Windows 95 и Windows NT наиболее приемлемым является API Winsock. Он позволяет приложениям взаимодействовать, используя TCP/IP, IPX/SPX или же специфические протоколы. До Winsock 1.0 существовало множество API, одни из которых предназначались лишь для TCP/IP, другие —для IPX/SPX, третьи — для NetBEUI, DECNet или SNA фирмы IBM и т.д. Если приложение использует много протоколов (что часто обеспечивает его преимущество на рынке), то оно должно быть написано и протестировано с применением многих API. Конечно же, это связано с необходимостью проделать большой объем работы.

Winsock 1.1 (Winsock 1.0 фактически никогда не использовался, так как был быстро заменен на Winsock 1.1) обеспечил единый интерфейс протокола TCP/IP для Windows 3.1, Windows 95 и Windows NT. Это привело к появлению целого ряда приложений, ориентированных на TCP/IP, и помогло пользователям персональных компьютеров быстро освоить Internet. Winsock 1.1 предполагает, что программа может использовать для общения по ЛВС или Internet протокол TCP/IP от любого поставщика. В Winsock 2.0 предусмотрен общий интерфейс и для других протоколов (сам он поддерживает также протоколы IPX/SPX, DECNet и OSI).

Повторители Fast Ethernet

Повторитель ——это центральная точка, к которой присоединены все узлы сети Fast Ethernet. При проектировании ЛВС очень много времени уходит именно на выбор повторителей. В противоположность сетевым интерфейсным платам, имеющим тенденцию превращаться в дешевый предмет потребления, повторители обычно являются самыми дорогими устройствами в ЛВС. Диапазон цен повторителей достаточно широк ——от нескольких сотен до нескольких тысяч долларов. Устройства значительно различаются и своими интеллектуальными особенностями.

Повторители состоят из двух частей: стандартной (определяется стандартом 802.Зи) и патентованной (проектируется изготовителем). Поскольку все узлы ЛВС присоединены к повторителю и через него проходит весь сетевой трафик, это устройство может иметь много особенностей (рис. 3.1).

ПовторительПовторительКонтроль и управление повторителемКонтроль и управление повторителемПатентованнаячастьПатентованнаячасть

Повторитель

Повторитель

Контроль и управление повторителем

Контроль и управление повторителем

Патентованнаячасть

Патентованнаячасть

Базовый повторитель100Base-T

МПМПMilMilРМАQmdAUTONEGРМАQmdAUTONEGPCS| РМА PMD AUTONEGPCS| РМА PMD AUTONEGСтандартнаячастьСтандартнаячасть

МП

МП

Mil

Mil

РМА

Qmd

AUTONEG

РМА

Qmd

AUTONEG

PCS| РМА PMD AUTONEG

PCS| РМА PMD AUTONEG

Стандартнаячасть

Стандартнаячасть

Рис. 3. /. Составляющие повторителя

Стандарт Fast Ethernet 802.3u описывает два типа повторителей: класса I и класса II. Они выполняют одну и ту же работу, но несколько разными способами. Различия между типами повторителей кроются в трудноуловимых технических деталях и важны лишь для инженеров-проектировщиков. Тем не менее эти различия влияют на способ использования, а также на методы проектирования сетей Fast Ethernet. Рассмотрим одно из наиболее важных различий ——правила топологии для соединения узлов с повторителями.

Правила топологии

Иногда повторители необходимо соединять между собой. Правила, определяющие способы такого соединения, называются правилами топологии, и именно в них заключается одно из существенных различий между Fast Ethernet и 10Base-T Ethernet. Спецификация на Fast Ethernet определяет два набора правил топологии: модель передачи 1 и модель передачи 2. Правила модели 1 просты. При использовании только медного кабеля они состоят в следующем:

длина медного кабеля (категории 3, 4 или 5) между узлом и повторителем не должна превышать 100 метров (328 футов);

одна сеть Fast Ethernet (или ее сегмент) может содержать один или два повторителя класса II;

запрещается соединять три или более повторителей класса II;

длина кабеля связи (uplink cable) между повторителями класса II не должна превышать 5 метров (16,4 фута);

одна сеть Fast Ethernet (или ее сегмент) может содержать только один повторитель класса I;

в одной и той же сети Fast Ethernet нельзя использовать одновременно повторители классов I и II.

Правила передачи модели 1 становятся чуть более сложными при использовании волоконно-оптического кабеля. Правила модели 2 предполагают несложные вычисления с применением данных, предоставленных производителем. Детальная информация относительно правил передачи содержится в приложении Б.

Ограничения, налагаемые правилами топологии Fast Ethernet обеих моделей, являются существенным недостатком этой технологии и вместе со скоростью передачи данных составляют самое большое ее отличие от Ethernet. Ограничение, состоящее в том, что в одной сети Fast Ethernet может быть не больше двух повторителей, отличает ее не только от 10Base-T Ethernet, но и от других технологий ЛВС, таких как 100VG AnyLAN, Token Ring, ARCNet и FDDI. Все они позволяют использовать по нескольку повторителей, концентраторов или устройств подключения к среде (MAU —— Media Access Unit).

Эти топологические ограничения предотвращают увеличение диаметра сети Fast Ethernet. (Диаметр сети ——это наибольшая длина кабеля между двумя узлами). При использовании повторителей класса I максимальный диаметр сети составляет 200 метров, а при использовании повторителей класса II ——205 метров. В этом обстоятельстве заключается одна из крупнейших проблем, сопряженных с переходом от Ethernet к Fast Ethernet. Диаметр локальной сети 10Base-T Ethernet часто превышает 205 метров. Поэтому модифицировать такие ЛВС в сети Fast Ethernet путем простой замены оборудования трудно, а то и вообще невозможно.

Естественно, существуют пути обхода топологических ограничений. Наиболее часто с этой целью применяются переключатели кадров (см. главу 7). Волоконно-оптический кабель может быть длиннее медного. Некоторые производители, например Compaq, внедряют патентованные соединения между концентраторами, снижающие планку многих топологических ограничений.

Что делают повторители

Хотя узлы в Fast Ethernet физически соединены с использованием топологии типа звезда, сеть функционирует так, как будто это шинная топология. В шинной сети все узлы физически присоединены к одной среде передачи, поэтому любые данные, передаваемые одним из узлов, принимаются всеми остальными. При использовании коаксиального кабеля Ethernet работает именно так. В Fast Ethernet коаксиальный кабель не применяется, поэтому, как и в сети 10Base-T Ethernet, его место занимает повторитель. Повторитель Fast Ethernet ——это устройство уровня 1 модели OSI, которое работает только с определенными на этом уровне электрическими сигналами. Повторители не воспринимают кадров и не дешифруют их. Прежде чем передать кадр, узел преобразует его в битовый поток, называемый пакетом. Затем он передает эти биты повторителю, используя электрические сигналы, подходящие для соединяющей их среды. Повторитель принимает переданные узлом сигналы и одновременно выдает их на все остальные порты (рис. 3.2). Побочным эффектом описанной процедуры является то обстоятельство, что некачественные сигналы, полученные одним портом, будут повторены всем остальным. Правда, повторители функционируют с учетом правил, позволяющих минимизировать распространение таких сигналов.

Между приходом сигнала в порт и его повторением другим портам существует очень небольшая временная задержка. Повторитель ретранслирует сигнал, пришедший на один порт, всем остальным портам так быстро, как только может. Он не производит буферизацию, заключающуюся в ожидании конца передачи пакета и последующей его пересылке в другие порты. Временной интервал между получением сигнала и его ретрансляцией называется задержкой распространения начала пакета данного повторителя и точно определен стандартом Fast Ethernet. Другими словами, это временная

задержка между моментом получения входным портом первого бита пакета и моментом выхода первого бита повторенного пакета из повторителя через выходные порты.

Рис. 3.2. Повторитель Fast EthernetРис. 3.2. Повторитель Fast Ethernet

Рис. 3.2. Повторитель Fast Ethernet

Рис. 3.2. Повторитель Fast Ethernet

Порты повторителя соединяются внутренней цифровой шиной. Шина не зависит от типа физической среды уровня PHY, используемой в каждом из портов, исключительно быстра и часто бывает выполнена на базе единственной микросхемы.

Протокол физического уровня повторителя

Каждый порт повторителя имеет свой уровень PHY, который содержит электронные схемы, соединяющие повторитель с узлом. На физическом уровне электрические или оптические кабельные сигналы преобразуются в стандартную цифровую форму, используемую внутри повторителя. Fast Ethernet поддерживает три типа среды (кабеля) и соответственно три типа PHY.

PHY 100Base-TX 100Base-T4100 Base-FXPHY 100Base-TX 100Base-T4100 Base-FXСреда

PHY 100Base-TX 100Base-T4

100 Base-FX

PHY 100Base-TX 100Base-T4

100 Base-FX

Медный кабель, витая пара категории 5 (используются две пары)

Медный кабель, витая пара категорий 3 и 4 (используются все четыре пары)

Волоконно-оптический кабель

О

бычно названия стандартов 100Base-TX, 100Base-FX и 100Base-T4 сокращают до ТХ, FX и Т4. Поскольку стандарты ТХ и FX очень похожи, то их часто называют просто 100-Base-X.

Уровень PHY является важной частью стандарта Fast Ethernet и используется как в повторителях, так и в узлах. Самая важная особенность всех трех видов PHY состоит в том, что связь между любым из них и верхним уровнем осуществляется одинаково. PHY технологий 100Base-FX и 100Base-T4 присоединены к повторителю или связаны с уровнем МАС единообразно. Важно также, что и повторители, и сетевые интерфейсы (узлы) используют одни и те же электронные схемы физического уровня.

Физический уровень PHY не только обрабатывает пакеты, но и снабжает повторитель информацией о:

наличии связи между портом повторителя и узлом (Link Status);

коллизии (Collision Sense);

затянувшейся передаче (Jabber)——узел передает дольше, чем предусмотрено протоколом;

возможности согласования типа соединения (Autonegotiation).

PHY обеспечивает и механическое соединение среды с повторителем или узлом. В случае 100Base-TX и Т4 это стандартные восьмиконтактные разъемы RJ45 телефонного типа. В повторителях и узлах имеются гнезда RJ45, а кабель имеет соответствующие штекеры. Для волоконно-оптического кабеля (100Base-FX) используются разъемы типа MIC, ST или SC. Как и в случае RJ45, на узлах и повторителях расположены гнезда, а кабель заканчивается штекерами (рис. 3.3 и 3.4).

Рис. 3.3. Разъем RJ45

Соблюдение требований стандарта на уровень PHY позволяет составным частям Fast Ethernet от разных производителей взаимодействовать друг с другом. В спецификации 802.12и на Fast Ethernet много внимания уделяется описанию не только того, как должны работать средства уровня PHY, но и того, как их надо тестировать. Стандарт Fast Ethernet имеет набор тестов

PICS (Protocol Implementation Conformance Statement — подтверждение согласованности реализации протокола), которые должны пройти составляющие Fast Ethernet поставщика для подтверждения их соответствия стандарту.

ГнездаГнездашассишассиРазъемы MICРазъемы MICГнезда шассиГнезда шассиРис. 3.4. Разъемы MIC, SC и ST для волоконно-оптического кабеляРис. 3.4. Разъемы MIC, SC и ST для волоконно-оптического кабеляГнезда шасо1Гнезда шасо1

Гнезда

Гнезда

шасси

шасси

Разъемы MIC

Разъемы MIC

Гнезда шасси

Гнезда шасси

Рис. 3.4. Разъемы MIC, SC и ST для волоконно-оптического кабеля

Рис. 3.4. Разъемы MIC, SC и ST для волоконно-оптического кабеля

Гнезда шасо1

Гнезда шасо1

Пакеты: как данные путешествуют по кабелю

Конец ►Конец ►Узел превращает передаваемый кадр в битовую последовательность, именуемую пакетом или кадром МАС. Затем уровень PHY передает пакеты через среду передачи. Формат пакета показан на рис. 3.5.

Конец ►

Конец ►

Преамбула

Признак начала кадра

Кадр данных

Признак конца кадра

Начало

(Порядок передачи}

Адрес 1 Адрес получателя | отправителя

Поле длина/тип

Данные

Блок

Контрольная сумма кадра

Рис. 35 Формат пакета

Кадры с помещенными в них данными инкапсулируются в пакеты. Часть пакета, представляющая кадр данных, записывается в стандартном формате кадра Ethernet, состоящем из адреса получателя, адреса отправителя, поля длина/тип (L/T), поля данных и поля контрольной суммы кадра (FCS — Frame Check Sequence). Например, для стандартов 100Base-TX и FX преамбула состоит из 7 байтов (56 битов) со следующими значениями:

10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010

Преамбула передается, как показано, слева направо. Признак начала кадра (SFD —— Start of Frame Delimiter)—— это октет, имеющий значение 10101011

В стандартах 100Base-TX и FX признаком конца кадра служит не битовый шаблон, а конец передачи данных. Когда данные перестают поступать, то физический слой Fast Ethernet сигнализирует более высоким слоям (слоям согласования и МАС), что достигнут конец пакета. Состояние, когда данные в кабеле отсутствуют, называется свободным состоянием.

Стандарт Fast Ethernet 802.12u описывает два типа пакетов: один для 100Base-TX и 100Base-FX, другой для 100Base-T4.

Детали работы повторителя

Основная задача повторителя ——обеспечить бесперебойную связь между узлами ЛВС. В реальном мире сети обычно далеки от идеала. Причиной тому могут быть: использование нестандартного кабеля, некорректное прерывание связи, возникновение электрических шумов и помех, "неправильное" поведение узлов, присоединение пользователем к повторителю не того устройства (например, телефона. Верите или нет, но это весьма распространенная ошибка!). Повторитель же делает все, чтобы поддержать работоспособность сети (или большей ее части). Функции, которые, согласно стандарту Fast Ethernet 802.12u, должен обеспечить повторитель, перечислены ниже. • Функция передачи. Повторитель должен быть способным передать сигнал нужного формата в среду, присоединенную к каждому порту. Подобное требование может показаться простым, но спецификация исключительно точно определяет, как это должно происходить. Если повторитель удовлетворяет спецификации, то он будет корректно работать с любым другим устройством, также удовлетворяющим спецификации.

Функция приема. Повторитель должен быть способным получать сигналы, поступающие стандартным путем.

Функция обработки данных. Повторитель должен быть способным передавать сигналы между любыми портами в отсутствие коллизии (или иной ошибки).

Функция обработки поступивших событий. Повторитель должен быть способным обнаружить, когда узел передает данные, а когда нет. Это называется опросом несущей (carrier sense).

Функция восстановления сигнала. Полученные повторителем сигналы могут быть искаженными или зашумленными, однако все еще различимыми для повторителя. Прежде чем ретранслировать сигналы другим портам, повторитель должен восстановить их до нормального (чистого) состояния.

Функция обработки ошибок. Повторитель должен быть способным обнаружить, когда канал связи с узлом (или сам узел) является источником ошибок, и не давать этим ошибкам распространяться на другие связи. Ошибки такого типа обычно возникают во время присоединения и отсоединения кабеля, при включении и выключении узла. Появление некоторых ошибок может быть связано с использованием кабелей или оконечных нагрузок с параметрами, не соответствующими спецификации.

Функция разбиения. Если узел вызывает большое количество следующих одна за другой коллизий, то он должен быть отделен (изолирован) от остальных узлов путем закрытия его порта.

Функция обработки затянувшейся передачи. Если узел передает слишком долго, то повторитель должен быть способным прервать затянувшуюся передачу.

Восстановить сигналы в повторителе Fast Ethernet несложно. Когда электрические сигналы приходят в порт, то при помощи средств уровня PHY они превращаются в стандартную цифровую форму и передаются собственно повторителю. Затем повторитель пересылает цифровые сигналы в уровни PHY других портов, которые преобразуют их обратно в форму, подходящую для соответствующей среды передачи. Уровень PHY для Fast Ethernet спроектирован таким образом, что может полетать и корректно обрабатывать даже очень искаженные и зашумленные электрические сигналы. Лишь исключительно сильные помехи приводят к потере данных.

Функция обработки поступивших событий повторителя включает способы взаимодействия с узлами в соответствии с правилами доступа к среде CSMA/CD. Если несколько узлов начинают передавать одновременно, то повторитель обнаруживает это и посылает всем портам сигнал ПРОБКА (JAM). Этот сигнал информирует передающие узлы о возникновении коллизии и приказывает им вернуться в исходное состояние, предшествующее передаче.

Как видим, львиная доля работы повторителя состоит в поиске, обнаружении и локализации ошибок. Повторение как таковое составляет лишь малую часть всех выполняемых нм функций.

Обработка ошибок на уровне пакета

Если по какой-либо причине связь сопровождается большим количеством ошибок, то повторитель перекрывает соответствующий порт до тех пор, пока связь не заработает корректно. В случае обнаружения ошибки в порту

уровень PHY данного порта изолируется, а повторитель продолжает следить за его состоянием. После устранения ошибки порт снова присоединяется к остальным портам через повторитель. Таким образом, проблемы, возникшие в одном порту, не будут мешать другим портам работать сколь угодно долго. Это одна из сильных сторон технологии Fast Ethernet. Успешность работы сетей других технологий также зависит от функционирования активного повторителя или концентратора (FDDI, 100VG AnyLAN и, естественно, 10Base-T Ethernet). В технологиях Token Ring и ARCNet наряду с активными концентраторами используются и пассивные, которые не способны обнаружить и изолировать ошибку, произвести временное преобразование сигнала. Применение активных концентраторов не дает гарантии, что проблемы с узлом не выведут из строя ЛВС, но вероятность такого исхода существенно уменьшается.

Повторитель Fast Ethernet отключит порт, если будет обнаружена одна из следующих ошибок:

ложная несущая;

множественные коллизии;

затянувшаяся передача.

Когда порт отключен, то никакие пакеты или сигналы между его уровнем PHY и повторителем не передаются. Порт будет подключен вновь только после того, как повторитель удостоверится в устранении ошибки. Отключение происходит исключительно быстро. Затянувшаяся передача может быть обнаружена за 400 микросекунд (0,0004 секунды). Порт будет открыт немедленно после прекращения затянувшейся передачи, о чем повторитель может судить по свободному состоянию порта.

Л

юбой бит в сети Fast Ethernet передается за 10 наносекунд. Этот интервал обычно называется временем бита (ВТ ——Bit Time).

Ложная несущая

FCE (False Carrier Event ——ложная несущая) обнаруживается, когда повторитель получает из порта данные, которые не содержат ограничителя (битовой последовательности) начала потока данных, соответствующего конкретному типу среды. Обычно появление ложной несущей вызывается физическими проблемами, связанными с кабелем, электрическим шумом или некорректной работой уровня PHY на другом конце соединения.

Когда повторитель обнаруживает в порту две ложные несущие подряд, то он отключает порт и посылает сигнал ПРОБКА всем остальным своим портам. FCE возникает и в случае единичного потока данных, продолжающегося более 5 микросекунд и не имеющего правильного ограничителя начала потока. Сигнал ПРОБКА продолжается 5 микросекунд или до конца приема потока данных, вызвавшего появление ложной несущей.

При обнаружении ложно访 несущей повторитель переводит порт в состояние СВЯЗЬ НЕУСТОЙЧИВА (LINK UNSTABLE) и отключает его. Таким образом порт, вызвавший проблемы, сразу же изолируется от остальных.

После возникновения ложной несущей повторитель продолжает следить за портом, вызвавшим проблемы, а затем он отменит состояние СВЯЗЬ Н ЕУСТОЙЧ И ВА и позволит порту возобновить работу. (Если вы интересуетесь подробностями, то они детально описаны в разделе 27.3.1.5 спецификации 802.Зи, датированной 26 октября 1995 года). Это случится при выполнении одного из двух условий:

повторитель не обнаружил в порту никакой активности в течение более чем 331 микросекунды;

повторитель обнаружил корректный входной пакет после того, как линия была свободна в течение межпакетного интервала в 640 микросекунд.

При повторном включении питания повторителя состояние порта СВЯЗЬ НЕУСТОЙЧИВА, естественно, сбрасывается.

Множественные коллизии

При возникновении множественных коллизий повторитель отключает порт. Если в порту фиксируется более 60 коллизий подряд, говорят, что возникла ЕСЕ (Excessive Collision Error — ошибка множественных коллизий). Согласно спецификации, это значение не должно быть меньше 60. Будет ли оно больше 60 зависит от производителя устройства. Некоторые устройства дают возможность пользователю самому программировать количество коллизий. Заметьте также, что коллизии должны следовать подряд. Повторитель имеет для каждого своего порта счетчик коллизий и обнуляет его значение в случае получения портом пакета без коллизии. Подобно ошибкам FCE, множественные коллизии могут быть вызваны физическими повреждениями кабеля, электрическим шумом или некорректной работой PHY на другом конце соединения.

При возникновении множественных коллизий, как и в случае обнаружения ложной несущей, порт отключается, Он будет подключен снова после того, как:

время его пребывания в активном состоянии без коллизий составит 5 микросекунд;

будет включен или перезапущен повторитель.

Затянувшаяся передача

Говорят, что узел пребывает в состоянии затянувшейся передачи, если он передает в течение более чем 400 микросекунд. Самый большой пакет передается лишь за 120,56 микросекунды, следовательно, любая передача, которая длится дольше, является оигибочной. Если значение времени затянувшейся передачи превышает время передачи самого длинного пакета более

чем в три раза, значит передача действительно затянулась. Обнаружив затянувшуюся передачу, повторитель отключает порт до тех пор, пока не появится возможность его подключения. Порт сможет подключиться, когда поток данных исчерпается (прекратится затянувшаяся передача).

В

ременные интервалы в настоящем разделе в большинстве случаев выражены в микро- и наносекундах, что позволяет обеспечить достаточную точность и продемонстрировать длительность этих интервалов. Другими словами, порт может отключаться и подключаться очень быстро. Однако в спецификации большинство временных интервалов определено во времени бита (ВТ). Например, ложная несущая может иметь продолжительность от 450 до 500 ВТ.

Повторители Fast Ethernet класса II

Особенность повторителей класса II —— одного из определенных в стандарте типов — состоит в том, что два из них могут быть соединены и действовать в качестве центрального элемента сети (концентратора) с применением топологии типа звезда в одной сети Fast Ethernet. Повторители класса II соединяются через специальный порт, называемый портом связи (uplink port). Кабель подключается к порту связи одного повторителя и произвольному обычному порту другого (рис. 3.6).

Повторители класса IIПовторители класса IIОсновной повторительОсновной повторительПорт связиПорт связиРис. 36. Соединения двух повторителей класса IIРис. 36. Соединения двух повторителей класса II

Повторители класса II

Повторители класса II

Основной повторитель

Основной повторитель

Порт связи

Порт связи

Рис. 36. Соединения двух повторителей класса II

Рис. 36. Соединения двух повторителей класса II

В отличие от наращиваемых и классических концентраторов (см. следующие параграфы) соединение повторителей класса II не объединяет модули повторителей непосредственно ——они соединяются через уровни PHY портов (рис. 3.7).

Основной> повторительОсновной> повторитель

Основной> повторитель

Основной> повторитель

Рис. 3.7 Детальная схема соединения повторителей класса //

Согласно стандарту Fast Ethernet, в сети могут использоваться лишь два повторителя класса II и один повторитель класса I. На первый взгляд может показаться, что повторители класса II применяются чаще. Однако повторители этого класса имеют ряд недостатков.

Правила топологии модели 1 гласят, что длина кабеля, связывающего повторители класса II, не должна превышать 5 метров. Это требование резко контрастирует с требованиями большинства других сетевых технологий (Ethernet, Token Ring, FDDI и 100VG AnyLAN), которые допускают большие расстояния между устройствами, подобными повторителям. (В технологии Token Ring устройство, подобное повторителю, называется MAU, в FDDI — концентратором, а в VG — хабом.)

При использовании повторителей класса II сетевым интерфейсом уровня PHY во всей сети может быть PHY либо ТХ (или FX), либо Т4.

В одной сети Fast Ethernet могут быть соединены только два повторителя класса П.

В противоположность повторителям класса I, особенности конструкции повторителей класса II не позволяют объединять их в стеки или шасси. Большинство остальных технологий, опять-таки, допускают использование в одной сети более двух устройств типа концентратора.

*e*»***»*«***A9*«*««**«»««v*****»*«e«*#«4i»»«««*«««e*»*«««««

П

овторители класса II используются по единственной причине: когда комитет по стандартизации IEEE 802.Зи должен был определить хотя бы один метод связи между повторителями, он выбрал метод порта связи, поскольку подобный метод уже существовал в стандарте 10Base-T Ethernet.

Комитет IEEE ограничил время задержки распространения сигнала ПРОБКА в повторителе 46 ВТ для повторителей 100Base-TX и FX и 67 ВТ для 100Base-T4 (см. раздел 27.3.1.4.3 спецификации 802.Зи от 26 октября 1995 года). В случае повторителей класса I данная величина составляет 140 ВТ. Исходя из приведенных цифр, только два повторителя класса II могут быть соединены. Такое маленькое время задержки практически не позволяет наращивать повторители класса II и ограничивает число их портов (как правило, 24—36 единиц). Повторитель класса II с большим количеством портов, возможно, будет создан в скором будущем.

Иная серьезная проблема возникает вследствие разницы в величинах задержки распространения сигналов для повторителей 100Base-TX/FX и 10Base-T4. По этой причине все порты повторителей класса II должны быть либо типа 100Base-TX/FX, либо типа 100Base-T4. Повторители класса II с портами Т4 не могут иметь портов FX.

Существенной проблемой является и невозможность использовать волоконно-оптический кабель в повторителях класса II с портами Т4. В Fast Ethernet длина волоконно-оптического кабеля может превышать длину медного. Поэтому волоконно-оптический кабель применяется для связи между различными зданиями или внутри больших строений, а также для связи с коммутаторами или серверами.

Повторители класса II сложнее в производстве. Они имеют более жесткие временные допуски, нем повторители класса I. Большинство из выпускаемых повторителей класса II имеют порты 100Base-TX или FX, а повторителей класса II с портами Т4 существует очень мало.

Как правило, наращиваемые повторители класса I более гибки в использовании, чем повторители класса II.

Повторители Fast Ethernet класса I

В настоящее время в сетях Fast Ethernet почти всегда используются повторители класса I. Они отличаются от повторителей класса II по двум основным пунктам.

Во-первых, один и тот же повторитель класса /может иметь порты Т4 и TX/FX. Повторители класса II могут иметь либо порты TX/FX, либо Т4. Это очень удобно, если необходимо воспользоваться существующими кабельными соединениями категории 3. Поскольку кабель категории 3, имеющий 4 пары, может одновременно обеспечить работу телефонной сети и сети Ethernet, то в большинстве сетей Ethernet 10Base-T, установленных в конце 80-х — начале 90-х годов, применялся именно он.

Во-вторых, в сети Fast Ethernet может присутствовать лишь один повторитель класса I. На первый взгляд это кажется огромным недостатком, даже более серьезным, чем ограничение иметь два повторителя класса II. Теоретически это так и есть, однако производители при проектировании повторителей класса I проявили исключительную изобретательность. Как уже упоминалось, повторители класса II трудно производить, поскольку они

имеют жесткие ограничения по времени задержки распространения сигналов. Повторители класса I отличаются более мягким ограничением на время задержки распространения (хотя оно и точно определено), что дает проектировщикам больше свободы: повторяющие устройства могут быть объединены таким образом, чтобы образовался один повторитель класса I. Такое объединение достигается с использованием наращиваемых повторителей и повторителей на базе шасси. Указанные повторители более подробно описаны далее в этой главе, а также в главе 11.

Типы среды и уровень PHY

Как и в других сетевых технологиях, в Fast Ethernet можно использовать кабель разных типов и различную среду передачи данных. Обычно под словом "кабель" подразумевается медный провод, в то время как среда ——это более широкое понятие, означающее все, что соединяет компоненты сети. Наиболее распространенными видами среды передачи являются коаксиальные, витые и волоконно-оптические кабели, менее распространенными — радиоволны, цифровая пакетная связь, инфракрасные или лазерные лучи для беспроводной связи.

Большинство технологий ЛВС, в частности Ethernet и Fast Ethernet, не зависят от типа среды передачи. В случае Fast Ethernet и Ethernet это означает, что устройства доступа к среде (МАС ——Media Access Controller) сетевого интерфейса, реализующие правила доступа к среде CSMA/CD, действуют независимо от типа среды, к которой присоединен сетевой интерфейс.

Как упоминалось ранее, модульная система Fast Ethernet создана с использованием уровней. Здесь уместно еще раз привести схему данной системы.

冬工®h®uoago Ф2ХФ7^СОФЮО ФОХ22Ш&ОШС - aoHlede匚U4- - ошно^оако> 。^ошфнфо冬工®h®uoago Ф2ХФ7^СОФЮО ФОХ22Ш&ОШС - aoHlede匚U4- - ошно^оако> 。^ошфнфоПовторительПовторительОперационная система и приложенияПротоколыЛогическое управление связью LLG (драйвер)Операционная система и приложенияПротоколыЛогическое управление связью LLG (драйвер)МПМПОперационнаясистема иприложенияОперационнаясистема иприложенияОперационнаясистема и приложенияПротоколыЛогическое управлениесвязью LLC (драйвер)Операционнаясистема и приложенияПротоколыЛогическое управлениесвязью LLC (драйвер)Управление доступомк среде МАСУправление доступомк среде МАСБазовый повторитель стандарта 100Base-TБазовый повторитель стандарта 100Base-TУправление доступомк среде KlACУправление доступомк среде KlACСогласованиеСогласованиеСогласованиеСогласованиеPHYPHYPCS~РМА~ ~PMD~ AUTONEGPCS~РМА~ ~PMD~ AUTONEGPCS I PMA"""PMDPCS I PMA"""PMD1ЦШШ1ЦШШPCS I PMAAutUNEGPCS I PMAAutUNEGPCS~рма~~PMD~AUTONEGPCS~рма~~PMD~AUTONEGСтандарт Fasf Esemef(802.3u)Стандарт Fasf Esemef(802.3u)

冬工®h®uoago Ф2ХФ7^СОФЮО ФОХ22Ш&ОШС - aoHlede匚U4

- - ошно^оако> 。^ошфнфо

冬工®h®uoago Ф2ХФ7^СОФЮО ФОХ22Ш&ОШС - aoHlede匚U4

- - ошно^оако> 。^ошфнфо

Повторитель

Повторитель

Операционная система и приложения

Протоколы

Логическое управление связью LLG (драйвер)

Операционная система и приложения

Протоколы

Логическое управление связью LLG (драйвер)

МП

МП

Операционнаясистема иприложения

Операционнаясистема иприложения

Операционнаясистема и приложения

Протоколы

Логическое управлениесвязью LLC (драйвер)

Операционнаясистема и приложения

Протоколы

Логическое управлениесвязью LLC (драйвер)

Управление доступомк среде МАС

Управление доступомк среде МАС

Базовый повторитель стандарта 100Base-T

Базовый повторитель стандарта 100Base-T

Управление доступомк среде KlAC

Управление доступомк среде KlAC

Согласование

Согласование

Согласование

Согласование

PHY

PHY

PCS

~РМА~ ~PMD~ AUTONEG

PCS

~РМА~ ~PMD~ AUTONEG

PCS I PMA

"""PMD

PCS I PMA

"""PMD

1ЦШШ

1ЦШШ

PCS I PMA

AutUNEG

PCS I PMA

AutUNEG

PCS

~рма~~PMD~AUTONEG

PCS

~рма~~PMD~AUTONEG

Стандарт Fasf Esemef(802.3u)

Стандарт Fasf Esemef(802.3u)

СредаСредаСреда

Среда

Среда

Рис. 38. Система Fast Ethernet

Как видно из рис. 3.8, в любом сетевом интерфейсе и МАС, и собственно повторитель подключены к среде через уровень, называемый PHY. PHY является компонентом, зависящим от типа среды передачи, и рассматривается в модели OSI как уровень 1, или физический уровень.

В отличие от Ethernet, которая поддерживает и топологию звезды (концентратор и луч), и шинную топологию, в Fast Ethernet используется лишь топология звезды. Каждый узел должен быть присоединен непосредственно к повторителю одним кабелем. В Fast Ethernet не может применяться коаксиальный кабель. Это ограничение несущественно, поскольку коаксиальный кабель за последние годы вытеснен неэкранированной витой парой, используемой в конфигурации звезды. Fast Ethernet может действовать в четырех средах. Названия статей стандарта 802.Зи, описывающих уровень PHY и соответствующие типы кабеля, указаны ниже.

Статья стандарта

100Base-TX

Тип кабеля

Медный кабель UTP категории 5, используются две витые пары

100Base-T4

Медный кабель UTP категорий 3 и 4, используются две витые пары

100Base-T2

Медный кабель UTP категории 5, используется одна витая пара. (Утверждение стандарта 100Base-T2 комитетом 802.Зи ожидается в конце 1997 года.)

100Base-TX

Волоконно-оптический кабель

UTP (Unshielded Twisted Pair) — это неэкранированная витая пара. Все используемые в сетях медные кабели выполнены в виде переплетенных пар проводов. Некоторые из них экранированы и имеют оболочку из сплетенной металлической проволоки или фольги. Экранированные кабели, конечно же, значительно дороже неэкранированных. Даже в небольших сетях, насчитывающих от 30 до 40 пользователей, прокладка кабеля может обойтись достаточно дорого. Проектировщики технологии Fast Ethernet рассчитывали на ее широкое внедрение, и чтобы сделать установку сети более дешевой, они разработали средства уровня PHY, которые могут работать с неэкранированным кабелем.

Часто задают вопрос, может ли Fast Ethernet работать при использовании экранированного кабеля. Ответ будет следующим: кабельные соединения системы не требуют экранирования, поэтому стандарта на использование экранированного кабеля не существует. Коротким ответом может быть квалифицированное "да". Однако так как экранированный кабель не обеспечивает каких-либо преимуществ Fast Ethernet (или Ethernet), его применение не имеет смысла. Не существует также стандартов на разъемы для экранированной витой пары, негде купить адаптеры или повторители с девятикон- тактньши экранированными разъемами. Однако электрические характеристики экранированного кабеля позволяют ему работать с уровнем PHY стандарта 100Base-TX.

Fast Ethernet и Ethernet часто называют полудуплексными системами. Этот термин обычно употребляется по отношению к сетевому интерфейсу, связанному с повторителем при помощи правил доступа к среде CSMA/CD, а не полнодуплексных правил. Хотя термин «полудуплексный» является вполне подходящим, он может привести к путанице и технически неаккуратен. Но, к сожалению, именно этот термин проник в документацию изготовителей, журнальные статьи и даже некоторые книги об Ethernet и Fast Ethernet. В описаниях этих технологий он достаточно часто употреблялся для пояснения смысла операций CSMA/CD.

Термины "полностью дуплексный" и "полудуплексный" первоначально использовались в описаниях низкоскоростных способов передачи данных, двухточечных линий связи и модемных технологий. Полностью дуплексная последовательная связь предполагает наличие различных линий для приема и передачи данных. Другими словами, на обоих концах кабеля данные могут передаваться и приниматься одновременно, и именно так работает полностью дуплексная Fast Ethernet. В случае последовательных каналов полуду- плексность означает, что передатчик и приемник используют один и тот же физический канал, и в каждый момент времени может работать только один из них. В системах Ethernet, использующих коаксиальный кабель, реализуется именно этот случай, поэтому термин «полудуплексный» здесь вполне уместен. Однако же Fast Ethernet и 10Base-T Ethernet не являются полудуплексными системами из-за другого способа использования физической среды.

В случае 100Base-TX и FX физическая связь между сетевым интерфейсом и повторителем действительно полностью дуплексная. Между уровнями PHY на обоих концах кабеля существуют отдельные пути для передачи и получения данных. В стандарте 100Base-TX используются две из четырех имеющихся пар кабеля категории 5. Одна пара предназначена для передачи данных от сетевого интерфейса к повторителю, а другая ——для приема в обратном направлении (рис. 3.9).

Как сетевой интерфейс узла соединен с повторителем при использовании стандарта 100Base-TX, показано на рис. 3.9. Обратите внимание, что передача и прием данных узлом осуществляются по разным путям. Другими словами, соединение 100Base-TX полностью дуплексное. Обратите также внимание, что приемные и передающие части сетевого интерфейса (PMD, РМА, PCS, REC и МАС) аппаратно разделены. По отношению к узлу передача и прием являются совершенно различными операциями. Это положение верно вплоть до уровня драйверов и протоколов. Лишь цифровая шина внутри повторителя физически связывает узлы. Другими словами, сам повторитель является совместно используемой средой.

В случае технологии 100Base-TX устройство PMD, обычно называемое приемопередатчиком, состоит из приемника и передатчика, каждый из которых применяет для связи с другим неэкранированную витую пару. Эти устройства передают сбалансированные сигналы, т.е. сигнал в одном проводе пары противоположен по направлению сигналу в другом проводе, а величина

их одинакова. Сбалансированные сигналы в витой паре очень устойчивы к шуму и могут передаваться на дальние расстояния. Оба эти фактора необходимы, чтобы выполнить требования в отношении длины медного кабеля, которая должна быть равной 100 метрам. В противоположность сказанному, многие виды несбалансированных сигналов, типа используемых в последовательных портах RS232, обеспечивают надежную связь только на дистанциях от 50 до 100 футов.

м А см А сR Е СR Е СПередатчикПередатчикДанныеДанныеPMDPMDМ А СМ А СR Е СR Е С而PMD 誠1而PMD 誠1МПМП!М R |А Е!М R |А Ер ! рр ! рС| Мг>[Cl^lS^Aj IС| Мг>[Cl^lS^Aj IPMDPMDRR7^1 PMD7^1 PMDPMDPMDПриемникПриемникМПМПКонтакт 3 (Пара 3)Контакт 6Контакт 3 (Пара 3)Контакт 6Штекер RJ45Штекер RJ45Цифровая шинаЦифровая шинаИнтерфейс MDI-XИнтерфейс MDI-X2 пары из4 пар кабеля2 пары из4 пар кабеляКонтакт 3 (Пара 3) Контакт 6Контакт 3 (Пара 3) Контакт 6Данные PMD,Данные PMD,Контакт 1 (Паре 1) Контакт 2Контакт 1 (Паре 1) Контакт 2Р Р М С A SР Р М С A SКонтакт 1(Пара 1)Контакт 2Контакт 1(Пара 1)Контакт 2Р М АР М АИнтерфейс Гнездо MDI или DTE RJ45Интерфейс Гнездо MDI или DTE RJ45

м А с

м А с

R Е С

R Е С

Передатчик

Передатчик

Данные

Данные

PMD

PMD

М А С

М А С

R Е С

R Е С

而PMD 誠1

而PMD 誠1

МП

МП

!М R |А Е

!М R |А Е

р ! р

р ! р

С| Мг>[

Cl^lS^Aj I

С| Мг>[

Cl^lS^Aj I

PMD

PMD

R

R

7^1 PMD

7^1 PMD

PMD

PMD

Приемник

Приемник

МП

МП

Контакт 3 (Пара 3)

Контакт 6

Контакт 3 (Пара 3)

Контакт 6

Штекер RJ45

Штекер RJ45

Цифровая шина

Цифровая шина

Интерфейс MDI-X

Интерфейс MDI-X

2 пары из

4 пар кабеля

2 пары из

4 пар кабеля

Контакт 3 (Пара 3) Контакт 6

Контакт 3 (Пара 3) Контакт 6

Данные PMD,

Данные PMD,

Контакт 1 (Паре 1) Контакт 2

Контакт 1 (Паре 1) Контакт 2

Р Р М С A S

Р Р М С A S

Контакт 1(Пара 1)Контакт 2

Контакт 1(Пара 1)Контакт 2

Р М А

Р М А

Интерфейс Гнездо MDI или DTE RJ45

Интерфейс Гнездо MDI или DTE RJ45

Рис. 3.9. Соединения /0()Base- ТХ

Разъем RJ45 повторителя называется портом MDI-Х. В порту MDI-Х пара 1 разъема подключена к приемнику уровня PHY, а пара 3 — к передатчику. Аналогичный разъем сетевого интерфейса узла часто называют портом DTE или MDI. В порту DTE пара 1 гнезда RJ45 подключена к передатчику уровня PHY, а пара 3 ——к приемнику. Более подробно о кабелях и разъемах см. в приложениях Д и Е.

争畲 **e 彩 «>**«**"*** 弯承** 争备**€♦** <#®#*<ва**<в* 伞* 伞*®***?****®*** 隼♦**移巾

И

нтересно узнать, как повторители класса II соединены между собой. Судя по рис. 3.7, два повторителя класса II соединяются кабелем, идущим от порта связи одного повторителя к обычному порту другого. В порту связи повторителя класса II нет ничего необычного, это просто MDl-порт. В действительности некоторые повторители имеют на одном из портов маленький переключатель, позволяющий сконфигурировать его либо как порт MDI, либо как порт MDI-X. Благодаря наличию переключателя порт связи можно использовать в качестве обычного, если нет необходимости связываться с другим повторителем.

<»街簿第 2 期*® #養*伞 & 学《含 令* 尊** 拿*® 暗** ♦争 **♦♦*♦«1»*®♦* 隼隼 ****** 隼审隼 *** *«毎

Подключение пар кабеля к сетевому интерфейсу и повторителю осуществляется по одной схеме, за исключением того, что гнездо на сетевом интерфейсе соединяется с передатчиком и приемником уровня PHY в направлении, обратном по отношению к повторителю. Это дает возможность использовать для связи узла с повторителем кабель типа straight through cable (прямой кабель). Кабель называется прямым потому, что контакты 1——8 на одном его конце соединены с соответствующими контактами на другом конце, и оба конца имеют однотипные штекеры RJ45 (рис. 3.10).

ШтекерRJ45ШтекерRJ45ШтекерRJ45

ШтекерRJ45

ШтекерRJ45

Белый/ОранжевыйОранжевый Белый/Зеленый Голубой Белый/Голубой Зеленый Белый/Коричневый КоричневыйБелый/ОранжевыйОранжевый Белый/Зеленый Голубой Белый/Голубой Зеленый Белый/Коричневый Коричневый叩叩Пврв 3 —>|~Пврв 1 * 匚Пврв 3 —>|~Пврв 1 * 匚Пврв 2 -->[2Пврв 2 -->[2Белый/Оранжевый Орвнжевый Белый/Зеленый Голубой Белый/Голубой Зеленый Белый/Коричневый КоричневыйБелый/Оранжевый Орвнжевый Белый/Зеленый Голубой Белый/Голубой Зеленый Белый/Коричневый КоричневыйШтекер RJ45Штекер RJ45Штекер RJ45Штекер RJ45Рис. 3. К). Прямой кабельРис. 3. К). Прямой кабель

Белый/Оранжевый

Оранжевый Белый/Зеленый Голубой Белый/Голубой Зеленый Белый/Коричневый Коричневый

Белый/Оранжевый

Оранжевый Белый/Зеленый Голубой Белый/Голубой Зеленый Белый/Коричневый Коричневый

叩

叩

Пврв 3 —>|~

Пврв 1 * 匚

Пврв 3 —>|~

Пврв 1 * 匚

Пврв 2 -->[2

Пврв 2 -->[2

Белый/Оранжевый Орвнжевый Белый/Зеленый Голубой Белый/Голубой Зеленый Белый/Коричневый Коричневый

Белый/Оранжевый Орвнжевый Белый/Зеленый Голубой Белый/Голубой Зеленый Белый/Коричневый Коричневый

Штекер RJ45

Штекер RJ45

Штекер RJ45

Штекер RJ45

Рис. 3. К). Прямой кабель

Рис. 3. К). Прямой кабель

Уровень PHY в сети 100Base-FX при использовании волоконно-оптического кабеля работает почти так же, как и в сети 100Base-TX. Единственное

различие заключается в самом приемопередатчике (PMD). Схема соединения I00Base-FX представлена на рис. 3.11.

РМАРМАРС SРС SУзел m|r А：Е cicУзел m|r А：Е cicMiR Р а1е С С；С SMiR Р а1е С С；С SПриемникПриемникВолоконнооптическаяВолоконнооптическаяГнездоГнездоРис.3.1L Соединение 100Base-FXРис.3.1L Соединение 100Base-FXМодуль повторителяМодуль повторителяГенераторМН \ ДанныеГенераторМН \ Данные

Р

М

А

Р

М

А

Р

С S

Р

С S

Узел m|r А：Е cic

Узел m|r А：Е cic

MiR Р а1е С С；С S

MiR Р а1е С С；С S

Приемник

Приемник

Волоконнооптическая

Волоконнооптическая

Гнездо

Гнездо

Рис.3.1L Соединение 100Base-FX

Рис.3.1L Соединение 100Base-FX

Модуль повторителя

Модуль повторителя

Генератор

МН \ Данные

Генератор

МН \ Данные

В стандарте FX вместо сбалансированных передатчика и приемника на передающем конце кабеля используется LED, или лазерный диодный генератор, а на другом конце — приемник. В технологиях ТХ и FX применяют один и тот же метод передачи сигналов. Различие состоит лишь в природе передачи и приема сигнала в среде: в ТХ используются сбалансированные электрические сигналы, а в FX — вспышки света. Именно потому, что уровни PHY стандартов ТХ и FX подобны, повторители класса 1 могут иметь как ТХ-, так и FX-порты.

Физический уровень сети 100Base-T4 полностью отличается и от ТХ, и от FX. В технологии Т4 используется не только кабель категорий 3 и 4, что вовсе не характерно для ТХ, но и четыре пары вместо двух. Метод передачи сигналов в Т4 также коренным образом отличается от применяемого в ТХ. Таким образом, передача сбалансированных электрических сигналов ——их единственная общая черта. Соединение Т4 показано на рис. 3.12.

В соединении Т4 пары 2 и 3, равно как и в ТХ, предназначены для передачи и приема данных. Пары 1 и 4 используются здесь в двух направлениях, превращая связь между узлом и повторителем в полудуплексную. Узел при передаче применяет пары 2, 1 и 4, повторитель — пары 3, 1 и 4. Полудуплексная природа Т4 является ее большим недостатком.

Такой принцип работы Т4 объясняется тем обстоятельством, что кабель категории 3 в отличие от кабель категории 5 не может функционировать при высоких скоростях (100 Мбит/с). Скорость передачи данных каждой из трех линий в три раза меньше указанной, но вместе они обеспечивают именно такую скорость работы.

4 пары4-парногокабеля4 пары4-парногокабеляДанныеДанныеМАСМАСМАСМАСR Е сR Е ср сSр сSКонтакт 1(Пара 2)Контакт 2

4 пары4-парногокабеля

4 пары4-парногокабеля

Данные

Данные

М

А

С

М

А

С

М

А

С

М

А

С

R Е с

R Е с

р с

S

р с

S

Данные

Контакт 3(Пара 3)контакт 6

Данные

Контакт 5(Пара 1)

ьуль повторителяьуль повторителяИнтерфейс MDf или DTEИнтерфейс MDf или DTEИнтерфейс MDI-XИнтерфейс MDI-XРис. 3.12. Соединение lOOBase- Т4Рис. 3.12. Соединение lOOBase- Т4Контакт 4

ьуль повторителя

ьуль повторителя

Интерфейс MDf или DTE

Интерфейс MDf или DTE

Интерфейс MDI-X

Интерфейс MDI-X

Рис. 3.12. Соединение lOOBase- Т4

Рис. 3.12. Соединение lOOBase- Т4

Двухточечное соединение

Одним из преимуществ Ethernet является возможность соединить два узла 10Base-T напрямую, без применения повторителя. В случае Fast Ethernet это также возможно, поскольку узлы и повторители имеют одинаковые уровни PHY, а повторитель лишь дублирует сигналы, посланные узлами. Связать два узла FX легко ——нужно лишь соединить их порты так, как соединяются повторитель и узел.

Организация связи двух узлов типа ТХ или Т4 менее очевидна, но также достаточно проста. Она требует наличия кросс-кабеля (crossover cable) или кабеля нуль-повторителя (null repeater cable). Не все контакты одного конца кросс-кабеля соединены с одноименными контактами другого конца —— контакты витых пар 2 и 3 соединяются крест-накрест (рис. 3.13).

ШтекерRJ45ШтекерRJ45Белый/Оранжевый Оранжевый Белый/Зеленый Голубой Белый/Голубой Зеленый Белый/Коричневый КоричневыйБелый/Оранжевый Оранжевый Белый/Зеленый Голубой Белый/Голубой Зеленый Белый/Коричневый КоричневыйПара 3Пара 3Пара 2 ->[2Пара 2 ->[2Пара 3 fJПара 1 * 匚Пара 3 fJПара 1 * 匚Пара 4+匚Пара 4+匚12 34 567812 34 5678Белый/Оранжевый Оранжевый Белый/Зеленый Голубой Белый/Голубой Зеленый Белый/Коричневый КоричневыйБелый/Оранжевый Оранжевый Белый/Зеленый Голубой Белый/Голубой Зеленый Белый/Коричневый Коричневый

ШтекерRJ45

ШтекерRJ45

Белый/Оранжевый Оранжевый Белый/Зеленый Голубой Белый/Голубой Зеленый Белый/Коричневый Коричневый

Белый/Оранжевый Оранжевый Белый/Зеленый Голубой Белый/Голубой Зеленый Белый/Коричневый Коричневый

Пара 3

Пара 3

Пара 2 ->[2

Пара 2 ->[2

Пара 3 fJ

Пара 1 * 匚

Пара 3 fJ

Пара 1 * 匚

Пара 4+匚

Пара 4+匚

1

2 3

4 5

6

7

8

1

2 3

4 5

6

7

8

Белый/Оранжевый Оранжевый Белый/Зеленый Голубой Белый/Голубой Зеленый Белый/Коричневый Коричневый

Белый/Оранжевый Оранжевый Белый/Зеленый Голубой Белый/Голубой Зеленый Белый/Коричневый Коричневый

Конец разведен Штекерпо-другому、RJ45

Каждый из концов кросс-кабеля может быть подключен к любому узлу. Все, что требуется,——это чтобы он их соединял. Прямое соединение двух узлов lOOBase-TX показано на рис. 3.14.

Рис. 3/4 Двухточечное соединениеРис. 3/4 Двухточечное соединение

Рис. 3/4 Двухточечное соединение

Рис. 3/4 Двухточечное соединение

Два FX-узла просто соединяются обычным волоконно-оптическим кабелем, специальный кабель для этой цели не требуется.

При соединении напрямую узлы всегда взаимодействуют, используя одни и те же правила доступа к среде CSMA/CD, как будто между ними существует повторитель. Кроме того, два узла, связанные по стандарту ТХ или FX, могут взаимодействовать в полудуплексном режиме и передавать данные одновременно в каждом направлении со скоростью порядка 12 Мбайт/с. Дополнительные сведения о полудуплексных операциях приведены в главе 7.

Еще о lOOBase-TX u FX

Целью принятия стандарта 802.Зи было создание новой сетевой технологии Fast Ethernet, очень похожей на Ethernet, но обеспечивающей скорость передачи данных 100 Мбит/с. Разработчики понимали, что новое оборудование для Fast Ethernet будет создано не так быстро, но стандарт, который в определенной степени опирается на уже существующую технологию, будет воспринят лучше. Несомненно, наиболее очевидным примером такого подхода является метод доступа к среде CSMA/CD, используемый в Fast Ethernet. Другой пример ——тип кадра, полностью совпадающий с применяемым в Ethernet, которая работает со скоростью 10 Мбит/с. Разработка средств уровня PHY была одной из самых трудных стадий для проектировщиков. Использовать уровень PHY стандарта 1 DBase-Т было нерационально, потому что возможности его средств нельзя просто масштабировать до скорости 100 Мбит/с.

Уже несколько лет существует сетевая технология FDD! (Fiber Distributed Data Interface ——распределенный волоконно-оптический интерфейс передачи данных), работающая со скоростью 100 Мбит/с. Она достаточно известна, широко применяется и, что наиболее важно, надежна в работе. Еще одним важным обстоятельством является тот факт, что стандарт FDDI и существующее оборудование поддерживают применение как волоконно-оптического кабеля, так и медного кабеля категории 5. Комитет по Fast Ethernet сделал мудрый выбор, решив использовать приемопередатчики (PMD) из стандарта FDDI. Стандарт Fast Ethernet ссылается на стандарт FDDI PMD и перечисляет лишь несколько второстепенных деталей, которыми они отличаются. В уровне PHY Fast Ethernet используются только приемопередатчики FDDI, но не применяются иные элементы технологии FDDI, такие как маркеры или управление станцией. Также изменяется разводка контактов разъема RJ45: в 100Base-TX используется разводка 10Base-T, а в FDD! —разводка иного типа.

Использование приемопередатчиков FDDI позволило комитету 802.Зи быстрее стандартизировать Fast Ethernet: так как средства уровня PHY уже не были предметом спора и согласования, то не требовалось принимать много решений. Кроме того, это позволило производителям представить соответствующее оборудование на рынок быстрее, чем если бы уровень PHY

пришлось создавать с нуля. Именно так было с уровнем PHY 100Basc-T4. Первые продукты стандарта Т4 появились через много месяцев после того, как продукты для ТХ и FX уже широко использовались.

Будучи основанной на неплохой идее, Т4 работала не очень эффективно и ес продавали лишь немногочисленные производители. Поначалу Т4 была дороже, чем ТХ, поскольку ее уровень PHY более сложен. Другая причина такой непопулярности состояла в том, что стандарт Т4 был совершенно новым и сети на его основе труднее было заставить работать. Его также часто критиковали за низкую шумозащищенность и большую зависимость от неисправностей кабеля.

Тем не менее существовали веские причины для разработки Т4. Прокладывать новые кабели категории 5, чтобы перейти к сети стандарта ТХ, часто бывает непрактично или слишком дорого. Стандарт Т4 позволяет Fast Ethernet действовать через кабель категории 3, ранее проложенный в большинстве зданий. Во многих случаях именно этот кабель обеспечивает телефонную связь и работу сети 100Base-T. Проектировщики Fast Etlicrnet сообразили, что без реигений типа Т4 эта технология будет иметь гораздо меньший рынок.

Автосогласование

Новые уровни PHY типа 100Base-TX и 100Base-FX имеют возможность автоматически определять параметры уровней 1 и 2 двух взаимодействующих узлов. Эта возможность, называемая автосогласованием (autonegotiation) или автосогласованием NWAY, позволяет определить оптимальный режим совместной работы. Например, если узел соединен с переключателем и оба поддерживают полностью дуплексный режим, то этот факт будет установлен кажлым из устройств и режим включится. Когда связь активизируется, уровень PHY, способный применять автосогласование, устанавливает наиболее предпочтительный режим работы, поддерживаемый каждым из устройств. Следующий список определяет приоритетность режимов (приведено в порядке от высшего к низшему):

полнодуплексный режим 100Base ТХ или FX;

100Base-T4;

]00Base-TX;

полнодуплексный режим 10Base-T;

l()Base-T.

Когда включается уровень PHY, имеющий функцию автосогласования, он посылает специальный импульс целостности соединения, в котором закодированы возможности этого уровня. Этот импульс полностью совместим и, более того, ведет свое происхождение от сигналов, используемых всеми узлами сети lOBase-T. Уровень PHY также ожидает прихода соответствующего импульса. Получив такой импульс, уровень определяет наиболее

предпочтительный режим связи. Например, сетевая интерфейсная плата рабочей станции может поддерживать режимы работы сетей 10Base-T, 10()Base-TX и полнодуплексный 100Base-TX. Если эта плата будет подключена к повторителю 10Base-T, то она распознает импульс целостности связи этого повторителя и будет действовать в режиме 10Base-T. Естественно, повторитель 10Base-T не имеет понятия об автосогласовании и работает лишь в одном режиме, однако они находят общий язык благодаря "интеляектуаль- пости" сетевой платы. Если эту же плату подключить к повторителю lOOBase- ТХ, то благодаря автосогласованию связь будет работать со скоростью 100 Мбит/с. Наконец, если плату подключить к переключателю, поддерживающему полнодуплексный режим, то связь заработает именно в этом режиме.

Применение автосогласования очень эффективно в сетевых платах и позволяет реализовать режим plug-and-play. Возможности автосогласования раскрываются в полной мере, если и переключатели обладают этим свойством. Многие новые переключатели поддерживают все пять режимов работы для каждого порта. Это позволяет им взаимодействовать с любым устройством CSMA/CD, от обычных 10Base-T до полнодуплексной Fast Ethernet, в режиме plug-and-play.

Подлинная ценность автосогласования заключается в предоставляемой им возможности верно конфигурировать связи без вмешательства пользователя. Применение автосогласования избавляет от необходимости использовать dip-переключатели, конфигурационные файлы и экраны настройки систем, с помощью которых сети настраивали раньиге. Хотя полностью автоматическое конфигурирование, как правило, очень желательно, стандарт 802.3и предусматривает возможность отключения автосогласования, с тем чтобы пользователь мог вручную настроить устройство на определенный режим работы.

Реализация функции автосогласования также очень проста и происходит на уровне PHY, что позволяет встроить ее в любое устройство, даже в дешевые сетевые платы и переключатели. Подобные функции в других сетевых технологиях часто требуют для своей реализации наличия дорогого процессора.

Устройства, способные к автосогласованию, полностью совместимы с устройствами 10Base-T и 100Base-T, которые не поддерживают эту функцию. Если устройство на другом конце соединения не поддерживает функцию автосогласования, то интеллектуальный уровень PHY может определить тип данного устройства, исходя из характеристик его сигнала, и выбрать оптимальный режим работы. Когда в ближайшие несколько лет к стандарту Fast Ethernet добавятся новые возможности, значение автосогласования еще более возрастет. Эта функция специально предназначена для подлержки устройств, имеющих новые возможности, и позволит устройствам, которые продаются сегодня, корректно взаимодействовать с теми, которые поступят в продажу многие годы спустя.

Кадры: базовое звено взаимодействия

В главе 1 о кадрах упоминалось как о базовом звене взаимодействия узлов в сети. Правда, структура кадров, о которых речь шла в предыдущих примерах, несколько проще, чем структура реальных кадров, используемых в сети Fast Ethernet (рис. 4.1).

Адрес получателя

Адрес отправителя

Длина/ Тип

Данные

Контрольная сумма кадра

6 байтов 6 байтов 2 байтаот 46 до 1500 байтов4 байта

Рис. 4. /. Структура кадра Fast Ethernet

Первое, что нужно знать о любом кадре, — это его минимальны访 и максимальный объемы.

Минимальный объем кадра составляет 64 октета, или 512 битов (термины октет и байт — синонимы).

Максимальный объем кадра равен 1518 октетам, или 12144 битам.

Основная задача сети состоит в перемещении данных от одного компьютера к другому. Кадр служит "конвертом" для хранения данных. Формат кадра предусматривает наличие четырех основных полей, названия с определением функции каждого из которых приведены ниже:

адрес получателя —— указывается адрес узла, полу^тающего данные;

адрес отправителя — указывается адрес узла, пославшего данные;

длина/Тип (L/T —— Length/Type) —— содержится информация о типе передаваемых данных;

контрольная сумма кадра (FCS —— Frame Check Sequence)—— предназначено для проверки корректности полученного принимающим узлом кадра.

Адресаиия 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.

Применение МАС-адрсса — это одна из наиболее важных идей, выработанных комитетами IEEE, члены которых вовремя поняли, что скоро появится огромное количество сетевых устройств и ручное управление адресами узлов станет существенным препятствием на пути к внедрению сетей. Поэтому они н предложили способ присваивания уникального номера сетевому интерфейсу.

Естественно, проще всего присвоить каждому сетевому интерфейсу уникальный номер при его изготовлении. Поскольку сетевые адреса IEEE имеют объем 48 битов, может быть изготовлено около 280 триллионов сетевых интерфейсов с уникальными адресами. К сожалению, управлять такой адресацией было бы чрезвычайно сложно. Чтобы облегчить процесс управления сетевыми интерфейсами IEEE было предложено разделить 48-бито вое поле адреса на четыре части, как показано на рис. 4.2. Первые два бита адреса (биты 0 и 1) являются флажками типа адреса. Значение флажков определяет способ интерпретации адресной части (биты 2—47).

Размер в битахРазмер в битахФлажкитипа11Флажкитипа11АдресАдрес1/G U/L1/G U/L22222424OU1OU1Адрес (OUA)Адрес (OUA)Позиция битаПозиция бита47 46 4547 46 45-24 23-24 23ОО

Размер в битах

Размер в битах

Флажкитипа

11

Флажкитипа

11

Адрес

Адрес

1/G U/L

1/G U/L

22

22

24

24

OU1

OU1

Адрес (OUA)

Адрес (OUA)

Позиция бита

Позиция бита

47 46 45

47 46 45

-24 23

-24 23

О

О

Рис. 4.2. Формат МА С~адреса

Бит 1/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/G установлен в I, 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 имеющие его сетевые интерфейсы

ЛВС. Многопунктовые адреса позволяют послать кадр подмножеству узлов локальной сети. Если бит I/G установлен в 1, то биты от 46 до 0 трактуются как мпогопунктовый 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/G и U/L, установлены в 0, то адрес является уникальным 48-битовым идентификатором, описанным ранее.

Основное средство, при помощи которого IEEE управляет адресами, называется OUI (organizationally unique identifier —— организационно уникальный идентификатор). IEEE присваивает один или несколько OUI каждому производителю сетевых адаптеров и интерфейсов. Таким образом, все, что должен сделать IEEE,——это проследить за немногими номерами каждого производителя (часто даже за одним), а не за индивидуальными адресами. 22 бита OUI позволяют создать более 4 миллионов комбинаций. Каждый производитель отвечает за правильность присвоения OUA (organizationally unique address — организационно уникальный адрес), который должно иметь любое созданное им устройство. 24 бита OUA позволяют производителю выпустить свыше 16 миллионов сетевых интерфейсов, прежде чем запросить новый OUI.

НЛ01 присваивается органом IEEE Registration Authority. Список выданных L^OUI можно получить по адресу:

IEEE Standarts Department

445 Hoes Lane, P.O. Box 1331Piscataway, NJ 08855-1331Телефон: 908-562-3813Факс: 908-562-1571

В Web существует несколько списков OUI. Ссылки на некоторые из них можно найти по адресу: www.wiley.com/compbooks/fastethernet.

Комбинация из OUI и 0UA составляет UAA (universally administered address ——универсально управляемый адрес), или IEEE-адрес. Биты I/G и U/A в UAA всегда установлены в 0. Каждый производитель обязан гарантировать, что любая использованная пара OUI/OUA присвоена одному и только одному выпущенному им узлу. Поэтому, даже если части OUA двух (или более) сетевых плат совпадают, их МАС-адреса будут различаться, поскольку будут разными их OUI, Такой метод адресации гарантирует, что каждый сетевой узел IEEE вне зависимости от типа ЛВС или производителя имеет единственный адрес.

802.3802.3и802.3802.3иКомитет IEEE стаiгдартизировал несколько технологий локальных вычислительных сетей, использующих сетевые адреса IEEE:

802.3

802.3и

802.3

802.3и

Ethernet на базе CSMA/CD

Fast Ethernet на базе CSMA/CD

Token Passing Bus

Token Passing Ring (Token Ring)

100VGAnyLAN

В сети FDDI также используютсястандартные сетевые адреса IEEE.

FDDI является стандартом ANSI (American National Standards Institute —— Американский национальный институт стандартов).

При установке бита U/L адрес является локально управляемым. Это означает, что он задается не про изводите ле м сетевого интерфейса. Любая организация может создать свой МАС-адрес сетевого интерфейса путем установки бита U/L в 1, а битов со 2-го по 47-й в какое-нибудь выбранное значение. Естественно, каждая организация должна следить за своими адресами. Локально управляемые адреса используются редко, поскольку каждый сетевой интерфейс имеет универсально управляемый адрес. Не существует современного сетевого протокола или другого широко используемого программного обеспечения, которое требовало бы установки сетевых адресов вручную. В действительности мы даже не слышали о ситуации, когда использовались бы локально управляемые адреса. Существует способ переписать UAA в сетевом интерфейсе, например, с помощью записи в конфигурационном файле или реестре. Однако этот метод достаточно запутан и плохо документирован.

И

ндивидуальные универсально или локально управляемые МАС-адреса получили название однопунктовые адреса. Общей чертой широковещательных и многопунктовых адресов является установление бита 1/G. Вместе взятые, они называются групповыми адресами.

Кадры часто классифицируются по адресу получателя. В частности, кадр с широковещательным адресом получателя часто называется широковещательным кадром. Эта же идея "работает" в случае одно- и многопунктовых адресов, создавая соответственно термины многопунктовый кадр и однопунктовый кадр. Кадр с однопунктовым адресом иногда называют направленным кадром, поскольку он предназначается единственному узлу. В этом же смысле употребляется и термин направленный пакет.

Бит I/G значительно информативнее бита U/L. Его установление говорит о том, что адрес яатяется групповым, а не индивидуальным. Хотя стандарт Fast Ethernet и определяет, как работают многопунктовые адреса, он не оговаривает, для чего они используются. Предназначение многопунктовых адресов устанавливается проектировщиками сетевых протоколов типа TCP/IP, IPX и NetBIOS.

Сетевой интерфейс, получив кадр, первым делом декодирует адрес получателя. При установлении в адресе бита I/G уровень МАС получит этот кадр лишь в том случае, если адрес получателе находится в списке, который хранится на узле. Этот прием позволяет одному узлу отправить кадр многим узлам.

Существует специальный многопунктовый адрес, называемый широковещательным адресом. В 48-битовом широковещательном IEEE-адресе все биты установлены в 1. Если кадр передается с широковещательным адресом получателя, то все узлы сети получат и обработают его.

IEEE-адрес другого формата состоит из 16 битов: 1-битового поля I/G и ■ 15-битового поля адреса. Несложно догадаться, что использование данного формата не всегда целесообразно. Действительно, он не поддерживается ни оборудованием Fast Ethernet, ни современным оборудованием Ethernet и определен лишь в целях обратной совместимости со старой технологией. В 16-битовом формате не используются многопунктовые адреса, однако применяется широковещательный адрес (все биты установлены в 1).

«>®*«®多* /еа»*®** 您®♦***・* 争* «含 е®е«е®"*«а«* ♦争《#«®@*«*«*«* «金辔♦«含 а 等

Адреса u MAC

Для оборудования МАС-адрес ——вешь достаточно простая и выглядит так, как показано на рис. 4.3. Поля I/U, OUI и OUA лишь облегчают управление МАС-адресами. Оборудованием эти поля не используются.

Флажок типаАдрес

Размер <~

в битах 124

I/G

Сетевой адрес

Рис. 4.3. Аппаратные адреса

Как можно видеть, оборудование МАС трактует адрес либо как групповой (многопунктовый), либо как индивидуальный (однопунктовый). В интерпретации содержимого полей (J/L и OUI это оборудование вообще не нуждается.

Как исполь зуюшся МАС-адреса

Однопунктовые адреса используются в том случае, когда узел посылает кадр другому узлу напрямую. Основная масса данных движется по сети именно так. Почти все данные уровня приложений передаются между узлами с помощью однопунктовых кадров. Например, рабочие станции посылают однопунктовыс кадры серверам, а тс возвращают однопунктовые кадры-ответы.

Обычно широковещательные кадры составляют лишь малую долю сетевого трафика и не используются для передачи данных уровня приложений. Широковещательные сообщения, как правило, сопровождают процесс,

именуемый открытием (discovery). Потребность в процессе открытия возникает, если узел нуждается в связи с другим узлом, но не знает его МАС-адреса. Узел, который ищет, посылает всем узлам специальный пакет, запрашивая ответа от нужного узла. Узел, которого ищут, получив широковещательный запрос, отошлет отправителю однопунктовый кадр. Эта фундаментальная функция используется всеми протоколами и многими приложениями.

Миогопунктовые адреса используются почти так же и в тех же целях. Преимущество много пунктовых адресов состоит в том, что лишь некоторое подмножество машин в сети действительпо получит многопунктовый кадр. Это означает, что станнин, которых нс нужно искать, не получат, а следовательно, не будут копировать и обрабатывать многопунктовые кадры открытия, в которых они не заинтересованы.

Хорошим примером сказанному могут служить адреса, используемые в системах Windows 95 и Windows NT Server. Предположим, что Альфред Е. Ньюмен каждое утро регистрирует свой компьютер, функционирующий под управлением Windows 95, на сервере \\GIGEM под управлением NT. Когда компьютер Альфреда стартует, он не знает, где находится \\GIGEM. В поисках сервера компьютер Альфреда посылает специальный широковещательный кадр, который называется сообщением НАЙТИ ИМЯ. Если сервер \\GIGEM запущен и работает, он вернет компьютеру одпопунктовый кадр со своим МАС-адресом. Теперь компьютер Альфреда может взаимодействовать с этим сервером, используя одыопунктовые пакеты. Правда, не все компьютеры в ЛВС обязаны отвечать на запрос НАЙТИ ИМЯ. Если локальная сеть будет содержать серверы, работающие, например, под управлением Netware или UNIX, то такие серверы, используя для открытия иной механизм, будут игнорировать любые сообщения, посланные по многопунктовому адресу, который используется в системе Windows NT.

Другим примером, свидетельствующим о целесообразности применения многопунктовых адресов, является бездисковая рабочая станция. В мире UNIX рабочие станции, часто не имея ни дисковода гибких дисков, ни жесткого диска, должны загружаться через сеть. Все системные файлы, которые обычно загружаются с локального диска, вынуждены загружаться из сети. Как только лишенная дисков рабочая станция стартует, она начинает поиск загрузочного сервера, посылая широковещательный запрос ВООТР. Если загрузочный сервер включен и работает, он ответит на этот запрос именем начального файла, в котором нуждается рабочая станция.

Широковещательные и многопунктовые кадры используются и в других целях, например для преобразования адресов и в службе открытия. Без широковещательных кадров операции автоматической конфигурации в сети были бы невозможны —— их пришлось бы выполнять вручную.

Поле Длина/Тип

Поле L/T (Length/Type—Длина/Тип) является немножко "странным". По историческим (или же, как иногда говорят, по истерическим) причинам оно применяется в двух различных целях:

для определения длины поля данных кадра, исключая любое дополнение пробелами;

для обозначения типа данных в поле данных.

При этом значение поля L/T, находящееся в интервале между 0 и 150(), является длиной поля данных кадра; более высокое значение указывает на тип протокола. Чтобы понять такой принцип использования данного поля, необходимо знать, как Ethernet стала стандартом. Фирма Xerox выполнила исходное проектирование Ethernet в 1973 году. В 1979 году Xerox объединилась с корпорациями DEC и Intel, с тем чтобы представить Ethernet в IEEE для стандартизации. Это сообщество компаний получило известность как группа DIX. Первоначально они выпустили известную Голубую Книгу DIX. Группа DIX представила спецификацию Голубой Книги на одобрение IEEE в феврале 1980 года. Она ожидала, что IEEE примет стандарт Голубой Книги без изменений. Естественно, этого не произошло, так как IEEE никогда не любил компаний, пытающихся диктовать стандарты. Комитет IEEE 802.3, объединяющий представителей многих компаний, не позволил группе DIX протолкнуть свой стандарт без учета мнений других членов IEEE. Хотя IEEE и принял большинство спецификаций Голубой Книги, были внесены н некоторые изменения. Одно из наиболее спорных изменений относится к полю L/T.

Спецификация Голубой Книги определила 16 битов, следующих за адресом отправителя, как поле типа протокола. Так как длина кадра определялась уровнем МАС после получения пакета, не было необходимости кодировать ее величину в самом кадре. Но комитет 802.3 не согласился с этим, на что были веские причины. Длина поля данных кадра должна составлять не менее 46 байтов. Однако многие протоколы нуждаются в пересылке меньшего количества байтов (например, 3 или 4 байтов). Если протоколу LLC (находящемуся непосредственно над уровнем МАС) будет приказано переслать менее 46 байтов информации, то он добавит недостгно- щие байты в конец поля данных. Комитет 802.3 поставил перед собой цель найти способ легкого и быстрого определения длины данных в кадре без добавления байтов-заполнителей. В связи с этим было принято решение использовать поле типа данных для хранения информации о длине кадра.

К сожалению, большая часть работы по стандартизации Ethernet была завершена с использованием поля L/T для обозначения типа данных. В те "далекие" времена его значения не превьпиали 1500, что противоречило определению поля L/T как поля длины. Во второй половине 8()-х годов это стало настоящим мучением. Сетевое программное обеспечение и оборудование, выпущенное до стандартизации Ethernet в 1983 году, часто не могло

работать совместно с оборудованием и программным обеспечением, удовлетворяющим спецификации 802.3. Поэтому в старом оборудовании и программном обеспечении значение поля L/T определяло тип данных, а в оборудовании и программном обеспечении, поддерживающих новый стандарт, оно использова-чось для обозначения длины.

Это вызва-чо ужасную путаницу. Поступило много критических замечаний со стороны производителей, чья продукция была несовместимой со стандартом. Обычно критика, по иронии судьбы, поступала в адрес фирм DEC, Intel и Xerox, которые изобрели и совершенствовали Ethernet.

С другой стороны, стало ясным, что поле L/T можно использовать 〃 в качестве поля длины, w в качестве поля типа. Это стало бы возможным при условии, что значение типа всегда будет превышать 1500. Вот почему было принято такое решение.

Система работает хорошо, потому что оборудование Ethernet и Fast Ethernet никогда не использует поля L/T. Указанное поле служит лишь для согласования с программным обеспечением, обрабатывающим кадры (т.е. с протоколами). Но единственном подлинно стандартным предназначением поля L/T является использование его в качестве поля длины ——в спецификации 802.3 даже не упоминается о возможном его применении как поля типа данных. Стандарт гласит: "Кадры со значением поля длины, превышающим определенное в пункте 4.4.2, могут быть проигнорированы, отброшены или использованы частным образом. Использование данных кадров выходит за пределы этого стандарта".

Является ли применение значения поля L/T для определения типа данных "грехом"? По-видимому, нет. Многие системы и протоколы используют значение этого поля для задания именно типа данных, а не длины, в соответствии с общепринятой договоренностью. К тому же значения типа, не превышающие 1500, давно вышли из употребления. В компании Xerox даже существует группа, известная как Ether Types, которая отслеживает эти значения. #舞眇 争的畛 ♦»«* 劣 **з *得* ♦* 承备* 堂得 得单◎**♦ 0«言 彎争* •«*«>#*** 參 ♦挚得 *4 箏堂* ♦®0 «爲箪 еа

E

ther Types основана и управляется Институтом Систем Xerox. Список значений типов Ether Types можно запросить по контактному адресу:

Xerox Systems Institute

3400 Hillview Avenue

PO BOX 10034

Palo Alto, CA 94303Телефон: 415-813-7164Спросить: Fonda Lix Pallone

В Web существует несколько списков Ether Types. Ссылки на некоторые из них находятся по адресу: www.wiley.com/compbooks/fastethernet.

擊承* 挚攀 &a 堂等电 а* 參夂 & a®@® 停® 購/ «峥* 含 *得 «伞住 尊® 务修®®* 停得 ««修 争® 金 您蒙您 ⑨岁尊 аае 拿 а 金您嗓

Подводя итог сказанному, заметим, что поле L/T является первичным механизмом, по которому определяется тип кадра. Кадры Fast Ethernet и

Ethernet, в которых значением поля L/T задается длина (значение L/T < 1500), называются кадрами 802.3, кадры, в которых значением этого же поля устанавливается тип данных (значение L/T > 1500), называются кадрами Ethernet-II или DIX.

Современные операционные системы, такие как Windows 95, Windows NT, Netware и OS/2, хорошо работают с любым из основных типов кадра. Но более старое программное обеспечение типа Microsoft LAN Manager, OS/2 1.x и многих версий UNIX очень разборчиво в этом отношении. Использование различных типов кадра более подробно обсуждается в главах, посвященных установке сети Fast Ethernet.

Поле данных

В поле данных содержится информация, которую один узел пересылает другому. В отличие от других полей, хранящих весьма специфические сведения, поле данных может содержать почти любую информацию, лишь бы ее объем составлял нс менее 46 и не более 1500 байтов. Как форматируется и интерпретируется содержимое поля данных, определяют протоколы.

Если необходимо переслать данные длиной менее 46 байтов, уровень LLC добавляет в их конец байты с неизвестным значением, называемые незначащими данными (pad data). В результате длина поля становится равной 46 байтам.

Если кадр имеет тип 802.3, то в поле L/Г указывается значение объема действительных данных. Например, если пересылается 12-байтовое сообщение, то поле L/T хранит значение 12, а в поле данных находятся и 34 добавочных незначащих байта. Добавление незначащих байтов инициирует уровень LLC Fast Ethernet, и обычно реализуется аппаратно.

Средства уровня МАС не задают содержимое поля L/T ——это делает программное обеспечение. Установка значения этого поля почти всегда производится драйвером сетевого интерфейса.

Контрольная сумма кадра

Оборудование Fast Ethernet исключительно надежно и спроектировано для передачи данных без ошибок. Однако в мире нет ничего совершенного. Бывает, что кадр повреждается во время путеигествия от одного узла к другому. Такие повреждения называются ошибками передачи и могут возникать по самым разным причинам, среди которых:

случайные битовые ошибки (происходящие, правда, крайне редко);

применение некачественных кабелей;

использование дефектных сетевых интерфейсов;

электрические помехи (шум).

Если кадр поврежден, его данные изменяются или теряются во время перемещения по сети. Если плохой кадр будет передан протоколу или другому программному обеспечению на узле, то их работа может нарушиться или даже завершиться аварийно.

Контрольная сумма кадра (FCS ——Frame Check Sequence) позволяет убедиться в том, что полученные кадры не повреждены. При формировании передаваемого кадра на уровне МАС используется специальная математическая формула CRC (Cyclic Redundancy Check ——циклический избыточный код), предназначенная для вычисления 32-разрядного значения. Полученное значение помещается в поле FCS кадра. На вход элемента уровня МАС, вычисляющего CRC, подаются значения всех байтов кадра ——начиная с первого байта адреса получателя и заканчивая последним байтом поля данных.

Способ вычисления CRC позволяет получить практически уникальное значение для каждого кадра. Иными словами, шанс того, что любой другой кадр будет иметь такое же значение CRC, составляет 1 из 4294967 296, или 1 из 2”. Это очень малая вероятность. Возможность выиграть в лотерею или получить удар молнии намного более реальна, чем возможность найти два разных кадра с одним и тем же значением CRC.

После приема кадра уровень МАС со стороны получателя вычисляет свое значение CRC, Если новое значение CRC, обычно называемое полученным CRC, отличается от значения в поле FCS, то кадр, скорее всего, поврежден. Поврежденные кадры обычно игнорируются и отбрасываются. Ошибки, которые могут быть обнаружены таким образом, называются ошибками CRC.

Поле FCS является первичным и наиболее важным механизмом обнаружения и испрак1ения ошибок в Fast Ethernet. Весь процесс контроля реализован аппаратно и происходит очень быстро. Все современные МАО микросхемы имеют счетчик, значение которого увеличивается каждый раз при появлении ошибки CRC. Подобные сведения могут быть исключительно ценными для администратора сети. Обычное количество ошибок CRC очень незначительно (нормой является возникновение нескольких ошибок в неделю). Однако в случае повреждения кабеля или сетевого интерфейса их число резко возрастает. Наблюдение за количеством ошибок CRC на узле сети позволяет быстро локализовать неисправность.

Другие ошибки кадра уровня МАС

Наряду с ошибками CRC существуют и другие оигибки, которые также должен обнаружить уровень МАС. Одна из них ——затянувшийся кадр, т.с. слишком длинный кадр. При этом не имеет значения, совпадают ли значения CRC. Ни один уровень МАС не может передавать кадры длиной свыше 1518 байтов. Передача кадра большей длины почти всегда обусловлена неисправностью сетевого интерфейса, хотя эту же проблему может вызвать и ошибка в драйвере.

Ошибки кадрирования возникают при получении пакета, содержащего кадр, длина которого не равна целому числу октетов. Кадры состоят из октетов (байтов), поэтому количество битов в кадре всегда должно быть кратным 8. Если во время передачи кадра некоторые биты были потеряны, это условие, скорее всего, не выполнится. Заметим, что контрольная сумма кадра позволяет почти всегда обнаружить ошибки кадрирования, но уровень МАС определяет и подсчитывает их отдельно.

Ошибки длины возникают, когда значение поля L/T не соответствует реальной длине кадра. Ошибки длины могут обнаружиться лишь при условии, что узел обрабатывает кадры типа 802.3. Если же задействованы кадры Ethernet-II, то по значению поля L/T нельзя судить о наличии подобных ошибок. При использовании лишь кадров типа 802.3 узел может проверить правильность кадра, исходя из его длины, одним из следующих способов:

если значение поля L/T превышает 1500, то кадр неправильный;

если значение поля L/T находится в интервале от 46 до 1500, но не равно длине кадра минус 18, то это значение не согласуется с длиной кадра и, следовательно, кадр неправильный;

если значение поля L/T находится в интервале от 1 до 45, то длина всего кадра должна быть ровной 64 байтам. Если это не так, то кадр неправильный.

В современных системах, таких как Novell NetWare, Microsoft NT и Windows 95, могут использоваться кадры обоих типов. Если значение поля L/T больше 1500, то это кадр Ethernet-II, если значение указанного поля меньше 1500, то это кадр 802.3. Это важно знать ввиду широкого распространения многопротокольных сетей. Например, использующий кадры типа 802.3 протокол IPX является родным протоколом для сетей NetWare, Windows 95 и Microsoft NT. Системы Microsoft и IBM OS/2 часто применяют и протокол NetBEUI с кадрами типа 802.3. Однако в TCP/IP-сетях, таких как Internet и UNIX, обычно используют кадры Ethernet-II, поскольку TCP/IP и UNIX возникли раньше, чем стандарт 802.3.

MAC u CSMA/CD: сердие и душа Fast Ethernet

Каждый узел в сети Fast Ethernet имеет контроллер доступа к среде (Media Access Controller — МАС). МАС является сердцем и душой 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 МАС 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 IEEE. Комитет 802.3, часто именуемый комитетом Ethernet, определяет стандарты на ЛВС, в которых используются правила под названием CSMA/CD, что означает Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов).

CSMS/CD являются правилами доступа к среде как для Ethernet, так и для Fast Ethernet. Именно в этой области две технологии полностью совпадают, и именно поэтому многие утверждают, что Fast Ethernet совместима или даже идентична Ethernet.

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. Контроллер МАС находится в чрезвычайно важном месте сетевой модели OSI: на уровне 2 (рис. 5.1).

УзелУзелОперационная система и приложенияОперационная система и приложения0£и^0&>0£и^0&>PHY гMDI —PHY гMDI —ф^хфтфсифюо SQHiedJQauф^хфтфсифюо SQHiedJQauфнхфтфсофюо ®охйагаее< 。江ефаеьни ^ошфьфофнхфтфсофюо ®охйагаее< 。江ефаеьни ^ошфьфоПротоколыПротоколыLLC - Управление логическим каналом (драйвер)LLC - Управление логическим каналом (драйвер)МАС - Управление доступом ■ ксредеМАС - Управление доступом ■ ксредемпмпСогласованиеСогласованиеPCSPCSРМА~PMD~AUTQNEGРМА~PMD~AUTQNEGПрикладнойПрикладнойПредставления данныхПредставления данныхСеансовыйСеансовыйТранспортныйТранспортныйСетевойСетевойКанальныйКанальныйФизическийФизический765437654322

Узел

Узел

Операционная система и приложения

Операционная система и приложения

0£и^0&>

0£и^0&>

PHY г

MDI —

PHY г

MDI —

ф^хфтфсифюо SQHiedJQau

ф^хфтфсифюо SQHiedJQau

фнхфтфсофюо ®охйагаее< 。江ефаеьни ^ошфьфо

фнхфтфсофюо ®охйагаее< 。江ефаеьни ^ошфьфо

Протоколы

Протоколы

LLC - Управление логическим каналом (драйвер)

LLC - Управление логическим каналом (драйвер)

МАС - Управление доступом ■ ксреде

МАС - Управление доступом ■ ксреде

мп

мп

Согласование

Согласование

PCS

PCS

РМА~PMD~AUTQNEG

РМА~PMD~AUTQNEG

Прикладной

Прикладной

Представления данных

Представления данных

Сеансовый

Сеансовый

Транспортный

Транспортный

Сетевой

Сетевой

Канальный

Канальный

Физический

Физический

7

6

5

4

3

7

6

5

4

3

2

2

Рис. 5. А МАС 〃 модель OSI

МАС принимает кадры от более высоких уровней и для передачи их по сети использует правила доступа к среде и уровень PHY. Он также поручает кадры от уровня PHY и передает их более высоким уровням.

Одна из важных особенностей МАС состоит в том, что хотя он и контролирует доступ узла к среде, но сам от нее не зависит. Другими словами, МАС не привязан к типу используемой в ЛВС среды. Для доступа к среде оы использует уровень PHY. Так, Fast Ethernet поддерживает четыре типа среды: 100Base~TX, 100Base-FX, 100Base-T4 и 100Base-T2; различные типы среды поддерживает и Ethernet: 10Base-T, 10Base-2, 1 OBase-5, lOBase-F, 10Broad36 и 1 Base-5. Во всех перечисленных случаях имеются свои уровни PHY. PHY обеспечивает взаимодействие между контроллером МАС и средой, позволяя МАС оставаться независимым от нее. МАС сети Fast Ethernet может пользоваться любым типом среды, для которого имеется уровень PHY. Например, некоторые производители, и в частности Compaq, создают адаптеры Fast Ethernet, имеющие модульный PHY. Изменяя применяемый уровень PHY, одна и та же плата адаптера Fast Ethernet может работать в сетях 100Base-TX, 100Base-FX и 100Base-T4.

О

чень трудно определить, являются ли одни правила доступа к среде более удачными, чем другие. Аргументы, касающиеся этого вопроса, часто бывают такими же убедительными, эмоциональными и пылкими, как и любые религиозные аргументы. Разработчики связывают свою карьеру и престиж компании с тем, насколько удачны конкретные правила доступа. Причина проста: правила доступа к среде определяют, насколько технология

ЛВС хорошо работает. В частности, от этих правил зависит ее общая производительность и эффективность, то, насколько хорошо она восстанавливается после ошибок и других проблем, насколько гибка, насколько легко находить в ней ошибки и даже как дороги ее составляющие.

Хорошим примером этому является старый спор между сторонниками Ethernet и Token Ring (маркерное кольцо). Сторонники Token Ring утверждают, что использование правил CSMA/CD вызывает слишком много проблем при увеличении сетевой нагрузки и поведение сетей Fast Ethernet невозможно предсказать в силу случайного характера доступа к среде. Сети Token Ring всегда предсказуемы и хорошо ведут себя при увеличении нагрузки. Эта позиция корректна.

С другой стороны, сторонники Ethernet утверждают, что правила сети Token Ring чересчур сложны. Они говорят, что простота Ethernet позволяет удешевить ее, быстрее находить ошибки и почти при любых обстоятельствах данная сеть работает лучше, чем Token Ring. Эта позиция также корректна. Единственное мнение, с которым все обычно бывают согласны, заключается в том, что стоимость установки Ethernet составляет 50—75% стоимости установки Token Ring. Но даже при этом сторонники Token Ring не забывают подчеркнуть, что ее эксплуатация обходится гораздо дешевле благодаря необычной гибкости и устойчивости к отказам. Эти аргументы могут показаться противоречивыми, но лишь на первый взгляд. Комментарии, сделанные представителями обоих лагерей, не всегда объективны. Обе стороны восхваляют преимущества своей технологии, обе имеют привычку игнорировать ее недостатки. По нашему же мнению, эти технологии просто различны, и ни одну их них нельзя считать лучше другой. Тип устанавливаемой ЛВС должен диктоваться не эмоциями, а потребностями приложений, в какой-то степени вашими знаниями о технологиях. Причина, по которой мы написали эту книгу, — желание помочь вам принять мудрое решение относительно Fast Ethernet. В перспективе рынок покажет, какая технология лучше. Но уже на сегодняшний день в мире имеется более 10 узлов Ethernet на каждый узел Token Ring.

Продукты Fast Ethernet, как известно, находятся на рынке непродолжительное время, но эта технология уже намного популярнее других высокоскоростных технологий, таких как WOVG AnyLAN, FDDI и ATM.

«金* ◎您给 金 串 金母隼 *****®*®аее 第 а&0 争® ♦** 争金® ♦*<** 争举 ******i»* «貪*<****«»

Правила CSMA/CD

Сеть Fast Ethernet очень похожа на старые общие телефонные линии, которые использовались в 60-е годы (и в 70-е годы в отдаленных лесных районах), что позволяло несколько удешевить их прокладку. Когда телефоны только начали устанавливать в сельской местности, было очень дорого тянуть линию каждому абоненту. Поэтому не было ничего необычного в том, что четыре или пять семей пользовались общей линией. Сейчас каждый имеет собственную телефонную линию — в буквальном смысле пару медных проводов, соединяющих дом с телефонной компанией.

Общая телефонная линия достаточно точно соответствует Fast Ethernet: все узлы в сети совместно используют одну и ту же среду, которая в данном случае является цифровой шиной в центральном повторителе (или повторителях).

Одним из наиболее популярных занятий на общих телефонных линиях была болтовня между соседями. Несколько людей на одной и той же линии поднимали трубки и болтали. Для них это было развлечением, а для нас —— хорошая аналогия с работой сети Fast Ethernet. Как легко представить, разговоры требуют некоторого сотрудничества между людьми на линии. В связи с тем, что оператор не диктует каждому, как следует себя вести, должны существовать определенные правила.

Мы проиллюстрировали важную и фундаментальную концепцию Fast Ethernet: правила доступа к среде внедрены s МАС каждого узла. В локальной сети Fast Ethernet нет центрального управляющего устройства. Узлы сами сотрудничают в поддержании порядка, как на общей телефонной линии.

Рассмотрим случай общения на телефонной линии пяти человек. Не каждый может говорить в любое время. Если два или более человека попытаются говорить одновременно, то сообщения исказятся и никто не будет в состоянии понять их. Основное правило для каждого: слушай перед тем, как говорить. Прежде чем что-то будет сказано, должна наступить тишина. В Fast Ethernet соблюдается это же правило. .

Контроллер MAC Fast Ethernet, прежде чем приступить к передаче, прослушивает несущую. Несущая существует лишь тогда, когда другой узел ведет передачу. Уровень PHY определяет наличие несущей и генерирует сообщение для МАС. Наличие несущей говорит о том, что среда занята и слушающий узел (или узлы) должны уступить передающему.

Лицо, желающее сообщить что-нибудь по общей линии, обычно должно подождать секунду или две, чтобы убедиться, что другое лицо закончило говорить. MAC Fast Ethernet поступает аналогтным образом. МАС, имеющий кадр для передачи (иногда говорят ожидающий кадр), прежде чем передать его, должен подождать некоторый минимальный промежуток времени после окончания предыдущего кадра. Это время называется межпакетной щелью (IPG, interpacket gap) и продолжается 0,96 микросекунды, т.е. десятую часть от времени передачи пакета обычной Ethernet со скоростью 10 Мбит/с (IPG — единственный интервал времени, всегда определяемый в микросекундах, а не во времени бита). В качестве примера к сказанному, рассмотрим рис. 5.2.

После окончания пакета 1 все узлы ЛВС обязаны подождать в течение времени IPG, прежде чем смогут передавать. Временной интервал между пакетами 1 и 2, 2 и 3 на рис. 5.2 — это время IPG. После завершения передачи пакета 3 ни один узел не имел материала для обработки, поэтому временной интервал между пакетами 3 и 4 длиннее, чем IPG.

Все узльг сети долж}гы соблюдать эти правила. Даже если на узле имеется много кадров для передачи и данный узел является единственным передающим, то после пересылки каждого пакета он должен выждать в течение по крайней мере времени IPG.

Именно в этом заключается часть CSMA правил доступа к среде Fast Ethernet. Короче говоря, многие узлы имеют доступ к среде и используют несущую для контроля ее занятости.

В ранних экспериментальных сетях применялись именно эти правила, и работали такие сети очень хорошо. Тем не менее использование лишь CSMA привело к возникновению проблемы. Часто два узла, имея пакет для передачи и прождав время IPG, начинали передавать одновременно, что приводило к искажению данных с обеих сторон. Такая ситуация называется коллизией (collision) или конфликтом.

Для преодоления этого препятствия ранние протоколы использовали достаточно простой механизм. Пакеты делились на две категории: команды и реакции. Каждая команда, переданная узлом, требовала реакции. Даже современные протоколы основаны на этом подходе. Некоторые из них, и в частности SNMP, так же просты, другие, подобные используемому в NetBEUI протоколу 802.2 LLC, посложнее.

Если в течение некоторого времени (называемого периодом тайм-аута) после передачи команды реакция на нее не была получена, то исходная команда подавалась вновь. Это могло происходить по нескольку раз (предельное количество тайм-аутов), прежде чем передающий узел фиксировал ошибку.

Эта схема могла прекрасно работать, но лишь до определенного момента. Возпикновение конфликтов приводило к резкому снижению производительности (измеряемой обычно в байтах в секунду), потому что узлы часто простаивали в ожидании ответов на команды, никогда не достигающие пункта назначения. Перегрузка сети, увеличение количества узлов напрямую связаны с ростом числа конфликтов и, следовательно, со снижением производительности сети.

Проектировщики ранних сетей быстро нашли решение этой проблемы: каждый узел должен устанавливать факт потери переданного пакета путем обнаружения конфликта (а не ожидать реакции, которая никогда не последует). Это означает, что потерянные в связи с конфликтом пакеты должны быть немедленно переданы вновь до окотания времени тайм-аута. Если узел передал последний бит пакета без возникновения конфликта, значит пакет передан успешно.

Метод контроля несущей хорошо сочетать с функцией обнаружения коллизий. Коллизии все еще продолжают происходить, но на производительности сети это не отражается, так как узлы быстро избавляются от них. Группа DIX, разработав правила доступа к среде CSMA/CD для Ethernet, оформила их в виде простого алгоритма, которым сейчас пользуются как в

Ethernet, так и в Fast Ethernet. Представленная на рис. 5.3 схема достаточно удачно иллюстрирует алгоритм доступа к среде CSMA/CD.

Рис. 5.3. Структурная схема алгоритма CSMA/CD

Этот простой алгоритм выполняется каждым нуждающимся в передаче кадра узлом независимо. Если узел не должен передавать, он просто "наблюдает" сеть в поиске конца кадра, чтобы иметь возможность принять нужное решение в блоке 1 схемы.

Говорят, что узлы, находящиеся в одной локальной сети Ethernet или Fast Ethernet и использующие правила CSMA/CD, находятся и в одной области коллизий (collision domain). Словарь Уэбстера определяет область как "1: множество элементов, для которых ограничена математическая или логическая переменная: особое множество, на котором функция определена. 2: район, отличительно помеченный некоторой физической особенностью (область стремительных потоков, высоких деревьев или озер)”.

Первое определение является математическим, поэтому оно точное. В случае сетей Fast Ethernet и Ethernet функция — это CSMA/CD, а область ее применения ——все узлы данной ЛВС. В действительности для рабочей характеристики области конфликтов больше подходит определение 2. В этом случае область определяется физическим повторителем или множеством повторителей, связывающим множество узлов.

Термины ЛВС、сегмент и сеть часто бывают взаимозаменяемыми. Определить, что именно имеется в виду, можно из контекста. Понятия ЛВС и сеть обычно подразумевают наличие множества, состоящего из одной или нескольких областей конфликтов. Например, если пользователь говорит: "Я соединился с ЛВС компании" или "Сеть не работает", то он имеет в виду не единственную область коллизий, с которой связывается, а сетевую систему в целом. А термин сегмент почти всегда подразумевает единственную область конфликтов Ethernet или Fast Ethernet, и именно в этом смысле мы будем употреблять его в данной книге.

Коллизии

Коллизии, надо полагать, являются самыми трудными для понимания аспектами обеих использующих правила CSMA/CD технологий — Ethernet и Fast Ethernet. Вокруг коллизий годами идут споры. Плохо ли, что существуют коллизии? Что значит "слишком много" коллизий? Когда они возникают? Как их предсказать?

Необходимо знать следующее: ЛВС на основе CSMA/CD спроектированы иметь коллизии. Коллизии могут случится и во время работы правильно функционирующей сети. Очень жаль, что создатели Ethernet не назвали их как-нибудь иначе, поскольку в реальном мире термин "коллизия" (конфликт, столкновение) почти всегда означает нечто плохое (столкновение автомобилей вряд ли бывает желаемым явлением) и многие люди думают аналогичным образом о коллизиях в сетях Ethernet и Fast Ethernet. Некоторые считают, что если в сети есть коллизии, значит здесь что-то не в порядке. Но это вовсе не так. Узлы сети на основе правил CSMA/CD решают в ''арбитражном" порядке, кому из них передавать пакеты. В этом процессе всегда принимают

участие коллизии. Возможность обнаружения коллизий в действительности является дополнением к ранним версиям локальной сети, в которых применялся только контроль несущей CSMA.

Почему возникают коллизии

Коллизии возникают в сетях Fast Ethernet в том случае, если два или более узлов пытаются передавать в одно и то же время. Такая ситуация бывает, когда много узлов имеют пакеты для передачи и ищут признак конца передачи текущего пакета. Все они обнаруживают конец передачи текущего пакета приблизительно (но не в точности) в одно и то же время. Это означает, что два или более узла ЛВС могут одновременно достичь блока 2 на схеме алгоритма CSMA/CD. Естественно, узлы начнут передачу, ничего не зная друг о друге, и произойдет конфликт. Такая ситуация называется соперничеством (contention). Узлы соперничают за среду передачи вместо того, чтобы уступить уже передающему узлу.

Соперничество возникает вследствие свойственной каждой составляющей ЛВС задержки распространения (propagation delay) сигнала. Задержка распространения — это время, которое требуется любому электрическому или оптическому сигналу, чтобы пройти через компонент сети. С точки зрения человека, электрические (или оптические) сигналы распространяются мгновенно, а на самом деле — со скоростью света. Тем не менее при тех скоростях, на которых работает электронное сетевое оборудование, время прохождения сигнала через компонент не только поддается измерению, но и является сравнительно большим.

Например, при использовании кабеля категории 5 расстояние от узла до повторителя не может превышать 100 метров. В наихудшем случае сигналы распространяются по такому кабелю со скоростью чуть больше половины скорости света. Сигналу, чтобы добраться от одного конца кабеля к другому, потребуется 0,57 микросекунды. Скорость передачи данных по сети Fast Ethernet составляет 100 миллионов битов в секунду, для передачи одного бита необходимо 10 наносекунд (1 ВТ). Поэтому за 0,57 микросекунды можно передать немногим более 57 битов.

З

адержка распространения сигнала для кабеля определяется в единицах, называемых NVP (Nominal Velocity of Propagation — номинальная скорость распространения). Это скорость распространения сигнала по кабелю, выраженная в процентах по отношению к скорости света. В случае кабеля на неэкранированных витых парах (категорий 3, 4 и 5) эта величина находится в пределах от 0,59 до 0,65. Кабель категории 5 никогда не имеет NVP менее 0,5852, что примерно равно 0,570 ВТ/м. (Задержки распространения в Ethernet и Fast Ethernet определяются в единицах времени бита: 1 ВТ соответствует 10 наносекундам в первой сети и 100 наносекундам во второй; время распространения света составляет 3,34 наносекунды на метр.)

Используем это значение как наихудшее иэ возможных для кабеля категории 5. В этом случае кабель категории 5 длиной 100 метров будет иметь задержку распространения сигнала 57 ВТ. Принятое номинальное значение NVP для кабеля категории 5 составляет около 0,60 или 0,556 ВТ/м. Реальные значения NVP гораздо выше. В установленной недавно кабельной сети категории 5 задержки распространения были точно измерены для всех 185 сегментов кабеля категории 5 и среднее их значение составило около 4,66 наносекунды на метр (NVP равен 0,72).

Хотя в спецификации на Fast Ethernet максимально допустимая задержки распространения для кабеля не указывается, но для других составляющих ЛВС она определена. Уровни PHY в сетевом интерфейсе уэла, а также в повторителях классов I и II имеют максимально допустимую задержку распространения. Для PHY сетевого интерфейса она не должна превышать 25 ВТ. Задержка между любыми двумя портами не может превышать 70 ВТ для повторителя класса I, 46 ВТ для повторителя класса II с портами WOBase-TX и/или 100Base-FX и 33,5 ВТ для повторителя класса II с одним или несколькими портами 100Base-T4.

Кабель обычно является основной, но не единственной прргчиной задержки распространения сигнала. Битам также необходимо время для прохождения уровня PHY в каждом узле и повторителе. Максимально допустимая задержка распространения в каждом компоненте сети Fast Ethernet, равно как и Ethernet, точно определена стандартом.

Время прохождения сигнала между двумя узлами локальной сети Fast Ethernet называется PDV (Path Delay Value ——значение задержки в пути). Каждая пара узлов в Fast Ethernet характеризуется определенным PDV. PDV двух заданных узлов вычисляется простым сложением значений индивидуальных задержек распространения каждой составляющей сети между уровнями МАС каждого узла (чтобы определить время SPD (Simple Path Delay —— простая задержка в пути)) и последующим умножением полученного результата на 2. PDV в два раза больше, чем SPD, потому что оно включает время кругового прохождения данных между двумя узлами, или время, требуемое сигналу, чтобы дойти от МАС одного узла до МАС другого и вернуться обратно. Обратите внимание, что термин SPD встречается только в этой книге. Вы не найдете его в стандарте. Термин PDV используется и в стандарте, и в другой литературе, посвященной Fast Ethernet.

Знать максимальное PDV конкретного сегмента Fast Ethernet чрезвычайно важно. Эта величина называется окном коллизий (collision window) и представляет собой интервал времени от начала передачи уровнем МАС первого бита кадра до потери возможности обнаружения коллизии с любым узлом ЛВС. Значение окна коллизий сегмента Fast Ethernet напрямую зависит от его диаметра. Чем больше диаметр сети, тем больше максимальная задержка распространения между любой парой узлов.

Спецификация Fast Ethernet определяет максимально допустимое значение окна коллизий для сети Fast Ethernet, равное 512 ВТ. Эта величина называется временем канала (slot time). Конфигурация составляющих Fast Ethernet, у которой значение окна коллизий превышает значение времени канала, неверна, и такая сеть будет функционировать неправильно. Эту закономерность можно сформулировать еще и так: наихудшее значение SPD в сети Fast Ethernet не должно превышать половины значения времени канала.

Исходя из времени канала вычисляются еще два важных параметра: минимальный размер кадра (minimum frame size) и максимальный диаметр сети (maximum network diameter). Минимальный размер кадра равен 512 битам, или 64 байтам. Диаметр сегмента сети должен быть достаточно малым для того, чтобы сигнал мог выйти из уровня МАС одного узла, дойти до уровня МАС любого другого узла сегмента и вернуться назад в течение времени канала. Время этого прохождения часто называют временем замкнутого маршрута (round-trip time) сегмента, которое равнозначно размеру окна столкновений.

Чтобы понять, почему существует максимальный размер окна столкновений и минимальный размер пакета, мы должны рассмотреть, как вычисляется задержка распространения. Пример сети, иллюстрирующий причину существования окна задержки и влияние задержки распространения на ЛВС, приведен на рис. 5.4. Как видим, узлы А, В и С присоединены к повторителю, причем узлы А и В находятся на близком расстоянии, узел С расположен на максимальном расстоянии, т.е. в 100 метрах от повторителя.

Повторитель (70 ВТ)

|5,7 ВТ25 ВТ|5,7 ВТ25 ВТ1 мИ00 м

|5,7 ВТ

25 ВТ

|5,7 ВТ

25 ВТ

0,57 ВТ |57 ВТ

®I

25 ВТ；

25 ВТ

Рис. 5.4. Схема сети-примера для иллюстрации возможностиобнаружения коллизии

На рис. 5.4 изображены компоненты сети с указанием длины отрезков кабеля и соответствующих значений задержки распространения (выражены во времени бита). Заметим, что в каждом узле происходит задержка распространения, представляющая собой собственно задержку уровня PHY. Значение задержки распространения повторителя включает как задержки уровней PHY обоих портов, так и задержку модуля повторителя. В таблице приведены значения задержки в пути для каждой пары повторителей в ЛВС.

ПутьЗадержка s пути, ВТ

(округлено до ближайшего целого)

А -> В25+5,7+70+0,57+25=126

А -> С 25+5,7+70+57+25=183

В -> С 25+0,57+70+57+25=178

Предположим, что узел А передает пакет, а узлы В и С уже закончили передачу. Пока А передает, узлы В и С контролируют несущую. И так продолжается до тех пор, пока А не закончит передавать.

Естественно, когда узлы В и С замечают окончание передачи пакета А, они запускают свои таймеры IPG. Однако благодаря задержке распространения в сегменте их таймеры (и таймер узла А) стартуют в разное время. Причем узел А, закончив передачу очередного пакета и запуская свой таймер IPG, подобно остальным узлам сегмента должен убедиться, что между передачей его пакетов имеется достаточный интервал времени.

На рис. 5.5 показано, когда происходят важные события. Время во всех случаях измеряется во времени бита.

a LZa LZ183183126126л △л △400 457400 457222 279222 279Рис. 55 Возникновение коллизииРис. 55 Возникновение коллизииЧасть кадра,не переданнаяиз-за коллизииЧасть кадра,не переданнаяиз-за коллизии

a LZ

a LZ

183

183

126

126

л △

л △

400 457

400 457

222 279

222 279

Рис. 55 Возникновение коллизии

Рис. 55 Возникновение коллизии

Часть кадра,не переданнаяиз-за коллизии

Часть кадра,не переданнаяиз-за коллизии

Поскольку узел А точно знает, когда он завершит передачу, его таймер стартует первым, в нулевое время (t=0). Таймер узла В стартует следующим, в момент t=126. Так как он находится ближе к узлу А, чем узел С, он раньше замечает конец кадра А. Таймер узла С стартует последним, в момент t=182.

Узел В начнет передачу в тот момент, когда сработает его таймер IPG. В это время он будет передавать один, поскольку таймер IPG узла С еще работает. Через 57 ВТ сработает таймер IPG узла С, и последний начнет передачу, поскольку среда передачи для него еще свободна. В этот момент узлы В и С начинают конкурировать за среду, но коллизия еще не возникает, так как пакеты В и С пока не столкнулись.

Для того чтобы первый бит пакета от узла В или С достиг другого узла, требуется 178 ВТ. Поскольку первым начал передавать узел В, то узел С первым зафиксирует коллизию. Это произойдет в момент времени t=400. Обнаружив коллизию, узел С будет продолжать передавать в течение времени

сигнала ПРОБКА, а затем прекратит передачу. Объем данных, переданных за время сигнала ПРОБКА, гарантирует обнаружение коллизии повторителем.

А в это время узел В продолжает спокойно передавать, поскольку начало пакета узла С до него еще не дошло. Наконец, спустя 57 ВТ после фиксации коллизии в узле С, узел В также обнаружит ее и передаст собственный сигнал ПРОБКА.

С

игнал ПРОБКА продолжается 32 ВТ. Спецификация не определяет его содержимого, однако уровень МАС никогда не проектируется таким образом, чтобы посылать в качестве сигнала ПРОБКА 32-раэрядную контрольную сумму оборванного им кадра. Возможно, излишне определять это в спецификации, но поскольку МАС должен передавать нечто длиной 32 бита, а контрольная сумма имеет именно такую длину и уже содержится в МАС, то проектировщику оборудования могло бы показаться естественным пересылать контрольную сумму кадра внутри сигнала ПРОБКА. Если контрольная сумма пересылается умышленно и конфликт происходит на расстоянии не менее 32 битов от начала пакета, то оборванный кадр закончится как правильный. Ясно, что это плохая идея: хотя кадр выглядит корректно, он не совпадает с переданным.

Вы спросите, почему спецификация не запрещает передавать сигнал ПРОБКА, содержимое которого совпадает с контрольной суммой оборванного кадра? Ответ будет следующим: реализовать этот запрет очень сложно, а вероятность того, что контрольная сумма оборванного кадра будет верна, равна одному иэ 4,2 миллиарда случаев.

Окно коллизий конкретной сети Fast Ethernet зависит от ее диаметра: чем больше диаметр сети, тем больше окно коллизий. Окно коллизий сети Fast Ethernet, в которой используется только кабель категории 5 (или категории 3), никогда не превысит 512 ВТ, потому что спецификация сети ограничивает длину медного кабеля величиной 100 метров. В случае медного кабеля ограничивающим фактором могут служить не задержка распространения, а помехи на его концах, устойчивость к шуму, затухание сигнала.

Локальная сеть Fast Ethernet, использующая повторитель класса I и имеющая максимальный диаметр (200 метров), показана на рис. 5.6. Ее узлы присоединены к повторителю 100-метровыми отрезками кабеля категории 5 (максимально допустимая длина). Окно коллизий такой ЛВС составляет всего лишь 472 ВТ.

Повторитель (70 ВТ) I 100 м I 100 м ；57 ВТ ! 57 ВТ

(Ь (Ь

25 ВТ 25 ВТ

Рассмотрев табл 5.1, можно понять, как было получено это значение (472 ВТ). Обратите внимание, что в процессе вычислений мы прибавили поле безопасности, равное 4 ВТ. Делать это не обязательно, но рекомендуется. В реальной ЛВС соединения между узлами и повторителем обычно состоят не из одного отрезка кабеля, а из двух или трех, соединенных настенными зажимами и коммутационными панелями. Спецификация Fast Ethernet определяет границы поля безопасности величиной от 0 до 5 ВТ, рекомендуя значение 4 ВТ, которым мы и воспользовались.

Таблица 5. /. Расчет максимально возможного окна коллизий при использовании медного кабеля категории 5 и повторителя класса /

Элемент

Задержка, ВТ/м

Количество задержек

Для кругового маршрута

Общая задержка

Уровень PHY сетевого интерфейса в каждом узле

25

х2

х2

100

Повторитель класса I

70

XI

х2

140

100 метров кабеля категории 5 (узел А)

57

XI

х2

114

100 метров кабеля категории 5 (узел В)

57

XI

х2

114

Поле безопасности

4

Общая задержка распространения кругового маршрута 472

Остающийся запас (512 — общая задержка) 40

Если бы максимальная длина кабеля категории 5 не ограничивалась его электрическими характеристиками, то при использовании повторителей класса 1 максимальная длина сегмента кабеля могла бы достичь 170 метров. Тем не менее уровни PHY 100Base-TX и 100Base-T4 спроектированы для работы с кабелем, имеющим максимальную длину 100 метров. Это значение взято из стандарта на кабели EIA/TIA 568. (EIA ——это Electronics Industry Association, Ассоциация электронной промышленности; TIA —— это Telecommunication Industry Association, Ассоциация телекоммуникационной промышленности.)

Именно в этом и заключается преимущество использования волоконнооптического кабеля в локальной сети Fast Ethernet. Такой кабель не подвержен электрическим помехам или помехам на его концах, которые обычно ограничивают длину медного кабеля. При использовании волоконно-оптического кабеля единственным фактором, не позволяющим увеличить его длину, остается задержка распространения, как правило, равная 0,50 ВТ/м. Заменив в представленной на рис. 5.6 сети медный кабель волоконно-оптическим, мы сможем увеличить длину обоих отрезков кабеля до 134 M (см. табл. 5.2).

Таблица 5.2. Расчет максимально возможного окна коллизий при использовании волоконно-оптического кабеля категории 5 〃 повторите^ класса /

Элемент.

Задержка, ВТ/м

Количество задержек

Для кругового маршрута

Общая задержка

Уровень PHY сетевого интерфейса в каждом узле

25

х2

х2

100

Повторитель класса I

70

XI

х2

140

134 метра кабеля категории 5

67

XI

х2

134

134 метра кабеля категории 5

67

Х1

х2

134

Поле безопасности

4

Общая задержка распространения кругового маршрута 512

Остающийся запас (512 ——общая задержка) О

Основной вывод, полученннй путем анализа табл. 5.1 и 5.2, состоит в том, что топология ЛВС Fast Ethernet ограничена наибольшим временем распространения между любыми двумя узлами ЛВС. Оно не может превышать 256 ВТ в одну сторону или 512 ВТ для замкнутого маршрута (время канала). Из табл. 5.1 видно, что окно коллизий любой сети Fast Ethernet, сконфигурированной по правилам топологии модели 1 (см. главу 3), никогда не превысит времени канала. Именно эта мысль лежит в основе правил модели 1. Если вы будете руководствоваться этими правилами, в сегментах вашей сети никогда не возникнут проблемы с PDV.

Правила топологии модели 2 проще, но также основаны на вычислении наихудшего значения PDV в сегменте Fast Ethernet. При использовании правил топологии модели 2 выполните подобные предыдущим вычисления, используя два узла вашей сети, наиболее удаленные от повторителя. Если самое низкое PDV не превышает 512, то сеть будет работать хорошо.

При проектировании локальной сети Fast Ethernet (а в рассматриваемом случае и Ethernet), у которой значение окна коллизий приближается к значению времени канала, вы никогда не можете быть уверены, что окно коллизий не превысит времени канала. Если последнее произойдет, работа вашей сети будет сопряжена со множеством проблем.

Чтобы разобраться в этом вопросе, рассмотрим работу двух сетей. В первом случае (рис. 5.7, 5.8) ЛВС сконфигурирована таким образом, что время канала меньше окна коллизий. Во втором случае (рис. 5.9, 5.10) ЛВС слитком велика, ее окно коллизий превышает время канала. В обеих сетях среда передачи вначале свободна, а затем узел А решает передать пакет узлу С. Позже, но в течение окна коллизий сети, пакет передает узел В. В первой сети все работает хорошо, так как окно коллизий меньше, чем время канала (рис. 5.8). Зато во второй сети узел А не успевает распознать коллизию, так кик окно коллизий слишком велико (рис. 5.10).

Повторитель (70 ВТ)1134 м,10 м【134 м

|67 ВТ|5ВТ67 ВТ

i © \25 ВТ

25 ВТ

25 ВТ

Рис. 5. 7. ЛВС максимального диаметра с волоконно-оптическим кабелем

Рис. 5.8. Возникновение коллизии

Сегмент первой сети имеет большой диаметр (268 метра), однако данная ЛВС корректна, поскольку ее окно коллизий составляет 508 ВТ, т.е. несколько меньше времени канала, равного 512 ВТ.

Ниже показано, как изменяется время задержки распространения при переходе от узла к узлу.

ПутьВремя задержки, ВТ

А т В25+67+70+67+25=254

В т А25+67+70+67+25=254

А т С25+67+70+5+25=192

В т С25+5+70+67+25=192

»&««@»»<s»»e««9««»»««9»«««»««»»*«»»«««№««»»««»»«««»««»»a«#«>e««>

М

инимальный размер кадра в локальной сети Fast Ethernet составляет 64 байта, максимальный —— 1518 байтов. Подробнее о кадрах и пакетах см. в главе 4.

Узел А может приступить к передаче своего пакета немедленно, потому что среда передачи была свободна более долгое время, чем время IPG. В момент t=0 узел А решает передать узлу С пакет длиной 64 байта. В момент [=253 узел В начинает передавать свой пакет. С точки зрения узла В, среда передачи была свободна дольше, чем время IPG, потому что первый бит пакета, переданного с узла А, еще не достиг узла В. В результате задержки распространения между двумя узлами этого не случится до момента [=254, поэтому в момент t=253 узел В может начинать передачу.

В результате узел В успевает передать один бит, а в момент t=254 он замечает первый бит пакета А и фиксирует коллизию. Затем узел В передает 32-битовый сигнал ПРОБКА. Первый бит пакета узла В в сопровождении 32 битов указанного сигнала идет к узлу А. Однако, судя по задержке распространения, узел С ближе к узлу В, чем узел А, поэтому данные от узла В сперва столкнутся с пакетом узла А в узле С. Это столкновение разрушит пакет, который получал узел С начиная с момента времени t=192.

В момент t=507 конфликт обнаружит и узел А, так как примет первый бит от узла В. Это произойдет, когда узлу А останется передать всего лишь 5 битов своего пакета. И хотя конец пакета уже близок, узел А фиксирует коллизию и начинает заново передавать пакет узлу С. Первый пакет, переданный от А к С, был разрушен коллизией точно так же, как и пакет узла В. Судя по рис. 5.8, пакет, полненный узлом С от узла А, был разрушен дважды; в момент t=384, когда первый бит данных и сигнал ПРОБКА от узла В достигли узла С, и в момент t=699, когда сигнал ПРОБКА от узла А достиг узла С.

Если бы при проектировании данной ЛВС мы не задали поля безопасности величиной 4 ВТ, то узел А обнаружил бы коллизию уже после передачи последнего бита своего пакета. Поскольку волоконно-оптический кабель имеет задержку распространения 0,5 ВТ/м, то ошибка при установке кабеля, увеличившая диаметр сети всего на 2 метра (около 6,5 футов), заставила бы узел А пропустить возникшую коллизию. Для данной ЛВС ошибка в 2 метра составляет всего лишь 1,2% от диаметра сети ——не так уж и много.

Узел, передав последний бит кадра и не обнаружив при этом коллизии, уверен, что кадр передан благополучно (см. блок 4 на рис. 5.3). Если лиаметр локальной сети Fast Ethernet слишком большой, то узлы передают пакеты, вступающие в коллизию, будучи уверенными, что они доходят благополучно. Пропущенная коллизия означает, что кадры не получены. Помните ли вы правила доступа к среде CSMA/CD? При возникновении пропущенной коллизии ситуацию исправит протокол, что, однако, снизит производительность сети.

Сеть, схема которой приведена на рис. 5.9, почти такая же, как и представленная на рис. 5.7. Их различие состоит лишь в том, что узел В присоединен к кабелю длиной 150, а не 134 метра (разница в 16 метров).

Повторитель (70 ВТ)

|1°5:-©5вт 2|1°5:-©5вт 24МВТ4МВТ®®

|1°5:-©5вт 2

|1°5:-©5вт 2

4МВТ

4МВТ

®

®

Рис. 5.9. Слишком большая сеть

Рассмотрим, как изменяется задержка распространения от узла к узлу в этом случае.

Путь Задержка распространения, ВТ

А т В25+67+70+75+25=262

В т А25+67+70+75+25=262

А т С25+67+70+5+25=192

В — С25+5+70+75+25=200

Если во второй сети повторить сценарий передачи пакетов, используемый в первой, то узел А не обнаружит коллизию из-за слишком большой задержки распространения между узлами А и В.

ААооА △192 261А △192 261ПовреждениеПовреждениеРис. 5.10. Пропущенная коллизияРис. 5.10. Пропущенная коллизия523523

А

А

о

о

А △

192 261

А △

192 261

Повреждение

Повреждение

Рис. 5.10. Пропущенная коллизия

Рис. 5.10. Пропущенная коллизия

523

523

Согласно рис. 5.10, первый переданный узлом В бит достигает узла А в момент t=523, спустя 11 ВТ после того, как узел А закончил передачу. Узел С сможет получить первые 200 битов пакета узла А, а затем, в момент t=392, оставшаяся часть пакета будет повреждена 33 битами данных и сигналом ПРОБКА, переданными узлом В. Как и в предыдущем примере, узел С

игнорирует пакет от узла А, потому что он поврежден из-за возникшей коллизии. Однако узел А уверен, что пакет передан успешно, так как он отправил последний бит, не обнаружив коллизии. Теперь исправление ошибки пропущенного кадра — дело протокола.

В обоих случаях предполагалось, что передается пакет минимального размера (64 байта). Это самый маленький размер пакета, допустимый в локальной сети Fast Ethernet (или Ethernet). Во втором примере, если пакет узла А хотя бы на 2 байта длиннее, то проблем не возникнет, так как время передачи будет достаточным для того, чтобы успеть заметить коллизию. Коллизия, возникшая после передачи 512-го бита, все равно является ошибкой и называется поздним конфликтом (late collision). Наличие поздиих конфликтов — первый признак того, что ЛВС имеет слишком большой диаметр сети.

Воспользовавшись медным кабелем и проследив за тем, чтобы длина его отрезков не превьш!ала 100 метров, вы не будете иметь проблем, связанных с превышением размера окна коллизий. Если вам необходима ЛВС с длинными отрезками волоконно-оптического кабеля, будьте внимательны. Слитком большая сеть Fast Ethernet будет время от времени создавать исключительно трудно определяемые и сложные для устранения проблемы.

Короче говоря, из-за влияния задержек распространения в составляющих сегмента узлы не могут обнаружить конец передачи пакета одновременно. Это означает, что таймеры IPG в разных узлах будут стартовать в различное время. Если за время работы таймера IPG узел не получит данных, свидетельствующих о занятости сети, он сможет начать передачу пакета. Когда это попытаются сделать одновременно два или несколько узлов, возникнет коллизия.

Время канала и окна коллизий

Как отмечалось выше, минимальный размер кадра, измеренный в битах, должен соответствовать времени канала, выраженному во времени бита. Поскольку время канала Fast Ethernet составляет 512 ВТ, то минимальный размер кадра не может быть меньше 512 битов. Чтобы понять это, необходимо вернуться к рис. 5.7 и 5.9. Узел А на рис. 5.7 передает кадр минимального размера (512 битов, или 64 байта). Первый бит достигнет узла В спустя 253 ВТ после того, как узел А передаст его. В этот момент узел А как раз будет передавать 254-й бит пакета, а узел В обнаружит коллизию и начнет передавать сигнал ПРОБКА. Первому биту, сопровождаемому сигналом ПРОБКА, требуется еще 253 ВТ для того, чтобы достичь узла А и появиться там как раз в тот момент, когда он будет передавать 507-й бит пакета, едва успев дать возможность узлу А обнаружить коллизию.

Во второй сети все происходит аналогичным образом, но задержка распространения между узлами А и В слишком велика, поэтому узел А успевает закончить передачу, сигнал о коллизии достигает его слишком поздно.

Необходимость в определении минимального размера кадра для сети Fast Ethernet вызвана следующим. Узел должен передавать настолько долго, чтобы за время передачи его первый бит успел достичь самого дальнего узла и вернуться обратно, возможно, сигнализируя о возникновении коллизии. Все это должно произойти до того, как передающий узел отправит последний бит своего кадра.

Теоретически локальной сети Fast Ethernet можно позволить иметь минимальный размер кадра, равный ее окну коллизий. Например, маленькая ЛВС с окном коллизий в 100 ВТ может работать при минимальном размере кадра 13 байтов, что составляет 104 бита. Любой кадр должен содержать целое число октетов (байтов), что позволит увеличить размер сегмента Fast Ethernet. Если бы окно коллизий было равным 8000 ВТ, то минимальный размер кадра составил бы 1000 байтов, позволив сегментам волоконно-оптического кабеля тянуться от единственного повторителя класса I на расстояние до 880 метров. Естественно, столь огромный минимальный размер кадра в высшей степени неэффективен, так как некоторым протоколам требуется пересылать друг другу лишь по нескольку байтов. Поэтому при необходимости отправить, например, 3 байта потеря в кадре минимального размера составит 997 байтов.

Подбирать размер кадра для конкретной сети чрезвычайно непрактично. Для каждой ЛВС, по идее, необходимо точно определить максимальную задержку распространения и с учетом полученного результата задать мини- мальннй размер кадра. Если в измерениях будет допущена хоть малейшая ошибка, то ЛВС станет работать некорректно из-за пропускаемых конфликтов. Более того, при изменении конфигурации ЛВС максимальная задержка распространения должна будет измеряться вновь и, следовательно, возникнет потребность в подгонке минимального размера кадра на всех узлах. Выполнить все это чрезвычайно сложно, а кроме того, невозможно избежать ошибок.

Вот почему проектировщики Ethernet и Fast Ethernet мудро решили опрелелить максимальную задержку распространения, равную 512 ВТ. Минимальный размер пакета составляет, естественно, 512 битов (64 байта). Результат налицо: если окно коллизий локальной сети не превысит времени канала, то передающие станции обязательно обнаружат коллизию. Все прекрасно, и Земля продолжает плавно вращаться вокруг собственной оси!

Время канала и диаметр сети

Время канала определяет не только минимальный размер кадра, но и максимальный физический размер ЛВС. Как упоминалось в главе 1, существуют два набора правил правильной топологии локальной сети Fast Ethernet; модель передачи 1 и модель передачи 2.

Модель 1 проста и не нуждается в напоминании. Модель 2 более запутана. Она состоит в вычислении наихудшего PDV для локальной сети. Если

наихудшее PDV не превосходит 512 ВТ, то ЛВС соответствует правилам. В противном случае ее необходимо переконфигурировать.

Модель передачи 2 неприемлема для Fast Ethernet, использующей только медный кабель. В случае применения медного кабеля невозможно создать слишком большой сегмент Fast Ethernet. Правила модели 2 вступают в силу лишь при использовании волоконно-оптического кабеля. На рис. 5.7 показана сеть Fast Ethernet, в которой используется волоконно-оптический кабель для связи узлов с повторителями. Узлы А и В присоединены к отрезкам волоконно-оптического кабеля длиной по 134 метра. Поскольку размер волоконно-оптического кабеля не ограничен электрическими характеристиками, мы можем уменьшить один отрезок и соответственно увеличить второй, сохранив корректность локальной сети Fast Ethernet.

Работа большинства сетей Ethernet, функционирующих со скоростью 10 Мбит/с, не сопряжена с проблемой диаметра сети. ЛВС 10Base-T может простираться примерно на 500 метров (1640 футов), что вполне достаточно для большинства действующих сетей. Однако применение волоконно-оптического кабеля и повторителя класса I снижает длину сети до 272 метров (892 футов). Это может стать серьезным поводом для перехода ЛВС стандарта 10Base-T Ethernet на технологию Fast Ethernet.

Другим следствием применения модели передачи 2 является то, что сеть Fast Ethernet может иметь более двух повторителей класса II. Однако при этом нужно очень четко вычислять наихудшее PDV. Локальная сеть Fast Ethernet максимально допустимого размера с тремя повторителями класса II представлена на рис. 5.11.

Повторитель класса II (47 ВТ)

5 м|2,5 ВТ5 м|2,5 ВТ.5 м

5 м

|2,5 ВТ

5 м

|2,5 ВТ

!2,5 ВТ

Повторитель класса II (47 ВТ)Повторитель класса II (47 ВТ)；134 м|б7 ВТ；134 м|б7 ВТПовторитель класса II (47 ВТ) 1134м 67 ВТПовторитель класса II (47 ВТ) 1134м 67 ВТ

Повторитель класса II (47 ВТ)

Повторитель класса II (47 ВТ)

；134 м

|б7 ВТ

；134 м

|б7 ВТ

Повторитель класса II (47 ВТ) 1134м 67 ВТ

Повторитель класса II (47 ВТ) 1134м 67 ВТ

25 ВТ25 ВТ

25 ВТ

25 ВТ

25 ВТ

Рис. 5. / /. Локальная сеть, содержащая три повторителя класса 〃

Расчет времени задержки для сети, представленной на рис. 5.11, приведен в табл. 5.3. Бюджет кабельного времени составит

512 - 349 = 163 ВТ

Таблица 5.3 Вычисление битового бюджета при использовании повторителя класса II

Элемент

Задержка, ВТ/м

Количество задержек

Для кругового маршрута

Общая задержка

PHY сетевого интер-

25

х2

х2

100

фейса в каждом узле

Повторитель класса Н

47

хЗ

х2

235

Кабели внутри повто-

2,5

х2

х2

10

рителя

Поле безопасности

4

Итого

349

Поскольку наихудшее значение задержки распространения для кабеля категории 5 составляет 0,57 ВТ/м, а время передачи сигнала равно не более 163 ВТ, то общая длина кабеля, соединяющего узлы А и В, не должна превышать 142 метра, или 7! метр для каждой его части, если мы делим кабель пополам. Это значительно меньше, чем максимальная 100-метровая длина в случае использования медного кабеля. Заметим, что длина каждого кабеля узлов А и В не в обязательном порядке должна составлять 71 метр, если их суммарная длина равна 142 метрам, У одной она может достичь 92 метров, у другой ——50 метров. Но даже когда мы используем модель передачи 2, длина отрезков медного кабеля все равно не должна превышать 100 метров, поэтому самым "неуравновешенным*' вариантом в таком случае будет прокладка кабелей длиной 100 и 42 метра.

К ЛВС, подобной представленной на рис. 5.11, можно присоединять новые узлы при условии, что PDV между новым узлом и каждым из существующих не превысит времени канала.

Окно коллизий и производительность сети

Размер окна коллизий в сети Fast Ethernet влияет и на ее производительность. Сегмент Fast Ethernet с меньшим значением окна коллизий будет иметь меньше коллизий, нем сегмент с окном большего размера. Объясняется это тем, что окно коллизий данной ЛВС является верхней границей времени, которое требуется узлу, чтобы достичь (acquire) возможности передавать данные по сети.

Говорят, что узел "достиг" сети, если он передал л-й бит, где л ——величина окна коллизий. Проиллюстрировать это понятие поможет рис. 5.12, па котором показана схема ЛВС, имеющей 6 узлов и окно коллизий между узлами А и С, равное 498 ВТ.

Повторитель (70 ВТ)

'50 м .25 м|29 ВТ 14 ВТ'50 м .25 м|29 ВТ 14 ВТО 25 ВТО 25 ВТ25 ВТ25 ВТ©©100 м 75 м57 ВТ 43 ВТ100 м 75 м57 ВТ 43 ВТ©25 ВТ 25 ВТ©25 ВТ 25 ВТ25 ВТ25 ВТ

'50 м .25 м

|29 ВТ 14 ВТ

'50 м .25 м

|29 ВТ 14 ВТ

О 25 ВТ

О 25 ВТ

25 ВТ

25 ВТ

©

©

100 м 75 м

57 ВТ 43 ВТ

100 м 75 м

57 ВТ 43 ВТ

©25 ВТ 25 ВТ

©25 ВТ 25 ВТ

25 ВТ

25 ВТ

Рис. 5/2. ЛВС с несколькими узлами

Приведем PDV всех узлов данной сети по отношению к узлу А:

Путь А т В

А т С А т D А т Е А т F

Задержка распространения, ВТ PDV 25+29+70+14+25=163326

25+29+70+100+25=249498

25+29+70+43+25=192384

25+29+70+43+25=192384

25+29+70+6+25=155310

Если узел А (рис. 5.13) начнет передавать 100-байтовый кадр (800 битов) в нулевой момент времени (t=0), то коллизия может возникнуть в момент, примерно равный половине размера окна коллизий (до t=249). Напоминаем, что размер окна коллизий, время канала и PDV являются временами замкнутого маршрута, а не временами передачи от точки к точке подобно SPD.

ААооО соО соПервая половина окна коллизийПервая половина окна коллизийЕЕ????DVDVУзел А достиг сетиУзел А достиг сетиF ВF ВFB D▽▽ ▽FB D▽▽ ▽Вторая половина окна коллизийВторая половина окна коллизийЕЕРис. 5/3. Распределение времени s окне коллизийРис. 5/3. Распределение времени s окне коллизий

А

А

о

о

О со

О со

Первая половина окна коллизий

Первая половина окна коллизий

Е

Е

??

??

D

V

D

V

Узел А достиг сети

Узел А достиг сети

F В

F В

FB D

▽▽ ▽

FB D

▽▽ ▽

Вторая половина окна коллизий

Вторая половина окна коллизий

Е

Е

Рис. 5/3. Распределение времени s окне коллизий

Рис. 5/3. Распределение времени s окне коллизий

Первому переданному узлом А биту, чтобы достичь узла F, потребуется 155 ВТ. Он попадет на этот узел раньше, чем на другие узлы, поскольку узел

F находится ближе всех к узлу А судя по задержке распространения (узлы А и F имеют наименьшие значения SPD в ЛВС). Если узел F ничего не передавал до момента времени t=155, то он не будет передавать еще в течение времени, равного длительности кадра плюс время IPG. Как только узел F заметит, что узел А начал передавать данные (благодаря контролю несущей), он отложит свою передачу до тех пор, пока не закончит передавать узел А (см. блок 5 на схеме алгоритма CSMA/CD).

Если узел F все-таки начнет передачу до момента времени t=155, это вызовет коллизию, которая будет обнаружена узлом А до момента t=310. Подобные значения времени существуют и для узлов В, С, D и Е, и они зависят от PDV между этими узлами и узлом А. Мы знаем, что в наихудшем случае все коллизии должны возникнуть до момента t=249 и быть обнаружены всеми узлами ЛВС до момента t=498.

Как только узел А передаст 498 битов кадра, он достигнет сети. Сейчас мы знаем, что прошло достаточно времени для-возникновения коллизии с любым другим узлом и его обнаружения узлом А. Если до момента t=498 появление коллизии не фиксируется, можно гарантировать, что узел А успешно завершит передачу. Время достижения сети в любом сегменте Fast Ethernet не может превышать времени канала. Попробуем нарисовать временную диаграмму, подобную предыдущей (рис. 5.13) для каждой пары узлов сети, изображенной на рис. 5.12. Всего мы получим 15 возможных комбинаций. Естественно, совершенно непрактично проделывать это с реальным сегментом, так как, например, сегмент с 50 узлами имеет 1225 комбинаций пар узлов. Чтобы не производить расчет для каждой пары, нам достаточно знать, что значение окна коллизий ЛВС не превосходит времени канала. Если это так, то коллизии всегда будут корректно обнаружены в независимости от значений и распределения PDV в сети.

Проектировщик сети может воспользоваться этими знаниями для создания более совершенной локальной сети Fast Ethernet. Когда узлы с самым напряженным трафиком расположены ближе всего к повторителю, то среднее количество коллизий на единицу времени будет ниже, чем если бы они были расположены дальше. Исходя из этих соображений, сервер, например, целесообразнее поместить недалеко от повторителя.

Карликовые кадры

Интересный побочный эффект от возникновения коллизий проявляется в так называемых карликовых кадрах (runt frames). Вернемся к схеме сети, представленной на рис. 5.5, где узлы В и С конфликтуют друг с другом —— оба пытаются передать кадр длиной 512 битов. Из-за возникновения коллизии узел С успевает передать только 153 бита, а узел В — только 267 битов. Все остальные узлы ЛВС получат от 153 до 267 битов мусора. Этот мусор и является карликовым кадром.

Обычно карликовым кадром называют любой кадр, возникший в результате коллизии. Такое определение не совсем точное, тем не менее оно

достаточно широко распространено. Мы же предпочитаем более точное определение: это кадр, размер которого меньше 512 битов (64 октетов). Считаем, что оно более удачно, так как не каждый карликовый кадр возникает в результате коллизии. Неправильно работающий контроллер МАС может передавать слишком короткие кадры, которые, тем не менее, имеют корректное значение CRC и удовлетворяют всем остальным требованиям, предъявляемым к кадру. С подобной проблемой часто приходилось стакиваться при использовании ранних сетевых интерфейсов Ethernet. С современными МАС это случается крайне редко, но такой возможности исключать нельзя.

Для определения кадра, возникшего в результате коллизии, мы предпочитаем использовать термин конфликтный кадр (collision frame). Заметим, что этот термин не является широко используемым или общепринятым, но мы ввели его, так как считаем полезным. 、

Обычное определение карликового кадра вызывает проблему потому, что вопреки общему мнению не каждая коллизия порождает карликовый кадр. Если коллизия происходит во время передачи бита 480 (байта 60) или позже, то передающий узел прекратит передачу, переслав еще 32 бита (сигнал ПРОБКА). В результате получится кадр корректной длины (от 512 до 544 битов).

К счастью, конфликтные кадры не требуют дополнительной обработки, хотя и должны передаваться повторно. Конфликтный кадр всегда нарушает по крайней мере один пункт правил, которым должен удовлетворять верный кадр. Кадры, возникшие в результате коллизии, будут вызывать одну, некоторые или все из перечисленных ниже проблем. Во-первых, они часто бывают слишком короткими. Размер правильного кадра Fast Ethernet (или Ethernet) должен составлять по крайней мере 512 битов. Согласно же определению, карликовый кадр всегда короче. Любой кадр длиной менее 512 битов может рассматриваться как результат коллизии. Правда, карликовые кадры, как мы уже говорили, может порождать и некорректно работающий МАС, но это случается очень редко.

Во-вторых, карликовые кадры практически никогда не обладают правильной контрольной суммой, потому что при обнаружении коллизии МАС немедленно прекращает передачу и посылает сигнал ПРОБКА. Он никогда не вычисляет и не передает CRC для поврежденного кадра. Вероятность того, что 32 бита сигнала ПРОБКА являются верным значением CRC для переданной части кадра, составляет 1 к 4,2 миллиарда (232 ——значение CRC имеет длину 32 бита).

В-третьих, размер карликового кадра часто не равен четному числу октетов (байтов), что также является признаком неправильности кадра. Объясняется это тем, что коллизия может возникнуть в любой момент во время передачи кадра, а не только на границе октета. Существует лишь один шанс из восьми, что при этом будет порожден кадр, имеющий размер в четное число байтов.

Поскольку работа повторителя заключается в повторении всего полученного, то он будет распространять по сегменту и карликовые кадры. Если повторитель не станет этого делать, то механизм обнаружения коллизий нс будет функционировать. Конфликтные кадры логически обрабатываются при получении на каждом узле.

Обнаружение и исправление коллизий

Обнаружить коллизию могут только передающие узлы и повторитель(и). Узлы, которые не передают, не могут установить наличия коллизии между двумя (или более) другими узлами. Узел передает тогда, когда он, согласно схеме алгоритма CSMA/CD, достигает блока 2. Узел, имеющий один или несколько пакетов для передачи, однако ожидающий окончания IPG или уступивший очередь другому узлу, не передает.

Определить, имеется ли коллизия в сети, не представляет труда: первым ее признаком является тот факт, что во время передачи узел начинает принимать любые данные.

Как повторители способствуют обнаружению ошибок

Повторители играют активную роль в обнаружении ошибок. Повторитель знает, когда передает любой из присоединенных к нему узлов. Обнаружив, что два узла передают одновременно, он сигнализирует о возникновении коллизии, т.е. немедленно посылает 32-битовый сигнал ПРОБКА всем своим портам. Это является гарантией того, что все передающие узлы обнаружат коллизию, а все полугающие (все остальные) отбросят поврежденные пакеты.

Интеллектуальный повторитель может посчитать количество коллизий в каждом порту. Эти данные чрезвычайно полезны при настройке производительности сети или ее отладке. Сведения о коллизиях и другую статистическую информацию обычно получают от повторителя с помощью специального управляющего программного обеспечения. Более подробно об этом можно прочитать в главе 14.

Исправление ошибок передачи

Когда передающий узел обнаружит коллизию, он должен будет исправить положение путем повторной передачи кадра. Простейшим способом выполнить это было бы перейти на начало алгоритма (рис. 5.3). Однако это означает, что все узлы, передача которых была прервана коллизией, начнут снова передавать свои пакеты с интервалами не более 256 ВТ, или половины времени канала. Поскольку за это время можно передать лишь половину

минимального пакета, то при попытке повторной передачи возникнет новая коллизия. Легко понять, что такое решение неприемлемо.

Чтобы предотвратить описанную ситуацию, уровень МАС увеличивает значение счетчика попыток (блок 3 на рис. 5.3) и ждет в течение случайного периода времени (называемого временем отсрочки — back-off time), прежде чем попытаться вновь передать потерянный пакет. Когда время отсрочки истекает, узел вновь пытается передать пакет. Он делает это обычным путем, уступая очередь передающему узлу и выдерживая время IPG. Факт успешной (без коллизии) передачи пакета фиксируется более высоким уровнем (протоколом). Если же коллизия возникает вновь, то значение счетчика попыток снова увеличивается, вычисляется новое значение времени отсрочки и процесс повторяется.

Так продолжается до тех пор, пока пакет не будет передан или пока значение счетчика попыток не станет равным 16. В последнем случае значение счетчика ошибок слишком много коллизий увеличивается, пакет отбрасывается и протоколу более высокого уровня передается сообщение об ошибке. Исправить эту ошибку каким-либо иным путем — задача протокола.

Вычисление времени отсрочки

Время отсрочки вычисляется каждым узлом независимо от остальных и всегда является целым, кратным времени канала в 512 битов (т.е. 512, 1024, 15 36, 2048 и т.д.), но никогда не превышает 4096 ВТ. Время отсрочки может быть и нулевым. Вычисляется оно по формуле, которая имеет название усеченная двоичная экспоненциальная отсрочка (truncated binary exponential back off):

Время отсрочки = RAND (0, zm’"("'1°)),где N — значение счетчика попыток.

Когда алгоритм исправления коллизии выполняется впервые (см. рис. 5.3), то время отсрочки может принимать одно из трех значений: 0, 512 или 1024 ВТ. После второго конфликта оно может составлять 0, 512, 1024 или 4096 ВТ. Всего после возникновения коллизии может быть произведено 16 попыток повторной передачи кадра.

Максимальное значение времени отсрочки составляет 524288 ВТ (5,2 миллисекунды). При скорости передачи данных 100 миллионов битов в секунду это достаточно продолжительный период (точнее говоря, 520000 ВТ). Тем не менее вероятность того, что отсрочка достигнет такого значения, составляет 1 из 1024, причем это может произойти лишь после десятой или более поздней попытки. Как правило, кадры успешно передаются после первой или второй попытки даже в загруженной ЛВС. В очень загруженной сети может понадобиться не менее трех-четырех попыток. Появление в ЛВС пакетов, отброшенных в результате превышения указанного числа попыток

передачи, обычно обусловлено проблемами самой сети, такими, в частности, как слишком большой диаметр, неисправность кабеля или повторителя.

Использование случайного значения времени отсрочки увеличивает вероятность того, что конкурирующие узлы не будут пытаться передавать кадр вновь в одном и том же окне коллизий и тем самым вызывать новую коллизию. Этот прием, кроме того, предоставляет конкурирующим узлам время для обеспечения синхронной работы с остальными узлами ЛВС, дает им возможность уступать вместо того, чтобы создавать коллизии.

Прием информации при возникновении коллизии

Все не передающие узлы ЛВС определяются как принимающие. Эти узлы не исправляют коллизий, поскольку даже не знают об их возникновении. Только МАС передающих узлов и повторители могут обнаружить ошибку.

МАС узла управляет карликовыми и неправильными кадрами, порожденными коллизиями, отбрасывая те из них, которые не удовлетворяют специальным параметрам. Уровень МАС принимающего узла отбрасывает любой кадр, который:

короче кадра минимального размера, равного 64 байтам (512 битам);

имеет неверную контрольную сумму；

по длине не составляет целое число октетов.

Коллизия обязательно сопровождается одним из таких последствий. МАС, получив кадр, прежде всего проверяет, не короче ли он 512 битов. Если это так, то кадр отбрасывается. Причем об ошибке здесь речь не идет, поскольку карликовые кадры ——это обычный результат возникновения коллизий, а коллизии — это нормальные и ожидаемые события. Другими словами, карликовые кадры могут встречаться.

Кадр длиной не менее 512 битов, который имеет некорректное значение контрольной суммы FCS или длину не в целое число октетов, рассматривается и учитывается как ошибочный. В любом случае каждый кадр, не удовлетворяющий указанным выше параметрам, отбрасывается МАС и не передается верхним уровням.

ГАДВА ®

Производительность сети

Естественно, самой важной в Fast Ethernet является ее fast {быстрая) часть. Fast Ethernet передает со скоростью 100 миллионов битов в секунду (100 мегабитов в секунду, или Мбит/с), т.е. в 10 раз быстрее доброй старой Ethernet. Кроме того, это в 781 раз быстрее по сравнению с линией ISDN и в 3000 раз быстрее по сравнению с модемом, работающим со скоростью 33,3 килобод. Исключительно высокая скорость Fast Ethernet обусловлена всем, что ее касается, — начиная от способа работы и заканчивая типом используемого кабеля, методами проектирования адаптеров и повторителей производителями.

Сети Fast Ethernet функционируют только при скорости передачи 100 Мбит/с. Это важная особенность, потому что можно найти оборудование для Fast Ethernet, работающее со скоростью 10 и 100 Мбит/с. В частности, на рынке имеется много сетевых интерфейсных плат 10/100 Ethernet. Эти адаптерные платы имеют лишь одно гнездо для соединения с кабелем, но могут соединяться либо с повторителем Fast Ethernet, либо с повторителем 10Base-T Ethernet. Кроме того, они обладают двумя уровнями PHY и могут работать на двух скоростях. Будучи подключенными к повторителю 10Base-T, они ведут себя подобно старым платам Ethernet, работающим со скоростью 10 Мбит/с. Будучи же подключенными к повторителю 100Base-TX, они функционируют в режиме Fast Ethernet. Более подробно об адаптерных платах см. главу 9.

Максимальная пропускная способность

Скорость передачи данных Fast Ethernet, равную 100 Мбит/с, нельзя интерпретировать как реальную пропускную способность. Самый удачный показатель, который мог бы характеризовать Fast Ethernet,——это максимально возможная производительность, измеренная в байтах в секунду. К сожалению, се нельзя вычислить, исходя лишь из значения скорости в 100 Мбит/с. Fast Ethernet, равно как и все остальные технологии ЛВС, нс является стопроцентно

эффективной, потому что с передачей данных связаны накладные расходы. Не каждый передающийся по сети бит полезен (или значим) для использующего сеть приложения высокого уровня, будь то текстовый процессор или Wcb-броузер. Некоторые из передаваемых байтов нс содержат никакой полезной для приложения информации, но назвать их мусором нельзя. Например, биты адреса получателя в кадре определяют, какой узел получает кадр, и их следует рассматривать просто как накладные расходы ЛВС. В эту категорию попадают многие передаваемые биты, такие как содержащие преамбулу пакета или, скажем, контрольную сумму. Одним словом, все, что нс входит в поле данных кадра, относится к накладным расходам.

Максимальная пропускная способность Fast Ethernet вычисляется с учетом ее скорости передачи данных, правил доступа к среде и формата кадра. Данные сначала разбиваются на кадры, а затем передаются по сети с использованием правил доступа к среде CSMA/CD.

Максимальную пропускную способность и максимальную эффективность Fast Ethernet можно вычислить непосредственно, исходя из максимального числа пакетов, которые можно передать за одну секунду. Определить это число очень просто. Воспользуемся рис. 6.1, где указано время передачи, выраженное в единицах времени бита, каждой части передаваемого пакета. Хотя межпакетная щель IPG, строго говоря, и не является частью пакета, но она включена в расчет, поскольку до ее окопчания следующий кадр передавать нельзя. Если передает только один узел, то он может отсылать пакеты друг за другом и разделять их только IPG.

Пакет

56

8

48

48

16

12.000

32

96

Преамбула

SFD

DEST

SRC

L"

Полезные данные

FCS

IPG

Рис. 6. /. Время передачи отдельных полей пакета

В кадре максимального размера полезные данные составляют 12000 битов (1500 байтов), что дает нам общий размер пакета в 12304 байтов. Поделив 100000000 бит/с на это число, получим максимальную скорость передачи, равную 8127,44 пакета максимального размера в секунду.

Если объем полезных данных пакета, составляющий 1500 байтов, умножить на 8127,44, то получим максимальную производительность Fast Ethernet, равную 12191157 байт/с! Вот почему данная сеть называется быстрой.

Другой интересный показатель — это эффективность Fast Ethernet, определяющаяся как часть общей полосы пропускания (100 Мбит/с), которая используется для передачи полезных данных. Вычислить ее также

несложно: 8127,44 пакета по 12000 битов полезной информации в каждом составляют 97529258 битов полезных данных в секунду. Поделив это число на 100 Мбит/с, получим эффективность сети, равную 98 % (точнее, 97,53%).

■ Однако не все передаваемые пакеты имеют максимальный размер. Узлу часто необходимо передавать данные, объем которых составляет менее 1500 байтов. Поэтому может возникнуть необходимость вычислить эти же показатели, например, для случая кадра минимального размера — 64 байта (полезных данных 46 байтов, или 368 битов). О зависимости эффективности работы сети и ее пропускной способности от размера кадра можно судить по табл. 6.1.

Таблица 6. /. Пропускная способность 〃 эффект ив ноет ь работы сети

Размер кадра, байты

Полезные данные, байты

Максимальное число кадров, передаваемых в секунду

Пропускная способность, байт/с

Эффективность, %

1518

1500

8127,44

12191157

97,53

1280

1262

9615,38

12134615

97,08

1024

1006

11973,18

12045019

96,36

512

494

23496,24

11607143

92,86

256

238

45289,86

10778986

86,23

128

ПО

84459,46

9290541

74,32

64

46

148809,52

6845238

54,76

64

32

148809,52

4761905

38,10

64

24

148809,52

3571429

28,57

64

16

148809,52

2380952

19,05

64

8

148809,52

1190476

9,52

64

3

148809,52

446429

3,57

Табл. 6.1 демонстрирует, как связаны между собой максимальное количество кадров в секунду, пропускная способность и эффективность работы сети при различных размерах кадра и объемах полезных данных. Обратите внимание, что быстрая передача кадров маленького размера — наименее эффективный метод пересылки данных. 148810 кадров в секунду — достаточно быстро, но неэффективно. Все значения в столбце "Максимальное число кадров, передаваемых в секунду1'——это именно те числа, на которые обычно ссылаются как на скорость в кабеле (wire speed). Такая скорость передачи данных соответствует обычному сетевому трафику, когда кадры разделены только IPG. На рис. 6.2 данные табл.6.1 представлены в графическом виде. Обратите внимание, что эффективность сети, начинает ощутимо понижаться начиная с момента использования кадров размером менее 256 байтов.

P〃c. 6.2 Зависимость эффективности работы сети。加 размера кадра

Потенциально Fast Ethernet может передавать большой объем информации. Высокая эффективность и низкая стоимость делает эту технологию идеальной для обслуживания современных высокопроизводительных рабочих станций и серверов.

Показатель использования сети

Выше указаны максимальные значения пропускной способности локальной сети Fast Ethernet. Однако она редко работает с такой производительностью в течение длительного времени. Протоколы типа TCP/IP, IPX/SPX и NetBEUI обычно передают пакеты пачками длиной от 2 до 64 кадров. Передав пачку, они ждут подтверждения факта приема от принимающего узла, что требует определенного времени. Будь в ЛВС всего две станции, это время терялось бы безвозвратно, а общая эффективность сети была бы низкой, потому что среда передачи часто оставалась бы свободной. Правда, эти станции постоянно имели бы в своем распоряжении сеть, работающую со скоростью 100 Мбит/с.

Добавим в нашу маленькую ЛВС еще несколько станций. Теперь одни станции могут передавать кадры, в то время как другие ожидают поступления данных, подтверждения факта приема или же обрабатывают уже полученные данные. При наличии только двух станций коллизии будут возникать достаточно редко, однако с добавлением новых станций их число неизбежно возрастет. И все же число коллизий будет небольшим по сравнению с количеством успешно переданных кадров.

С ростом "населенности" ЛВС будут возрастать конкуренция и количество коллизий, так как больше узлов будут стремиться использовать общую среду передачи. Увеличится и процент коллизий по отношению к успешно переданным кадрам. И это естественный результат наличия многих узлов, совместно использующих общую среду передачи. Указанная величина называется процентом коллизий (collision percentage). Процент коллизий в Fast Ethernet чрезвычайно неинформативен как показатель производительности сети и очень слабо связан с качеством ее работы. К счастью, имеется другая, лучшая мера производительности.

В течение заданного периода времени в конкретной локальной сети будет передано некоторое количество байтов данных. Если разделить это число на максимальную производительность сети, то мы получим показатель под названием использование сети (network utilization). Он указывает, насколько эффективно ЛВС использовалась в течение заданного периода времени. Это гораздо более точный способ оценить качество работы Fast Ethernet, поскольку в расчет принимаются не только количество коллизий, но и ряд иных факторов. Другой способ определить показатель использования сети —— вычислить часть полосы пропускания, которая применялась для передачи полезных данных в течение заданного периода времени.

Показатель использования сети достаточно точно определяет общую производительность ЛВС. Для загруженных систем Ethernet и Fast Ethernet использование сети, равное 30%, рассматривается как хороший показатель. В некоторых ЛВС он может быть выше, в некоторых, наоборот, ниже. Не существует абсолютно плохого или абсолютно хорошего показателя использования сети. Тем не менее его применение для оценки производительности сети влечет за собой другую проблему: производительность зависит от интервала времени, в течение которого измеряется.

Например, если вы определяете показатель использования вашей сети в час пик, скажем с 10 до 11 часов утра, то он может составить порядка 30%. А в полдень этот показатель, скорее всего, упадет до 10-15%. Вызвано это тем, что пользователи ушли обедать и сеть на какое-то время стала свободной. Следовательно, значение показателя использования сети в этот период невелико, так как упала нагрузка.

Администратор сети должен знать систему и понимать принципы использования сетей. Тогда можно будет вычислить производительность сети в определенное время суток. Администратор может знать, что сеть максимально загружается, скажем, поздним утром, так как именно в это время отдел продаж обновляет свою базу данных. Иньши словами, это время максимальной предполагаемой нагрузки. При первоначальной установке сети администратор еще не знает, какой будет загрузка, хотя показатель в 30% может быть хорошей исходной точкой.

В течение одной или двух первых недель эксплуатации ЛВС ее администратор использует средства управления сетью для измерения нагрузки в часы пик. В первый день этот показатель может быть равным 31%, во второй ——32%. Это неплохой результат, но на третий день он может увеличиться

до 38%, а затем стать равным 37, 36, 39 и, наконец, опять 38%. Это означает, что первоначальные цифры (31 и 32%) были низкими, а нормой являются 37-38%, но никак не 30%.

Такая техника определения загруженности сети называется базированием (baselining) и обсуждается в главе 14. Наилучший способ установить эффективность использования сети состоит в наблюдении за ней в течение некоторого времени и фиксировании всех замеченных изменений. Любые ощутимые изменения показателя использования сети должны коррелировать с поведением пользователей или изменениями ее конфигурации. Например, добавление двух пользователей из отдела продаж может слегка уменьшить показатель использования сети. Этого и следовало ожидать. Однако если показатель использования значительно падает без видимых на то причин, то, надо полагать, возникла проблема в сета, требующая устранения.

Из сказанного следует, что сети —— это сложные динамические системы, которые должны регулярно обследоваться. Небольшие изменения в конфигурации ЛВС или в поведении пользователей могут значительно повлиять на эффективность ее использования.

Предложенная нагрузка и производительность сети

Предложенная нагрузка (offered load)——это количество данных или кадров, которые должна передать сеть. Другими словами, предложенная нагрузка —— это запрос иа пропускную способность, выданный пользователями сети в данный момент, или какой трафик требуется передать “срез ЛВС в настоящее время. Этот показатель контрастирует с показателем использования сети, который определяет, сколько информации действительно прошло через ЛВС в заданное время. Очень важно понимать, что названные показатели существенно различны.

К сожалению, предложенную нагрузку очень трудно измерить из-за отсутствия специального прибора. Ни рабочие станции, пи серверы не содержат устройств, с помощью которых можно было бы ее определить. Это действительно очень плохо, потому что в противном случае проектирование сетей было бы намного упрощено. Мы могли бы сказать, что наша сеть справляется с предложенной нагрузкой, составляющей 80% от максимальной. Хотя предложенную нагрузку почти невозможно измерить, ее концепцию очень легко проиллюстрировать. Например, ночью один сервер с устройством резервного копирования может копировать на ленту содержимое своих дисков и дисков трех других серверов. Естественно, копирование собственного содержимого займет незначительную часть полосы пропускания сети, если копирующее устройство подключено к серверу непосредственно, однако копирование содержимого дисков других серверов должно происходить через сеть Fast Ethernet. Это займет много времени, от 4 до 5 часов. При этом копирование действительно резко повысит показатель использования

сети, ее нагрузку и количество передаваемых кадров в секунду, так как сеть будет занята всего лишь двумя узлами. Сервер с устройством резервного копирования будет читать данные от остальных серверов настолько быстро, насколько позволит сеть.

В этом случае предложенная нагрузка составляет 12,2 Мбайт/с, поскольку сервер-источник запрашивает сеть о возможности передать максимальный объем данных. Сервер-источиик передает данные настолько быстро, насколько позволяют механизм CSMA/CD и скорость передачи данных по сети, равная 100 Мбит/с. Причем большинство данных проходят в одну сторону: от сервера-источника к серверу, производящему резервное копирование. В подобной ситуации будет очень мало коллизий и показатель использования сети получится чрезвычайно высоким — порядка 60-80%.

Еще один случай: несколько художников одновременно вернулись с обеда, сели за компьютеры и стали загружать большие графические файлы, над которыми они трудились до обеденного перерыва. В сети имеется не один, а три сервера, по одному для каждой небольшой группы дизайнеров. Когда каждый из пользователей открывает свой файл, его рабочая станция говорит серверу: "Эй! Передай мне этот файл настолько быстро, насколько сможешь!" Теперь три сервера пытаются выполнить множественные запросы на загрузку файлов. Каждый из них будет пытаться передавать многие мегабайты данных рабочим станциям пользователей как можно быстрее. При этом скорость их работы будет ограничиваться только скоростью локальной сети Fast Ethernet.

В этом сценарии каждый из трех серверов пытается передать файлы нескольким рабочим станциям, запрашивая предложенную нагрузку в 12,2 Мбит/с — всего 36,6 Мбит/с. Как говорилось выше, Fast Ethernet имеет максимальную скорость доставки данных в 12,2 Мбит/с при 100%-ном использовании сета. Если в сети всего 6 пользователей и каждый пытается открыть небольшой 5-мегабайтовый графический файл, то при значении параметра использования сети 30% для загрузки каждого файла понадобится, как видно из уравнения, более 8 секунд:

6 пользователей X 5 Мбайт8,3 =

30% от 12,2 Мбит/с

Данный сценарий предполагает, что серверами служат компьютеры на базе процессора Pentium с обилием оперативной памяти, быстрыми дисками SCSI и сетевыми картами Fast Ethernet для шины PCI. "Узким" местом передачи данных в этом случае является сеть, а не серверы.

Естественно, оба примера представляют собой крайние случаи и были придуманы с целью проиллюстрировать концепцию предложенной нагрузки. Но в большинстве случаев вычислить ее не так просто. Пользователи постоянно выполняют различные действия при обстоятельствах, не являющихся очевидными. Мы подчеркиваем, что производительность сети есть функция, зависящая как от показателя использования сети, так и от показателя

предложенной нагрузки. Если сеть не загружена, то она будет работать быстро, поскольку предложенная нагрузка не превышает ее возможностей. Именно в этом режиме работают большинство сетей. Существует простое правило, принимающее во внимание все сказанное: сеть работает хорошо, если и значение показателя предложенной нагрузки, и значение показателя использования сети высоки. Точка, в которой второй показатель уже не возрастает, несмотря на увеличение предложенной нагрузки, называется полной нагрузкой. В этом определении принимаются во внимание все факторьт: скорость передачи, коллизии, эффективность протокола и интенсивность запросов пользователей. Иллюстрирует все сказанное выше рис. 6.3.

Рис. 6.3. Точка наивысшей производительности

С возрастанием предложенной нагрузки соответственно увеличивается показатель использования сети, и в некоторый момент наступит точка полного ее использования. При дальнейшем повышении предложенной нагрузки рост показателя использования ЛВС прекратится из-за высокой степени конкуренции за среду передачи. Если же нагрузка будет возрастать и дальше, то наступит момент, когда этот показатель начнет резко падать. Это явление называется крахом Ethernet (Ethernet collapse), и из-за него технология подвергается критике со стороны приверженцев других технологий, таких как Token Ring или 100VG Any LAN, крах которых не возможен. (Тем не менее у них имеются похожие проблемы.)

Крахом Ethernet запугивают людей как приведением. Утверждения типа "Очень легко довести до краха сеть на основе CSMA/CD'* или "Я видел сети Ethernet, все время подвергающиеся краху!" весьма распространены в

сумеречной зоне групп новостей, групп пользователей и бездарно написанных журнальных статей. На самом деле очень трудно довести до состояния краха ЛВС на основе CSMA/CD в течение заметного времени. В действительно огромных областях коллизий это возможно и иногда случается, но не является катастрофой и не может досадить большинству ЛВС на основе CSMA/CD.

Крах Ethernet — это просто еще одно понятие, выражающее факт того, что любая сеть имеет предел производительности. Это верно не только для Fast Ethernet, но и для любой сетевой технологии. Если сеть на основе CSMA/CD подвергается чрезмерной нагрузке, то она насыщается. Это очень просто.

Другим интересным общеупотребительным термином является перегрузка (overload). Часто говорят: "Моя сеть перегружена". Необходимо четко определить это понятие. Мы считаем, что ЛВС на основе CSMA/CD является перегруженной лишь в том случае, если она не может работать при полной нагрузке в течение не менее чем 80% всего времени.

Это определение перегрузки не является общеупотребительным, но может послужить хорошим практическим определением, так как имеет аналогию в телефонной сети. Если ваша сеть не перегружена, вам, скорее всего, не придется отвечать на многочисленные телефонные звонки неудовлетворенных пользователей.

Часто люди из группы comp.dcom.lans.ethernet сети Usenet спрашивают: "Когда сеть на основе CSMA/CD становится перегруженной?" Самый честный ответ состоит в следующем: это зависит от многих обстоятельств. В частности, это зависит от предложенной нагрузки, значение которой практически невозможно измерить имеющимися на сегодняшний день средствами. В любой ЛВС на основе CSMA/CD существует точка насыщения.

Хорошей целью для проектировщика сети может стать создание такой системы, которая большинство времени работала бы в диапазоне наилучших значений показателя использования сети, остальное время ——в диапазоне приемлемых значений и редко насыщалась.

Администрирование сети

Администрирование крайне необходимо для поддержания максимальной эффективности работы любых сетей, кроме самых маленьких. Без администрирования нелегко извлечь из повторителей, переключателей и сетевых интерфейсов статистические данные о количестве коллизий, переданных байтов, переданных и полненных кадров.

Многие старые сетевые устройства типа повторителей были обычным "железом", не способным собирать какую-либо статистическую информацию. Более интеллектуальными они стали благодаря специальному встраиваемому микропроцессору под названием контроллер устройства или просто контроллер. Контроллеры в старых повторителях могли собирать данные о

работе оборудования и предоставлять их сетевому администратору. Исходя из полученных сведений, администратор принимал решения, связанные с управлением устройством (например, о необходимости подключить или отключить порт повторителя).

В некоторых устройствах типа маршрутизаторов и мостов процессор выполнял двойную работу. Он не только руководил их непосредственными функциями, такими как маршрутизация или создание мостов, но и служил контроллером устройства.

Еще одна проблема заключалась в том, что пользовательский интерфейс устройств часто был абсолютно непродуманным. Большинство устройств имели примитивный интерфейс командной строки, по сравнению с которым даже ранние версии DOS выглядели достаточно совершенными. Для связи с такими устройствами к последовательному порту обычно присоединялся неинтеллекту^ьный терминал. Это было лучше, чем ничего, однако, чтобы обеспечить доступ к устройству, администратор сети должен был идти к устройству и подключать к нему терминал вручную. Следовательно, регулярный сбор сетевой статистики очень осложнялся. Такой вид доступа часто назывался вне полосы частот (out of band), поскольку он осуществлялся не через сеть.

Более новые устройства могли общаться по сети, используя сеанс работы с удаленным терминалом и протокол Telnet. Это дало сетевому администратору большое преимущество ——возможность взаимодействовать с устройствами с центрального пульта. После появления на рынке первых устройств, использующих протокол Telnet, эта возможность стала стандартной. Такой вид доступа часто называется в полосе частот (in band), поскольку он осуществляется по сети.

Но и после этого не все проблемы были решены. Главная из них заключалась в том, что каждый производитель создавал собственный интерфейс. Стандартов не существовало. Многие производители не имели даже согласованного интерфейса для всех своих устройств. Легко представить, как все это усложняло работу администратора сети.

В 1988 году IAB (Internet Activities Board — комиссия по деятельности в Internet) предложила протокол для связи с устройствами и стандарт для определения объектов данных под названием SNMP (Simple Network Management Protocol ——простой протокол управления сетью). Первый документ, описывающий протокол SNMP, назывался RFC 1067 (RFC — серия документов, публикуемая IAB, которая предлагает и утверждает стандарты Internet). Затем были выпущены новые версии этого документа — RFC 1098 и RFC 1157. (В Web имеются многочисленные хранилища документов RFC. Для полу'гения дополнительной информации обратитесь по адресу: web www.wiley.com/compbooks/fastethernet.) Комиссия IAB определила также и метод описания данных под названием формат ASN.l (Abstract Syntax Notation 1 — абстрактное описание синтаксиса 1).

SNMP является открытым стандартным протоколом и используется при сборе информации с устройств сети. Его можно также использовать для

передачи информации устройству. Это протокол прикладного уровня, запускаемый обычно поверх протокола IP, однако его можно использовать совместно с IPX и другими протоколами сетевого уровня.

Объекты и структуры данных в сетевом устройстве или его компоненте описываются с использованием формата ASN.1. Эти описания хранятся в обычных текстовых файлах формата ASCII, каждый из которых называется MIB (Management Information Base ——база данных управляющей информации). MIB описывает объекты и структуры данных, которые могут быть прочитаны и/или модифицированы с использованием протокола SNMP. Если устройство поддерживает данные, описываемые MIB и протоколом SNMP, то говорят, что оно управляемо.

Так, при использовании SNMP информацию о количестве кадров, переданных и полученных каждым из портов, можно прочитать с повторителя. Можно также управлять устройствами, в частности, включать и выключать любой порт управляемого повторителя. Мы привели очень удачные, хотя и достаточно простые примеры. На самом деле управляемые устройства часто поддерживают исключительно сложные MIB, поставляющие весьма подробную информацию об их функционировании.

Осуществлять управление устройством типа повторителя позволяет работающая в его контроллере некоторая программа, называемая агентом SNMP или просто агентом. Агент устройства взаимодействует с оборудованием, управляет его объектами данных и отвечает на запросы протокола SNMP на чтение или запись данных. Заметим, что агент не использует напрямую содержимое файла MIB.

Агенты не обязательно содержатся в устройстве типа повторителя или переключателя; операционные системы для рабочих станций и серверов, такие как UNIX, Windows NT, Windows 95 и Netware, поддерживают агентов SNMP. Агенты собирают данные о системе, в которой они запущены. Поставщики системы UNIX, корпорация Microsoft, а особенно фирма Novell, проявили большую изобретательность в создании агентов.

Термин М1В иногда вызывает путаницу, поскольку он часто используется в качестве синонима слова агент. Например, Альфред Е. Ньюмен может сказать: "Я прочитал показания счетчика конфликтов на MIB повторителя и они выглядят не слишком хорошо". В действительности Альфред нмеет в виду, что он прочитал показания счетчика повторителей непосредственно с устройства, а не в текстовом файле MIB формата ASCII. Будучи двусмысленным, такое употребление термина тем не менее общепринято и воспринимается нормально.

Другой составляющей системы управления сетью является NMS (Network Management Station —— станция управления сетью). Она часто называется приложением управления сетью или просто консолью. NMS обычно представляет собой пакет прикладных программ, запущенный на рабочей станции, которая функционирует под управлением Windows NT, Windows 95 или UNIX. Программы NMS применяют протокол SNMP для связи с управляемыми устройствами и предоставляют графический интерфейс, дающий

пользователю возможность легко читать и интерпретировать полученные от них данные, а также управлять зтими устройствами.

Протокол SNMP действительно очень прост. Он состоит из команд и реакций. Программа NMS посылает устройству команду, а устройство реагирует на нее (рис. 6.4).

Управляемое устройствоУправляемое устройствоРабочая станцияРабочая станцияРис. 6.4 Схема взаимодействия по протоколу SNMPРис. 6.4 Схема взаимодействия по протоколу SNMP

Управляемое устройство

Управляемое устройство

Рабочая станция

Рабочая станция

Рис. 6.4 Схема взаимодействия по протоколу SNMP

Рис. 6.4 Схема взаимодействия по протоколу SNMP

Протокол SNMP поддерживает команды трех типов. Команды, которые консоль может использовать для взаимодействия с агентом устройства, перечислены ниже.

Команда

GET

Назначение

Читает значение одного или более объектов данных устройства. Команда GET может получать от устройства значения MIB в произвольном порядке.

GET NEXT

Используется для последовательного чтения значений объектов данных устройства. Следующее значение находится за последним значением, полученным при помощи команды GET или GET NEXT.

SET

Применяется для изменения значений объектов данных устройства. Это команда записи.

Команды и реакции SNMP закодированы в PDU (Protocol Data Unit — модуль данных протокола). PDU — это порция данных в дейтаграмме протокола IP, которая содержит команду или реакцию протокола SNMP. (Более подробно о дейтаграммах можно прочитать в главе 13, посвященной маршрутизаторам и протоколам). PDU протокола SNMP могут транспортироваться также и другими протоколами, среди которых — IPX, DECNet, SNA.

He все устройства или компьютеры хранят данные в одном и том же формате. SNMP решает эту проблему, определяя способ кодирования данных в PDU. Метод кодирования, используемый SNMP, не зависит от устройства и позволяет любым двум устройствам или компьютерам передавать информацию друг другу. Это является одной из причин столь широкого распространения SNMP.

Часто протоколы, интерфейсы и другие элементы технологии становятся стандартами, так как, по мнению производителя, их просто необходимо внедрить. Компания, первой создавшая какую-либо продукцию, определяет

стандарт де факта, как правило, далекий от идеала. Многие стандарты де факто привязаны к оборудованию создавшего их производителя, поэтому другим компаниям тяжело разрабатывать совместимое с ними оборудование или программное обеспечение. IBM PC был стандартом де факто, и лишь через несколько лет фирма Compaq создала действительно совместимый PC.

Протокол SNMP не повторил этот путь. Инженеры из ТАВ осознали необходимость стандарта управления сетью. Не ожидая, когда такой стандарт будет создан компанией, они разработали его сами. Протокол SNMP быстро приняли почти все, потому что он прекрасно работает, легок для внедрения и, главное, универсален.

Другим ключевым элементом, необходимым для администрирования сети, является MIB. В самих управляемых устройствах файлы MIB не применяются. MIB используется (или читается) станцией NMS и представляет собой просто перечни и согласованные описания объектов данных, поддерживаемых конкретным устройством. NMS не может взаимолейство- вать с управляемым устройством до тех пор, пока не узнает, какие объекты данных нм поддерживаются. Консоль определяет это, считывая информацию из одной или нескольких MIB. Зная, какие MIB поддерживаются устройством, NMS может полностью управлять им.

Существуют два типа MIB: стандартные и фирменные. Стандартные MIB определены ГАВ, а фирменные — производителем устройства. IAB отметила небольшое количество стандартных MIB, которые могут или должны поддерживать большинство устройств. Перечислим наиболее распространенные из них.

MIB

MIB-II

Назначение

Определена документом RFC 1213. Задает множество объект ов данных, которое можно использовать для управления сетевым интерфейсом.

MIB повторителя

Определена документом RFC 1516 и является подмножеством MIB-II. Устанавливает объекты данных, которые можно использовать для управления повторителем.

MIB моста

Определена документом RFC 1493 и также является подмножеством MIB-II. Задает объекты данных, которые можно использовать для управления мостом.

RMON MIB

Определена документом RFC 1271. Указывает объекты данных, которые можно использовать для управления сетью в целом. В случае Fast Ethernet сеть ——это область коллизий.

Указанные MIB содержат много полезных данных, касающихся сетевых интерфейсов, повторителей, мостов и сетей в целом. MIB-II, MIB повторителя и MIB моста тесно связаны и содержат объекты, специфические для сетевого интерфейса или устройства. Например, используя MIB-II, NMS может получить сведения об общем количестве кадров, переданных сетевым интерфейсом; с помощью MIB повторителя NMS может прочитать информацию о количестве коллизий в порту, а также включить или отключить конкретные порты; применив MIB моста, NMS может прочитать его таблицу адресов, установить параметры их старения.

База RMON MIB (Remote MONitoring — удаленный мониторинг) также очень интересна. Она включает объекты данных с информацией о сети в целом, а не об отдельных устройствах. В случае Fast Ethernet RMON MIB содержит данные о специфических областях коллизий, поэтому администратор сети может найти там сведения об общем числе широковещательных кадров, переданных в сегменте, или же об общем количестве переданных байтов данных. RMON MIB определяет также метод хранения накопленных данных о сегменте. В частности, ее можно использовать для вычисления показателя использования сети в сегменте за последние несколько часов.

Объекты данных в MIB-П и связанных с ней MIB управляются такими устройствами, как повторители, переключатели и маршрутизаторы. В противоположность этому, объекты данных в RMON MIB часто управляются устройством под названием зонд RMON. Обычно зонд представляет собой устройство с одним или несколькими портами, каждый из которых подключен к сегменту сети и работает в циркулярном режиме. Это позволяет зонду собирать сведения о любых передвижениях данных в сегменте, к которому он присоединен. Основная цель зонда ——собрать данные, описанные в RMON MIB. Часто зонды RMON встраиваются и в другие устройства, например в переключатели и повторители.

Фирменные MIB определены таким же способом, как и стандартные — при помощи формата ASN.1. Тем не менее фирменные М1В определяются и поставляются не IAB, а производителем устройства. Используя фирменную MIB, NMS может получать от устройства объекты данных, не предусмотренные ни одной из стандартных MIB. Это позволяет производителям стандартным способом встраивать в устройства мощные средства управления сетью. Многие компании продают или распространяют бесплатно весьма изощренные графические интерфейсы дая своих управляемых устройств. Такое решение полностью "прячет" от пользователя MIB и протокол SNMP, делая управление весьма легким. Часто такие графические интерфейсы, называемые интерфейсами продукта, работают с большими пакетами NMS уровня предприятия.

Пакеты NMS уровня предприятия могут быть очень мощными и дорогими. Программное обеспечение этого уровня обычно продают такие компании, как Hewlett-Packard, Sun Microsystems, IBM, Intel, Novell и Network General. Подобные NMS спроектированы для управления сетями, которые содержат сотни и тысячи индивидуально управляемых устройств. Многие из них могут автоматически базировать сеть и вычислять показатель ее использования. Некоторые пакеты обладают также чертами искусственного интеллекта, могут автоматически обнаруживать и диагностировать многие часто встречающиеся сетевые проблемы.

Управление является важным инструментом, обеспечивающим функционирование сетей любого размера. Организации типа IAB разрабатывают новые стандартные MIB для таких целей, как управление активами, анализ производительности и управление Web-серверами. Цель администрирования —поиск неисправностей в сетях, а также наблюдение за ними. Правильно установленная система управления значительно облегчает жизнь администратора сети и позволяет небольшой группе людей управлять достаточно объемной сетью.

Переключение кадров, маршрутизаиия и протоколы

Переключение кадров (frame switching), или просто переключение,——это техника, которая широко используется в сетях Ethernet и играет исключительно полезную роль в создании систем Fast Ethernet. Оно выполняется устройствами, которые обычно называются переключателями. Переключатель может быть использован в локальной сети Fast Ethernet для различных целей:

обхода ограничений топологии Fast Ethernet;

сегментации сети Fast Ethernet на меньшие части;

обеспечения более высокой производительности сети в выбранных узлах.

Переключение — сложная тема. Эта технология окружена плотной завесой профессиональных тайн. Среди них есть и достоверные данные, и чистые FUD (fear, uncertainty, and doubt — страх, недостоверность и сомнение). Большинство из последних порождено корпорациями торговцев, рыночной дезинформацией и спекуляциями. Просто многие компании пытаются убедить пользователей в том, что предлагаемые ими решения в области переключения являются именно тем, что нужно.

Как и в случае Fast Ethernet, чтобы разобраться в фундаментальных принципах переключения, необходимо знать предысторию. Понимание того, откуда произошли переключатели и как они совершенствовались,——хорошее начало для объяснения принципов их работы.

Переключение — это технология, происходящая непосредственно от технологии, основанной на использовании мостов. Поэтому, чтобы понять принципы работы переключателей, необходимо вначале понять, как функционируют мосты. Первый переключатель был выпущен в начале 1991 года корпорацией Kalpana Corporation и стал сенсацией. Он представлял собой простое и нсклюиительно быстрое устройство, своего рода интеллектуальный мост. С течением времени переключатели становились более сложными. Переключатели, которые начали продаваться в начале 1995 года, выполняли

роль полнофункциональных и очень быстрых многопортовых мостов. К концу 1996 года имеющиеся на рынке переключатели обладали всеми чертами и функциями, присущими мостам, а также дополнительными свойствами, появление которых стало возможным благодаря новым высокоскоростным архитектурам переключения.

Мосты

Системы Ethernet, обладающие скоростью передачи данных 10 Мбит/с, часто оказывались перегруженными, так как предлагаемая нагрузка была достаточно высокой, а показатель использования сети —— низким. Объяснялось это большим числом пользователей в одном сегменте и часто сопровождалось конкуренцией за доступ к среде передачи. В результате порождалось много коллизий, что отрицательно сказывалось на показателе использования и производительности сети. Значительное число коллизий может быть вызвано изменением применяемых в сети приложений. Так, переход на использование базы данных архитектуры клиент/сервер или пакета программ групповой работы типа Lotus Notes может вызвать новые требования к полосе пропускания сети, отчего пострадает ее производительность.

До появления технологии переключения проблему перегрузки решали путем разделения перегруженных сегментов Ethernet на два и более отдельных сегмента. Эта техника часто называется сегментированием (segmenting) или разбиением (partitioning). И хотя такое решение возможно, но на практике редко случается, чтобы единая сеть была разделена на отдельные, не связанные между собой ЛВС. Когда сегмент Ethernet разбивается, то почти всегда существует определенный вид связи между новыми сегментами. Отдельные сегменты Ethernet могут быть связаны друг с другом двумя способами: с использованием маршрутизатора или при помощи моста.

В 80-е ——начале 90-х годов маршрутизаторы представляли собой очень объемные и дорогие устройства, которые было трудно установить и обслуживать. Кроме того, они требовали использования маршрутизируемого протокола типа TCP/IP или IPX. В мире персональных компьютеров это часто было нежелательным, потому что доминирующим протоколом являлся NetBEUI, не допускающий маршрутизации. Более того, первые маршрутизаторы работали, как правило, медленно. У них не было достаточной полосы пропускания, чтобы справиться с обычным сетевым трафиком. По этой причине маршрутизаторы редко использовались для локальной связи между сегментами Ethernet.

Маршрутизаторам была присуща еще одна особенность, которая делала их недостаточно подходящими для обеспечения локальной связи между сегментами Ethernet (или Fast Ethernet). А именно: они не были прозрачными устройствами. Каждый узел должен знать о налрптии маршрутизаторов, связывающих его с другими сегментами ЛВС или с глобальной сетью. В случае использования протокола TCP/IP это означает, что каждый узел должен настраиваться вручную для поддержки функции маршрутизации.

Протоколы типа IPX автоматически обнаруживают маршрутизаторы и нс требуют ручной настройки.

Мосты ——это более простые устройства, специально спроектированные именно для связывания сегментов. В технологии Ethernet мосты стали первичными устройствами связи с первых дней ее существования. Обычно мосты являются двухпортовыми устройствами, и каждый порт присоединен к сегменту сети. Однако мосты могут иметь и более двух портов, чаще всего три или четыре. Три сегмента сети, соединенные мостом, показаны на рис. 7.1.

Каждый из соединенных мостами сегментов Ethernet имеет отдельную область коллизий. Тем нс менее мосты работают таким образом, что узлы различных сегментов взаимодействуют подобно тому, как если бы они находились в одной области коллизий. Иными словами, по отношению к узлу сеть с мостами ведет себя как неразделенная. Например, в сети, схема которой приведена на рис. 7.1, узел А может взаимодействовать с узлами М — R сегмента Бета точно так же, как он взаимодействует с узлами В — F собственного сегмента. Это возможно благодаря важной и определяющей характеристике моста, а именно: он является прозрачным устройством (transparent device), т.е. узлы сегментов и не подозревают о его существовании.

Мост также является устройством уровня 2, поскольку он работает с кадрами, а не с пакетами. В отличие от повторителя, который оперирует только пакетами, состоящими из потоков битов, мост получает и отправляет кадры и работает с элементами кадра, интерпретируя их.

Мосты позволяют администратору сети разбить единый сегмент Ethernet на два связанные между собой сегмента, не беспокоя пользователей и не выполняя реконфигурации или модификации узлов. Легко представить, что изменять при необходимости конфигурацию сети, незначительно или вовсе не воздействуя на пользователей, действительно удобно.

Концепция работы моста очень проста. Рассмотрим в качестве примера функционирование узла А (рис. 7.1). Любой кадр, отправленный узлом А и

имеющий адрес получателя в узле на сегменте Бета (например, Q), приходит в порт 1 моста и выходит из порта 2, чтобы быть полученным узлом Q. Этот процесс называется ретрансляцией (forwarding). Говорят, что кадр ретранслирован, если он получен одним портом моста и передан через другой.

Кадр, переданный узлом А и имеющий адрес получателя, который соответствует узлу В, естественно, приходит и на узел В, и на мост. Тем не менее мост знает, что узлы А и В находятся в одном сегменте, поэтому кадр не ретранслируется. Данный процесс называется фильтрацией (filtering). Говорят, что кадр отфильтрован, если он получен одним портом моста и не ретранслирован другим портом.

О

братите внимание, что мы используем термин кадр, а не пакет. Мост — это устройство уровня 2, которое оперирует кадрами, а не пакетами, как повторитель. Мост заботится о кадрах и понимает адреса МАС. Повторителя же интересуют только пакеты, в которых содержатся кадры. Порт моста, как и узла, является обычным сетевым интерфейсом со средствами МАС. Фактически мост представляет собой узел, обладающий несколькими сетевыми интерфейсами.

В ретрансляции нуждается только часть сетевого трафика, включающая кадры, отправитель и получатель которых расположены в различных физических сегментах. Трафик такого типа иногда называют межсегментным трафиком (intersegment traffic). Кадры, у которых адреса отправителя и получателя соответствуют узлам, подключенным к одному и тому же порту моста (т.е. расположенным в одном физическом сегменте ЛВС), могут быть отфильтрованы. Трафик такого типа называется внутрисегментным трафиком (intrasegment traffic).

Д

ля ясности мы введем еще пару синонимов этих терминов, без элементов Внутри и меж. Назовем межсетевой трафик глобальным, а внутрисе- тевой —— локальным. Немного подумав, вы согласитесь, что работать с этими терминами легче.

Сегментирование системы Ethernet при помощи мостов эффективно, если локальный трафик больше, а еще лучше ——намного больше, чем глобальный. Из этого следует одно из важнейших неписаных сетевых правил, подобных правилу правой руки,——правило 80/20. Оно гласит, что сетевая система должна быть спроектирована и реализована так, чтобы по крайней мере 80% трафика было локальным. Естественно, на долю глобального трафика остается 20%. Если правило 80/20 соблюдено, то мосты работают очень эффективно. Для соблюдения этого правила обычно достаточно разместить каждый сервер в том же сегменте, где находится его пользователь.

Мост способен фильтровать и ретранслировать сетевой трафик потому, что любой из его портов, во-первых, может работать в циркулярном режиме и, во-вторых, запоминает адреса.

Поскольку любой из портов моста работает в циркулярном режиме, то он получает все кадры, переданные присоединенным к нему сегментом. В этом состоит ключ к пониманию работы моста. Когда порт получает кадр, мост решает, что с ним следует сделать ——ретранслировать или отфильтровать. Его решение основано на запоминании адресов, существующих в сегменте, который может быть присоединен к любому из портов. Подобно правилам CSMA/CD, этот процесс легко описывается алгоритмом, структурная схема которого представлена на рис. 7.2.

Рис. 72 Алгоритм работы моста

Мост хранит таблицу, называемую таблицей МАС-адресов (или просто таблицей адресов) и состоящую из пар МАС-адрес получателя—порт. Когда порт получает кадр, мост проверяет, имеется ли адрес отправителя кадра в таблице. Если нет, то адрес отправителя и номер порта заносятся в таблицу. Этот процесс называется запоминанием адресов (часто просто запоминанием). Мост запомнит МАС-адрес сетевого интерфейса и номер принявшего его порта для любого кадра, переданного узлом, потому что все кадры (однопунктовые, многопунктовые, или групповые, и широковещательные) содержат адрес сетевого интерфейса, а следовательно, и узла, пославшего кадр. Мост работает, устанавливая однозначное соответствие множества адресов сетевого интерфейса множеству номеров собственных портов. Другими словами, мост запоминает, к какому порту прямо или косвенно подключен каждый узел.

Т

ермины узел и сетевой интерфейс часто используются как синонимы.

сетевой ходимосетевой ходимоОднако произнести (и набрать) словосочетание адрес узла легче, чем адрес сетевого интерфейса. Путаницы обычно не возникает, поскольку большинство узлов (таких, как компьютеры и принтеры) имеют только один

сетевой ходимо

сетевой ходимо

интерфейс. Сравнительно редко эти понятия действительно необ- различать. Один из таких случаев — рассмотрение принципов

работы мостов. Строго говоря, мост использует МАС-адреса и номера

портов.портов.Иногда узел может иметь несколько сетевых интерфейсов, однако

портов.

портов.

для моста это не важно. В частности, серверы могут иметь два (или более) сетевых интерфейса, каждый из которых присоединен к сети с мостами. В этом случае бессмысленно говорить об адресе узла, так как это приведет к путанице.

Когда мост подключен впервые (или перезапущен), его таблица адресов пуста, так как он еще не полнил ни одного пакета. В течение короткого промежутка времени (как правило, нескольких секунд) мост запомнит адреса большинства, если не всех, активных узлов в присоединенных к нему сегментах. Для моста, представленного на рис. 7.1, таблица МАС~адресов в конце концов примет такой вид:

Сегмент

Альфа

Бета

Гамма

МАС-адрес

А В С D Е F

G Н I J К L

М N О Р Q R

Номер порта моста

111111

333333

2 2 2 2 2 2

Возраст

Таблица адресов имеет три поля для каждого МАС-адреса:

сам адрес;

номер порта, на котором адрес наблюдался в последний раз;

возраст МАС-адреса.

Чтобы запомнить адрес, мост регистрирует сам адрес и номер принявшего пакет порта. Он также устанавливает значение возраста МАС-адреса в 0. Возраст адресов в таблице увеличивается на 1 каждую секунду. При достижении определенного значения, называемого границей возраста (age limit), информация об этом МАС-адресе стирается из таблицы. Этот процесс называется старением.

Поле возраста, соответствующее данному МАС-адресу, обнуляется всякий раз, когда мост получает кадр с соответствующим адресом отправителя. Таким образом, адреса активных узлов в таблице сохраняются. Все мосты имеют ограниченный размер таблицы МАС-адресов. Если таблица заполнена, добавить новый адрес невозможно. Процесс старения гарантирует, что в случае отсоединения узла от сегмента ненужная информация будет удалена из таблицы. Он также гарантирует, что при перемещении узлов из одного сегмента в другой их адреса будут вновь запомнены. Спецификация мостов 802.1D рекомендует для времени старения значение по умолчанию, равное 300 секундам (5 минутам).

**肇*障修尊*要*争争*甯尊項令等笥靠®«*靠争®*拿得靠®«*争等得争«备靠(»**靠®«备靠0«专拿您金整

О

дним словом, мост очень быстро запоминает все МАС-адреса узлов из присоединенных к нему сегментов, так как большинство узлов в сети "не сидят без дела" и постоянно передают кадры. Особенно это характерно для современных машин, работающих под управлением Windows 95 и NT и передающих кадры для многих целей, таких как проверка прихода электронной почты, обновление списков директорий в открытых окнах и прочее.

Все современные протоколы, в том числе TCP/IP, IPX, NetBEUI, AppleTalk и DECNet, используют в процессе открытия широковещательные или многопунктовые кадры. Поскольку почти все сетевые операции начинаются с широковещательного процесса открытия, то мост быстро запоминает адреса узлов ЛВС.

尊&电 电 争* *04»檢窺 ◎争 6410® ««多殖® ♦得 ё♦ма«»***® 爭靠* * **0*/**®®*®**** 彩® **а®* 彩専

Для алгоритма запоминания характерен еще один интересный и важный момент. Мост, обнаружив в блоке 2 схемы алгоритма (рис. 7.2), что в таблице имеется адрес отправителя, проверяет также, совпадает ли номер порта для этого адреса с номером порта, записанным в таблице адресов. Если номера различаются, то адрес и номер порта вновь записываются в таблицу. Таким образом, узел мохно переместить из одного сегмента в другой, а мост (или мосты) сохранят информацию о его новом месте расположения.

Таблица адресов используется механизмом ретрансляции и фильтрации моста. Когда получен кадр, то мост запоминает адрес и лишь затем решает, что делать с кадром.

Первое, что нужно знать о ретрансляции, это тот факт, что широковещательные и многогтунктовые кадры ретранслируются на все порты моста, за исключением принявшего кадр. Мост обязан пропускать широковещательные и многопунктовые кадры, так как отправитель посылает их многим

станциям одновременно. Мост пропустит широковещательные кадры на все порты потому, что они предназначены всем узлам. Мост пропустит многопунктовые кадры на все порты потому, что у него нет способа узнать, каким узлам они предназначены. Вот почему узлы в сети с мостами не могут ощутить разницы между сетью с мостами и сетью с единственной областью коллизий.

Часто сеть с мостами называется широковещательной областью (broadcast domain). В противоположность сети с единой областью коллизий широковещательная область ——это множество узлов, принадлежащих нескольким областям коллизий и имеющих возможность обмениваться широковещательными кадрами. Так, на рис. 7.1 узлы (A-F), (Н-М) и (N-S) находятся в разных областях коллизий, однако принадлежат одной широковещательной области. Поскольку все узлы сети с мостами расположены в одной широковещательной области, то обьпные функции ЛВС, типа открытия сервера и загрузки, работают так, как будто все узлы находятся в единственной области коллизий.

Однопунктовые кадры ретранслируются совершенно по другому. Когда на мост поступает однопунктовый кадр, то указанный в нем адрес получателе разыскивается в таблице адресов моста. В зависимости от результата поиска принимается одно из перечисленных ниже решений.

Результат поискаАдрес в таблице не обнаружен.Адрес в таблице имеется, но соответствующий ему номер порта не совпадает с номером порта, принявшего кадр.Адрес в таблице найден, а соответствующий ему номер порта совпадает с номером порта, принявшего кадр.Результат поискаАдрес в таблице не обнаружен.Адрес в таблице имеется, но соответствующий ему номер порта не совпадает с номером порта, принявшего кадр.Адрес в таблице найден, а соответствующий ему номер порта совпадает с номером порта, принявшего кадр.Решение о ретрансляцииКадр ретранслируется во все порты, как будто он является широковещательным.Кадр ретранслируется только в порт, номер которого указан в таблице адресов.Кадр фильтруется. Он не ретранслируется ни в один из портов.Решение о ретрансляцииКадр ретранслируется во все порты, как будто он является широковещательным.Кадр ретранслируется только в порт, номер которого указан в таблице адресов.Кадр фильтруется. Он не ретранслируется ни в один из портов.

Результат поиска

Адрес в таблице не обнаружен.

Адрес в таблице имеется, но соответствующий ему номер порта не совпадает с номером порта, принявшего кадр.

Адрес в таблице найден, а соответствующий ему номер порта совпадает с номером порта, принявшего кадр.

Результат поиска

Адрес в таблице не обнаружен.

Адрес в таблице имеется, но соответствующий ему номер порта не совпадает с номером порта, принявшего кадр.

Адрес в таблице найден, а соответствующий ему номер порта совпадает с номером порта, принявшего кадр.

Решение о ретрансляции

Кадр ретранслируется во все порты, как будто он является широковещательным.

Кадр ретранслируется только в порт, номер которого указан в таблице адресов.

Кадр фильтруется. Он не ретранслируется ни в один из портов.

Решение о ретрансляции

Кадр ретранслируется во все порты, как будто он является широковещательным.

Кадр ретранслируется только в порт, номер которого указан в таблице адресов.

Кадр фильтруется. Он не ретранслируется ни в один из портов.

Этот процесс называется решением о ретрансляции и происходит при получении любого кадра любым активным портом моста. Первое решение о ретрансляции очень важно ——это одна из главных причин, по которым мост является подлинно прозрачным устройством. Вполне возможно, что узел пошлет однопунктовый кадр узлу, находящемуся в сегменте на другом порту моста до того, как последний будет обнаружен, передав свой кадр. Например, узел А может передать однопунктовый пакет узлу Q до того, как мост запомнил, что Q связан с портом 3. Пока мост не запомнит, где находится Q, он обязан ретранслировать все пакеты, посланные узлом А узлу Q, в порты 2 и 3. Обычно запоминание происходит быстро, поскольку узел Q чаще всего реагирует уже на первый пакет от узла А.

Почему так происходит? На этот часто задаваемый вопрос существует простой ответ. Пока активный узел молчит, процесс старения удаляет определенные записи из таблицы адресов. Хорошим примером тому может послужить работа сетевого принтера. Если принтер, являющийся пассивным

устройством, молчит в течение более продолжительного времени, чем время старения, мост забудет, где он находится. Когда возникнет необходимость что-либо напечатать, сервер печати пошлет принтеру кадр. Мост же должен будет ретранслировать этот кадр на все порты, потому что он не знает, к какому именно из них принтер подключен.

Подобным образом работают все мосты. Однако у некоторых из них решения о ретрансляции принимаются на основании более сложных правил. Например, мост может ретранслировать лишь некоторые типы широковещательных кадров, а все остальные фильтровать. Многие мосты допускают ручную настройку отдельных элементов таблицы адресов, так называемых статических элементов, которые никогда не удаляются из таблицы.

Чтобы должным образом сегментировать крупную сеть, одного моста часто бывает недостаточно. Поскольку данные устройства являются подлинно прозрачными, то в одной сети их может быть несколько. Например, к представленной на рис. 7.1 сети можно добавить еще сегменты Эпсилон и Дельта, подключив мост от сегмента Гамма (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Схема сети с несколькими мостам

Эта сеть будет работать корректно, так как кадр на пути следования от отправителя к получателю может проходить через несколько мостов. Кадр, путешествующий из узла А (сегмент Альфа) в узел X, должен пройти через мосты 1 и 2, чтобы достичь сегмента Эпсилон. Покажем его путь:

。加

Узла А

ВИзВИзДо

Мост 1Моста 1Мост 2Моста2УзлаX

Порт 1Порта 2Порт 1Порта3

Путь был пройден благодаря тому, что мосты 1 и 2 запоминают конфигурацию сети. Причем в отношении запоминания и ретрансляции кадров ни один из мостов ничего не знает о другом. С точки зрения моста ], сегменты Гамма, Эпсилон и Дельта присоединены к порту 2; с точки зрения моста 2, сегменты Альфа, Бета и Гамма присоединены к порту 1. Таблицы адресов обоих мостов выглядят примерно так, как показано ниже.

Сегмент

Альфа

Гамма

Бета

Эпсилон

Дельта

МАС-адрес

А В С D Е F

G HiJ KL

М NOPQR

S Т U VWX

YZ

Мост 1

111111

3 33333

2 2 2 2 2 2

222222

2 2

Мост 2

111111

1 1 1111

1 11111

333333

2 2

Широковещательные кадры передаются аналогичным образом. Широковещательный кадр из узла А ретранслируется в порты 2 и 3 моста 1. Он достигнет порта 1 моста 2 и ретранслируется в порты 2 и 3 моста 2. Точно так же проходят и кадры, адреса которых мост еще не запомнил.

Прозрачность мостов позволяет создавать весьма сложные сети. Работа будет успешной, если сеть с мостами сконфигурирована в виде дерева. Это означает, что между любыми двумя узлами такой сети должен существовать единственный путь. Если таких путей несколько, то это не дерево. Множество путей между двумя узлами называется петлей. Наличие петель вызывает огромную путаницу и широковещательные штормы. Например, добавление моста между сегментами Альфа и Гамма приводит к созданию ЛВС, показанной на рис. 7.4. В такой сети любая пара узлов, расположенных на любых сегментах, кроме Дельта и Эпсилон, может быть соединена более чем одним путем. Это может привести к трем таким нежелательным последствиям, как: • широковещательные штормы (broadcast storms);

проблемы с запоминанием;

размножение однопунктовых кадров.

Рис. 7.4. Петли в сети с мостами

Наихудшей из этих проблем является первая — широковещательные штормы. Обычно она выводит сеть из строя. Например, если узел А передает широковещательный кадр, то он будет ретранслирован мостами 1 и 3. Оба моста переправят его в сегмент Гамма. Проблема возникнет, когда порт 2 моста 3 получит широковещательный кадр от моста 1. Естественно, он ничего не знает о мосте 1 и отправит кадр ему обратно. Переданный узлом А широковещательный кадр снова очутится в сегменте Альфа. Мы называем такой эффект размножением кадра. Более того, мост 1 снова ретранслирует полученный кадр. А хуже всего то, что процесс размножения будет продолжаться. В первом круге будет 2 кадра, затем 4, 8, 16 кадров и т.д. Очень быстро широковещательный кадр "съест" полосы пропускания всех сегментов. И все это случится по вине одного узла, пославшего широковещательный кадр в единственную петлю.

Теперь несколько слов о запоминании. В процессе движения широковещательного кадра по сети каждый мост петли будет наблюдать один и тот же адрес отправителя на нескольких принимающих портах, все время выбирать ветвь Дд в блоке 2 схемы алгоритма работы моста и обновлять свою таблицу адресов. Это приведет к хаосу, так как однопунктовые кадры будут направляться не в те порты.

Однопунктовые кадры также будут размножаться, но не более чем по одному разу. И это вызовет большие проблемы. Сетевые протоколы спроектированы таким образом, чтобы получать каждый кадр один и только один раз. Получив размноженный кадр, они воспримут его как ошибочный и запросят отправивший узел вновь послать кадр. Поскольку каждый однопунктовый кадр удвоен, то отправивший узел получит два запроса на повторение и дважды ответит.

Короче говоря, сеть с петлями функционировать не может. К счастью, имеется простой и почти автоматический способ обнаружения и удаления петель. Кроме запоминания и ретрансляции, все современные мосты имеют функцию, называемую остовным деревом (spanning tree). Это алгоритм усечения, с помощью которого сеть с петлями преобразуется в правильную, свободную от петель.

Алгоритм остовного дерева, алгоритм запоминания и протокол взаимодействия мостов детально описаны в спецификации IEEE 802.1 D. Указанный протокол состоит из специального множества много пунктовых сообщений под названием BPDU (Bridge Protocol Data Units — элементы данных протокола моста). Мосты используют BPDU для взаимодействия друг с другом, изучения топологии сети и обнаружения петель. Установив налюгие петель, мосты начинают совместно отключать некоторые из своих портов. В результате петли уничтожаются и достигается топология дерева, соединяющего все узлы. Такое дерево называется остовным (отсюда название алгоритма). Например, сеть, схема которой приведена на рис. 7.4, может быть усечена, как показано на рис. 7.5. Здесь порты 1 и 2 моста 3 отключены, связь* между мостом 3 и сегментами Альфа и Гамма становится резервной для соединения через мост 1.

Алгоритм остовного дерева подразумевает, что сети с мостами и петлями можно проектировать преднамеренно. Такой прием позволяет создавать в сети избыточные резервные пути между сегментами. Как только все связи остовного дерева будут определены, мосты станут наблюдать сеть, с тем чтобы убедиться, что все связи дерева функционируют. Если любая связь, имеющая дублирующую, выходит из строя, то включается резервная связь. Это происходит полностью автоматически. Так, в случае выхода из строя одной или обеих из представленных на рис. 7.5 связей от моста 1 к сегментам Альфа и Гамма алгоритм остовного дерева, обнаружив проблему, включит порты 1 и 2 моста 3.

Б

ольшинство из доступных на сегодняшний день мостов полностью поддерживают динамическое запоминание адресов и алгоритм остовного дерева. Однако раньше такая возможность рассматривалась как весьма необычная. Первые мосты требовали ручной установки таблицы ретрансляции и имели очень низкую производительность. Запоминание адресов быстро стало общей функцией многих мостов, однако внедрить его было трудно, особенно в крупных сетях. Для исправления ситуации в мае 1990 года был принят стандарт 802.1D. В результате мосты, поддерживающие и запоминание адресов, и алгоритм остовного дерева, быстро стали общепринятыми.

Мосты ——это весьма традиционные устройства, имеющие простую архитектуру. Обычно мост состоит из компьютера и двух или более сетевых интерфейсов. Кадры поступают на каждый порт (сетевой интерфейс), как

будто это порт обычного узла типа рабочей станции или сервера (рис. 7.6). Компьютер проверяет каждый пакет, принятый любым из активных портов, управляет таблицей адресов и в случае необходимости принимает решение о ретрансляции.

Рис. 7 6. Устройство моста

Большинство мостов имеют лишь один центральный процессор, поэтому они мотут обрабатывать одновременно только один пакет. Вот почему преобладающее количество мостов имеют не более четырех портов. Мосты с большим числом портов дороги и требуют значительных ресурсов памяти и мощности процессора. Многопроцессорные мосты имеют очень высокую производительность, но их стоимость еще выше.

А теперь вы спросите, что такое переключатель? Попросту говоря, переключатель — это мост. Правда, в отличие от моста, имеющего центральный процессор, который может обрабатывать лишь один кадр, переключатель имеет специализированное оборудование, позволяющее ему управлять одновременно многими портами. Переключатели обладают всеми преимуществами мостов, но лишены всех их недостатков, отличаются значительно более высокой производительностью, позволяя создавать сети небывалого ранее качества.

Переключатели кадров

Первый переключатель кадров Ethernet, созданный фирмой Kalpana (сейчас отделение Cisco Systems), был обычным мостом. Он не поддерживал алгоритма остовного дерева, не был управляемым, имел достаточно высокую стоимость. Но переключатель кадров Kalpana обладал одной ценнейшей особенностью: он был очень быстрым по сравнению с мостом.

Переключатель кадров Kalpana приобрел подлинный успех, предоставив возможность сегментировать перегруженные сети Ethernet без потери производительности .Даже лучшие мосты работали медленнее по сравнению с присоединенными к ним сетями.

П

ереключатели кадров обычно называются просто переключателями.

Когда мы говорим в этой книге о переключателях, то, как правило, имеем в виду переключатели кадров Fast Ethernet или Ethernet. В действительности существует много различных видов переключателей, используемых при передаче аудио- и видеоданных, в сетях ATM и даже в протоколах типа IP. **•・*•♦・•♦*♦*♦*••♦•♦••♦••♦♦•••♦••♦•♦♦•♦•♦♦♦♦••••♦♦♦•♦♦®«

Двумя наиболее распространенными показателями производительности мостов являются максимальная скорость ретрансляции и совокупная скорость ретрансляции. Максимальная скорость ретрансляции соответствует максимальному количеству пакетов, которые могут быть ретранслированы из одного порта в другой в течение секунды. В случае мостов более чем с двумя портами она обычно измеряется при условии, что оста-1ьные порты свободны. У большинства мостов Ethernet скорость ретрансляции меньше, чем максимальная скорость передачи кадров в самой сети. Это означает, что мосты, обеспечивая связь, становятся узким бутылочным горлышком, сни~ жающим темп передачи данных между узлами различных сегментов. Некоторые высокоскоростные мосты имеют скорость ретрансляции, сравнимую с максимальной скоростью передачи кадров по сети Ethernet,

Совокупная скорость ретрансляции моста — это максимальное количество кадров, которые могут быть ретранслированы через все его порты. Например, четырехпортовый мост Ethernet может иметь максимальную скорость ретрансляции 14800 кадров в секунду, а совокупную — всего лишь 18000 кадров в секунду. Это означает, что он может поддерживать максимальную скорость не на всех своих портах одновременно, а лишь на двух из них. Совокупная скорость ретрансляции мостов, подобных этому, меньше, чем сумма скоростей передачи кадров в сегментах, с которыми они соединены.

Самая большая проблема, с которой приходится сталкиваться при создании сети с мостами, заключается в распределении мостов и устройств по различным сегментам с целью соблюдения правила 80/20. Спроектировать сеть, у которой мосты не являются бутылочными горлышками, задача очень непростая, а часто и невозможная.

Помогают решить эту проблему переключатели, у которых совокупная скорость ретрансляции гораздо выше, чем у мостов. Переключатель, подобно мосту, соединяет несколько сегментов, однако по сравнению с последним имеет намного большую производительность. Высокая совокупная скорость ретрансляции первых переключателей позволяла им ретранслировать кадры на все порты настолько быстро, насколько быстро сегменты могли отправлять их. Поскольку переключатели имели большее количество портов, нежели мосты, то они могли сегментировать сеть на меньшие части. Применение переключатблб访 позволило уменьшить количество узлов в каждом сегменте сети Ethernet. Меньшее количество пользователей в сегменте означает, что каждый из них получит более широкую полосу пропускания. Поэтому наличие переключателей может дать пользователю на одном

сегменте доступ к ресурсам другого сегмента без ощутимой потери производительности. Возможность задействовать большое количество портов и высокая совокупная скорость ретрансляции делают переключение почти идеальным решением при сегментации локальной сети Ethernet.

Переключатели Kalpana после появления на рынке их первых образцов начали быстро наращивать мощность. Устройства новых моделей стали поддерживать больше портов и обладали большей совокупной скоростью ретрансляции. Современные переключатели поддерживают алгоритм остов- ного дерева, и большинство из них управляемы. Почти все современные переключатели имеют очень высокую совокупную скорость ретрансляции и обеспечивают максимально возможную скорость ретрансляции на каждом порту.

Хотя переключатели работают подобно многопортовым мостам, но на самом деле представляют собой нечто большее, нежели мост с огромным количеством портов. Следует выделить три существенных различия между переключателями и портами.

Как правило, переключатели снабжены большим количеством портов, чем мосты. Первые переключатели обычно имели лишь по 6 или 8 портов. С развитием технологии стали преобладать переключатели с 12 и 16 портами, получили распространение и переключатели с 24 портами. Современные переключатели корпоративного уровня могут поддерживать еще больше портов.

Внутренняя архитектура переключателей существенно отличается от архитектуры мостов. Переключатель может обрабатывать много кадров одновременно. Он проверяет кадры, управляет таблицей адресов и принимает решение об одновременной или параллельной ретрансляции для всех своих портов.

Совокупная скорость ретрансляции моста определяется мощностью центрального процессора. Это означает, что в мосту существует единый путь между портами. Переключатели, напротив, имеют много логических путей для потоков данных и могут получать и ретранслировать кадры на одном, некоторых или всех своих портах одновременно.

Как легко представить, переключатели обладают большой вычислительной мощностью. Мощные возможности обработки кадров не являются следствием применения производительного процессора или нескольких процессоров. Многие переключатели и вовсе не имеют такового. Переключатели —это особым образом сконструированные устройства, выполняющие большинство, если не все, функций моста при помощи специальных микросхем ASIC (Application-Specific Integrated Circuit — специализированная интегральная схема). ASIC реализуют очень сложные, быстрые и мощные конструкторские решения при низкой своей стоимости.

ASIC — замечательные устройства, позволяющие компьютерам становится мощнее и вместе с тем дешевле. Помните время, когда модем, имеющий скорость передачи 300 бод, стоил 1200 долларов? ASIC воплощают

возрастающую мощь и падающие цены. Они проектируются инженерами- электронщиками подобно тому, как программы пишутся программистами. Вся логическая часть проектирования выполняется на компьютере с использованием языка высокого уровня.

В прошлом заказные электронные микросхемы проектировались на уровне транзисторов, что было нудным, сложным и длительным процессом. Чтобы проверить такую микросхему, ее нужно было создать, что часто обходилось очень дорого. Если обнаруживались какие-либо сбои (обычно так и случалось), работу надо было начинать заново.

Появление ASIC изменило все. ASIC создаются не на уровне транзисторов, а на логическом уровне, с использованием специального языка проектирования оборудования. Разработанная таким образом ASIC может быть тщательно проверена путем компьютерного моделирования до того, как будет создано в единственном экземпляре физическое устройство. Многие проекты ASIC последовательно проверяются на реальном оборудовании путем их загрузки в FPGA (Field Programmable Gate Arrays — массивы программируемых полей шлюзов). FPGA — это устройство, состоящее из большого количества логических устройств (шлюзов), которые можно соединять между собой практически бесконечным числом способов путем загрузки программы FPGA. Проверяемый проект ASIC конвертируется в программу FPGA и загружается в устройство FPGA, являющееся частью реального устройства, например, переключателя. Теперь проект можно тестировать более тщательно. Главный недостаток FPGA ——их дороговизна. Большой FPGA может стоить более 10000 долларов, но многие проекты ASIC не вмещаются в один FPGA. Проект ASIC можно вместить в FPGA, скажем, на общую сумму в 50000 долларов, тогда как готовая микросхема обойдется в 10-12 долларов.

Когда проект ASIC полностью протестирован, его можно воплотить в реальную микросхему. Это опять-таки делается при помощи автоматизированного процесса, что еще больше снижает вероятность появления ошибок и ускоряет внедрение. ASIC воздействуют на проектирование переключателей следующим образом:

ускоряют проектирование；

позволяют воплотить более сложные и мощные проекты;

дают возможность создавать более отказоустойчивые конструкции;

снижают стоимость переключателей.

Сама же технология ASIC также совершенствуется с фантастической скоростью. Программное обеспечение и средства развития ASIC ежегодно улучшаются. Каждые несколько месяцев появляются новые электронные устройства для ASIC, поддерживая более быстрые, сложные и дешевые проекты. ASIC и другие современные методики проектирования оборудования и программного обеспечения позволяют компаниям создавать переключатели, идеально подходящие для решения многих имеющихся на сегодняшний день сетевых проблем как в Ethernet, так и в Fast Ethernet.

Существуют также переключатели для Token Ring, 100VG AnyLAN и FDDI; новая технология ATM содержит только их.

Подобно мостам переключатели относятся к устройствам уровня 2 и оперируют кадрами, поэтому иногда их называют переключателями кадров. Являясь мостом, переключатель принимает решение о ретрансляции или фильтрации, основываясь на адресе получателя кадра подобно тому, как это делает старый добрый мост. Мост отличается от переключателя методом физического сопровождения кадров из одного сегмента в другой. Переключатели предоставляют кадрам много путей для движения из порта в порт, в чем и заключается особенность их работы. Логическая схема шестипортового переключателя приведена на рис. 7.7.

Каждый порт переключателя, подобно порту сетевого интерфейса или повторителя, имеет принимающую и передающую стороны. Каждая сторона порта логически связана с перекрестной матрицей (crossbar matrix). Принимающая сторона каждого порта соединена с горизонтальной линейкой, а передающая — с вертикальной. Когда принимающая линейка соединяется с передающей, создается путь от принимающей стороны одного порта к передающей стороне другого. Таким способом можно соединить любую пару портов. Например, если соединены пары портов 5 и 3, а также 2 и 4, то два кадра мотут быть одновременно получены на портах 2 и 5 и переданы в порты 3 и 4.

Когда порт получает кадр, переключатель проверяет его адрес получателя и принимает решение о ретрансляции. Если кадр нуждается в ретрансляции,

создается связь с нужным портом. Поскольку между портами переключателя может быть много логических путей, то одновременно можно ретранслировать много кадров.

На рис. 7.7 показано, как ретранслируются от одного порта к другому однопунктовые кадры. Широковещательные, многопунктовые и одно пун к- товые кадры с неизвестным адресом мосты должны ретранслировать на все порты. Если широковещательный кадр получен, скажем, в порту 2, то он будет ретранслирован в порты 1, 3, 4, 5 и 6. Это легко осуществить при наличии переключателя (рис. 7.8).

На рис. 7.7 и 7.8 приведена логическая схема переключателя в действии. Любой переключатель можно представить как имеющий перекрестную матрицу, которая соединяет принимающую и передающую стороны каждого порта. Некоторые переключатели, к которым относятся и первые устройства Kalpana, действительно содержали физические перекрестные матрицы. Тем не менее многие переключатели обладают совершенно иной внутренней архитектурой. Вероятно, существует больше архитектур переключателей, чем компаний, проектирующих и создающих такого рода устройства.

Кяжпая из этих компаний, стараясь выделить свое изделие в ряду конкурирующих, пытается спроектировать устройство, имеющее собственную, отличающуюся от других архитектуру. Их цель состоит в создании переключателя с большим числом возможностей, более производительного и дешевого, чем у других. Большинство компаний патентуют свои проекты переключателей и не разрешают другим создавать такие же либо запрашивают изрядную цену за лицензию.

Эти обстоятельства, а также огромная потребность в переключателях способствовали возникновению благотворного духа конкуренции, создавшего подлинно головоломный набор конструкций переключателей. Их настолько много, что в настоящей книге обсудить внутреннюю начинку таких устройств практически невозможно. Знакомство хотя бы с некоторыми конструкциями, конечно же, было бы полезным, но ничего не дало бы в плане ознакомления с другими, не менее хорошими. От обсуждения отдельных проектов без освещения их деталей также мало проку.

Лучший способ изучить внутреннее устройство переключателей —— понять, почему их надо совершенствовать (разумеется, для осуществления сегментирования сети), а затем приступить к чтению материалов производителей. Как правило, производители в публикуемых учебных пособиях, книгах с описанием работы переключателей, брошюрах пытаются доказать преимущества своих моделей. Большинство этих материалов доступно через Web. Несомненно, вы должны понимать, что такого рода информация часто бывает предвзятой (в конце концов производители должны продать свой продукт!) и воспринимать ее критически.

Существуют и другие источники информации о переключении (см. приложение В). Многие из них оперативны и доступны через Web. Хорошим источником данных являются и журнальные статьи. Часто их авторы тестируют несколько конструкций переключателей, сопровождая полученные результаты анализом внутренней архитектуры устройств.

Мы не будем обсуждать внутреннюю архитектуру переключателя, однако понять принципы переключения нам необходимо. Для ретрансляции кадров из одного сегмента ЛВС в другой переключатель может использовать следующие способы переключения:

Cut-Through (сквозное вырезание);

Interim Cut-Through (предварительное сквозное вырезание);

Store-and-Forward (накопление и ретрансляция).

Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки. К счастью, многие современные переключатели поддерживают два или даже все три способа переключения.

Переключение Cut-Through

Переключение Cut-Through используется многими переключателями для обеспечения самого низкого времени ожидания ретрансляции. Время ожидания ретрансляции переключателя (или просто время ожидания) — это интервал между двумя событиями: получением портом первого бита кадра и выходом первого бита из другого порта.

Переключатели, использующие метод Cut-Through, имеют исключительно низкое время ожидания ретрансляции, гораздо ниже, чем у обычного моста. Переключатель начинает ретрансляцию, не дожидаясь получения

всего кадра. Другими словами, биты начала кадра действительно передаются выходному порту в то время, когда биты его конца еще поступают на входной порт.

Хотя время ожидания ретрансляции переключателя Cut-Through очень непродолжительно, оно все же гораздо больше времени задержки распространения начала пакета в повторителях. Повторители Fast Ethernet класса I имеют задержку распространения начала пакета от 40 до 60 ВТ. Повторитель лишь передает приходящий кадр на все остальные порты, ему нет нужды каким бы то ни было образом проверять кадр.

С другой стороны, прежде чем принять решение о ретрансляции, переключателю необходимо проверить адрес получателя кадра. Это означает, что он должен буферизовать, или накопить, по крайней мере первые 120 битов кадра, прежде чем принять решение о ретрансляции. Как только станет известен адрес получателя, повторитель сможет принять решение о ретрансляции или фильтрации (рис. 7.9). Это также займет некоторое количество времени (даже переключатель не способен работать мгновенно).

—

- Пакет —

Преамбула

SFD

Получатель

Отправитель

L/D

Данные

Незначащая информация

FCS

EFD

Поле

64

8

48

48

16

368-12,000

0-368

32

-

Размер поля (в битах)

Начало /

(Порядок передачи)

К

онец -►

Рис. 7 9. Поля пакета

Некоторые переключатели могут принимать решение очень быстро, иногда в течение 10 ВТ (100 наносекунд). Если переключатель решает ретранслировать кадр, то он должен создать временный путь между принимающим и выдающим кадр портами. Это займет еще от 5 до 10 ВТ. Время ожидания ретрансляции некоторых переключателей составляет от 140 до 150 ВТ, или от 1,4 до 1,5 микросекунды.

Если путь для переключаемого кадра уже создан, переключатель может начинать передавать предварительно буферизованную первую часть кадра. Это означает, что часть данных кадра еще поступает, а преамбула проходящего кадра уже ретранслируется. Переключение методом Cut-Through дает очень малое время задержки при ретрансляции кадров из одного сегмента в другой. Несмотря на это, при использовании метода Cut-Through возникают три проблемы:

ретранслируются карликовые кадры;

ретранслируются ошибочные кадры;

легко возникает перегрузка.

Поступивший в порт переключателя Cut-Through карликовый кадр длиной не менее 120 битов может быть ретранслирован в другие порты. При использовании обычного моста такой проблемы быть не может, поскольку кадры приходят в полном объеме и ретранслируются только безошибочные. Переключатель Cut-Through пропускает кадры настолько быстро, насколько быстро можно принять решение о ретрансляции. Некоторые карлики могут быть очень короткими и не содержать даже полного адреса получателя. В таком случае они не будут ретранслированы. Если же карликовый кадр достаточно длинен, чтобы содержать адрес получателя, и данный узел связан с другим портом, ретрансляция будет произведена.

В результате коллизий могут возникнуть широковещательные и многопунктовые карликовые кадры. В отличие от однопунктовых карликов, эти кадры будут ретранслированы во все остальные порты переключателя. Ретрансляция карликовых кадров в какой-либо или, хуже того, во все порты является растранжириванием времени и полосы пропускания, поскольку все узлы такие кадры отбросят. Если карлик будет ретранслирован из одного сегмента в другой, то узлы принимающего сегмента прервут передачу до истечения времени IPG после обнаружения конца кадра. Хуже того, ретранслированный карлик может вызвать коллизию в принимающем сегменте, заставляя передающую(ие) станцию(и) замолчать и повторить попытку. Оба события являются бесполезной тратой полосы пропускания и снижают показатель использования сети.

Переключатели Cut-Through ретранслируют также кадры с неверной контрольной суммой и другими ошибками. Это даже хуже, чем ретрансляция карликовых кадров. Ретрансляция действительно неправильных кадров вызывает те же проблемы, что и ретрансляция карликов, но приводит к распространению ошибочных кадров из одного сегмента в другой, что может вызвать много проблем. Если в одном из сегментов возникают неприятности, обусловленные дефектами кабеля, поврежденным повторителем или сетевым интерфейсом, то, ретранслируя ошибочные кадры, переключатель Cut- Through передает ошибки в другие сегменты.

Переключатель Cut-Through легко может пострадать от такого явления, как перегрузка. Рассмотрим в качестве примера случай, когда двумя портами одновременно получены два кадра, которые нужно ретранслировать в один и тот же порт. Однако два кадра не могут быть ретранслированы одновременно. Один из них должен быть либо полностью сохранен в переключателе для ретрансляции в более позднее время, либо отброшен. В загруженной ЛВС с переключателями такое случается часто. Причем одновременно затребовать один и тот же выходной порт, усугубив проблему, могут более чем два кадра.

Перегрузка другого вида возникает в тот момент, когда порт передает информацию, а в него приходит кадр. Опять таки, он должен быть сохранен или отброшен.

Похожая форма перегрузки наблюдается, когда ретранслированный кадр вступает в коллизию в сегменте назначения. Решение о его сохранении или

отбрасывании принимается на основании обычных правил CSMA/CD. Во всех случаях переключатель поставлен перед выбором: сохранить (буферизовать) кадр для отправки в более позднее время или отбросить его. Буферизация предполагает, что переключатель поместит полный кадр в буфер подобно тому, как это делает обычный мост. Многие из первых переключателей Cut-Through сетей Ethernet не имели такой возможности и отбрасывали кадры в случае перегрузки. Другие имели входной или выходной буфер ровно на один кадр. Это было лучше, однако перегрузка все же легко возникала. К сожалению, когда разрабатывались принципы переключения, сверхбыстрые буферы бьгли очень дорогими. Чтобы не увеличивать стоимость своих изделий, разработчики должны были использовать их в минимальном количестве. С течением времени стало ясно, что в результате отбрасывания кадров при возникновении перегрузки страдает производительность сети, потому что для исправления возникших ошибок приходилось задействовать протоколы. Чтобы побороть этот недостаток, конструкции переключателей усложнились, большие буферы стали нормой. Хотя таким образом некоторые проблемы перегрузки были решены, но возник нежелательный побочный эффект: увеличилась стоимость переключателей.

К сожалению, переключение методом Cut-Through сопряжено с возникновением перегрузок, а также ретрансляцией карликовых кадров и различного рода ошибок. В современных переключателях Ethernet и Fast Ethernet переключение методом Cut-Through если и применяется, то обычно сопровождается методом Store-and-Forward.

Переключение Interim Cut-Through

Переключение Interim Cut-Through (ICS — от Interim Cut-through Switching) является просто улучшением базового метода переключения Cut- Through. При использовании метода ICS ретрансляция карликовых кадров подавляется, пропускаются лишь кадры, имеющие длину не менее 512 битов (64 байта). Поскольку длина карликовых кадров не превышает 512 битов, они всегда отфильтровываются.

Для достижения этого переключатель ICS помещает по крайней мере 512 битов кадра в специальный FIFO-буфер (First In First Out — первым пришел, первым уходишь). Если кадр заканчивается прежде чем его длина достигнет 512 битов, то содержимое буфера (карлик) просто отбрасывается (рис. 7.10). Такое решение проблемы ретрансляции карликов, возникающей в базовых переключателях Cut-Through, весьма элегантно, поэтому почти все современные переключатели используют метод ICS, а не базовый метод Cut-Through.

Первый недостаток метода ICS состоит в том, что время ожидания ретрансляции превышает 512 ВТ. В действительности эта проблема не такая уж и серьезная. В начале эпохи переключателей малое время ожидания ретрансляции рассматривалось как одна из самых важных характеристик

производительности переключателя Ethernet. Поскольку повторители характеризуются очень малой задержкой распространения начала пакета, то был сделан вывод, что переключатели должны иметь очень маленькое время ожидания ретрансляции, иначе пострадает производительность сети.

Этот вывод оказался неверным. Время ретрансляции повторителя или переключателя оказывает незначительное влияние на общую производительность сети даже в случае приложений мультимедиа, которые обычно требуют небольшого времени ожидания. Даже время ожидания, превышающее 512 ВТ, очень невелико по сравнению со временем ожидания, вызванным задержкой передачи и восстановлением после коллизии.

Хотя переключатель ICS и не пропускает карликов, но некоторые ошибочные кадры все же проходят. Избежать этого невозможно, так как переключатель ICS принимает решение о ретрансляции и начинает ретранслировать кадр до того, как получает возможность обнаружить ошибку в кадре.

П

ереключение по методу ICS часто называют runt-free cut-through (свободным от карликов сквозным вырезанием) или modified cut- through (модифицированным сквозным вырезанием). Некоторые продавцы называют используемые для этой цели переключатели еще более замысло

вато, поэтому не всегда понятно, что речь идет о переключателе, поддерживающем именно метод ICS.

Переключение Store-and-Forward

Метод переключения SAF (Store And Forward ——накопление и ретрансляция) сильно отличается от обоих рассмотренных. Переключатели Store- and-Forward больше похожи на традиционный мост: они ретранслируют кадр в полном объеме, предварительно поместив его в буфер.

Такой подход решает все проблемы рассмотренных ранее методов переключения, поскольку карлики и ошибочные кадры никогда не ретранслируются. Переключатели SAF имеют еще одно большое преимущество: перегрузить их не так легко, как рассмотренные переключатели, потому что кадры буферизуются.

Недостаток данного метода по сравнению с рассмотренными состоит в намного большем времени ретрансляции, которое обычно пропорционально размеру кадра, однако иногда может значительно превышать время передачи кадра максимально допустимого размера, равное 12144 ВТ. Перед ретрансляцией кадр должен быть помещен в буфер, что требует времени. Более старые переключатели SAF отличаются значительным временем ожидания ретрансляции, одинаковым для всех пакетов. В большинстве же современных переключателей время принятия решения на ретрансляцию или фильтрацию не зависит от размера кадра. Как отмечалось ранее, фактор времени ожидания ретрансляции в переключателе обычно не ограничивает производительности сети Fast Ethernet (а в данном случае и Ethernet).

По сравнению с переключателями ICT переключатели SAF обычно имеют больший объем буферного пространства для помещения кадров. Причем чем объемнее буфер, тем лучше переключатель справляется с перегрузкой. Обратная сторона медали: большее буферное пространство стоит больших денег.

При проектировании переключателей разработчик должен выбрать место размещения буферной памяти. Вообще то буферная память либо располагается во входных или выходных портах, либо является общей для всех портов.

Размещение буферной памяти во входных портах предполагает, что кадры будут буферизоваться там, где они появляются. Кадр не будет убран из входного буфера до тех пор, пока переключатель не примет решения о его ретрансляции или фильтрации. Входная буферизация очень эффективна и является одним из самых интересных решений при проектировании переключателей.

Размещение буферной памяти в выходных портах предполагает, что кадры будут буферизоваться перед ретрансляцией через выходной порт. В этом случае в выходной буфер помещаются только те кадры, которые нуждаются в ретрансляции. Переключатели с выходными буферами фильтруют кадры до того, как помещать их туда. Чтобы дать переключателю время проверить кадр и принять решение о ретрансляции или фильтрации, необходимо дополнительное количество входных буферов.

Некоторые переключатели имеют одно большое буферное пространство, используемое всеми портами. Это очень похоже на применение обычного

моста: кадры помещаются в общий буфер, а переключатель принимает решение о ретрансляции или фильтрации. Если кадр нужно отфильтровать, то буфер освобождается для нового кадра; если кадр необходимо ретранслировать, то он передается на соответствующий выходной порт. Существенное различие между переключателем с общей буферной памятью и мостом состоит в том, что поток кадров в первом случае контролирует не центральный процессор, а микросхема ASIC, а общая полоса пропускаьгия между совместной памятью и портами чрезвычайно велика.

Описанные методы буферизации кадров часто применяются в различных комбинациях. Разработчики весьма изобретательно изыскивают способы эффективного использования всех трех методов. Целью проектирования является минимизировать требуемое количество памяти, эффективно ее использовать и максимизировать возможности переключателя по борьбе с перегрузкой. В сети с переключателями, схема которой представлена на рис. 7.11, используется четырехпортовый переключатель с общей памятью.

Рис. 7.1 L Схема сети со многими получателями

Если узел А передает два кадра (один для узла С, а другой для узла G), то они оба окажутся в общей памяти переключателя. Тем не менее первый пакет нельзя немедленно направить в сегмент 2 (для узла С), потому что сегмент 2 занят передачей данных между узлами С и D, и порт 2 должен ожидать конца передачи. Это обстоятельство не мешает передать второй кадр от узла А сегменту 4 для узла G, даже несмотря на то, что он получен переключателем позже первого.

Переключатель не обязан поддерживать принцип FIFO для всех кадров, но он должен убедиться, что кадры, передаваемые между двумя узлами, покидают его в порядке поступления. Переключатель может пропустить кадр 2 раньше кадра 1 (рис. 7.11), потому что они направлены разным узлам. Если

третий кадр передается от узла А узлу С, то переключатель должен обеспечить его ретрансляцию после передачи кадра I.

Использование в одной сети разных скоростей передачи

Некоторые переключатели SAF имеют еще одну весьма привлекательную возможность: они поддерживают Ethernet со скоростью 10 Мбит/с и Fast Ethernet, обладающую скоростью 100 Мбит/с, в одном и том же устройстве. Следовательно, одни порты могут работать в режиме Ethernet, а остальные — в режиме Fast Ethernet. Это позволяет полностью прозрачно соединять сегменты Ethernet с сегментами Fast Ethernet.

Более того, отдельные переключатели поддерживают оба режима на каждом из своих портов и автоматически определяют, с какой скоростью должен работать каждый порт. Если порт присоединен к повторителю или узлу Ethernet, то будет работать со скоростью 10 Мбит/с; если же порт присоединен к сегменту или узлу Fast Ethernet, то его скорость составит 100 Мбит/с.

Совершенно очевидно, что наличие таких переключателей весьма облегчает переход от существующих систем Ethernet к Fast Ethernet. Многие устройства можно оставить присоединенными к сегментам Ethernet. Например, сетевые принтеры вовсе не обязательно присоединять к сегментам Fast Ethernet напрямую. Некоторые типы унаследованного оборудования, в частности рабочие станции UNIX, имеют встроенные сетевые интерфейсы, не допускающие модификации до уровня Fast Ethernet. Подключая такое устройство прямо к порту переключателя, мы обеспечиваем ему полностью прозрачную связь с Fast Ethernet со скоростью 10 Мбит/с.

Подобные двухскоростные устройства обычно работают без сбоя, так как медленные порты полностью изолированы от высокоскоростных при помощи механизма store-and-fbrward, в противоположность методу cut-through, который требует одинаковой скорости работы входных и выходных портов.

Гибридные переключатели

Многие современные переключатели Ethernet и Fast Ethernet совмещают методы переключения Cut-Through и Store-and-Forward. Часто переключатель работает в режиме Cut-Through, пока нет перегрузки и мало ошибок. А при возникновении перегрузки или чрезмерного количества ошибочных пакетов гибридный переключатель переходит в режим Store-and-Forward.

В более совершенных моделях решение о применении того или иного метода переключения может меняться от кадра к кадру. Часто такой прием называют адаптивным переключением. Он обеспечивает очень маленькое время задержки переключения методом Cut-Through при нормальной работе

сети и отказоустойчивость метода Store-and-Forward при возникновении перегрузки или ошибок. При этом используется метод Interim Cut-Through, потому что увеличение времени задержки ретрансляции не такое уж и значительное, а преимущества фильтрации карликовых кадров велики.

Многие переключатели имеют очень сложные внутренние схемы буферизации, помогающие избежать перегрузок во всех случаях, кроме самых тяжелых. Некоторые из них используют буферы во входных и выходных портах в комбинации с общим буфером. Такие переключатели могут пропускать без перегрузки огромное количество информации, правда цена их несколько выпге.

Перегрузка

Термин перегрузка в применении к переключателям и маршрутизаторам используется довольно часто, и вы, скорее всего, не раз читали и/или слышали об этом явлении. Но поставщики твердят о наличии у них изощренных схем управления перегрузкой, некоторые даже утверждают, что их изделия невозможно перегрузить. В обоих случаях предполагается, что перегрузка — это проблема, вызванная фактором, внешним по отношению к устройству. Это звучит прекрасно, но является плодом больного воображения.

Если говорить кратко, перегрузка в переключателе и маршрутизаторе (здесь мы будем называть их устройствами) возникает при условии, что устройству не хватает внутренних ресурсов для управления возросшей нагрузкой. Вот почему оно вынуждено отбрасывать кадры. Это означает, что кадр, который в обычных условиях был бы получен и правильно обработан устройством, будет проигнорирован.

Обычно корректная обработка кадра состоит в его ретрансляции. Тем не менее перегрузка может повлиять и на другие функции, в частности на сбор статистики, прохождение трафика SNMP через управляющее устройство или создание остовного дерева при помощи протокола BPDU. С последним могут быть связаны особенно тяжелые проблемы, потому что вызвавшая их перегрузка чаще всего возникает из-за петель, которые могут быть уничтожены лишь корректно работающим BPDU.

Существуют и другие определения перегрузки, но мы считаем лучшим именно это. В процессе подготовки книги мы нашли отвратительное ее определение на Web-странице одного из поставщиков. Оно не имеет смысла и является хорошим примером дезинформации о сетях, преобладающей в Web. Вот оно: "Перегрузка ——это точка, в которой общая производительность связи становится нулевой, потому что полоса пропускания недостаточно емка для передачи данных со скоростью, не приводящей к ошибке или повторной передаче".

Когда вы встречаете подобные определения, игнорируйте их. Помните, что все устройства подвержены перегрузке, но по разным причинам.

Устройства могут быть перегружены из-за недостатка одного, некоторых или всех элементов из следующего списка ресурсов:

буферной памяти;

внутренней полосы пропускания;

мощности центрального процессора.

В случае переключателей чаще всего приходится сталкиваться с недостатком буферной памяти. Обычно на один из портов приходится большая доля трафика. Если трафик поступает быстрее, чем его можно передать дальше, то переключатель должен буферизовать входные данные. Поскольку скорость поступления превышает скорость ухода, то буферы медленно (или немедленно) переполняются. Если буферы переполнены, то переключатель должен отбрасывать вновь поступившие кадры (рис. 7.12). Такой вид нагрузки называется асимметричной нагрузкой (asymmetric load).

Рис. 7.]2. Потенциальная перегрузка

Согласно представленной на рис. 7.12 схеме сети, кадры приходят в порты 1-4 при среднем значении показателя использования сети 30%. Измерения показывают, что 10% (или одну треть) трафика необходимо пропустить в порт 5. Это означает, что показатель использования сети в порту 5 составит 40%. Если усредненное значение показателя использования сети в порту 5 также равно 30%, то асимметричная нагрузка на данный порт составит 10%.

Все будет в порядке до тех пор, пока переключатель сможет буферизовать кадры, которые нельзя направить в порт 5. Однако если асимметрюгная нагрузка будет продолжаться достаточно длительный период и буферы переключателя переполнятся, возникнет перегрузка и переключатель начнет отбрасывать полученные кадры. Способность переключателя управлять асимметричными нагрузками ——любимый предмет для обсуждения у поставщиков, когда они говорят об управлении перегрузкой. Предлагаемые ими схемы обычно вращаются вокруг разумного и эффективного управления

ресурсами буферов. Лучшая модель переключателя будет управлять более асимметричными нагрузками в течение большего интервала времени до возникновения перегрузки.

Другое важное замечание, касающееся перегрузки, состоит в том, что избежать асимметричных нагрузок невозможно. Это нормальный и постоянно встречающийся вид нагрузок. Большинство переключателей управляют обычными асимметричными нагрузками в течение приемлемого времени без перегрузки, но могут отбросить некоторые кадры в моменты пиковых нагрузок сети. Как правило, асимметричные нагрузки не представляют опасности и могут быть отслежены при помощи средств управления сетью. Легший способ управлять ими ——наблюдать за перегрузкой. Если ваша сеть хорошо спроектирована, то такой вид перегрузок будет редко вызывать проблемы.

Некоторым видам сетевых соединений, например двухскоростным переключателям Ethernet и Fast Ethernet, изначально присуща асимметрия. Трафик из сегмента или узла Fast Ethernet в сегмент Ethernet асимметричен в силу своей природы. В частности, 5%-ное использование Fast Ethernet равносильно 50%-ному использованию сегмента Ethernet. Большинство переключателей, поддерживающих оба вида сети, спроектированы специально для качественного управления таким видом нагрузки. Часто они имеют дополнительное буферное пространство для управления кадрами, направляющимися в сегменты Ethernet.

Еще один вид перегрузки может быть вызван недостаточной шириной внутренней полосы пропускания. Например, чтобы 8-портовый переключатель Fast Ethernet мог справиться с шестью портами, работающими со скоростью 12,2 Мбайт/с, он должен иметь внутреннюю полосу пропускания по крайней мере в 97,6 Мбайт/с. Если же его внутренняя полоса пропускания составляет всего 50 Мбайт/с, то она не соответствует суммарной полосе пропускания подключенных устройств. Такое несоответствие характерно для большинства старых переключателей, потому что сделать их быстрее было слишком дорого, а часто и невозможно.

Некоторые устройства, и в первую очередь маршрутизаторы, изначально не предназначались для управления большими нагрузками, так как это сделало бы их слишком дорогими. Часто такие устройства оказываются перегруженными из-за того, что просто не успевают обработать поступающие кадры.

Недостаточная мощность процессора также может вызвать перегрузку. С современными устройствами такое случается редко, потому что большую часть функций по обработке кадра берут на себя специализированные аппаратные средства. Тем не менее многие дешевые маршрутизаторы все еще могут быть перегружены из-за недостаточной мощности процессора.

Важно заметить, что существуют уровни асимметричной предложенной нагрузки, способные перегрузить любое устройство. Чем асимметричнее нагрузка, тем быстрее возникнет перегрузка. Просто некоторые устройства справляются с ней лучше других.

Полнодуплексные связи

Большинство переключателей Fast Ethernet и новых переключателей Ethernet поддерживают полнодуплексный режим. Он обеспечивается только в том случае, если два сетевых интерфейса типа двух узлов или узла и порта переключателя связаны напрямую. Такой тип связи часто называют связью "точка-точка".

Если два узла Fast Ethernet соединены связью "точка-точка" типа 1 OOBase-TX или 100Base-FX, то может произойти интересная вещь: механизм CSMA/CD полностью отключите^. Другими словами, они смогут взаимодействовать без коллизий и не прерываясь, когда передает другой узел. Такое "волшебство'* возможно благодаря сущности связи "точка-точка".

Как объяснялось в главе 2, связь между узлом ТХ (или FX) и повторителем изначально является полнодуплексной^ потому что пути передачи и приема полностью разделены. Обычно узел подключен к повторителю и обязан использовать правила доступа к среде CSMA/CD. Порт повторителя не способен поддерживать полнодуплексную связь и всегда работает в режиме CSMA/CD. Тем не менее, когда два узла соединены напрямую с использованием связи ТХ или FX, то между ними существуют два полностью независимых пути передачи (рис. 7.13).

ПередатчикПередатчикДанныеДанные2 пары 4-парного каоеля \2 пары 4-парного каоеля \w^-d- W R Е cu PCS p^vmw^-d- W R Е cu PCS p^vmПара 3Пара 3Штекер/ RJ45Гнездо RJ45Штекер/ RJ45Гнездо RJ45Рис. 7/3. Полнодуплексная связь lOOBase- ТХРис. 7/3. Полнодуплексная связь lOOBase- ТХМ А СМ А Сили порт переключателяили порт переключателя

Передатчик

Передатчик

Данные

Данные

2 пары 4-парного каоеля \

2 пары 4-парного каоеля \

w^-d- W R Е cu PCS p^vm

w^-d- W R Е cu PCS p^vm

Пара 3

Пара 3

Штекер/ RJ45

Гнездо RJ45

Штекер/ RJ45

Гнездо RJ45

Рис. 7/3. Полнодуплексная связь lOOBase- ТХ

Рис. 7/3. Полнодуплексная связь lOOBase- ТХ

М А С

М А С

или порт переключателя

или порт переключателя

Как показано на рис. 7.13, кадры перемещаются по паре 1 кабеля от левого узла к правому. От правого узла к левому они перемещаются по паре 3. Поскольку потоки кадров между узлами идут по различным путям, конфликт никогда не произойдет. Поэтому на обоих узлах механизм CSMA/CD может быть отключен, будет соблюдаться лишь правило IPG, В случае полнодуплексной связи алгоритм передачи становится очень простым (рис. 7.14).

Л Передача Л \^ кадра JЛ Передача Л \^ кадра JДаДа/ПередачаIуспешнозавершена/ПередачаIуспешнозавершена

Л Передача Л \^ кадра J

Л Передача Л \^ кадра J

Да

Да

/Передача

Iуспешно

завершена

/Передача

Iуспешно

завершена

Рис. 7.14. Алгоритм полнодуплексной связи

Наиболее очевидное преимущество полнодуплексной связи состоит в том, что ни один узел никогда не уступает передачу другому. При условии соблюдения правила IPG оба узла могут передавать в любое время. Значит, они могут передавать одновременно. Из этого следует еще более важное

преимущество полнодуплексных связей: каждый узел располагает двумя каналами, обеспечивающими скорость передачи данных в оба конца 100 Мбит/с, т.е. обшей полосой пропускания в 200 Мбит/с. Другими словами, совместное использование среды со скоростью 100 Мбит/с через повторитель заменяется взаимодействием узлов по двум каналам с такой же производительностью и общей полосой пропускания в 200 Мбит/с.

В обоих направлениях данные могут проходить со скоростью 12,1 Мбайт/с. В отсутствие коллизий значение показателя использования сети в полнодуплексном соединении может достичь теоретического максимума, равного 98%, а полнодуплексная связь, подолгу работающая с 80%-ньш показателем использования сети, не является чем-то необычным.

Естественно, соединение двух узлов, например двух компьютеров или компьютера с принтером, нецелесообразно и имеет ограниченную область применения. Такое соединение обычно используется в том случае, когда один из узлов служит переключателем Fast Ethernet или Ethernet. Поскольку между устройством и переключателем не возникает коллизий, такую связь намного труднее перегрузить, и между ними может передаваться намного больше данных, чем при работе в режиме CSMA/CD.

Не все узлы нуждаются в полнодуплексной связи с переключателем, и в первую очередь это относится к дешевым рабочим станциям и принтерам. Однако высокоскоростные рабочие станции, а особенно серверы, получают реальные преимущества от использования такой связи. Применение полнодуплексных связей может реально увеличить эффективность работы локальной сети Fast Ethernet с высокопроизводительными рабочими станциями и серверами. Для получения дополнительной информации об использовании полнодуплексных связей при проектировании сетей см. главу 12.

Подводя итоги сказанному, можно заключить, что переключатель ——это просто мост. Все современные переключатели Ethernet и Fast Ethernet являются полностью запоминающими мостами; они поддерживают алгоритм и протокол остовного дерева, согласующийся со спецификацией 802.1D. Хотя переключатели и работают подобно прозрачным запоминающим мостам, их внутренняя архитектура заметно отличается от архитектуры старых мостов, основанных на центральном процессоре. Для получения более полной информации о выборе переключателей, о том, как они работают и какие возможности в них заложены, см. главу 12.

Маршрутизаиия и протоколы

Маршрутизаторы подобно мостам ретранслируют кадры из одного сегмента сети в другой. Первые маршрутизаторы были и устроены подобно мостам: они имели не менее двух сетевых интерфейсов, центральный процессор и оперативную память небольшого объема. Единственное отличие между маршрутизаторами и мостами состояло в программном обеспечении. Подобно переключателям маршрутизаторы использовали специальные микросхемы для достижения более высокой производительности за меньшую цену.

Три существенных различия между маршрутизаторами и мостами перечислены ниже.

Во-первых, принимая решение о ретрансляции, маршрутизаторы используют не МАС-адрес получателя кадра, а так называемый сетевой адрес. Маршрутизаторы ретранслируют лишь информацию, адресованную им непосредственно, и в отличие от мостов отбрасывают широковещательные кадры.

Во-вторых, маршрутизаторы “е являются прозрачными устройствами. Каждый узел, желающий взаимодействовать с другим узлом через маршрутизатор, должен "осознавать" существование маршрутизатора и обращаться именно к нему.

В-третьих, маршрутизаторы поддерживают ячеистые сети (meshed network), посредством которых обеспечивается множество активных путей передачи данных между любой парой узлов. Сеть с мостами, напротив, должна быть сконфигурирована в виде дерева и между любой парой ее узлов существует единственный активный путь передачи.

Последнее различие между устройствами наиболее существенно. Маршрутизаторы поддерживают много путей между узлами сети. Сравним сеть, схема которой представлена на рис. 7.15, с идентичной ей (за исключением того, что мосты заменены маршрутизаторами) неправильной сетью, изображенной на рис. 7.4. В отличие от мостов маршрутизаторы легко справляются с управлением многими путями между сегментами.

Следует помнить, что маршрутизаторы, с одной стороны, и мосты, переключатели ——с другой, поддерживают весьма различные сетевые интерфейсы. В частности, маршрутизатор может иметь несколько портов Ethernet, несколько портов Fast Ethernet, пару портов Token Ring и интерфейсный порт с глобальной сетью. Он легко маршрутизирует информацию между столь различными сетями. Напротив, мосты почти всегда поддерживают один и тот же сетевой интерфейс в каждом из своих портов. Многие переключатели поддерживают два типа интерфейса: собственный, например Fast Ethernet, и интерфейс типа FDDI. В этом случае осуществляется трансляция кадров из одного формата в другой.

Многие спрашивают: "Зачем использовать переключатели или мосты, если можно применять маршрутизаторы?*' Именно этого вопроса от вас ждут поставщики маршрутизаторов. Ответ прост.

Переключение в Fast Ethernet почти всегда обходится дешевле маршрутизации, так как 12-портовый переключатель гораздо дешевле 12-пор- тового маршрутизатора. Стоимость переключения Ethernet примерно в 10 раз дешевле маршрутизации.

Переключатели полностью прозрачны по отношению к подключенным устройствам, их легче разрабатывать и устанавливать, ими легче управлять.

Переключатели быстрее маршрутизаторов, имеют гораздо более широкую полосу пропускания. Но так как некоторые маршрутизаторы работают с очень высокой скоростью, вернее будет сказать, что переключение отличается гораздо более удачным соотношением цена/производительность). Почти все современные переключатели Fast Ethernet работают на всех портах со скоростью кабеля и при этом имеют относительно низкую цену.

Маршрутизаторы Fast Ethernet, которые могут работать со скоростью, близкой к скорости кабеля, очень дорогие. Их цена нередко достигает десятков тысяч долларов в расчете на порт.

Главное различие между маршрутизатором и мостом состоит не в производительности, а в способе принятия решения о ретрансляции. Маршрутизаторы используют для этой цели заголовок протокола, а не кадра. Как мы уже говорили, различные сетевые технологии работают на различных уровнях модели OSI. Повторители являются устройствами уровня 1, мосты —— устройствами уровня 2, а маршрутизаторы — устройствами уровня 3.

Повторители работают с пакетами и не зависят от содержимого поля данных пакета, в котором заключен кадр. Мосты работают с кадрами и не зависят от содержимого поля данных кадра, в котором обычно (но не всегда) заключена дейтаграмма. Маршрутизаторы работают с дейтаграммами, которые иногда называются пакетами данных или сообщениями. Работа маршрутизаторов обычно не зависит от содержимого поля данных дейтаграммы, но тем не менее некоторые интеллектуальные маршрутизаторы должны разобраться в его содержимом, прежде чем принять весьма важное решение о ретрансляции или фильтрации.

Дейтаграммы помещаются в кадры подобно то\гу, как кадры заключаются в пакеты. Часто говорят, что структуры более низкого уровня предусматривают использование "конверта" для структур более высокого уровня. Двумя преобладающими протоколами уровня 3, или уровня дейтаграммы, являются IP и IPX. В примерах мы обычно используем IP, но при необходимости включаем информацию об IPX.

На рис. 7.16 показано, как дейтаграммы IP инкапсулированы в кадре Fast Ethernet. IP является протоколом уровня 3, или сетевого уровня, и может использовать практически любые устройства уровня 2. Чаще всего IP используется совместно с протоколом TCP и называется TCP/IP. TCP является протоколом уровней 4 и 5 (транспортного и сеансового) и работает поверх протокола IP.

Преамбула

SFD

Данные

EFD

Начало

(Порядок передачи)

Конец

Получатель

Отправитель

UT

Данные

Незначащая информация

FCS

Кадр

УрзЗ Информация Протокол снк 竊鶴я 竊跟产…1aе 口……Р

Рис. 716. Инкапсуляция данных

Заголовок протокола IP, показанный на рис. 7.16, слегка упрощен, потому что мы опустили подробности о поле информации, неуместные в данном обсуждении. Важными для нас являются сетевые адреса получателя и отправителя. МАС-адрес однозначно определяет узел в ЛВС, а сетевой адрес — узел в маршрутизованной сети.

Протоколы IP и IPX используют сетевой адрес, состоящий из двух полей: номера сети, или номера связи, и идентификатора станции. Адреса IPX имеют только один формат, а адреса IP — три формата: классов А, В и С (рис. 7.17).

0

Номер сети

Номер узла

Байт О

Байт 1

Байт 2

БайтЗ

Класс А

1

0

Номер сети

Номер узла

Класс В

1

1

0

Номер сети

Номер узла

Класс С

Рис. 7.17. Классы адресов протокола IP

НачалоНачало(Порядок передачи)(Порядок передачи)КонацКонац

Начало

Начало

(Порядок передачи)

(Порядок передачи)

Конац

Конац

Длина адреса протокола IP всегда составляет 32 бита. Адрес состоит из 4 групп по 8 битов каждая, называемых октетами (байтами). Кроме того, он состоит из двух частей: номера сети (часто называемого номером связи) и номера узла (или идентификатора станции). Разница между классами адресов заключается в том, как 32 бита распределяются между номером сети и номером узла. Значения первых одного, двух или трех битов и определяют класс адреса.

Адрес протокола IPX отличается более простой структурой. Он имеет длину 80 битов и состоит из двух полей: номера сети и адреса узла. Поля адреса IPX в отличие от адреса IP имеют фиксированный размер (рис. 7.18).

НачалоНачало(Порядок передачи)(Порядок передачи)Конец►Конец►

Начало

Начало

(Порядок передачи)

(Порядок передачи)

Конец►

Конец►

Байты 0-3Байты 0-3Номер сетиНомер сетиБайты 4-9

Байты 0-3

Байты 0-3

Номер сети

Номер сети

Идентификатор станции (МАС-адрес)

Рис. 7. /8 Формат сетевого адреса IPX

Под номер сети всегда отводится 32 бита, а под идентификатор станции ——48 битов. В отличие от адреса IP, не имеющего отношения к МАС-адресу узла, адрес IPX использует последний в качестве идентификатора станции. Два протокола имеют различные форматы сетевого адреса, но обладают обшей чертой: сетевой адрес состоит из двух частей ——номера сети и идентификатора станции, В отличие от моста, который принимает решение

о ретрансляции на основании полного МАС-адреса, маршрутизатор использует для этой цели только номер сети из сетевого адреса.

Номер сети — это число, однозначно определяющее сеть. В большинстве технологий ЛВС, включая Fast Ethernet, сеть определяется как единая широковещательная область. Это означает, что несколько сегментов (областей коллизий), соединенных переключателями (или мостами), рассматриваются как единая сеть. Работа маршрутизатора заключается в передаче дейтаграмм между сетями. Часто термин ЛВС употребляется именно в этом смысле и означает единую сеть с точки зрения маршрутизации.

И мосты, и маршрутизаторы соединены с сетью обычным сетевым интерфейсом. Тем не менее, маршрутизатор работает не так, как мост. Каждый узел, нуждающийся в передаче данных по маршругизованной сети, должен участвовать в процессе, отправляя необходимые дейтаграммы непосредственно маршрутизатору. Мост же получает все кадры сети вне зависимости от их назначения, а ретранслирует только кадры, предназначенные другим сегментам.

При отправке дейтаграммы узел помещает в поле отправителя собственный сетевой адрес, а в поле получателя ——сетевой адрес получателя. Прежде чем передать дейтаграмму, узел должен установить, может ли он отправить ее непосредственно получателю или же ее нужно переслать маршрутизатору. Узел может отправить дейтаграмму непосредственно получателю, без использования маршрутизатора, если его собственный номер сети совпадает с номером сети получателя. В случае Fast Ethernet это означает, что оба узла находятся в одной широковещательной области. Узел просто заполняет МАС-адрес кадра сетевым адресом получателя. Если же номера сетей отправителя и получателя не совпадают, то передающий узел должен поместить дейтаграмму в кадр, адресованный маршрутизатору, после чего маршрутизатор возьмет на себя заботу о доставке дейтаграммы получателю.

Ранее мы задавали себе вопрос о том, зачем использовать мосты, если сеть можно маршрутизировать. Казалось, что полученные ответы ставят мосты и переключатели по значимости выше маршрутизаторов. На самом же деле большое преимущество маршрутизаторов перед мостами состоит в том, что маршрутизированная сеть хорошо масштабируется. Под масштабируемостью мы понимаем способность маршругизованной сети быть достаточно большой и сложной и в то же время работать должным образом, обеспечивать нужную производительность и оставаться управляемой. Сеть с мостами в отличие от нее масштабируется плохо.

Маршругизованные сети могут быть исключительно сложными, намного сложнее сетей с мостами. Колоссальной маршругизованной сетью, которая соединяет миллионы компьютеров со всего мира, является Internet. Такие сети хорошо масштабируются именно благодаря наличию маршрутизаторов. Сети с переключателями (или мостами) не масштабируются при достижении определенного размера по следующим причинам:

широковещательные кадры занимают слишком большую часть полосы пропускания;

сеть всегда должна оставаться остовным деревом.

Переключатели хорошо подходят для сегментирования отдельных областей коллизий. В сети с переключателями однопунктовые кадры распространяются только по тем сегментам, которые необходимы для доставки кадра от отправителя к получателю. А в сети с мостами широковещательный кадр, переданный одним узлом, должен быть получен всеми узлами. Когда размер сети с мостами возрастает, все большая часть общего сетевого трафика становится широковещательной, оставляя все меньше места для кадров, несущих полезную информацию. Другими словами, чем больше широковещательных кадров, тем меньше показатель использования сети. Тем самым устанавливается практический предел размеру сети с мостами или переключателями.

Сеть с переключателями должна также оставаться остовным деревом. Это означает, что один переключатель должен быть первичным, или корневым, мостом (root bridge). Если корневой мост выходит из строя, то оставшиеся должны восстановить остовное дерево. В больших сетях с мостами это отнимает много времени и часто становится причиной катастрофы, так как сеть с мостами не может иметь активных избыточных связей. Представьте себе, что Internet зависит от единственного устройства!

Так как маршрутизаторы не пропускают широковещательных кадров и поддерживают множественные активные связи, то именно с их помощью можно решить указанные проблемы. Подобно тому, как мосты и переключатели используются для объединения нескольких областей коллизий, маршрутизаторы применяются для объединения широковешательных областей. На рис. 7.19 показаны пять BD (broadcast domain ——широковещательная область, ЛВС), соединенных тремя маршрутизаторами. Слово FAST обозначает связь Fast Ethernet, а слово SLOW — связь Ethernet. Связи, обозначенные словом WAN, работают еще медленнее.

Любой узел маршрутизованной сети может взаимодействовать с любым другим, однако широковещательные кадры никогда не покидают той ЛВС, где они возникли и не используют полосы пропускания других локальных сетей. В отличие от ЛВС с мостами, маршрутизованные сети поддерживают множественные активные пути между сегментами. Маршрутизаторы осуществляют это, всегда пересылая дейтаграмму по наилучшему пути. Определение наилучшего пути очень сложное. Некоторые пути могут быть, например, быстрыми, следовательно, предпочтительными. Тем не менее, если один из таких быстрых путей перегружен, то маршрутизатор может выбрать для дейтаграммы альтернативный путь. Маршрутизаторы, запоминая топологию маршрутов, решают и проблему петель, от которой страдают сети с мостами.

Характеристики доставки данных для маршрутизаторов отличаются от аналогичных характеристик мостов. Применение мостов является гарантией того, что передаваемые кадры достигнут узла-получателя в том же порядке, в котором были отправлены. В маршрутизованной сети нет гарантии, что дейтаграммы будут доставлены в том же порядке, в котором были отправлены. Например, три кадра, отправленные узлом А узлу В, могут прийти в ином порядке, потому что каждая дейтаграмма может быть передана по различным путям. Если первая дейтаграмма передается по медленному или перегруженному пути, то следующая может быть направлена по более быстрому и достичь узла В раньше первой. Причем на практике такое поведение может быть даже желательным. Избыточные активные пути часто закладываются в проект маршрутизованной сети именно для этой цели.

Избыточные активные пути могут устанавливаться по различным причинам, главная из которых состоит в желании обеспечить запасной путь на случай перегрузки или выхода из строя основного. Другая распространенная причина —— необходимость обеспечить более широкую полосу пропускания между двумя ЛВС. Рассмотрим пример, когда маршрутизаторы 1 и 2 соединяют локальные сети Бета и Гамма. Поскольку дейтаграммы, проходящие между этими ЛВС, могут двигаться либо через маршрутизатор 1, либо через маршрутизатор 2, то трафик между ними может быть в два раза больше, чем при наличии единственной связи.

Сопоставьте сказанное с уже имеющейся информацией о сетях с мостами, где избыточные пути используются только в качестве пассивного резерва, 胃 не как действительно избыточные, т.е. находятся в выключенном состоянии до возникновения катастрофы, разрушающей остовное дерево. К тому же следует отметить, что простые маршрутизаторы используют номер сети дейтаграммы и полезны для управления размером широковещательной области. Для дополнительной информации о выборе маршрутизатора см. главу В.

Некоторые важные вопросы, касающиеся маршрутизации, не освещены в данной книге. В частности, мы не упоминали о том, что маршрутизаторы для взаимодействия между собой используют набор протоколов, обеспечивающих им возможность запоминать топологию маршрутов и выбирать наилучший путь для прохождения дейтаграмм. Узлы также должны взаимодействовать с маршрутизаторами при пересылке дейтаграмм. Наконец,

многие маршрутизаторы имеют дополнительные возможности по углубленному контролю трафика между ЛВС. Перечень книг о маршрутизации и протоколе TCP/IP представлен на Web-странице www.wiley.com/comp- books/fastethernet.

Таким образом, маршрутизация используется в технологии Fast Ethernet в основном для связывания широковещательных областей и удержания их размеров в управляемых пределах, в отличие от переключения, которое предназначено для связывания областей коллизий и обеспечения высокой производительности.

^оь лп

Как установишь локальную сеть Fast Ethernet

Работать с сетями с каждым днем становится все сложнее и сложнее. В недавнем прошлом большинство локальных вычислительных сетей (ЛВС) устанавливались с целью обслуживания небольшого числа пользователей путем обеспечения их связи с файловым сервером и принтером и иногда для применения корпоративной электронной почты. За последние четыре или пять лет все изменилось. ЛВС превратились в центральный и критически而 элемент инфраструктуры, обеспечивающий деловую деятельность всей организации. С течением времени и появлением более сложных приложений интегрированные сети еще более усложнятся. Из этого следует, что сегодняшние ЛВС должны быть более гибкими, надежными, отказоустойчивыми и вдобавок более производительными.

Предполагается, что установку любой сети необходимо спланировать. Для небольших сетей объем такой работы невелик — несколько предварительных записей и одна-две схемы. На планирование больших корпоративных сетей может понадобиться несколько недель, а еще больше времени — для их установки и запуска. Предварительное планирование сети позволяет:

облегчить выбор подходящего оборудования;

точнее вычислить стоимость ее установки;

убедиться, что установка приведет к минимальным неудобствам для пользователей сети;

создать хорошую документацию об установке сети;

помочь в будущей отладке;

убедиться, что производительность сети отвечает запросам пользователей;

спланировать будущее расширение сети.

Часто при планировании сетевой производительности учитывается в первую очередь такой критерий, как скорость работы. Однако это не единственный показатель. Для специальных приложений наверняка

существуют и дополнительные критерии, однако в любом случае каждая сеть должна:

иметь приемлемую стоимость;

быть надежной в работе;

быть отказоустойчивой;

допускать возможность расширения без потери качества.

Стоимость принимается во внимание всегда. Как это ни печально, однако большинство компаний не имеют достаточных средств для подключения компьютеров своих пользователей к Fast Ethernet. Большинству компаний нужен обоснованный план создания сети по приемлемой цене. Чем тщательнее вы планируете, тем больше ваши шансы купить дешевое оборудование, удовлетворяющее требованиям и по производится ьности, и по другим критериям.

Надежность — важный фактор, который достаточно легко учитывается. Современные электронные компоненты высокой степени интеграции исключительно надежны. Имеются повторители и переключатели с избыточными источниками питания. Некоторые повторители снабжены избыточными линиями связи, а переключатели ——избыточными резервными путями между сегментами. Многие потребители обеспечивают все сетевое оборудование (серверы, повторители и переключатели) источниками бесперебойного питания. Таким образом, требование надежности выполнить нетрудно.

Более сложно установить отказоустойчивость сети, поскольку объективных средств измерения этого параметра не существует. Мы определяем отказоустойчивость как способность сети хорошо работать в случае возникновения непредсказуемых изменений и проблем. Например, параллельно с критическим опорным переключателем можно применять более дешевый и менее производительный резервный переключатель для обеспечения избыточных связе访 между некоторыми сегментами, например между группой серверов и маршрутизатором. Если основной переключатель выйдет из строя, то резервный обнаружит этот факт и автоматически активизирует запасные связи с помощью алгоритма остовного дерева. Некоторые повторители поддерживают запасные связи с серверами. Эту особенность можно использовать, установив на сервере две адаптерные платы. Если одна связь по какой-либо причине выйдет из строя, то вторая включится автоматически. Избыточность — не единственный, а всего лишь самый очевидный и самый дорогой способ обеспечить отказоустойчивость сети. Существуют и другие способы, например использование высококачественных сетевых интерфейсных карт с полностью сертифицированными драйверами или аппаратно-программных средств мониторинга сети для автоматического обнаружения сбоев в работе и извещения об их возникновении администратора сети. Их применение также способствует повышению отказоустойчивости сети.

При планировании Fast Ethernet имейте в виду, что ваша сеть обязательно будет изменяться и расти. Большая часть бюджета управления сетевой систем。访 уходит на то, что в промышленности известно как дополнения,

перемещения и изменения. Практически каждая установленная сеть в силу множества причин в дальнейшем будет нуждаться в изменениях. Чаще всего бывает необходимо добавить новых пользователей или дополнительные сетевые ресурсы типа серверов или принтеров. Установка таких мощных программных средств, как системы клиент/сервер, использование группового программного обеспечения, видеоконференций, средств связи с Internet и intranet-сетей потребует увеличения сетевых ресурсов. И чем бы эта потребность ни была вызвана, вы должны планировать свою сеть так, чтобы ее можно было по мере необходимости расширять или модифицировать.

Планирование и установку локальной сети Fast Ethernet можно разбить на несколько этапов. Предлагаемый ниже способ не единственно возможный, но практичный.

Первый шаг — определение требований к сети. Необходимо установить, сколько пользователей будет в ЛВС, какие приложения они смогут использовать и на какие сегменты следует разбить сеть. В игру могут вступить и иные факторы, например наличие связи с удаленными узлами и возможность выхода в Internet. Часто хорошо начинать с изучения существующей сети.

Выбор адаптерных плат для каждой машины — этап более важный, чем принято считать. Многие при этом исходят только из стоимости. Как вы поймете, при выборе адаптера цена может служить лишь одним из факторов.

Проектирование кабельных соединений — один из немногих этапов установки сети, которые в Fast Ethernet осуществить проще, чем в других сетевых технологиях. Тем не менее вы должны принять некоторые решения. При этом следует помнить, что слишком большой объем сети Fast Ethernet может стать причиной частых катастроф.

Выбор повторителей — критический момент. Производители создали множество повторителей, имеющих различные особенности, возможности и цены. Подобно сетевым адаптерным платам, повторитель представляет собой нечто большее, нежели цена в расчете на порт.

Выбор переключателей Fast Ethernet может стать достаточно сложной задачей. В разговоре с любым продавцом сетевого оборудования наверняка всплывет тема переключения. Оно рекламируется в качестве панацеи от массы сетевых проблем и во многих случаях может стать значительным преимуществом при установке сети, увеличив полосу пропускания и обеспечив возможность роста ЛВС. Тем не менее, приняв решение об использовании переключения и потратив кучу денег, вы можете получить очень небольшое преимущество или даже не получить его вообще. В худшем случае переключение создаст проблемы с производительностью.

Выбор маршрутизаторов — это тема, о которой можно говорить очень много и долго. Маршрутизаторы ——это критическая составная часть сети любого размера, по многим показателям более предпочтительная, чем переключатели. Вы будете использовать маршрутизаторы для связи с Internet, удаленными офисами или сотрудниками, работающими на дому. Маршрутизаторы можно применить и для разделения сети на легко управляемые части.

Интеграция с существующими сетями — обычное дело при установке нового оборудования Fast Ethernet. Создание большинства сетей Fast Ethernet начинается не на пустом месте, и не часто компания в состоянии обновить всю сеть или ее часть одним махом. Обычно переход на новую технологию происходит поэтапно, а это означает, что вновь установленные сегменты Fast Ethernet должны будут взаимодействовать с сетями других сетевых технологий, таких как Ethernet или Token Ring.

Удобство администрирования сети ——важное условие успешного функционирования локальной системы Fast Ethernet. Вы, конечно же, захотите, чтобы ваша сеть постоянно работала с наивысшей эффективностью и была возможность быстро устранять возникающие проблемы. Для этого необходимо определить, какие средства администрирования вам понадобятся.

Установка нового оборудования ЛВС может стать исключительно сложным этапом, если будет плохо спланирована. Начинать установку можно только тогда, когда вы определите, как будет структурирована ваша сеть, какие адаптерные платы будут использоваться и как будет проложен кабель. Данный этап пройдет достаточно гладко, если вы заранее обратите внимание на некоторые детали.

Предлагаемый порядок установки сети не является обязательным, хотя обычно начинают с этапа планирования и заканчивают установкой оборудования. Остальные этапы можно выполнять в произвольном порядке (проектирование кабельных соединений вполне можно производить до выбора адаптерных плат). Важно лишь помнить, что для обеспечения успешной работы сети Fast Ethernet необходимо выполнить все перечисленные действия.

『公您咼您®

Определение требований к сети

До тех пор, пока не известны требования к новой системе, невозможно выполнить заметный объем работы по установке новой сети или расширению существующей. Поэтому ваш первый шаг ——определить, каким требованиям должна соответствовать проектируемая ЛВС. Имея такого рода информацию, на следующих этапах легче принимать решения о выборе переключателей и повторителей.

Одним из важнейших и часто недооцениваемых преимуществ выполнения качественного анализа требований к сети является обоснование сметы затрат на новое сетевое оборудование и инфраструктуру. Обычно все сотрудники организации понимают, нто для ускорения работы сети необходимо что-то сделать. Даже высокое начальство интуитивно чувствует это. И в один прекрасный день администратору сети дадут команду: "Обеспечь-ка быструю и надежную работу нашей сети. И, к стати, потрать на это поменьше денег, потому что в бюджете на текущий год расходы на сетевое оборудование не предусмотрены*'. Далее события развиваются по следующему сценарию.

Администратор исчезает и некоторое время бешено работает в своем офисе, затем появляется с планом модернизации сети, которая, возможно, будет работать.

Увидев план, пользователи восклицают: "Ага, готово! Когда это заработает? На следующей неделе?" От такого доверия сетевой администратор приходит в восторг.

На встрече с высоким начальством администратор подробно описывает все новые высокотехнологичные устройства, которые он хочет купить, и преимущества нового кабеля категории 5, который он хочет проложить. Он рассказывает, какой полосой пропускания будет обеспечен каждый, как легко будет получить видео и доступ к Internet.

Высокое начальство спрашивает: "Сколько это будет стоить?'*

Администратор сети показывает пачку смет и прайс-листов, образующих огромную сумму.

Высокое начальство говорит: "Вы можете ограничиться значительно меньшими затратами. Переделайте ваш план. Увидимся на совещании руководства в понедельник. Желаем весело провести выходные! А мы отправимся на курсы гольфа за счет премии, полученной за экономию средств". Иногда подобный разговор сопровождается административным рукопожатием.

Можно и дальше подробно описывать сцены из трудной жизни многих сетевых администраторов. Однако такого сценария можно избежать, если администратор найдет оправдание своим запросам. Большинство руководителей хотят знать, что сколько стоит и какие преимущества дает, а не названия устройств и безделушек, которые будут выполнять эту работу. Низкую стоимость и большие преимущества — вот что вы должны им предоставить.

Планирование сети

Требования к сети определяют ее размер, стоимость и сложность. Объемные сети со сложной конфигурацией требуют более глубокого предварительного планирования. Процесс планирования вашей сети можно разделить на шесть этапов:

определение размера сети;

разбиение сети на сегменты: установление рабочих групп и/или подразделений;

определение потребностей предприятия;

оценка возможного роста сети;

составление плана управления сетью;

разработка вопросов безопасности и надежности.

Конечно, определение таких этапов может послужить путеводной нитью, однако этим не исчерпывается планирование сети. Мы указали лишь один из возможных подходов. Консультанты, различные издания, ваши сотрудники и коллеги могут предложить вам другие подходы, вовсе не хуже этого. Не существует единственно верного пути к сетевому "блаженству". Это верно не только в отношении процессов, описанных в настоящей книге, но и в отношении большинства других тем, касающихся сетей. Самый лучший метод тот, который даст вам возможность за приемлемую цену спроектировать сеть, удовлетворяющую требованиям пользователей и способную к расширению без чрезмерной перепланировки.

С другой стороны, все перечисленные этапы важны при установке любой сети. Для крошечных ЛВС определение потребностей предприятия или возможностей управления не актуально, но ставить эти вопросы все равно необходимо. Внимательно проанализировав потребности пользователей, вы можете очень удивиться.

Определение размера сети

На этом этапе нужно определить, насколько объемной есть и должна быть ваша сеть. Размер в данном случае определяется главным образом количеством пользователей, которых сеть должна обслуживать. Но при этом не следует забывать и о таких факторах, как количество и расположение серверов, виды выполняемых приложений, необходимая для успешного ведения дел степень критичности сети. Если говорить коротко, размер сети определяется объемом и типами сетевых ресурсов, которые необходимо предоставить пользователям.

Если вы уже работаете в сети, то наверняка имеете и некоторые соображения по этому поводу. Тем не менее подробный анализ существующей системы и требований пользователей к ее новой версии может преподнести вам некоторые сюрпризы. Пользователи, которые год назад применяли только текстовый процессор и электронную таблицу, выросли до создания собственных баз данных или интенсивной работы с графикой. Их требования к сетевым ресурсам могут быть гораздо выше, чем вы себе представляете.

Другой хороший способ определить размер сети ——вычислить несколько ключевых параметров, например максимально возможные значения показателя использования и производительности.

Разбиение на сегменты и определение рабочих групп и/или подра зделений

На первый взгляд эта работа может показаться простой. Тем не менее проведение такого анализа очень полезно. Его результаты не только помогут вам лучше понять потребности пользователей, но и окажутся исключительно необходимыми, когда придет время выбирать оборудование. Поставщики часто стремятся продать вам более дорогое оборудование, чем в действительности необходимо. Точно зная проблемы, требующие решения, вы сможете выбрать то оборудование, которое будет удовлетворять вашим требованиям, а не то, которое принесет продавцу самые большие комиссионные. Существует много способов классификации сетевых конфигураций. Обычно классификация производится по размеру сети и сложности ее структуры. При этом мы будем использовать следующие категории:

ЛВС рабочих групп и небольших офисов;

ЛВС подразделений;

опорные сети;

сети предприятия.

Обратите внимание, что в приведенном списке имеются термины ЛВС и сеть. Обычно ЛВС — это сеть, покрывающая относительно небольшой район, например несколько офисов, крыло или этаж здания. В нашем случае ЛВС состоит из компонентов Fast Ethernet или Ethernet, в каждом из которых

имеется одна или несколько областей коллизий, но, как правило, единственная широковещательная область. Другими словами, мы используем термин ЛВС для обозначения единой переключаемой системы Fast Ethernet или Ethernet. Сети отличаются от ЛВС тем, что обычно состоят из нескольких широковещательных областей, соединенных маршрутизаторами. В сетях очень часто сосуществуют несколько различных сетевых технологий, таких как Token Ring, FDDI, а также имеются связи с глобальными сетями. Термин сеть можно определить и как систему связанных между собой ЛВС.

Существует много неопределенности и в терминах рабочая группа (workgroup), подразделение (department), опорная сеть (backbone) и предприятие (enterprise). Разные поставщики определяют их по-разному, с уверенностью утверждая, что их оборудование совершенно точно подходит для одного или нескольких сегментов рынка. Приведенные в следующих параграфах в качестве примеров способы конфигурации сети и определения терминов не являются единственно возможными и верными.

Производители становятся исключительно изобретательными, когда их продуктам нужно придать новые свойства, поэтому многие продукты попадают более чем в одну категорию. Так, многие из них подходят для сетей и рабочих групп, и отделов. С течением времени дорогостоящие функции, рассматривающиеся сегодня как высококлассные и необязательные, завтра превратятся в обязательные и станут общепринятыми в недорогих устройствах невысокого класса. Прекрасным примером сказанному может служить управление устройствами сети. В начале 90-х годов устройствами сети можно было управлять лишь при помощи дорогого высококлассного оборудования. К концу 1996 года полностью управляемый наращиваемый 24-портовый повторитель Fast Ethernet стоил около 25 долларов за порт. В эту цену входит поддержка MIB-II и даже основные средства удаленного администрирования. Высококачественное программное обеспечение для управления сетью прилагается бесплатно.

Ниже приведены примеры сетевых конфигураций, с очевидностью попадающих в конкретную категорию. Они не являются единственно эффективными. Используйте их как путеводную нить или исходный пункт для размышлений о том, как сконфигурировать вашу сеть Fast Ethernet.

Определение потребностей предприятия

Это еще одна область, требующая особого внимания. Модернизация существующей сети с целью использовать Fast Ethernet в некоторых или всех рабочих группах и подразделениях может вызвать непредвиденные проблемы. Они почти всегда связаны с огромной полосой пропускания, которая попадет в распоряжение пользователей после обновления. Например, добавив интерфейс Fast Ethernet в маршрутизатор, который, работая в сети Ethernet, связывал здания или подразделения, вы обнаружите, что устройство перегружено.

Модернизация сети до уровня Fast Ethernet для поддержки новых, более мощных приложений может вызвать появление у предприятия небывалых ранее потребностей. Так, многие компании, внедряющие высоко интегрированное программное обеспечение автоматизации бизнеса типа SAP, интенсивно используют базы данных. У рабочих групп и подразделений, имеющих собственные изолированные ЛВС и серверы, появляется надобность в подключении к центральной базе данных. Старые опорные сети Ethernet или медленные связи с глобальной сетью не в состоянии обеспечить поддержку таких приложений. В целом рост полосы пропускания на уровне рабочих групп и подразделений часто требует соответствующего роста полосы на уровне опорной сети и/или сети предприятия.

Естественно, любая компания по крайней мере рассматривает возможность выхода в Internet, а многие уже имеют его. Средства подключения сети Fast Ethernet к Internet известны, однако сам процесс таит в себе много подводных камней (например, не всякие маршрутизаторы поддерживают Fast Ethernet). Препятствия на пути подключения сети предприятия к Internet чаще всего бывают связаны с безопасностью ее работы и полосой пропускания.

Оценка возможности роста сети

Отправной точкой при оценке возможности увеличения объема сети является определение того, где физически будут размещены рабочие места новых пользователей. Вы должны убедиться, что на ваших повторителях есть запасные порты (хорошее правило — иметь от 10 до 20% резерва). Вы можете протянуть дополнительные кабели к неиспользуемому пространству в офисе или к офисам, где ожидается увеличение персонала. Хорошим методом сохранения способности вашей локальной сети к легкому расширению является использование наращиваемых повторителей. Мало что обходится дороже и управляется хуже, чем ненаращиваемые устройства.

Чуть сложнее оценить будущую потребность в полосе пропускания. Сеть Fast Ethernet чрезвычайно быстра, однако ее возможность передавать данные со скоростью 100 Мбит/с может быть использована полностью — особенно если вы проводите видеотелеконференции или устанавливаете мощные приложения клиент/сервер. Если это так, рассмотрите возможность вложить средства в повторители, поддерживающие удаленное администрирование, или в современные средства анализа сети фирм Shomiti, Network General или Wandel and Goiterman. Иначе будет сложно объяснить руководству компании, почему новая, прекрасная, только что установленная система Fast Ethernet стала так медленно Пползать" после инсталляции новых программных средств клиент/сервер.

Сегментирование вашей системы путем образования рабочих групп и использования опорной сети — хороший способ обеспечить пользователей широкой полосой пропускания. В случае дальнейшего роста числа пользователей слишком большие рабочие группы можно будет разделить на несколько новых, что позволит поддержать производительность сети на должном уровне.

Приобретение переключателей с большим количеством портов, чем необходимо, также окупится в будущем. Это отодвинет день, когда вам придется покупать новое оборудование. Имея на переключателях от 30 до 50% свободных портов, вы свободно решите проблему расширения сети.

Н

о с одной областью быстрого роста не справляется даже Fast Ethernet.

Речь идет о сетевом дисковом пространстве. К наиболее неприятным сообщениям, которые может получить пользователь, относится сообщение о переполнении диска на сервере. Если один пользователь получит его, то и остальные тоже. Ситуация ухудшится, если сетевой администратор установит каждому пользователю квоту на использование дискового пространства. Поэтому советуем вам приобрести больше дисков: нормой является 200 Мбайт памяти на пользователя. В некоторых сетях на каждого пользователя из рабочей группы или отдела приходится от 800 до 1000 Мбайт памяти. Естественно, зто средние цифры, не каждый пользователь сам занимает все 200 Мбайт. Большая часть дисковой памяти приходится на огромные современные офисные приложения, базы данных, пользовательские Web-страницы и большие графические файлы.

Скорее всего, вы будете иметь на своем сервере дисковую подсистему SCSI или Fire Wire. Это очень хорошо, поскольку такие подсистемы успешно работают в современных многозадачных сетевых операционных системах, таких как Windows NT Server, Novell NetWare и UNIX. Мы вам не советуем приобретать дешевую дисковую подсистему. К интерфейсу SCSI или Fire Wire легко добавлять новые диски, тогда как, например, EIDE не поддерживает более четырех дисков.

Другой хорошей идеей является зарезервировать на сервере раздел, равный по объему самому большому диску из имеющихся на рабочих станциях (обычно 1,2-2「байт). Таким образом вы получите достаточно места, чтобы полностью скопировать диск пользователя на сервер. Затем вы сможете заархивировать его или скопировать на новую машину.

План управления компонентами сети

План управления компонентами дает конкретные преимущества и во время установки сети, и на будущее. В случае небольшой сети достаточно приобрести составные части и оставить все без изменений. Современные управляемые повторители и переключатели обычно содержат бесплатное программное обеспечение управления. Несложно быть "приходящей няней" для сети, состоящей из двух-трех сегментов Fast Ethernet. Но если ваша сеть намного сложнее, вы должны тщательно продумать, как будете управлять ее компонентами. Попробуем сформулировать вопросы, которые нужно себе задать.

Необходимо ли осуществлять удаленное управление? Если да, то по телефонной линии или через глобальную сеть? Какой уровень безопасности нужно обеспечить для управляемых устройств?*

Насколько качественное управляющее программное обеспечение имеется у потенциальных поставщиков? Какую долю составляет бесплатное? Если оно платное, то сколько стоит?

Сколько человек будут осуществлять управление? Насколько они опытны? • Какая доля управления должна быть централизованной? Какая его часть может быть распределена между сетевыми администраторами отдела или здания?

Необходимо ли осуществлять управление через Internet? Если да, то как обеспечить безопасность?

Сколько времени понадобится для обучения управляющего персонала?

Как будет накапливаться и анализироваться информация, которую собирает система управления? Каким образом она будет передаваться администраторам более высокого уровня для помощи им в принятии решения относительно увеличения объема сети и текущей работы?

Безопасность и надежность

Эти вопросы также имеют немаловажное значение. Безопасность на уровне ЛВС ——все еще неизведанная область. Некоторыми поставщиками были разработаны повторители, помогающие предотвратить перехват сведений и подмену адресов, а также позволяющие узлам оперировать только с нужными портами. Средства шифрования на уровне ЛВС мало распространены. Отдельные поставщики предлагают специальные мосты, позволяющие зашифровать данные и обеспечить безопасную связь. Однако большинство работы по шифрованию происходит на уровне протокола и приложения, т.е. не зависит от используемой узлом сетевой технологии.

Управляемое сетевое оборудование само по себе может быть сравнительно безопасным благодаря использованию паролей. Этого вполне достаточно для защиты от неискушенного пользователя, однако недостаточно в случае злобного хакера.

Нетрудно обеспечить надежность на уровне сети. Один из основных приемов — перевести все сетевое оборудование на питание от UPS (Uninterruptible Power Supplies —— источники бесперебойного питания). Многие устройства поддерживают избыточное электроснабжение, обладая способностью подключаться сразу к двум источникам питания.

Многие переключатели поддерживают избыточные связи, автоматически переключаясь на запасную связь при выходе из строя основной. Повторители

Помните, что поддержание целостной и эффективной системы безопасности само по себе может быть сложной задачей.

Fast Ethernet фирмы Compaq поддерживают резервные порты, позволяя серверу иметь две адаптерные платы. Если одна линия выйдет из строя, то и машина, и повторитель переключатся на запасную.

Многие компании предлагают применять такой прием, как резервирование критического оборудования. Запасные переключатели или повторители помещают во включенном состоянии, т.е. готовыми к работе, в одну стойку с основными. Если основное устройство выходит из строя, то кабели переключаются на запасное, ограничивая время поломки несколькими минутами.

Высокий уровень безопасности и надежности не обходится бесплатно. Повторители и переключатели, обладающие повышенной степенью безопасности, стоят дороже, а запасные устройства значительно увеличивают объем капиталовложения в сеть Fast Ethernet. Качественный опрос основных пользователей и высшего руководства поможет планирующему оценить стоимость и преимущества, связанные с безопасностью и надежностью.

Подводя итоги сказанному, отметим, что тщательное планирование перехода на технологию Fast Ethernet или другой новой системы является решающим этапом, обеспечивающим ее правильное функционирование в будущем. При корректно спланированной модификации пользователям и руководству должно казаться, что ничего не изменилось, однако производительность и надежность сети возросли, и обе группы будут довольны, если переход на Fast Ethernet произошел безболезненно и все работает. Руководство будет радоваться, что никто не жалуется на простои, а затраты вскоре окупятся. Планирование также улучшит жизнь администраторам сети, следящим за ее работой. Хорошо спланированная и грамотно установленная сеть позволит избежать множества поломок и потери времени, резко снизит количество ядовитых электронных писем от неудовлетворенных пользователей. Имея такую сеть, администратор может даже идти играть в гольф с начальством, причем брать с собой пейджер или мобильный телефон вовсе не обязательно.

ЛВС рабочих групп

ЛВС рабочей группы ——одна из наиболее часто встречающихся конфигураций сети. В этом случае ЛВС используется сравнительно небольшим количеством людей, работающих над одной проблемой. Члены группы часто нуждаются в доступе к одной и той же информации и должны регулярно обмениваться данными с коллегами. Главная особенность сети такой конфигурации заключается в том, что члены группы ежедневно работают вместе. Другая важная особенность состоит в том, что во многих (но не во всех) рабочих группах сотрудники обмениваются данными внутри группы гораздо чаще, чем выходят за ее пределы. Локальные сети рабочих групп почти всегда поддерживают связь с другими сетями. Исключением являются ЛВС небольшого офиса.

Существует много различных рабочих групп. Ниже в качестве примера подробно описана организация работы трех из них:

группы кредиторской задолженности в бухгалтерии;

инженерной группы;

группы маркетинга в небольшой компании.

Общей чертой этих рабочих групп является то, что пользователи здесь плотно взаимодействуют друг с другом и нуждаются в частом доступе к одним и тем же данным и сетевым ресурсам. Проектирование сети для каждой из групп происходит с учетом будущего расширения и предполагает использование наращиваемых повторителей Fast Ethernet. Каждая рабочая группа нуждается также и в доступе к внешним ресурсам, что обеспечивается связью с корпоративной сетью.

Группа кредиторской задолженности в бухгалтерии

Члены этой группы трудятся в тесном взаимодействии, оплачивая счета большой компании. В некоторых группах кредиторской задолженности (АР — Accounts Payable) насчитывает до 30 и более человек. Типичная группа АР нуждается в доступе к базе данных по счетам и быстро работающей электронной почте. Члены группы могут также нуждаться в частом доступе к полисам, другой информации. Большая группа АР может иметь сеть Fast Ethernet, подобную представленной на рис. 8.1.

12-портовые наращиваемые повторители Fast Ethernet12-портовые наращиваемые повторители Fast EthernetСервер рабочей группыСервер рабочей группыЛазерный принтерЛазерный принтер

12-портовые наращиваемые повторители Fast Ethernet

12-портовые наращиваемые повторители Fast Ethernet

Сервер рабочей группы

Сервер рабочей группы

Лазерный принтер

Лазерный принтер

Рис. £ /. Схема сети рабочей группы кредиторской задолженности

Данная сеть содержит около 30 узлов, присоединенных к 12-портовым наращиваемым повторителям. Каждый пользователь имеет прямой доступ к серверу рабочей группы. Сервер обеспечивает файловый сервис, функционирование электронной почты, печать на принтере рабочей группы и доступ к базе данных по кредиторской задолженности.

Имеется также связь с большой корпоративной сетью, обеспечивающая доступ к корпоративной электронной почте, Internet, другим базам данных по счетам и к принтеру для печати стетов.

Инженерная группа

Инженерная команда — это идеальный пример рабочей группы. Многие инженерные приложения исключительно требовательны и нуждаются в максимально возможной производительности сети. Группа инженеров, проектирующих оборудование Fast Ethernet, должна состоять из команды разработки программного обеспечения, команды разработки аппаратного обеспечения и команды тестирования. Каждая из команд должна иметь собственный высокопроизводительный сервер с большим объемом дисковой памяти и возможность доступа к данным других команд. ЛВС инженерной группы может выглядеть так, как показано на рис. 8.2.

Полнодуплексные связиСервер команды разработки аппаратного обеспеченияПолнодуплексные связиСервер команды разработки аппаратного обеспеченияСервер команды разработки программного обеспеченияСервер команды разработки программного обеспеченияСервер команды тестированияСервер команды тестированияРис. 8.2. Схема ЛВС инженерной группыРис. 8.2. Схема ЛВС инженерной группы

Полнодуплексные связи

Сервер команды разработки аппаратного обеспечения

Полнодуплексные связи

Сервер команды разработки аппаратного обеспечения

Сервер команды разработки программного обеспечения

Сервер команды разработки программного обеспечения

Сервер команды тестирования

Сервер команды тестирования

Рис. 8.2. Схема ЛВС инженерной группы

Рис. 8.2. Схема ЛВС инженерной группы

В данном случае инженерная рабочая группа разбита на три команды, каждая их которых имеет собственный 12-портовый повторитель. Каждый повторитель также присоединен к одному из портов 6-портового переключателя Fast Ethernet. Заметим, что все три повторителя наращиваемые, однако могут использоваться в отдельных сегментах. Это означает, что ими

можно управлять как единым устройством, но они обеспечивают существование трех отдельных локальных сетей Fast Ethernet (областей коллизий). Все три сети соединены друг с другом и с серверами каждой из команд 6-порто- вым переключателем Fast Ethernet. Переключатель поддерживает полнодуплексные связи с серверами и обеспечивает связь между командами на полной скорости Fast Ethernet. Каждая команда имеет непосредственный высокоскоростной доступ к своему серверу. Команда разработки программного обеспечения может транслировать сложные программы, а команда разработки аппаратного обеспечения в это же время может осуществлять сложное моделирование. Поскольку переключатель обеспечивает высокоскоростную связь, то команды могут работать параллельно, не влияя на производительность друг друга. Тем не менее каждая команда часто нуждается в доступе к серверу другой команды (например, с целью получить последнюю версию программного обеспечения или ознакомиться с последней спецификацией на оборудование). Поскольку сеть переключаемая, то каждая команда имеет высокоскоростной доступ ко всем трем серверам.

Одной из наиболее важных особенностей сети, схема которой приведена на рис. 8.2, является то, что все серверы используют полнодуплексную связь с переключателем. Это дает им полосу пропускания шириной 200 Мбит/с и позволяет одновременно отправлять и получать данные со скоростью свыше 24 Мбайт/с.

У этой сети есть и другая интересная особенность: члены команды не зависят от ЛВС рабочей группы при взаимодействии с другими сетевыми ресурсами. На каждом из узлов установлены два сетевых адаптера: один для связи с ЛВС инженерной рабочей группы, а другой для связи с корпоративной сетью. Современные операционные системы рабочих станций типа Microsoft Windows 95 и Windows NT Workstation очень хорошо поддерживают эту возможность.

У описанной конфигурации есть три сильные стороны.

Деятельность участников разработки полностью изолируется от работы других пользователей корпоративной сети. Такая деятельность поглощает львиную долю сетевой полосы пропускания, и если бы она велась в одной сети с другой группой, то обеим не хватило бы места. Подобная конфигурация также позволяет предоставить группе разработчиков собственную высокопроизводительную сеть.

Поддерживается безопасность разработки, так как исходный код, проектная документация и другая потенциально важная информация не доступны остальному персоналу компании.

Потенциально опасный трафик удерживается вне пределов корпоративной сети. Во время разработки сетевого устройства типа переключателя часто возникает ошибочный сетевой трафик. Он может повредить работающую сеть. Сохранение этого трафика только в среде разработчиков предохраняет остальную сеть компании.

Естественно, участники группы разработчиков имеют полный доступ к ресурсам корпоративной сети, она полностью прозрачна. Разработчики не должны сознательно решать, какую связь использовать, — об этом позаботится операционная система. Такой тип двойного связывания (dual connectivity) может оказаться полезным и в других ситуациях. В частности, группа руководителей очень большой компании может иметь отдельную сеть и сервер, на котором хранятся исключительно важные корпоративные данные, такие, например, как контракты и информация о финансах.

Группа маркетинга небольшой компании

Группа маркетинга небольшой компании может состоять из четырех человек: руководителя, секретаря и двух сотрудников. Эти люди должны совместно работать над многими различными проектами. Как правило, они занимаются организацией презентаций, подготовкой литературы о продуктах и рекламных листков. Задачи группы маркетинга могут быстро меняться. Для такой группы хорошо подходит небольшая локальная сеть Fast Ethernet. Будучи маленькой, группа все же нуждается в сети с высокой производительностью, поскольку они работают с большими графическими файлами, сложными приложениями типа программ верстки и графическими пакетами. Примерная схема сети группы маркетинга представлена на рис. 8.3.

УзлыУзлыРис. 8.3. Примерная схема сети группы маркетингаРис. 8.3. Примерная схема сети группы маркетингаФайловый серверФайловый сервер12-портовый наращиваемый повторитель Fast Ethernet12-портовый наращиваемый повторитель Fast Ethernet

Узлы

Узлы

Рис. 8.3. Примерная схема сети группы маркетинга

Рис. 8.3. Примерная схема сети группы маркетинга

Файловый сервер

Файловый сервер

12-портовый наращиваемый повторитель Fast Ethernet

12-портовый наращиваемый повторитель Fast Ethernet

Это обычная сеть рабочей группы с одним повторителем, шестью пользователями и единственным файловым сервером. Имеется одна интересная особенность: с корпоративной сетью данная сеть соединена с помощью волоконно-оптического кабеля. Такая связь несколько длиннее, чем при использовании медного кабеля, и обеспечивается электрическая развязка между оборудованием группы и оборудованием корпоративной сети. Чаще всего связь подключается к переключателю или маршрутизатору, предоставляя группе доступ к электронной почте, Internet, одно му-двум принтерам и другим ресурсам корпоративной сети. Другой важной особенностью такой сети рабочей группы является то, что наращиваемый повторитель дает ей

возможность роста. Причем для небольшой компании такая возможность может иметь более важное значение, чем для крупной. Сети большинства мелких компаний действительно предрасположены к быстрому росту. Способную к расширению сеть можно считать определенным стратегическим преимуществом.

Fast Ethernet и небольшой офис

Многие ведущие специалисты считают, что Fast Ethernet является продуктом, который совершенно не подходит для рынка SOHO (Small Office and Home Office — небольших и домашних офисов). Они аргументируют свою точку зрения, с одной стороны, слишком большой стоимостью Fast Ethernet, а с другой ——тем, что в небольшом офисе мало пользователей, а в домашнем обычно не более одного, т.е. речь идет о нецелесообразности ее применения.

В 1995 году этот аргумент наверняка имел смысл. Оборудование Fast Ethernet было в 4-5 раз дороже, чем оборудование Ethernet. Однако к началу 1997 года цены на платы сетевых адаптеров и повторители Fast Ethernet резко снизились. Адаптеры Fast Ethernet можно купить менее чем за 100 долларов, а цена повторителя — порядка 30 долларов в расчете на порт.

Для современных небольших офисов Fast Ethernet вполне по карману, особенно если учесть требовательность к производительности сети применяемых в нем приложений. Офис в 30-40 человек легко поддерживается единственным сегментом Fast Ethernet. Технология Fast Ethernet, современные рабочие станции и мощный сервер обеспечат ему высокопроизводительную сеть при относительно низких затратах (в расчете на одного пользователя), позволят небольшим учреждениям запускать современные сложные приложения и оставаться достаточно конкурентоспособными, несмотря на столь незначительное количеством людей. Примерная схема сети для малого офиса показана на рис. 8.4.

12-портовыи наращиваемый повторитель Fast Ethernet12-портовыи наращиваемый повторитель Fast EthernetФайловый серверФайловый серверЛазерный принтерЛазерный принтер

12-портовыи наращиваемый повторитель Fast Ethernet

12-портовыи наращиваемый повторитель Fast Ethernet

Файловый сервер

Файловый сервер

Лазерный принтер

Лазерный принтер

Естественно, даже сеть небольшого офиса должна с самого начала быть оснащена наращиваемым повторителем, что обеспечит легкость модернизации при увеличении ее объема или других изменениях. Если возникнет необходимость сегментировать систему на отдельные ЛВС, будет легко добавить переключатели или маршрутизаторы.

На рис. 8.4 представлена сеть, в которой файловый сервер используется и для связи с Internet. Все современные операционные системы, такие как Windows NT Server, Novell NetWare и UNIX, могут быть задействованы как маршрутизаторы. Это очень удобно для небольшого офиса. Современные серверы могут легко выполнять маршрутизацию, направляя кадры в линию ISDN или ретранслятор кадров, что является привлекательной альтернативой приобретению отдельного маршрутизатора.

Как упоминалось ранее, в большинстве случаев создание сети Fast Ethernet осуществляется путем модернизации существующей сети. Тем не менее Fast Ethernet хорошо подходит и для первоначальной установки в небольшом офисе. Конечно, значительно дешевле было бы установить в небольшом учреждении сначала Ethernet со скоростью 10 Мбит/с. Но ввиду того, что организация может быстро разрастись, ее сотрудники начнут интенсивнее использовать различные программные средства, то возможности Ethernet будут быстро исчерпаны.

Крошечный удаленный, или домашний, офис ——это, возможно, тот единственный случай в мире сетей уровня рабочей группы, когда использовать Fast Ethernet нецелесообразно. В большинстве домашних офисов имеется лишь один компьютер, так что вопрос о сети даже и не поднимается. Единственной используемой сетью может быть Internet, доступ к которой осуществляется по модему либо по линии ISDN или XDSL.

В некоторых домашних офисах имеется по нескольку компьютеров —— хозяин покупает новую, более мощную машину, а старая остается. В данном случае сеть может быть очень полезной, потому что она позволит компьютерам иметь общие дисковое пространство, принтер и факс-модем. Для таких сетей лучшим выбором является старая добрая Ethernet. Она значительно дешевле и обеспечивает высокую производительность сети, состоящей их двух-трех машин и принтера.

Другая проблема состоит в том, что многие домашние офисы соединяются с Internet небольшими маршрутизаторами удаленного доступа ISDN, кабельными модемами или связями XDSL. Некоторые из этих устройств соединены с компьютером посредством витой пары 10Base-T или коаксиального кабеля 10Base-2 (рис. 8.5). В этом случае для связи между компьютерами непрактично использовать Fast Ethernet, потому что для подключения к маршрутизатору удаленного доступа ISDN придется применять что-то вроде моста. Использование 10Base-2 позволит этой небольшой сети вместо повторителя применять коаксиальный кабель, что снизит ее стоимость. Объединение более чем двух устройств в сети Fast Ethernet или 10Base-T требует задействования повторителя.

Рис. 8,5, Примерная схема сети домашнего офиса

Сети подра зделения

Обычно, сети подразделения больше, чем сети рабочих групп, и часто состоят из нескольких ЛВС. Основное назначение локальной рабочей группы состоит в обеспечении связи пользователей с сетевыми ресурсами, в которых они нуждаются, а назначение сети подразделения ——связывание рабочих групп между собой и предоставление им доступа к централизованным ресурсам. Если говорить кратко, отличительной особенностью сетей подразделения является их способность обеспечить больше связей по сравнению с ЛВС рабочей группы. ЛВС подразделения могут обеспечить:

поддержку двух (или более) сетевых технологий, таких как Fast Ethernet, Ethernet и FDDI;

связь рабочих групп между собой;

связь подразделения с предприятием.

Например, рабочая группа кредиторской задолженности, структура сети которой изображена на рис. 8.1, является частью бухгалтерии, сеть которой может быть структурирована, как показано на рис. 8.6. В отличие от сети рабочей группы, схема которой представлена на рис. 8.2, переключатель этой сети имеет на 6 портов больше (всего 12), поддерживает скорости передачи данных 10 и 100 Мбит/с (Ethernet или Fast Ethernet) на каждом порту и имеет порт FDDI. Этот переключатель объединяет сети рабочих групп по расчетам и обеспечивает их связь с серверами отдела, остальной корпоративной сетью и другими устройствами. Серверы отдела связаны с переключателем полнодуплексными связями.

Рис. 8.6. Структурная схема сети бухгалтерии

Интересная особенность этой конфигурации заключается в наличии скоростного принтера и интерфейса EDI (Electronic Data Interchange — обмен электронными данными). EDI —— это стандарт, используемый для обмена между компаниями электронной бухгалтерской информацией, такой как заказы на поставку или счета. Многие большие компании очень доверяют EDI, предпочитают сотрудничать с использующими его поставщиками и поощряют использующих его покупателей. В течение некоторого времени еще останутся устройства, поддерживающие Ethernet и не допускающие модернизации сетей до уровня Fast Ethernet. Даже некоторые новые принтеры поддерживают только Ethernet, обладающую скоростью 10 Мбит/с. Эта сеть подразделения предоставляет всем пользователям полностью прозрачный доступ к таким унаследованным устройствам. Переключатель сети подразделения согласует передачу данных между Fast Ethernet и Ethernet, буферизуя пакеты в памяти.

В этом случае связь с остальной частью сети компании проходит по каналу FDDI, а не Fast Ethernet. Сеть FDDI поддерживает наличие запасных связей, работает со скоростью 100 Мбит/с и может охватить значительно большие расстояния, чем Fast Ethernet.

В приведенной сети пользователям каждой рабочей группы предоставляется доступ к серверам других рабочих групп, серверам подразделения, старым принтерам. Интерфейс EDI и канал связи с корпоративной сетью подключены к переключателю сети подразделения. Как видите, здесь гораздо больше связей, чем на уровне рабочей группы.

Опорные сети

Термин опорная сеть (backbone network) используется в разном смысле и в применении к различным сетевым технологиям. Вначале опорная сеть представляла собой толстый кабель Ethernet, который вился по зданию, обеспечивая обслуживание его различных участков. После появления FDDI термин опорная сеть стал употребляться для обозначения центрального кольца FDDI, к которому присоединяются более мелкие ЛВС. Другими словами, опорная сеть —— это сетевая система, предоставляющая централизованный механизм для связывания ЛВС различных рабочих групп и подразделений. Определение опорной сети нельзя детализировать, не обсудив специфики технологии.

Опорная сеть Fast Ethernet по своей структуре очень похожа на сеть подразделения/рабочей группы, однако предоставляет способ построения более централизованной системы ЛВС. Опорная сеть Fast Ethernet обычно создается иа основе переключателя очень высокой производительности, который собственно и является опорной сетью. Эта сеть обеспечивает те же связи, что и сеть подразделения, но обычно не доходит до рабочих групп. Иногда она называется плоской сетью (flat network), поскольку здесь мало иерархических зависимостей между компонентами, а часто они и вовсе отсутствуют.

Изображенная на рис. 8.7 сеть создана на основании сети, схема которой представлена на рис. 8.6, с использованием высокопроизводительного 12-пор- тового переключателя Fast Ethernet, который поддерживает на каждом из своих портов скорость 10 и 100 Мбит/с. Шесть портов используют волоконно-оптические соединения 100Base-FX и применяются для связи с блоками повторителей. Маршрутизатор обеспечивает связь опорной сети с корпоративной и глобальной сетями.

Различие между моделью сети подразделения/рабочей группы Fast Ethernet и моделью с опорной сетью состоит в том, что переключатель опорной сети требует намного более широкой полосы пропускания. Переключатель сети, схема которой приведена на рис. 8.7, имеет 12 портов (работающих со скоростью 100 Мбит/с), шесть из которых функционируют в полнодуплексном режиме. Это требует внутренней совокупной полосы пропускания в 219,6 Мбайт/с. Каждый порт, работающий в обычном режиме CSMA/CD, требует полосу пропускания, равную 12,2 Мбайт/с, а каждый полнодуплексный порт ——полосу пропускания, равную 24,4 Мбайт/с. Переключателю опорной сети требуется не только более широкая полоса пропускания, но и способность лучше справляться с перегрузкой. Поэтому он должен быть обеспечен большей буферной памятью и более интеллектуальным программным обеспечением, чем переключатель уровня рабочей группы или отдела.

Переключатель

Рис. 8.7. Схема опорной сети

Другой интересной особенностью ЛВС, схема которой приведена на рис. 8.7, является способ подключения устройств 10Base-T Ethernet. Это подключение осуществляется при помощи мини-моста, вставленного в качестве дополнительного модуля в наращиваемый повторитель Fast Ethernet. Мини-мост представляет собой небольшой двухпортовый запоминающий мост, который не поддерживает алгоритм остовного дерева. Он предназначен для обеспечения связи между Ethernet и Fast Ethernet. Чтобы получить более подробную информацию о таких устройствах, см. главу 4.

Сети предприятия

Сеть предприятия — это единая крупная система, объединяющая в себе многие рабочие группы, подразделения и опорные сети. Такие системы обычно называются интерсетями (internetworks). Этому определению в точности соответствует Internet — система, связывающая в единое целое много-много сетей. Система Internet стала настолько привилегированной, что термин internet теперь применяется исключительно по отношению к ней. Мы же для описания систем, составляющих и приемов, предназначенных для соединения отдельных ЛВС компании в интегрированную сетевую систему,

воспользуемся термином сеть предприятия. Обычно такие сети проектируются для поддержки большого числа пользователей, например сотрудников целой корпорации, или для решения критических задач, требующих огромных затрат времени.

Сеть предприятия обычно создается на основе маршрутизаторов и связей с глобальной сетью. Ее основной частью, как правило, является оборудование, предназначенное для объединения большого числа пользователей в центральной точке. В качестве устройств сети уровня предприятия обычно рассматриваются большие концентраторы на базе шасси. Технология Fast Ethernet хорошо приспособлена к ЛВС уровня рабочей группы, подразделения или опорной, где ее применение гарантирует высокую производительность при относительно низких денежных затратах.

А на уровне сети предприятия особое значение приобретает технология маршрутизации (более полно информация о маршрутизации изложена в главе 13). Мы уже рассмотрели такие ЛВС, как сети рабочих групп, подразделений, а также опорные сети Fast Ethernet. Все они имеют много сегментов (областей коллизий), различную конфигурацию и обладают общей особенностью: являются единой широковещательной областью. Это означает, что широковещательный кадр, переданный любым узлом любого сегмента, доходит до всех узлов. Все протоколы регулярно используют широковещательные кадры, и они могут составлять значительную долю сетевого трафика. С возрастанием количества узлов в сети увеличивается и доля широковещательных кадров в трафике. Это в особенности справедливо для опорных сетей, интенсивно использующих переключение.

Маршрутизаторы уменьшают долю широковещательных кадров в общесетевом трафике и, кроме того:

связывают несколько рабочих групп, подразделений или опорных сетей;

разбивают области коллизий и широковещательные области на несколько;

связывают отдельные сегменты через глобальную сеть;

осуществляют связь с Internet.

На рис. 8.8 в качестве примера приведена схема сети предприятия, структура которой позволяет использовать маршрутизаторы в трех случаях из четырех перечисленных. Маршрутизаторы предприятия часто являются устройствами на базе шасси с одним или несколькими портами на вставляемой плате. Это позволяет нм поддерживать несколько технологий ЛВС, среди которых следует выделить Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI, а также 100VG AnyLAN. Маршрутизаторы используются для связывания нескольких рабочих групп, подразделений и опорных сетей в больших организациях.

Большинство маршрутизаторов поддерживают и связи с глобальными сетями. Для этой цели обычно используются каналы Frame Relay, Tl, ТЗ, ATM и ISDN. В приведенной на рис. 8.8 схеме маршрутизатор сети предприятия поддерживает непосредственную связь с Internet по каналу Т1. Это дает организации прямую высокоскоростную связь с Internet. С противоположной стороны канала Т1 находится другой маршрутизатор, вероятно,

очень большой и мощный, который управляется первичным поставщиком услуг Internet, скажем, MCI, Sprint или UUNET. Этот маршрутизатор напрямую связан с высокоскоростной магистралью Internet.

Опорная сетьОпорная сеть〕ГП【］〕ГП【］[ГПТ!口ТП j[ГПТ!口ТП jНебольшая | рабочая группа гтОНебольшая | рабочая группа гтОПодразделениеПодразделениео-о-JJ99СН-1СН-1Канал ISDNКанал ISDNКрупная рабочая группаКрупная рабочая группаКрупная рабочая группаКрупная рабочая группаЦентральный пульт управленияЦентральный пульт управленияУдаленный офис Домашний офисУдаленный офис Домашний офисНебольшая рабочаягоуппаНебольшая рабочаягоуппаНебольшая рабочая группа ОпНебольшая рабочая группа ОпНебольшая рабочая группаСипНебольшая рабочая группаСипСвязь Т1Связь Т1МаршрутизаторМаршрутизаторnternetnternetООМаршрутизаторсети'[предприятияМаршрутизаторсети'[предприятияКанал Frame RelayКанал Frame RelayПортативный компьютер ^^_ _Модемная связьПортативный компьютер ^^_ _Модемная связьКорпоративнаяКорпоративнаяАТМ-сетьАТМ-сетьРис. 8.8. Схема сети предприятияРис. 8.8. Схема сети предприятия99

Опорная сеть

Опорная сеть

〕ГП【］

〕ГП【］

[ГПТ!口ТП j

[ГПТ!口ТП j

Небольшая | рабочая группа гтО

Небольшая | рабочая группа гтО

Подразделение

Подразделение

о-

о-

J

J

9

9

СН-1

СН-1

Канал ISDN

Канал ISDN

Крупная рабочая группа

Крупная рабочая группа

Крупная рабочая группа

Крупная рабочая группа

Центральный пульт управления

Центральный пульт управления

Удаленный офис Домашний офис

Удаленный офис Домашний офис

Небольшая рабочаягоуппа

Небольшая рабочаягоуппа

Небольшая рабочая группа Оп

Небольшая рабочая группа Оп

Небольшая рабочая группа

Сип

Небольшая рабочая группа

Сип

Связь Т1

Связь Т1

Маршрутизатор

Маршрутизатор

nternet

nternet

О

О

Маршрутизаторсети'[предприятия

Маршрутизаторсети'[предприятия

Канал Frame Relay

Канал Frame Relay

Портативный компьютер ^^_ _Модемная связь

Портативный компьютер ^^_ _Модемная связь

Корпоративная

Корпоративная

АТМ-сеть

АТМ-сеть

Рис. 8.8. Схема сети предприятия

Рис. 8.8. Схема сети предприятия

9

9

Маршрутизатор удаленного доступа обеспечивает связь с удаленными офисами, домашними офисами и сотрудниками, путешествующими с портативными компьютерами. Маршрутизаторы удаленного доступа часто представляют собой небольшие устройства на базе шасси, у которых каждая плата поддерживает единственный интерфейс. Это позволяет нм обеспечивать большое количество связей, причем стоимость одной связи меньше, чем у крупного маршрутизатора предприятия. (Цена маршрутизатора удаленного

доступа в расчете на один порт может составлять от четвертой части до половины цены большого маршрутизатора предприятия.)

Некоторые маршрутизаторы помещаются внутри устройств, известных как сжатые опорные сети (collapsed backbones). Опорная сеть может быть сжата путем вставки плат повторителей, переключателей и маршрутизаторов в одно большое шасси. Пользователи связываются непосредственно с повторителями и/или переключателями этого шасси. Сжатая опорная сеть представляет собой мощное средство, способное связать большое количество пользователей и устройств, находящихся недалеко друг от друга, например в одном здании. Однако и ее работа сопровождается возникновением определенных проблем. Одна из них состоит в том, что когда в шасси не остается свободного места, дальнейшее расширение сети становится невозможным. Другой проблемой, особенно характерной для Fast Ethernet, может стать превышение предельной длины кабеля между узлом и шасси, которая составляет не более 100 метров.

Сеть предприятия может иметь практически бесконечное число конфигураций. Описанию ее структуры и принципов работы посвящены целые книги. Технология Fast Ethernet используется на предприятиях в первую очередь для обеспечения высокопроизводительной связи между отдельными ЛВС, в большинстве случаев на уровнях рабочей группы, подразделения и опорной сети.

Управление устройствами сети уровня предприятия

Без управления устройствами сеть предприятия не может нормально функционировать. Децентрализованное управление такой большой сетью —— занятие очень трудное и дорогостоящее. Отдельные подразделения могут управлять собственными сетями, однако для большинства сетей уровня предприятия необходимым условием функционирования является наличие централизованной системы управления.

Большинство устройств сети предприятия на всех уровнях являются управляемыми. Любая управляющая консоль, находящаяся в любом месте сети, может взаимодействовать с любым управляемым устройством. Для управления сетью в целом требуется наличие центральной группы обслуживания. Такая группа должна следить за производительностью сети, определять потенциально возможные сбои, помогать подразделениям и сетевым администраторам рабочих групп диагностировать появившиеся проблемы. Например, при возникновении у рабочей группы проблемы с доступом в Internet центральная группа управления может помочь определить, является ли эта проблема местной или ее источник находится в какой-либо другой части системы.

Без централизованного управления сетью предприятия поддерживать ее производительность на максимальном уровне практически невозможно.

Некоторые устройства плохо "вписываются:” в систему управления сетью предприятия, потому что не обеспечивают должный уровень безопасности или не работают с распространенным программным обеспечением управления устройствами сети типа HP OpenView. Выбор продуктов, соответствующих схеме управления сетью предприятия, является ключевым моментом в процессе внедрения централизованной системы управления.

Сетевые интерфейсные контроллеры Fast Ethernet

Сетевой интерфейсный контроллер, или сетевая интерфейсная плата (NIC, Network Interface Controller, Network Interface Card), является основным "строительным'* блоком любой ЛВС. Обычно NIC устанавливается в гнездо шины узла локальной сети, но иногда может быть встроена и в материнскую плату компьютера. Платы NIC классифицируются по технологии ЛВС и шинному интерфейсу. Выбор NIC технологии Fast Ethernet осуществляется с учетом следующих факторов:

производительность, соотношение цена/производительность;

наличие драйверов;

возможности аппаратного обеспечения;

техническая поддержка;

простота установки;

гарантии;

возможность управления.

Важно учесть тип платформы, на которой будет использоваться NIC, так как, например, сервер предъявляет к сетевым платам совершенно иные требования, чем, скажем, клиент или рабочая станция. Сервер часто поддерживает множество клиентов, и требования к NIC сервера весьма отличаются от требований к NIC рабочей станции. Большая доля трафика в локальной сети Fast Ethernet направлена к серверу или от него, что может возложить чрезвычайно тяжелое бремя на NIC и шину сервера. Это бремя может стать еще тяжелее, если сервер присоединен полнодуплексной связью напрямую к переключателю подразделения или опорной сети. Полнодуплексная связь может существовать только между отдельным узлом и портом переключателя. Полнодуплексность предполагает передачу данных в обоих направлениях и поэтому удваивает полосу пропускания канала (в Fast Ethernet ——до 200 Мбит/с).

Обычно сервер имеет несколько гнезд PCI, ISA или EISA, каждое из которых способно поддерживать NIC различных сетевых технологий. Часто рабочие лошадки ЛВС — серверы ——используются для выполнения множества функций, таких как обеспечение работы службы печати и файловой службы, серверов баз данных, серверов электронной почты, серверов Web, программного обеспечения групповой работы, серверов коммуникаций и т.д. Одними из главных критериев при выборе NIC должны служить возможность использования ею центрального процессора и пропускная способность платы. Идеальная NIC имеет очень большую пропускную способность при очень небольшом коэффициенте использования процессора. Чем меньше процессорного времени использует NIC для получения и отправления кадров, тем больше его остается для выполнения других задач.

NIC рабочей станции обеспечивает связь данного узла с сервером посредством переключателя или повторителя. Требования к NIC клиента весьма отличаются от предъявляемых к NIC сервера в отношении шинной архитектуры, размера буферной памяти и объема данных, передаваемых в сеть подразделения. Обычно на сервере клиента работает операционная система DOS или Windows 3.1 (правда, в последнее время доминирующей становится Windows 95). Компьютер-клиент обычно имеет много гнезд ISA и несколько гнезд PCI. На более старых клиентских рабочих станциях можно столкнуться с одновременным использованием гнезд EISA и МС или же EISA и одного-двух гнезд PCI (рис. 9.1).

Приемопередатчик 100Base-TПриемопередатчик 100Base-TРазъам шины PCJРазъам шины PCJРис. 9.L Плата NIC для шины PCIРис. 9.L Плата NIC для шины PCI

Приемопередатчик 100Base-T

Приемопередатчик 100Base-T

Разъам шины PCJ

Разъам шины PCJ

Рис. 9.L Плата NIC для шины PCI

Рис. 9.L Плата NIC для шины PCI

Цена и производительность

Одним из параметров, влияющих на выбор NIC, является отношение цена/производительность. Преследуемая при этом цель ——получить сетевую плату наилучшей производительности по самой подходящей цене. Цена NIC определяется просто, однако ее производительность ——нечто более абстрактное, что установить достаточно сложно. При определении производительности NIC необходимо учитывать, что данная характеристика является интегральной и включает три показателя: ширину полосы пропускания, пропускную способность и коэффициент использования процессора. Ширина полосы пропускания ——это показатель того, насколько быстро NIC может передавать данные по шине компьютера, а пропускная способность —— это объем данных, которые плата может передавать через сетевую среду за единицу времени. Коэффициент использования процессора — выраженная в процентах доля процессорного времени, требуемого для обслуживания NIC. Чем меньше значение коэффициента использования процессора, тем лучше.

М

етоды измерения производительности и коэффициента использования процессора сетевой платы сервера отличаются от используемых при определении этих же показателей для сетевой платы клиента. В тесте на производительность NIC сервера используется один сервер, поддерживающий не менее шести клиентов. Часто в тесте задействуются до 16 клиентов. Цель тестирования сетевой платы сервера ——определить коэффициент использования процессора и максимальную пропускную способность NIC.

Для установления производительности NIC сервера существует множество различных наборов эталонных тестов. Наиболее распространенными являются Perfbrm3 от Novell и Netbench 3.0 от Ziff-Davis, определяющие коэффициент использования процессора и максимальную пропускную способность NIC. Эталонные тесты не всегда отражают реальную ситуацию, однако дают хорошее представление об относительной производительности различных плат для сети какой-либо одной конфигурации, где используется высокоскоростная серверная платформа и несколько клиентских рабочих станций.

П

ри измерении производительности сетевых интерфейсных плат клиента и сервера используются разные параметры. Для NIC клиента в эталонных тестах на производительность применяется конфигурация один кли- ент/один сервер. Сервер обычно является весьма высокопроизводительной системой, характеризующейся наличием очень быстрого процессора, большого объема памяти DRAM и двухточечной связи с единственным клиентом, на котором запущена программа тестирования. Одна и та же конфигурация

с одним и тем же NIC сервера используется для различных клиентов. Типичными эталонными тестами являются Perform3 и Netbench 3.0. Результаты тестирования на производительность NIC публикуются во многих периодических изданиях, посвященных работе сетей. Объем буферной памяти пакетов NIC клиента отличается от ее объема на NIC сервера из-за различия в производительности платформ. В случае более медленных клиентских систем требуется буферизация — временное размещение входных данных в ожидании их передачи в память клиента. В первую очередь это относится к клиентским NIC, установленным на рабочей станции с комбинацией гнезд шин ISA и PCI, которая работает под управлением многозадачной операционной системы. Арбитражная схема, применяемая в таких системах, не всегда пблаговолит" к шине ISA, и запроса шины PCI могут опережать передачу по шине ISA, тем самым сужая полосу пропускания последней и увеличивая объем буферной памяти на плате, необходимый для избежания отбрасывания пакетов.

Еще одним фактором, который следует учитывать при выборе сетевой сети, является цена. Цена двухскоростных адаптеров, обеспечивающих скорость передачи данных 10 и 100 Мбит/с, быстро приближается к той, по которой год назад продавались NIC на 10 Мбит/с. Это обстоятельство ускоряет переход на сетевые интерфейсные платы Fast Ethernet в обычных сетях. Цены на адаптеры 10Base-T достигли уровня цен товара массового спроса во многом благодаря интеграции всех логических управляющих элементов в одной микросхеме, а также благодаря конкуренции на рынке. Как для создания новой сети, так и для модернизации существующей рекомендуется приобретать двухскоростные платы. Таким образом вы купите NIC для ваших текущих потребностей и вложите деньги в будущий переход на высокую скорость.

Более дорогие NIC обеспечивают, как правило, более высокую производительность, Платы, продаваемые более успешно, ежегодно подвергаются тестированию в нескольких независимых лабораториях. На основании получаемых результатов можно сделать вывод о целесообразности покупки как одной, так и нескольких тысяч NIC. При зтом необходимо учитывать конфигурацию компьютера, примененную при эталонном тестировании производительности, тип операционной системы, количество одновременно проверяемых клиентов и драйверы, использованные на клиенте и сервере. Чаще всего есть смысл купить более дорогую NIC, отличающуюся более высокой производительностью. Компании, вкладывающие значительные средства в разработку драйверов с целью обеспечить их как можно большими возможностями, справедливо устанавливают более высокие цены на свои продукты.

Драйверы

Одним из наиболее важных факторов, требующих рассмотрения при покупке и установке NIC, является драйвер ——программа, позволяющая сетевой операционной системе работать с аппаратной частью контроллера сетевого интерфейса для приема и передачи данных в ЛВС. Драйвер для NIC, который вы покупаете, может быть привязан к конкретной сетевой операционной системе, однако в большинстве случаев в комплект поставки сетевых плат входит более дюжины драйверов, позволяющих покупателю использовать данный продукт в любой из нескольких сетевых операционных систем. Большинство крупных поставщиков NIC предлагают полный набор драйверов для основных операционных систем.

Для небольших компаний осуществить разработку и сертификацию полного набора драйверов — очень дорогое удовольствие, поэтому они обычно располагают драйверами дая одной-двух сетевых операционных систем. Создание и внутреннее тестирование драйвера всегда является критическим моментом на пути к завоеванию сетевой платой своего места на рынке. Большинство крупных поставщиков микросхем для NIC предлагают разработчикам плат полный набор драйверов. Такое упрощение этапа разработки важно для рынка, поскольку ускоряет появление изделия в продаже и снижает время разработки, особенно если изделие уже сертифицировано. Тем не менее такой подход не позволяет различать на рынке платы разных поставщиков, базирующиеся на одних и тех же наборах микросхем.

Различия могут состоять в стоимости платы, особенностях ее конструкции (например, в типе разъема или светодиодных индикаторов), однако в первую очередь они заключаются в наборе прилагаемых драйверов. Именно от применяемых драйверов в наивысшей степени зависят пропускная способность и коэффициент использования процессора. Важно установить, разработал ли поставщик сетевых плат драйверы для них самостоятельно или же воспользовался продуктами, распространяемыми продавцами микросхем. Кроме того, драйверы могут быть созданы третье访 сторон。访.В таком случае необходимо предусмотреть все возможные вопросы, связанные с технической поддержкой драйвера. Если возникнут проблемы с драйвером или установкой NIC, то пользователи или менеджер по покупкам вынуждены будут метаться между продавцом платы и продавцом микросхем в попытке найти исправленную версию драйвера.

Драйверы могут быть написаны либо на ассемблере, либо на языке С. Драйверы, написанные на ассемблере, обычно лучше оптимизированы и занимают меньше места в памяти; драйверы, написанные на языке С, менее эффективны и не так хорошо оптимизированы. Данные устройства должны поддерживать и полнодуплексный режим работы, т.е. они должны быть созданы с учетом особенностей этого режима, а не представлять собой переработанные образцы существующих полудуплексных драйверов.

Сертификация драйверов

Все драйверы, поставляемые с NIC, должны быть сертифицированы для работы в операционной системе, на которую они рассчитаны. Сертификация может осуществляться поставщиком сетевой операционной системы (в частности, Novell, Microsoft, SCO) или же группами сертификации компании-производителя плат. Для каждой операционной системы существует множество различных драйверов. Без сертификата NIC и драйвера покупатель не может узнать, был ли драйвер проверен и сертифицирован поставщиком. Выбирая сетевую плату, убедитесь, что все поставляемые с нею драйверы сертифицированы. Это даст вам уверенность, что поставщик проверил NIC и драйверы на соответствие платформе. Хотя поставщики и предпринимают усилия для снабжения плат последними сертифицированными версиями драйверов, вам все же не будет лишним проверить Web-страницу производителя платы в поисках обновленных версий. Некоторые компании распространяют информационные сообщения и компакт-диски с последними версиями драйверов.

Техническая поддержка

Группы и отделы технической поддержки поставщиков NIC предоставляют своим покупателям техническую помощь и содействие при возникновении проблем с аппаратным или программным обеспечением платы. Обычно предлагается беспрерывная телефонная поддержка (7 дней в неделю по 24 часа в сутки). У больших компаний уровень технической поддержки выше, так как они имеют возможность выделить для этой цели больше ресурсов, лучше обучить своих сотрудников, располагают хорошо оснащенными лабораториями, где можно моделировать и решать проблемы, возникающие у покупателей. Обычно существует несколько уровней поддержки, и проблемы различной сложности попадают на разные уровни. Прежде чем принять решение о покупке NIC, необходимо получить информацию об уровне предлагаемой поставщиком технической поддержки. Существование мощной технической группы, поддерживающей аппаратное и программное обеспечение, является важным фактором в принятии покупателем решения о приобретении продукта, особенно если речь идет о покупке нескольких сотен или тысяч NIC. Покупателю очень важно знать о том, что техническую помощь в любое время можно получить по телефону йли через сети Internet. Способы, которыми подобная помощь может быть оказана, перечислены ниже.

Доски объявлений. Система BBS (Bulletin Boards — доски объявлений) еще совсем недавно была основной для помещения технической документации и новых драйверов. По мере расширения Internet компании отказываются от использования этой системы.

Web-узлы. В настоящее время Web-узлы наиболее широко используются покупателями при поиске информации о продуктах. Большинство пользователей имеют доступ в Internet, и любая компания-производитель, не содержащая Web-страницы, совершает экономическое самоубийство. Продавцы сетевого оборудования обычно помещают туда списки продуктов с указанием их технических характеристик, информацию о найденных ошибках и последние версии драйверов (в первую очередь для адаптеров NIC).

Многоуровневая поддержка. Для повышения уровня обслуживания покупателей и уменьшения времени поступления их откликов компании обычно внедряют многоуровневую структуру технической поддержки. Первая линия поддержки удовлетворяет запросы 90% обращающихся. Проблемы, с которыми покупатели сталкиваются при установке платы NIC, чаще всего обусловлены использованием кабеля определенного типа и конфигурацией платы по умолчанию. Команда технической поддержки второго уровня обслуживает тех клиентов, с запросами которых не справилась команда поддержки первого уровня. Обычно это проблемы не административного, а технического характера, например касающиеся совместимости аппаратного и программного обеспечения. Команда поддержки третьего уровня работает над решением еще более сложных задач, которые часто связаны с системными протоколами открьпия сети или трудноуловимыми проблемами, связанными с временными характеристиками работы драйвера. Группе поддержки третьего уровня приходится сотрудничать с создателями платы, в том числе и из других компаний, если их продукты входят в систему пользователя. Группы поддержки третьего уровня часто готовят и проводят технические курсы по вопросам архитектуры сетей и методам решения сложных сетевых задач.

Простота установки

Это свойство NIC становится очень существенным, как только плата попадает в руки покупателя. Для многих пользователей мысль о необходимости открыть корпус компьютера и установить новую плату является весьма обескураживающей. Не может быть ничего хуже, чем пройти через все этапы установки платы, выполнив весьма немногословные инструкции, и оказаться в тупике. Что остается пользователю? Начинать установку платы сначала, точно, как и раньше, следуя инструкциям и внимательно читая подсказки на экране. Если плата конфигурируется неправильно или не загружается драйвер либо же драйвер загружается, а станция не подключается к серверу, пользователь будет смущен и ошарашен. В таком случае следует набрать номер телефона службы технической поддержки, если таково访 имеется, или вызвать специалиста, что может дорого стоить.

Сложность установки NIC может свести на нет все усилия поставщика по продвижению своего продукта на рынок. В процессе разработки NIC усилия ее создателей сосредотачиваются на проектировании аппаратного обеспечения, разработке драйвера и изнурительном совместном тестировании оборудования и драйверов на различных платформах. Прежде чем NIC поступят в продажу, все драйверы должны быть сертифицированы, что не так просто осуществить.

Программа установки обычно изготавливается независимо от драйвера, но параллельно его созданию. Тексты справки, выдаваемые на экран программой установки, пишутся совместно разработчиками технической документации и программного обеспечения. Готовые программа установки и экраны справок передаются в группу QA (Questions and Answers ——вопросы и ответы), а затем в группу тестирования и сертификации продуктов. Персонал, производящий тестирование и сертификацию, хорошо знаком с терминологией и процессом установки NIC, так как выполняет эти функции тысячи раз в год. Правда, это обстоятельство является одной из основных причин того, что инструкции по установке NIC часто не соответствуют действительности, слишком сжаты и легко могут ввести в заблуждение. К сожаленью, с готовыми к продаже NIC редко выполняется упражнение "вынь из коробки", заключающееся в оценке продукта продавцом, как если бы это был покупатель. Подобное упражнение дает поставщику хорошую подсказку о том, какие изменения нужно сделать, чтобы продукт стал более дружественным по отношению к пользователю и менее сложным в установке. (В выполнении упражнения "вынь из коробки" участвует независимая от инженеров и разработчиков группа людей, которых просят установить и сконфигурировать NIC.) При этом становятся очевидными многие недоработки, такие, в частности, как некорректные пути к драйверам на дискете, неожиданные результаты при нажатии не той кнопки мыши, отсутствие в некоторых ситуациях экранной справки, невозможность загрузить драйвер или установить факт его загрузки, невозможность запуска диагностирующей программы, попытка использовать несуществующую заглушку разъема и т.д. Компании типа Compaq, содержащие специальную группу "человеческого фактора", которая производит тестирование NIC и других сетевых продуктов, сильно выигрывают от выполнения такого упражнения. Результатом подобных упражнений являются лучшие экраны справки, более совершенные руководства и программы установки, а также простота самого процесса установки.

Гарантия

Одним из критериев качества и надежности NIC является вид предоставляемой поставщиком гарантии. Адаптеры типа 10Base-T и 10/100Base-T стали настолько интегрированными и простыми, что вероятность их выхода из строя очень незначительна. Стоимость же адаптеров такова, что поставщику

выгоднее не ремонтировать их в случае поломок, а заменить новыми. Для многих покупателей, использующих критичные к отказам приложения, надежность NIC приобрела первостепенную важность. Оценка надежности устройства производится путем определения параметра MBTF (Mean Time Between Failure ——среднее время наработки на отказ) для составляющих его частей. Значение MBTF высококачественных, высокопроизводительных и хорошо спроектированных NIC достигает 250 000 часов. Это означает, что отказ оборудования происходит в среднем через каждые 250 000 часов, или 25 лет, работы. Такой уровень надежности обеспечивает поставщикам возможность предоставлять гарантию на срок от трех до пяти лет, а иногда и пожизненную гарантию.

Управление NIC

Дополнительные возможности управления сетевыми устройствами ищут все сетевые администраторы при установке или модернизации сети. Управляемые сетевые устройства должны соответствовать двум основным требованиям: поддерживать протокол SNMP и интерфейс DML

SNMP (Simple Network Management Protocol — простой протокол управления сетью) является хорошо известным протоколом сетевого управления, различные версии которого применяются уже много лет. Существует несколько уровней агентов SNMP. Агенты могут работать в переключателях и управляемых концентраторах, а также обслуживать NIC рабочей станции или сервера. Но далеко не все продавцы сетевых плат поставляют вместе с ними и агентов SNMP. Это привело к созданию ассоциацией DMTF (Desktop Management Task Force — ассоциация управления настольными системами) специального интерфейса DML

DMI (Desktop Management Interface — интерфейс управления настольными системами) требует от всех совместимых с ним NIC собирать информацию и статистику о работе сети и сетевом трафике. Используя программное обеспечение управления сетью, вы можете получить от NIC различных производителей информацию, которая поможет вам обеспечить более эффективное управление сетевыми устройствами. Сетевые операционные системы типа Windows 95, Windows NT 3.5 и NT 4.0 имеют встроенную поддержку SNMP, и многие NIC ведущих производителей поддерживают агентов этих систем или работают совместно с их программным обеспечением. При покупке сетевой платы убедитесь, что она поддерживает программное обеспечение протокола SNMP и/или удаленного мониторинга RMON (remote monitor). DM1 используется не очень широко, однако принят в промышленности. NIC с поддержкой SNMP и DMI будет идеальным выбором.

Типы NIC

Программное обеспечение RMON выдает статистические данные о трафике ЛВС, полученные в результате взаимодействия агентов RMON, которые обслуживающих NIC клиента, с агентами RMON переключателя.

Серверные NIC

Современные серверы являются высокоскоростными, чрезвычайно надежными и расширяемыми системами, требующими использования соответствующих NIC. Поставщики, так называемые обозреватели аппаратного обеспечения и пользователи особое значение придают производительности NIC. При сравнительном тестировании плат, проводимом различными компьютерными изданиями, этот параметр рассматривается в первую очередь. Хотя это достаточно важный параметр, но еще более информативным является коэффициент использования процессора платой NIC сервера. Выбирая NIC сервера, важно обратить внимание на значение коэффициента использования процессора (оно должно быть максимально низким), производительность шины и драйвер. Важно также получить информацию о некоторых других возможностях платы, специфических для сервера (например, о существовании нескольких интерфейсов, наличии полнодуплексной поддержки и автосогласования NWAY).

Мерой эффективности NIC служит коэффициент использования процессора, который определяет количество времени, необходимого процессору (или процессорам) сервера для получения и отправления кадров через NIC. Низкое значение этого коэффициента, рассчитанное как процентная доля от общей нагрузки, свидетельствует о хорошо спроектированном адаптере NIC. Плата с высоким значением коэффициента использования процессора может снизить производительность всей системы. Чем больше времени требует NIC от процессора, тем меньше его остается на другие задачи, такие, например, как чтение файлов и запись на диск. Это обстоятельство может не только снизить производительность процессора сервера, но и ограничить количество установленных на нем NIC.

В отличие от рабочей станции, которая обычно подключается к единственной ЛВС через единственную NIC, один и тот же сервер может быть связан с различными ЛВС. Это дает много преимуществ, основным из которых является возможность доступа пользователей многих ЛВС к мощному серверу напрямую, а не через переключатель или маршрутизатор. При установке на сервере нескольких NIC еще более важно обеспечить низкое значение коэффициента использования процессора. Наличие множества NIC с высоким значением данного коэффициента может свести на нет преимущества высококлассного сервера, поскольку его мощность в основном будет растрачиваться на обслуживание сетевой платы.

Другой интересной особенностью сервера является применение многоголовых (multiheaded), или многопортовых (multiport), NIC. Многие из созданных ранее и предлагаемых на сегодняшний день серверов имеют шину PCI с тремя-четырьмя разъемами. Обычно два из них предназначены для дискового адаптера SCSI и видеоадаптера. Поэтому для NIC остается один- два свободных разъема. Чтобы преодолеть это ограничение, некоторые поставщики предлагают NIC для шины PCI с двумя и более сетевыми интерфейсами, каждый из которых содержит свои средства MAC, PHY и подключен к единому шинному интерфейсу. Это позволяет подключить к одному адаптеру несколько сегментов или сетей, обходя ограничения на количество свободных разъемов PCI.

Другие факторы, которые необходимо учитывать при выборе NIC сервера, связаны с физической платформой, на которой работает программное обеспечение. Вопросы, на которые при этом необходимо получить ответы, перечислены ниже.

Шина какого типа используется на сервере, и имеет ли поставщик NIC сервера для этой шины?

Сетевая операционная система какого типа установлена на сервере, и имеет ли поставщик драйверы и другие вспомогательные программы для этой системы?

Каковы производительность NIC и ее коэффициент использования процессора?

Какова пропускная способность шины NIC?

Какой объем буферной памяти поддерживает NIC сервера, возможно ли его увеличение?

Какую сетевую физическую среду (витые пары категорий 3, 4, 5; STP (Shielded Twisted Pair — экранированная витая пара) или волоконно-оптический кабель) поддерживает NIC сервера?

Одним из фундаментальных правил оптимального проектирования сети является обеспечение широкой полосы пропускания к серверу, поскольку здесь хранятся все приложения и совместно используемые данные. Одна из последних новинок в образцовой модели сети клиент/сервер ——обеспечение выделенного полнодуплексного канала между сервером и переключателем. Полнодуплексная сетевая адаптерная плата для шины PCI стандарта lOOBase- TX/FX, расположенная на сервере и связанная с переключателем, обеспечивает теоретическую полосу пропускания в 200 Мбит/с.

Реальный размер полосы пропускания зависит и от других функций, выполняемых процессором сервера, а также от сетевого протокола, используемого в сегменте. Полнодуплексная NIC для сервера должна быть рассчитана на работу в шине PCI и с сетевым стандартом 100Base-TX или 100Base-FX; полнодуплексная NIC со скоростью передачи данных 10 Мбит/с для этой цели не подходит. Кроме того, полнодуплексная серверная NIC должна комплектоваться драйверами, оптимизированными для поддержки

полнодуплексного режима. Хорошо написанный драйвер поддерживает полнодуплексный режим с самого начала своего функционирования. Некоторые драйверы первоначально не поддерживали полнодуплексный режим — такую способность они приобрели позже. Такие Нисправленныеп драйверы менее эффективны и гибки, чем написанные специально для поддержки полнодуплексного режима.

Среда передачи данных, используемая для связи с сервером, также важна при выборе NIC сервера. Часто такой выбор производится исходя из имеющейся инфраструктуры кабелей. Если проложен кабель UTP категории 3 или 4, то единственным вариантом выбора является NIC стандарта 100Base-T4. Следовательно, полнодуплексный режим поддерживаться не будет. Если же применяется кабель UTP категории 5, то можно воспользоваться NIC стандарта 100Base-TX/FX либо 100Base-T4. Нужно всячески стремиться к тому, чтобы установить на сервере NIC 100Base-TX или 100Base-FX, поддерживающую полнодуплексный режим.

Для автоматического определения скорости передачи данных, поддерживаемой NIC, которая установлена на сервере или рабочей станции, комитет IEEE 802.3 разработал и стандартизовал схему автосогласования NWAY Указанная схема встроена в приемопередатчик и позволяет NIC и порту концентратора информировать друг друга о допустимой скорости обмена данными. Сетевая плата и порт концентратора будут сконфигурированы на максимально возможную скорость работы, будь то 10 или 100 Мбит/с. Важно, чтобы выбранная вами NIC сервера поддерживала схему автосогласования NWAY. •

NIC рабочей станиии

Требования к NIC рабочей станции и ее возможности могут сильно отличаться от характерных для серверной NIC. Сказанное относится как к аппаратному, так и к программному обеспечению. NIC сервера можно использовать и на рабочей станции, если для данной операционной системы существует драйвер, однако вы заплатите больше денег, чем в действительности необходимо.

Обычно рабочие станции-клиенты функционируют под управлением однозадачных операционных систем типа DOS или Windows 3.1, что предполагает меньшую нагрузку на драйверы и оборудование. В качестве NIC рабочей станции для таких систем чаще всего используются адаптеры ISA или PCI, функционирующие со скоростью 10 Мбит/с. В отличие от NIC сервера, для которой важнейшим фактором является производительность, при поиске NIC невысокого класса для рабочей станции таковыми являются сравнительно малая стоимость, простота установки и наличие полного набора драйверов.

На большинстве продаваемых в настоящее время рабочих станций инсталлирована система Windows 95 или Windows NT, а иногда и ОС типа UNIX. Все эти операционные системы являются многозадачными и, подобно

серверу, лучше работают с NIC, характеризующимися невысоким значением коэффициента использования процессора. Плохо спроектированная NIC может вызвать точно такое же снижение производительности, как и в сервере, и по тем же причинам. Легко сделать ошибку, купив дорогую, высокопроизводительную рабочую станцию и свести на нет ее преимущества установкой плохо спроектированной NIC или NIC с неэффективным драйвером.

Требования к сетевой среде передачи данных NIC клиента часто отличаются от требований к NIC сервера. При использовании технологии Fast Ethernet сервер практически всегда соединен с повторителем или переключателем кабелем категории 5 или волоконно-оптическим кабелем. С другой стороны, большую часть кабелей для рабочих станций существующей кабельной инфраструктуры составляют либо UTP категории 3, либо коаксиальные кабели.

На рабочих станциях, соединенных кабелем категории 3, можно использовать адаптеры с интерфейсом 100Base-T4. Тем не менее этот вариант далек от идеального, так как очень мало двухскоростных адаптеров поддерживают связи стандарта 100Base-T4. Это приводит к необходимости модернизировать все рабочие станции с кабелями категории 3 до уровня Fast Ethernet одновременно, что часто бывает неприемлемо. Для модернизации до уровня Fast Ethernet рабочих станций сети Ethernet 10Base-2 необходимо модернизировать их кабели до категории 3, а лучше до категории 5, что требует наличия NIC с портами, поддерживающими все указанные типы среды.

NIC клиента обычно поддерживают порты 10Base-T, 10Base-2 и (примерно 5% плат) порт AUI. Выбор NIC клиента должен быть обусловлен типом применяемого кабеля. Стоимость PCI-адаптеров Ethernet со скоростью передачи данных 10 Мбит/с по сравнению с а能логичными ISA-адаптерами упала настолько, что при установке новых клиентских рабочих станций целесообразно рассматривать только первый вариант. Поэтому, прежде чем определиться в отношении платы, необходимо ответить на вопросы, выбирать NIC клиента для шины PCI стандарта 10Base-T или Ю/lOOBase-T, а также нужна ли для рабочей станции поддержка полнодуплексного режима. Важными факторами при выборе NIC являются тип рабочей группы и запускаемые на рабочей станции приложения. На станциях, где осуществляется ввод данных, целесообразно использовать ISA-адаптер со скоростью 10 Мбит/с.

Тип среды передачи данных, используемой в сети рабочей группы, определяет тип разъема NIC. Большинство основных производителей поставляют сетевые платы с комбинацией портов для разных сред передачи. Можно выбрать плату, предназначенную только для одной среды. Это позволит избежать лишних затрат на приобретение порта, который вы не будете использовать. Если на клиентской рабочей станции запущена Windows 95 или другая многозадачная операционная система, в которой периферийные устройства также конкурируют за использование процессорного времени, то следует использовать PCI-платы со скоростью 10 Мбит/с. Рабочие

группы, в которых работают системы автоматизированного проектирования, равно как и офисные приложения для Windows 3.1 или 4.0, должны использовать NIC 10/100Base-T. Выбор между NIC клиента 100Base-TX и lOOBase- Т4, опять-таки, зависит от типа проложенного кабеля. Для рабочих групп, использующих кабель UTP категории 3, целесообразнее приобрести lOOBase- Т4, а для рабочих групп, которые применяют кабель UTP категории 5,— NIC клиента 100Base-TX или I00Base-T4, Полнодуплексный режим увеличивает производительность NIC клиента не вдвое, а примерно на 15%. Если вы решили использовать двухскоростные NIC клиента, обеспечивающие скорость 10 или 10/100 Мбит/с, убедитесь, что они поддерживают автосогласование.

Встроенные NIC

В связи с высокой степенью интеграции логических схем NIC некоторые поставщики компьютеров, и в частности Compaq, стали помещать микросхемы сетевых плат прямо на материнскую плату. Встроенные NIC можно найти в портативных компьютерах, рабочих станциях или серверах. Такой подход позволяет избежать установки дополнительных NIC или NIC стандарта PC Card/CardBus, освободить шинный разъем, который можно использовать для других контроллеров. К тому же это является гарантией того, что компьютер готов к использованию в сети и в его операционную систему инсталлированы корректные драйверы. Такая возможность очень важна для компьютеров определенных классов, например учебных или предназначенных для небольшого офиса, т.е. когда покупатель ограничен в средствах и не может тратить деньги на( установку дополнительных плат и настройку системы. ‘

Встроенные NIC отличаются удачным соотношением цена/производи- тельность, так как их цена входит в стоимость компьютера и при подключении к сети пользователь или сетевой администратор не должны тратить время на их установку. Естественно, при возникновении проблем со встроенной NIC необходимо возвращать для ремонта (или замены) всю систему. Одним из способов избежать этого является использование интерфейса МП на материнской плате и внешних уровней PHY для каждого типа среды. Этот подход исключает привязку к определенному типу среды и предоставляет возможность пользоваться новыми внешними средствами уровня PHY, как только они станут доступными. Встроенные NIC, за исключением Compaq DeskPro, не получили широкого распространения в настольных компьютерах в первую очередь из-за большого разнообразия сетевых технологий. С распространением на сетевом рынке Ethernet и Fast Ethernet встроенные сетевые платы IO/IOOBase-Т появляются в новых сериях продуктов.

Мобильные NIC

С увеличением количества путешествий и деловых поездок в "корпоративной" Америке портативный компьютер стал обязательным средством, обеспечивающим постоянный доступ к корпоративным сетям. Мобильные компьютеры позволяют пользователям соединяться через модем с общедоступными базами данных, Internet и другими интерактивными службами типа AOL. Некоторые пользователи, находясь в дороге, имеют постоянную необходимость получать и отправлять электронную почту, иметь доступ к корпоративной ЛВС и Internet. На сегодняшний день процесс присоединения портативного компьютера к локальной сети значительно упростился благодаря наличию в нем NIC или NIC с модемом. Такие NIC стандарта PCMCIA имеют 8/16-разрядный интерфейс и не предназначены для высокоскоростной связи с ЛВС. Интерфейс PCMCIA применяется для поддержки связей с локальной сетью Ethernet, работающей со скоростью 10 Мбит/с, или Token Ring, скорость передачи данных которой составляет 4/16 Мбит/с. Более новые стандарты PC Card и CardBus больше приспособлены для обеспечения высокоскоростной связи портативных компьютеров, поэтому необходимо убедиться, что в вашем портативном компьютере есть разъем CardBus. Сетевые платы для разъемов PC Card обычно бывают двухскоростными, а некоторые их версии имеют и модем, обеспечивающий скорость 33,6 кбайт/с. CardBus — это работающая на тактовой частоте 33 МГц 32-разрядная шина, подобная шине PCI.

NIC CompactPCI

CompactPCI — это стандарт на промышленные компьютеры на базе шины PCI, созданный при содействии PICMG (PCI Industrial Computers Manufacturers Group — группа производителей промышленных компьютеров на базе PCI). Его поддерживают свыше 125 компаний. В сущности CompactPCI представляет собой спецификацию на локальную шину PCI, адаптированную для стандарта Eurocard 3U или 6U. Платы, соответствующие этому стандарту, вставляются в специальный разъем PCI с использованием сверхплотных 2-миллиметровых запрессованных контактов. Основой CompactPCI является наполненный газом сверхплотный контакт, первоначально предназначавшийся для телекоммуникационной промышленности. Разъем имеет 45 рядов по 5 контактов в ряду, а всего 220 контактов для передачи сигналов (15 контактов потеряны из-за ключа разъема), его отличает дополнительная внешняя металлическая оболочка и большое число заземленных контактов, предназначенных для минимизации отражений сигналов.

Эти особенности позволяют системам CompactPCI иметь до 8 разъемов для плат (в типичной настольной компьютерной системе их всего четыре). Количество разъемов может быть увеличено с помощью мостовых микросхем PCI. Все платы CompactPCI имеют стандартный 220-контактый разъем, расположенный в нижней половине модуля. Пользователь может вставлять

платы ввода-вывода как спереди, так и сзади шасси. Сегодня шина CompactPCI в основном применяется в телекоммуникационной промышленности, компьютерной телефонии, для систем автоматизации в промышленности и в оборудовании с горячим резервированием.

Архитектура NIC

Обмен данными между компьютером и адаптером NIC может быть осуществлен одним из четырех способов. Чтобы понять, насколько сбалансированы производительность, сложность и цена адаптера, необходимо понять сущность каждого из этих способов — РЮ (Programmed Input/Out- put — программируемый ввод/вывод), DMA (Direct Memory Access — прямой доступ к памяти), совместно используемой памяти и DMA с управлением шиной.

Наборы микросхем NIC

Все продаваемые на сегодняшний день адаптеры lOBase-Т и 10/100Base-T спроектированы с использованием наборов микросхем (chipsets). Набор микросхем реализует множество функций NIC. Как правило, современные NIC имеют:

шинный интерфейс;

уровень МАС;

контроллеры буферной памяти;

логику разрешения конфликтов;

средства конфигурирования устройства;、

возможности plug-and-play;

интегрированный PHY 10Base-T;

светодиодные индикаторы;

диагностику.

Некоторые PCI-адаптеры технологии Fast Ethernet могут работать в режимах lOBase-Т и lOOBase-Т, так как имеют соответствующие уровни PHY. В режиме lOBase-Т уровень PHY настолько прост, что часто реализуется прямо в микросхеме NIC. Приемопередатчик lOOBase-Т реализован с использованием внешнего слоя PHY, но ожидается, что поставщики микросхем скоро интегрируют и эту составляющую в микросхему NIC системы Fast Ethernet. Это уменьшит затраты на производство и снизит цену для конечного пользователя, так как будет предоставлена возможность применять технологию Fast Ethernet в приложениях, более "чувствительных" к цене. Аналогичный подход применяется при изготовлении сетевых плат 10/100Base-T для шин ISA и EISA, хотя большинство продаваемых в настоящее время NIC для Fast Ethernet используют шину PCI.

Физический интерфейс (PHY)

Главным функциональным блоком в NIC является PHY, или приемопередатчик. PHY — это интерфейс для связи уровня МАС с внешней сетевой средой. Он отвечает за преобразование данных МАС в формат, который можно передавать по сетевой среде. PHY обычно реализован в виде единственной микросхемы и с одной стороны подключен непосредственно к МАС, без использования внешних логических элементов, а с другой — к разъему MDI, через фильтр-преобразователь. Для фильтрации шума, обеспечения нужной формы сигнала и требуемых уровней напряжения необходимы некоторые внешние электронные компоненты. Передача сигналов между PHY и MDI происходит через фильтр-преобразователь, который обеспечивает как электрическую развязку от сетевой среды, так и согласование уровня сигнала с сопротивлением конкретной среды. В двухскоростных сетевых платах PHY, обеспечивающий скорость передачи данных 10 Мбит/с, обычно интегрирован в микросхему MAC, a PHY, скорость передачи которого равна 100 Мбит/с, является внешним (рис. 9.2). В 1997 году появились NIC с PHY, имеющими скорость 10/100 Мбит/с и полностью интегрированными с МАС. В будущем это приведет к снижению цен на двухскоростные NIC, управляемые концентраторы и переключатели.

Загрузочное ПЗУ

Необязательным компонентом некоторых NIC является загрузочное ПЗУ (ROM, Read Only Memory — постоянное запоминающее устройство). Содержащийся в нем программный код позволяет бездисковой рабочей станции загрузиться и подключиться к серверу по сети. (Бездисковая рабочая станция представляет собой узел сети, лишенный жесткого диска или дисководов гибких дисков. Она не может работать, пока не включен сервер. Загрузив

операционную систему при помощи загрузочного ПЗУ собственной NIC, бездисковая рабочая станция получает все необходимые файлы от сервера по сети.) Загрузочное ПЗУ используется в сетевых платах, установленных на бездисковых рабочих станциях. Такие рабочие станции увеличивают уровень безопасности сети, устраняя возможность кражи программ или файлов с локального жесткого диска. Они также не дают злоумышленникам возможности загрузиться с гибкого диска и запустить взламывающие защиту или другие нежелательные программы (это весьма распространенный способ обхода многих схем безопасности).

Буферная память

На некоторых NIC имеются специальные разъемы для подключения внешней буферной памяти. Клиентские NIC требуют наличия буферной памяти большей емкости, чем серверные, особенно если они установлены на платформах с шиной ISA и процессором класса 486. Сетевые платы сервера обычно функционируют на высокоскоростных платформах с шиной PCI, способной поддерживать скорость передачи данных, характерную для Fast Ethernet.

Архитектура шины адаптера

Наиболее приемлемой для адаптеров системы Fast Ethernet является шина PCI, которая больше приспособлена для передачи высокоскоростного трафика в ЛВС, чем шины EISA и ISA. Вы, наверное, согласитесь, что появление шины PCI означало кончину шины EISA. И действительно, большинство продаваемых на сегодняшний день серверов и настольных компьютеров снабжены шиной PCI с дополнительными разъемами шины ISA. Всего лишь несколько поставщиков предлагают адаптеры Fast Ethernet для шины ISA — надо полагать, для пользователей, имеющих старые рабочие станции с шиной ISA и желающих модернизировать свою сеть. При ограниченной полосе пропускания шины ISA переход на NIC, обеспечивающую скорость передачи 100 Мбит/с, не всегда влечет за собой линейный рост производительности. Если исходить только из желания повысить производительность и коэффициент использования процессора, устанавливать ISA-адаптеры Fast Ethernet в серверы не имеет смысла.

Шина PCI

PCI (Peripheral Component Interconnect) является открытым непатентованным стандартом шины, разработанным корпорацией Intel и поддерживаемым всеми основными производителями персональных компьютеров и периферийных контроллеров. Шина PCI обеспечивает независимый от процессора обмен данными между компьютером и высокоскоростной

периферией. Это хорошо определенный, гибкий механизм связи, специально спроектированный для одновременного подключения нескольких высокопроизводительных периферийных устройств, таких как высокоскоростные контроллеры ЛВС, графические контроллеры, устройства ввода видеоинформации, контроллеры SCSI и т.д. Архитектура локальной шины PCI обеспечивает взаимозаменяемость и надежность работы плат PCI в любой системе, независимо от архитектуры и производительности центрального процессора. Она отделяет периферийные устройства и вставляемые платы от процессора и системы, предоставляя интерфейс, который остается постоянным, несмотря на смену поколений процессоров. Конструкция локальной шины PCI позволяет разработчикам размещать периферийные устройства или их контроллеры непосредственно на материнской плате. Шина PCI быстро стала стандартом де факто для различных персональных компьютеров ——портативных, промышленных, настольных, рабочих станций и многопроцессорных серверов. Локальная шина PCI работает на частоте 33 МГц и, передавая 32- или 64-разрядные данные, имеет теоретическую пропускную способность соответственно 132 или 264 Мбайт/с. Она обеспечивает быстрый обмен данными с такими высокоскоростными периферийными устройствами, как сетевые контроллеры, дисковые контроллеры и видеоконтроллеры, сохраняя при этом совместимость с шинными архитектурами ISA/EISA/MicroChannel. Пропускная способность шины PCI в 20 раз выше, чем у шины ISA, и в 4 раза выше, чем у шины EISA. Из-за низкого значения коэффициента использования процессора она неплохо сочетается с ЛВС типа Ethernet и Token Ring, т.е. с сетями, имеющими узкую полосу пропускания. Указанная шина является идеальным вариантом для высокоскоростных ЛВС типа Fast Ethernet и FDDI. Низкое значение коэффициента использования процессора делают ее идеальным устройством для разгрузки основного процессора и обеспечения истинной многозадачности. Будущее адаптеров NIC связано с шиной PCI.

Фирма Intel первоначально разработала шину PCI как локальную для семейства высокопроизводительных процессоров Pentium и Х86. В результате широкой поддержки ее архитектуры независимыми производителями, благодаря быстрому распространению информации о стандарте через форум PCI SIG (Special Interest Group — группа специального интереса) данная шина превратилась в стандарт для платформ DOS/Windows, Macintosh, OS/2 и UNIX. Заблаговременное появление микросхем контроллеров PCI облегчило производителям NIC своевременную поставку соответствующих продуктов на рынок. Группа PCI SIG была предназначена для продвижения стандарта локальной шины PCI путем организации регулярных встреч и учебных курсов с целью обмена технической информацией и обсуждения изменений в спецификации. Такие встречи были хорошо организованы, и компании-участники получали свежую информацию и техническую поддержку при поставках на рынок совместимых продуктов.

Первоначально шина PCI предназначалась для рынка видео и графики. Привлечение таких производителей микросхем ЛВС, как AMD, DEC, NCR

Microelectronics и TI, а также проведение компаниями-производителями сетевых продуктов маркетингов ускорили появление на рынке NIC дая шины PCI. Низкая стоимость соответствующих микросхем обеспечила всеобщее признание PCI в качестве шины будущего. Спецификация на электрические характеристики локальной шины PCI ограничивает число ее разъемов двумя или тремя, что зависит от архитектуры системы. Один разъем резервируется за высокоскоростным графическим контроллером, другой — за котроллером SCSI, следовательно, для контроллера ЛВС остается не более одного разъема. Такое положение стало проблемой для серверных платформ, которые должны были работать в сетях различных технологий. Разработка DEC, PLX и другими компаниями мостовых контроллеров PCI-PCI позволила создателям персональных компьютеров увеличить количество разъемов для модулей PCI. Сейчас высококлассные серверы имеют до восьми разъемов шины PCI и столько же разъемов шины ISA.

Совместимость

Локальная шина PCI была спроектирована и создана как дополнение к стандартным шинам расширения, а не для их замены. Она совместима с шинами ISA, EISA и MicroChannel, и большинство продаваемых в настоящее время систем имеют совмещенный разъем, в который можно вставлять плату PCI или ISA. Платы PCI могут работать на любой платформе PCI, независимо от процессора и типа шины расширения.

Почти все продаваемые на сегодняшний день системы процессоров класса Pentium имеют не только разъемы PCI, но и разъемы ISA либо EISA. Высокоскоростной сетевой адаптер, предназначенный для шины PCI, поддерживает функцию plug-and-play и использует широкую полосу пропускания шины. Показатели, достигнутые в процессорной технологии за последние несколько лет, и широкое использование сложных программных приложений позволяют требовать от персональных компьютеров гораздо большего, чем было доступно ранее. Применение приложений, связанных с интенсивными вычислениями (в частности, приложений обработки сложных графических изображений), высокоскоростных сетей и видеоконтроллеров реального времени послужило причиной перемещения больших объемов данных между модулем центрального процессора и периферийными контроллерами, но шинные архитектуры ISA и EISA, по-видимому, не смогли обеспечить соответствующих требований к полосе пропускания.

Локальная шина PCI была разработана для преодоления перечисленных ограничений путем перемещения высокопроизводительной периферии, в первую очередь видеоконтроллеров, сетевых и дисковых контроллеров, поближе к процессору, а периферии с более узкой полосой пропускания, к которой относятся факс-модемы, ленточные приводы и принтеры, —— на стандартную шину расширения. Шины расширения ISA и EISA взаимодействуют с локальной шиной PCI так же, как и остальная периферия. Наличие наряду с разъемами PCI разъемов ISA либо EISA стало стандартным решением

для всех систем на базе PCI. При этом большинство таких систем имеют разъемы ISA.

Ширина шины PCI

Возможность передачи 64-разрядных данных при тактовой частоте 33 МГц обеспечивает максимальную пропускную способность шины, равную 264 Мбайт/с. Появление NIC для 64-разрядной шины PCI открывает новые возможности для сетевых протоколов, позволяет увеличить производительность. На момент написания книги 64-разрядных сетевых плат PCI еще не существовало, однако их появления следует ожидать в ближайшем будущем. Особенно они необходимы в связи с развитием Gigabit Ethernet и других высокоскоростных сетевых систем. Архитектура шины PCI обеспечивает прямую и обратную совместимость между 32- и 64-разрядной шинами, а прозрачность реализуется конструкцией разъема PCI. Этот разъем совместим и с 32-, и с 64-разрядными сетевыми платами PCI, на нужное количество разрядов данных настраивается автоматически. Драйверы NIC также должны автоматически настраиваться на необходимое количество разрядов с целью максимизировать скорость передачи данных.

Шина EISA

Архитектура шины EISA была спроектирована в качестве расширения архитектуры шины ISA. Разрабатывалась она консорциумом компаний под руководством Compaq. Основное отличие архитектуры EISA от архитектуры ISA состоит в том, что некоторые ее разъемы имеют специальные коннекторы EISA, которые позволяют модулям ISA использовать разъем, не касаясь контактов, специфичных для EISA. Этот специальный коннектор обеспечивает передачу дополнительных сигналов адреса, данных и управления, необходимых для модулей EISA. 32-разрядные линии адреса и данных обеспечивают 32 битам данных 4-гигабайтное адресное пространство. Архитектура шины EISA поддерживает асинхронную работу 8- и 16-битовых плат, а дополнительные шинные циклы, свойственные исключительно шине EISA, выполняются только с использованием синхронных управляющих сигналов коннектора EISA. Поддержка как асинхронных, так и синхронных шинных циклов позволяет EISA-платформам быть совместимыми с ISA-модулями.

Шина ISA

Шина ISA (Industry Standard Architecture) была разработана фирмой IBM в начале 80-х годов. ISA является общим названием для 8- и 8/16-разрядных шин, используемых в компьютерах IBM PC, XT и АТ. В разъем ISA можно вставлять платы двух типов: 8- и 8/16-разрядные. Причем 8-разрядная плата содержит 62-контактный разъем, а 8/16-разрядная плата дополнена еще 36 контактами.

Шина ISA работает с тактовой частотой 8,33 МГц, а на платформах АТ адаптеры ISA должны функционировать с частотой 8 МГц. Архитектура шины плохо приспособлена к работе с несколькими разноскоростными адаптерами, и это особенно заметно на платформах PCI/ISA. При совместной работе более высокий приоритет имеет шина ISA, поскольку шина PCI является более скоростной. Спецификация plug-and-play стала желанным дополнением к архитектуре шины ISA и облегчила установку ISA-плат.

Адаптер PC Card

Портативные компьютеры постепенно превращаются в полноценные рабочие станции. С появлением мощных процессоров класса Pentium наиболее популярным средством подключения портативного компьютера к корпоративной сети стал адаптер PC Card, преимущества которого заключаются в гибкости и малом весе. Одной из главных причин роста количества используемых портативных компьютеров является доступность адаптеров PC Card, а также наличие приложений и сетевых протоколов, которые используют такие адаптеры, как однокристальные NIC стандарта lOBase-Т и 10/100Base-T. Стандарт PC Card был разработан ассоциациями PCMCIA и JEIDA. PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association — Международная ассоциация плат памяти персональных компьютеров) объединяет более чем 500 компаний, занимающихся производством компьютеров, микросхем, программного обеспечения, поставкой периферийных устройств, разработкой механических деталей и коннекторов и т.д. Их основная цель — создание и внедрение адаптеров размером в кредитную карточку для портативных компьютеров. JEIDA (Japanese Electronic Industry Development Association — Японская ассоциация развития электронной промышленности) была основана в 1958 году в качестве некоммерческой организации для обеспечения роста японской экономики путем стимулирования развития электронной промышленности. Стандарт PC Card определяет 68-контактный интерфейс между периферийной платой и разъемом PC Card в портативном компьютере. Существует три стандартных размера PC Card: типа I, типа II и типа III. Все адаптеры имеют одинаковую ширину и длину, однако их толщина зависит от типа.

Адаптер типа I имеет наименьшую толщину, равную 3,3 миллиметра, и используется в основном для расширения памяти.

Адаптер типа II имеет толщину 5 миллиметров и предназначен для реализации сетевых плат и плат модемов. Широкий диапазон размеров контроллеров ЛВС, предлагаемый производителями микросхем, позволяет располагать некоторые из них и внутри PC Card типа I. Доступными стали адаптеры, поддерживающие одновременно сеть 10/100 Fast Ethernet и модем.

Адаптер типа III имеет толщину 10,5 миллиметра и самый большой форм-фактор. PC Card типа III используются для реализации контроллеров

двигателей и приводов дисководов. PC Card меньших размеров можно вставить в более узкое гнездо, a PC Card типа III — не всегда.

Стандарт PC Card определяет электрические и механические характеристики, а также архитектуру программного обеспечения для поддержки функции plug-and-play на максимальном числе платформ. Адаптеры PC Card можно вставлять в гнездо и вынимать из него, не выключая питания и не перезагружая систему. В стандарт PC Card, принятый в начале 1995 года, включены три новые особенности:

PC Card работает при напряжении 3,3 вольта (а не при 5 вольтах), увеличивая таким образом ресурс батареи;

обеспечивается управление шиной CardBus;

предусмотрена поддержка DMA (Direct Memory Access — прямой доступ к памяти), что позволяет адаптерам PC Card обмениваться данными друг с другом напрямую, минуя центральный процессор.

Стандарт CardBus, обеспечивая обратную совместимость, не поддерживает прямую. Адаптеры с напряжением 5 вольт можно вставить в разъем нового стандарта. После опроса PC Card будет выполнено переключение на подходящее адаптеру напряжение. Новые PC Card с напряжением 3,3 вольта нельзя вставлять в 5-вольтовые разъемы. Первой технологией ЛВС, поддержавшей стандарт PC Card, была Ethernet, обеспечивающая скорость передачи данных 10 Мбит/с, а затем Token Ring. Предоставив удаленный доступ к корпоративной сети, PC Card нескольких версий, в которых на одной микросхеме размещались адаптеры ЛВС и модема, быстро завоевали рынок. То же произошло и с протоколом Fast Ethernet, когда некоторые ведущие производители PC Card начали продавать платы с портами 10/100 Мбит/с и портом модема, имеющим скорость 33,6 Кбайт/с. Выбирая NIC для портативных компьютеров, убедитесь, что платы производителя соответствуют стандарту CardBus или же что производитель собирается поддерживать стандарт в будущем. Возможности шины PC Card подобны возможностям шины ISA, а шины CardBus — возможностям PCI.

CardBus

Это 32-разрядная версия стандарта PC Card, основанная на архитектуре шины PCI. Она работает при напряжении 3,3 вольта, являющимся идеальным для мобильных компьютеров. Интерфейс CardBus соответствует спецификации локальной шины PCI, однако используется 68-контактный разъем PCMCIA. Существуют возможности изменить конфигурацию компьютера без выключения питания, выполнить динамическое конфигурирование ресурсов и переназначение контактов разъема, необходимое в связи с их небольшим числом.

Стандарт CardBus более приспособлен для обеспечения высокоскоростной связи с ЛВС, например стандарта 100Base-T. Выбирая NIC CardBus, разберитесь, в чем состоит различие между предлагаемыми поставщиком

вариантами, в частности между NIC для сетей 10/100Base-TX, 10/100Base-T4 и NIC на одной микросхеме, имеющими интерфейс с указанной средой и порты модема. При подключении портативных компьютеров к сети Fast Ethernet рекомендуется использовать сетевую плату CardBus.

Режимы передачи по шине

Существуют различные способы передачи данных по шине: DMA, bus mastering DMA, shared memory и programmed input/output.

Direct Memory Access (DMA)

При использовании этого способа карта или NIC сигнализируют центральному процессору о наличии запроса на передачу данных. Когда центральный процессор получает запрос DMA от сетевой платы, он прекращает все другие действия, с тем чтобы управлять передачей данных. В новых NIC этот режим заменен режимом bus mastering DMA.

Bus mastering DMA

При данном методе управления шиной периферийный модуль имеет контроллер DMA, который обычно интегрируется внутрь шинного контроллера. Контроллер DMA использует системную память для размещения, передачи и приема пакетов напрямую, минуя центральный процессор. Имея прямой доступ к системной памяти, он осуществляет контроль над ней. Контроллер DMA освобождает центральный процессор от управления циклами чтения/записи и передачей блоков данных по шине.

Контроллеры Fast Ethernet с самого начала могли управлять шиной и имеют на плате локальную буферную память FIFO. Эта память может быть внешней по отношению к контроллеру, что повысит стоимость модуля, либо интегрирована в шинный контроллер устройства. Сетевыми устройствами память FIFO используется для буферизации полученных из ЛВС данных, прежде чем они будут переданы по шине в системную память. Контроллер DMA обеспечивает гарантированный доступ к системной памяти для эффективной передачи пакетов.

Объем буфера FIFO должен быть достаточным для того, чтобы разместить без потерь пакеты, полученные при максимальной скорости передачи по сети, в то время как контроллер DMA управляет доступом к шине. Небольшой по объему буфер быстро переполняется, входные пакеты теряются и должны быть вновь переданы пославшим их у алом. Производительность всей сети в таком случае, естественно, снижается.

С помощью PCI-контроллеров Fast Ethernet объем FIFO можно изменять программно. Эта особенность позволяет драйверу привести объем FIFO в соответствие с доступностью системной шины ввода/вывода и таким образом обеспечить максимальную пропускную способность системы. Доступ к шине PCI благодаря ее архитектуре гарантирован, что выгодно отличает данную

шину от шины ISA. Работа сети Fast Ethernet на адаптерах для шины ISA не желательна.

Shared memory

При использовании разделяемой памяти (shared memory) механизм DMA не задействуется и передача данных между системной памятью и разделяемой, или локальной, памятью на плате осуществляется центральным процессором. Этот прием известен также как передача данных с промежуточным накоплением. Пока системный процессор управляет обменом данных между основной памятью и локальной памятью на плате, никаких других задач он не выполняет. Это приводит к увеличению коэффициента использования процессора и снижению пропускной способности узла, а это не то, что требуется от сетевого адаптера. Сетевые адаптеры, в которых используется архитектура передачи данных с промежуточным накоплением, дешевле, чем основанные на DMA, однако их способность управлять временем ожидания системы и справляться с резкими всплесками трафика без потери пакетов сомнительна. Адаптеры с разделяемой памятью трудно устанавливать, они могут вызывать конфликты, особенно если NIC пытается использовать разделяемую память одновременно с другими устройствами.

Programmed input/output (PIO)

Обмен данными в режиме программируемого ввода/вывода (РЮ) между системной памятью и буферной памятью адаптера контролируется центральным процессором со стороны системы и специальным процессором на плате со стороны NIC. Каждый сеанс обмена происходит через регистр и один и тот же блок памяти. Два процессора взаимодействуют между собой по схеме прерываний ввода/вывода, сигнализируя другой стороне о готовности читать или записывать данные. В режиме РЮ используется меньший объем памяти, чем при других способах обмена, однако пропускная способность при этом не высока.

Другие функииональные возможности аппаратного обеспечения

Предлагаемые разными поставщиками NIC Fast Ethernet часто различаются способом использования одних и тех же наборов микросхем. Но не все NIC, использующие один и тот же набор, имеют одинаковые функциональные возможности. Сетевые платы некоторых производителей обладают просто уникальными функциями.

Физический интерфейс между набором микросхем NIC и коннектором MDI, т.е. то, что называется PHY, относится к наиболее важным элементам в конструкции NIC. Критической частью PHY является PMD (Physical Layer Medium Dependent — подуровень физического уровня, зависящий от среды передачи), где происходят изменение формы сигнала и фильтрация, обычно

при помощи интегрированного фильтра и магнитных преобразователей. Такого рода устройства изготавливаются несколькими хорошо известными компаниями. Успех или неудача компании, производящей NIC, может зависеть не от набора микросхем или надежности драйвера, а от быстродействия, качества и отказоустойчивости магнитных составляющих. При выборе поставщика NIC очень важно разобраться в наборе задействованных им микросхем и магнитных компонентов. Поставщики NIC должны иметь документацию, удостоверяющую, что каждый элемент PMD, использованных в их плате, проверен и аттестован на допустимый уровень электромагнитного излучения в FCC (Federal Communications Commission — федеральная комиссия по связи), а его электрические сигналы, физические соединения и протоколы, зависящие от среды, удовлетворяют требованиям спецификации IEEE 802.3u.

Если вы покупаете несколько сетевых плат Fast Ethernet, то требовать у поставщика подробную информацию о них не обязательно. Большинство ведущих производителей NIC для Fast Ethernet, и в частности фирма Compaq, проверяют все свои платы именно указанным образом. Тем не менее, если вы покупаете для вашего предприятия большие партии NIC, то получить такие сведения будет не лишним, и даже крупные производители найдут время поговорить с вами. Если же продавец предоставляет вам эту информацию неохотно, поищите необходимое в другом месте.

Еще одним дополнительным компонентом аппаратуры NIC является светодиодный индикатор (LED), видимый с обратной стороны компьютера. LED могут использоваться для индикации передачи данных по линии и активности связи. Они очень полезны во время настройки сетевого оборудования, а также при выходе сети из строя, для поиска неисправностей в оборудовании. Индикаторы обеспечивают индикацию состояния NIC без открытия крышки компьютера. По этой причине крупные покупатели NIC часто заказывают внешние индикаторы.

Лвухскоростные NIC

Многие NIC для Fast Ethernet поддерживают стандарты 10Base-T Ethernet и 100Base-TX на одной плате. К тому же они, как упоминалось ранее, имеют два уровня PHY —— для Ethernet и Fast Ethernet. Такие NIC часто называются адаптерами 10/100 и могут сами автоматически определять конфигурацию сети. Режим подключения сетевых плат к повторителю (10Base-T или 100Base-TX) зависит от типа последнего.

Использование адаптеров Fast Ethernet 10/100 в вашей сети может значительно облегчить переход от технологии Ethernet к Fast Ethernet. Часто именно установка таких адаптеров становится первым к тому шагом. Они хорошо работают и с локальной сетью 10Base-T, позволяя произвести установку сети Fast Ethernet без прерывания сетевого обслуживания пользователей до задействования новых повторителей и переключателей и укладки кабеля категории 5. После того как новое оборудование Fast Ethernet будет установлено, проверено и запущено, можете переводить пользователей с

оборудования lOBase-T на новое без прерывания сетевого обслуживания. NIC 10/100 относительно недорогие ——обычно их цена лишь на несколько долларов выше, чем у NIC, рассчитанных только на скорость работы 100 Мбит/с. Довольно часто сумма, сэкономленная за счет упрощения перехода на новую сетевую технологию, превышает затраты на двухскоростные NIC, поэтому очень легко убедить начальство покупать именно такие платы.

Автораспознавание

Большинство из имеющихся в продаже на сегодняшний день адаптеров Fast Ethernet рассчитаны на скорость 10/100 Мбит/с. Они являются идеальным вариантом для пользователей, которые устанавливают новые адаптеры в сети с пропускной возможностью 10 Мбит/с, но хотят в ближайшем будущем перейти на скорость 100 Мбит/с. Покупателям двухскоростных адаптеров рекомендуется также приобрести автораспознающий драйвер и обеспечить поддержку автосогласования, что значительно облегчит такой переход.

Поддержка автосогласования в NIC, концентраторах и переключателях позволяет этим устройствам обмениваться информацией о способности работать с различной скоростью. Каждый узел автоматически согласовывает с портом концентратора или переключателя наивысшую скорость передачи данных, которую он может обеспечить, а затем автоматически переходит на эту скорость. Определение скорости работы двухскоростных NIC, концентраторов и переключателей также производится автоматически. Использование в сети двухскоростных устройств предполагает, что сеть будет сконфигурирована для работы на максимальной скорости, автоматически согласованной между узлами и портами концентраторов и переключателей. Более подробно вопросы автосогласования обсуждаются в приложении Г.

Цель использования протокола автосогласования в концентраторах и переключателях ——сигнализация узлам о том, поддерживают ли данные устройства полнодуплексный режим и на каких портах. Если NIC, соединенные с этими портами, также поддерживают полнодуплексный режим, то они сконфигурируют себя для работы в полнодуплексном режиме. Протокол автосогласования определен для поддержки будущей высокоскоростной передачи данных по Ethernet, он может обеспечить прямую и обратную совместимость по скорости с разрабатываемыми продуктами типа Gigabit Ethernet.

Напряжения шины PCI

Архитектура шины PCI определяет возможность использовать напряжение в 5 вольт, 3,3 вольта и универсальное напряжение. Почти все имеющиеся в продаже NIC рассчитаны на напряжение в 5 вольт. Архитектура шины PCI предусматривает поддержку электрических сигналов величиной 3,3 вольта, 5 вольт и универсального, но при этом преследуется цель, чтобы почти все

компьютеры использовали как стандартное напряжение в 3,3 вольта. Это необходимо для экономии энергии и продления времени работы портативных компьютеров от батарей.

Спецификация шины PCI предусматривает также и поддержку универсального варианта. Интерфейсные платы, вставляемые в разъем шины PCI, подключаются к источниками напряжения в 3,3 и 5 вольт. Механическая конструкция шинного разъема NIC должна обеспечивать эту особенность при помощи механических ключей. Механические ключи, используемые в шинном разъеме PCI, таковы, что плата на 5 вольт может быть вставлена в разъем шины PCI, предназначенный только для плат на 5 вольт. NIC с универсальным шинным интерфейсом можно вставлять в разъемы PCI на 5 вольт, на 3,3 вольта и в универсальный. Конструкция шинного интерфейса NIC для шины PCI также должна поддерживать тот тип разъема PCI, в котором можно использовать модуль (рис. 9.3).

Рис. 9.3. Универсальный разъем шины PCI

Управление энергопотреблением NIC

Миллионы компьютеров, используемых как в производственных, так и в домашних условиях, ежедневно создают большую нагрузку на электрическую сеть. Выделение компьютерами и другим офисным оборудованием значительного количества тепла вызывает необходимость в системе охлаждения. Компьютеры большинства пользователей остаются включенными на протяжении всего дня. В связи с этим разработчики микросхем и производители персональных компьютеров внедрили концепцию режимов низкого энергопотребления. Компьютер переходит в режим низкого потребления энергии, если он в течение определенного периода времени не функционирует. Этот прием, во-первых, позволил уменьшить количество потребляемой устройствами энергии, а во-вторых, оказал положительное влияние на системы, охлаждающие оборудование во время работы.

Новые требования к оборудованию, определенные в руководстве по проектированию аппаратного обеспечения РС'97 корпорации Microsoft, описывают функцию "Побудка через ЛВС", которой должны обладать все адаптеры NIC, выпущенные после января 1998 года. Разработанная концепция под названием "волшебный пакет" получила поддержку в компьютерной и сетевой промышленности. Идея волшебного пакета состоит в том, что компьютер включается при получении через ЛВС так называемого волшебного кода. Требуется, чтобы эта способность была воплощена как в NIC, так и в материнских платах. Аппаратное обеспечение сетевых плат предусматривает дополнительное физическое соединение с материнской платой, что позволяет ей включить компьютер при получении по сети волшебного пакета.

Эта функция даст возможность системным администраторам дистанционно включать и выключать компьютеры удаленных клиентов во время минимальной нагрузки с целью обновить программное обеспечение, собрать статистику и т.п. Интерфейс шины PCI позволяет управлять энергопотреблением. Компьютеры с сетевыми платами, встроенными в материнские платы и поддерживающими волшебный пакет, не нуждаются в дополнительном электрическом соединении между NIC и основной материнской платой. Такая связь уже предусмотрена компоновкой материнской платы.

Среда передачи

Три варианта среды передачи в стандарте Fast Ethernet позволяют проявить большую гибкость при выборе подходящей для ваших приложений NIC. Размещение клиента и сервера влияет на интерфейс среды, требуемый сетевой платой. Серверы обычно располагаются недалеко от концентратора или переключателя, а клиентские рабочие станции бывают разбросаны по этажу здания. NIC сервера уровня рабочей группы чаще всего должен поддерживать среду 100Base-IX или 100Base-T4.

На уровне рабочей группы в здании могут параллельно использоваться кабели категорий 3 и 5. Если все они имеют категорию 3, то для связи с сервером потребуются NIC и концентраторы 100Base-T4; если все кабели имеют категорию 5, то потребуются NIC и концентраторы 100Base-TX. Выбор интерфейса среды сетевой платы для клиентских рабочих станций зависит только от типа кабеля, используемого в офисе: NIC 100Base-T4 для кабеля UTP категории 3 и NIC 100Base-TX для кабеля UTP категории 5. Если применяемые в пределах офиса кабели не соответствуют друг другу по каким-то параметрам, то наиболее безопасным вариантом является использование NIC 100Base-T4, Большинство крупных производителей выпускают сетевые платы, рассчитанные на различные типы шин, сред и приложений.

Интерфейсы, не зависящие от среды

Спецификация 802.Зи определяет МП (Media-Independent Interfaces — интерфейсы, не зависящие от среды), внешние по отношению к NIC и портам концентратора или переключателя. МП являются хорошо определенными электрическими и механическими интерфейсами между MAC 100Base-T и различными PHY, которые могут быть внутренними или внешними по отношению к NIC, портам концентратора или переключателя. Он позволяет проектировщикам NIC, концентраторов и переключателей разрабатывать и выпускать изделия, независимые от PHY. МН может быть встроен в сетевую плату, и в этом случае компоненты PHY располагаются в NIC, в портах концентратора или переключателя. Если конструкция NIC поддерживает внешний МП, то компоновка модуля будет отличаться от компоновки стандартной NIC, что обеспечит возможность подключения внешнего МП к предназначенному для него электрическому соединению на плате. МП определяет логический интерфейс, способный передавать сигнал на расстояние не более 0,5 м через 40-контактный разъем, подобный разъему SCSI. Если в вашей сети используется NIC, концентратор или переключатель с внешними PHY, то для определения наихудших значений времени задержки в данном сегменте необходимо учитывать при вычислениях и длину кабеля МП, равную 0,5 м (рис. 9.4).

Разъем MDIРазъем MDI0.5 М0.5 МПриемопередатчикЗагрузочное100Base-TПЗУПриемопередатчикЗагрузочное100Base-TПЗУКонтроллер | шины PCI разъемКонтроллер | шины PCI разъемшины PCIшины PCIРис. 9.4. NIC с внешним МП и кабелем МПРис. 9.4. NIC с внешним МП и кабелем МП

Разъем MDI

Разъем MDI

0.5 М

0.5 М

ПриемопередатчикЗагрузочное

100Base-TПЗУ

ПриемопередатчикЗагрузочное

100Base-TПЗУ

Контроллер | шины PCI разъем

Контроллер | шины PCI разъем

шины PCI

шины PCI

Рис. 9.4. NIC с внешним МП и кабелем МП

Рис. 9.4. NIC с внешним МП и кабелем МП

Используя внешние уровни PHY, системный интегратор может применить NIC, концентраторы или переключатели с различными PHY для поддержки инфраструктуры своей кабельной среды. МП является открытым стандартом, гарантирующим совместимость аппаратного обеспечения различных компаний. Он позволяет разработчикам и производителям персональных компьютеров создавать серверы и клиенты с заранее установленными NIC, а

затем модифицировать платформу для удовлетворения спецификациям среды конечного пользователя. Внешние PHY МП используются не только на платформах клиента и сервера, но и в маршрутизаторах, переключателях и оборудовании глобальных сетей. Из-за наличия дополнительных механических соединений NIC с внешними PHY дороже интегрированных (рис. 9.5).

Рис. 9.5. Сетевая плата для шины PCI с внешним PHYРис. 9.5. Сетевая плата для шины PCI с внешним PHY

Рис. 9.5. Сетевая плата для шины PCI с внешним PHY

Рис. 9.5. Сетевая плата для шины PCI с внешним PHY

Функииональные возможности NIC

Функциональные возможности различных NIC клиента и сервера перечислены ниже.

Среда STPКВолоконно-Нетоптическая средаСреда STPКВолоконно-Нетоптическая средаСреда UTPСреда UTPс с сс с сс сс ссст е к нт е к нетнетнкнекнеетнетн

Среда STPК

Волоконно-Нет

оптическая среда

Среда STPК

Волоконно-Нет

оптическая среда

Среда UTP

Среда UTP

с с с

с с с

с с

с с

с

с

т е к н

т е к н

ет

н

ет

н

кне

кне

ет

н

ет

н

Функциональная Шина ISA Встроенные NIC Шина PCI

PC Card

CardBus

возможность

Двойной порт

Нет

Нет

С

Нет

Нет

Загрузочное ПЗУ

К

Нет

К

Нет

Нет

Управление

Нет

К/С

К/С

Нет

К

энергопотреблением

Обычный порт К

Примечание: К — клиент, С — сервер.

с к/с к/кк

с к/

с к/

к

к

Сертификация аппаратного обеспечения

Все адаптеры NIC обязаны иметь сертификат FCC как минимум класса А. Он удостоверяет, что данный продукт удовлетворяет требованиям части 15 стандарта FCC на допустимое электромагнитное излучение и может использоваться в бизнесе, не оказывая электромагнитного влияния на другое оборудование, в частности на сердечные стимуляторы, телевизоры и телефоны. Для удовлетворения запросов растущей индустрии малых и домашних офисов производители NIC сейчас сертифицируют свою продукцию на совместимость с требованиями класса В стандарта FCC. Этот стандарт устанавливает совместимость продукта с требованиями безопасности при использовании его дома.

Другим необходимым требованием является совместимость с СЕ (Certification European —— европейская сертификация), требованиями к электронной продукции, предназначенной для продажи на европейском рынке. Каждая NIC, сертифицированная на совместимость с требованиями класса В стандарта FCC, имеет идентификационный номер, присвоенный FCC. Тип сертификации и уникальный номер указываются на видном месте платы (наносится методом травления или трафаретной печати). NIC, предназначенные для работы с волоконно-оптическим кабелем, FCC не рассматривает как компьютерную периферию, потому что оптическое волокно не излучает и не поглощает электромагнитного излучения. По этой причине на NIC такого типа номер FCC отсутствует. Для таких сетевых плат FCC согласилась использовать термин совместим с классом А или В FCC. Продукции, продающейся в Европе, присваивается марка СЕ.

В Германии, Японии и Канаде на NIC требуется дополнительная сертификация, и если вы продаете сетевые платы или другие сетевые продукты в эти страны, позаботьтесь о совместимости. Для получения подробных сведений о требуемой в конкретном регионе сертификации лучше всего обратиться в местное или национальное агентство FCC. Как правило, производители NIC и сетевого оборудования указывают в прилагаемой документации и рекламных материалах, какими сертификатами обладает их продукция.

гддлд л©

Создание кабельной системы

Процесс создания кабельной системы включает выбор кабельного оборудования, его физическое размещение, монтаж и установку оконечных сопротивлений (терминаторов) на концах кабелей. Качество кабельной системы оказывает большое влияние на надежность и гибкость имеющихся и будущих сетей.

Первым требованием к структуре кабельной системы является возможность перемещения оборудования и роста сети. Кадровые и другие изменения внутри компании ежегодно приводят к физическому перемещению свыше 50% пользователей и оборудования. Целесообразно, чтобы в случае увеличения числа компьютеров внутри групп и количества персонала сеть могла расширяться без повторной прокладки кабеля.

Сети создаются физически, когда активные и пассивные устройства соединяются вместе структурированной кабельной системой. Активными устройствами являются узлы, переключатели и маршрутизаторы; пассивными — коннекторы, терминаторы и пассивные повторители. Хорошо спроектированная, структурированная кабельная инфраструктура не зависит от обслуживаемого оборудования и запускаемых приложений.

Структурированная сеть по своей инфраструктуре похожа на автомобильную магистраль, по которой между различными городами передвигаются разные потоки машин. Качество, надежность и простота эксплуатации таких дорог делает передвижение по ним более эффективным. Метод доступа и скорость движения определяются не дорогой, а другими факторами. Аналогично, хороший проект и удачная структура сети являются основой для надежной и гибкой ее работы, позволяют сетевым администраторам легко вносить изменения, сводя к минимуму неудобства для пользователей.

Планирование структурированной сети

Структурированная сеть создает идеальную платформу для перехода от уже имеющих сетей к высокоскоростным типа Fast Ethernet, FDDI, ATM

или Gigabit Ethernet. Как только элементы сетевой инфраструктуры размещены, любое существенное изменение в архитектуре сети или типе среды обойдется очень дорого и приведет к значительному снижению производительности. Поэтому при проектировании кабельного оборудования важно тщательно проанализировать требования к отдельным участкам сети, спланировать рост количества и квалификации пользователей, предусмотреть возможность управления приложениями, требующими широкой полосы пропускания. Мы рекомендуем процесс планирования, проектирования и внедрения структурированной кабельной системы проводить в три этапа.

Первым шагом является изучение зоны размещения сети. При этом определяются потребности пользователей и типы запускаемых в сети приложений, планируемый и внеплановый рост количества оборудования, частота перемещений, добавлений и удалений компонентов. При обзоре зоны должны быть определены требования к пространству, в котором будут размещены компоненты сети, оборудованию и заземлению, рассчитан размер сети, оговорены меры безопасности.

На этапах планирования и проектирования должны быть созданы подробные схемы прокладки кабеля с указанием количества точек подсоединения в каждом офисе, мест подключения терминаторов и мест физического расположения распределительных шкафов и аппаратных комнат. На этапе планирования должны быть также учтены требования пожарной безопасности и техники безопасности, местные ограничения на перепланировку здания, влияние оборудования на здание, а также возможность структурных изменений. Используемые при проектировании кабели и оборудование должны удовлетворять местным и национальным требованиям, а также требованиям технического надзора.

На этапе прокладки и сертификации кабелей необходимо убедиться, что они удовлетворяет требованиям стандарта и соответствующей спецификации. Установленное кабельное оборудование должно удовлетворять стандарту 568 EIA/TIA (Electronic Industries Association/Telecommunication Industries Association ——ассоциации электронной промышленности/ассоциации телекоммуникационной промышленности) для коммерческих зданий. Этот стандарт определяет нормативные требования в отношении:

опорной сети группы зданий;

промежуточной опорной сети;

горизонтальной подсистемы с телекоммуникационным шкафом;

топологии среды;

терминаторов и коннекторов;

типа сетевой среды (волоконно-оптический кабель, медный кабель);

технического обслуживания и администрирования кабельного оборудования.

Обзор зоны размещения сети

Обзор зоны размещения сети заключается в создании плана здания, определении его расположения по отношению к другим зданиям, установлении месторасположения оборудования, которое будет подключено к сети. При планировании сети важно определить, имеется ли в существующей кабельной системе достаточно места для размещения кабелей новой сети, а в случае первичной установки сети — имеется ли достаточно места для размещения компонентов сети или же существуют какие-то физические ограничения.

Цель такого обзора ——документирование имеющихся ограничений и требований к сети, а также определение факторов, непосредственно влияющих на процесс планирования. Обзор зоны производится подрядчиком, который будет устанавливать сеть, и не является чисто техническим мероприятием, так как требует учета административных, правовых и даже политических факторов. Например, выбор типа используемого кабеля, подрядчика и приемщика работ часто определяется тем, является ли здание собственностью компании или же оно арендуется.

Обзор зоны подразумевает также необходимость определить некоторые детали этапа прокладки кабелей, в частности такие, как месторасположение коробов, стояков, распределительных щитов, мест с повышенной температурой, а также учесть ограничения на влажность и требования к противопожарной безопасности. Все это отображается на плане здания.

Необходимо также рассмотреть требования установленного оборудования к мощности источников питания и качеству заземления. Если сеть масштаба студенческого городка размещается в нескольких зданиях, то различия в заземлении и питании разных зданий часто приводят к непредсказуемому поведению сети. Одним из способов предупреждения таких явлений является использование для связи между зданиями волоконно-оптического кабеля.

Этап планирования и проектирования

На этапе планирования данные, собранные при обзоре зоны, сопоставляются с нормативами, определенными в стандартах на структурированные кабельные системы EIA/TIA 568 и в спецификации на среду передачи Fast Ethernet. Результатом такой работы должен стать план сети, на который наносятся данные, полученные во время обзора зоны и выбранные из спецификаций. План сети должен быть достаточно подробным и содержать нормативные показатели, с тем чтобы подрядчики могли успешно провести ее установку б заданном месте при минимальном контроле.

Прокладка u сертификация кабеля

При проектировании нового кабельного оборудования имеется большая свобода выбора типа кабеля для горизонтальной и вертикальной прокладки. Для горизонтальной прокладки рекомендуется использовать исключительно кабель UTP категории 5 и по крайней мере один кабель, содержащий волоконно-оптические пары, если позволяет бюджет. Волоконно-оптический кабель обеспечивает широкую полосу пропускания для "жадных'1 на нее приложений, которые в будущем придут на настольные системы, такие как системы обработки видеоданных, графических изображений для медицинских целей, обслуживания видеоконференций и другие.

Использование кабеля категории 5 является необходимым минимумом для настольных систем. Прокладка кабеля должна осуществляться профессионалами в соответствии с требованиями стандарта EIA/TIA 568. Во время прокладки кабель нельзя дергать или сильно натягивать, нельзя резко изгибать или перекручивать, поскольку это может привести к физическим изменениям, в частности к изменению электрического сопротивления, т.е. повлиять на работу всей кабельной системы.

Сертификация кабельной системы

Проверка и сертификация кабеля производится после его прокладки, но до завершения контракта. Сертификация кабельного оборудования является способом проверки производительности сети, а также качества установки кабеля и сетевого оборудования. Причем сертификация кабельного оборудования не ограничивается сертификацией ра спреде лител ьно го шкафа, а распространяется на все кабели и другие элементы сети. При использовании старого кабеля UTP категории 3 произвести сертификацию кабельного оборудования было проще из-за более низких требований к его параметрам. В отношении кабеля UTP категории 5 и волоконно-оптического кабеля правила и нормативы более строгие и специфичные. Поэтому решающими факторами, обеспечивающими успешную прокладку кабелей категории 5 и волоконно-оптического кабеля, как правило, являются квалификация персонала, используемое оборудование и способы концевой заделки кабеля.

На рынке имеется много хорошо калиброванных и малогабаритных контрольно-измерительных приборов, предназначенных для сертификации. С помощью этих достаточно совершенных устройств можно измерить длину кабеля, перекрестные искажения на ближних и дальних концах, электрическое сопротивление и коэффициент затухания; обнаружить основные дефекты монтажа, такие как скрещенные пары, обрывы и короткие замыкания. В зданиях, где кабель STP доходит до рабочих мест, как в случае оборудования Token Ring, на концах кабелей должны быть установлены разъемы RJ45, поскольку существует очень мало адаптеров и другого оборудования Fast Ethernet с разъемами DB9.

Топология кабельной системы

Кабельный стандарт EIA/TIA для коммерческих зданий рекомендует использовать трехъярусную структуру типа звезда, спроектированную с учетом возможности применения кабелей в сетях топологии кольцо, звезда и шина. В хорошо спроектированной структурированной кабельной системе можно легко обнаружить все три структуры. Проект кабельной системы должен предусматривать возможность конфигурирования сети по топологии звезда, шина или кольцо путем использования заглушек и перемычек в распределительном шкафу.

Для соединения сетевой аппаратуры, в частности повторителей, концентраторов, переключателей, маршрутизаторов, серверов и рабочих станций, и формирования функционирующей сети применяется трехуровневая схема конфигурации кабелей. Использовать все три уровня в каждой сети не обязательно, однако их наличие означает хорошо спроектированную структурированную сеть. Этими тремя уровнями являются:

горизонтальная разводка;

вертикальная магистральная разводка;

разводка между зданиями.

Элементы проектирования структурированных кабельных систем

Кабельный стандарт EIA/TIA для промышленных зданий рекомендует упомянутую трехуровневую схему для обеспечения максимальной гибкости при конфигурировании сети и возможных изменениях. Такая схема предусматривает горизонтальную и вертикальную разводку кабеля внутри зданий, а также разводку между зданиями. В хорошо спроектированной структурированной кабельной системе выделяются несколько базовых элементов (рис. 10.1), Шестью основными элементами такой системы являются:

ввод в здание;

аппаратная;

распределительный шкаф;

вертикальный опорный кабель;

горизонтальные кабели;

рабочая область.

Распределительный шкафРаспределительный шкафРаспределительный шкафРаспределительный шкафВертикальная разводка кабеляВертикальная разводка кабеляАппаратнаяАппаратнаяРис. 10.1. Структурированная кабельная системаРис. 10.1. Структурированная кабельная система

Распределительный шкаф

Распределительный шкаф

Распределительный шкаф

Распределительный шкаф

Вертикальная разводка кабеля

Вертикальная разводка кабеля

Аппаратная

Аппаратная

Рис. 10.1. Структурированная кабельная система

Рис. 10.1. Структурированная кабельная система

Ввод в здание

Это место, где в здание входят внешние кабели из другого здания или находится аппаратура сопряжения с внутренней опорной сетью. Этот интерфейс обычно расположен внутри аппаратной и представляет собой разделочный блок

для кабеля или маршрутизатор, являющийся одним из интерфейсов между оборудованием ЛВС и глобальной сетью. Тип кабеля, используемого внутри здания, обычно специфичен для него, причем связывание зданий почти всегда осуществляется при помощи многомодового волоконно-оптического кабеля. Основными его преимуществами являются устойчивость к электромагнитным помехам и возможность передачи сигналов на большие расстояния.

Остальные кабели, находящиеся на вводе б здание, обычно связывают его с глобальной сетью. Глобальная сеть может быть частной или же общедоступной телефонной сетью, другой коммуникационной средой (например, спутниковой связью, сверхвысокочастотной связью или выделенной телефонной линией). Компании и деловые круги, имеющие офисы в разных городах страны или за рубежом, должны связать их воедино для обмена и доступа к данным, необходимым для ведения деловых операций. Связь б таком случае осуществляется через глобальную сеть. Для соединения локальной и глобальной сетей на вводе б здание требуется специальное оборудование, выбор которого зависит от используемой среды передачи.

Аппаратная

Аппаратная является закрытой зоной, доступ в которую разрешен только основному персоналу — администратору сети и сотрудникам отдела информационных систем, отвечающим за ее работу. Тип оборудования и компоновка аппаратной определяются стандартом EIA/TIA 568, который содержит нормативы на размещение и монтаж стеллажей с оборудованием, кабельных коробов, источников электропитания и освещения, а также на тип и спецификацию кабеля. Оборудование, находящееся в аппаратной, включает серверы, источники бесперебойного питания, а также коммутационные устройства. Некоторые или все функции распределительного и телекоммуникационного шкафов могут выполняться внутри аппаратной.

Распределительный шкаф

Распределительный, или коммуникационный, шкаф ——это место в здании, где содержится оборудование сетевой кабельной системы и куда сходятся все кабели из офисов рабочей области этажа. Кабельные соединения из других этажей или зданий также заканчиваются в распределительном шкафу. Кабели, входящие б распределительный шкаф, подключаются к повторителям, концентраторам, переключателям и маршрутизаторам, формируя сеть. Распределительный шкаф является центральным пунктом, "перекрестком*', откуда имеется доступ как к горизонтальной разводке здания, так и к вертикальной опорной разводке, проходящей через аппаратные на каждом этаже.

Разделочные (punch-down) блоки используются для подключения концов кабелей, входящих в распределительный шкаф. С помощью специального

пружинного ручного инструмента экранированный провод запрессовывается или заталкивается между тисками несъемного зажима, б результате чего зажим счищает его внешнюю изоляцию, обеспечивая электрический контакт с проводом. Подобные разделочные блоки много лет использовались телефонными компаниями и именно там их "позаимствовали" распределительные шкафы ЛВС. Более старые блоки категории 3 предназначались для подключения 25-парных жгутов провода, но они не подходят для кабельных систем 100Base-TX. Важно знать, какие блоки использованы в вашем кабельном оборудовании и для новой или модернизации имеющейся сети всегда выбирать блоки категории 5.

В распределительном шкафу применяются специальные соединители, или перемычки, которые позволяют легко переконфигурировать сеть без повторной прокладки кабелей и перемещения оборудования. Кабели перемычек заканчиваются штекерами RJ45 и обеспечивают легкую переконфигурацию соединений между различными портами сети. И при установке, и при модернизации существующей сети все перемычки необходимо выполнять кабелем категории 5 (рис. 10.2).

Рис. 10.2. Сетевая аппаратная

Элементы распределительного шкафа

Кабели вертикальной и горизонтальной разводок всегда пересекаются б распределительном шкафу, имеющемся на каждом этаже здания. Для соединения всех кабелей и подключения узлов предусмотрено специальное оборудование. Его основными компонентами являются сетевые повторители,

концентраторы, переключатели и маршрутизаторы. Дополнительно б распределительном шкафу может размещаться телефонное оборудование или офисная АТС. Для обеспечения высокой степени надежности и защиты сети от аварий из-за ударов молнии или падения уровня сетевого напряжения оборудование распределительного шкафа должно по возможности питаться от источника бесперебойного питания.

Системы распределения кабелей

В больших сетях распределительный шкаф обычно находится внутри аппаратной вместе с серверами, источниками бесперебойного питания и другим оборудованием. В связи с ростом количества кабелей, входящих б аппаратную, и соответствующих коммутируемых соединений для их монтажа и поддержания работоспособности должно использоваться специальное оборудование. Для разводки кабелей предназначены кабельные коробки, кабелепроводы (короба) и другие маршрутизирующие механизмы. Основными типами оборудования, используемого при монтаже и эксплуатации кабельной системы, являются:

подвесные кабельные короба;

кабелепроводы;

фальшполы.

Самым подходящим и доступным методом ввода кабелей б распределительный шкаф считается использование кабельных коробов. Обычно их подвешивают под потолком или располагают между подвесным и обычным потолками. Кабели легко поместить или удалить из этих коробов, которые очень эффективны при необходимости расположить кабели вне рабочей области и не на полу.

Кабелепроводы обычно размещаются под полом или б стояках между этажами. Они не так доступны, как кабельные короба, и используются для ввода кабелей б распределительный шкаф или как стояки, ведущие к другим распределительным шкафам на смежных этажах.

Самый дорогой метод прокладки кабелей ——применение фальшполов, представляющих собой металлические решетки над полом здания, на которые уложены убирающиеся панели. Фальшполы используются б основном б компьютерных или тестовых лабораториях, где сосредоточено большое количество компьютеров и другого оборудования и суммарная длина кабелей, связывающих эти устройства, может составлять несколько километров. Фальшполы очень практичны, однако их установка стоит достаточно дорого. Панели с помощью пневматического захвата легко снимаются при проведении регламентных работ или прокладке новых кабелей. Фальшпол требует наличия в каждой двери пандуса, ведущего к внешнему корвдору.

Маркировка кабеля

Все линии связи ЛВС должны быть четко обозначены метками (этикетками) на гнездах, шкафах и панелях. Эти метки нужно создавать с использованием компьютеризованной системы маркировки и управления кабельной системой. Обычно они изготавливаются отделом телекоммуникаций или субподрядчиком, поставляющим кабели, и помещаются на гнездах, панелях и блоках всех линий связи ЛВС. Такие метки должны четко идентифицировать место подключения каждого штекера RJ45, а также обозначать панели внутри распределительного шкафа. Каждая перемычка внутри распределительного шкафа обозначается тремя номерами, которые присваиваются ей отделом телекоммуникаций, а именно:

идентификатором шкафа;

идентификатором панели;

идентификатором гнезда.

Каждое гнездо RJ45 маркируется так, как показано ниже. Этикетки изготавливаются, выдаются и регистрируются отделом телекоммуникаций.

ИдентификаторИдентификаторИдентификаторМетка

шкафапанелигнезда

1924L030251924L:03:025

Номер 1924L указывает на шкаф; 03 обозначает конкретную панель или блок внутри шкафа, а 025 ——гнездо RJ45 данной панели. Порядок нумерации гнезд не важен, но маркируются они последовательно, б восходящем порядке. Во время ^установки и ввода в действие распределительного шкафа и структурированного кабельного оборудования должны соблюдаться все требования техники безопасности и противопожарной безопасности.

Компоновка распределительного шкафа

Все оборудование распределительного шкафа должно иметь стандартную конструкцию и размещаться на стандартных 19-дюймовых стеллажах типа RETMA или NEMA. В распределительном шкафу должно находиться только оборудование, предназначенное для информационного обслуживания, например концентраторы, маршрутизаторы, переключатели и т.д., но такие компоненты, как серверы и рабочие станции, здесь размещать не рекомендуется. (Кроме того, большинство распределительных шкафов не снабжены кондиционерами и источниками питания, необходимыми для компьютерного оборудования.) Все оборудование должно быть смонтировано на стеллажах или прикрепленных к стенам стандартных полках. При проектировании кабельной структуры для нового здания или модернизации существующей необходимо определить, как будут расположены распределительные шкафы и серверные комнаты.

Содержание распределительного шкафа

Распределительные шкафы необходимо содержать в чистоте и порядке и ни в коем случае не применять их для хранения неиспользуемого оборудования, запасных кабелей, средств уборки и другого снаряжения, не связанного с коммуникациями. Разводка кабелей должна быть аккуратной, без свободных концов. Кабели ЛВС следует четко маркировать и отделить от телефонных и других кабелей.

Источники бесперебойного питания

Сеть считается настолько надежной, насколько надежно ее слабейшее звено. Одной из основных причин ее неустойчивости является выход из строя из-за бури или молний системы питания. Всплеск напряжения питания или его полное исчезновение плохо скажутся на работе сети, но вы сможете перезагрузить систему, если пользуетесь рабочей станцией. В случае же выхода из строя сервера перезагрузка системы не вернет вас в сеть. Скорее всего, сервер будет нуждаться в реконфигурации. Данные должны быть восстановлены, программы инсталлированы заново, а все пользователи, нуждающиеся в доступе к серверу, вероятнее всего, будут простаивать.

Особое место среди самого важного оборудования распределительного шкафа и аппаратной занимают источники бесперебойного питания. Они способны обеспечивать оборудование питанием во время всплесков напряжения, ударов молнии или при исчезновении питания. Если сервер остался в строю, то пользователям рабочих станций не составит труда перезагрузить свои системы, связаться с сервером и продолжить работу. Исчезновение питания сервера — серьезная и дорогая поломка, приводящая к повреждению оборудования и потере производительности, особенно когда тысячи сотрудников часами простаивают без дела.

Опорная разводка

Кабель, проложенный от распределительного шкафа до места пересекающегося соединения кабелей или между местами пересекающихся соединений, называется вертикальным опорным. При прокладке опорной сети обычно применяют кабель UTP категории 5 или волоконно-оптический кабель. Волоконно-оптический кабель рекомендуется использовать в первую очередь для установления связи между зданиями, а также между распределительными шкафами. Основные причины, по которым для указанных целей рекомендуется использовать именно такой кабель, если основной распределительный шкаф с маршрутизаторами находится на первом этаже,— это его большая допустимая длина и устойчивость к электромагнитным помехам.

Горизонтальная разводка

Часть кабеля, проходящего от настенных коннекторов к оборудованию, называется горизонтальной разводкой, так как большая часть кабеля, проходящего по полу до распределительного шкафа, находится на одном горизонтальном уровне. Длина любого горизонтального кабеля, ведущего от распределительного шкафа до рабочей станции на том же этаже, не должна превышать 100 метров. Длина горизонтального кабеля от разделочного блока в распределительном шкафу до настенного коннектора б офисе не должна превышать 90 метров независимо от типа используемого кабеля. Расстояние между настенным коннектором в офисе и точкой подключения, например, компьютера, не должно превышать 3 метров. Таким образом, для кабелей перемычек в распределительном шкафу остается 7 метров. В качестве горизонтального кабеля б структурированной кабельной системе рекомендуется использовать один из трех указанных ниже кабелей, причем длина любого из них не должна превышать 90 метров:

4-парный 100-омный кабель UTP;

2-парный 150-омный кабель STP;

оптический кабель с волокнами 62,5/125 микрометров.

Целесообразность использования тех или иных компонентов для горизонтальной разводки зависит от конкретного здания и часто определяется типом уже установленного там кабеля. Рассмотрим, из каких компонентов состоит горизонтальная кабельная разводка.

Кабели для горизонтальной разводки

Для горизонтальной разводки используются:

кабель UTP категории 3 и оборудование соединения, обеспечивающие полосу пропускания до 16 МГц;

кабель UTP категории 4 и оборудование соединения, обеспечивающие полосу пропускания до 20 МГц;

кабель UTP категории 5 и оборудование соединения, обеспечивающие полосу пропускания до 100 МГц;

двухпарная экранированная витая пара IBM типа 1А 150 Ом 22 AWG с полосой пропускания до 100 МГц;

многомодовный волоконно-оптический кабель с волокнами 62,5/125 микрометров, две пары на кабель.

Полное сопротивление кабеля UTP категорий 3,4 и 5 составляет 100 Ом ± 15%.

Настенный коннектор

Оборудование, предназначенное для подключения кабеля к настенному коннектору или распределительному шкафу, должно быть той же или более высокой категории, что и кабель. Неиспользуемый остаток кабеля б настенном коннекторе не должен превышать 0,25 дюйма.

Кабели перемычек

Кабели перемычек, применяемые в рабочей области и в распределительном шкафу, должны иметь ту же юти более высокую категорию, чем используемые в горизонтальной разводке. Ограничения на длину кабелей перемычек таковы:

6 метров (20 футов) в распределительном шкафу;

3 метра (10 футов) в рабочей области.

Пересекающиеся соединения

Кабели пересекающихся соединений, используемые внутри распределительного шкафа, должны иметь ту же или более высокую категорию или тип, что и используемые в горизонтальной кабельной разводке. Длина кабеля главного пересекающегося соединения должна быть ограничена 20 метрами (66 футами), а длина кабеля промежуточного пересекающегося соединения —20 метрами (66 футами).

『『『『『『『『<Общая длина соединения 100 метров-><Общая длина соединения 100 метров->Рис. /0.3. Горизонтальная разводка распределительного кабеляРис. /0.3. Горизонтальная разводка распределительного кабеля

『『『『

『『『『

<Общая длина соединения 100 метров->

<Общая длина соединения 100 метров->

Рис. /0.3. Горизонтальная разводка распределительного кабеля

Рис. /0.3. Горизонтальная разводка распределительного кабеля

Рабочая область

Рабочая область простирается от разъема настенного коннектора до оконечного оборудования. Это может быть часть комнаты или комната в офисе. Длина кабеля в рабочей области не должна превышать 3 метров. Кабель в рабочей области должен быть расположен таким образом, чтобы упростить возможное перемещение или замену оборудования. В рабочей области находятся:

оконечное оборудование;

кабель рабочей области;

адаптер NIC узла.

Проектирование системы и кабельная разводка

Прежде чем проектировать сеть, необходимо рассмотреть некоторые дополнительные аспекты. Они чаще всего не связаны ни с оборудованием здания, ни с оборудованием сети и могут рассматриваться одновременно с проведением работ по обзору зоны при проектировании сети.

Безопасность

Информация — это власть, и довольно часто случаются ситуации, когда отдельные люди, компании или даже страны пытаются завладеть определенного рода информацией, с тем чтобы использовать ее для собственной выгоды. Большая часть данных, находящихся в ЛВС любой компании, имеет специфический характер и, как правило, относится к товарам и услугам, которые предоставляются покупателям. Обычно сведения такого рода не представляют интереса для людей, не являющихся сотрудниками данной компании. В каждой организации имеется также информация, доступ к которой ограничен. Так, лишь определенный круг пользователей имеет доступ к данным о финансах или производимых платежах; пользователям корпоративной ЛВС такая возможность не предоставляется. Данные, хранящиеся в ЛВС правительственных и военных организаций, обычно имеют гриф секретности. Как известно, энергия, излагаемая медными кабелями, может быть перехвачена высокочувствительными антеннами или посредством ответвлений. Чтобы обеспечить безопасность хранимой в ЛВС информации, компании, деловые круги и организации при создании сети используют волоконно-оптический кабель. Такой кабель не излучает электромагнитной энергии, а сделать ответвление от него и не быть обнаруженным практически невозможно. Волоконно-оптический кабель считается безопасной средой передачи данных.

Трафик

Сеть должна проектироваться с учетом ожидаемой нагрузки и иметь потенциал роста. Следует определить необходимую пропускную способность сети, время отклика и требования к пиковой нагрузке. Общее правило правой руки состоит в том, чтобы оценить текущие требования к загрузке, а затем спроектировать и установить сеть, емкость которой по крайней мере в 10 раз будет превышать рассчитанное значение.

Надежность и качество услуг

Самым важным фактором для пользователей является надежность и качество предоставляемых сетевых услуг. Пользователи хотят быть уверенными в том, что сеть в течение всего рабочего дня будет работать бесперебойно. Время ее простоя должно быть минимальным, если простои вообще допустимы; любое техническое обслуживание компонентов сети должно осуществляться в нерабочее время. Пользователи компьютерной сети ожидают того же уровня обслуживания и надежности, который предоставляет телефонная компания: сеть должна работать всегда.

Рост

Во время установки сети трудно предсказать, как в ближайшем будущем вырастет она сама и организация, чьей собственностью сеть является. Мы уже говорили о том, что ее объем лучше всего планировать с 10-кратньш запасом. Это позволит увелтивать трафик по мере появления новых типов приложений, новых служащих либо добавления в сеть рабочих станций. Хорошо спроектированная и структурированная кабельная разводка облегчает поддержку роста сети.

Выбор среды для кабельной разводки

Производительность и надежность сети зависят от качества ее установки и используемой среды передачи. Спроектировать новую сеть легче, нем модернизировать существующую. Для использования преимуществ Fast Ethernet в существующей сети необходимо рассмотреть ряд аспектов. Правильное использование существующей кабельной инфраструктуры может стать решающим фактором успеха. Ниже мы обсудим, как использовать уже имеющуюся кабельную разводку при переходе на технологию Fast Ethernet, а также как выбрать кабель для Fast Ethernet, если вы устанавливаете его впервые.

Модернизация ао уровня

Fast Ethernet 100Base-T

Сеть Fast Ethernet стандарта lOOBase-T является хорошей высокоскоростной альтернативой ЛВС типа Ethernet 10Base-T. Доступность двухскоростных NIC упрощает переход на новую технологию тем покупателям, которые пока только размышляют о возможном расширении. Такой переход облегчается и становится более доступным также и по той причине, что Fast Ethernet очень похожа на Ethernet, хотя работает гораздо быстрее. О том, зачем переходить на новую среду передачи и на какую именно, говорится ниже.

Когда использовать lOOBase-FX

Волоконно-оптический кабель имеет много важных преимуществ по сравнению с кабелем UTP или STP. До недавнего времени он был намного дороже медного кабеля, однако сейчас волоконно-оптический кабель и соответствующие приемопередатчики, используемые в NIC, повторителях и переключателях, стоят не более чем на 10% дороже UTP, поэтому все больше и больше волоконно-оптического кабеля прокладывается в качестве темного волокна. (Термин темное волокно обозначает волоконно-оптический кабель, который прокладывается "впрок' и предназначен для использования в будущем.) Кабель этого типа используется в опорных сетях, между распределительными шкафами в зданиях и для связи между зданиями.

Во многих случаях здания физически располагаются не вплотную друг к другу, а разделяются дорогами, озерами, улицами, путепроводами, другими природными и искусственными препятствиями. Чаще всего расстояние между ними превышает 100-метровый предел расстояния от узла до повторителя или переключателя. Если позволяет бюджет, то при установке кабеля в новых зданиях или существенной перепланировке старых нужно использовать волоконно-оптический кабель такой же длины, как кабель UTP категории 5. Это "темное волокно" может находиться в стенах и распределительных шкафах без употребления до тех пор, пока стоимость оставшихся компонентов сети 100Base-FX не упадет до уровня составляющих 100Base-TX.

Самыми дорогими составляющими сети 100Base-FX (в расчете на порт) являются адаптеры и концентраторы. Волоконно-оптический приемопередатчик, используемый в каждом порту, намного дороже любой другой составляющей модуля или платы концентратора и является основной причиной высокой цены волоконных адаптеров и концентраторов. Широкая полоса пропускания волокна делает его естественной средой для Fast Ethernet и предоставляет легкий путь перехода на будущие высокоскоростные ЛВС и приложения мультимедиа. Переход на технологию 100Base-FX должен осуществляться с учетом требований к полосе пропускания, типов запускаемых в сети приложений, правил безопасности, надежности и физического расположения рабочих групп внутри сети предприятия.

Когда использовать 100Base-TX

или 100Base-T4

Тип используемой сетевой платы Fast Ethernet определяется в основном типом кабеля, уже установленного в конкретной ЛВС. В случае прокладки нового кабельного оборудования или перепланировки здания выбор очевиден: необходимо использовать как минимум кабель категории 5. Если в здании имеется кабельная разводка UTP категории 3, то единственным стандартом, позволяющим "внедрить" Fast Ethernet, является 100Base-T4. Это обстоятельство должно было бы сделать 100Base-T4 преобладающим типом среды по сравнению с 100Base-T, однако сокрушительный натиск 100Base-TX

свидетельствует о том, что сети Fast Ethernet устанавливаются, как правило, в зданиях, где проложен кабель UTP категории 5. Если здание или помещения оснащены кабелем категории 5, то можно использовать либо !00Base-T4, либо lOOBase-TX.

В помещениях, где параллельно проложены кабели категорий 3 и 5, рекомендуется использовать стандарт !00Base-T4. Согласно стандарту IEEE 802.Зи, по возможности следует применять кабель UTP категории 5 (а не кабель 100Base-T4), например, для связи распределительного шкафа с настенным коннектором или в перемычках. Для прокладки внутри стены обычно используется кабель 100Base-T4. Он работает на более низкой тактовой частоте, чем lOOBase-TX, и больше подходит для совместной работы с существующей кабельной разводкой или худшим по качеству кабелем. В стандарте !00Base-T4 используются все четыре пары кабеля UTP и не поддерживается полнодуплексный режим, в то время как стандарт lOOBase-TX требует применять две пары кабеля UTP категории 5 и поддерживает полнодуплексный режим при использовании совместно с рекомендованным переключателем. Широкое распространение на протяжении последних нескольких лет разводки кабелем категории 5 гарантирует, что lOOBase-TX будет преобладать над !00Base-T4.

Когда использовать 100Base-TX и STP

Во многих зданиях и офисах проложен кабель STP типа I, который обычно применяется в локальной сети Token Ring. Единственный способ задействовать этот проложенный в стене кабель,— заменить разъемы на его концах штекерами RJ45 категории 5. Немногие поставщики NIC продают адаптеры lOOBase-TX с разъемами DB9 STP. Использование новых разъемов на уже установленном кабеле снимает необходимость прокладки нового. Схема расположения контактов для штекера RJ45 и цветовой код для кабеля STP приведены в приложении Б.

ГДА1ВА flfl

Выбор повторителей

Повторители — это сердце и душа системы Fast Ethernet, поскольку к ним подключается большая часть связываемых устройств. Рынок предлагает очень широкий выбор повторителей, отличающихся друг от друга как количеством портов, так и набором функциональных возможностей. В отличие от переключателей и маршрутизаторов они чаще всего различаются ценой в расчете на порт и общей ценой. Тем не менее все повторители Fast Ethernet делают одно и то же — повторяют. Обычно покупатель желает приобрести повторитель, обладающий необходимыми функциональными возможностями, имеющий не слишком много лишних портов и как можно более дешевый.

Наращивание

В большинстве сетей Fast Ethernet применяются наращиваемые повторители класса I. Наращиваемость позволяет начинать построение сети с небольшой единой области коллизий Fast Ethernet и по мере необходимости увеличивать ее, не затрачивая много денег на оплату портов, которые поначалу могут не использоваться. Другими словами, применение наращиваемых повторителей дает возможность сохранить начальную стоимость устройства и его стоимость в расчете на порт относительно невысокими и в то же время расширить систему в случае такой необходимости.

Почти все наращиваемые повторители Fast Ethernet являются устройствами класса I. На заре развития данной технологии внутренние ресурсы повторителей не позволяли создавать практичные наращиваемые устройства класса II. Позже это стало возможным, однако доминирующими к тому времени стали наращиваемые устройства класса I. По этой причине наращиваемые устройства класса II производят лишь немногие компании, но это

и не страшно, так как наращиваемый повторитель класса I более гибок в применении.

Наращиваемые устройства называются наращиваемыми потому, что они буквально "растут" друг на друге, формируя единый повторитель Fast Ethernet. Индивидуальные модули повторителей в стеке часто называют концентраторами. Индивидуальные концентраторы в стеке могут соединяться между собой самыми разнообразными путями. Каждый производитель наращиваемых концентраторов реализует внутренние соединения и управляющую шину различными способами. Нетрудно понять, что это требует большой инженерной смекалки и приводит к возникновению весьма замысловатых, но полезных продуктов. Обычно на задней панели каждого концентратора имеется два коннектора. Кабель соединяет концентратор с его соседом сверху или снизу. Обычно эти кабели очень короткие, поэтому повторители размещаются друг на друге. Другие концентраторы имеют интегрированные коннекторы, которые соединяются, когда устройства ставятся друг на друга (рис. 1 L1). Через связи между наращиваемыми повторителями передаются сетевые данные и некоторая управляющая информация.

Наращиваемые концентраторы Fast Ethernet имеют различное количество портов. Обычно их бывает 8, 12, 16 или 24. Многие стеки позволяют соединять концентраторы с различной плотностью портов. Например, вы можете начать работать с 24-портовым концентратором, а когда количество пользователей в вашей сети увеличится, добавить недорогой 12-портовый концентратор. Естественно, на наращивание существуют ограничения: обычно используют от 3 до 8 повторителей на стек.

С помощью наращиваемых концентраторов, имеющих высокую плотность портов, можно создать очень большой повторитель Fast Ethernet. Используя 24-портовые устройства, которых может быть до восьми на стек, можно создать повторитель класса I на 192 порта. Нет сомнения, что в

ближайшее время появятся устройства с еще более высокой плотностью портов. Наличие повторителей с различным количеством портов позволит вам создавать повторители класса I нужного размера по невысоким начальной и в расчете на порт ценам.

Наращиваемые концентраторы имеют преимущества и с точки зрения управления сетью. Многие поставщики создают два варианта наращиваемых концентраторов — один со встроенным управлением, а один без него. Наращиваемые концентраторы Fast Ethernet фирмы Compaq, в свою очередь, бывают двух разновидностей: управляющие и управляемые. Управляющий концентратор стоит чуть дороже управляемого, так как содержит процессор Intel 386 с тактовой частотой 25 МГц и имеет 512 Кбайт оперативной памяти. Управляемый концентратор процессором и памятью не снабжен. Преимущество такого подхода состоит в том, что одно управляющее устройство может управлять и контролировать весь стек устройств. Это действительно удешевляет проект, особенно при наличии большого стека, так как стоимость сетевого управления распределяется между многими портами.

Самое значительное преимущество наращивания состоит в том, что оно помогает сохранить невысокую цену устройства из расчета на порт. Например, если 12-портовый наращиваемый повторитель стоит 2500 долларов, то график, отображающий зависимость стоимости устройства из расчета на порт от количества портов, будет выглядеть так, как показано на рис. 11.2.

Рис. 11.2. Стоимость устройства из расчета на порт

Как правило, наращиваемые повторители обеспечивают большую гибкость конфигурирования сети при меньшей цене в расчете на порт, чем повторители класса II или повторители на базе шасси. Такое положение будет сохранятся до тех пор, пока проектировщики будут находить способы

удешевления наращиваемых повторителей и придания им новых функциональных возможностей.

Как работают наращиваемые

устройства

Наращиваемые концентраторы, соединенные при помощи внутренней цифровой шины, образуют единый повторитель класса I.

Рис. /7.3. Наращиваемый стек концентраторов

На рис. 11.3 изображен стек с четырьмя концентраторами. Несмотря на наличие четырех индивидуа^чьных концентраторов, все порты находятся в одной и той же области коллизий Fast Ethernet. Концентраторы класса 11 соединяются по-другому. Большое преимущество данного метода состоит в том, что внутренние соединения не зависят от типа PHY, которые используются в устройствах, так как пакеты передаются внутри стека по цифровой шине. Именно это позволило проектировщикам создать наращиваемые устройства класса L

Наращиваемые концентраторы имеют лишь один недостаток. Повторители класса II от различных производителей легко соединить вместе, так как они являются стандартными устройствами. Работают они по одному принципу, независимо от того, кто их создал. Стандарта на создание повторителей класса I путем соединения наращиваемых концентраторов, наоборот, не

существует. Поэтому в стеке должны использоваться концентраторы одного и того же производителя. Это вовсе не означает, что наращиваемые концентраторы (или концентраторы на базе шасси) не удовлетворяют требованиям стандарта IEEE 802.3. Множество наращиваемых концентраторов действует как единый повторитель класса I с большим количеством портов. Не стандартизованы лишь внутренние соединения, а способ работы стека в целом является стандартным.

Некоторые более совершенные наращиваемые повторители Fast Ethernet подобно концентраторам на базе шасси, которые обсуждались в главе 4, могут быть соединены в единый стек, а затем разделены на сегменты, или области коллизий. Например, изделие от Compaq может иметь на своей внутренней шине три сегмента Fast Ethernet. При средней плотности портов 12 на концентратор стек может содержать до 5 концентраторов и является идеальным для использования совместно с переключателем в сети рабочей группы или подразделения.

Кониентраторы на базе шасси

Наращиваемые концентраторы являются новым вариантом концентраторов на базе шасси. Шасси представляет собой ящик с расположенной у задней стенки контактной панелью и обычно имеет от 4 до 12 ячеек для подключения плат. Платы концентраторов задвигаются в ячейки и вставляются в разъемы контактной панели. Концентраторы на базе шасси существуют достаточно давно. Они обладают большими функциональными возможностями и являются наиболее дорогими сетевыми устройствами. Часто одно устройство на базе шасси поддерживает несколько типов сетей (например, Ethernet и FDDI), а также вставляемых плат (например, переключатели и маршрутизаторы).

Платы концентраторов Fast Ethernet, вставленные в шасси, могут действовать как единый повторитель Fast Ethernet, т.е. подобно наращиваемому концентратору. Устройства на базе шасси почти всегда поддерживают разделение, или сегментирование, позволяя связывать отдельные платы концентраторов с одним или несколькими сегментами Fast Ethernet.

Контактная панель шасси соединяет платы концентраторов подобно внутренним соединениям и управляющим шинам в наращиваемых концентраторах. Контактная панель шасси имеет несколько (часто четыре и более) различных маршрутов соединения плат концентраторов. Их часто называют сегментами задней панели (backplane segments). Концентратор на базе шасси может обеспечить существование нескольких областей коллизий, поскольку каждый сегмент задней панели является отдельной сетью.

Концентраторы на базе шасси позволяют осуществлять гибкую конфигурацию сети. Шасси с 12 ячейками и контактной панелью, поддерживающей 4 сегмента, в которое вставлены 12 карт концентраторов Fast Ethernet, может быть сконфигурировано многими способами. Один из них в качестве

примера показан на рис. 11.4. Платы концентраторов 1, 2 и 12 подключены к сегменту 1 задней панели, платы 3, 4 и 7 — к сегменту 3, платы 9, 10 и 11 — к сегменту 2, а платы 5 и 8 подключены к сегменту 4. Заметим, что плата 6 не подключена ни к одному из сегментов задней панели и образует самостоятельную область коллизий Fast Ethernet.

Платы концентра- < торов (повторителей)Платы концентра- < торов (повторителей)Контактная задняя панельКонтактная задняя панель4 口IHmTrmli—:;згттттг二 m，4 口IHmTrmli—:;згттттг二 m，7nnBH04du7nnBH04du8 口」一 口一 ШГП .8 口」一 口一 ШГП .СегментыСегментыРис. 1].4. Конфигурация шассиРис. 1].4. Конфигурация шасси

Платы концентра- < торов (повторителей)

Платы концентра- < торов (повторителей)

Контактная задняя панель

Контактная задняя панель

4 口IHmTrmli—:;згттттг二 m，

4 口IHmTrmli—:;згттттг二 m，

7nnBH04du

7nnBH04du

8 口」一 口一 ШГП .

8 口」一 口一 ШГП .

Сегменты

Сегменты

Рис. 1].4. Конфигурация шасси

Рис. 1].4. Конфигурация шасси

Гибкость конфигурации и высокая плотность портов концентраторов на базе шасси делают их наиболее подходящими для использования в масштабе предприятия. Некоторые из преимуществ устройств на базе шасси перечислены ниже.

Простота конфигурирования. Такие устройства могут быть сконфигурированы практически бесконечным числом способов. Обычно конфигурацию можно изменять, не прерывая работы устройства. Большинство устройств на базе шасси позволяют вставлять и вынимать платы при включенном питании.

Высокая плотность портов. Обычно используются платы с 12, 16 и даже 24 портами. Некоторые шасси могут поддерживать до 288 портов. Вследствие этого концентраторы на базе шасси частот имеют очень низкую стоимость в расчете на порт.

Управляемость. Как правило, устройства на базе шасси поддерживают весьма изощренные возможности управления, такие как средства RMON, а также патентованные функциональные возможности, которые имеют особое значение при создании крупных сетей.

Поддержка гетерогенных технологий. Часто одно устройств на базе шасси поддерживает несколько сетевых технологий. Некоторые устройства позволяют устанавливать в одно и то же шасси платы Ethernet, Token Ring,

FDDI, в последнее время —— ATM, а также платы маршрутизаторов и переключателей.

Способность к модернизации. Многие производители проектируют свои изделия на базе шасси с учетом развития технологии. Часто модернизация до уровня технологии типа Fast Ethernet осуществляется путем простой вставки новой платы.

У изделий на базе шасси есть недостаток: они почти всегда являются самой дорогой альтернативой другим устройствам. Наращиваемые устройства стали такими популярными потому, что они обладают многими чертами устройств на базе шасси, но стоят меньше в расчете на порт.

Рис. / 7.5. Стоимость устройств на базе шасси w наращиваемых устройств

Как видно из рис. П.5, начальная стоимость продукта на базе шасси гораздо выше, чем наращиваемого концентратора. По этой причине концентраторы на базе шасси не могут состязаться в отношении цены с наращиваемыми устройствами до тех пор, пока не начнет существенно возрастать плотность портов. Шасси, данные о котором приведены на рисунке, стоит 4500 долларов без плат концентраторов. Эта цена включает только стоимость корпуса, задней коммутационной панели и источника питания. Иногда источники питания продаются в виде отдельного модуля. Действительное преимущество продуктов на базе шасси заключается в цене плат концентраторов. Плата концентратора может иметь большую плотность портов (в нашем примере их 24) и быть намного дешевле одного наращиваемого концентратора. Платы повторителя не нуждаются в отдельном источнике питания или корпусе, так как они вставляются в шасси.

Большое ценовое преимущество концентратора на базе шасси обусловлено высокой плотностью портов. Рассматривая приведенные примеры, видим, что шасси начинают превосходить наращиваемые концентраторы в отношении цены при количестве портов, превышающем 36. Самая низкая цена при расчете на порт в случае применения техники наращивания составляет 208 долларов. Она реализуется лишь при задействовании всех портов на каждом из наращиваемых концентраторов. Стоимость в расчете на порт концентратора на базе шасси достигает 208 долларов при использовании 36 портов. При количестве портов, равном 96, она резко, примерно до половины стоимости наращивания, снижается, а при максимальной плотности, равной 288 портам, становится фантастически низкой — 78 долларов.

Объем многих сетей никогда не становится настолько большим, чтобы могли окупиться концентраторы на базе шасси. И даже если планируется крупный рост сети в ближайшем будущем, высокая первоначальная стоимость этих продуктов часто препятствует их покупке. Тем не менее мы советуем вам приобретать именно устройства на базе шасси, если вы знаете, что ваша сеть значительно расширится.

Целесообразность использования концентраторов на базе шасси подвергается сомнению в связи с существованием наращиваемых концентраторов, поэтому самые "чувствительные" к цене сегменты сетевого рынка заняты наращиваемыми устройствами. Концентраторы на базе шасси используются только в тех сетях, где их гибкость и высококлассные функциональные возможности нивелируют высокую стоимость.

Современные наращиваемые концентраторы достигают уровня продуктов на базе шасси по гибкости конфигурирования и наличию высококлассных функциональных возможностей и таким образом вытесняют последние с рынка Fast Ethernet. Тем не менее можно ожидать продолжения развития продуктов на базе шасси, особенно предназначенных для сетей масштаба предприятия, которые продолжают усложняться. Эти высокие потребности могут быть удовлетворены только продуктами на базе шасси.

Повторители класса II

Повторители класса II не так часто применяются, как наращиваемые устройства класса I или устройства на базе шасси. Можно соединять только два устройства, что ограничивает количество портов в сегменте. Если вы хотите управлять в сети обоими повторителями класса II, то должны приобрести средства управления для каждого из них.

Повторители класса II не могут использовать одновременно различные среды передачи. Повторитель класса II не может одновременно иметь порты стандарта 100Base-TX или FX и порты стандарта 100Base-T4. Это означает, что повторитель класса II с портами 100Base-TX или FX нельзя соединить с другим повторителем класса II, имеющим порты 100Base-T4. Это также означает, что повторитель класса II с портами 100Base-T4 не будет работать с волоконно-оптическим кабелем.

Таким образом, по степени гибкости повторители класса II заметно отстают от устройств класса I. Возможность подключить один повторитель к другому функционально подобна подключению концентраторов 10Base-T, однако возможность использовать в сети всего два устройства класса П, расположенных в пяти метрах друг от друга, сводит на нет их остальные преимущества.

Повторители класса II имеют лишь одно реальное преимущество: поскольку их задержка распространения гораздо ниже, чем у повторителей класса I, то к ним можно присоединять более длинные отрезки волоконнооптического кабеля. Воспользовавшись этой возможностью, можно связать некоторые устройства и избежать таким образом дополнительной покупки переключателя. Правда, обстоятельства, которые могут потребовать подобного решения, случаются нечасто.

Из сказанного можно сделать вывод, что почти всегда целесообразнее использовать концентраторы класса I, а не повторители класса П. будучи несколько дороже, концентраторы класса I проявляют гораздо большую гибкость в применении.

Общие функииональные возможности повторителей

Поскольку повторители превратились в предметы постоянного потребления и покупатели при их выборе исходят в основном из цены, то производители становятся весьма изобретательными, разрабатывая функциональные возможности, отличающие их изделия от изделий конкурентов. Как и в случае переключателей, в повторители часто встраиваются функции, позволяющие решать специфические задачи. Перечислим некоторые из наиболее передовых и интересных функциональных возможностей.

Резервные порты

В некоторых повторителях порт может быть зарезервирован другим портом. Обычно такая возможность используется для соединения с сервером и осуществляется путем установки на сервере двух сетевых плат и их присоединения к повторителю. Одна пара, состоящая из NIC и порта повторителя, является резервным путем и включается при выходе из строя основного пути. Заметим, что эта возможность поддерживается сетевой операционной системой.

Управление вне полосы

Большинство управляемых повторителей спроектированы для управления по сети, частью которой они являются. Такое управление обычно называют управлением в полосе. Большинство управляемых повторителей имеют также последовательный порт, позволяющий связывать их с терминалом или персональным компьютером, на котором запущена программа эмуляции терминала. Многие повторители поддерживают через свой последовательный порт связь по протоколу РРР и/или SLIP, что позволяет обычному программному обеспечению управления сетью взаимодействовать с концентратором, (Такой вариант управления называется управлением вне полосы и применяется в первую очередь для управления сетями удаленных офисов.)

Поддержка RMON

Многие современные управляемые повторители поддерживают возможность удаленного мониторинга RMON (Remote Monitoring), что весьма полезно при диагностике сетей, особенно при изучении проблем, связанных с полосой пропускания. Заметим, что для использования этой функции, как правило, необходимо покупать программное обеспечение консоли RMON.

Управление портами

Почти все управляемые повторители позволяют отючючать и включать порты, используя программы управление сетью. Такая возможность становится исключительно полезной при отладке ЛВС. Порт, на котором могут возникнуть проблемы,' отключается. Если проблема исчезает, то можно сделать вывод, что она связана именно с данным портом.

Полноэкранный интерфейс

Многие концентраторы поддерживают полноэкранные интерфейсы с меню через программу Telnet или напрямую, через после до вательны й порт

(в противоположность неудобному интерфейсу командной строки). Полноэкранные интерфейсы обычно очень просты в использовании и позволяют отобразить основную статистику порта и сети в удобном виде. Часто такие статистические данные обновляются автоматически, предоставляя сетевому администратору информацию о работе сети в реальном масштабе времени.

Загружаемый код

Многие современные управляемые повторители хранят свое программное обеспечение во флэш-памяти, что позволяет загружать туда обновленные его варианты. Часто производитель выпускает программы, являющиеся исправленным вариантом предыдущих программ, а также обладающие новыми функциональными возможностями. Следует быть осмотрительным при выборе управляемых повторителей, которые не имеют такой возможности. Код обычно загружается через последовательный порт с использованием X- или Z-модема. Многие повторители поддерживают также и протокол TFTP.

Поддержка ВООТР u DHCP

Любому управляемому концентратору можно вручную присвоить IP-адрес, используя полноэкранный интерфейс или командную строку. Многие концентраторы поддерживают также сервис ВООТР и/или сервис DHCP, которые позволяют динамически присваивать устройству IP-адрес во время его запуска.

SNMP поверх IPX

Удивительно, но многие управляемые устройства (повторители и переключатели) не поддерживают работу протокола SNMP поверх IPX. Это было бы очень легко осуществить на уровне программного обеспечения, однако многие поставщики считают данную возможность ненужной для большинства пользователей —— странная идея, если учесть, что IPX является протоколом по умолчанию для всех сетевых операционных систем фирмы Microsoft (Windows for Workgroups 3.11, Windows 95, Windows NT Workstation и Windows NT Server) и, естественно, для Novell NetWare.

Поддержка Telnet

Некоторые управляемые повторители имеют полноэкранные интерфейсы или интерфейс командной строки, доступ к которым осуществляется с помощью программы Telnet. Такая возможность может стать исключительно полезной для быстрой удаленной проверки или изменения конфигурации повторителя.

Две весьма полезные функциональные возможности — использования интеллектуальных модулей связи и обеспечения безопасности ——требуют подробного объяснения.

Обеспечение бе зопасности

Некоторые повторители обладают встроенными функциональными возможностями обеспечения безопасности, помогающими предотвратить порчу данных, вторжение в сеть и другие виды атак на локальную сеть Fast Ethernet. Обычно повторители являются устройствами уровня 1 и оперируют только пакетами данных. Тем не менее многие повторители могут также обрабатывать информацию уровня 2, или уровня кадра. Это позволяет им собирать статистику уровня кадра, например сведения о количестве октетов и широковещательных кадров. Способность различать кадры также позволяет им реализовать некоторые интересные функциональные возможности по обеспечению безопасности.

Существует огромное количество способов обеспечения безопасности сети. На уровне 2 в повторителях Fast Ethernet можно предусмотреть три способа обеспечения безопасности (они часто бывают реализованы и в повторителях класса Ethernet 10Base-T):

предотвращение подслушивания;

обеспечение подлинности;

предотвращение использования подстановки адресов.

Важно заметить, что функции обеспечения безопасности встраиваются в набор микросхем, используемый при создании повторителя. Многие функциональные возможности запатентованы и имеются не во всех повторителях. Они также не являются частью стандарта Fast Ethernet 802.Зи, который вообще не затрагивает вопросов безопасности. Тем не менее имеющий их повторитель соответствует стандарту 802.Зи, если он выполняет все требования, предъявляемые к работе повторителя. Этот уровень обеспечения безопасности часто называется безопасностью канального уровня.

Предотвращение подслушивания

Один из видов нарушения безопасности называется подслушиванием. Обычно узел в сети игнорирует пакеты, не адресованные ему. Подслушивание становится возможным, когда узел входит в режим, в котором он получает все пакеты. Такой режим часто называют мониторным. Обычно мосты и анализаторы сети при выполнении своей работы должны действовать именно в таком режиме. Тем не менее, чтобы обеспечить безопасность сети, некоторые из узлов желательно лишить возможности прослушивать сеть.

Подслушивание чаще всего осуществляется программами перехвата пароля. Такие программы ищут в сети пакеты, содержащие пароли, и записывают их. Затем полученные данные можно использовать для взлома сервера организации. Йе думайте, что такие программы трудно написать или найти. Существует множество разновидностей подобных программ. Кроме того, ■ многие г стремы на базе персональных компьютеров посылают по сети не^щ^фЦ|№нные пароли. Даже если пароль зашифрован, его все равно л^фо；^^ать на сервер и открыть сеанс работы. Только использование ^йт^>атй^^клтей и техники управления новыми паролями типа запросов, ^й^源侬Овить такую атаку.

^^'C^t'CS^eT множество любителей совать свой нос и в другие виды трафика. Поделушивание можно использовать для перехвата любых видов данных из ЛВС. В частности, можно перехватить любой передаваемый файл. Файл электронной таблицы, содержащий всю информацию о заработной плате в вашей компании, можно перехватить в момент, когда его открывает руководство. Чтобы осуществить это, злоумышленнику не обязательно иметь доступ к серверу или рабочей станции, которые обычно хорошо защищены. Все, в чем он нуждается,— это доступ к тому же сегменту сети, к которому подключены компьютеры руководства, и портативный компьютер с соответствующей программой перехвата данных.

Запросы SQL (Structured Query Language — язык структурированных запросов) к базе данных и сообщения электронной почты также можно подслушать. Особенно просто это сделать в случае электронной почты, которая использует общеизвестные протоколы. Причем программы, с помощью которых осуществляется подслушивание, все время совершенствуются.

В Ethernet и Fast Ethernet узел может перейти в мониторный режим в какой угодно момент, и не существует централизованного способа предотвратить такой переход. Обычно этот режим реализуется при помощи программы, называемой сетевым анализатором. Программа перехватывает все кадры, передаваемые по ЛВС, и отображает их в расшифрованном виде (для получения более полной информации см. главу 14).

Чтобы предотвратить подслушивание, повторитель должен запомнить МАС-адреса узлов, подключенных к каждому порту. Он делает это так же, как мост, однако запоминает только адреса узлов. Задать повторителю МАС-адреса узлов, которые подключены к нему и/или к каждому порту, может и администратор сети. Короче говоря, повторитель знает, какие узлы предполагается к нему присоединить.

Поскольку повторитель знает МАС-адреса подключенных узлов, он предотвращает подслушивание, шифруя однопунктовые кадры, у которых адрес получателя не совпадает ни с одним из адресов узла, подключенных к данному порту. Кадр, ретранслируемый портом, к которому подключен узел-получатель этого кадра, не шифруется. Это означает, что узел, подключенный к безопасному повторителю, получает, как и ожидалось, все кадры ЛВС, однако не зашифрованными будут только однопунктовые кадры с его собственным МАС-адресом.

и.间и.间тпг'1rl「」£*」щкщR.х-хг~1|-.>1* " %\;га.хга-D-A-шD 田тпг'1rl「」£*」щкщR.х-хг~1|-.>1* " %\;га.хга-D-A-шD 田

и.

间

и.

间

тпг'1rl「」£*」щкщ

R.х

-хг~1|-.>1* " %\;га.хга

-D-A-шD 田

тпг'1rl「」£*」щкщ

R.х

-хг~1|-.>1* " %\;га.хга

-D-A-шD 田

®®®®®®

Puc. 11.6. Шифрование кадров для предотвращения подслушивания

Узлы от А до F на рис. 11.6 подключены к безопасному повторителю. Повторитель знает МАС-адреса каждого присоединенного к нему узла и к какому порту присоединен каждый узел. Когда узел А передает кадр узлу D, повторитель пошлет зашифрованные кадры всем узлам, кроме D. Только узел D получит незашифрованный кадр. Единственное сходство между зашифрованным кадром и оригиналом — его длина. Это обеспечивает правильную работу механизма CSMA/CD.

Заметим, что такой метод предотвращения подслушивания (шифрование) возможен лишь при работе с однопунктовыми кадрами. Многопунктовые и широковещательные кадры не шифруются, поскольку их должны получить и обработать все узлы. С точки зрения безопасности, это не является большой проблемой, поскольку многоадресные и широковещательные кадры редко содержат секретные данные.

Обеспечение подлинности

С помощью функции обеспечения подлинности, часто называемой предотвращением вторжения или обнаружением вторжения, вы сможете предотвратить подключение к сети незарегистрированных компьютеров. Подобно функции предотвращения подслушивания, функция предотвращения использования псевдонимов адресов заставляет повторитель обрабатывать информацию уровня 2, в частности адреса МАС. Функции предотвращения использования псевдонимов имен и предотвращения подслушивания обычно применяются совместно, поскольку обе основаны на том, что повторителю известно, какие МАС-адреса имеют узлы ЛВС и к каким портам они могут быть подключены.

Злоумышленникам, чтобы получить доступ к серверам и другим ресурсам сети, часто бывает необходимо подключить собственные компьютеры, обычно портативные, к корпоративной сети. Предотвращение подслушивания —— хороший способ помешать осуществлению их планов, но не всегда эффективный. Злоумышленники могут получить доступ к сетевым ресурсам, в частности к серверам, похитив имена учетных записей или пароли. Такого рода сведения можно получить за взятку или просто подсмотреть. Имея необходимую информацию, злоумышленник нуждается только в физическом доступе к ЛВС, для того чтобы связаться с сервером и взломать его.

Как известно, секретарши часто используют сетевые компьютеры для работы с электронной почтой и выполнения несложной работы в текстовом процессоре. Будучи расположенными в приемных, на входе в здания или в других неохраняемых местах, такие компьютеры становятся главной целью злоумышленников, потому что часто остаются без присмотра. Как правило, к ним легко получить доступ и в нерабочее время.

Функция обеспечения подлинности борется с такими атаками, контролируя, какие задаваемые МАС-адресами узлы могут соединяться с повторителем. Это делается путем указания повторителю МАС-адресов станций, внушающих доверие. Затем повторитель может проверить МАС-адрес отправителя получаемых кадров и определить, вызывает ли доверие узел. Если обнаружен узел с незарегистрированным МАС-адресом, то порт, с которым он соединен, отключается.

Для обеспечения полной безопасности работы сети повторители обычно устанавливаются в запертом распределительном шкафу, а узлы, наиболее чувствительные к атаке, закрываются на ключ и не имеют дисководов гибких дисков. Часто весь компьютер, кроме монитора, клавиатуры и мыши, запирают в ящик. Согласно некоторым правилам установки, сетевой кабель укладывается внутри стального короба и никогда не виден.

Повторитель может предотвратить использование одного и того же МАС-адреса более чем на одном порту, что также будет препятствовать одному из распространенных способов атаки.

Как предотвратишь исполь зование подстановки адресов

Функция предотвращения использования подстановки адресов очень похожа на функцию обеспечения подлинности и в действительности является продолжением той же идеи при помощи иного трюка. Функции работают по одному принципу и их лучше применять совместно. Подобно другим функциям обеспечения безопасности, в основу функции предотвращения использования подстановки адресов положена проверка МАС-адресов в кадрах.

Болыпинство адаптерных плат (или встроенных наборов микросхем) для Ethernet и Fast Ethernet позволяют программировать и/или изменять МАС- адреса узлов динамически. Относительно несложно написать программу,

позволяющую посылать пакеты с различными МАС-адресами отправителя. Этот прием называется использованием подстановки МАС-адресов.

Обычной реакцией на изложенную выше информацию со стороны пользователей является недоумение. Как можно использовать эту возможность для взлома сети? Действительно, ответ не столь очевиден, как в случае подслушивания. Цель атаки с использованием подстановки МАС-адресов —— обмануть сетевую операционную систему и другое связанное с уровнем МАС программное обеспечение и заставить их делать то, чего они обычно не делают.

Так, несколько лет назад группа ребят написала программу под именем HACK.EXE, основанную именно этом приеме. Программа HACK.EXE применяла подслушивание и подстановку МАС-адресов, с тем чтобы получить привилегии супервизора на любом сетевом файловом сервере NetWare 3.11. (Правда, фирма Novell быстро создала "заплату”, чтобы закрыть эту "дыру" в безопасности системы.) Другие случаи полного взлома системы безопасности с использованием этого приема лично нам не известны, но в системах обеспечения безопасности операционных систем UNIX, Microsoft Windows NT и Windows 95 имеются и другие 'дыры*', через которые можно проникнуть в сеть, используя подстановку МАС-адресов.

Этот прием можно использовать и для атаки типа отказа в обслуживании, которая заставляет систему работать неправильно и не предоставлять требуемое обслуживание. Его можно использовать, скажем, для срыва сеанса связи между клиентом и сервером и даже с целью поломки некоторых машин.

Чтобы избежать подобных атак, следует применять функцию предотвращения подстановки имен. Она запрещает узлу, подключенному к порту, передавать кадры с адресом МАС, не совпадающим с определенным для этого порта. Повторитель видит каждый из кадров, которые передает узел. Каждый из них должен иметь адрес отправителя, совпадающий с заранее определенным. Если послан кадр, у которого адрес не совпадает с указанным, то повторитель немедленно отключит порт.

Обеспечение подлинности и предотвращение использования подстановки адресов иногда называют просто безопасностью МАС-адресов (различные поставщики придумывают разные хитрые фразы), причем данные функции, как уже говорилось, наиболее эффективны при совместном применении.

Эффективность функций обеспечения безопасности

Многие пользователи считают, что в действительности меры безопасности канального уровня являются лишь незначительной помехой для злоумышленника. Однако мы не согласны с этим мнением и попытаемся доказать, что функции обеспечения безопасности на канальном уровне достаточно эффективны и полезны.

Перечисленные выше функциональные возможности встроены в повторитель, и их эффективность не зависит от оборудования или программного обеспечения, запущенного на узлах или рабочих станциях. Что бы ни делалось на узле, обойти эти функции невозможно. Если повторители сети Fast Ethernet физически недоступны (этого очень просто добиться), то сеть имеет высокую степень безопасности канального уровня.

Эти функциональные возможности полностью прозрачны для легальных пользователей сети. Они никоим образом не мешают ее нормальной работе. Пользователи могут включать и выключать свои машины, регистрироваться и завершать работу с сетью, т.е. делать все, что допустимо в обычных системах Ethernet или Fast Ethernet.

Поскольку такие функциональные возможности встроены в повторитель, то ими можно управлять централизованно, используя традиционные средства управления сетью, всегда имеющиеся в большинстве организаций среднего и крупного масштаба.

Обеспечение безопасности — очень сложная задача, и чтобы успешно ее решить, следует предусмотреть различные меры на разных уровнях сетевой модели. Не существует единой меры, способной решить все проблемы безопасности сети. Не обеспечивая 100-процентной эффективности, рассматриваемые функциональные возможности обеспечивают достаточно высокий уровень безопасности на канальном уровне, что значительно затрудняет взлом сети злоумышленником. Созданный нами портрет гипотетического злоумышленника, подключающего мощный, специально запрограммированный портативный компьютер к корпоративной сети с тем чтобы взломать ее, недалек от истины. Это нетрудно проделать с любой ЛВС, имеющей общую среду передачи. Если злоумышленник может получить физический доступ к сетевому порту (и даже к кабелю), то ничто не может помешать ему подключиться и прослушивать сеть.

Безопасность канального уровня серьезно влияет на общий уровень защиты сети. Во-первых, злоумышленник должен каким-то образом определить правильный МАС-адрес для порта, к которому он надеется получить доступ. В отсутствие средств безопасности канального уровня его устроит любой порт, но при ее наличии ——только заданный. Даже если злоумышленник получит правильный МАС-адрес для данного порта, он все равно не сможет подслушивать сеть.

Надежный способ все-таки проделать это — получить внутреннюю информацию от нечестного сотрудника, который имеет к ней доступ. Однако осуществить это далеко не просто. Этот способ может забрать много времени и, что еще важнее, увеличит для злоумышленника опасность быть обнаруженным.

Следовательно, функции безопасности канального уровня должны использоваться параллельно с другими общеизвестными приемами безопасности. Применение средств нескольких уровней позволит создать исключительно безопасную сеть, не слишком мешая пользователям в их повседневной работе.

Интеллектуальные модули связи

Повторители Fast Ethernet фирмы Compaq имеют особенность, которая позволяет им преодолевать ограничения топологии Fast Ethernet и соединяться подобно повторителям Ethernet 10Base-T. Осуществляется это с помощью интеллектуального модуля связи (SUM ——Smart Uplink Module). Модуль SUM (рис. 11.7) является достаточно совершенным устройством, которое вставляется в разъем наращиваемых повторителей Fast Ethernet фирмы Compaq. Пр ед оста вл яемый им дополнительный порт связи, подобный существующему в повторителях класса II, можно соединить с обьшным портом MDI-X любого повторителя класса I или П. Узел можно подключить и к другому модулю SUM, если используется специальный переходной кабель. SUM объединяет две области коллизий сети Fast Ethernet очень простым, но эффективным способом, позволяя им работать подобно единой локальной сети Fast Ethernet. Несмотря на явное противоречие правилам топологии Fast Ethernet, это вполне возможно, поскольку модуль SUM в сущности является двухпортовым переключателем store-and-forward.

Устройство модуля SUM является довольно очевидным. В нем имеется два уровня МАС и буферная память. МАС № 1 непосредственно соединен с модулем повторителя стандартным интерфейсом МП; между ними нет уровня PHY. МАС № 2 подключен к внешнему порту с разъемом RJ45 при помощи стандартного PHY (возможно использование и модуля 100Base-TX, и модуля 100Base-FX). Между двумя уровнями МАС имеется буферная память. Оба МАС работают в мониторном режиме; таким образом, они получают все пакеты из областей коллизий, с которыми связаны. Когда один уровень МАС получает пакет, то содержащийся в нем кадр помещается в буферную память для передачи другому уровню МАС. Буферная память

работает по схеме “первым пришел — первым обслужен", что обеспечивает передачу кадров в том же порядке, в котором они были получены.

Заметим, что модуль SUM относится к устройствам уровня 2. Оперирует он не пакетами, а кадрами, что дает то же преимущество, каким обладают и переключатели store-and-fbrward,——ошибочные кадры не распространяются. (К ошибочным относятся: карликовые кадры, кадры с ошибками контрольной суммы, слишком длинные кадры и затянувшиеся передачи.)

Модуль SUM, подобно переключателю, может быть перегружен (см. главу 7). Если уровень МАС получает пакет, а его буферная память заполнена, то пакет необходимо отбросить. К счастью, SUM управляет перегрузкой точно так же, как и переключатель, — посылая сигнал затянувшейся передачи на входной порт, что является одной из причин, по которой его называют интеллектуальным. Так, если пакеты приходят в модуль SUM через уровень МАС № 2 и память переполняется, то МАС № 2 преднамеренно передает сигнал затянувшейся передачи до тех пор, пока не будет передано достаточное количество пакетов через МАС № 1 и в памяти освободится место для новых кадров.

Однако в отличие от моста или переключателя модуль SUM не относится к обучающимся устройствам и не поддерживает протокол остовного дерева. Любой пакет, полученный одним портом, включая широковещательные, многопунктовые и однопунктовые кадры, передается через другой порт. Вот почему SUM является устройством, спроектированным не для повышения производительности, а для преодоления ограничений топологии Fast Ethernet.

Благодаря применению модуля SUM наращиваемые повторители класса I фирмы Compaq приобретают новые свойства. Обладая всеми преимуществами наращиваемых устройств, они могут соединяться друг с другом или с повторителями других производителей, т.е. создавать сети способом, похожим на способ образования сетей 10Base-T.

ГДА1ВА И ②

Переключатели Fast Ethernet

Технология переключения рекламируется как лекарство от всех современных сетевых проблем. Эта технология действительно получила широкое распространение, однако некорректно используемый переключатель может вызвать больше проблем, чем он в состоянии решить. Переключение применяется в Fast Ethernet для решения одной или нескольких задач:

преодоления ограничений топологии Fast Ethernet;

повышения производительности путем разбиения сегмента Fast Ethernet на меньшие части;

обеспечения более высокой производительности заданных узлов.

Преодоление ограничений топологии

Одним из наиболее часто критикуемых ограничений Fast Ethernet является диаметр сети, который не должен превышать 205 метров (при использовании правил топологии модели 1). Такое ограничение затрудняет прямую замену некоторых сетей Ethernet на Fast Ethernet. Поставщики других технологий, в частности Token Ring, 100VG AnyLAN и FDDI, подчеркивают, что их технологии могут поддерживать сети гораздо большего диаметра. Это действительно так и первоначально ограничивало применение Fast Ethernet сетями рабочих групп и подразделений. Тем не менее такое ограничение топологии может быть легко преодолено путем использования переключателей и полнодуплексных волоконно-оптических связей.

Первым способом преодоления ограничений топологии является разбиение единой области коллизий на несколько при помощи переключателя. Диаметр сети Fast Ethernet, использующей медный кабель и повторитель класса I, не может превысить 200 метров. Если мы добавим к этой сети единственный переключатель и установим повторители на различные порты, то максимальный диаметр полной переключаемой ЛВС возрастет до 400 метров (рис. 12.1).

Каждая связьКаждая связьПереключательПереключательРис, 12.1. Примерная схема сети диаметром 400 метровРис, 12.1. Примерная схема сети диаметром 400 метров

Каждая связь

Каждая связь

Переключатель

Переключатель

Рис, 12.1. Примерная схема сети диаметром 400 метров

Рис, 12.1. Примерная схема сети диаметром 400 метров

Важный момент, который необходимо отметить, глядя на представленную выше схему, состоит в том, что имеется две области коллизий, или два сегмента, но лишь одна широковещательная область. Если будут добавлены новые сегменты с повторителями класса I, то максимальный диаметр сети все равно не превысит 400 метров.

Реальное преимущество сети с переключателями проявляется тогда, когда несколько переключателей соединяются полнодуплексным волоконно-оптИ' ческим кабелем, длина которого может достигать 2000 метров. Этот прием прекрасно подходит для опорной сети. Возьмем в качестве примера шестиэтажное университетское здание, в котором необходимо связать в сеть Fast Ethernet узлы, находящиеся на разных этажах. Естественно, связать узлы этажей в единый сегмент Fast Ethernet невозможно. Использование одного переключателя на каждом этаже непрактично, так как на всех этажах имеются многие рабочие группы, предъявляющие высокие требования к полосе пропускания. Использование маршрутизатора для связи между этажами нежелательно, так как ожидается большой трафик между этажами.

В подобных случаях следует применять переключатели рабочих групп с полнодуплексными волоконно-оптическими портами (рис. 8.2). Переключатели такого типа в комбинации с переключателем подразделения или опорной сети, поддерживающим полнодуплексные волоконно-оптические порты, является почти идеальным решением данной проблемы. На рис. 12.2 изображена примерная схема такой сети.

Переключатель опорной сети соединяет все рабочие группы полнодуплексными связями. Поскольку длина каждой из них может достигать 2000 метров, то опорную сеть можно дотянуть до любого места в здании. А в связи с тем, что переключатели опорной сети обычно поддерживают 12 и более портов, систему будет легко расширить. Имеется также достаточно места для централизованных серверов, каждый из которых напрямую связан с переключателем опорной сети полнодуплексной связью. Как вы уже, наверное, заметили, эта система не соответствует ни модели опорной сети, ни модели сети рабочей группы/подразделения, а является гибридной. Может оказаться резонным иметь на каждом этаже сеть модели рабочей группы/подразделения и связать их с опорной сетью. Сеть, схема которой

приведена на рис. 12.2, не только способна покрыть большую территорию, но и имеет очень высокую производительность.

Переключатель опорной сети

Рис. 12.2. Схема сети 6 шестиэтажном здании

Использование сетевых переключателей для преодоления ограничений Fast Ethernet может быть очень эффективным. Если этот прием правильно применить, то он позволит системе Fast Ethernet не только покрыть большую территорию и обслуживать много пользователей, но и обеспечит весьма высокую производительность сети.

Производительность и сегментаиия

Часто единый сегмент, или область коллизий Fast Ethernet, оказывается чересчур загруженным. Пользователи начинают жаловаться на большое время отклика, нарушаются связи, доступ в Internet замедляется. Необходимо сразу установить, почему это происходит. Здесь свое слово должен сказать администратор сети. Часто обнаруживается, что по причине применения в Fast Ethernet метода доступа CSMA/CD эти проблемы возникают на уровне рабочей группы, а не на уровнях подразделения, опорной сети или предприятия. При увеличении количества пользователей в сегменте и/или повышении их требований к сети показатель использования сети падает. Эта проблема может быть вызвана применением нового приложения или даже добавлением единственного пользователя. Эффективным ее решением является использование недорогого переключателя сети рабочей группы.

Рассмотрим в качестве примера ситуацию, когда бухгалтерская группа численностью около 30 человек переходит на новую мощную бухгалтерскую систему клиент/сервер. Первоначально сеть бухгалтерской группы была сконфигурирована как единая сетевая рабочая группа на стеке концентраторов класса I, но после такого перехода время отклика значительно увеличилось, а серверы оказались незанятыми ——верный признак возникновения проблемы с полосой пропускания.

Для решения этой проблемы большую рабочую группу рекомендуется при помощи переключателя рабочей группы разделить на три отдельные области коллизий Fast Ethernet (рис. 12.3).

ОтдельныеОтдельныесвязь с серверомсвязь с серверомРис. 12.3. Модернизация сети рабочей группыРис. 12.3. Модернизация сети рабочей группы

Отдельные

Отдельные

связь с сервером

связь с сервером

Рис. 12.3. Модернизация сети рабочей группы

Рис. 12.3. Модернизация сети рабочей группы

Мы разделили три концентратора, собранных в стек и работающих как единый повторитель Fast Ethernet класса I, и связали их с переключателем. Вместо обычной связи Fast Ethernet для соединения с сервером используется полнодуплексная связь с переключателем. Это значительно снизило конкуренцию за сеть.

Производительность отдельного узла

В приведенных выше схемах сетей серверы были соединены с переключателями полнодуплексными связями. Любой узел можно присоединить к серверу таким образом, а полнодуплексные операции поддерживаются в сетях как стандарта 1 OOBase-TX, так и стандарта lOOBase-FX. Заметим, что стандарт 100Base-T4 не поддерживает их в силу полудуплексности, присущей PHY Т4. Полнодуплексные связи чаще всего используются по соображениям

производительности. Кроме того, в случае применения волоконно-оптического кабеля полнодуплексные связи позволяют узлу находиться на расстоянии до 2000 метров от переключателя.

Если узел соединен с переключателем обычной связью Fast Ethernet, то на обоих ее концах действуют правила CSMA/CD. Передавать пакеты может лишь одна сторона — узел или переключатель. Если они попытаются сделать это одновременно, то произойдет коллизия и будут выполнены обычные процедуры разрешения коллизий.

Если узел соединен с переключателем полнодуплексной связью, то никакие коллизии при передаче не возникнут и ничто не помешает переключателю посылать данные в любой момент, независимо от того, свободен узел или нет. Между переключателем и узлом имеются раздельные каналы передачи и приема. Полнодуплексная связь Fast Ethernet является в полном смысле слова двухточечной связью и может связывать только два устройства (см. рис. 3.14): одна пара проводов используется для передачи данных в одном направлении, а другая ——в обратном. Поскольку имеются два отдельных физических канала, то каждый узел может начинать передачу пакета, как только тот будет подготовлен, пропустив предварительно время IPG.

В последнем случае связь с сервером работает намного эффективнее. Вместо связи с узлом по совместно используемой среде со скоростью 100 Мбит/с применяется полноценный канал связи, работающий со скоростью 200 Мбит/с: 100 Мбит/с для передачи и 100 Мбит/с для приема данных. При этом не только расширяется полоса пропускания, но и не конфликтуют пакеты, посланные с разных сторон. Узел не конкурирует ни с одним из остальных устройств, и среднее время задержки передачи при полнодуплексной связи намного ниже, чем при обычной. Еще более эффективной делает полнодуплексную связь то обстоятельство, что узел может передавать и получать пакеты в одно и то же время.

Полнодуплексная связь Fast Ethernet с переключателем является идеальным вариантом для высокопроизводительного сервера. Не только серверу доступны 200 Мбит/с полосы пропускания, но и данная связь также может (и будет) работать при гораздо большем значении показателя использования сети, чем обычная.

Перед использованием полнодуплексной связи необходимо проанализировать производительность сервера или узла. Не каждый сервер может обеспечить такую связь. Старый компьютер 486/66 с шиной EISA, вероятнее всего, будет полностью завален данными, приходящими к нему через полнодуплексную связь Fast Ethernet. Он окажется просто не в состоянии справиться с хлынувшим на него потоком данных.

К полнодуплексной связи Fast Ethernet следует подключать как минимум сервер Pentium с шиной EISA или PCI, тактовой частотой 166 МГц и высокопроизводительной сетевой адаптерной платой. Такие компьютеры демонстрируют чрезвычайно высокую производительность при использовании полнодуплексной связи. Высокопроизводительные рабочие станции подобного класса также можно подключать к полнодуплексной связи. Речь

идет в первую очередь о рабочих станциях, используемых для обработки сложных графических изображений, систем автоматизированного проектирования или моделирования объектов.

Категории переключателей

Рынок предлагает много различных типов переключателей Fast Ethernet, отличающихся широкой гаммой мощных и зачастую сложных функциональных возможностей. Полезной может оказаться их классификация на переключатели сети рабочей группы, сети подразделения, опорной сети и сети предприэтия. Такая классификация поможет вам определить функциональные возможности, которые необходимы для конкретных применений, но реальное преимущество такой классификации проявляется при сравнении цен. Сетевое устройство часто оценивается с точки зрения цены в расчете на один порт. Эта единица измерения очень полезна для устройств одного класса, однако может ввести в заблуждение при сравнении устройств различных классов.

Переключатели сети рабочей группы

Переключатели сети рабочей группы обычно отличаются низкой ценой в расчете на порт. Это обстоятельство делает их весьма привлекательными для применения в сети рабочей группы, где их может понадобиться несколько. Переключатели сети рабочей группы обычно имеют больше портов, чем остальные (как правило, от 12 до 16). Некоторые устройства имеют даже 24 порта. Наличие большого количества портов позволяет снизить стоимость устройства в расчете на порт. Разработчики переключателей сети рабочей группы часто жертвуют такими функциональными возможностями, как наличие полнодуплексных портов, поддержка волоконно-оптического кабеля и наличие портов связи в угоду снижению цены устройства. Некоторые переключатели сети рабочей группы даже не относятся к числу управляемых.

Многие переключатели сети рабочей группы поддерживают как сеть Fast Ethernet (100 Мбит/с), так и Ethernet (10 Мбит/с) на всех портах. Такие переключатели предпочтительны для модернизации сети Ethernet до уровня Fast Ethernet и могут сделать сетевые операции полностью прозрачными независимо от различий в скорости передачи данных между сегментами.

Переключатели сети рабочей группы часто различаются производительностью. В настоящее время даже самые дешевые переключатели сети рабочей группы могут обеспечить максимальную пропускную способность, если все порты работают в обычном полудуплексном режиме. Некоторые переключатели сети рабочей группы могут поддерживать полнодуплексный режим на некоторых или всех своих портах, однако другие могут не справиться с нагрузкой, если используется один или несколько полнодуплексных портов.

Настольные переключатели

Настольные переключатели попадают в низший класс категории переключателей сети рабочей группы. Настольный переключатель отличается от других переключателей количеством поддерживаемых МАС-адресов — обычно от 1 до 4 на порт. Это означает, что к настольному переключателю могут подключаться только узлы или повторители с малым числом портов. Они предназначены для обеспечения непосредственной связи нескольких настольных компьютеров, а не с рабочей группой через повторители. Некоторые настольные переключатели поддерживают только по одному МАС-адресу на порт, и к ним можно подключать только узлы. Другие поддерживают до четырех МАС-адресов, что позволяет одному порту переключателя работать не более чем с четырьмя узлами, используя небольшой пятипортовый повторитель. Эти устройства предназначены для отдельных пользователей, желающих иметь несколько узлов. Например, многие менеджеры высшего звена имеют собственный сетевой принтер или нуждаются в дополнительной связи для портативного компьютера. Такие небольшие повторители часто предназначены для связи компьютеров, находящихся близко друг от друга, например на группе столов или парт. Прелагаемый прием позволяет использовать на небольшой территории один сегмент кабеля вместо четырех, что действительно поможет сэкономить средства, так как небольшой пятипортовый повторитель и несколько простых кабелей могут обойтись дешевле трех кабельных ответвлений.

Естественно, настольный переключатель должен обеспечить лучшее качество связи, чем повторитель. Большинство переключателей этой группы имеют один или два порта, предназначенных для связи с сервером, переключателем сети подразделения или опорной сети. Другими словами, хотя к каждому порту подключен один узел (или малое их количество), можно фильтровать кадры от всех портов с неизвестными однопунктовыми адресами, просто направляя любой кадр с неизвестным адресом получателя только в порт связи. Кадры с неизвестными адресами получателя, поступаемые в порт связи, часто фильтруются точно так же. В этой модификации основного алгоритма запоминания и ретрансляции извлекаются преимущества из того факта, что с портами переключателя связаны только узлы, а не другие переключатели или мосты.

Идея создания настольных переключателей состоит в том, что они должны заменить повторители. Обычно настольный переключатель лишь на несколько долларов дороже (в расчете на порт), чем повторитель. Поставщики утверждают, что переключатели по мере падения их цены вытеснят многие модели повторителей. Поскольку настольные переключатели спроектированы для замены повторителей, они зачастую не снабжены средствами управления или имеют минимальные средства управления и не поддерживают протокол остовного дерева. Это не проблема, поскольку к данным устройствам можно подключать лишь узлы и/или повторители с малым числом портов.

П

ереключатели сети рабочей группы часто называют сегментными переключателями, потому что они предназначены для переключения трафика между сегментами. Другими словами, каждый порт сегментного переключателя обычно присоединен к повторителю или стеку, а не к узлу. Поскольку сегменты могут соединяться (и часто соединяются) с несколькими переключателями, то переключатели сети рабочей группы, в отличие от настольных переключателей, обязаны поддерживать протокол остовного дерева, несколько МАС-адресов на порт и полный алгоритм запоминания.

Многие компании никогда не модернизируют все оборудование до уровня сети Fast Ethernet. Не всем нужна сеть, работающая со скоростью 100 Мбит/с, потому что стоимость разводки может быть слишком большой, оборудование может оказаться физически не модернизируемым. Тем не менее даже пользователи, компьютеры которых подключены к линиям связи, обеспечивающим скорость передачи данных 10 Мбит/с, могут ощутить более высокую производительность сети. В частности, на связях 10Base-T могут оставаться принтеры, поскольку многие из них содержат встроенные средства связи с сетью Ethernet, которые нельзя модифицировать до уровня Fast Ethernet. Некоторые пользователи, например секретарши, применяют свой компьютер только для выполнения простых заданий типа пересылки электронной почты по телефонному каналу и простого набора текста.

Для подобных целей служат переключатели сети рабочей группы Ethernet 10+100. Эти устройства имеют много портов 10Base-T (как и сегментные или настольные переключатели), а также один или два порта связи Fast Ethernet. Переключатели сети рабочей группы Ethernet 10+100 обычно отличаются низкой стоимостью, прекрасно вписываются в систему Fast Ethernet и обеспечивают отличный способ связи с узлами, которые могут работать на скорости 10 Мбит/с.

Переключатели сети рабочей группы 10/100

Сегментные, или настольные, переключатели сети рабочей группы поддерживают выполнение операций со скоростью 10 и 100 Мбит/с на каждом порту. Порт переключателя определяет скорость связанного с ним устройства и действует соответственно. Переключатели этого вида более гибки, чем переключатели 10+100, но обычно намного дороже, поскольку обеспечивают скорость 100 Мбит/с на каждом порту. Они идеально подходят для ЛВС, которая с самого начала является сетью Fast Ethernet, т.е. когда нужно лишь подключить несколько устройств со скоростью 10 Мбит/с.

Необходимо заметить, что возможность поддержки обеих скоростей на всех портах с течением времени становится все более распространенной. Вероятно, к 1998 году все переключатели Fast Ethernet, даже самые дешевые, будут поддерживать обе скорости (10 и 100 Мбит/с).

Переключатели сети подра зделения

Переключатели сети подразделения, часто будучи не дороже (в расчете на порт) переключателей сети рабочих групп, отличаются от последних количеством портов и производительностью. Переключатель сети подразде* ления обычно содержит от 8 до 16 портов и поддерживает полнодуплексный режим на каждом из них. Производительность переключателей данного типа почти всегда выше, чем у переключателей сети рабочей группы, потому что их совокупная полудуплексная полоса пропускания равна или шире полосы пропускания всех портов. Многие из этих переключателей спроектированы для поддержки полнодуплексных связей на нескольких портах, обеспечивающих пересылку данных со скоростью в кабеле без отбрасывания кадров. Переключатели сети подразделения почти всегда имеют средства управления и обладают большим количеством функциональных возможностей управления, чем переключатели сети рабочей группы. Они часто поддерживают как полудуплексные, так и полнодуплексные волоконно-оптические связи. Некоторые переключатели сети подразделения являются модульными, позволяя порту поддерживать связь 100Base-TX, FX и, возможно, 100Base-T4. Это часто делается при помощи модуля среды ——устройства, которое в сущности является PHY, размещенным на плате. Модуль среды вставляется в гнездо и подключается к МАС порта переключателя через интерфейс МП.

Переключатели опорной сети

Переключатели опорной сети, как правило, представляют собой высокопроизводительные устройства с полным спектром функциональных возможностей, поэтому их стоимость достаточно высока. Обычно они имеют от 12 до 24 портов, а в конце 1997 года появились 32-портовые устройства. Переключатели опорной сети часто поддерживают по крайней мере один (иногда — два и более) порт связи с сетью FDDI или ATM. Некоторые из них содержат модульные порты связи, позволяющие использовать сменные модули для связи с сетями FDDI, ATM и других типов. Переключатели опорной сети почти всегда отличаются очень высокой производительностью, легко управляют полнодуплексными связями на всех портах. Еще одной областью превосходства переключателей опорной сети является управление. Переключатели опорной сети не только поддерживают RMON на всех портах, но и часто имеют оригинальные патентованные функциональные возможности управления. Некоторые переключатели опорной сети снабжены источниками питания с двойной избыточностью, что позволяет для увеличения надежности подключать их к двум источникам питания.

Переключатели сети предприятия

Переключатели сети предприятия очень похожи на переключатели опорной сети, однако в отличие от последних они вставляются в большие шасси.

Эти устройства на базе шасси поддерживают разные виды модулей, например повторители Fast Ethernet и Ethernet, концентраторы FDDI, модули MAU сети Token Ring и маршрутизаторы. Переключатели сети предприятия являются просто незаменимыми устройствами при создании сетей уровня предприятия, особенно для компаний, которые используют несколько сетевых технологий и унаследованных систем. Устройства на базе шасси обычно имеют очень мощные функциональные возможности управления, что опять таки делает их очень подходящими для сетей предприэтия. Основной недостаток устройств на базе шасси — их цена. Часто они бывают очень дорогими. Устройства на базе шасси всегда являются продуктами одного поставщика — все, что вставляется в шасси, производится одной компанией. Поэтому, если вам необходима функциональная возможность, не предусмотренная производителем шасси, ее отсутствие может оказаться недостатком устройства.

Производишельносшь переключателя

Производительность переключателя ——сложный вопрос. Некоторые поставщики предпочитают иметь дело с покупателями, которые верят, что переключатель есть просто переключатель, и убеждают их купить именно свое устройство в силу его каких-то второстепенных характеристик, т.е. без учета производительности. Изюминка заключается в том, что переключатели имеют одно первостепенное назначение: обеспечить большую производительность, чем можно достичь в сегменте. Другими словами, если бы переключатели не были столь быстрыми, никто бы их не покупал, а эта книга была бы посвящена маршрутизаторам.

К сожалению, поставщики дают много ложной информации относительно производительности переключателей. Каждый поставщик пытается внушить покупателю, что именно его устройство является самым быстрым. Поставщики могут указывать в рекламном материале, что их переключатели имеют внутреннюю полосу пропускания в 1 Гбит/с, хвастливо именуя свои продукты GigaBlaster Bus. Это достаточно остроумный маркетинговый ход, который, однако, ничего не говорит покупателю. Настоящей мерой качества переключателя является его способность справляться с предложенной нагрузкой.

К счастью, Скоттом Бреднером из Гарвардского университета были разработаны документы RFC 1242 и RFC 1944, описывающие, как нужно проверять переключатели и другие сетевые устройства (тексты обоих документов приведены в приложении Г и доступны по адресу: www.wiley.com/ compboofo/FastEthernet). В RFC 1242 определена терминология стандартного тестирования сетевых устройств связи. В этом документе четко определены такие термины, как задержка или пропускная способность применительно к производительности устройства. В документе RFC1944 изложена методология эталонного тестирования сетевых устройств — подробно описано, как проверять устройства и интерпретировать результаты. В сущности, оба

документа содержат описания того, что известно под названием тесты Бреднера.

Когда мистер Бреднер начал тестировать переключатели, никто не заставлял поставщиков делать то же самое, однако через некоторое время тееты Бреднера стали стандартом, по которому проверяются все переключатели. Причиной тому послужил тот факт, что лаборатория тестирования мистера Бреднера проверяет переключатели и публикует полученные результаты. Все это происходит независимо от поставщиков. Естественно, тестируются здесь не все существующие переключатели, а только самые популярные. Эти тесты корректны, легко понимаемы, недвусмысленны и, что важнее всего, общепризнанны. Покупатели, решив приобрести какой-либо переключатель, часто задают продавцу вопрос: "Каковы результаты теста Бреднера для вашего переключателя?1' Вас этот вопрос также должен интересовать. Большинство результатов тестирования, полученных в лаборатории Гарварда, опубликованы на FTP-узле лаборатории и распространяются бесплатно (см. также Web-узел www.wiley.com/compbooks/FastEthernet).

Тестирование, аналогичное выполняемому в Гарвардской лаборатории, проводится группой Tolly из коммерческой лаборатории тестирования. Многие из своих результатов она публикует на собственном Web-узле. Перед покупкой переключателя рекомендуем вам обратиться в поисках нужной информации на узел www.tolly.com.

Тесты MAX

Для оценки производительности переключателя существует много тестов. При проведении двух наиболее распространенных из них —MAX traffic и MAX throughput — используется специальное устройство, имеющее название генератор трафика. Генератор трафика представляет собой специальный узел, имеющий уровни МАС и PHY Fast Ethernet и способный точно передавать кадры нужного размера с заданной скоростью. Он также может точно измерять размер и скорость поступления кадров. Многие генераторы трафика программируются на нарушение правил CSMA/CD, с тем чтобы проверить, как устройства (повторители, переключатели и узлы) обрабатывают ошибки.

В тесте MAX traffic генераторы трафика подключаются к каждому порту переключателя.

Г

енератор трафика может передавать кадры с максимально возможной скоростью. Для Fast Ethernet она составляет 148809 пакетов в секунду при кадре длиной 64 байта и 8127 пакетов в секунду при кадре длиной 1518 байтов. Это означает, что пакеты передаются друг за другом, между ними имеется только время IPG. Такой трафик называется трафиком со скоростью кабеля.

Генераторы трафика на всех портах с нечетными номерами устанавливаются для передачи 64-байтовых кадров со скоростью кабеля, а на портах с четными номерами ——для приема. Порты делятся на пары. Генератор трафика, подключенный к порту 1, передает пакеты генератору трафика, подключенному к порту 2, генератор трафика, подключенный к порту 3,—— генератору трафика, подключенному к порту 4, и т.д. Коллизии при этом не возникают (рис. 12.4).

После запуска теста все пакеты, переданные портами с нечетными номерами, должны достичь получателей, подключенных к соответствующим портам с четными номерами. Если пакеты не достигают цели, то говорят, что переключатель потерял пропущенные пакеты. Максимальный трафик обычно проходит в течение нескольких минут, и небольшое количество (намного меньше 1%) потерянных пакетов вполне приемлемо. В конце концов никакая среда не является совершенной, некоторые пакеты будут иметь случайные битовые ошибки, обусловленные электрическими помехами.

16-портовый переключатель уровня подразделения, подвергающийся тесту MAX traffic, ежесекундно принимает 1190427 решений о ретрансляции. Поскольку механизмы принятия решения и ретрансляции кадра подвергаются максимально访 нагрузке во время проверки, то прохождение этого теста является лучшим признаком надежности работы внутренних цепей переключателя.

Тест MAX throughput похож на тест MAX traffic, однако в нем используются кадры максимально возможной длины, равной 1518 байтам. При этом генерируется всего лишь 8127 кадров в секунду, однако значение показателя использования сети на всех портах достигает 100%. Пропускная способность каждой пары портов 16-портового переключателя равна 12191160 байт/с, а общая пропускная способность составляет огромную цифру — 97529280 байт/с.

Опять таки, во время выполнения теста MAX throughput переключатель должен терять лишь крохотный процент от общего количества переданных

кадров. Если это так и есть, то он исключительно надежен и его полоса пропускания действительно позволяет выдержать максимально возможную нагрузку.

MAX traffic и MAX throughput являются наиболее распространенными тестами, и именно им обычно подвергается переключатель. Результаты эталонного тестирования постоянно публикуются в нескольких журналах. Производители, чьи переключатели прошли оба теста, часто описывают свой продукт как работающий со скоростью кабеля на всех портах. Высокопроизводительный переключатель должен пройти оба теста в обязательном порядке. Некоторые переключатели имеют проблемы с тестом MAX traffic, однако успешно проходят тест MAX throughput, и этого часто бывает достаточно для их успешного применения. В реальной сети скорость ретрансляции редко достигает максимума, равного 148809 пакетам в секунду, на время, большее, чем несколько миллисекунд, и переключатель успевает справиться с нагрузкой.

У переключателя, не прошедшего тест MAX throughput, ширина внутренней полосы пропускания не достаточна для обслуживания всех портов в моменты пиковой нагрузки. Первые переключатели не могли пройти ни одного теста, хотя производители указывали в рекламе, что их изделия быстрее по сравнению с изделиями конкурентов. Было сложно найти переключатель, способный работать без потери пакетов. В журналах публиковались статьи с детальными результатами эталонного тестирования переключателей. Производители, продукты которых показали плохие результаты, утверждали, что тесты не являются беспристрастными и не отражают условия работы в реальных сетях. Часто это было просто попыткой самооправдания компаний, производящих низкосортное оборудование.

В начале 1996 года на рынке появились переключатели, прошедшие оба теста. Такие переключатели часто были дешевле переключателей более раннего поколения. Такова "магия" технологических достижений. Переключатели, которые не могли пройти тестов, были быстро вытеснены с рынка устройствами, прошедшими их. Сегодня прохождение указанных тестов является обязательным требованием для любого переключателя сети уровня подразделения и более высоких уровней. Некоторые переключатели сети рабочей группы, появившиеся в 1997 году, также прошли оба теста.

Легко пройти оба теста должен любой переключатель, поддерживающий хотя бы один полнодуплексный переключаемый порт. Если это не так, то наличие полнодуплексных портов приносит мало пользы. Процесс проверки переключателя, поддерживающего полнодуплексные связи, аналогичен процессу проверки обычного переключателя. Единственное их различие состоит в том, что каждый генератор трафика передает и принимает пакеты одновременно (рис. 12.5).

ПереключательПереключательРис. 12.5. Схема тестирования полнодуплексного переключателяРис. 12.5. Схема тестирования полнодуплексного переключателя

Переключатель

Переключатель

Рис. 12.5. Схема тестирования полнодуплексного переключателя

Рис. 12.5. Схема тестирования полнодуплексного переключателя

Проверка производительности полнодуплексного переключателя обычно начинается с проверки одной пары портов в полнодуплексном режиме, а всех остальных ——в полудуплексном. Если переключатель проходит этот тест, то вторая пара портов переключается в полнодуплексный режим и тест повторяется. Многие переключатели, особенно сетей уровня рабочей группы и подразделения, имеют только один или два порта, способных работать в полнодуплексном режиме. Эта проверка показывает, соответствует ли производительность переключателя притязаниям его изготовителя.

Причиной наличия малого количества полнодуплексных портов является дороговизна реализации в переключателе полосы пропускания, которая была бы достаточной для поддержки полнодуплексного режима. В большинстве случаев требуется работа в полнодуплексном режиме лишь нескольких, а не всех портов. Некоторые из прошедших тесты переключателей поддерживают полнодуплексный режим на всех портах. Как правило, их стоимость несколько выше, но зато можно быть уверенным, что эти устройства всегда будут соответствовать вашим требованиям к полосе пропускания.

Другие способы измерения прои зводительности

Тесты MAX traffic и MAX throughput — это основные способы определения производительности переключателя. Переключатели можно подвергать и ряду других тестов. Назовем некоторые из них.

Широковещательный тест. В этом тесте одному из портов передаются широковещательные пакеты со скоростью кабеля, и проверяется, все ли из них получат остальные порты. Это один из самых требовательных тестов переключателей.

Тесты статистической точности. Управляемые переключатели собирают большой объем статистических данных, в том числе о количестве переданных кадров, количестве коллизий и количестве ошибок в каждом порту. Механизм сбора такой информации можно проверить на точность.

Тесты ожидания. Промежуток времени между моментом прихода пакета в один порт и моментом выхода из другого называется задержкой переключения. Современные генераторы трафика измеряют это значение достаточно точно.

Производительность связи. Для тестирования портов связи можно применять те же методы, что и для тестирования обычных портов. Правда, многие переключатели, выдерживающие тесты MAX traffic и МАХ throughput на обычных портах, не показывают такой же производительности для портов связи.

Асимметричная производительность. В тестах MAX traffic и MAX throughput трафик генерируется равномерно на всех портах или парах портов. В асимметричных тестах количество передающих и принимающих портов меняется, поэтому нагрузка неравномерна. Переключатель можно подвергать бесконечному количеству разнообразных асимметричных тестов.

Тест рестарта. В этом тесте измеряется время от момента включения устройства до начала корректного выполнения им всех функций. Большинству переключателей для входа в рабочий режим необходимо не более * 30 секунд.

Самым информативным из перечисленных тестов является широковещательный. Производительность передачи широковещательных кадров Переключателем —очень важный показатель, поскольку в крупных сетях широковещательный трафик может составлять значительную часть общего сетевого трафика. К сожалению, поставщиками переключателей и независимыми проверяющими этот тест проводится редко.

Поставщики часто оценивают качество предлагаемых переключателей с помощью собственных критериев, которым, как утверждается, соответствует лишь их оборудование. Мы бы посоветовали вам проявить недоверие по отношению к таким показателям и методам их измерения. Многие отрасли компьютерной промышленности просто изобилуют подобными спекуляциями. В 1995-1996 годах ужасную проблему подобного рода создали поставщики компьютерных графических плат.

Чтобы приобрести переключатель с хорошей производительностью, вам необходимо поговорить с другими пользователями, ознакомиться с публикациями специальных журналов, поискать информацию в Web.

Проблемы, связанные с переключением

Использование переключателей сопряжено с появлением целого ряда проблем. Некорректное применение переключателя может вызвать у администратора сети ужасную головную боль и рассердить многих пользователей. Наиболее часто приходится сталкиваться с двумя основными проблемами. Первую и более легкую для объяснения мы назовем проблемой воронки

(funnel problem). К счастью, этой проблемы легко избежать, а при возникновении ее нетрудно исправить.

Другая проблема, с которой приходится встречаться при использовании переключателей, называется масштабированием. Переключаемая сеть плохо поддается масштабированию. Такая сеть не может быть очень крупной, потому что проблемы с производительностью приведут к необходимости разбить ее на меньшие части. Правда, большинство переключаемых ЛВС никогда не становятся настолько крупными, чтобы их сетевые администраторы занимались этим. Только компании, имеющие сети с тысячами пользователей, должны заботиться о масштабировании.

Проблема воронки

Самой распространенной проблемой при использовании переключателей является проблема воронки. Наихудший из возможных вариантов возникает, когда переключатель добавляется в небольшую локальную сеть Fast Ethernet с единственным сервером (рис. 12.6). Проблема состоит в том, что трафик от трех областей коллизий Fast Ethernet проходит через сервер, который соединен с полудуплексным портом переключателя. Порт имеет полосу пропускания всего лишь 100 Мбит/с и выполняет правила доступа к среде CSMA/CD. При такой конфигурации сети трафик, имеющий полосу пропускания 300 Мбит/с, пытаются протолкнуть по каналу связи, работающему со скоростью 100 Мбит/с. Связь просто не станет функционировать. Сеть такой конфигурации будет иметь более низкую производительность, чем простая сеть, использующая лишь один стек связанных повторителей.

Рис. 12. £ Схема сети, s которой возникает эффект воронки

Узлы, подключенные к портам 1, 2 и 3, часто обращаются к серверу. Не исключено, что направленные ему пакеты будут появляться в этих портах одновременно. Проблема состоит в том, что направить серверу три пакета одновременно невозможно. Передаваться начнет лишь один из них, а два

оставшихся будут временно помещены (буферизованы) в память переключателя. Таким образом в ожидании передачи на сервер могут быть буферизованы многие пакеты (по нескольку от каждого порта).

Более того, сервер, получив пакеты, должен выдать ответы пославшим их узлам. Чтобы сделать это, ему придется побороться за связь с переключателем с самим переключателем. Чем больше направленный к серверу трафик, тем острее становится эта проблема. Такая ситуация, называемая перегрузкой (congestion), может стать предвестником гибели сети.

Переключатель считается перегруженным, если он вынужден отбрасывать пакеты из-за нехватки буферной памяти или малой полосы пропускания. Переключатели проектируются для управления распределением нагрузки и полнодуплексными связями. Идеальная возможная нагрузка генерируется в тесте MAX throughput при ее равномерном распределении между всеми портами. Наихудшим сценарием для переключателя является направление всего приходящего трафика в один полудуплексный порт. Если этот порт назначения будет связан с сервером, маршрутизатором или другим переключателем, то тестируемый переключатель будет быстро перегружен.

Переключатель хорошо справляется со своими функциями, если трафик невелик. При обычных условиях работы из нескольких портов часто приходят пакеты, направленные в один и тот же порт. В таких случаях переключатель обязан буферизовать их и пересылать по мере возможности. Но если буферная память переключателя переполнится и вновь поступившие пакеты будут отброшены, может наступить катастрофа. Иногда переключателю удается решить эту проблему, оказав обратное давление на входные порты. Более подробно об этом поговорим в одном из последующих параграфов.

Существует еще одна связанная с конфигурацией сети проблема, похожая на предыдущую. С ней приходится сталкиваться при подключении сервера к одному из портов повторителя. В этом случае пользователи, связанные с данным повторителем, будут иметь нормальный доступ к серверу, однако пользователям, связанным с остальными портами переключателя, никто не позавидует.

Существуют три варианта решения проблемы воронки. Первый вариант состоит в распределении нагрузки между портами переключателя настолько равномерно, насколько это возможно. Второй заключается в соединении серверов рабочей группы с теми повторителями, пользователи которых обращаются к ним чаще всего. Третий, самый эффективный вариант —— помещение серверов на полнодуплексные связи с переключателем и связывание переключателей между собой полнодуплексными связями.

Проблема масштабирования

Переключаемые ЛВС, как уже упоминалось, плохо масштабируются. Их объем может увеличиваться лишь до определенного предела. В случае превышения этого предела возникают три проблемы, которые будут становиться все острее и острее, пока сеть полностью не остановится:

возрастает доля широковещательных кадров в общем сетевом трафике;

корнево访 переключатель постоянно перегружается;

становится слишком большой максимальная задержка.

Обсудим сначала первую проблему. Когда широковещательная область увеличивается в связи с большим количеством подключенных узлов, то доля широковещательных кадров в общем сетевом трафике также возрастает. Это плохо, так как широковещательные кадры "съедают" большую часть полосы пропускания сети. Обычно переданный станцией широковещательный кадр обрабатывается лишь одним устройством, но он занимает часть процессорного времени на всех узлах широковещательной области.

Рассмотрим пример, когда рабочей станции А необходимо вступить во взаимодействие с сервером BILBO (рис. 12.7). Для того чтобы сделать это, станция А должна будет послать соответствующее широковещательное сообщение. Широковещательный кадр пройдет по всем переключателям широковещательной области, через каждый порт каждого переключателя. Один широковещательный кадр использует небольшую часть полосы пропускания в каждом переключателе и в каждом присоединенном сегменте.

В изолированной области коллизий это не проблема. В этом случае количество широковещательных кадров лине访но возрастает с увеличением количества узлов, присоединенных к ЛВС. Следовательно, доля полосы пропускания сети, используемая широковещательными кадрами, не изменяется, или возрастает совсем незаметно. Общая, или совокупная, полоса пропускания, используемая широковещательными кадрами, в большей мере зависит от типов протоколов, которые используют узлы единой ЛВС, чем от количества узлов. Обычно считается приемлемым, если широковещательные кадры составляют около 1% от общего количества кадров в ЛВС. (Заметьте, что это лишь правило правой руки. В вашей ЛВС эта цифра может быть выше или ниже.) Периодически доля широковещательных кадров может возрастать до 5%, но лишь на короткое время. Это справедливо даже в случае одного сегмента с большим количеством узлов.

ААРис. 12.7. Суммирование широковещательных кадровРис. 12.7. Суммирование широковещательных кадровПолнодуплексные связи мехщу переключателямиПолнодуплексные связи мехщу переключателями

А

А

Рис. 12.7. Суммирование широковещательных кадров

Рис. 12.7. Суммирование широковещательных кадров

Полнодуплексные связи мехщу переключателями

Полнодуплексные связи мехщу переключателями

Вы можете сравнить значение счетчика широковещательных кадров управляемого повторителя со значениями счетчиков каждого узла. Повторитель покажет, сколько широковещательных и однопунктовых кадров было передано по сегменту. Чтобы узнать долю широковещательных кадров, это число нужно разделить на общую сумму переданных по сегменту кадров. При добавлении других узлов к сегменту соотношение широковещательных и однопункговых кадров не должно сильно измениться (возможно, оно вообще не изменится).

В переключаемой ЛВС с увеличением числа областей коллизий в каждой такой области возрастает доля полосы пропускания, занятой широковещательными кадрами. Рассмотрим схему магистральной сети, имеющей шесть сетей подразделения, связанных с переключателем опорной сети (рис. 12.7). В каждой сети подразделения есть четыре области коллизий (сегмента). Если узлы А, В, С и D одновременно передают по широковещательному кадру, то все четыре кадра должны дойти до каждой области коллизий в каждой сети подразделения. Общее количество широковещательных кадров, переданных по сегменту, состоит из кадров, переданных его узлами, и кадров, пришедших от переключателя. Число широковещательных кадров, поступивших от переключателя, равно суммарному количеству таких кадров, возникших во всех остальных областях коллизий.

При использовании управляемых переключателей достаточно легко подсчитать долю широковещательных кадров. Большинство переключателей имеют счетчики кадров и октетов на передающей и приемной сторонах каждого порта. Путем сравнения количества переданных и полученных портом широковещательных кадров можно определить, каков размер широковещательного трафика, созданного присоединенным к этому порту сегментом, а также размер широковещательного трафика, созданного остальной сетью. Переключатели также имеют счетчики однопунктовых кадров и октетов. Используя эти данные, нетрудно рассчитать ширину полосы пропускания, занятой широковещательным трафиком.

Предположим, что в сети, схема которой приведена на рис. 12.7, каждый сегмент порождает около 1% широковещательного трафика. Другими словами, из каждых 100 кадров, переданных узлами данного сегмента, один является широковещательным. Поскольку все широковещательные кадры проходят через все сегменты, то 24 кадра из каждых 100 на каждом сегменте будут широковещательными.

Подобная проблема на первый взгляд может показаться серьезной, однако это всего лишь проблема полосы пропускания при высоком значении показателя использования сети. Другими словами, она возникает лишь тогда, когда сеть занята и выдвигаются большие требования к полосе пропускания. Если процент широковещательных кадров достаточно велик, а сеть относительно свободна, т.е. ггмеется запас неиспользованной полосы пропускания, то ничего страшного не случится.

Не существует идеального количества широковещательных кадров. Одни сети могут отлично работать при числе широковещательных кадров, равном

1%, а другим это не по силам. Если в вашей сети периодически возникают проблемы с производительностью, то единственный выход из такой ситуации —измерять этот критерий в разные моменты времени.

Еще одна проблема масштабирования, связанная с широковещательными кадрами, часто бывает более острой, чем проблема уменьшения полосы пропускания сети. Переданное узлом А сообщение, которое ждет сервер BILBO, достигает каждого сегмента. Более того, каждый узел переключаемой ЛВС получит этот кадр и начнет проверять его содержимое. Это означает, что каждый узел должен затратить некоторое процессорное время и проверить каждый широковещательный кадр от любого другого узла всей переключаемой ЛВС.

Так, все рабочие станции получат запрос на поиск сервера, проверят и проигнорируют его; однако все они вынуждены будут потратить время на проверку. Каждый сервер получит это сообщение и будет сравнивать указанное в сообщении имя сервера с собственным именем. На широковещательный кадр поиска сервера ответит лишь сервер BILBO. Он осуществит это, передав кадр назад узлу, который его ищет.

В крупной загруженной переключаемой ЛВС проверка широковещательных сообщений часто становится большой проблемой задолго до того, как возникает проблема полосы пропускания. В сообщении, помещенном в группу новостей Internet comp.dcom.lans.ethernet в середине 1996 года, спрашивалось, почему сервер в переключаемой ЛВС Ethernet имел плохую производительность. Кто-то ответил вопросом: "Сколько широковещательных кадров в секунду вы получаете, когда сеть занята?" Ответом было: "От 200 до 300, или от 11 до 16% сетевого трафика при занятой сети". Это оказалось непосильным для сервера на основе 486 процессора. У него осталось время только на обработку широковещательных сообщений.

Необходимость обработки большого количества широковещательных сообщений может стать проблемой для старых рабочих станций или серверов, а также для небольших устройств типа принтеров, если они подключены к сети Fast Ethernet напрямую. Естественно, современные серверы на базе Pentium и рабочие станции с сетевыми адаптерами PCI могут справиться с гораздо большей нагрузкой. Одна из таких высокопроизводительных машин запросто обслужит старую локальную сеть Ethernet независимо от загрузки последней. Однако ресурсы даже высококлассных рабочих станций и серверов могут истощиться, если эти машины будут соединены с большой переключаемой сетью Fast Ethernet, ггмеющей огромное число пользователей.

Именно эти две проблемы, обусловленные наличием широковещательных кадров, являются причиной того, что переключаемые сети плохо масштабируются. Следует помнить, что доля широковещательных кадров в каждом сегменте переключаемой сети прямо пропорциональна числу областей коллизий в переключаемой системе. В связи с этим на практике существует предел на размер переключаемой сети, которого она может достичь, прежде чем станет по каким-то другим критериям ''слишком большой". Но, к сожалению, отсутствует простое правило, которое гласило бы: "Не помещайте

в одну широковещательную область более 1000 пользователей". Правда, переключаемые сети, как правило, не настолько крупны, чтобы беспокоиться о возможном возникновении проблем, связанных с широковещательными кадрами. Сети на 500 и даже 1000 пользователей могут работать без сбоев, не сталкиваясь с описанными проблемами. Некоторые переключаемые ЛВС объединяют порядка 2500 пользователей, тем не менее такой объем сети является недостаточным для многих корпораций, имеющих тысячи пользователей в одном или нескольких местах. В подобных случаях для связывания сети необходимо использовать маршрутизаторы.

Обратное давление

Перегрузка переключателя ——очень неприятная проблема. Не существует надежного способа справиться с ней. Переключатель может избежать перегрузки двумя способами: отбрасывая вновь приходящие пакеты или оказывая обратное давление на входные порты для управления потоком входящих пакетов.

Первые переключатели обычно просто отбрасывали входящие пакеты, которые по этой причине стали называть отброшенными (dropping packets). С точки зрения производительности, это худшее, что может случиться. Отброшенные пакеты обнаруживаются и обрабатываются программным обеспечением протокола, запушенного в узлах. Когда обнаружен отброшенный пакет, один или более пакетов должны быть переданы заново тем узлом, который передал отброшенный пакет. Часто это ухудшает ситуацию, поскольку переключатель уже занят.

Современные переключатели обладают функциональной возможностью, которая позволяет управлять потоком поступающих в порт пакетов и известна как обратное давление (back, pressure). Обратное давление мешает узлам, присоединенным к порту, передавать пакеты. Осуществить это можно двумя способами: форсируя коллизии или посылая сигнал затянувшейся передачи.

Оказать обратное давление, форсируя коллизию, можно при попытке узла передать пакет в порт. Если переключатель обнаружит входящий пакет, то он передаст пустой пакет, вызывая коллизию. Проблема обычно появляется, если перегрузка продолжается достаточно долго и на одном или нескольких передающих узлах возникает 10 коллизий подряд. Если это случается, то узел перестает пытаться передать пакет. Оказывая обратное давление, переключатель стремится избежать подобной ситуации.

Другой метод, которым переключатель может оказать обратное давление,— передать сигнал затянувшейся передачи, являющийся чересчур длинным пакетом. Когда переключатель обнаруживает перегрузку, он начинает передавать пакет до тех пор, пока перегрузка не исчезнет. Это более эффективно, чем использовать коллизию. Затянувшаяся передача сама может вызвать коллизии, но тогда узлы сети обнаружат ее и прекратят собственные передачи на время, пока будет продолжаться затянувшаяся передача. Большинство производителей переключателей утверждают, что их изделия при

возникновении перегрузки могут оказывать обратное давление. Лучшие из них используют для этого затянувшуюся передачу.

К сожалению, при использовании затянувшейся передачи в качестве обратного давления также возникает небольшая проблема. В конце затянув- ine访ся передачи все узлы, прервавшие передачу, находятся в состоянии ожидания, пока стартуют их таймеры IPG. Таймеры же стартуют в течение половины продолжительности окна коллизий своего сегмента, что гарантирует возникновение нескольких коллизий после того, как затянувшаяся передача прекратится. Тем не менее ни один кадр не будет отброшен.

Еще одно неудобство связано с тем, что оба метода оказывают обратное давление на все порты, вне зависимости от того, нужно это или нет.

Обратное давление используется переключателем только как последнее средство помешать узлам переключаемой ЛВС передавать пакеты, которые могут быть отброшены. В сущности, из двух описанных зол оно является меньшим.

Общие функциональные во зможности переключателей

Современные переключатели имеют огромный диапазон функциональных возможностей. Команды проектировщиков на предприятиях, поставляющих переключатели, проводят много времени, шлифуя каждую деталь. Они пытаются достичь такого соотношения стоимости и производительности переключателей, которое с учетом их функциональных возможностей сделало бы эти продукты наиболее привлекательными. Часто возникает необходимость закладывать в изделия функциональные возможности, рассчитанные на решение проблем конкретных покупателей. Ниже перечислены некоторые из самых передовых и интересных функциональных возможностей переключателей

Интеллектуальное обратное давление. Отдельные переключатели могут избирательно оказывать давление на порты. Если, скажем, переключатель обнаружил перегрузку в порту 4 и знает, что все буферизованные пакеты для него пришли из портов 3, 6 и 7, то он оказывает обратное давление только на эти порты.

Остовное дерево. Иногда желательно иметь запасные связи между устройствами. Например, при параллельном соединении сети рабочей группы с двумя переключателями сети подразделения может появиться петля, которую обнаружат оба переключателя. Одна из связей будет отключена. Если работающая связь выйдет из строя, то другая активизируется автоматически. Использование остовного дерева и запасных связей является очень сложной темой, которой посвящены отдельные книги.

Поддержка 10/100. Многие переключатели поддерживают на каждом порту по две технологии — Ethernet и Fast Ethernet. Используемая

подключенным устройством сетевая технология обычно определяется автоматически. Такие виды переключателей идеальны для модернизации существующей системы Ethernet до уровня Fast Ethernet.

Модульные порты. Как упоминалось ранее, некоторые переключатели имеют один или несколько модульных портов с гнездами для модулей PHY стандартов 100Base-TX, 100Base-FX или 100Base-T4.

Модульные связи. Они очень похожи на модульные порты и поддерживают модули связи с сетями FDDI, ATM и даже Fast Ethernet.

Сегментация портов. Некоторые новые переключатели позволяют группировать порты таким образом, чтобы они выглядели как отдельные переключатели. Например, 12-портовый переключатель может быть сегментирован на три логических переключателя с портами 1-4, 5-8 и 9-12, каждый из которых ведет себя как отдельный переключатель (иногда это называется виртуальной ЛВС). Поставщики очень изобретательны в поддержке принципа сегментации портов переключателя.

Ограничение доли широковещательных кадров. Некоторые переключатели позволяют запрограммировать максимальную долю широковещательных кадров, передаваемых и получаемых каждым портом. В частности, для полнодуплексной связи с другим переключателем вы можете ограничить число широковещательных кадров, передаваемых в секунду. Если доля таких кадров превысит заданный предел, то кадры, идущие в этот порт, будут отброшены. Обратите внимание: отброшенные широковещательные кадры в отличие от отброшенных пакетов редко вызывают проблемы.

Гигабитные связи. В 1996 году IEEE начал разрабатывать стандарт сети Gigabit Ethernet, которая в 10 раз быстрее, чем Fast Ethernet. Новая сеть вряд ли будет стандартизирована раньше начала 1998 года. Тем не менее это не значит, что поставщики переключателей почивают на лаврах. Переключатели, имеющие порты связи для Gigabit Ethernet, появились еще в 1996 году.

Связи с глобальными сетями. Уже созданы переключатели, позволяющие добавлять связи с ISDN и Frame Relay. Иногда они даже способны обеспечивать маршрутизацию. Именно такие переключатели целесообразно применять в удаленных офисах, поскольку связь переключателя с глобальной сетью устраняет необходимость в отдельном интерфейсе. Подводя итоги сказанному, следует подчеркнуть, что переключатели, в отличие от повторителей Fast Ethernet, — устройства исключительно сложные. Существует много способов создать переключатель, имеющий широкий набор функциональных возможностей. Большинство современных переключателей имеют высокую производительность и выдерживают тесты МАХ traffic и MAX throughput. Различие между современными переключателями с точки зрения их производительности сводится в основном к способности справляться с перегрузкой и к неодинаковой ширине внутренней полосы пропускания для полнодуплексных портов.

Важно помнить,* что любой переключатель, даже очень дорогой и высокопроизводительный, можно перегрузить. В одинаковых условиях различные переключатели ведут себя по-разному. Именно при выборе переключателей лучше всего проявляются преимущества планирования сети и понимания требований к ее производительности. Выбирая переключатель, поговорите с поставщиком, с тем чтобы поглубже понять архитектуру данного продукта, а затем определите, насколько он удовлетворяет предъявляемым вами требованиям.

TАЖД 口3

Маршрути заторы

Маршрутизаторы являются ключевыми компонентами многих сетей, особенно крупных и сложных. Маршрутизаторы необходимы во многих ситуациях. Например, связь с Internet всегда происходит через маршрутизатор; с использованием маршрутизаторов часто производится связь с глобальными сетями, хотя каналы связи с этими сетями могут иметь и мосты.

Маршрутизаторы относятся к устройствам уровня 3. Работая с дейтаграммами протоколов, а не с кадрами, они могут делать то, что невозможно или очень тяжело сделать при помощи мостов. Поскольку маршрутизаторы функционируют на уровне протокола, то они могут также обеспечить все современные сервисы, например выступать в качестве брандмауэров и маршрутизировать специальным образом голосовой и видеотрафик.

Многие поставщики переключателей предсказывали смерть маршрутизаторов. Но этого не произошло и не может произойти. В настоящее время многие производители работают над переключателями уровня 3. Переключатель уровня 3 ——это устройство, которое подобно маршрутизатору принимает решение о ретрансляции каждого кадра на основании информации протокола уровня 3, а не на основании информации кадра уровня 2. Переключатель уровня 3, естественно, произошел от маршрутизатора, подобно тому как переключатель произошел от моста.

Часто функции маршрутизатора и моста объединяются в одном устройстве. Полученные таким образом гибриды называются мостами-маршрутизаторами. Мост-маршрутизатор может работать и как мост, и как маршрутизатор. Получив кадр, мост-маршрутизатор проверяет его и передает по мосту или маршрутизирует, что зависит от типа кадра и дейтаграммы протокола в кадре.

В любом случае маршрутизация ——весьма сложная тема. Выбрать подходящий маршрутизатор, особенно на уровне предприятия, очень трудно. Полное освещение темы маршрутизации выходит за рамки настоящего издания, однако мы обсудим некоторые важные ее моменты применительно к сети Fast Ethernet.

Самым важным вопросом, относящимся к маршрутизаторам, является следующий: когда маршрутизировать, а когда переключат^ Эта глава поможет

вам понять, когда следует использовать маршрутизацию, а когда переключение между различными частями вашей сети.

Так, связь с Internet — это то, о чем рано или поздно задумываются все. Ее легко осуществить при помощи Fast Ethernet, однако здесь имеются моменты, нуждающиеся в объяснении.

Маршрутизировать или переключать — вот в чем вопрос

В большинстве систем Fast Ethernet переключение является предпочтительным методом для связывания сегментов с образованием сетей рабочих групп, объединения сетей рабочих групп в сеть подразделения, связывания сетей подразделений с опорными сетями и даже для связывания опорных сетей между собой. Переключатели — более простые устройства, чем маршрутизаторы, и почта всегда обеспечивают более высокую производительность, имея более низкую цену. В частности, переключение почти всегда является предпочтительным методом обеспечения связывания для локальных сетей Ethernet и Fast Ethernet.

Тем не менее существуют цели, для достижения которых лучшим или даже единственным вариантом является использование маршрутизаторов:

разделение существующих переключаемых ЛВС, если они становятся слишком большими;

связывание переключаемых ЛВС и/или отдельных сегментов, которые нуждаются в простой связи;

связывание переключаемых ЛВС и/или отдельных сегментов с глобальными сетями;

интеграция с унаследованными сетями и сетями других технологий;

связь с Internet.

Мы уже говорили о том, что переключаемые ЛВС плохо масштабируются в гигантские системы. Существует практический предел, до которого может увеличиться переключаемая сеть. На то имеется несколько причин: проблемы, связанные с наличием широковещательных кадров, невозможность обеспечить активные запасные пути, большое время ретрансляции, возникновение перегрузок и т.д. С другой стороны, маршрутизаторы и протоколы маршрутизации разработаны специально для решения задач масштабирования. Маршрутизируемые сети могут стать действительно огромными. Примером полностью маршрутизируемой гигантской сети может служить Internet.

Когда широковещательная область переключаемой ЛВС становится слишком большой, то для ее разделения на меньшие части можно использовать маршрутизатор, аналогично тому, как для разделения слишком большой области коллизий применяется переключатель. В частности, маршрутизатор

целесообразно использовать вместо переключателя опорной сети в ЛВС, включающей четыре крупных подразделения (рис. 13.1).

Рис. /3.7. Разделение переключаемых ЛВС

Маршрутизаторы, обеспечивая, как правило, более высокую производительность сети, являются достаточно мощными устройствами сети уровня предприятия. Если разделяется большая широковещательная область, то возникает потребность в высокопроизводительной связи между образовавшимися областями. Недорогие маршрутизаторы не могут обрабатывать данные настолько быстро, чтобы соединять две или более системы Fast Ethernet, особенно если между переключаемыми ЛВС необходимо иметь запасные каналы.

Маршруты заторы для связывания

Маршрутизаторы используются в тех случаях, когда необходимо обеспечить связь между переключаемыми ЛВС и/или сегментами, но канал связи не должен иметь высокой производительности. Например, компания может предоставить каждому подразделению высокоскоростную переключаемую ЛВС, в которой имеются собственные высокоскоростные серверы, локальные принтеры и другие сетевые устройства. Тем не менее их необходимо связать вместе и таким образом предоставить возможность пересылать электронную почту, управлять сетью и связываться с Internet. В этом случае предпочтительнее использовать сравнительно дешевый маршрутизатор среднего класса, а не дорогой переключатель опорной сети. Такой маршрутизатор обеспечит связь между сетями подразделений при достаточной их производительности, изолируя в то же время переключаемые ЛВС друг от друга.

Маршрутизаторы также часто используются в сетях масштаба студенческого городка, когда необходимо связать между собой отдельные здания. В таком случае в каждом здании принято помещать переключаемую ЛВС (рис. 12.2), а для их связывания применять маршрутизируемую сеть. Часто это делается при помощи кольца FDDI, которое функционирует как большая маршрутизируемая опорная сеть предприятия. Многие современные переключатели также поддерживают полнодуплексные связи, что позволяет использовать их в качестве переключателей опорных сетей, подобных показанной на рис. 8.7.

Корпоративное опорное кольцо FDDI

Рис. 13.2. Маршрутизируемое кольцо FDDI

Когда маршрутизатор используется подобным образом, то он часто называется краевым маршрутизатором (edge router) и соединяет устройства односегментных или переключаемых ЛВС в большую, полностью маршрутизируемую сеть. Например, ЛВС, структурная схема которой приведена на рис. 8.7, может быть присоединена к кольцу FDDI крупного предприятия, как показано на рис. 13.2.

Естественно, маршрутизируемая опорная сеть не всегда соединяется с единственным кольцом FDDI или сетью другой технологии. Маршрутизаторы могут соединяться друг с другом напрямую по каналам ЛВС или глобальной сети, формируя смешанную систему типа показанной на рис. 13.3. Часто такая система маршрутизаторов называется облаком (cloud). Краевые маршрутизаторы объединяют отдельные ЛВС в маршрутизируемую сеть, а внутренние маршрутизаторы обеспечивают связь уровня опорной сети. Системы, спроектированные подобно этой, как правило, исключительно гибки и надежны. Многие крупные компании используют маршрутизируемые системы наподобие описанной для обеспечения связи в отдельных зонах и между ними.

маршрутизаторы

Рис. 13.3. Маршрутизируемое облако

Маршрутизаторы также можно использовать для защиты медленных устройств от высокой скорости Fast Ethernet. Принтеры, старые рабочие станции, серверы и медленные маршрутизаторы глобальных сетей можно изолировать от сети Fast Ethernet, используя маршрутизатор. Типичный пример того, как это делается, показан на рис. 13.4. Такое изолирование бывает особенно необходимым, когда переключаемая локальная сеть Fast Ethernet становится очень большой. Если эти устройства присоединены через переключатель 10/100, то прохождение большого числа широковещательных кадров через воронку от стороны со скоростью 100 Мбит/с к стороне со скоростью 10 Мбит/с может "затопить" медленные устройства. Поскольку маршрутизатор не пропускает широковещательных кадров, то медленные устройства на повторителе не будут иметь с ними дела и смогут нормально функционировать.

Принтер

Старый сервер

Старая медленная рабочая станция

Рабочая станция UNIX

l-9semOL А-СФЬХЛОЬШОС

Рис. 73.4 Защита старых медленных устройств

Маршрутизаторы для связи с глобальными сетями

Вероятно, чаше всего маршрутизаторы используются для связи с глобальными сетями. ЛВС типа Fast Ethernet называются локальными, потому что они могут физически покрывать только относительно небольшую область. Диаметр сети сегмента Fast Ethernet, в котором используется медный кабель, обычно составляет не более 205 метров. Полнодуплексный канал Fast Ethernet, а также канал FDDI, могут простираться на расстояние до 2000 метров. Будучи приемлемыми для крупного здания или даже небольшого городка, на самом деле 2000 метров — это не так уж много.

Для связывания географически разнесенных ЛВС используются каналы глобальных сетей. Они обычно предоставляются местной телефонной компанией, например одной из дочерних Bells, или одной из основных компаний, например AT&T, MCI или Sprint. Поначалу каналы WAN были очень медленными и из-за высокой стоимости приемлемы только для крупных компаний. В начале 90-х годов по мере развития данной технологии и роста запросов цены на каналы WAN начали падать.

В 1995 и 1996 годах необходимость в связи удаленных и домашних офисов с головным и сетей компаний с Internet создали новый огромный рынок для маршрутизаторов и каналов WAN. Когда сети стали всеобъемлющими, а структура компаний начала изменяться от монолитных групп, находящихся в одном месте, до организаций, распределенных в крупном географическом регионе, этот рынок стал просто необъятным. Не исключено, что и вы захотите связать вашу систему Fast Ethernet с каналом WAN.

Все каналы WAN обладают одной общей чертой: обеспечивают двухточечную связь между двумя устройствами, по одному на каждом конце канала. Обычно на каждом конце канала WAN находится маршрутизатор. Многие мосты и даже некоторые переключатели также поддерживают каналы WAN, но для мостов и каналов WAN широковещательные кадры составляют большую проблему. Каналы WAN почти всегда работают намного медленнее, чем ЛВС, с которыми они соединены через мост или маршрутизатор. Если мост подключен к каналу WAN, то он должен передавать в него все широковещательные кадры, которые приходят с портов ЛВС. Из-за наличия широковещательных кадров напрасно пропадает львиная доля полосы пропускания канала WAN, потому что устройство, которое должно ответить на широковещательный кадр, редко находится на другой стороне канала WAN.

Решением этой проблемы, опять таки, может стать использование маршрутизаторов, поскольку они не пропускают широковещательных кадров. Маршрутизаторы передают каналу WAN только тот трафик, который должен по нему пройти. В таком случае канал будет использоваться наиболее эффективно. Некоторые маршрутизаторы, чтобы передать через канал больший объем данных, могут даже применять сжатие.

Для того чтобы связать систему Fast Ethernet с каналом WAN, а затем с другими сетями, маршрутизатор должен иметь два порта — порт Fast Ethernet

и порт WAN. Канал WAN соединен с другим маршрутизатором. Существует множество различных типов каналов WAN, от обычных модемов для передачи по коммутируемой линии со скоростью 28,8 Кбод до каналов ОС12 со скоростью 622 Мбит/с. Ниже перечислены некоторые каналы WAN, обычно применяемые в Соединенных Штатах.

ТипСкорость передачи данныхМодемы28,8 Кбод; 33,6 Кбод;56 КбодISDN BR12 канала по 64 Кбит/сISDN PR12 канала по 64 Кбит/сFrame RelayОт 128 Кбит/с до 1,544 Мбит/сT1/DS11,544 Мбит/сT1C/DS1C3,152 Мбит/сT2/DS26,312 Мбит/сT3/DS344,736 Мбит/с802.3u100 Мбит/сT4/DS4274,176 Мбит/сOC3155,52 Мбит/сOC12622,08 Мбит/сТипСкорость передачи данныхМодемы28,8 Кбод; 33,6 Кбод;56 КбодISDN BR12 канала по 64 Кбит/сISDN PR12 канала по 64 Кбит/сFrame RelayОт 128 Кбит/с до 1,544 Мбит/сT1/DS11,544 Мбит/сT1C/DS1C3,152 Мбит/сT2/DS26,312 Мбит/сT3/DS344,736 Мбит/с802.3u100 Мбит/сT4/DS4274,176 Мбит/сOC3155,52 Мбит/сOC12622,08 Мбит/сПримечаниеОбычные модемы, обеспечивающие связь по голосовой телефонной линииОба канала можно объединить для получения одного канала на 128 Кбит/сРаботает по линии T1/DS1Часто работает через линию Т1; много потоков FR могут совместно использовать линию Т1Стандартный кагил WAN2 линии Т14 линии Т128 линий Т1Fast Ethernet (для сравнения)177 линий Т1Используется для каналов ATMИспользуется компаниями MCI, AT&T и Sprint в их магистралях InternetПримечаниеОбычные модемы, обеспечивающие связь по голосовой телефонной линииОба канала можно объединить для получения одного канала на 128 Кбит/сРаботает по линии T1/DS1Часто работает через линию Т1; много потоков FR могут совместно использовать линию Т1Стандартный кагил WAN2 линии Т14 линии Т128 линий Т1Fast Ethernet (для сравнения)177 линий Т1Используется для каналов ATMИспользуется компаниями MCI, AT&T и Sprint в их магистралях Internet

Тип

Скорость передачи данных

Модемы

28,8 Кбод; 33,6 Кбод;

56 Кбод

ISDN BR1

2 канала по 64 Кбит/с

ISDN PR1

2 канала по 64 Кбит/с

Frame Relay

От 128 Кбит/с до 1,544 Мбит/с

T1/DS1

1,544 Мбит/с

T1C/DS1C

3,152 Мбит/с

T2/DS2

6,312 Мбит/с

T3/DS3

44,736 Мбит/с

802.3u

100 Мбит/с

T4/DS4

274,176 Мбит/с

OC3

155,52 Мбит/с

OC12

622,08 Мбит/с

Тип

Скорость передачи данных

Модемы

28,8 Кбод; 33,6 Кбод;

56 Кбод

ISDN BR1

2 канала по 64 Кбит/с

ISDN PR1

2 канала по 64 Кбит/с

Frame Relay

От 128 Кбит/с до 1,544 Мбит/с

T1/DS1

1,544 Мбит/с

T1C/DS1C

3,152 Мбит/с

T2/DS2

6,312 Мбит/с

T3/DS3

44,736 Мбит/с

802.3u

100 Мбит/с

T4/DS4

274,176 Мбит/с

OC3

155,52 Мбит/с

OC12

622,08 Мбит/с

Примечание

Обычные модемы, обеспечивающие связь по голосовой телефонной линии

Оба канала можно объединить для получения одного канала на 128 Кбит/с

Работает по линии T1/DS1

Часто работает через линию Т1; много потоков FR могут совместно использовать линию Т1

Стандартный кагил WAN

2 линии Т1

4 линии Т1

28 линий Т1

Fast Ethernet (для сравнения)

177 линий Т1

Используется для каналов ATM

Используется компаниями MCI, AT&T и Sprint в их магистралях Internet

Примечание

Обычные модемы, обеспечивающие связь по голосовой телефонной линии

Оба канала можно объединить для получения одного канала на 128 Кбит/с

Работает по линии T1/DS1

Часто работает через линию Т1; много потоков FR могут совместно использовать линию Т1

Стандартный кагил WAN

2 линии Т1

4 линии Т1

28 линий Т1

Fast Ethernet (для сравнения)

177 линий Т1

Используется для каналов ATM

Используется компаниями MCI, AT&T и Sprint в их магистралях Internet

Канал WAN может соединять офисы в городе, в стране или в разных городах мира. Маршрутизаторы, используемые для связей с глобальной сетью, часто имеют только два порта ——один для связи с ЛВС, а другой для канала WAN. Обычные маршрутизаторы также могут иметь порты для связи с глобальной сетью. Многие компании располагают маршрутизаторы централизованно, в одном или двух местах, осуществляя таким образом всю маршрутизацию для удаленных офисов. Часто такие маршрутизаторы располагают в центрах данных. Все каналы WAN компании сходятся от удаленных мест к центру данных. Это позволяет удаленным пользователям взаимодействовать друг с другом и со множеством центральных серверов. Подобная централизация предоставляет огромные преимущества, если компании обладают большими базами данных, которые необходимы для деятельности многих удаленных пользователей. Компании, имеющие разветвленные системы точек продажи, например крупные сети универмагов, или, подобно страховым компаниям, большие базы данных, часто используют модель центра данных.

Другая традиционная цель применения каналов WAN — связывание малых и домашних офисов с головными. Многие поставщики производят специально предназначенные для этого маршрутизаторы. Такие маршрутизаторы имеют один интерфейс ЛВС, обычно для Ethernet или Fast Ethernet,

Канал EthernetКанал Ethernetи несколько модульных интерфейсов WAN. Модульный интерфейс WAN можно вставить в гнездо на шасси. Некоторые устройства на базе шасси содержат лишь маршрутизатор, но многие могут поддерживать не только платы WAN, но и платы повторителей и переключателей. Отдельные маршрутизаторы специально спроектированы для маршрутизации удаленного доступа и поддерживают только вставляемые модули портов WAN. Например, поставщик услуг Internet может иметь маршрутизаторы, поддерживающие буквально тысячи модемов для передачи данных по коммутируемым линиям. Другие устройства разработаны для приложений в удаленном офисе. Типичный маршрутизатор удаленных офисов в головном офисе может выглядеть подобно представленному на рис. 13.5.

Канал Ethernet

Канал Ethernet

со скоростью передечи денных 10 Мбит/с

Рис. 73.5. Модульный маршрутизатор WAN

В этом случае маршрутизатор присоединен непосредственно к переключателю опорной сети Fast Ethernet через канал Ethernet, обеспечивающий скорость передачи данных 10 Мбит/с. Маршрутизатор поддерживает модемы для пользователей коммутируемых линий (мобильных пользователей, например, продавцов), три линии ISDN BRI для небольших удаленных и домашних офисов, выделенную линию Т1 для большого удаленного офиса и канал Frame Relay для обмена электронными данными.

Существуют и очень маленькие маршрутизаторы, предназначенные для небольшого удаленного или домашнего офиса. Как правило, это двухпортовые устройства, которые стоят менее 1000 долларов и легко связывают небольшой удаленный офис по каналу ISDN или Frame Relay. Доступны также маршрутизаторы ISDN, Frame Relay и Т1 в виде плат, вставляемых в серверы и рабочие станции.

Маршрутизаторы удаленных офисов обладают необыкновенным разнообразием размеров, типов, количества портов и цен. Производители были весьма изобретательными, создавая устройства, отвечающие весьма специфическим требованиям. На рынке регулярно появляются (причем по более низкой цене) новые устройства, имеющие больше функциональных возможностей и более высокую производительность, чем сегодняшние устройства.

Интеграция с ЛВС других технологий

Часто возникает потребность связать систему Fast Ethernet с локальными сетями других типов. Маршрутизаторы предлагают хорошее решение для связывания системы Fast Ethernet с сетями Token Ring, FDDI, ARCNet и lOOVGAnyLAN. Обеспечивая согласование значительных различий в типе доступа к среде или формате кадра, они, по сути, могут связать сети, использующие любые технологии. Как известно, размер кадра в сети Token Ring составляет порядка 4 Кбайт, а в FDDI ——64 Кбайт. В сети же Ethernet длина кадра не превышает 1500 байтов. В случае использования протокола IP маршрутизатор может фрагментировать большие IP-дейтаграммы, полученные из локальной сети Token Ring или FDDI, на несколько кадров сети Ethernet. Этот прием называется фрагментацией IP и позволяет маршрутизируемой системе использовать больший, более эффективный размер кадра Token Ring или FDDI и при этом иметь возможность взаимодействовать с Ethernet или Fast Ethernet.

Маршрутизаторы могут также помочь согласовать скорости более медленных технологий Token Ring или ARCNet со скоростью Fast Ethernet. Они также могут буферизовать большие объемы данных, помогая предотвратить перегрузку во время их передачи из Fast Ethernet в более медленную ЛВС.

Связь с Internet

Способ обеспечения связи с Internet не очень отличается от способа обеспечения связи с удаленным офисом. Однако вместо модема для передачи по коммутируемой линии или линии ISDN целесообразнее использовать канал WAN, работающий круглосуточно. Естественно, эта услуга стоит дороже, но гарантирует доступ в Internet, обеспечивает прием и отправку электронной почты, позволяет сотрудникам компаний всегда иметь доступ к их Web-страницам.

Небольшие компании могут использовать для связи линию ISDN на 128 Кбит/с или канал Frame Relay на 512 Кбит/с. Компании среднего и крупного масштаба часто задействуют выделенный канал Т1. При использовании различных каналов принцип маршрутизации не меняется, а обычно изменяется вид оборудования, которое используется на конце канала со стороны компании.

Любой компании, которая связывается с Internet, можно посоветовать использовать брандмауэр (firewall) или proxy-сервер. Эти устройства позволяют предотвратить доступ злоумышленников к вашим частным корпоративным ресурсам и не препятствуют доступу в Internet ваших сотрудников. (Обратите внимание, что мы не пользуемся термином хакер, который часто применяется не по назначению. Хакеры ——это, как правило, хорошие ребята, снабжающие нас всеми видами бесплатного программного обеспечения. Первый бесплатный Web-броузер Mosaic был написан и выпущен хакером

по имени Марк Адрисен, сейчас возглавляющим фирму Netscape. Брандмауэры и proxy-серверы представляют собой обычные, хотя и быстрые компьютеры, имеющие по два сетевых адаптера ——один связывается с Internet через маршрутизатор, а другой присоединяется к корпоративной сети (рис. 13.6).

Говорят, что корпоративная сеть находится внутри брандмауэра и защищена от вмешательства злоумышленников. Брандмауэр (или ргоху-сервер) может обеспечить эту защиту, потому что он просматривает и фильтрует весь трафик из Internet. Он должен обнаружить и предотвратить любую атаку, направленную на корпоративную сеть. Proxy-сервер может также полностью изолировать пользователей корпоративной сети от Internet, не отказывая им в доступе к Web, FTP и другим ее ресурсам.

Использование брандмауэров и ргоху-серверов может сделать корпоративную сеть почти неуязвимой к атаке злоумышленников, но все же они недостаточно совершенны и являются только частью плана безопасности, включающего защиту серверов с помощью паролей, соответствующее обучение пользователей и другие меры. Обеспечить связь с Internet нетрудно, причем ее можно сделать исключительно безопасной. Мы рекомендуем всем компаниям, осуществляемым связь с Internet, очень серьезно относится к вопросам безопасности.

TAAIBA 口觇

Управление устройствами сети

В нескольких главах мы уже говорили о мерах сетевой производительности, таких как показатель использования сети, количество передаваемых широковещательных кадров в секунду и количество отброшенных кадров на портах переключателя. Анализ такого рода информации позволяет существенно улучшить работу сети Fast Ethernet. Это особенно важно для сетей, основанных на переключателях, которые обеспечивают связь сетей подразделений и опорных сетей. При использовании переключателей администратор сети должен постоянно следить за возникновением перегрузки и появлением избыточных широковещательных кадров.

Статистические данные о сети и управляющая информация бесполезны для администратора сети, если их нельзя легко получать, и единственным путем для этого является управление сетью с использованием протокола SNMP. Многие устройства поддерживают патентованные интерфейсы, а иногда и специальные протоколы для управления и сбора статистики. Иногда эти методы весьма остроумны, однако они нестандартны. Независимо от степени присущего ему интеллекта устройство считается управляемым только тогда, когда оно поддерживает протокол SNMP. С любым устройством, управляемым по протоколу SNMP, можно общаться, используя станцию управления сетью (NMS ——Network Mamagement Station). С помощью этой станции администратор сети может полностью контролировать устройство и получать статистическую информацию о его работе. Программное обеспечение NMS работает на персональных компьютерах или рабочих станциях, а для сбора статистики и управления устройствами взаимодействует с агентами.

Управляемые устройства часто поддерживают много различных MIB. (Более подробно о MIB и протоколе SNMP рассказано в главе 6). Часто эти MIB определены в стандартах IETF. Большинство устройств поддерживают также MIB предприятия или патентованные MIB для обеспечения дополнительной информации и возможностей управления, не предусмотренных в стандартных MIB. Часто данные из MIB предприятия дополняют или детализируют данные, приведенные в стандартной MIB. Двумя наиболее

важными базами данных для узлов, переключателей и повторителей Fast Ethernet являются MIB-II, описанная в документе RFC1213, и RMON MIB, заданная документом RFC1757. Существуют также MIB для специальных типов устройств: для переключателей, MIB моста (RFC1493) — обе доступны по адресу www.wiley.com/compbooks/FastEthernet, а для повторителей Ethernet и Fast Ethernet предназначена MAU MIB (RFC13768).

MIB-II была определена в мае 1990 года и поддерживается почти всеми управляемыми устройствами. MIB-II общепринята, поскольку она определяет объекты данных, специфичные для одного или нескольких сетевых интерфейсов. Другими словами, если устройство имеет хотя бы один сетевой интерфейс, то оно может (и должно) поддерживать MIB-II.

База данных RMON MIB содержит информацию о целом сегменте. Например, используя MIB-П, можно узнать количество широковещательных кадров, переданных и полученных портом переключателя. Для Fast Ethernet и Ethernet RMON собирает данные в одной области коллизий.

Управление на основе MIB-II

MIB-П является самой универсальной и, наверное, самой важной базой MIB общего пользования. Она содержит данные о самом устройстве и всех его сетевых интерфейсах. Эти данные разделены на группы, включающие информацию о различных аспектах сетевого интерфейса.

Группа

Системная

Описание

Содержит информацию о самом устройстве. Устройству можно, например, присвоить имя, привести его описание и задать информацию о расположении.

Интерфейсов

Трансляции адресов

Хранит данные о каждом интерфейсе устройства.

Существует только для обеспечения совместимости с MIB-I, предшественницей MIB-II. Эта информация имеется и в других группах MIB-H.

IP

Содержит сведения о протоколе IP и поддерживающих его сетевых интерфейсах.

ICMP

Хранит информацию о сообщениях ICMP, переданных и полученных интерфейсом.

TCP

Содержит информацию о протоколе TCP, используемом в данном устройстве.

Передачи

Объединяет подбазы MIB, в которых хранится информация, относящаяся к специфическим сетевым технологиям, таким как Fast Ethernet или Token Ring.

SNMP

Содержит информацию о протоколе SNMP, используемую для управления данным устройством.

Все перечисленные группы содержат важную и полезную информацию. Самыми полезными для определения производительности сети являются данные системной группы и группы интерфейсов. Данные, собранные с портов переключателя с использованием этих групп, могут использоваться для измерения значения показателя использования сети, обнаружения перегрузки и проблем, связанных с долей широковещательных кадров в трафике.

Обычно данные MIB-II, собранные устройством типа сервера или рабочей станции, отражают статистику только для одного сетевого интерфейса. Самого по себе этого недостаточно для вычисления значения показателя использования сети и других интересующих нас параметров. Например, вы не можете применить для этой цели данные MIB-II, собранные на сетевом интерфейсе сервера.

Однако порт переключателя — это совсем другое дело. Он видит весь трафик каждой области коллизий, с которой связан. Поэтому производительность сети может быть легко рассчитана с использованием статистики MIB-II, полученной с портов переключателя.

MIB-II содержит много различных объектов, однако для вычисления значения показателя использования сети, нам нужны следующие данные, собранные с порта переключателя:

Имя объекта

Описание

Пояснение

SysUpTime

Время (сотые доли секунды), прошедшее от последнего запуска системы управления.

Когда переключатель запускается или перезапускается, то значение этого счетчика устанавливается в 0, а затем увеличивается на единицу через каждую 1/100 секунды.

IfSpeed

Оценочное значение текущей полосы пропускания интерфейса (биты в секунду). Для интерфейсов, полоса пропускания которых не изменяется или не может быть точно определена, объект должен содержать значение номинальной полосы пропускания.

Это скорость передачи данных интерфейсом — 10000000 для Ethernet и 100000000 для Fast Ethernet.

IflnOctets

Общее количество октетов, полученных интерфейсом, включая символы кадровой синхронизации.

Это значение является счетчиком байтов, порожденных всеми узлами области коллизий, связанной с портом переключателя. Обратите внимание, что сюда включаются широковещательные и однопунктовые кадры.

IflnUcastPkts

Количество однопунктовых пакетов подсети, переданных протоколу более высокого уровня.

Это значение является счетчиком однопунктовых кадров, порожденных всеми узлами области коллизий, связанной с портом переключателя.

IflnNUcastPkts

Количество неоднопунктовых (т.е. широковещательных или многопунктовых) пакетов подсети, переданных протоколу более высокого уровня.

Это значение является счетчиком широковещательных и многопунктовых кадров, порожденных всеми узлами области коллизий, связанной с портом переключателя.

IflnDiscards

Количество огброшенньгх входных пакетов, в том числе и тех, в которых протокол высокого уровня не обнаружил ошибок, препятствующих их доставке. Одной из возможных причин отбрасывания такого пакета может быть необходимость в освобождении буферной памяти.

Это значение является счетчиком кадров, полученных из области коллизий и отброшенных переключателем из-за перегрузки.

WutOctets

Общее количество октетов, переданных интерфейсом, с учетом символов кадровой синхронизации.

Это значение является счетчиком байтов, переданных переключателем в область коллизий. Это все данные, приходящие из других областей коллизий. Обратите внимание, что сюда включаются широковещател ь- ные и однопунктовые кадры.

IfOutUcastPkts

Общее количество однопунктовых пакетов, требования на передачу которых выдал протокол более высокого уровня. Сюда включаются отброшенные и не переданные пакеты.

Это значение является счетчиком одрюпунктовых кадров, переданных мостом из других областей коллизий.

IfOutNUcastPkts

Общее количество неоднопунктовых пакетов (те широковещательных или многопунктовых), требования на передачу которых выдал протокол более высокого уровня. Сюда включаются отброшенные и непереданные пакеты.

Это значение является счетчиком ш ирокове щательн ых и многопунктовых кадров, переданных в данную область коллизий из других областей.

IЮutDiscards

Количество отброшенных выходных пакетов, в том числе и тех, в которых протокол высокого уровня не обнаружил ошибок, мешающих их доставке. Одной из возможных причин отбрасывания такого пакета может быть необходимость в освобождении буферной памяти.

Это значение является счетчиком кадров, которые не могли быть переданы переключателем в область коллизий из-за его перегрузки.

ГТо-видимо”，самым важным значением MIB-II, используемым для вычисления различных параметров, является sysUpTime. Этот объект показывает, как устройство измеряет время, и без него нельзя вычислить никаких значимых данных. Причина состоит в том, что все счетчики MIB-I1 и большинства других баз MIB — это всего лишь счетчики. Предположим, что

счетчик ifUcastPkts порта переключателя, хранящий информацию о количестве кадров, полученных сетевым интерфейсом, содержит значение 168284917. Что это означает? Это количество кадров, полученных за последние пять минут? За последний час? Если говорить коротко, значение счетчика само по себе никак не привязано к временному интервалу.

Другая особенность, связанная со счетчиками MIB-II, состоит в том, что они являются 32-битными устройствами. Это означает, что счетчики могут считать только до числа 232, что составляет 4294967296 (около 4,3 миллиарда). При скорости передачи кадров Fast Ethernet, равной 100 Мбит/с, в очень загруженной сети счетчик кадров легко может обнуляться примерно каждые 14 часов.

П

ри скоростях Fast Ethernet счетчики максимальной пропускной способности, измеряющие количество переданных байтов (октетов), могут обнуляться всего за 5,8 минуты. (1518 байтов на кадр при 8127,44 кадрах в секунду — это 12337454 байта в секунду. Максимальное значение, которое может содержать 32-разрядный счетчик, составляет 4294967296. При такой скорости он будет обнуляться каждые 348 секунд).

Программное обеспечение станции NMS выполняет эту на первый взгляд трудноразрешимую задачу при помощи процесса, называемого дискретизацией. Когда вы с помощью NMS измеряете значение показателя использования сети, то программа считывает значения необходимых счетчиков и значение sysUpTime и запоминает их. В течение этого периода NMS будет периодически опрашивать счетчики и объект sysUpTime, пока не истечет заданное время. Например, при продолжительности измерения в 5 минут, или 30000 единиц sysUpTime, NMS может выбирать необходимые данные раз в 5 секунд.

Таким образом, если в начале измерений значение sysUpTime было равно 1025882373, то программа будет периодически обращаться к устройству, пока это значение не станет большим или равным 1025912373, т.е. на 30000 больше первоначального значения. Программа NMS должна использовать эту процедуру для любого измерения с использованием значений счетчика.

Все 32-разрядные счетчики статистических данных и времени sysUpTime подвержены переполнению. К счастью, NMS может легко устранить эту проблему. Для этого нужно лишь убедиться, что интервал дискретизации короче, чем самое короткое время обнуления счетчика. Для Fast Ethernet оно составляет около 5 минут. Если программа NMS производит выборку достаточно часто, то она всегда может обнаружить переполнение счетчика и правильно вычислить нужные значения.

Например, при вычислении показателя использования сети необходимо считывать значения счетчика iflnUcastPkts. Если это значение меньше предыдущего считанного значения, значит счетчик переполнился. Например, при первом чтении значение счетчика может составить 4292824677, что меньше максимального значения на 2142619. При следующем обращении к

счетчику его значение может быть равным 2785. Вычисление производится по формуле:

Вычисления при переполнении счетчика

Количество = (232~Vi)+V2,

где 2 — максимальное значение счетчикаVI —- первое значение счетчика

V2 — второе значение счетчика

214 5404= (4294967296-4292824677)+27 85

В этом случае содержимое счетчика увеличилось на 2145404. Все 32-раз- рядные значения должны проверяться на переполнение, даже если они имеют длительные периоды обнуления. Например, счетчик sysUpTime также может переполниться, однако для этого ему понадобится 11930 часов, или 497 дней. Это достаточно длительный период времени, однако устройство типа повторителя, питающееся от источника бесперебойного питания, вполне может так долго работать.

Для сегмента Fast Ethernet, соединенного с переключателем, счетчики октетов In и Out, а также счетчик времени sysUpTime могут применяться для измерения показателя использования сети в течение заданного времени. Счетчик iflnOctets порта переключателя подсчитывает октеты, полученные из присоединенного сегмента, или, другими словами, число байтов, переданных всеми узлами присоединенного сегмента. Счетчик ifOutOctets порта переключателя хранит значение числа байтов данных, переданных в присоединенный сегмент из всех остальных сегментов широковещательной области. Общее число байтов вычисляется путем сложения этих двух величин. Чтобы определить показатель использования сети для порта переключателя, программа NMS использует следующую формулу:

Вычисление показателя использования сети

8 х totaloctetsПоказатель испо ль зования (%) =х 100

(Delta (t;, t0) / 100) х if Speed

Для Fast Ethernet значение jfSpeed составляет 108 и уравнение упрощается:

8 X totaloctets

Показатель использования (%)=

Delta (纟』)X 10000

Общее количество октетов, переданных по ЛВС, вычисляется так:

total Ос tets=Delta (ifHnOctetstG’iflnOctetst：) +

Delta (ifOutOctetsto, ifOutOctetsa)

Функция Оека(позже, раньше) вычисляет разность между значением позже и значением раньше. Функция Delta также учитывает возможность переполнения счетчика. Значения счетчиков в моменты времени to и tj. являются соответственно значениями в начале и конце периода измерений.

Это означает, что значение показателя использования сети в сегменте Fast Ethernet или Ethernet, присоединенном к порту переключателя, равно общему количеству битов переданных безошибочных кадров в области коллизий, деленному на общее число битов в полосе пропускания, доступной в течение данного времени. Например, данные, полученные программой NMS из сегмента за 5-минутный период, могут выглядеть так, как показано в табл. 14.1.

Таблица 74. /. Значения счетчиков

Счетчик

Значение е момент 而 Значение е момент ЛЗначение,

вычисленное функцией Delta

SysUpTime IflnOctets ifOutOctets

Всего октетов

28354919228357937930187

4292824677339375738341518357

6292854821127573734498288252

839806609

Обратите внимание, что значение sysUpTime на 187 превышает число 30000, соответствующее 5-минутному интервалу. Это обусловлено периодичностью считывания значений счетчиков программой NMS. В данном случае NMS считывает первые значения в тот момент времени, когда sysUpTime имеет значение 283549192 (to). Затем она производит считывание примерно каждые 5 секунд (по своим часам) и прекращает чтение, когда текущее значение счетчика времени sysUpTime по меньшей мере на 30000 превышает начальное. Вследстствие запаздывания сигналов, непостоянства таймеров и других различий между двумя системами программа NMS не может считывать значения через равные промежутки времени. Этот факт учитывается при проведении вычислений, и вместо предопределенного интервала времени в 30000 используется действительная разность между значениями to и ti счетчика времени sysUpTime. Если мы подставим в уравнение для вычисления значения показателя использования сети данные из табл. 14.1, то получим следующий результат:

Реальное вычисление

8 x 839806609

23,26% 二(283579379 - 283549192)X 10000

Интересный поворот в вычислении показателя использования сети возникает, когда в "игру вступают" полнодуплексные связи переключателя. В этом случае формула должна быть слегка модифицирована изменением значения ifSpeed с 100000000 на 200000000, поскольку данные могут передаваться одновременно в обоих направлениях. Для полнодуплексных связей формула выглядит так:

Вычисление показателя использования сети с полнодуплексными связями

8 X totaloctets

Показатель использования (%)= Del ta(t., t0) x 20000

Аналогичные приемы дискретизации можно использовать и для вычисления на основании данных MIB-II порта переключателя других параметров, таких как:

количество широковещательных кадров в секунду, переданных узлами сегмента;

количество широковещательных кадров в секунду, направленных из других сегментов;

количество однопунктовых кадров в секунду, выданных узлами сегмента;

количество однопунктовых кадров в секунду, направленных узлам сегмента;

количество байтов в секунду, сгенерированных узлами сегмента.

Часто подобные параметры вычисляются как значения из расчета в секунду, а для сбора данных обычно используется время выборки в несколько минут. Например, воспользовавшись данными из табл. 14.1, мы можем вычислить среднюю пропускную способность, выраженную в байтах в секунду:

Вычисление средней пропускной способности

totaloctetsПропускная способность (байт / с)

Delta(tir t0) / 100

Затем, подставляя реальные значения, получим

••••••««••«•••«•••«••••••••••••••••••••••••«•••««•••••а

Вычисление показателя использования сети с полнодуплексными связями

839806609

2782014 (байт / с)=

30187 / 100

Использование данных MIB-II из портов переключателя ——хороший способ вычисления некоторой очень информативной сетевой статистики. В MIB-II имеется также много других данных, таких как число полученных ошибочных кадров и МАС-адреса каждого интерфейса. Эти данные можно выбрать, скомбинировать с показателем использования сети и другой статистической информацией и получить очень ясную картину работы сети. Некоторые программы NMS отображают полученные данные в графическом виде.

Расширения MIB-II

База М1В-П была спроектирована настолько удачно, что использовалась достаточно долго. Однако она не совершенна. В 1994 году был создан документ RFC1573, который обычно называют расширенным интерфейсом MIB, описывающий много улучшений MIB-II. Двумя самыми важными из них являются поддержка 64-разрядных счетчиков и использование отдельных счетчиков для многопунктовых и широковещательных кадров.

64-разрядные счетчики действительно помогают поддерживать новые высокоскоростные сети. Это очень полезно для Fast Ethernet и означает, что программа NMS может часами следить за значениями, считывая их лишь через каждые 10-15 минут. Это важно не только потому, что счетчики реже переполняются, но и пото^гу, что уменьшается трафик управления сетью. В крупной сети предприятия NMS должна следить буквально за сотнями управляемых устройств, опрашивать их. Если опрашивать нужно часто, то значительную долю полосы пропускания займет трафик SNMP. Это также прибавит работы для NMS и ограничит количество устройств, за которыми она может наблюдать. Этот трафик управления может стать еще большей проблемой, если управляемое устройство находится на другой стороне одной или нескольких медленных связей WAN. Подобно широковещательному трафику, трафик SNMP может стать причиной расточительного использования дорогой полосы пропускания WAN.

Используя 64-разрядные счетчики, длительность цикла опроса управляемых устройств программой NMS можно значительно увеличить, например

до 15-30 минут даже для важных значений. Для обычных данных достаточно опрашивать каждые час-два. 64-разрядные счетчики могут хранить числа вплоть до 1844674407 3709600000 (действительно огромная величина!), однако даже они могут переполняться. Для сети Fast Ethernet минимальное время переполнения 64-разрядного счетчика составляет около 142 дней, и обычно этого времени достаточно. Тем не менее при переходе на Gigabit Ethernet, которая в 10 раз быстрее Fast Ethernet, время переполнения уменьшается до 14 дней, и это еще не самая быстрая сетевая технология. Глобальная вычислительная сеть ОС48 SONET работает со скоростью 2,448 Гбит/с.

Для сверхбыстрых сетей 64-разрядные счетчики ——это не роскошь, а необходимость. Ниже подробно описаны 64-разрядные счетчики в расширенном интерфейсе MIB-II:

Имя объекта

Описание

Пояснение

InOctets

Общее количество полученных интерфейсом октетов, включая символы кадровой синхронизации. Этот объект является 64-разрядной версией iflnOctets.

Для порта переключателя это общее количество байтов, переданных узлами присоединенного сегмента.

InUcastPkts

Количество пакетов, переданных подслоем (под)слою более высокого уровня, которые не были направлены по многопунктовым или широковещательным адресам на этом подуровне. Этот объект является 64-разрядной версией объекта iflnUcastPkts.

Для порта переключателя это общее количество одноиунк- товых кадров, переданных узлами присоединенного сегмента.

InMulticastPkts

Количество пакетов, переданных подслоем (под)слою более высокого уровня, которые были направлены по многопунктовым адресам на этом подуровне. Этот объект является 64-разрядной версией объекта iflnMulticastPkts.

Этот счетчик определят количество многопунктовых кадров, но не подсчитывает кадры, у которых адрес получателя совпадает со всеми адресами, входящими в широко вещател ь- ный. Для порта переключателя это общее количество многопунктовых кадров, переданных узлами присоединенного сегмента.

InBroadcastPkts

Количество пакетов, переданных подслоем (под)слою более высокого уровня, которые были направлены по широковещательным адресам на этом подуровне. Этот объект является 64-разрядной версией объекта iflnBroadcastPkts.

Счетчик определяет количество широковещательных кадров, но не подсчитывает кадры, у которых адрес получателя совпадает со всеми адресами, входящими в широковещательный. Для порта переключателя это общее количество широковещательных кадров, переданных узлами присоединенного сегмента.

OutOctets

Общее количество октетов, пе- Для переключателя это общее реданных интерфейсом, вклю- количество пакетов, передан- чая символы кадровой синхро- ных из других сегментов широ- низации. Этот объект является ковешательной области при- 64-разрядной версией объекта соединенному сегменту. ifOutOctets.

OutMuIticastPkts

Общее количество пакетов, Для порта переключателя этот включая отброшенные и непе- счетчик хранит число всех мно- реданные, требование на пере- гопунктовых кадров, направлен- дачу которых выдал протокол ных присоединенному сегмен- более высокого уровня и кото- ту из всех остальных сегментов рые были направлены по мно- широковещательной области, гопунктовым адресам на этом подуровне. Этот объект является о4-разрядной версией объекта ifOutMuIticastPkts.

OutBroadcastPkts

Общее количество пакетов, Для порта переключателя этот требование на передачу кото- счетчик хранит число всех ши- рых выдал протокол более вы- роковещательных кадров, на- сокого уровня, и которые были правленных присоединенному направлены по широковеща- сегменту из всех остальных сег- тельным адресам на этом поду- ментов широковещательной ровне, включая отброшенные и области.

не переданные. Этот объект является 64-разрядной версией объекта ifOutBroadcastPkts.

MIB, спеиифичные для Ethernet

Все перечисленные выше объекты данных MIB-II не являются специфическими ни для Fast Ethernet, ни для Ethernet и могут применяться (тем или иным способом) во многих другим сетевых технологиях, и в частности в FDDI, Token Ring и 100VG Any LAN. Это еще одна особенность базы MIB-II, которая способствовала ее широкому распространению. Однако проектировщики понимали, что полезно иметь базы MIB, специфичные для конкретных сетевых технологий типа Ethernet и Fast Ethernet.

Документ RFC 1650 ——это множество определений управляемых объектов для интерфейсов, подобных Ethernet, которое описывает множество объектов данных, специфичных для правил доступа к среде CSMA/CD. В этой базе MIB имеются некоторые счетчики, характеризующие события и ошибки, которые могут произойти во время процесса CSMA/CD. Ниже перечислены некоторые наиболее распространенные из этих счетчиков.

Имя объектаОписание

AlignmentErrorsСчетчик полученных данным интерфейсом кадров, кото

рые имеют дробное число октетов в длину и не прошли проверку контрольной суммой. Значение счетчика, являющегося экземпляром данного объекта, увеличивается, если служба МАС возвращает уровню LLC ошибку выравнивания.

FSCErrorsСчетчик полученных данным интерфейсом кадров, кото

рые имеют целое число октетов в длину и не прошли проверку контрольной суммой. Значение счетчика, являющегося экземпляром данного объекта, увеличивается, если служба МАС возвращает уровню LLC ошибку frameCheckError.

SingleCoIIisionFrames Счетчик успешно переданных данным интерфейсом кадров, передача которых прерывалась ровно одной коллизией. Кадры, учтенные экземпляром данного объекта, учитываются также соответствующими экземплярами одного из объектов ifOutUcastPkts, ifOutMulticastPkts или ifOutBroadcastPkts, но не учитываются соответствующим экземпляром объекта MultipleCollisionFrames.

MultipleCoilisionFrames Счетчик успешно переданных данным интерфейсом кадров, передача которых прерывалась более чем одной коллизией. Кадры, учтенные экземпляром данного объекта, учитываются также соответствующими экземплярами одного из объектов TOutUcastPkts, ifOutMultkastPktE или ifOutBroadcastPkts, и не учитывается соответствующим экземпляром объекта SingleCoIIisionFrames.

LateCollisionsКоличество случаев, когда данный интерфейс обнаружи

вал коллизию более чем через 512 ВТ после начала передачи пакета. В системе, функционирующей со скоростью передачи данных 100 Мбит/с, времени в 512 ВТ соответствуют 5,12 микросекунды. Поздняя коллизия, учтенная счетчиком, представляющим экземпляр данного объекта, рассматривается также в качестве обычной коллизии в целях сбора другой статистики.

Наиболее часто употребляются три счетчика коллизий. Счетчики кадров, попавших в одну или несколько коллизий, могут быть использованы для точного измерения производительности вашей сети при высоких значениях показателя использования. С увеличением значения этого показателя количество кадров, участвовавших в единственной коллизии, увеличивается, хотя обычно не так значительно. Когда значение показателя использования сети приближается к максимальному, начинает возрастать количество кадров, участвовавших в нескольких коллизиях.

Следует обратить внимание, что эти счетгики коллизий полезны лишь для данного интерфейса. Даже в случае порта моста или переключателя они учитывают коллизии, связанные с данным интерфейсом, и не могут у^гиты- вать коллизии между другими узлами сегмента. Например, коллизию между узлами А и В переключатель может и не обнаружить, поэтому она будет учтена только счетчиками узлов А и В, но не счетчиками портов переключателя.

Кроме того, изначально предполагается, что коллизии будут происходить. Коллизии и их обнаружение — это способ, которым локальная сеть Fast Ethernet контролирует доступ к среде. Многие люди полагают, что если случаются коллизии, то здесь что-то не так. Если сталкиваются автомобили, то это плохо, поэтому столкновение кадров ——это тоже плохо. Однако все не так просто.

Но значение счетчика LateCollisions любого сетевого интерфейса всегда должно быть равно нулю. Поздние коллизии —— это всегда плохо и означает, что сегмент имеет слишком большой диаметр сети. Как упоминалось ранее, возникновение поздних коллизий может быть вызвано любыми неполадками в сети. Если у вас появилась такая проблема, отложите все дела, найдите слишком большие сегменты и укоротите их.

Измерение перегрузки переключателя

В М1В-П присутствуют также объекты для хранения двух самых важных статистических значений для переключателей: ifOutDiscards и iflnDiscards. Эти объекты подсчитывают количество кадров, отброшенных данным портом переключателя. Объект iflnDiscards определяет количество полненных портом кадров, которые не могут быть обработаны из-за перегрузки, а объект ifOutDiscards определяет количество кадров, которые нужно передать из других сегментов в сегмент порта, но перегрузка не позволяет это сделать.

Наблюдение за счетчиками может помочь установить причину перегрузки в переключателях. Обычно эти счетчики имеют очень маленькие значения. В отдельных переключаемых средах они почти никогда не увеличиваются. Очень часто отношение количества отброшенных кадров к их общему количеству составляет менее 1%.

Важно заметить, что многие переключатели подвержены перегрузке не только на конкретных портах. В результате кадры, отброшенные из-за перегрузки в самом переключателе, могут не регистрироваться счетгиками MIB-II. Большинство переключателей имеют в собственной базе MIB счетчики, отображающие такой тип перегрузки, поэтому, покупая управляемый переключатель, нужно установить, насколько легко обнаружить перегрузку при помощи объектов MIB. В каждом компоненте переключателя, где могут отбрасываться кадры, должен присутствовать соответствующий счетчик. Часто продавец не может дать вам исчерпывающие ответы на все вопросы, поэтому, чтобы найти такую информацию, вы должны заглянуть непосредственно в MIB.

Использование сетевого управления RMON

Система RMON (Remote Network Monitoring — удаленный мониторинг сети) спроектирована для наблюдения за сетью в целом, а не за одним сетевым интерфейсом, как MIB-П. Эта система определена в документе RFC1757, выпущенном в феврале 1995 года, и является дополнением к RFC1271.

RMON ——это MIB, специфичная для сети и предназначенная для сбора статистики о каком-либо ее сегменте в целом, в противоположность MIB-II, которая собирает статистические данные о конкретном сетевом интерфейсе.

Данные RMON MIB собираются устройством, которое называется зондом RMON и может внедряться в любое другое устройство, имеющее доступ ко всем кадрам сегмента Fast Ethernet или Ethernet, например в переключатель или повторитель. Первоначально зонды RMON были дорогими специализированными устройствами, стоимость которых изменялась в пределах от 5 до 10 тысяч долларов. Многие из первых зондов RMON присоединялись к единственному сегменту ЛВС, хотя некоторые из них, более совершенные, могли следить за несколькими сегментами. Сейчас даже дешевые сетевые устройства наряду с выполнением других функциональных возможностей обеспечивают работу RMON. Все более популярным становится подход, согласно которому зонды RMON встраиваются в переключатели и повторители.

Хотя MIB-П и связанные с ней MIB весьма полезны, но для сбора данных их необходимо опрашивать, а при опросе могут возникать проблемы. На опрос тратится полоса пропускания сети, и одна станция NMS может активно опрашивать не так уж много устройств.

Зонды RMON помогают решать возникающие проблемы, производя опрос и регистрацию данных в самом устройстве. Зонд RMON периодически собирает статистическую информацию и записывает ее в память. Все это происходит независимо от NMS, которая может сконфигурировать зонд RMON для записи данных и больше не обшаться с ним до тех пор, пока не нужно будет снова собрать такого рода сведения. Этот прием может кардинально уменьшить объем трафика, требуемый для сбора статистической информации.

Средства RMON разделены на группы. Реализация каждой из групп в зонде не обязательна. Документ RFC1757 описывает группы следующим образом.

Группа 1: группа статистики Ethernet

"Группа статистики Ethernet содержит статистические данные, измеренные зондом для каждого интерфейса Ethernet, который наблюдается на данном устройстве. Эта группа состоит из объектов etherStatsTable. В будущем будут определены другие группы для иных типов среды, включая Token Ring и FDDI. Эти группы должны будут следовать той же модели, что и группа статистики Ethernet."

Группа 2: группа контроля за динамикой

"Группа контроля за динамикой производит периодический сбор статистических данных из различных типов сетей. Группа состоит из объектов historyControlTable."

Группа 3: группа динамики Ethernet

"Группа динамики Ethernet регистрирует периодические статистические выборки из сети Ethernet и хранит их для использования в будущем. Группа состоит из объектов enterHistoryTable. В будущем будут определены другие группы для других типов среды, включая Token Ring и FDDI.'*

Группа 4: сигнальная группа

"Сигнальная группа периодически снимает статистические выборки с переменных зонда и сравнивает их с предварительно заданными пороговыми значениями. Если значение переменно访，за которой наблюдают, пересекает порог, то генерируется событие. Для ограничения генерации сигналов тревоги внедрен механизм запаздывания. Эта группа состоит из объектов alarmTable и требует реализации группы событий/'

Группа 5: группа хостов

"Группа хостов содержит статистику, связанную с каждым хостом, обнаруженным в сети. Эта группа регистрирует хосты, храня список МАС-адресов отправителей и получателей, которые принимают из сети все корректные пакеты. Эта группа состоит из объектов hostControlTable, hostTable и hostTimeTable."

Группа 6: группа HostTopN

"Группа hostTopN предназначена для подготовки отчетов, описывающих хосты, которые возглавляют список, упорядоченный по одному из параметров. Управляющая станция определяет, сколько таких хостов включать в отчет. Эта группа состоит из объектов hostTopNControlTable и hostTopNTable и требует реализации группы хостов."

Группа 7: матричная группа

"Матричная группа хранит статистические данные о взаимодействии между двумя множествами адресов. Эта группа состоит из объектов matrixControlTable, matrixSDTable и та1пхВ8ТаЬ1е.п

Группа 8: группа фильтраиии

"Группа фильтрации позволяет фильтровать пакеты согласно уравнению фильтрации. Такие пакеты образуют поток данных, который может быть перехвачен или может генерировать события. Эта группа состоит из объектов filterTable и channelTable."

Группа 9: группа перехвата пакетов

"Группа перехвата пакетов предназначена для перехвата пакетов после того, как они пройдут по каналу. Эта группа состоит из объектов bufferControlTable и captureBufferTable и требует реализации группы фильтрации."

Группа 10: группа событий

"Группа событий контролирует генерацию и уведомление о событиях. Эта группа состоит из объектов eventTable и logTable."

Чаще всего реализуются группы 1, 2, 3, 4 и 10, называемые основными группами RMON. Их гораздо легче внедрить, чем группы 5-9, которые иногда называют расширенными группами. Основные группы подобно MIB-II имеют дело только со статистической информацией. В современных устройствах такого рода данные почти всегда собираются аппаратно и могут отображаться при использовании очень небольшой доли мощности центрального процессора. С другой стороны, информация, которую собирают расширенные группы, может быть получена только путем проверки каждого передаваемого по сегменту кадра. Для Ethernet, обладающей скоростью 10 Мбит/с, это не сложно, однако при скорости Fast Ethernet, равной 100 Мбит/с, задача может оказаться непростой.

Группа 1: статистика Ethernet

Группа I, или группа статистики Ethernet, подобно базе данных MIB-II хранит информацию, специфичную для интерфейса. Зонд RMON имеет один или несколько сетевых интерфейсов. Например, 16-портовый переключатель Fast Ethernet, подцерживающий RMON, будет собирать статистические данные Ethernet RMON со всех 16 портов. Хотя информация RMON и похожа на хранящуюся в MIB-II, но между ними имеются и значительные различия. Объекты этой группы перечислены ниже.

Имя объекта

Octets

Описание

Общее количество октетов данных (в том числе данных плохих пакетов), полученных по сети (за исключением битов кадровой синхронизации, но с учетом октетов контрольной суммы).

Pkts

Общее количество полученных пакетов (с учетом плохих, широковещательных и многопунктовых пакетов).

BroadcastPkts

Общее количество полученных корректных широковещательных пакетов (без учета многопунктовых пакетов).

MulticastPkts

Общее количество полученных корректных многопунктовых пакетов (без учета широковещательных пакетов).

CRCAlignErrors

Общее количество полученных пакетов, длина которых (за исключением битов кадровой синхронизации, но с учетом октетов FCS) составляет от 64 до 1518 октетов. Такие пакеты имеют либо неверную контрольную сумму и целое число октетов, либо неправильную контрольную сумму и дробное число октетов.

UndersizePktsUndersizePktsOversizePktsOversizePktsFragmentsFragmentsJabbersJabbersCollisionsCollisionsPkts64 OctetsPkts64 OctetsОбщее количество полученных пакетов, длина которых составляет менее 64 октета (за исключением битов кадровой синхронизации, но с учетом октетов контрольной суммы), но в остальном сформированных верно.

UndersizePkts

UndersizePkts

OversizePkts

OversizePkts

Fragments

Fragments

Jabbers

Jabbers

Collisions

Collisions

Pkts64 Octets

Pkts64 Octets

Общее количество полученных пакетов, длина которых составляет более 1518 октетов (исключая биты кадровой синхронизации, однако с учетом октетов контрольной суммы), но в остальном сформированных правильно.

Общее количество полученных пакетов, длина которых составляет менее 64 октета (за исключением битов кадровой синхронизации, но с учетом октетов контрольной суммы). Такие пакеты имеют либо неправильную контрольную сумму и целое число октетов, либо неттоавильную контрольную сумму и дробное число октетов. Обратите внимание, что значение счетчика etherStatFragments при этом обычно возрастает, потому что он учитывает и карликовые кадры (появление которых обычно является результатом коллизии).

Общее количество полученных пакетов, длина которых составляет более 1518 октетов (за исключением битов кадровой синхронизации, но с учетом октетов контрольной суммы). Пакеты имеют либо неправильную контрольную сумму и целое число октетов, либо неправильную контрольную сумму и дробное число октетов. Обратите внимание, что данное определение затянувшейся передачи отличается от приведенного в параграфах 8.2.1.5 (10Base-5) и 10.3.1.4 (10Base-2) стандарта IEEE 802.3. Там затянувшаяся передача определяется как такая, при которой время передачи пакета превышает 20 миллисекунд. Длительность затянувшейся передачи составляет от 20 до 150 миллисекунд.

Наилучшая оценка обшего количества коллизий в сегменте Ethernet. Возвращаемое значение зависит от расположения зонда RMON. Параграфы 821.3 (10Base-5) и 10.3.1.3 (10Base-2) стандарта IEEE 802.3 определяют, что станция должна обнаруживать коллизию в режиме приема, если одновременно передают три или более станций. Порт повторителя должен обнаруживать коллизию, если две или более станции передают одновременно. Таким образом, зонд, расположенный в порту повторителя, может регистрировать больше коллизий, чем расположенный на станции того же сегмента. Расположение зонда играет гораздо меньшую роль, если рассмотреть параграф 14.2.1.4 (10Base-T) стандарта IEEE 802.3, который определяет коллизию как одновременное присутствие сигналов DO и RD (т.е. передача и прием в одно и то же время). Станция 10Base-Т может обнаружить коллизию только тогда, когда передает. Таким образом, зонды, размещенные на станции и на повторителе, должны сообщать об одинаковом количестве коллизий. Обратите также внимание, что зонд RMON в повторителе должен четко регистрировать коллизии между повторителем и одним или более хостов (коллизии передачи, определенные в стандарте IEEE 802.3), а также о коллизиях приема, наблюдаемых на любом коаксиальном сегменте, с которым соединен повторитель.

Общее количество полученных пакетов (с учетом плохих), имеюших длину 64 октета (без учета битов кадровой синхронизации, но включая октеты контрольной суммы).

Pkts65tol27Octets

Общее количество полученных пакетов (включая плохие), имеющих длину от 65 до 127 октетов (без учета битов кадровой синхронизации, но включая октеты контрольной суммы).

Pktsl28to255Octets

Общее количество полученных пакетов (включая плохие), имеющих длину от 128 до 255 октетов (без учета битов кадровой синхронизации, но включая октеты контрольной суммы).

Pkts256to51 lOctets

Общее количество полученных пакетов (включая плохие), имеющих длину от 256 до 511 октетов (без учета битов кадровой синхронизации, но включая октеты контрольной суммы).

Pkts512tol023Octets

Общее количество полученных пакетов (включая плохие), имеющих длину от 512 до 1023 октетов (без учета битов кадровой синхронизации, но включая октеты контрольной суммы).

Pktsl024tol518Octets

Общее количество полученных пакетов (включая плохие), имеющих длину от 1024 до 1518 октетов (без учета битов кадровой синхронизации, но включая октеты контрольной суммы).

Значения первых девяти объектов похожи на данные, которые собирает MIB-II и связанные с ней MIB. Последние же шесть являются счетчиками, которые подсчитывают количество отдельных кадров заданного размера, и отсутствуют в других стандартных MIB.

Статистика коллизий является интересным предметом и требует некоторого обсуждения. Как уже упоминалось выше и в главе 3, узел сети Fast Ethernet может обнаружить коллизию только тогда, когда передает. Узлы, которые не передают, не могут обнаружить коллизию между двумя или более другими узлами. Это делает счетчики коллизий RMON на переключателе или автономного RMON бесполезными, потому что их значения никогда не бывают точными, а лишь приближенными. В этом нет ничего страшного, поскольку зонд RMON не является абсолютно слепым по отношению к коллизиям и может подсчитывать карликовые кадры. Коллизия обычно приводит к появлению карликовых кадров, если она не произошла в момент передачи последних восьми октетов кадра (после 480-го бита).

С другой стороны, повторитель класса I — идеальное место для размещения зонда RMON. Зонд в повторителе может обнаружить все коллизии и точно подсчитать их количество. Как он работает, также обсуждалось в главе 3. Повторитель обнаруживает любую коллизию на любом присоединенном к нему узле. Это еще одно преимущество повторителей класса I над повторителями класса II, особенно при использовании наращиваемых повторителей класса I. Требование наличия единственного повторителя класса I в области коллизий Fast Ethernet означает, что зонд RMON в повторителе класса I может точно подсчитывать количество коллизий.

Группы 2 и 3: группы динамики

Группы 2 и 3 позволяют зонду RMON регистрировать зависимость данных от времени и позже передавать NMS. RMON может собирать данные с дискретностью от секунды до часа (интервалы длиннее часа не желательны). Зонд RMON извлекает данные из интерфейса и сразу же помещает их в область памяти. В процессе его конфигурирования задается необходимое количество облаете访 памяти и периодичность сбора информации. Количество выделенных облаете访 памяти и периодичность сбора данных определяют интервал времени, на протяжении которого зонд собирает информацию.

Каждый раз во время выборки читаются из интерфейса и помещаются в область памяти данные, список которых приведен ниже. Эти счетчики для наблюдаемого интерфейса берутся непосредственно из группы статистики Ethernet.

Octets

Pkts

BroadcastPkts

MulticastPkts

CRCAIignPkts

UndersizePkts

OversizePkts

Fragments

Jabbers

Collisions

Кроме знаиенп访 перечисленных счетчиков, в область памяти записываются еще две величины.

Имя объекта Описание

DropEvents

Общее количество происшедших в течение выборки событий, при которых пакеты были отброшены зондом из-за недостатка ресурсов. Обратите внимание, что это число не должно совпадать с количеством отброшенных пакетов, а соответствует количеству случаев обнаружения данного условия.

Utilization

Выраженное в сотых долях процента наилучшее оценочное значение среднего показателя использования сети на физическом уровне данным интерфейсом на протяжении интервала выборки.

DropEvents является интересным значением, которое обычно равно нулю для переключателе访 и повторителе访 с зондами RMON. Необходимость использовать это значения обусловлена тем, что не все зонды RMON могут справиться с максимальным сетевым трафиком. В первую очередь это касалось старых зондов, которые не могли собирать статистическую информацию аппаратно. Подобные зонды часто не в состоянии были справиться с высокими уровнями сетевого трафика в течение продолжительных периодов времени (когда информация зонда RMON особенно полезна). Современные зонды никогда (или почти никогда) не отбрасывают кадры,

поскольку вся информация собирается аппаратно, а не центральным процессором, проверяющим каждый кадр.

Значение показателя использования сети еще интереснее, в особенности если учесть, что оно задано весьма смутным определением в спецификации RMON. Тем не менее большинство зондов RMON очень точно измеряют показатель использования сети, что, по-видимому, и является основной причиной их распространения.

График показателя использования сети на фоне других статистических данных может достаточно ясно отобразить картину ее работы. Большинство пакетов консоли управления сетью знают, как использовать зонд RMON, и могут отображать его данные в очень широком диапазоне форматов, в том числе в виде графиков и отчетов.

Группы 4 и 10: сигналы и события

Группы сигналов и событий обычно рассматриваются как часть любой базовой реализации RMON и предоставляют механизм наблюдения, который может предупредить администратора сети о наступлении заданных условий. Например, может оказаться полезным предупреждение о том, что число широковещательных кадров, передаваемых в секунду, или число ошибок превысят пороговое значение.

Группа сигналов предоставляет механизм, который позволяет следить за любой переменной MIB, которую подцерживает устройство, даже если эта MIB не входит в RMON. Сигнал программируется внутри зонда RMON путем установки нескольких значений.

Имя объекта

Interval

Описание

Выраженный в секундах интервал сбора данных и их сравнения с верхним и нижним пороговыми значениями. Значение объекта должно быть достаточно коротким, чтобы зонд RMON мог обнаружить переполнение счетчика.

Variable

OID — уникальное имя объекта данных MIB, заданной переменной, которая должна быть прочитана.

SampleType

Метод чтения выбранной переменной и вычисления значения, которое будет сравниваться с пороговыми. Если значение этого объекта равно absoluteValue(l), то в конце интервала выборки значение выбранной переменной будет непосредственно сравниваться с пороговыми значениями. Если значение этого объекта равно absoluteValue(2), то из текущего значения выбранной переменной будет вычитаться ее значение в последней выборке, а результат будет сравниваться с пороговыми значениями.

Value

Статистическое значение на протяжении последнего периода выборки. Например, если тип выборки равен deltaValue, то это значение является разностью между начальным и конечным показаниями за период. Если тип выборки равен absoluteValue, то значение объекта совпадает с прочитанным в конце периода. Именно это значение сравнивается с верхним и нижним пороговыми значениями. В течение текущего периода выборки вплоть до его окончания значение недоступно, а до завершения следующего периода является доступным.

StartupAlarmStartupAlarmRisingThresholdRisingThresholdFallingThresholdFallingThresholdRisingEventlndexRisingEventlndexСигнал, который может быть передан, если значение этого объекта впервые стало действительным. Если первое выбранное значение после этого оказалось равным или превысило risingThreshoId, a alarmStartupAIarm равно risingAlarm(l) или risingOrFaUingAlarm(3), то генерируется один сигнал превышения. Если первое выбранное значение после такого события оказалось равным или не достигло fallingThreshold, a alarmStartupAIarm равно fallingAlarm(2) или risingOrFallingAlarm(3), то генерируется один сигнал непревышения.

StartupAlarm

StartupAlarm

RisingThreshold

RisingThreshold

FallingThreshold

FallingThreshold

RisingEventlndex

RisingEventlndex

Пороговое значение для выбранных данных. Если текущее выбранное значение равно этому пороговому значению или превышает его, а предыдущее не превосходило его, то генерируется одно событие. Событие также будет сгенерировано, если значение первой последующей выборки совпадет с пороговым значением или превысит его, а связанное с выборкой значение alarmStartupAIarm будет равно risingAlarm(l) или nsingOrFaUingAlarm(3). После того как это событие будет сгенерировано, следующее подобное событие не будет генерироваться, пока выбранное значение не станет ниже порогового и не достигнет значения alarmFallingThreshold. Этот объект нельзя модифицировать, если связанный с ним объект alarmStatus равен valid(l).

Пороговое значение для выбранных данных. Если текущее выбранное значение равно этому пороговому значению или меньше его, а значение на последнем интервале выборки превосходило его, то генерируется одно событие. Событие также будет сгенерировано, если значение первой последующей выборки совпадет с пороговым или не достигнет его, а связанное с выборкой значение alarmStartupAIarm будет равно fallingAlarm(2) или risingOrFallingAlarm(3). После того как это событие будет сгенерировано, следующее подобное событие не будет генерироваться, пока выбранное значение не превысит пороговое и не достигнет значения alarmRisingThreshold.

Индекс данных объекта eventEntry, который используется в случае превышения верхнего порогового значения.

Как видим, генерацию сигнала тревоги можно связать с любым событием в управляемом устройстве. Чаще всего подача сигналов связывается со скоростью изменения отдельных значений. Они называются дельта-сигналами и сообщают о недопустимой скорости изменения значений отдельных счетчиков, например указывающих количество широковещательных кадров в секунду.

В сигналах существует и другая важная составляющая —— события. Когда подается сигнал, то инициируется событие. При зтом возможны следующие ситуации:

ничего не происходит;

передается сообщение SNMP;

событие записывается в журнал;

передается сообщение SNMP и событие записывается в журнал.

Исключительная ситуация SNMP — это сообщение, передаваемое агентом, который не запрашивался NMS посредством обычных команд GET,

GET NEXT или SET протокола SNMP. Исключительные ситуации информируют NMS о том, что с агентом что-то произошло. Многие MIB определяют исключительные ситуации, активизирующиеся при наступлении соответствующих событий. Исключительные ситуации RMON показывают, что сигнал инициировал событие, и устанавливают, какое именно. Исключительные ситуации всегда передаются заданной NMS и не являются широковещательными. Когда станция NMS получает сообщение об исключительной ситуации, она может выдать звуковой сигнал, отобразить сообщение об ошибке, записать событие в журнал, отправить администратору сети соответствующее сообщение электронной почтой или позвонить ему на пейджер. Многие современные NMS могут осуществлять большую часть из перечисленных действий. Обычно, но не всегда, исключительные ситуации являются свидетельством возникновения ошибок или проблем; но иногда их появление информирует администратора сети о наступлении обычных событий.

Агент передает сообщение об исключительной ситуации только один раз. NMS никоим образом не отвечает на исключительную ситуацию. Часто, особенно в занятых или крупных сетях, сообщения об исключительных ситуациях теряются. Это может случиться из-за перегрузки, ошибок передачи или просто потому, что не запущена соответствующая станция NMS.

Эта проблема решается с помощью механизма регистрации событий. Данные о регистрации события помещаются в таблицу зонда, которую позже может прочитать NMS. Зонды RMON обычно содержат таблицы со многими элементами (у высококлассных их порядка нескольких сотен). Эти таблицы позволяют NMS получить информацию об исключительных ситуациях, которая ранее, возможно, была пропущена.

Сигналы и события действительно могут быть полезными, особенно для крупных сетей. Однако нетрудно задать такие сигналы, которые будут подаваться слишком часто. Понятно, что вы быстро узнаете об этом, потому что будете часто получать сигналы и должны будете понять причину их возникновения. Поэкспериментировав с сигналами несколько дней или пару недель, вы быстро отделите полезные сигналы от шума.

Группа 5: группа хостов

Группа хостов принадлежит к расширенным группам RMON, и реализовать ее в большинстве зондов RMON для переключателей и повторителей невозможно. Как правило, она реализуется в специализированных зондах и очень высококлассных переключателях. Группа хостов используется в процессе, который называется автоматическим обнаружением узла или просто автообнаружением. Идея состоит в том, чтобы автоматически обнаружить любой узел, присоединенный к сети. Большинство людей, которые слышат об этой возможности, первым делом спрашивают: *' А зачем? Я и так знаю, что присоединено к моей сети!" Ну, а на самом деле? Все ли действительно это знают?

Во всех сетях, кроме самых маленьких, частот бывает непросто определить, какие устройства к ним подключены на самом деле. Пользователи могут свободно добавлять компьютеры, принтеры и другое оборудование, не ставя в известность об этом администратора сети. Конечно же, они на вполне законных основаниях могут произвести следующие действия:

подключить свой портативный компьютер для копирования файлов;

добавить в сеть локальный принтер;

предоставить гостю из другого корпоративного офиса или подразделения связь с сетью на время визита;

подключить дополнительный компьютер (многие пользователи применяют свои старые компьютеры для обработки электронной почты и выполнения простых заданий);

начать работать одновременно на двух, трех или более машинах (это характерно для инженеров, и в первую очередь для программистов, требования которых могут часто изменяться).

Как именно это делает группа хостов, лучше всего описать с помощью цитаты из стандарта RMON RFC. Имейте в виду, что термин хост означает то же, что и термин узел. В RMON RFC слово пакет используется в том же смысле, в котором в }1астоящей книге применяется термин кадр.

Г

руппа хостов обнаруживает в сети новые узлы, поддерживая список 1ИАС-адресов узлов отправителя и получателя, оперирующих корректными пакетами. Для каждого из этих адресов группа хостов хранит набор статистических данных. Объект hostControlTable контролирует интерфейсы, на которых выполняется данная функция, и содержит некоторую информацию о процессе. Для каждого хоста иэ таблицы hostControlEntry собираются данные и помещаются как в hostTable, так и в hostTimeTable.

Если следящее устройство обнаружит недостаток собственных ресурсов, то оно при необходимости может удалить некоторые элементы таблицы. Предполагается, что первым оно удаляет элемент, который используется реже других. Объект hostTable содержит элемент для каждого адреса, обнаруженного на данном интерфейсе.

Каждый элемент хранит статистические данные о хосте. Таблица индексируется 1ИАС-адресами хостов, и в нее можно осуществить произвольный доступ. Объект hostTimeTable содержит данные в том же формате, что и hostTable, и должен соответствовать тому же множеству хостов, но индексированному с использованием объекта hostTimeCreationOrder, а не hostAddress. Объект hostTimeCreationOrder — это целое число, отражающее относительный порядок, в котором были обнаружены и помещены в таблицу конкретные элементы. Поскольку этот порядок, а следовательно, и индекс относятся к элементам, находящимся в таблице в данный момент, то при удалении одного из предыдущих элементов значение индекса

текущего элемента может измениться. Таким образом, связь между hostTimeCreationOrder и hostTimeEntry может быть разрушена в любой момент.

Объект hostTimeTable употребляется в двух важных случаях. Первым из них является быстрая загрузка этой потенциально большой таблицы. Поскольку индекс таблицы находится в диапазоне от 1 до числа, соответствующего количеству элементов таблицы, то его значения предсказуемы. Это позволяет очень эффективно паковать переменные в блоки PDU протокола SNMP. 、

Такой прием значительно повышает скорость передачи этих"данных. Второе назначение hostTimeTable — эффективное обнаружение управляющей станцией новых элементов, добавленных в таблицу. Загрузив всю таблицу, управляющая станция знает, что новые элементы будут добавлены в конец текущей таблицы. Поэтому ей несложно обнаружить такие элементы и легко осуществить их выборку.

Из-за того, что связь между hostTimeCreationOrder и hostTimeEntry может быть разрушена в любой момент, управляющая станция должна следить за относящимся к ним объектом hostControlLastDeleteTime. Когда управляющая станция таким способом обнаружит удаление, она сделает предположение, что любая из связей могла быть разрушена, и аннулирует все локально размещенные связи. Аннулирование включает повторение загрузки hostTimeTable, если таковая имела место, а также повторный поиск конца таблицы hostTimeTable, так как могут появиться новые элементы. Если управляющая станция не обнаруживает разрушенной связи, то она может продолжать ссылаться на конкретный хост при помощи объекта creationOrder, пока не будет осуществлена полная выборка данных, связанных с другим хостом. Если это произойдет во время загрузки таблицы хостов, то управляющая станция может не успеть загрузить все элементы таблицы.

В переводе на обычный язык это означает, что зонд RMON работает в мониторном режиме и хранит записи о каждом обнаруженном им МАС-адресе. Станция NMS может содержать список, устанавливающий соответствие узлов сегментам. Зонд хранит некоторую полезную статистику для каждого обнаруженного им МАС-адреса.

Имя объекта

InPkts

Описание

Количество корректных пакетов, переданных по этому адресу с тех пор, как он был помешен в таблицу hostTable.

OutPkts

Количество пакетов (включая плохие), выданных хостом с этим адресом с тех пор, как он был помещен в таблицу hostTable.

InOctets

Количество октетов, переданных по этому адресу с тех пор, как он был помешен в таблицу hostTable (без учета битов кадровой синхронизации, но с учетом октетов контрольной суммы), за исключением октетов в плохих пакетах.

OutOctetsКоличество октетов, переданных хостом с этим адресом с тех

пор, как он был помещен в таблицу hostTable (без учета битов кадровой синхронизации, но с учетом октетов контрольной суммы), за исключением октетов в плохих пакетах.

OutErrorsКоличество плохих пакетов, переданных по этому адресу с тех

пор, как информация о хосте была помещена в таблицу hostTable.

OutBroadcastPkts Количество корректных широковещательных пакетов, переданных хостом с этим адресом с тех пор, как информация о хосте была помещена в таблицу hostTable.

OutMulticastPkts Количество корректных многопунктовых пакетов, переданных хостом с этим адресом с тех пор, как информация о хосте была помещена в таблицу hostTable (обратите внимание, что это число не включает количество широковешательных пакетов).

Описанные выше статистические данные хоста предназначены в первую очередь для обнаружения проблем, связанных с полосой пропускания. Например, если пользователи сети, которая всегда работала хорошо, в один прекрасный день заявят, что она стала медленной и неудобной, то просмотр таблицы хостов поможет обнаружить узел, передающий очень много ошибочных или широковещательных кадров.

Данные группы хостов можно также использовать с целью установить, как изменились привычки пользователей. Так, при переходе на новую базу данных клиент/сервер может оказаться полезным проследить за небольшой группой первых пользователей, с тем чтобы определить какая полоса пропускания им необходима. Сравнив данные об использовании полосы пропускания пользователями до и после перехода на новую базу, можно определить, в каком виде сетевых ресурсов нуждается новое приложение.

Группа 6: группа HostTopN

Эта группа работает совместно с группой хостов и предназначена для генерации информации о хостах, отсортированной по определенным параметрам. В частности, вы можете создать отчет о том, какие узлы порождают максимальное количество широковещательных кадров или создают самый большой сетевой трафик. RFC описывают эту группу следующим образом:

"Группа HostTopN используется для подготовки отчетов, описывающих хосты, которые возглавляют список, упорядоченный по одному из параметров. Доступные параметры являются выборками, которые производились на протяжении интервала, определенного станние访 управления. Станция управления также определяет, информацию скольких хостов следует включить в отчет.

Объект hostTopNControlTable содержит информацию, необходимую для создания такого отчета. Станция управления может выбрать параметры отчета (например, интерфейс, тип статистики, количество хостов, начало

и конец интервала выборки). Когда отчет будет подготовлен, в таблицу hostTopNTable будут помещены элементы, связанные с соответствующими элементами таблицы hostTopNControlEntry. Их значения после этого меняться не будут."

Скажем, вы можете приказать зонду: "В течение следующего часа создай список 25 узлов, имеющих наибольшие значение OutOctets". К исходу часа вы получите список 25 узлов, которые генерировали самый интенсивный сетевой трафик, упорядоченный по объему переданных данных.

Группа HostTopN наблюдает за объектами группы хостов на протяжении заданного периода времени. В конце этого периода она сортирует собранную информацию в порядке убывания. Группа может производить сортировку информации об узлах, основываясь на следующих значениях:

InPkts

OutPkts

InOctets

OutOctets

OutErrors

OutBroadcastPkts

OutMulticastPkts

Группа HostTopN не столь необходима, как некоторые другие группы, в основном потому, что непрактично собирать данные для большой группы узлов. Обычно самыми крупными источниками трафика в отношении количества пакетов и октетов являются серверы и маршрутизаторы, а самыми крупными источниками широковещательных и многопунктовых кадров — переключатели и мосты.

Использование отчетов на основе данных OutErrors может помочь обнаружить наличие сетевых карт, кабелей и других составляющих, которые плохо работают. Например, генерация хотя бы раз в неделю отчета по 10 худшим значениям OutErrors может помочь обнаружить некоторые проблемы, прежде чем о них сообщат пользователи.

Группа 7: матричная группа

Матричная группа также собирает данные, используя МАС-адреса. Однако это данные не о единственном узле, а о трафике между двумя заданными узлами сети, например между сервером и рабочей станцией. Эта группа хранит таблицу, индексированную МАС-адресами отправителя и получателя. Например, для заданной рабочей станции (узел А) и сервера (узел В) в таблице будет два элемента. Один элемент будет содержать статистические данные о кадрах, переданных из узла А в узел В, а другая — о кадрах, отправленных в противоположном направлении. Пары элементов таблицы иногда называют диалогами. Матричная группа хранит также информацию о кадрах, направленных по широковещательным и многопунктовым адресам.

Для каждого диалога матричная группа хранит только три вида данных:

Имя объекта Описание

PktКоличество пакетов, переданных от отправителя к получателю (с

учетом плохих пакетов).

OctetsКоличество октетов (без учета битов кадровой синхронизации, но

с учетом октетов контрольной суммы), которые содержатся во всех пакетах, переданных от отправителя к получателю.

ErrorsКоличество плохих пакетов, переданных от отправителя к полу

чателю.

Значение матричной группы не столь уж и важно. Большинство администраторов сети не рассматривают ее в качестве основного средства управления, так как львиная доля диалогов в сетях происходит между рабочими станциями и серверами или между рабочими станциями и маршрутизаторами. Аналогично, большинство статистической информации для диалогов, включая широковещательные и многопунктовые адреса, будет относиться к мостам и переключателям.

Матричная группа вызывает проблемы, когда имеется большой двухточечный трафик, и вообще в переключаемых системах любого размера. Дело в том, что для хранения записей о большом количестве пар адресов отправителей и получателей требуется слишком много памяти. Матричная группа должна делить ресурсы памяти с другими группами RMON, чьи запросы также не очень скромны. Большинство устройств используют память и в других целях. Это означает, что для многих зондов RMON объем памяти, предназначенной для размещения матричной таблицы, ограничен. Если память заполнена и обнаружены новые диалоги, то удаляются данные о самых старых диалогах. Способа управлять этим процессом не существует. В отличие от группы HostTopN, для которой можно задать количество хостов, не существует способа указать матричной группе, данные о каких диалогах следует записывать. Следовательно, данные о важных диалогах легко могут быть удалены, с тем чтобы освободить место для менее важных.

Наличие объемного широковещательного или двухточечного трафика делает эту проблему еще острее. Правда, широковещательным трафиком легче управлять даже при существовании нескольких сотен узлов. В случае трафика этого вида матричная таблица содержит по одной клетке для каждого МАС-адреса источника. Это означает, что существует по одному элементу для каждого узла в присоединенной широковещательной области, а не в области коллизий. В случае высококлассных зондов RMON с большим объемом памяти такой прием имеет смысл использовать, но в крупных переключаемых сетях этого, по-видимому, делать не стоит.

В сетях с любым объемом двухточечного трафика матричная группа может быть легко перегружена. Даже в случае небольших двухточечных сетей общее количество комбинаций соединений может стать слишком большим и затребовать наличия многих мегабайтов памяти. Если, например, элемент матрицы занимает 28 байтов памяти, то матрица статистики диалогов между

250 узлами потребует 1743000 байтов памяти. Для рабочей станции или сервера это ничто. Однако для таких устройств, как повторители, переключатели и зонды RMON, 4 мегабайта рассматриваются как огромная память, и лишь ее малая толика доступна для употребления матричными таблицами.

Группы 8 и 9: группы фильтрации и перехвата пакетов

Группы фильтрации и перехвата пакетов используются для реальной записи пакетов из сети в память зонда для дальнейшего анализа в NMS. Чтобы сделать это, зонд резервирует немного буферной памяти для размещения пакетов. Если полученный пакет удовлетворяет требованиям фильтра, то он сохраняется в буфере. NMS конфигурирует зонд для перехвата пакетов, их последующего чтения и анализа.

Группа перехвата пакетов RMON сможет принести пользу, лишь затратив огромный объем памяти, особенно учитывая размер кадров Fast Ethernet. Максимальный размер кадра в Fast Ethernet составляет 1518 байтов. Это означает, что размер буфера для каждого пакета должен быть равным 1518 байтам плюс небольшие накладные расходы.

Как правило, протоколы при передаче данных пытаются оперировать большими кадрами, так как это более эффективно. Поэтому размер основной доли пакетов в сети Fast Ethernet обычно составляет 1518 байтов. Если средний размер кадра в ЛВС равен, предположим, половине максимального, т.е. 759 байтам, то при значении показателя использования сети в 10% для сохранения данных в течение секунды потребуется 2,4 Мбайт памяти.

Если фильтр перехвата пакетов установлен корректно, то будут перехвачены только нужные кадры. Тем не менее в современных сетях Fast Ethernet особенность перехвата пакетов RMON не очень полезна, потому что зонд RMON не может иметь достаточно памяти.

Это особенно верно при сравнении с современными сетевыми анализаторами. Например, Microsoft имеет программный пакет под названием Network Monitor, который работает в среде Windows NT или Windows 95 и может перевести любой адаптер в мониторный режим и перехватывать пакеты. Поскольку этот программный пакет функционирует на персональном компьютере, то легко может использовать для размещения кадров многие мегабайты памяти. Пакет Network Monitor не только перехватывает кадры, но и анализирует их. Кроме того, он допускает удаленное управление. Так, администратор сети может управлять персональным компьютером при помощи программ пакета Network Monitor по сети, перехватывая кадры, переданные с удаленного сегмента, и анализируя их на собственном компьютере, в точности так, как это делает RMON.

Доступны и другие чисто программные пакеты, например LANalyzer фирмы Novell. Это прекрасная программа исключительно хорошо работает с серверами Novell. Единственная проблема с анализаторами на базе программного обеспечения состоит в том, что они не всегда могут справиться с потоком данных, передаваемых на скорости кабеля, например, при

максимальной нагрузке Fast Ethernet. Когда сеть загружена нормально, они работают хорошо, но при сильной ее загрузке могут отбрасывать кадры.

Некоторые компании, и в частности Shomiti, производят сетевые анализаторы, в которых перехват и фильтрация пакетов осуществляются аппаратно. Эти устройства могут перехватывать огромные объемы трафика Fast Ethernet, не отбрасывая ни одного кадра даже на скорости кабеля.

Если говорить коротко, MIB перехвата пакетов RMON была хорошей идеей в 1991 году — в год ее создания. Однако современные средства анализа сетей реализованы гораздо лучше и имеют намного больше возможностей перехвата и анализа, чем RMON (часто при более низкой цене).

RMON: Действительность

RMON — это сильное средство, особенно группы 1, 2, 3, 4 и 10. Многие управляемые повторители и переключатели Fast Ethernet стандартно комплектуются именно этими основными группами. Сбор данных этих групп осуществляется аппаратно, причем даже в дешевых устройствах.

Группы 5, 6, 7, 8 и 9 менее необходимы, а для их действительно полезного воплощения могут потребоваться огромные объемы мощности центрального процессора и памяти. Это утверждение особенно верно в случае сети Fast Ethernet, где данные могут передаваться со скоростью более 12 Мбайт/с.

П

реобладающее количество доступных литературных источников описывает 9, а не 10 групп RMON, потому что большинство устройств поддерживают RMON, определенный в документе RFC1271, который был опубликован в ноябре 1991 года. Он не соответствует RMON, описанному в RFC1757, который был опубликован в феврале 1995 года. Версия RFC1271 содержит только 9 групп. В этой версии группы контроля за динамикой и динамики Ethernet представляют собой одну группу, которая называется просто группой динамики. Это затруднило внедрение RMON везде, кроме Ethernet. Ввод в стандарт RFC1757 двух групп ——группы контроля за динамикой и группы динамики Ethernet —— позволил реализациям RMON для других сетевых технологий типа FDDI иметь отдельную группу динамики.

В RMON RFC1271 основными группами являются 1-3 и 9, а расширенными —группы 4-8.

Многие поставщики заявляют, что их изделия поддерживают все группы RMON. Относитесь к подобного рода утверждениям очень осторожно. Ряд переключателей и повторителей имеет просто недостаточную мощность встроенного процессора, чтобы корректно реализовать группы 5-9, так как использование в устройстве производительного процессора и большого объема памяти обходится очень дорого. Даже выполнение некоторых функций RMON в ASIC не способно заметно удешевить устройство, потому что

для корректной реализации групп требуется много памяти. Добавление поддержки расширенных групп RMON в переключатель или повторитель может легко увеличить его цену на 1000 долларов.

С другой стороны, основные группы RMON можно реализовать очень дешево, потому что многие устройства уже имеют аппаратное обеспечение, собирающее нужную статистику. Например, большинство переключателей, работающих с RMON, поддерживают его основные группы на всех своих портах. Это позволяет переключателю очень легко собирать огромный объем данных о сети.

Большинство переключателей поддерживают расширенные группы лишь для одного порта, но этот порт можно изменить.

Другая относящаяся к RMON проблема связана со станине访 управления сетью. Содержимое большинства баз данных MIB, и в частности MIB-II, может быть просмотрено с использованием программного обеспечения, которое называется броузер MIB. Это программное средство позволяет пользователю проверять или изменять объекты MIB непосредственно в управляемом устройстве. Объекты же RMON не спроектированы для того, чтобы ими управляли люди. RFC RMON гласит:

иОбъекты, определенные в этом документе, предназначены для использования интерфейсом между агентом RMON и приложением, управляющим RMON, и не предназначены для прямого манипулирования со стороны людей. Хотя некоторые пользователи могут отобразить отдельные из этих объектов, лишь немногим доступно сложное ручное манипулирование объектами. Эти действия должно выполнять приложение управления".

Очень сложно разработать хорошую программу NMS или управляющее приложение, работающие с RMON. В действительности большинство NMS для RMON выполняют лишь немногие функции по конфигурированию зонда RMON и отображению результатов. К сожалению, те немногие из них, которые делают это хорошо, очень дорогие — их стоимость составляет от 10000 до 50000 долларов за однопользовательскую лицензию. Это самая острая из проблем, касающихся RMON. Хотя агенты RMON существуют на многих недорогих устройствах, большинство людей, которые покупают эти устройства, не могут их использовать.

Проблема усугубляется тем, что многие поставщики повторителей и переключателей предлагают программное обеспечение консоли управления сетью бесплатно. Большая часть этого обеспечения является достаточно качественным и предоставляет пользователям довольно широкие возможности по управлению сетью. Многие из этих пакетов управляют продуктами единственного поставщика, но они бесплатны. Некоторые из них имеют встроенные броузеры MIB, которые позволяют исследовать любое управляемое устройство. Прекрасным примером этого является CNMS (Compaq Network Management Software — программное обеспечение управления сетью

Compaq), входящее в состав всех устройств Compaq Nettelligent. К сожалению, большинство таких бесплатных пакетов NMS, будучи очень полезными, просто плохо работают с RMON или не функционируют вообще!

Таким образом, RMON силен тогда и только тогда, когда имеется программное обеспечение NMS, которое делает его пригодным к применению. Если у вас нет такого программного обеспечения, то вам нет нужды платить за устройство, имеющее агента RMON. Мы вовсе не говорим, чтобы вы не покупали устройства с агентами RMON, — просто вы не должны платить за них больше, чем за устройства, не содержащие агентов. Это особенно верно в отношении агентов, которые рекламируются как поддерживающие расширенные группы.

Базирование и производительность сети

Мы спросили у администратора сети, какой из признаков хорошей работы систем Ethernet и Fast Ethernet является самым верным. Он ответил: "Когда световой индикатор голосовой почты не горит и ящик с электронной почтой пуст".

И это действительно лучший признак "здоровья" и производительности сети. Если нет сообщений от пользователей, то, наверное, все хорошо. Настоящая работа администратора сети и состоит в поддержании такого состояния, т.е. соответствующего уровня производительности и надежности сети.

Надежность сети —— достаточно ясное понятие, которое обсуждалось в главе 8. Ее простое определение состоит в том, что надежная сеть хорошо функционирует в случае возникновения непредсказуемых изменений. Сеть, которая никогда не будет изменяться, легко спроектировать и обслуживать, но такого никогда не бывает.

Намного труднее определить производительность. Причина в том, что производительность — это относительное понятие. Не существует абсолютной меры производительности сети. Да, мы знаем, что Fast Ethernet может пересылать не более 12191127 байтов в секунду и вдвое больше на полнодуплексных каналах, но это не имеет большого смысла, потому что сеть может осуществлять это лишь в течение непродолжительного времени, а не постоянно. Сеть, имеющая большую производительность,—— это та сеть, которая удовлетворяет потребностям пользователей, а не просто самая быстрая из тех, которые можно создать.

Любая сеть достигает максимальных значений показателя использования и точки насыщения при различных предложенных нагрузках. Эти величины в одной и той же сети могут со временем меняться. Не существует способа прямо измерить предложенную нагрузку, найти точку полного использования сети или определить точку ее насыщения. Тем не менее вы можете увидеть свою сеть, понять ее и наблюдать, как изменяются со временем различные ее показатели.

Лучший способ установи-п» и прмнммэирбМ7> йроммодительность се- 丿 »ти — произвести базирование, т.е. измерив характеристики производительности сети, а затем сравнить их с известней баки. Кам ——это набор соответствующих показателей гфоизводитетйюсш, измеренных при корректной работе сетевой системы в условиях нормамной нагрузки, желательно поближе к точке пелного исгю/шэмайил.

Лучшее время для сбора тайных в базу жкиуйасг, когда сеть в наибольшей степени загружена. Это сшая актявняя WTb о^июго дня, как правило, утром — с 9.30 до 11.45 часов и после обеда — с 14.00 до 16.00 часов. Естественно, это всего лишь тииитаое 叩еъш п0< офисжом режиме работы с 9.00 до 17.00 часов. Многие сети загружены в наибольшей степени в другое время. Например, для сети, обслу^шающ^ щхжзводственную линию, время наибольшей занятоети может начинаться спустя час после начала смен в 7.00, 15.00, 23.00 и продолжаться в течение шюнес часов.

Для создания базы можно исполыеватъ любс^ потазатель. Некоторые показатели информативнее других, многие нельзя п^шмешть ищщвидуаль- но. Наиболее употребительными и полезными, вероятно, являются:

показатель использовжия егш;

количество широковещательна кгццкж a ceignFW；

количество кадров в секувду;

общая пропускная способность, бсйЬ'ов в секунду.

Используются и другие показатели, но ммежю перечисленные мы считаем самыми полезными. Подобна оптю1шзэдрш любого гфоцесса, будет мудро поработать сперва с фшсторами, жазываюатмк 80% общего влияния на процесс, а затем п|жступить к осто^шмся. Шщжмер, количество возникших коллизий — то ли в секунд, то ли в щюцентах от количества переданных кадров — не игреет бол^шТ роли. 4^ктически это наихудшая для использования из возможна секстик. Мы не советуем применять статистику коллизий как базами покаэсгге愿 в сюу ес неинформативности. Но мы рекомендуем вам примегапь к^с ши^елее тфиемле^шй показатель использования сети и в сочетаюш с ^М бойьцмцим друпес показателей.

При базировании вашей егш 废軍晔м делом необходимо определить периоды ее максималык^ зазтосш. Это осузцествляетсх путем записи значений показателя нспольэевания ^&т ъ течете 15・м#шупшх интервалов во время обьпной повседнешой работы 碧 усжииях стабильной сетевой конфигурации. Регист^жруя знач^дая эвдго покаэЕюедя в течение одной-двух недель, вы сможете лепсо определить ш^якщы мжеималыюй загрузки сети. После этого легко прсжзвесж базйфжише:疆эиер«^е значетшя, в которых вы заинтересованы, во время Tpex^wrifpex песледемкяшшх пертодов максимальной занятости и возыщ^ ^едм*е. Это к »к база.

Вы можете также изм^шть @а^ сгш? «юля м^шкя^я ее конфигурация, привычки пользователей или №^0WH% 3as^« мвжко изме照ть и анализировать многие статисти^ес皿е 押血grm контексте €азсшой информации.

Отличным примером тому могут служить счетчики коллизий. Хотя предоставляемые ими значения сами по себе почти бесполезны и являются плохими базовыми показателями, но количество коллизий, возникших в течение определенного интервала времени, может сказать многое, если рассматривать его совместно с базовым значением показателя использования сети. Этот прием поможет обнаружить перегрузку сети. Удобно применять с этой целью график зависимости значений счетчиков коллизий на ключевых узл徵 сети от значений показателя ее использования. Есть смысл измерять количество коллизий на серверах и маршрутизаторах, потому что с ними взаимодействует большинство узлов ЛВС. Зонды RMON в повторителях класса I — также неплохой источник статистики коллизий.

Можно построить зависимость показаний счетчиков коллизий от значений показателя использования сети и для поиска точек перегрузки и насыщения. Например, в перегруженной сети часто можно наблюдать кривые, которые подобны представленным на рис. 14.1, отображающем период занятости ЛВС. Значение показателя использования сети возрастает, а затем внезапно падает на короткое время. Возникает проблема, так как в это же время увеличивается количество коллизий. Другими словами, многие узлы одновременно вступили в конкуренцию за доступ к сети. Мы определяем, что они соперничают, исходя из факта повышения количества коллизий. В этом случае ЛВС, вероятно, работала вблизи точки своего насыщения. Если она насыщается, то количество коллизий очень резко возрастает, а значение показателя использования сети падает почти до нуля.

Если эта ситуация повторяется время от времени, но продолжается недолго, то в общем это не проблема. Тем не менее, если вы увидите, что ситуации, подобные этой, повторяются чаще или продолжаются дольше, то спросите пользователей, не приходилось ли им сталкиваться с фактами медленной загрузки или другими проблемами, например с пропаданием связи. Если вы зададите подобные вопросы до того, как пользователи начнут считать это проблемой, это может приятно удивить их и ваше начальство, особенно если вы затем начнете преодолевать все эти проблемы.

Базирование имеет и другое преимущество — позволяет вам оправдать запросы на покупку оборудования на жестких условиях. Гораздо легче убедить высокое начальство в необходимости приобрести новый дорогой магистральный переключатель Fast Ethernet, если вы можете доказать, что он действительно нужен.

Базирование — это прием, который можно использовать для отслеживания и сравнения многих различных статистик. Это мощное, легкое в использовании и, как правило, очень эффективное средство (даже в случае применения только данных MIB-II). В сочетании с информацией от зондов RMON и расширенными данными из патентованных MIB базирование часто является лучшим методом обеспечения надежности работы Fast Ethernet при ее максимальной производительности.

Броузеры MIB

Доступ к данным MIB осуществляет станция управления сетью. NMS обычно отображает на экране графический образ устройства. Как правило, на экран пользователя выводится имитирующая реальное устройство картинка с мигающими светодиодными индикаторами и активными участками, на которых можно щелкнуть мышью. Например, пользователь может просто выполнить двойной щелчок на изображении порта и получить окно, отображающее о нем информацию.

Такой вид интерфейса иногда называют интерфейсом, специфичным для продукта, или модулем интерфейса управления. Для пользователя такие виды интерфейса исключительно просты для понимания и управления. Хорошие графические интерфейсы пользователя устройства могут отображать информацию в различных форматах, в частности в виде таблиц, графиков и круговых диаграмм. Некоторые из них можно настроить на автоматическое создание отчетов.

Но не для всех устройств имеется графический интерфейс. Часто его приходится покупать отдельно, а работать он может только в составе большой и дорогой системы NMS, например OpenView от Hewlett Packard. В таких случаях для доступа к данным в устройстве вместо графического интерфейса можно использовать броузер MIB.

Броузер MIB считывает данные из базы MIB и взаимодействует с устройством по протоколу SNMP. Хотя в применении такой броузер не так удобен, как графический интерфейс устройства, он все же дает возможность пользователю получить доступ ко всем элементам MIB в устройстве. Он может быть удобен для просмотра предусмотренных производителем оборудования простых MIB, или MIB-II. Броузер MIB отображает идентификаторы, имена, значения и описание каждого объекта MIB.

Броузер MIB — сильное средство в гамме инструментальных средств управления сетью. Все системы управления сетью также имеют встроенные броузеры MIB. К сожалению, нам не известно о существовании условнобесплатных броузеров MIB. Если такой появится, вы сможете найти его на нашем Web-узле.

№Ш1^©Ж111п№ Д

Сравнение Ethernet и Fast Ethernet

Одной из главных причин всеобщего признания Fast Ethernet является то, что она очень похожа на Ethernet. Многие говорят, что Fast Ethernet — это то же, что и Ethernet, только в 10 раз быстрее. Это утверждение верно лишь отчасти. Хотя Fast Ethernet действительно очень похожа на Ethernet, между ними есть существенные различия.

Fast Ethernet почти всегда сравнивают с 10Base-T Ethernet, потому что в обоих сетях может применяться один и тот же тип кабеля и требуется использовать повторители. В этом аспекте Fast Ethernet выглядит почти как 10Base-T Ethernet. Самое главное различие между Ethernet и Fast Ethernet состоит в том, что Ethernet обеспечивает скорость передачи 10 Мбит/с, a Fast Ethernet — 100 Мбит/с, т.е. в 10 раз больше. Все другие различия между этими двумя системами вытекают из значительного различия в их скорости.

Fast Ethernet имеет значительно меньший максимальный диаметр сети. Если используется только медный кабель (100Base-TX), то максимальная длина кабеля между двумя узлами в сегменте Fast Ethernet составляет 205 метров, в отличие от сети 10Base-T, для которой эта величина может достигать 500 метров. Применение коаксиального кабеля для связывания повторителей 10Base-T позволяет сегменту Ethernet, обеспечивающему скорость передачи 10 Мбит/с, охватывать даже большие расстояния. Если используется только волоконно-оптический кабель, то длина сегмента Fast Ethernet может достигать 320 метров, что все равно меньше, чем в Ethernet на медном кабеле (для нее эта величина равна 500 метрам). Преодоление этих ограничений топологии обычно производится при помощи переключателей или маршрутизаторов.

Fast Ethernet не может работать на коаксиальном кабеле. В отличие от Ethernet, которая может работать на коаксиальных кабелях нескольких типов, Fast Ethernet функционирует только на медном кабеле UTP или STP и на волоконно-оптическом кабеле. Стандарта для работы Fast Ethernet на коаксиальном кабеле не существует.

Правила тополшм Fast ЕШегае! и Юаае-Т очень отличаются. Сегмент Fast Ethernet может иметь только один или два повторителя (см. главу 3), а сегмент Ethernet 10Base-T — много. При этом необходимо лишь, чтобы между любыми двумя узлами сегмента их было не больше четырех.

В Fast Ethernet нспош^ются сомрш❸шо ише метода передачи сигналов, чем в 10Base-T. И Fast Ethernet, и 10Base-T могут работать на кабеле категорий 3, 4 и 5. Однако уровни PHY, применяемые в Fast Ethernet и 10Base-T, очень отличаются. Для всех трех типов кабеля Ethernet со скоростью передачи 10 Мбит/с использует одинаковый PHY 10Base-T. В Fast Ethernet для кабеля категорий 3, 4 и 5 применяется PHY 100Base-T4, а для кабеля категории 5 — PHY 1 OOBase-TX. В этих PHY используются совершенно отличные от PHY 10Base-T способы передачи сигналов, и поэтому они не совместимы с последним. Учтите, что некоторые двухскоростные PHY 1 OOBase-TX, которые могут работать в двух различных режимах, в состоянии обнаружить факт своего соединения с PHY 10Base-T и работать в соответствующем режиме; но это еще не означает еовместимости между 1 OOBase-TX и IO-Base-Т. Волоконно-оптические PHY со скоростью 10 Мбит/с (lOBase- FP) и PHY lOOBase-FX также используют различные методы передачи сигналов.

Fast Ethernet обходится дорсике, чш EtMraet Технология Ethernet существует уже давно. В течение многих лет инженеры и производители оптимизировали оборудование этой сети и снижали его стоимость. Это особенно верно для Ethernet 10Base-T, которая имеет очень широкий рынок сбыта и связывает десятки миллионов компьютеров. Покупка сети стандарта lOBase- Т обходится дешево. В конце 1996 года можно было купить сетевую плату 10Base-T для шины ISA всего за 20 долларов; повторители 10Base-T были доступны по цене всего лишь 30 долларов в расчете на порт. К концу 1996 года NIC и повторители Fast Ethernet стоили все еще значительно дороже, чем компоненты сети 10Base-T, однако только приблизительно в 3 раза. Например, недорогая NIC для шины PCI Fast Ethernet стоила около 95 долларов, а повторители —— примерно по 80 долларов в расчете на порт. С ростом объема продаж Fast Ethernet стоимость ее оборудования должна была значительно снизиться. Это действительно произошло в начале 1997 года, когда цена NIC упала с 225 до 100 долларов. Аналогичное падение цен наблюдается и для повторителей.

Несмотря на существенные различия между Ethernet со скоростью 10 Мбит/с и Fast Ethernet со скоростью 196 Мбит/с, у них совпадают две важные характеристики,

Обе сети имеют идшпгашй формат кедр#. Размер кадра может колебаться от 64 до 1518 байтов, кадр имеет поля адаесав получателя и отправителя, поле длины/типа, поле данных переменней длины и поле контрольной суммы. Это позволяет программному обеспечению одинаково работать как с Ethernet, так и с Fast Ethernet. Любой протокол или программное обеспечение, работаюи^е с Ethernet, 5дет функцисшировать и с Fast Ethernet, потому что в них прилуняется одинаковый: формат кадра.

Обе сети используют один и тот же метод доступа к среде CSMA/CD. Хотя некоторые временные диаграммы для этих сетей и не совпадают точно, однако используемые в них алгоритмы абсолютно одинаковы. Это позволяет просто масштабировать интерфейс МП между PHY и МАС с 10 Мбит/с до 100 Мбит/с.

Ниже приведены сравнительные характеристики этих сетей.

Характеристика

Ethernet

Fast Ethernet

Скорость передачи, Мбит/с

10

100

Интервал между кадрами,

9,60

0,960

микросекунды

Время бита, микросекунды

100

10

Время Канала, биты

512

512

Максимальное количество

попыток передачи

16

16

Размер пробки, биты

32

32

Максимальный размер кадра, байты

1518

1518

Минимальный размер кадра, байты

64

64

Размер адреса, биты

48

48

Сети ставдарта 10Base-T, IMBase-TX и 100Base-FX могут работать в полнодуплексном режиме. Все низкоуровневые каналы передачи данных этих сетей изначально полнодуплексные и поддерживают полнодуплексные правила доступа к среде. Обратите внимание, что полнодуплексные операции не являются частью стандарта 802.3 и поддерживаются не всеми устройствами. Однако организовать их поддержку очень просто — для этого отключается механизм обнаружения коллизий, что позволяет обоим узлам передавать данные одновременно. Это обеспечивает взаимодействие устройств с полнодуплексными возможностями от разных производителей. Но учтите, что сети 100Base-T4 не могут работать в полнодуплексном режиме. Кроме того, в полнодуплексном режиме могут функционировать только двухточечные каналы. Связь узла с повторителем всегда осуществляется в режиме CSMA/CD.

»та©ж1шж1ш 咼

Правила топологии Fast Ethernet

Существует два набора правил, которые называются моделями передачи и определяют, каким образом можно связать составные части единой области коллизий Fast Ethernet. Правила модели 1 достаточно просты и применяются в большинстве ЛВС. Правила модели 2 более сложные и должны использоваться только при необходимости создать сеть Fast Ethernet, диаметр которой близок к максимальному.

В правилах модели 1 предполагается, что все компоненты сети имеют наихудшие из допустимых значения задержки распространения. В частности, время NVP (Nominal Value of Propagation — номинальное значение распространения) для кабеля категории 5 принимается равным 5,7 нс/м, или 0,570 ВТ/м. Почти весь кабель категории 5, который можно купить на сегодняшний день, характеризуется гораздо лучшим NVP. Если вы создадите сегмент Fast Ethernet, используя правила модели 1, то получите гарантию, что размер окна коллизий не превысит времени канала, которое является максимально допустимым значением. Правила модели 2 гораздо гибче, но и сложнее в применении. Они требуют, чтобы была измерена или установлена каким-либо иным образом реальная задержка распространения для всех составляющих сегмента. Эти данные используются для определения наихудшего значения задержки пути для сегмента. Если оно меньше или равно времени канала, то конфигурация является допустимой и локальная сеть Fast Ethernet будет функционировать корректно.

Правила модели 1

Правила модели 1 определяют три возможные конфигурации области коллизий Fast Ethernet, которые рекомендуется использовать. Для всех трех конфигураци访 необходимо соблюдать определенные ограничения:

длина любого из отрезков медного кабеля категорий 5, 4 или 3 не должна превышать 100 метров;

длина любого многомодового или одномодового отрезка волоконно-оптического кабеля не должна превышать 412 метров;

при использовании устройств с модульными PHY длина связи между уровнями МАС и PHY (кабель МП) не должна превышать 0,5 метра.

В сети первой конфигурации два узла соединяются напрямую, без использования повторителя (рис. Б.1). Такая конфигурация обычно называется соединением DTE-DTE. Узлом может служить любой компонент сети, кроме повторителя (например, рабочая станция, принтер, порт переключателя или порт маршрутизатора).

Рис Б, /. Соединение DTE-DTE

Таблица Б. /. Максимальная длина кабеля А в сети первой конфигурации

B〃d кабеляДлина,м

Любой медный100

Полудуплексный волоконно-оптический412

Полнодуплексный волоконно-оптический2000

В сети второй конфигурации (рис. Б.2) сегмент Fast Ethernet содержит только один повторитель класса I или класса II.

Рис. 6.2. Соединение узлов с повторителем

Таблица £2 Максимальная дмта кабелей Л и В в сети шпорой конфигурации

Вид кабеля А

Вид кабеля В

Класс полто- рыт*

Мшсс. длина кабеля 4, м

Макс, длина м 族ля Л, ж

Макс, диаметр сети* м

Категории 5,4,3 (ТХ, FX)

Катепфии 5,4,3 (ТХ, FX)

I или II

100

100

200

Категории

5 (ТХ)

Волоконнооптический (FX)

I

IjOO

160,8

260,8

Категории 3 или 4 (Т4)

Волоконнооптический (FX)

I

100

131

231

Екзлоконно- оптический (FX)

■ Волоконнооптический (FX)

I

136

136

272

Категории 5(ТХ)

Волоконнооптический (FX)

II

100

208,8

308,8

Категории 3 или 4 (Т4)

Волокожю- оптический (FX)

н

100

204

304

Волоконнооптический (FX)

Волоконнооптический (FX)

И

160

160

320

Схема сегмента сети третьей коифдаурации включает два повторителя класса II, соединяющую нх связь и дав уада gc. ЕЗ). Заметим, что правила передачи модели 1 предполагают, что для свяж повтснжтелей (кабель связи С) всегда используется медав^ кабель данной не более 5 метров.

Таблица Б.З, Максимальная 赤畸必г W^aii А и В в сети третьей конфигурации

Вид кабеля А

加 d кабеля В

Макс, длина кабеля 4 м

Макс, длшш кабеля В, ж

Макс, диаметр сети, ж

Категории

5,4,3 (ТХ, FX)

Катепи»й<

5, 4, 3 (ТХ, FX>

190

100

200

Категории 5(ТХ)

Волоконно- сипмческ^ (FX)

1蘭

116,2

216,2

Категории 3 или 4 (Т4)

Волоконнооптический (fX)

190

136,3

236,3

Волоконнооптический (FX)

Н4

114

272

Обратите внимание, что максимальная длина всех медных кабелей в двух предыдущих случаях составляла 100 метров, однако длина отрезков волоконно-оптического кабеля изменялась в зависимости от типа PHY, используемого для подключения медного кабеля (ТХ или Т4), и класса повторителя. Длина отрезков медного кабеля ограничена 100 метрами не из-за задержки распространения, а из-за характеристик уровней PHY ТХ и Т4, которые гарантированно работают только со 100 метрами медного кабеля. PHY стандарта 100Base-FX для волоконно-оптического кабеля может работать с кабелем длиной до 2000 метров. Это означает, что верхний предел длины волоконно-оптического кабеля в сети конфигурации 2 ограничен значениями задержки пути остальных составляющих. Интересный побочный эффект состоит в том, что если самый длинный из отрезков медного кабеля имеет длину меньше 100 метров, то длина отрезков волоконно-оптического кабеля может превышать значения, указанные в табл. Б.2. С каждым уменьшением длины медного кабеля, равной 100 метрам, на 1 метр максимальная длина отрезка волоконно-оптического кабеля увеличивается на 1,19 метра. Так, если длина каждого отрезка медного кабеля в сети TX/FX с использованием повторителя класса I (строка 2) не превышает 75 метров, то может существовать один отрезок волоконно-оптического кабеля длиной 160,75 метра.

Аналогичное правило применимо к сегменту, в котором используется только волоконно-оптический кабель. Данные в строках 5 и 8 в табл. Б.1 и в строке 4 в табл. Б.1 приведены для случая, когда оба отрезка волоконнооптического кабеля имеют одинаковую длину. Длина кабеля В может быть увеличена на столько же метров, на сколько уменьшена длина кабеля А. Например, если в сегменте используется повторитель класса I (табл. Б.2 строка 4) и только волоконно-оптические кабели, а длина всех кабелей, кроме одного, не превышает 50 метров, то один (и только один) кабель может иметь длину 222 метра. Обратите внимание, что при этом максимальный диаметр сети по-прежнему составляет 272 метра.

Другое интересное замечание, касающееся сетей с повторителями обеих конфигураций, состоит в том, что варианты, соответствующие строке 6 в табл. Б.1 и строке 3 в табл. Б.2, вероятно, никогда не реализуются. Другими словами, повторитель класса II, который поддерживал бы и связи Т4, и связи

TX/FX, практически невозможно создать из-за ограничений синхронизации. Тем не менее эти варианты включены в таблицы, так как встречаются в спецификации 802.Зи.

Правила модели 2

Количество повторителей в области коллизий Fast Ethernet и ее физический размер ограничены максимальной длиной медных кабелей (100 метров) и наихудшей круговой задержкой обнаружения коллизии, которая также называется окном коллизий. Максимальный размер окна коллизий, который называется временем канала, составляет 512 ВТ. Правила модели 2 — это метод, при помощи которого вычисляется размер окна коллизий для сегмента. Если это значение не превышает 512 ВТ, то сегмент имеет корректный размер окна коллизий. Другими словами, диаметр сети для данного сегмента не слишком велик.

Подобно правилам модели 1, правила модели 2 могут применяться к трем возможным конфигурациям сегмента Fast Ethernet. Однако в этом случае вместо длины кабеля мы должны оперировать значениями задержки распространения, выраженной во времени бита (1 ВТ соответствует 10 наносекундам), для кабельных каналов, сетевых интерфейсов и повторителя или повторителей, которые могут составлять сегмент. Если вы можете определить значения задержки компонентов сегмента сети, то правила модели 2 нетрудно применить. На рис. Б.4 рассмотренные выше конфигурации сегмента изображены более подробно.

NICNIC

I м/й: (-~Грну}^4{Тн^ mac]

I мас|~~Г"^У-^Г?й7|—I мас|~~Г"^У-^Г?й7|—,NICТ phy h^~H p№ HT^iac HПовторитель >,NICТ phy h^~H p№ HT^iac HПовторитель >

I мас|~~Г"^У-^Г?й7|—

I мас|~~Г"^У-^Г?й7|—

,NIC

Т phy h^~H p№ HT^iac HПовторитель >

,NIC

Т phy h^~H p№ HT^iac HПовторитель >

NIC!I MAC |~"ГЙй?}^4-^ЙУ]—NIC!I MAC |~"ГЙй?}^4-^ЙУ]—ПовторительПовторительт PHY Iт PHY I

NIC!

I MAC |~"ГЙй?}^4-^ЙУ]—

NIC!

I MAC |~"ГЙй?}^4-^ЙУ]—

Повторитель

Повторитель

т PHY I

т PHY I

Канал — Интерфейс среды МН

Рис. Б.4. Компоненты сегментов сети разных конфигураций

Для NIC и повторителей значения задержки распространения обычно указываются производителем устройства. К сожалению, лишь немногие поставщики приводят этот параметр в описании продукта. Если в документации, которую вы получили вместе с продуктом, такого рода информация отсутствует, рекомендуем вам связаться с производителем. Кроме того, вы можете воспользоваться значениями, приведедавыми ниже для разных компонентов (наихудшие значения).

Задержка распространения, ВТ 70 33,5 462534,5Задержка распространения, ВТ 70 33,5 462534,5Устройство

Задержка распространения, ВТ 70 33,5 46

25

34,5

Задержка распространения, ВТ 70 33,5 46

25

34,5

Повторитель класса I

Повторитель класса II (все порты Т4)

Повторитель класса II (комбинация портов Т4 и TX/FX) NIC ТХ или FX

NICT4

Значение задержки распространения и длину кабеля можно измерить непосредственно, воспользовавшись кабельным контрольно-измерительным прибором. Обычно фирма, осуществляющая прокладку кабеля, производит эти измерения при проверке проложенных кабелей и указывает в отчете длину и значение задержки распространения для всех отрезков кабеля. Если у вас нет кабельного контрольно-измерительного прибора, но вы знаете длину каждого отрезка кабеля, то можете вычислить задержку распространения, используя NVP (Nominal Value of Propagatiori — номинальное значение распространения) кабеля. Значение этого параметра можно узнать у производителя кабеля, но можно и измерить (в процентах от скорости света в вакууме). Длина кабеля обычно определяется при прокладке, и это легко сделать вручную, без использования кабельного контрольно-измерительного прибора. Измерение необходимо производить аккуратно. Если длина кабеля и/или значение задержки распространения не известны, то правила передачи модели 2 применять нельзя. Задержка распространения кабеля вычисляется с учетом его длины и с использованием значения NVP по формуле:

Задержка (ВТ) = 0, 355 / NVP X Длина (м)

Как и в случае повторителей или сетевых адаптеров, если значения задержки распространения для кабеля нельзя измерить или вычислить, однако длина кабеля известна, то необходимо воспользоваться наихудшими значениями. Некоторые из таких значений приведены ниже.

Вид кабеляЗадержка распр(юпранения, ВТ/м

Категорий 3 и 40,57

Категории 5 и экранированная витая пара 0,556

Волоконно-оптический0,5

Обратите внимание, что при определении длины кабеля учитывается и длина соединительных кабелей на каждом конце. Большинство кабельных разводок производится с использованием коммутационных панелей и настенных коннекторов. Повторители обычно присоединяются к коммутационной панели с использованием соединительного кабеля; рабочие станции или другие узлы присоединяются к настенному коннектору с использованием другого соединительного кабеля. Типичные соединения проиллюстрированы на рис. Б.5.

и/или потолкеи/или потолкеКоммутационнаяКоммутационнаяНастенный коннекторНастенный коннекторI—」I—」Соединитальные、кабалиСоединитальные、кабали口 U U口 U U

и/или потолке

и/или потолке

Коммутационная

Коммутационная

Настенный коннектор

Настенный коннектор

I—」

I—」

Соединитальные

、кабали

Соединитальные

、кабали

口 U U

口 U U

УзелУзел

Узел

Узел

Повторитель

Рис. Б. 5. Типичные соединения

Самое трудное в применении правил модели 2 состоит в определении наихудших значений задержки для вашей разводки кабеля. Это будут значения для двух самых длинных отрезков кабеля. Тем не менее использование соединительных кабелей может внести небольшие трудности в такое определение. Иногда необходимо измерить несколько отрезков кабеля, чтобы найти два самых длинных.

Определив значения задержки распространения для компонентов сегмента и для двух самых длинных отрезков кабеля, можно вычислить наихудшее значение круговой задержки:

PDV 二 2(£ LDV + Z.RDU + DTE% + DTED?) + Margin

Значения переменных этого уравнения указаны ниже.

Переменная

LDV

Описание

Задержка канала. Сумма всех задержек кабеля между узлами, подключенными к двум самым длинным отрезкам кабеля, с учетом соединительных кабелей, кабелей, проложенных в стенах и потолке, и кабелей связи между повторителями класса 11.

RDV

DTED-1

Задержка повторителя. Задержки всех повторителей сегмента.

Задержка DTE для узла 1. Значение задержки NIC узла, подключенного к одному из двух самых длинных отрезков кабеля.

DTED-2

Задержка DTE для узла 2. Значение задержки NIC узла, подключенного ко второму из двух самых длинных отрезков кабеля.

Margin

Поле безопасности. Значение, находящееся в диапазоне от 0 до 4 ВТ, рекомендованное спецификацией 802.3и. Лучше всего использовать значение 4 ВТ, которое учитывает наличие длинных коммутируемых кабелей в распределительном шкафу и офисе, а также разные другие задержки и погрешности измерений.

PDV

Вычисленное значение задержки в пути. То же, что и размер окна коллизий сегмента.

Если вычисленное значение PDV не превосходит 512 ВТ, то все хорошо и сегмент Fast Ethernet будет функционировать корректно. В противном случае его необходимо сконфигурировать заново.

Из сказанного выше и уравнения закономерно следуют два интересных факта: используя правила модели 2, можно применять более двух повторителей класса II; расстояние между двумя повторителями класса II может превышать 5 метров.

Запрет в правилах модели 1 использовать не более двух повторителей класса II, расстояние между которыми не должно превышать 5 метров, введен только для упрощения. Применение более двух повторителей класса II нецелесообразно, так как сильно ограничивает физический диаметр сети сегмента. Например, если NVP используемого вами кабеля равно 0,72, а задержка составляет 0,465 ВТ/м, то добавление второго повторителя класса II с задержкой 38 ВТ (чуть лучше наихудшего значения) через кабель связи длиной 1 метр означает, что максимально допустимое расстояние по медному кабелю уменьшится на 81,7 метра и составит 18,3 метра. Таким образом, использование более двух повторителей класса П возможно, но непрактично.

Правила модели 2 при использовании медного кабеля, как правило, не применяются; особое значение они приобретают при проектировании сегментов с использованием волоконно-оптического кабеля, для которого не существует так называемого 100-метрового ограничения. Правила позволяют создавать из волоконно-оптического кабеля большие безопасные сегменты, не выходя за рамки максимально допустимого диаметра сети.

Ш1И1А@ЖШ№ 咼

Web-ресурсы

За последние два года Internet, и в частности World Wide Web, радикально изменили процесс распространения технической информации и позволили сделать ее более доступной, актуальной и, что важнее всего, легко отыскиваемой. Имеется огромное количество online-информации о Fast Ethernet и о сетях вообще. Она изменяется и пополняется почти ежедневно. Чтобы не перечислять в этом приложении соответствующие узлы, издательство John Wiley & Sons и авторы организовали Web-узел с информацией о Fast Ethernet. Адрес этого узла:

http://www.wiley.com/compbooks/fastethernet

Здесь хранятся актуальные ссылки на информацию, относящуюся к Fast Ethernet, обновленное содержимое данной книги, сведения об авторах и другая интересная информация о Fast Ethernet и связанных с ней сетевых проблемах.

ЖИШМ1М11Г

Документы RFC, опремляюшие производительность

Документы RFC 1242 и 1944 очень важны для понимания вопросов, связанных с производительностью переключателей и способами ее измерения. Эти документы достаточно просто найти в WWW. Для тех же, кто не имеет легкого доступа к Всемирной паутине, мы приводим их текст.

Network Working GroupS. Bradner, Editor

Request for Comments: 1242Harvard University

July 1991

Benchmarking Terminology for Network Interconnection Devices

Status of this Memo

This memo provides information for the Internet community. It does not specify an Internet standard. Distribution of this memo is unlimited.

Abstract

This memo discusses and defines a number of terms that are used in describing performance benchmarking tests and the results of such tests. The terms defined in this memo will be used in additional memos to define specific benchmarking tests and the suggested format to be used in reporting the results of each of the tests. This memo is a product of the Benchmarking Methodology working Group (BMWG) of the Internet Engineering Task Force (IETF).

Introduction

Vendors often engage in "specsmanship" in an attempt to give their products a better position in the marketplace. This usually involves much "smoke & mirrors1' used to confuse the user. This memo and follow-up memos attempt to define a specific set of terminology and tests that vendors can use to measure and report the performance characteristics of network devices. This will provide the user comparable data from different vendors with which to evaluate these devices.

Definition format

Term to be defined* (e.g.. Latency)

Definition:

The specific definition for the term.

Discussion:

A brief discussion about the term, it's application and any restrictions on measurement procedures.

Measurement units:

The units used to report measurements of this term, if applicable.

Issues: List of issues or conditions that effect this term.

See Also:

List of other terms that are relevant to the discussion of this term.

Term definitions

Back-to-back

Definition:

Fixed length frames presented at a rate such that there

is the minimum legal separation for a given medium

between frames over a short to medium period of time.

starting from an idle state.

Discussion:

A growing number of devices on a network can produce

bursts of back-to-back frames. Remote disk servers

using protocols like NFS, remote disk backup systems

like rdump, and remote tape access systems can be

configured such that a single request can result in

a block of data being returned of as much as 64K octets.

Over networks like ethernet with a relatively small MTU

this results in many fragments to be transmitted. Since

fragment reassembly will only be attempted if all

fragments have been received, the loss of even one

fragment because of the failure of some intermediate

network device to process enough continuous frames can

cause an endless loop as the sender repetitively

attempts to send its large data block.

With the increasing size of the Internetf routing

updates can span many frames, with modern routers able

to transmit very quickly. Missing frames of routing

information can produce false indications of

unreachability. Tests of this parameter are intended

to determine the extent of data buffering in the

device.

Measurement units:

Number of N-octet frames in burst.

Issues:

See Also:

3.2 Bridge

Definition:

A system which forwards data frames based on informat ion

in the data link layer.

Discussion:

Measurement units:

n/a

Issues:

See Also：

bridge/router (3.3)

router (3.15)

3.3 bridge/router

Definition:

A bridge/router Is a network device that can selectively

function as a router and/or a bridge based on the

protocol of a specific frame.

Discussion:

Measurement units： n/a

Issues:

See Also:

bridge (3.2)

router (3.15)

3.4

Constant Load

Definition:

Fixed length frames at a fixed interval time.

Discussion:

Although it is rare, to say the least, to encounter a steady state load on a network device in the real world, measurement of steady state performance may be useful in evaluating competing devices. The frame size Is specified and constant. All device parameters are constant. When there Is a checksum in the frame. It must be verified.

Measurement units: n/a

Issues: unidirectional vs. bidirectional

See Also:

3.5

Data link frame size

Definition：

The number of octets in the frame from the first octet following the preamble to the end of the FCS, if present, or to the last octet of the data if there is no FCS.

Discussion:

There is much confusion in reporting the frame sizes used in testing network devices or network measurement. Some authors include the checksum, some do not. This is a specific definition for use in this and subsequent memos.

Measurement units: octets.

Issues:

See Also:

3.6

Frame Loss Rate

Definition:

Percentage of frames that should have been forwarded by a network device under steady state (constant) load that were not forwarded due to lack of resources.

Discussion:

This measurement can be used in reporting the performance of a network device In an overloaded state. This can be a useful indication of how a device would perform under pathological network conditions such as broadcasts storms.

Measurement units:

Percentage of N-octet offered frames that are dropped. To be reported as a graph of offered load vs frame loss.

Issues:

See Also: overhead behavior (3.11) policy based filtering (3.13) MTU mismatch behavior (3.10)

Inter Frame Gap

Definition:

The delay from the end of a data link frame as defined in section 3.5, to the start of the preamble of the next data link frame.

Discussion:

There is much confusion in reporting the between frame time used In testing network devices. This ■ is a specific definition for use in this and subsequent memos.

Measurement units:

Time with fine enough units to distinguish between 2 events.

Issues: Link data rate.

See Also：

Latency■ . -' •

Definition:

For store and forward devices:

The time interval starting when the last bit of the input frame reaches the input port and ending when . the first bit of the output frame is seen on the output port.

For bit forwarding devices: The time interval starting when the end.of the first bit of the Input frame reaches the input port and ending when the start of the first bit of the output frame is seen on the output port.

Discussion：.

variability of latency can be a problem. Some protocols are timing dependent (e.g., LAT and IPX). Future applications are likely to be sensitive to network latency. Increased device delay can reduce the useful diameter of net. It is desired to eliminate the effect of the data rate on the latency measurement. This measurement should only reflect the actual within device latency. Measurements should be taken for a spectrum of frame sizes without changing the device setup.

Ideally, the measurements for all devices would be from the first actual bit of the frame after the preamble. Theoretically a vendor could design a device that normally would be considered a store and forward device, a bridge for example, that begins transmitting a frame before it Is fully received. This type of device is known as a *'cut through" device. The assumption is that the device would somehow invalidate the partially transmitted frame if in receiving the remainder of the input frame, something came up that the frame or this specific forwarding of It was in error. For example, a bad checksum. In this case, the device would still be considered a store and forward device and the latency would still be from last bit In to first bit out, even though the value would be negative. The intent is to treat the device as a unit without regard to the internal structure.

Measurement units：

Time with fine enough units to distinguish between 2 events.

Issues:

See Also:

link speed mismatch (3 . Э) constant load (3.4) back-to-back (3.1) policy based filtering (3.13) single frame behavior (3.16)

Link Speed Mismatch

Definition：

Speed mismatch between input and output data rates.

Discussion:

This does not refer to frame rate per se, it refers to the actual data rate of the data path. For example, an Ethernet on one side and a 56KB serial link on the other. This Is has also been referred to as the "fire hose effeet*1 . Networks that make use of serial links between local high speed networks will usually have link speed mismatch at each end of the serial links.

Measurement units:

Ratio of Input and output data rates.

Issues:

See Also: constant load (3.4) back-to-back (3.1)

MTU-misinatch behavior

Definition：

The network MTU (Maximum Transmission Unit) of the output network is smaller than the MTU of the input network, this results in fragmentation.

Discussion:

The performance of network devices can be significantly affected by having to fragment frames.

Measurement units:

Description of behavior.

Issues:

See Also:

Overhead behavior

Definition:

Processing done other than that for normal data frames.

Discussion:

Network devices perform many functions in addition to forwarding frames. These tasks range from internal hardware testing to the processing of routing information and responding to network management requests. It is useful to know what the effect of these sorts of tasks is on the device performance. An example would be if a router were to suspend forwarding or accepting frames during the processing of large routing update for a complex protocol like OSPF. It would be good to know of this sort of behavior.

Measurement units:

Any quantitative understanding of this behavior is by the determination of its effect on other measurements.

Issues:

bridging and routing protocols control processing icmp ip options processing fragmentation error processing event logging/statistics collection arp

See Also: policy based filtering (3.13)

Overloaded behavior

Definition:

When demand exceeds available system resources.

Discussion:

Devices in an overloaded state will lose frames. The device might lose frames that contain routing or configuration information. An overloaded state is assumed when there is any frame loss.

Measurement units:

Description of behavior of device in any overloaded states for both input and output overload conditions.

Issues:

How well does the device recover from overloaded state? How does source quench production effect device? what does device do when its resources are exhausted? what is response to system management in overloaded state?

See Also：

3.13 Policy based filtering

Definition:

Filtering is the process of discarding received frames by administrative decision where normal operation would be to forward them.

Discussion：

Many network devices have the ability to be configured to discard frames based on a number of criteria. These criteria can range from simple source or destination addresses to examining specific fields in the data frame itself. Configuring many network devices to perform filtering operations impacts the throughput of the device.

Measurement units: n/a

Issues: flexibility of filter options number of filter conditions

See Also:

3.14

Restart behavior

Definition：

Reinitialization of system causing data loss.

Discussion:

During a period of time after a power up or reset, network devices do not accept and forward frames. The duration of this period of unavailability can be useful in evaluating devices. In addition, some network devices require some form of reset when specific setup variables are modified. If the reset period were long it might discourage network managers from modifying these variables on production networks.

Measurement units：

Description of device behavior under various restart conditions.

Issues:

Types: power on reload software image flush port# reset buffers restart current code image, without reconfuration Under what conditions is a restart required?

Does the device know when restart needed (i.e., hung state timeout)?

Does the device recognize condition of too frequent auto-restart?

Does the device run diagnostics on all or some resets? How may restart be initiated?

physical Intervention

remote via terminal line or login over network

See Also:

3.15

Router

Definition: A system which forwards data frames based on information in the network layer.

Discussion:

This implies иrunning" the network level, protocol routing algorithm and performing whatever actions that the protocol requires. For example, decrementing the TTL field In the TCP/IP header.

Measurement units:■

n/a

Issues：

See Also: bridge (3.2) bridge/router (3.3)

3.16

Single frame behavior

Definition:

One frame received on the input to a device.

Discussion:

A data “stream" consisting of a single frame can require a network device to do a lot of processing. Figuring routes, performing ARPs, checking permissions etc., in general# setting up cache entries. Devices will often take much more time to process a single frame presented in Isolation than it would if the same frame were part of a steady stream. There is a worry that some devices would even discard a single frame as part of the cache setup procedure under the assumption that the frame is only the first of many.

Measurement units：

Description of the behavior of the device.

Issues:

See Also：

policy based filtering (3.13)

3.17

Throughput

Definition:

The maximum rate at which none of the offered frames are dropped by the device.

Discussion:『

The throughput figure allows vendors to report a single value which has proven to have use in the marketplace. Since even the loss of one frame In a data stream can cause significant delays while waiting for the higher level protocols to time out, it is useful to know the actual maximum data rate that the device can support. Measurements should be taken over a assortment of frame sizes. Separate measurements for routed and bridged data in those devices that can support both. If there is a checksum in the received frame, full checksum processing must be done.

Measurement units： N-octet input frames per second input bits per second

Issues: single path vs. aggregate load unidirectional vs bidirectional checksum processing required on some protocols

See Also: frame loss rate (3.6) constant load (3.4) back-to-back (3.1)

4. Acknowledgements

This memo is a product of the IETF BMWG working group:

Chet Birger, Coral Networks

Scott Bradner, Harvard University (chair) Steve Butterfield, independant consultant Frank Chui, TRW Phill Gross, CNRI Stev Knowles, FTP Software, Inc.

Mat Lew, TOW

Gary Malkin, FTP Software, Inc.

K.K. Ramakrishnan, Digital Equipment Corp.

Mick Scully, Ungerman Bass

William M. Seifert, Wellfleet Communications Corp.

John Shriver, Proteon, Inc.

Dick Sterry, Microcom

Goof Stone, Network Systems Corp.

Gooff Thompson, SynOptics Mary Youssef, IBM

Security Considerations

Security issues are not discussed in this memo. Author's Address

Scott Bradner

Harvard University

William James Hall 1232

33 Kirkland Street

Cambridge, MA 02138

Phone： (617) 495-3864

EMail: SOB@HARVARD.HARVARD.EDU

Or, send comments to： bmwg@harvisr.harvard.edu.

Network Working GroupS. Bradner

Request for Comments: 1944Harvard University

Category: InformationalJ. McQuaid

Bay Networks

May 1996

Benchmarking Methodology for Network Interconnect Devices

Status of This Memo

This memo provides information for the Internet community. This memo does not specify an Internet standard of any kind. Distribution of this memo is unlimited.

Abstract

This document discusses and defines a number of tests that may be used to describe the performance characteristics of a network interconnecting device. In addition to defining the tests this document also describes specific formats for reporting the results of the tests. Appendix A lists the tests and conditions that we believe should be included for specific cases and gives additional information about testing practices. Appendix В is a reference listing of maximum frame rates to be used with specific frame sizes on various media and Appendix C gives some examples of frame formats to be used in testing.

Introduction

Vendors often engage in **specsmanshipn in an attempt to give their products a better position in the marketplace. This often involves "smoke & mirrors** to confuse the potential users of the products.

This document defines a specific set of tests that vendors can use to measure and report the performance characteristics of network devices. The results of these tests will provide the user comparable data from different vendors with which to evaluate these devices.

A previous document, "Benchmarking Terminology for Network Interconnect Devices** (RFC 1242) , defined many of the terms that are used in this document. The terminology document should be consulted before attempting to make use of this document.

Real world

In producing this document the authors attempted to keep in mind the requirement that apparatus to perform the described tests must actually be built. We do not know of **off the shelf* equipment available to implement all of the tests but it is our opinion that such equipment can be constructed.

Tests to be run

There are a number of tests described in this document. Not all of the tests apply to all types of devices under test (DUTs). Vendors should perform all of the tests that can be supported by a specific type of product. The authors understand that it will take a considerable period of time to perform all of the recommended tests nder all of the recommended conditions, we believe that the results are worth the effort. Appendix A lists some of the tests and conditions that we believe should be included for specific cases.

Evaluating the results

Performing all of the recommended testa will result in a great deal of data. Much of this data will not apply to the evaluation of the devices under each circumstance. For example, the rate at which a router forwards IPX frames will be of little use in selecting a router for an environment that does not (and will not) support that protocol. Evaluating even that data which is relevant to a particular network installation will require experience which may not be readily available. Furthermore, selection of the tests to be run and evaluation of the test data must be done with an understanding of generally accepted testing practices regarding repeatability, variance and statistical significance of small numbers of trials.

Requirements

In this document, the words that are used to define the significance of each particular requirement are capitalized. These words are:

* "MUST" This word, or the words "REQUIRED11 and "SHALL" mean that the item is an absolute requirement of the specification,

* "SHOULD” This word or the adjective "RECOMMENDED" means that there may exist valid reasons in particular circumstances to ignore this item, but the full implications should be understood and the case carefully weighed before choosing a different course.

* "MAY" This word or the adjective "OPTIONAL" means that this item is truly optional. One vendor may choose to include the item because a particular marketplace requires it or because it enhances the product, for example; another vendor may omit the same item.

An implementation is not compliant if it fails to satisfy one or more of the MUST requirements for the protocols it implements. An implementation that satisfies all the MUST and all the SHOULD requirements for its protocols is said to be "'unconditionally compliant**; one that satisfies all the MUST requirements but not all the SHOULD requirements for its protocols is said to be Hconditionally complianf'.

Test set up

The ideal way to implement this series of tests is to use a tester with both transmitting and receiving ports. Connections are made from the sending ports of the tester to the receiving ports of the DUT and from the sending ports of the DUT back to the tester, (see Figure I) Since the tester both sends the test traffic and receives it back, after the traffic has been forwarded but the DUT, the tester can easily determine if all of the transmitted packets were received and verify that the correct packets were received. The same functionality can be obtained with separate transmitting and receiving devices (see Figure 2) but unless they are remotely controlled by some computer in a way that simulates the single testerz the labor required to accurately perform some of the tests (particularly the throughput test) can be prohibitive.

++++++

IIIIII

I sender |> IDUT I > I receiver I

+ +++++

Figure 2

Teat set up for multiple media types

Two different setups could be used to test a out which is used in real-world networks to connect networks of differing media type, local Ethernet to a backbone FDDI ring for example. The tester could support both media types in which case the set up shown In Figure 1 would be used.

Two identical OUTS are used in the other test set up. (see Figure 3) In many casea this set up may more accurately simulate the real world. For example, connecting two LANs together with a WAN link or high speed backbone. This set up would not be as good at simulating a system where clients on a Ethernet LAN were interacting with a server on an FDDI backbone.

Figure 3Figure 3

Figure 3

Figure 3

DUT set up

the OUT to be tested MUST be provided to the user.of the supported protocols will set up (See Appendix A). It isthe OUT to be tested MUST be provided to the user.of the supported protocols will set up (See Appendix A). It isBefore starting to perform the tests, configured following the instructions Specifically, it is expected that all be configured and enabled during *his

the OUT to be tested MUST be provided to the user.

of the supported protocols will set up (See Appendix A). It is

the OUT to be tested MUST be provided to the user.

of the supported protocols will set up (See Appendix A). It is

expected that all of the tests will be run without changing the

configuration or setup of the DUT in any way other than that required to do the specific test. For exampler it is not acceptable to change the size of frame handling buffers between tests of frame handling rates or to disable all but one transport protocol when testing the throughput of that protocol. It is necessary to modify the configuration when starting a test to determine the effect of filters on throughput, but the only change MUST be to enable the specific filter. The DUT set up SHOULD include the normally recommended routing update intervals and keep alive frequency. The specific version of the software and the exact OUT configuration, including what functions are disabled, used during the tests MUST be included as part of the report of the results.

Frame formats

The formats of the test frames to use for TCP/IP over Ethernet are shown in Appendix C： Test Frame Formats. These exact frame formats SHOULD be used in the tests described in this document for this protocol/media combination and that these frames will be used as a template for testing other protocol/media combinations. The specific formats that are used to define the test frame? for a particular test series MUST be included in the report of the results.

Frame sizes

All off the described testa SHOULD be performed at a number of frame sizes. Specifically, the sizes SHOULD include the maximum and minimum legitimate sizes for the protocol under test on the media under test and enough sizes in between to be able to get a full characterization of the DUT performance. Except where noted, at least five frame sizes SHOULD be tested for each test condition.

Theoretically the minimum size UDP Echo request frame would consist of an IP header (minimum length 20 octets), a UDP header (8 octets) and whatever MAC level header is required by the media in use. The theoretical maximum frame size is determined by the size of the length field in the IP header. In almost all cases the actual maximum and minimum sizes are determined by the limitations of the media.

In theory it would be ideal to distribute the frame sizes in a way that would evenly distribute the theoretical frame rates. These recommendations incorporate this theory but specify frame sizes which are easy to understand and remember. In addition, many of the same frame sizes are specified on each of the media types to allow for easy performance comparisons.

Note: The inclusion of an unrealistically small frame size on some of the media types (i.e. with little or no space for data) is to help characterize the per-frame processing overhead of the DUT.

Frame sizes to be used on Ethernet

128, 256, 512, 1024, 1280, 1518

These sizes include the maximum and minimum frame sizes permitted by the Ethernet standard and a selection of sizes between these extremes with a finer granularity for the smaller frame sizes and higher frame rates.

Frame sizes to be used on 4Mb and 16Mb token ring

64, 128, 256, 1024, 1518, 2048, 4472

The frame size recommendations for token ring assume that there is no RIF field in the frames of routed protocols. A RIF field would be present in any direct source route bridge performance test. The minimum size frame for UDP on token ring is 54 octets. The maximum size of 4472 octets is recommended for 16Mb token ring instead of the theoretical size of 17.9Kb because of the size limitations imposed by many token ring interfaces. The reminder of the sizes are selected to permit direct comparisons with other types of media. An IP (i.e. not UDP) frame may be used in addition if a higher data rate is desired, in which case the minimum frame size is 46 octets.

Frame sizes to be used on FDD工

64, 128, 256, 1024, 1518, 2048, 4472

The minimum size frame for UDP on FDD工 is 53 octets, the minimum size of 54 is recommended to allow direct comparison to token ring performance. The maximum size of 4472 is recommended instead of the theoretical maximum size of 4500 octets to permit the same type of comparison. An IP (i.e. not UDP) frame may be used In addition if a higher data rate is desired, in which case the minimum frame size is 45 octets.

Frame sizes in the presence of disparate MTUs

When the Interconnect DUT supports connecting links with disparate MTU3, the frame sizes for the link with the *larger* MTU SHOULD be used, up to the limit of the protocol being tested. If the interconnect DUT does not support the fragmenting of frames in the presence of MTU mismatch, the forwarding rate for that frame size shall be reported as zero.

For example, the test of IP forwarding with a bridge or router that joins FDD工 and Ethernet should use the frame sizes of FDDI when going from the FDD工 to the Ethernet link. If the bridge does not support IP fragmentation, the forwarding rate for those frames too large for Ethernet should be reported as zero.

Verifying received frames

The teat equipment SHOULD discard any frames received during a test run that are not actual forwarded test frames - For example, keepalive and routing update frames SHOULD NOT be included in the count of received frames. In any case, the test equipment SHOULD verify the length of the received frames and check that they match the expected length.

Preferably, the test equipment SHOULD include sequence numbers in the transmitted frames and check for these numbers on the received frames. If this is done, the reported results SHOULD include in addition to the number of frames dropped, the number of frames that were received out of order, the number of duplicate frames received and the number of gaps in the received frame numbering sequence. This functionality is required for some of the described tests.

Modifiers

It might be useful to know the DUT performance under a number of conditions; some of these conditions are noted below. The reported results SHOULD include as many of these conditions as the test equipment is able to generate. The suite of tests SHOULD be first run without any modifying conditions and then repeated under each of the conditions separately. To preserve the ability to compare the results of these tests any frames that are required to generate the modifying conditions (management queries for example) will be included in the same data stream as the normal test frames in place of one of the test frames and not be supplied to the DUT on a separate network port.

Broadcast frames

In most router designs special processing is required when frames addressed to the hardware broadcast address are received. In bridges (or in bridge mode on routers) these broadcast frames must be flooded to a number of ports. The* stream of test frames SHOULD be augmented with It frames addressed to the hardware broadcast address. The frames sent to the broadcast address should be of a type that the router will not need to process. The aim of this test is to determine if there is any effect on the forwarding rate of the other data in the stream. The specific frames that should be used are Included in the test frame format document. The broadcast frames SHOULD be evenly distributed throughout the data stream, for example, every 100th frame.

The same test SHOULD be performed on bridge-like DUTs but in this case the broadcast packets will be processed and flooded to all outputs.

It is understood that a level of broadcast frames of It is much higher than many networks experience but, as in drug toxicity evaluations, the higher level is required to be able to gage the effect which would otherwise often fall within the normal variability of the system performance. Due to design factors some teat equipment will not be able to generate a level of alternate frames this low. In these cases the percentage SHOULD be as small as the equipment can provide and that the actual level be described In the report of the test results.

11.2 Management frames

Most data networks now make use of management protocols such as

SNMP. In many environments there can be a number of management

stations sending queries to the same OUT at the same time.

The stream of test frames SHOULD be augmented with one management

query as the first frame sent each second during the duration of

the trial. The result of the query must fit into one response

frame. The response frame SHOULD be verified by the test

equipment. One example of the specific query frame that should be

used Is shown in Appendix C.

11.3 Routing update frames

The processing of dynamic routing protocol updates could have a

significant Impact on the ability of a router to forward data

frames. The stream of test frames SHOULD be augmented with one

routing update frame transmitted as the first frame transmitted

during the trial. Routing update frames SHOULD be sent at the

rate specified in Appendix C for the specific routing protocol

being used in the test. Two routing update frames are defined in

Appendix C for the TCP/IP over Ethernet example. The routing

frames are designed to change the routing to a number of networks

that are not involved in the forwarding of the test data. The

first frame sets the routing tab]e state to "A", the second one

changes the state to ”B" The frames MUST be alternated during

the trial.

The test SHOULD verify that the routing update was processed by

the DUT.

11.4 Filters

Filters are added to routers and bridges to selectively inhibit

the forwarding of frames that would normally be forwarded. This

Is usually done to implement security controls on the data that is

accepted between one area and another. Different products have

different capabilities to implement filters.

The DUT SHOULD be first configured to add one filter condition and

the tests performed. This filter SHOULD permit the forwarding of

the test data stream. In routers this filter SHOULD be of the

form;

forward input_protocol_address to output_protocol_address

In bridges the filter SHOULD be of the form:

forward de st inat ion_ha rdware_addres s

The DUT SHOULD be then reconfigured to Implement a total of 25

filters. The first 24 of these filters SHOULD be of the form:

block input_protocol_address to output__protocol_address

The 24 input and output protocol addresses SHOULD not be any that are represented In the test data stream. The last filter SHOULD permit the forwarding of the test data stream. By "first*' and "last" we mean to ensure that in the second case, 25 conditions must be checked before the data frames will match the conditions

that permit the forwarding of the frame. Of course, if the DUT

reorders the filters or does not rules the effect of the sequence properly lost.

use a linear in which the

scan of fillers

the are

filter input is

The exact filters configuration included with the report of the

command lines results.

used SHOULD

be

11.4.1 Filter Addresses

Two sets of filter addresses

are required,

one for

the

single

filter case and one for the 25 fiIter case.

The single filter case should permit traffic from IF address 198.18.1.2 to IP address 198.19.65.2 and deny all other traffic.

The 25 filter case should follow the following sequence.

deny aa.ba.1.1 to aa.ba.100.1

deny aa.ba.2.2 to aa.ba.101.2

deny aa.ba.3.3 to aa.ba.103.3

deny aa.ba.12.12 to aa.ba.112.12

allow aa.be.1.2 to aa.be.65.1

deny aa.ba.13.13 to aa.ba.113.13

deny aa.ba.14.14 to aa.ba.114.14

deny aa.ba.24.24 to aa.ba.124.24

deny all else

All previous filter conditions should be cleared from the router before this sequence is entered. The sequence is selected to test to see if the router sorts the filter conditions or accepts them in the order that they were entered. Both of these procedures will result in a greater, impact on performance than will some form of hash ceding.

Protocol addresses

It is easier to implement these tests using a single Logical stream of data, with one source protocol address and one destination protocol address, and for some condi tions like the filters described above, a practical requirement. Networks in the real world are not limited to single streams of data. The test suite SHOULD be first run with a single protocol (or hardware for bridge tests) source and destincTtion address pair. The tests SHOULD then be repeated with using a random destination address. While testing routers the addresses SHOULD be random and uniformly distributed over a range of 256 networks and random and uniformly distributed over the full MAC range for bridges. The specific address ranges to use for 1P are shown in Appendix C.

Route Set Up

It is not reasonable that all of the routing Information necessary to forward the test stream, especially in the multiple address case, will be manually set up. At the start of each trial a routing update MUST be sent to the DUT. This routing update MUST include all of the network addresses that will be required for the trial. All of the

addresses SHOULD resolve to the same "next-hop”. Normally this will be the address of the receiving side of the test equipment. This routing update will have to be repeated at the interval required by the routing protocol being used. An example of the format and repetition Interval of the update frames is given in Appendix C.

Bidirectional traffic

Normal network activity is not all in a single direction. To test the bidirectional performance of a DUT, the test series SHOULD be run with the same data rate being offered from each direction. The sum of the data rates should not exceed the theoretical limit for the media.

Single stream path

The full suite of tests SHOULD be run along with whatever modifier conditions that are relevant using a single input and output network port on the DUT. If the Internal design of the DOT has multiple distinct pathways, for example, multiple interface cards each with multiple network ports, then all possible types of pathways SHOULD be tested separately.

Multi-port

Many current router and bridge products provide many network ports in the same module. In performing these tests first half of the ports are designated as *'input ports" and half are designated as "output ports**. These ports SHOULD be evenly distributed across the DUT architecture. For example if a DUT has two interface cards each of which has four ports, two ports on each interface card are designated as input and two are designated as output. The specified tests are run using the same data rate being offered to each of the input ports. The addresses in the input data streams SHOULD be set so that a frame will be directed to each of the output ports in sequence so that all "output" ports will get an even distribution of packets from this Input. The same configuration MAY be used to perform a bidirectional multi-stream test. In this case all of the ports are considered both input and output ports and each data stream MUST consist of frames addressed to all of the other ports.

Consider the following 6 port DUT:

I in A out XII in В out YII in C out ZI

The addressing of the data streams for each of the inputs SHOULD be

stream sent

packet to

to out

input A: X, packet

to

out

Y, packet

to

out

z

stream sent

packet to

to out

input B： X, packet

to

out

Y, packet

to

out

Z

stream sent packet to

to out

input C X, packet

to

out

Y, packet

to

out

Z

Note that these streams each follow the same sequence so that 3 packets will arrive at output X at the same time, then 3 packets at Y, then 3 packets at 2. This procedure ensures that, as in the real world, the DUT will have to deal with multiple packets addressed to the same output at the same time.

Multiple protocols

This document does not address the issue of testing the effects of a mixed protocol environment other than to suggest that if such tests are wanted then frames SHOULD be distributed between all of the test protocols. The distribut ion MAY approximate the conditions on the network in which the DUT would be used.

Multiple frame sizes

This document does not address the issue of testing the effects of a mixed frame size environment other than to suggest that if such tests are wanted then frames SHOULD be distributed between all off the listed sizes for the protocol under test. The distribution MAY approximate the conditions on the network In which the DUT would be used. The authors do not have any idea how the results of such a test would be interpreted other than to directly compare multiple DUTs in some very specific simulated network.

Testing performance beyond a single DUT.

In the performance testing of a single DUT, the paradigm can be described as applying some input to a DUT and monitoring the output. The results of which can be used to form a basis of characterization of that device under those teat conditions.

This model is useful when the test input and output are homogenous (e.g., 64-byte IP, 602.3 frames into the DOT; 64 byte IP, 802.3 frames out) , or the method of test can distinguish between dissimilar input/output. (E.g., 1518 byte IP, 802.3 frames in; 576 byte, fragmented IP, X.25 frames out.)

By extending the single DUT test model, reasonable benchmarks regarding multiple DUTs or heterogeneous environments may be collected. In this extension, the single DUT is replaced by a system of interconnected network DUTs. This test methodology would support the benchmarking of a variety of device/media/service/protocol combinations. For example, a configuration for a LAN-to-WAN-to-LAN test might be:

802.3-> DUT 1 -> X.25 @ 64kbps -> DUT 2 -> 802.3

Or a mixed LAN configuration might be:

802.3 -> DUT 1 -> FDDI -> DUT 2 -> FDDI -> DUT 3 -> 802.3

In both examples I and 2, end-to-end benchmarks of each, system could be empirically ascertained. Other behavior may be characterized through the use of intermediate devices. In example 2, the configuration may be used to give an indication of the FDDI to FDDI capability exhibited by DUT 2.

Because multiple DUTs are treated as a single system, there are limitations to this methodology. For instance, this methodology may yield an aggregate benchmark for a tested system. That benchmark alone, however, may not necessarily reflect asymmetries in behavior between the DUTs, latencies introduce by other apparatus (e.g., CSUs/DSUs, switches), etc.

Further, care must be used when comparing benchmarks of different systems by ensuring that the DUTs' features/configuration of the tested systems have the appropriate common denominators to allow comparison.

Maximum frame rate

The maximum frame rates that should be used when testing LAN connections SHOULD be the listed theoretical maximum rate for the frame size on the media.

The maximum frame rate that should be used when testing WAN connections SHOULD be greater than the listed theoretical maximum rate for the frame size on that speed connection. The higher rate for WAN tests is to compensate for the fact that some vendors employ various forms of header compression.

A 1ist of maximum frame rates for LAN connect ions is included in Appendix B.

Bursty traffic

It is convenient to measure the DUT performance under steady state load but this is an unrealistic way to gauge the functioning of a DUT since actual network traffic normally consists of bursts of frames. Some of the tests described below SHOULD be performed with both steady state traffic and with traffic consisting of repeated bursts of frames. The frames within a burst are transmitted with the minimum legitimate inter-frame gap.

The objective of the test is to determine the minimum interval between bursts which the DUT can process with no frame loss. During each test the number of frames in each burst is held constant and the inter-burst interval varied. Tests SHOULD be run with burst sizes of 16, 64, 256 and 1024 frames.

Frames per token

Although it is possible to configure some token ring and FDD工 interfaces to transmit more than one frame each time that the token is received, most of the network devices currently available transmit only one frame per token. These tests SHOULD first be performed while transmitting only one frame per token.

Some current high-performance workstation servers do transmit more than one frame per token on FDD工 to maximize throughput. Since this may be a common feature in future workstations and servers, interconnect devices with FDD工 interfaces SHOULD be tested with 工， 4, 8, and 16 frames per token. The reported frame rate SHOULD be the average rate of frame transmission over the total trial period.

Trial description

A particular test consists of multiple trials. Each trial returns one piece of information, for example the loss rate at a particular input frame rate. Each trial consists of a number of phases:

If the DUT is a router, send the routing update to the "input" port and pause two seconds to be sure that the routing has settled.

Send the "learning frames" to the "output" port and wait 2 seconds to be sure that the learning has settled. Bridge learning frames are frames with source addresses that are the same as the destination addresses used by the test frames. Learning frames for other protocols are used to prime the address resolution tables In the DUT. The formats of the learning frame that should be used are shown in the Test Frame Formats document.

Run the test trial.

Wait for two seconds for any residual frames to be received.

Wait for at least five seconds for the DUT to restabilize.

Trial duration

The aim of these tests i s to determine the rate continuously supportable by the DUT. The actual duration of the test trials must be a compromise between this aim and the duration of the benchmarking test suite. The duration of the test portion of each trial SHOULD be at least 60 seconds. The tests that involve some form of "binary search", for example the throughput test, to determine the exact result MAY use a shorter trial duration to minimize the length of the search procedure, but the final determination SHOULD be made with full length trials.

Address resolution

The DUT SHOULD be able to respond to address resolution requests sent by the DUT wherever the protocol requires such a process.

Benchmarking tests:

Note: The notation "type of data stream*' refers to the above*

modifications to a frame stream with a constant inter-frame gap, for examplef the addition of traffic filters to the configuration of the DUT.

Throughput

Obj ect i ve:

To determine the DUT throughput as defined in RFC 1242.

Procedure:

Send a specific number of frames at a specific rate through the Our and then count the frames that are transmitted by the DUT. If the count of offered frames is equal to the count of received frames, the rate of the offered stream is raised and the test rerun. If fewer frames are received than were transmitted, the rate of the offered stream is reduced and the test is rerun.

The throughput is the fastest frames transmitted by the DUT frames sent to it by the testThe throughput is the fastest frames transmitted by the DUT frames sent to it by the testrate at which the count of test is equal to the number of test equipment.rate at which the count of test is equal to the number of test equipment.

The throughput is the fastest frames transmitted by the DUT frames sent to it by the test

The throughput is the fastest frames transmitted by the DUT frames sent to it by the test

rate at which the count of test is equal to the number of test equipment.

rate at which the count of test is equal to the number of test equipment.

Reporting format:

The results of the throughput test SHOULD be reported in the form of a graph. If it is, the x coordinate SHOULD be the frame size, the у coordinate SHOULD be the frame rate. There SHOULD be at least two lines on the graph. There SHOULD be one line showing the theoretical frame rate for the media at the various frame sizes. The second line SHOULD be the plot of the test results. Additional lines MAY be used on the graph to report the results for each type of data stream tested. Text accompanying the graph SHOULD indicate the protocol, data stream format, and type of media used in the tests.

We assume that if a single value is desired for advertising purposes thevendorwill select therateforthe minimumframe

size for themedia.If this Is donethenthefigure MUSTbe

expressed inframesper second. TherateMAYalso be expressed in

bits (or bytes) persecond if the vendorso desires. The

statement of performance MUST include a/ the measured maximum frame rate, b/ the size of the frame used, с/ the theoretical limit of the media for that frame size, and d/ the type of protocol used in the test. Even if a single value is used as part of the advertising copy, the full table of results SHOULD be included in the product data sheet.

Latency

Objective:

To determine the latency as defined in RFC 1242.

Procedure:

First determine the throughput for DUT at each of the listed frame sizes. Send a stream of frames at a particular frame size through the DUT at the determined throughput rate to a specific destination. The stream SHOULD be at least 120 seconds in duration. An identifying tag should be included In one frame after 60 seconds with the type of tag being implementation dependent. The time at which this frame is fully transmitted is recorded (timestamp A). The receiver logic in the test equipment MUST recognize the tag information in the frame stream and record the time at which the tagged frame was received (timestamp B).

The latency is timestamp a minus timestamp A as per the relevant definition frm RFC 1242, namely latency as defined for store and forward devices or latency as defined for bit forwarding devices.

• The test MUST be repeated at least 20 times with the reported value being the average of the recorded values.

This test SHOULD be performed with the test frame addressed to the same destination as the rest of the data stream and also with each of the test frames addressed to a new destination network.

Reporting format:

The report MUST state which definition of latency (from RPC 1242) was used for this test. The latency results SHOULD be reported in the format of a table with a row for each of the tested frame sizes. There SHOULD be columns for the frame size, the rate at which the latency test was run for that frame size, for the media types tested, and for the resultant latency values for each type of data stream tested.

Frame loss rate

Objective:

To determine the frame loss rate, as defined in RFC 1242, of a DUT throughout the entire range of input data rates and frame sizes.

Procedure:

Send a specific number of frames at a specific rate through the DUT to be tested and count the frames that are transmitted by the DUT. The frame loss rate at each point is calculated using the following equation:

((input_count - output_count ) * 100 ) / input_count

corresponds input media, 90% of the sequence there arecorresponds input media, 90% of the sequence there areThe first trial SHOULD be run for the frame rate that to loot of the maximum rate for the frame size on the Repeat the procedure for the rate that corresponds to maximum rate used and then for Sot of this rate. This SHOULD be continued (at reducing lot intervals) until

corresponds input media, 90% of the sequence there are

corresponds input media, 90% of the sequence there are

two successive trials in which no frames are lost. The maximum

granularity of the trials MUST be lot of the maximum rate, a finer granularity is encouraged.

Reporting format:

The results of the frame loss rate test SHOULD be plotted as a graph. If this Is done then the X axis MUST be the input frame rate as a percent of the theoretical rate for the media at the specific frame size. The Y axis MUST be the percent loss at the particular input rate. The left end of the X axis and the bottom

of the Y axis MUST be 0 percent ; the right end of the X axis and the top of the Y axis MUST be 100 percent. Multiple lines on the graph MAY used to report the frame loss rate for different frame sizes, protocols, and types of data streams.

26

Note: See section 18 for the maximum frame rates that SHOULD be used.

.4 Back-to-back frames

26

Objective:

To characterize the ability of a DUT to process back-to-back frames as defined in RFC 1242.

Procedure:

Send a burst of frames with minimum inter-frame gaps to the DUT and count the number of frames forwarded by the DUT. If the count of transmitted frames is equal to the number of frames forwarded the length of the burst is increased and the test is rerun. If the number of forwarded frames is less than the number transmitted, the length of the burst is reduced and the test is rerun.

The back-to-back value is the number of frames in the longest burst that the OUT will handle without the loss of any frames. The trial length MUST be at least 2 seconds and SHOULD be repeated at least 50 times with the average of the recorded values being reported.

Reporting format:

The back-to-back results SHOULD be reported in the format of a table with a row for each of the tested frame sizes. There SHOULD be columns for the frame size and for the resultant average frame count for each type of data stream tested. The standard deviation for each measurement MAY also be reported.

5 System recovery

26

Objective:

To characterize the speed at which a DOT recovers from an overload condit ion.

Procedure:

First determine the throughput for a DUT at each of the listed frame sizes.

Send a stream of frames at a rate hot of the recorded throughput rate or the maximum rate for the media, whichever is lower, for at least 60 seconds. At Timestamp A reduce the frame rate to 50% of the above rate and record the time of the last frame lost (Timestamp B). The system recovery time is determined by subtracting Timestamp В from Timestamp A. The test SHOULD be repeated a number of times and the average of the recorded values being reported.

Reporting format:

The system recovery results SHOULD be reported in the format of a table with a row for each of the tested frame sizes. There SHOULD be columns for the frame size, the frame rate used as the throughput rate for each type of data stream tested, and for the measured recovery time for each type of data stream tested.

6 Reset

Objective:

To characterize the speed at which a DUT recovers from a device or software reset.

Procedure:

First determine the throughput for the DUT for the minimum frame size on the media used in the testing.

Send a continuous stream of frames at the determined throughput rate for Lhe minimum sized frames. Cause a reset in the DUT. Monitor the output until frames begin to be forwarded and record the time that the last frame (Timestamp A) of the initial stream and the first frame of the new stream (Timestamp B) are received. A power interruption reset tost is performed as above except that the power to the DUT should be interrupted for 10 seconds in place of causing a reset.

This test SHOULD only be run using frames addressed to networks directly connected to the DUT so that there is no requirement to delay until a routing update is received.

The reset value is obtained by subtracting Timestamp A from Timestamp B.

Hardware and software resets, as well as a power interruption SHOULD be tested.

Reporting format:

The reset value SHOULD be reported In a simple set off statements, one for each reset type.

. Security Considerations

Security issues are not addressed in this document.

Editors * Addresses

Scott Bradner

Harvard University

1350 Mass. Ave, room 813 Cambridge, MA 02138

Phone +1 617 495-3864

Fax +i 617 496-8500

EMail: sob@harvard.edu

Jim McQuaid

Bay Networks

3 Federal Street Billerica, MA 01321

Phone +1 508 436-3915

Fax： tl 508 670-8145

EMail: jmcquaid@baynetworks.com

Appendix A: Testing Considerations

A.1 Scope Of This Appendix

This appendix discusses certain issues in the benchmarking methodology where experience or judgment may play a role in the tests selected to be run or in the approach to constructing the test with a particular DUT. As such, this appendix MUST not be read as an amendment to the methodology described in the body of this document but as a guide to testing practice.

Typical testing practice has been to enable all protocols to be tested and conduct all testing with no further configuration of protocols, even though a given set of trials may exercise only one protocol at a t ime. This mi nimizes the opportunities to "tune" a DUT for a single protocol.

The least common denominator of the available filter functions should be used to ensure that there is a basis for comparison between vendors. Because of product differences, those conducting and evaluating tests must make a judgment about this issue.

Architectural considerations may need to be considered. For example, first perform the tests with the stream going between ports on the same interface card and the repeat the tests with the stream going into a port on one interface card and out of a port on a second interface card. There will almost always be a best case and worst case configuration for a given DUT architecture.

Testing done using traffic streams consisting of mixed protocols has not shown much difference between testing with individual protocols. That is, i f protocol A testing and protocol В testing give two different performance results, mixed protocol testing appears to give a result which is the average off the two.

Wide Area Network (WAN) performance may be tested by setting up two IdenticaJ devices connected by the appropriate short- haul versions of the WAN modems, performance is then measured between a LAN interface on one DUT to a LAN interface on the other DUT.

The maximum frame rate to be used for LAN-WAN-LAN configurations is a judgment that can be based on known characteristics of the overall system including compression effects, fragmentation, and gross link speeds. Practice suggests that the rate should be at least 110% of the slowest link speed. Substantive issues of testing compression itself are beyond the scope of this document.

Appendix B: Maximum frame rates reference

(Provided by Roger Beeman, Cisco Systems)

Size：

Ethernet

16Mb

Token Ring

FDDI

(bytes)

(PPs)

(PPS)

(PPS)

64

14880

24691

152439

128

8445

13793

85616

256

4528

7326

45620

512

2349

3780

23585

768

1586

2547

15903

1024

119"7

1921

11996

1280

961

1542

9630

1 518

812

1302

8138

Ethernet size

Preamble 64

bits

Frame 8 x N

bits

Gap 96 bits

16Mb Token Ring size

SD

8

bits

AC

8

bits

FC

8

bits

DA

48

bits

SA

48

bits

48

bits (

06 30 00 12

00 30 )

SNAP

DSAP

8

bits

SSAP

8

bits

ControJ

8

bits

Vendor

24

bits

Type

16

bits

Data 8 x

(N - 18)

bits

FCS

32

bits

ED8 bits

FS8 bits

Tokens or idles between packets are not included

FDDI size

Preamble

64 bits

SD

8 bits

FC

8 bits

DA

48 bits

SA

48 bits

SNAP

DSAP

8 bits

SSAP

8 bits

Control

8 bits

Vendor

24 bits

Type

16 bits

Data 8 x (

N - 18) bits

FCS

32 bits

ED

4 bits

FS

12 bits

Appendix C: Test Frame Formats

This appendix defines the frame formats that may be used with these tests. It also Includes protocol specific parameters for TCP/IP over Ethernet to be used with the tests as an example.

C.1. Introduction

The general logic used in the selection of the parameters and the design of the frame formats is explained for each case within the TCP/IP section. The same logic has been used In the other sections. Comments are used in these sections only if there is a protocol specific feature to be explained. Parameters and frame formats for additional protocols can be defined by the reader by using the same logic.

C.2. TCP/IP Information

The following section deals with the TCP/IP protocol suite.

C.2.1 Frame Type.

An application level datagram echo request is used for the test data frame in the protocols that support such a function. A datagram protocol is used to minimize the chance that a router might expect a specific session initialization sequence, as might be the case for a reliable stream protocol . A specific defined protocol is used because some routers verify the protocol field and refuse to forward unknown protocols.

For TCP/IP a UDP Echo Request is used.

C.2.2 Protocol Addresses

Two sets of addresses must be defined： first the addresses assigned to the router ports, and second the address that are to be used In the frames themselves and in the routing updates.

The network addresses 192.18.0.0 through 192.19.255.255 are have been assigned to the BMWG by the IANA for this purpose. This assignment was made to minimize the chance of conflict in case a testing device were to be accidentally connected to part of the Internet. The specific use of the addresses is detailed below.

С.2.2.1 Router port protocol addresses

Half of the ports on-а multi-port router are referred to as "input" ports and the other half as "output” ports even though some of the tests use all ports both as input and output. A contiguous series of TP Class C network addresses from 198.18.1.0 to 198.18.64.0 have been assigned for use on the "input** ports. A second series from 198.19,1.0 to 198.19.64.0 have been assigned for use on the "output" ports. In all cases the router port is node I on the appropriate network. For example, a two port DUT would have an IP address of 198.18.1.1 on one port and 198.19.1.1 on the other port.

Some of the tests described in the methodology memo make use of an SNMP management connection to the DUT. The management access address for the DUT is assumed to be the first of the **input" ports (198.18.1.1).

C.2.2.2 Frame addresses

Some off the described tests assume adjacent network routing (the reboot time test for example). The IF address used in the test frame is that of node 2 on the appropriate Class C network. (198.19.1.2 for example)

If the test involves non-adj acent network routing the phantom routers are located at node 10 of each of the appropriate Class C networks. A series of Class C network addresses from 198.18.65.0 to 198.2.8.254.0 has been assigned for use as the networks accessible through the phantom routers on the "input" side of DUT. The series of Class C networks from 198.19.65.0 to 198.19.254.0 have been assigned to be used as the networks visible through the phantom routers on the "output" side of the DUT.

C.2.3 Routing Update Frequency

The update interval for each routing protocol is may have to be determined by the specifications of the Individual protocol. For IF RIF, Cisco 工GRF and for OSPF a routing update frame or frames should precede each stream of test frames by 5 seconds. This frequency is sufficient for trial durations of up to 60 seconds. Routing updates must be mixed with the stream of test frames If longer trial periods are selected. The frequency of updates should be taken from the following table.

IF-RIF 30 sec

IGRF 90 sec

OSFF 90 sec

C.2.4 Frame Formats - detailed discussion

C. 2.4.1 Learning Frame

In most protocols a procedure is used to determine the mapping between the protocol node address and the MAC address. The Address Resolution Protocol (ARE) is used to perform this function in TCF/IF. No such procedure is required In xNS or IFX because the MAC address is used as the protocol node address.

In the ideal case the tester would be able to respond to ARP requests from the DUT. In cases where this is not possible an ARF request should be sent to the router * s "output*' port. This request should be seen as coming from the immediate destination of the test frame stream. (i.e. the phantom router (Figure 2) or the end node if adjacent network routing is being used.) It is assumed that the router will cache the MAC address of the requesting device. The ARP request should be sent 5 seconds before the test frame stream starts in each trial. Trial

lengths of longer than 50 seconds may require that the router be configured for an-extended ARP timeout.

++++

III phantom |P LAN

A IN AIDUT jIIP LAN

В IIOUT A I router IP LAN

C ++++

Figure 2

In the case where full routing is being used

C.2.4.2 Routing Update Frame

If the test does not involve adjacent net routing the tester must supply proper routing information using a routing update. A single routing update is used before each trial on each "destination11 port (see section C. 24) This update includes the network addresses that are reachable through a phantom router on the network attached to the port. For a full mesh test, one destination network address is present in the routing update for each of the "input" ports. The test stream on each "input" port consi sts of a repeating sequence of f rames, one to each оf the "output" ports.

C. 2.4.3 Management Query Frame

The management overhead test uses SNMP to query a set of .variables that should be present in all DUTs that support SNMP.

The variables for a single interface only are read by an NMS at the appropriate intervals. The list оf variables to retrieve follow:

sysUpTime if InOctets i fOutOctets if工nUcas匸Pkts ifOutUcasLPkts

C.2.4.4 Test Frames

The LesL frame is an UDP Echo Request with enough data to fill out the required frame size. The data should not be all bits off or all bits on since these patters can cause a "bit stuffing" process to be used to maintain clock synchronization on WAN Links. This process will result in a longer frame than was intended.

C.2.4.5 Frame Formats - TCP/IP on Ethernet

Each ports must

of the frames below are i .e. "input*" port #1 be changed i f the f rame

described for the and "output" port is to be used for

1st pair of DUT #1. Addresses other ports.

：.6.1

Learning Frame

ARP

Request on Ethernet

—DATAGRAM HEADER offset data (hex) 00FTFTFTFTFTFF

broadcast address

06XXXXXXXXXXXX

120806

140001

160800

1806

description dest MAC address send to

set to source MAC address

ARP type hardware type Ethernet = I protoco1 type IP - 800 hardware address length 48 bits

on Ethernet

19

04

protocol address length 4 octets

for IР

20

00 01

opcode request = 1

22

XX XX XX XX XX XX

source MAC address

28

XX XX XX XX

source IP address

32

FF FF FT FT FT FF

requesting DUT's MAC address

38

XX XX XX XX

DUT's IP address

С.2.6.2 Routing Update Frame

000612FTXX 08FFXX 00FTXXFTXXFFXXFFXXTP HEADER1445byteunits)-515001600EE180000204000000612FTXX 08FFXX 00FTXXFTXXFFXXFFXXTP HEADER1445byteunits)-515001600EE180000204000——DATAGRAM HEADER——DATAGRAM HEADERoffset data (hex)offset data (hex)220A2324C4 8D26XX XX XX XX30XX XX XX33FF--UDPHEADER3402 083602 083800 DA4000 00——RIPpacket420243014400 00220A2324C4 8D26XX XX XX XX30XX XX XX33FF--UDPHEADER3402 083602 083800 DA4000 00——RIPpacket420243014400 00fragment),fragment),description dest MAC address is broadcast source hardware address type

00

06

12

FT

XX 08

FF

XX 00

FT

XX

FT

XX

FF

XX

FF

XX

TP HEADER

14

45

byte

units)

-

5

15

00

16

00

EE

18

00

00

20

40

00

00

06

12

FT

XX 08

FF

XX 00

FT

XX

FT

XX

FF

XX

FF

XX

TP HEADER

14

45

byte

units)

-

5

15

00

16

00

EE

18

00

00

20

40

00

——DATAGRAM HEADER

——DATAGRAM HEADER

offset data (hex)

offset data (hex)

22

0A

23

24

C4 8D

26

XX XX XX XX

30

XX XX XX

33

FF

--UDP

HEADER

34

02 08

36

02 08

38

00 DA

40

00 00

——RIP

packet

42

02

43

01

44

00 00

22

0A

23

24

C4 8D

26

XX XX XX XX

30

XX XX XX

33

FF

--UDP

HEADER

34

02 08

36

02 08

38

00 DA

40

00 00

——RIP

packet

42

02

43

01

44

00 00

fragment),

fragment),

IP version - 4, header length (4

service field total length ID flags (3 bits) 4 (do not

fragment offset-0 TTL protocol - 17 (UDP) header checksum source IP address destination IP address host part = FF for broadcast

source port 208 - RIP destination port 208 = RIP UDP message length

UDP checksum

command = response

version - 1

0

8 0 3 4 8 24 5 5 5 5 68 0 3 4 8 24 5 5 5 5 6c X о о о оо X с о о оc X о о о оо X с о о о

8 0 3 4 8 2

4 5 5 5 5 6

8 0 3 4 8 2

4 5 5 5 5 6

c X о о о оо X с о о о

c X о о о оо X с о о о

—not 1

4600 02

00

XX XX

00 00 00

00 00 00

00 00 07

—net 2

6600 02

6800 00

70 xx xx xx

73

00

%

00 00 00 00

78

00 00 00 00

82

00 00 00 07

net 3

86

00 02

88

00 00

90

XX XX XX

93

00

family = IP 0

net 1 IP address net not node 0 0 metric 7

family = IP 0

net 2 IP address net not node 0

0

metric 7

family = IP 0

net 3 IP address net not node

94

98

102

00

00

00

00 00 00

00 00 00

0

0

metric 7

00

00

07

——net

4

106

00

02

family = IP

108

00

00

0

110

XX

XX

XX

net 4 IP address

113

00

net not node

114

00

00

00

00

0

118

00

00

00

00

0

122

00

00

00

07

metric 7

family = IP 0

net 5 IP address net not node 0

0

metric 7

2 о Xо о X

0 0 7 ООО ООО ООО ООО ООО

о о X о о о о 5 0 0 X о о о о

е п

6 8 0 3 4-82

-2 2 3 3 3 3 4-

family = IF 0

net 6 IP address net not node 0

0

metric 7

X

X

2о

о

о

6 о

о о

XX

X о

X о

е п

6

-4

0 0 7ООО

ОООООО

ОООООО

C.2.4.6 Management Query Frame

To be defined.

C. 2.6.4 Test Frames

UDP echo request on Ethernet

—DATAGRAM HEADER

offset 00

06

12

data

(hex)

XX XX XX XX

XX XX XX XX

description

set to dest MAC address set to source MAC address type

XX XX

08

XX

XX 00

—IP HEADER

14

45

IP version - 4 header length 5 4

byte units

15

00

TOS

16

00

2E

total lengths

18

00

00

ID

20

00

00

flags (3 bits) - 0 fragment

offset-(

22

OA

TTL

23

11

protocol - 17 (UDP)

24

C4

8D

header checksum*

26

XX

XX

XX XX

set to source IP address**

30

XX

XX

XX XX

set to destination IP address**

——UDP

HEADER

34

CO

20

source port

36

00

07

destination port 07 = Echo

38

00

1A

UDP message length*

40

00

00

UDP checksum

——UDP

DATA

42

00

01

02 03 04 05

06 07some data***

50

08

09

OA OB ОС OD

OE OF

- change for different length frames

-change for different logical streams

* ~ fill remainder of frame with, incrementing octets,

repeated if

required by frame length

Values to be used

in Total Length and UDP message length fields:

frame size

64

128

256

512

768

1024

1280

1518

total length UDP message length

002E001A

006E005A

00EE009A

01EE019A

02EE029A

03EE039A

04EE049A

05DC05C8

№МА©ЖЖМШ 公

Спеиификаиии среды передачи Fast Ethernet

Стандарт Fast Ethernet определяет три типа среды передачи сигналов Ethernet со скоростью 100 Мбит/с. Выбор этих типов среды основан на результатах дополнительной работы, проделанной при создании стандартов FDDI для волоконно-оптического кабеля и кабеля неэкранированной витой пары категории 5. Для обеспечения поддержки уже проложенных кабелей UTP категорий 3 и 4 была разработана новая спецификация. Дополнительно стандарт Fast Ethernet включает рекомендации по использованию кабеля экранированной витой пары категории 1, который является стандартным кабелем, традиционно использующимся в сетях Token Ring. Организация поддержки и рекомендации по использованию кабеля STP в сети Fast Ethernet предоставляют способ перехода па Fast Ethernet для покупателей, имеющих кабельную разводку STP.

Спецификация Fast Ethernet включает также механизм автосогласования, позволяющий порту узла автоматически настраиваться на скорость передачи данных — 10 или 100 Мбит/с. Этот механизм основан на обмене рядом пакетов с портом концентратора или переключателя.

В сети Fast Ethernet используются следующие типы среды передачи данных.

100Base-TX — две витые пары проводов. Передача осуществляется в соответствии со стандартом передачи данных в витой физической среде, разработанном ANSI (American National Standards Institute — Американский национальный институт стандартов). Витой кабель для передачи данных может быть либо неэкранированной, либо экранированной витой парой. Более полное описание каждого типа кабеля приведено ниже.

100Base-FX — две пары волоконно-оптического кабеля. Передача также осуществляется в соответствии со стандартом передачи данных в волоконно-оптической среде, который разработан ANSI.

Спецификации 100Base-TX и 100Base-FX известны также как 100Base-X.

100Base-T4 ——это новая спецификация, разработанная комитетом IEEE 803u. Согласно этой спецификации, передача данных осуществляется по четырем витым парам телефонного кабеля, который называют кабелем UTP категории 3.

Среда 100Base-TX

Спецификация среды 100Base-TX основана на стандарте физической среды ANSI TP-PMD (Twisted Pair Physical Medium Dependent — витая пара, зависящая от физической среды). В качестве среды передачи 100Base-TX применяются две витые пары, причем одна пара используется для передачи данных, а вторая — для их приема. Поскольку спецификация ANSI TP-PMD содержит описания как экранированных, так и неэкранированных витых пар, то спецификация 100Base-TX включает поддержку как неэкраиирован- ных, так и экранированных витых пар типа 1.

Разъем MDI

Интерфейс канала 100Base-TX, зависящий от среды, может быть одного из двух типов. Для кабеля на неэкранированных витых парах в качестве разъема MDI следует использовать восьмиконтактный разъем RJ45 категории 5. Этот же разъем применяется и в сети 10Base-T, что обеспечивает обратную совместимость с существующими кабельными разводками категории 5. Для экранированных витых пар в качестве разъема MDI необходимо использовать разъем STP IBM типа 1, который является экранированным разъемом DB9. Такой разъем обычно применяется в сетях Token Ring.

Кабель UTP категории 5

В интерфейсе среды UTP 100Base-TX применяются две пары проводов. Это означает, что из восьми контактов разъема MDI (RJ45) для передачи сигналов Ethernet в сетевую среду и приема из нее задействованы четыре. Для минимизации перекрестных наводок и возможного искажения сигнала оставшиеся четыре провода не должны использоваться с целью передачи каких-либо сигналов. Сигналы передачи и приема для каждой пары являются поляризованными, причем один провод передает положительный (+), а второй — отрицательный (-) сигнал. Цветовая маркировка проводов кабеля и номера контактов разъема для сети 100Base-TX приведены в табл. Д.1. Хотя уровень PHY 100Base-TX разрабатывался после принятия стандарта ANSI TP-PMD, однако номера контактов разъема RJ45 были изменены для согласования со схемой разводки, уже использующейся в стандарте 10Base-T. В стандарте ANSI TP-PMD контакты 7 и 9 применяются для приема данных, в то время как в стандартах 100Base-TX и 10Base-T для этого предназначены контакты 3 и 6. Такая разводка обеспечивает возможность использования

адаптеров 100Base-TX вместо адаптеров 10Base-T и их подключения к тем же кабелям категории 5 без изменений разводки. В разъеме RJ45 используемые пары проводов подключаются к контактам 1, 2 и 3, 6. Для правильного подключения проводов следует руководствоваться их цветовой маркировкой.

Таблица 〃. 7. Назначение контактов разъема MDI кабеля UTP lOOBase- ТХ

Номер контакта

Название сигнала

Цвет провода

1

Передача +

Белый/оранжевый

2

Передача -

Оранжевый/белый

3

Прием +

Белый/зеленый

4

Не используется

5

Не используется

6

Прием -

Зеленый/белый

7

Не используется

8

Не используется

Кабель STP типа 1

Стандарт 100Base-TX также поддерживает кабель на экранированных витых парах с полным сопротивлением 150 Ом. Этот кабель распространен не так широко, как кабель на неэкранированных витых парах, и обычно имеется в зданиях, оборудованных сетью Token Ring. Кабели на экранированных витых парах прокладывают согласно спецификации ANSI TP-PMD для кабеля на экранированных витых парах и используют для них девятиконтактный разъем типа D. В разъеме DB-9 применяются контакты 1, 2 и 5, 9. Если плата NIC не имеет разъема DB-9, то к концам кабеля STP необходимо подключить штекер RJ45 категории 5 (табл. Д.2).

Таблица Д. 2. Назначение контактов разъема MDI кабеля STP lOOBase- ТХ

Номер контакта

Название сигнала

Цвет провода

1

Прием +

Оранжевый

2

Не используется

3

Не используется

4

Не используется

5

Передача +

Красный

6

Прием -

Черный

7

Не используется

8

Не используется

9

Передача -

Зеленый

10

Земля

Оболочка кабеля

Переходные кабели 100Base-TX

Когда два узла соединяются в сегмент, то передающая пара контактов одного разъема MDI соединяется с приемной парой контактов разъема MDI на другой станции. Для прямого соединения двух станций без повторителя применяется специальный переходный кабель, соединяющий передающие контакты штекера RJ45 на одном конце и приемные контакты штекера RJ45 на другом конце кабеля. При использовании повторителя или переключателя такое соединение находится внутри устройства (рис. 3.13). Это позволяет применять для связи между узлом и портом повторителя или переключателя прямой кабель. Стандарт 100Base-TX определяет, что каждый порт концентратора, содержащий переходной кабель, должен быть помечен буквой X.

Таблица Д.З. Назначение контактов разъемов lOOBase- ТХ

Номер контакта

Кабель UTP категории 5

Кабель STP типа 7

Не переходной

Переходной

Не переходной

Переходной

1

Передача +

Прием +

Прием +

Передача +

2

Передача -

Прием -

Не используется

Не используется

3

Прием +

Передача +

Не используется

Не используется

4

Не используется

Не используется

Не используется

Не используется

5

Не используется

Не используется

Передача +

Прием +

6

Прием -

Передача -

Прием -

Передача -

7

Не используется

Не используется

Не используется

Не используется

8

Не используется

Не используется

Не используется

Не используется

9

Нет

Нет

Передача -

Прием -

10

Нет

Нет

Земля

Земля

Рекомендаиии по разводке кабеля 100Base-TX

Прокладка кабелей ЛВС, а в особенности первичная прокладка кабелей для сети Fast Ethernet, должна удовлетворять требованиям стандарта EIA/TIA-568, который определяет точную длину кабеля между распределительным шкафом и узлом сети. Это расстояние называется сегментом и определено в спецификации Ethernet как сегмент связи (табл. Д.4). Сегмент связи формально описывается как двухточечный соединитель, который связывает два и только два интерфейса MDI. Спецификация 100Basc-TX определяет максимальную длину сегмента связи равной 100 метрам.

Таблица Д.4. Диаметр сети lOOBase-TX

Физическая модель

Диаметр сети,儿(футы)

Узел — узел

100 (328)

Один повторитель класса I

200 (656)

Один повторитель класса И

200 (656)

Два повторителя класса II

205 (672)

Спецификация lOOBase-ТХ допускает, чтобы сегмент связи между двумя узлами или узлом и портом переключателя имел длину не более 100 метров. Если применяется один повторитель класса I или И, то между двумя узлами можно использовать два 100-метровых сегмента общей длиной 200 метров. Два повторителя класса И в одной области коллизий могут быть соединены кабелем длиной не более 5 метров. Таким образом, максимальная протяженность кабелей области коллизий при использовании повторителя класса I составит 200 метров, а при использовании двух повторителей класса II —— 205 метров.

Среда 100Base-FX

Волоконно-оптическый кабель прокладывать легко, поскольку он имеет небольшой вес, малый диаметр и обладает хорошей гибкостью. Волоконнооптический кабель удобнее в использовании, чем любой медный кабель, так как он не проводит электричества и не подвержен электромагнитным помехам. Он может быть непосредственно зарыт в землю или заключен в полиэтилсновые трубы для защиты от мороза, воды и утечки информации.

Волоконно-оптический кабель можно также подвесить па обычных телефонных столбах или опорах линий электропередачи. При этом необходимо прежде всего принимать во внимание влияние факторов окружающей среды, таких как сильные ветры, мороз, град и физические нагрузки, воздействующие на кабель. При выборе способа прокладки следует учитывать ее сложность, а также соотношение затрат на закапывание кабеля с затратами на его прокладку с использованием существующих телефонных столбов или опор линий электропередач и.

Если волоконно-оптический кабель планируется проложить внутри здания, то необходимо учесть дополнительные факторы. Обычно кабели внутри здания размещаются в кабельных коробах или кабелепроводах. Для волоконно-оптического кабеля это не обязательно, потому что он не чувствителен к электромагнитным и электрическим помехам. Такие кабели можно проложить в одних трубах с высоковольтными кабелями без специальной изоляции, которая требуется для медного кабеля. Единственное место, в котором не рекомендуется прокладывать волоконно-оптический кабель,— это трубы системы кондиционирования и вентиляции. При возникновении пожара внешняя оболочка кабеля может загореться и выделять ядовитые пары. По

этой причине волоконно-оптические кабели (и кабели других видов) лучше прокладывать вне вентиляционных труб. Преимущества волоконно-оптического кабеля над кабелем на витых парах описаны ниже.

Полоса пропускания

Приложения, используемые нынешними пользователями, заставляют расширять полосу пропускания в сетевой среде. Чем шире полоса пропускания среды, тем больше потенциал для пересылки по сети все новых и новых данных на высоких скоростях. Частота световых волн на несколько порядков превышает частоту радиоволн, а изобретение лазера и его способность использовать свет в качестве носителя информации открыли возможности для применения волоконно-оптического кабеля как сетевой среды с широкой полосой пропускания. Верхний предел полосы пропускания волоконно-оптического кабеля составляет около 1 ТГц, а это намного превышает возможности Fast Ethernet или даже Gigabit Ethernet, Использование волоконно-оптического кабеля в локальной сети Fast Ethernet позволит перейти на более быстрые технологии без ее замены.

Низкие потери мощности сигнала

Если полоса пропускания кабеля ——хороший показатель скорости, с которой можно передать информацию, то термин потери отражает, насколько далеко можно переслать информацию по кабелю. Когда сигнал проходит по линии передачи, он теряет мощность (явление, известное как затухание сигнала). При использовании медного кабеля показатель затухания сигнала растет вместе с частотой передачи. В волоконно-оптическом кабеле величина затухания сигнала с увеличением частоты изменяется незаметно, и вплоть до некоторого верхнего уровня частоты остается постоянной.

Безопасность

Использовав чувствительную антенну, можно довольно легко принять и декодировать электромагнитные сигналы, проходящие по медному кабелю. В случае волоконно-оптического кабеля это сделать нельзя, потому что он не излучает электромагнитных волн, что делает его незаменимым в таких организациях, как военные и правительственные, а также для защиты секретов и данных компании от злоумышленников. Волоконно-оптический кабель ——очень безопасная среда передачи, и перехватить передаваемую по нему информацию и не быть обнаруженным чрезвычайно трудно.

Сохранность и размер

Диаметр волоконно-оптического кабеля значительно меньше, чем медного. Он гибкий и прокладывать его очень просто. Волоконно-оптический кабель также очень легкий по сравнению с медным, что оказывается в некоторых ситуациях решающим фактором. Все это делает волоконно-оптический кабель привлекательным в случаях, когда узкими местами являются объем пространства и размеры, например при использовании в самолетах, на кораблях и подводных лодках, а также в компьютерных классах и подземных кабелепроводах. Волоконно-оптический кабель является диэлектриком, поэтому он не содержит и не проводит электричества. Он безопасен в пожарном отношении, не искрит, не притягивает молний и в отличие от медного не может вызвать пожара или взрыва. Эти особенности позволяют прокладывать волоконно-оптический кабель в местах, где невозможно или запрещено использовать медный кабель.

Электромагнитный иммунитет

В отличие от медных кабелей типа UTP или STP, волоконно-оптические кабели не излучают и не поглощают электромагнитное излучение. Медные кабели являются основным источником электромагнитного излучения, а также ведут себя подобно хорошим антеннам, поглощая электромагнитное излучение других внешних источников и передавая его подключенному оборудованию, в котором это излучение может вызвать целый ряд проблем, вплоть до повреждения или разрушения. Поскольку волоконно-оптический кабель не излучает и не подвержен воздействию электромагнитных помех, он является идеальной средой для сетей, которые чувствительны к электромагнитному излучению. Волоконно-оптический кабель используется в зашумленной среде, в промышленных цехах с большим количеством электромоторов и вблизи высоковольтных линий, где нельзя применять медный кабель.

Разъем MDI

Для подключения волоконно-оптического кабеля может быть использован один из трех специальных разъемов. Популярный разъем MIC (Media Interface Connector ——разъем интерфейса со средой) используется в сетях FDDI. Для того чтобы обеспечить правильное подключение кабелей FDDI, разъемы помечаются буквами А, В, М и S. Буква обозначает, куда подключать штекер: к узлу или к определенному порту концентратора FDDI.

Если в качестве разъема MDI 100Base-FX используется MIC FDDI, то спецификация IEEE требует, чтобы этот разъем был маркирован буквой М. Штекер MIC FDDI вставляется в гнездо и автоматически обеспечивает соединение. Разъем ST также применяется для подключения волоконно-оптического кабеля. Чтобы обеспечить соединение, необходимо расположить

штекер разъема горизонтально и втолкнуть его в пружинный механизм, пока он не войдет в гнездо, а затем повернуть внешнюю оболочку для закрепления штекера на месте.

Третьим типом разъема для волоконно-оптического кабеля является дуплексный разъем SC, и только он официально рекомендован комитетом IEEE для употребления в сета 100Base-FX Fast Ethernet.

Волоконно-оптический кабель

В сетях стандарта lOOBase-FX возможно использование волоконно-оптических сегментов длиной до 412 метров. Стапдарт определяет, что в кабеле имеются две жилы многомодового волокна,— одна для передачи, а другая для приема данных. Если NIC рабочей станции функционирует в полнодуплексном режиме, то длина кабеля может составить до 2000 метров. Волоконно-оптические кабели бывают двух категорий: многомодовые и одномодовые.

Многомодовый кабель

В волоконно-оптическом кабеле этого типа используется волокно с сердцевиной диаметром 62,5 микрометра и внешней оболочкой толщиной 125 микрометров. Такой кабель называется многомодовым оптическим кабелем с волокнами 62,5/125 микрометров. Для передачи светового сигнала по многомодовому кабелю применяется светодиодный приемопередатчик с длиной волны 820 нанометров, а для передачи по одномодовому ——лазерный приемопередатчик. Если многомодовый кабель соединяет два порта переключателей, работающих в полнодуплексном режиме, то он может иметь длину до 2000 метров.

Одномодовый кабель

Одно модовый волоконно-оптический кабель имеет меньший, чем у многомодового, диаметр сердцевины и эффективно передает на большие дистанции световые волны только одной длины. Длина волны передаваемого светового сигнала близка к диаметру сердцевины, который равен 1300 нанометрам. Это число известно как длина волны нулевой дисперсии. В одномодовом кабеле дисперсия и потери сигнала очень незначительны, что позволяет передавать световые сигналы на большие расстояния, чем в случае применения многомодового волокна.

Рекомендаиии по разводке кабеля 100Base-FX

Прокладка кабелей ЛВС, а в особенности первичная прокладка для сети Fast Ethernet, должна удовлетворять требованиям стандарта EIA/TIA-568, который определяет точную длину кабеля между распределительным шкафом и узлом сети (табл. Д.5). Эта длина кабеля называется сегментом и

определена в спецификации Ethernet как сегмент связи. Сегмент связи формально определяется как двухточечная связь, которая соединяет два и только два интерфейса MDL Стандарт 100Base-FX определяет длину одного двухточечного волоконно-оптического сегмента канала равной 412 метрам. Она уменьшается, если между двумя узлами используется повторитель класса I или 11. Если узлы связаны через один повторитель класса I, то максимальная длина волоконно-оптических сегментов между двумя узлами огрантена величиной 272 метра. Если узлы связаны через один повторитель класса II, то максимальная длина сегментов между двумя узлами составляет 320 метров. Если в сети используются два повторителя класса II, то максимальная длина сегментов между двумя узлами составляет 228 метров. Длина кабеля полудуплексной связи сети 100Base-FX составляет 400 метров, а полнодуплексной —2000 метров. Диаметр сети 100Base-FX зависит от комбинации полу- и полнодуплексных сегментов в области коллизий, а также от комбинации сегментов волоконно-оптического кабеля и кабеля UTP, обслуживаемых одним и тем же концентратором 100Base-T/FX. Если все сегменты полнодуплексные, то ограничения на диаметр сети практически не существует.

Таблица Д.5. Диаметр сети 100Base-FX

Физическая модель

Диаметр сети, м

Узел — узел

Один повторитель класса I

Один повторитель класса И

Два повторителя класса П

412

272

320

228

Среда 100Base-T4

100Base-T4 является единственным полностью новым стандартом уровня PHY в рамках стандарта 100Base-T, поскольку 100Base-TX и 100Base-FX были разработаны с использованием стандартов ANSI FDDI. Стандарт 100Base-T4 предназначался щтя организаций, у которых уже проложены кабели UTP категории 3 или 4. Спецификация 100Base-T4 поощряет использование кабелей категории 5 везде, где это возможно. Если в стенах здания проложены кабели UTP категории 3 или 4, то дополнительное использование кабелей категории 5 позволяет улучшить качество сигнала.

Разъем MDI

В сетях 100Base-T4 применяется неэкранированная витая пара категорий 3, 4 или 5. Используются четыре пары проводов, а это означает, что задействованы все восемь контактов разъема RJ45. Одна из четырех пар служит для передачи данных, другая — для приема, а две оставшиеся — длм

двунаправленной передачи данных. Три из четырех пар используются для одновременной передачи данных, а четвертая — для обнаружения коллизий. Один провод каждой пары передает положительный (+) сигнал, а другой — отрицательный (-) сигнал. Кабель 100Base-T4 не допускает работу в полнодуплексном режиме. Необходимо правильно подключить провода к контактам разъемов и не расплетать пары проводов (табл. Д.6).

Таблица Д.6. Назначение контактов разъема MDI кабеля UTP 100Base-T4

Номер контакта

Название сигнала

Цвет провода

TX_D1 +

Белый/оранжевый

2

TX_D1 -

Оранжевый/белый

3

RX_D2 +

Белый/зеленый

4

BI_D3 +

Голубой/белый

5

BI_D3 -

Белый/голубой

6

RX_D2-

Зеленый/белый

7

BI_D4 +

Белый/коричневый

8

BI_D4 -

Коричневый/белый

Переходные кабели 100Base-T4

Когда два узла соединяются в сегмент, то передающая пара контактов одного разъема MDI соединяется с приемной парой контактов разъема MDI на другой станции. Для прямого соединения двух станций без повторителя применяется специальный переходный кабель, соединяющий передающие контакты штекера RJ45 на одном конце и приемные контакты штекера RJ45 на другом конце кабеля. При использовании повторителя или переключателя такое соединение находится внутри устройства (рис. 3.13). Это позволяет применять для связи между узлом и портом повторителя или переключателя прямо проходящий кабель. Стандарт 100Base-T4 определяет, что каждый порт концентратора, содержащий переходной кабель, должен быть помечен буквой X (табл. Д.7).

Таблица Д 7. Назначение контактов переходного кабеля 100Base- Т4

Номер контакта

Название сигнала

Номер контакта

Название сигнала

1

TX_D1 +

1

RX_D2 +

2

TX_D1~

2

RX_D2-

3

RX_D2 +

3

TX_D1 +

4

RX_D2-

4

TX„D1-

5

BI_D3 +

5

BI_D4 +

6

BI_D3 -

6

BI_D4 -

7

BI_D4 +

7

BI_D3 +

8

BI_D4 -

8

BI_D3 -

Рекомендации по разводке кабеля 100Base-T4

Спецификация 100Base-T4 определяет максимальную длину сегмента связи равной 100 метрам. Стандарт EIA/TIA-568 рекомендует максимальную длину кабеля между настенным разъемом и разделочным блоком в распределительном шкафу не более 90 метров. При этом остается 5 метров для соединения узла с настенным разъемом и 5 метров для соединения порта повторителя или переключателя с разделочным блоком. Спецификация 100Base-T4 допускает, чтобы сегмент двухточечной связи между двумя узлами или узлом и портом переключателя имел длину до 100 метров. Если применяется один повторитель класса I или II, то между двумя узлами можно использовать два 100-метровых сегмента связи общей длиной 200 метров. Два повторителя класса II в одной области коллизий могут быть соединены кабелем, максимальная длина которого равна 5 метрам. Таким образом, при использовании повторителя класса I диаметр сети с одной областью коллизий может достигать 200 метров, а при использовании двух повторителей класса II — 25 метров (табл. Д.8).

Таблица Д. 8. Диаметр сети 100Base- Т4

Физическая модель

Диаметр, м

Узел — узел

100

Один повторитель класса I

200

Один повторитель класса 11

200

Два повторителя класса II

205

Статья 23 стандарта IEEE 802.Зи определяет подуровни PCS (Physical Coding Sublayer — подуровень физического кодирования) 100Base-T4, РМА (Physical Medium Attachment — присоединение к физической среде) lOOBase- Т4, а также MDI (Medium Dependent Interface —— интерфейс, зависящий от среды) 100Base-T4. Подуровни PCS и РМА в совокупности составляют уровень PHY (Physical Layer — физический уровень) 100Base-T4.

PCS

PCS 100Base-T4 связывает МП (Media Independent Interface — интерфейс, не зависящий от среды) с подуровнем РМА. PCS принимает полубайты данных от МП, декодирует их с использованием схемы кодирования 8В6Т и передает полученные тернарные символы РМА. В обратном направлении РМА пересылает тернарные символы подуровню PCS, где они декодируются в октеты. Эти октеты затем передаются интерфейсу МП по одному полубайту за раз.

Схема кодирования 8В6Т

Алгоритм кодирования 8В6Т эффективно преобразует каждый восьмибитовый октет данных в шестибитовый тернарный символ, который называется кодовой группой 6Т (отсюда и произошло название алгоритма —— 8В6Т). Кодовые группы 6Т передаются параллельно по трем витым парам кабеля, поэтому эффективная скорость передачи данных по каждой витой паре составляет одну треть от 100 Мбит/с, т.е. 33,33 Мбит/с. Скорость передачи тернарных символов по каждой витой паре составляет 6/8 от 33,3 Мбит/с, что соответствует тактовой частоте 25 МГц. Именно с такой частотой работает таймер интерфейса MIL В отличие от бинарных сигналов, которые имеют два уровня, тернарные сигналы, передаваемые по каждой паре, могут иметь три уровня.

П

ри использовании схемы кодирования 8В6Т каждый октет данных преобразуется в шесть тернарных (трехуровневых) символов в соответствии с кодовой таблицей 8В6Т. Используются три уровня сигнала: +V, 0 и -V. При помощи шести тернарных символов можно закодировать 729 (З6) разных значений. Для представления всех 256 (28) восьмибитовых значений октета используются те тернарные кодовые значения, которые позволяют получить наилучшие электрические характеристики сигнала и для которых происходит не менее 2 перепадов уровня сигнала. Это позволяет синхронизировать приемник с передатчиком и использовать в интерфейсе MDI недорогое оборудование.

Подуровень PMA

Подуровень PMA осуществляет связь между подуровнем PSC и интерфейсом MDI. Он пересылает сообшения из служебного интерфейса РМА в физическую среду витых пар и обеспечивает связь по четырем витым парам проводов на расстояние до 100 метров со скоростью передачи данных 100 Мбит/с. РМА осуществляет передачу и прием сигналов тернарных символов. Функция передачи РМА реализуется тремя независимыми передатчиками тернарных данных. Выходной сигнал может принимать любое из трех значений, которые соответствуют передаче тернарных символов CSO, CS1 и CS-1. Передатчики РМА направляют данные по парам 1, 3 и 4. Функция приема РМА реализуется тремя независимыми приемниками тернарных данных, которые обеспечивают синхронный прием данных, обнаружение в каждом канале ограничителя SSD (Start of Stream Delimiter — ограничитель начала потока) и передачу данных подуровню PCS. Приемники РМА получают данные по парам 2, 3 и 4. Подуровень РМА обеспечивает контроль несущей РМА и целостность канала.

Кодирование данных 100Base-T4

Перед передачей по кабелю 100Base-T4 данные кодируются. Основной причиной этого является необходимость уменьшения скорости передачи символов для соблюдения стандартов, регулирующих электромагнитное излучение. Кодирование также позволяет установить частоту передачи сигналов в каждой витой паре кабеля, равной частоте таймера интерфейса МП, т.е. 25 МГц, что позволяет легко выполнить синхронизацию приемника и передатчика.

Передача данных осуществляется по трем витым парам, а четвертая пара используется для обнаружения коллизий. Этот метод позволяет уменьшить частоту передачи сигналов 100Base-T4 до 33,3 Мбит/с для каждой из трех пар. При этом необходима частота синхронизации 33 МГц, что превышает границу частоты 30 МГц для кабелей UTP. Для преодоления этого в сетях 100Base-T4 вместо традиционного двухуровневого бинарного кодирования используется трехуровневый тернарный код под названием 8В6Т (8 бинарных, 6 тернарных). Все функции обнаружения коллизий реализованы с использованием однонаправленных пар TX_D1 и RX_D2, что позволяет выделить по три свободные пары для передачи данных в каждом направлении с использованием алгоритма кодирования 8В6Т (табл. Д.9 и Д.10),

Таблица Д.9. Сигналы интерфейса MDI l00Base~T4, передаваемые уровнем PHY

CSlCSOCS-ITP-IDL-100CSlCSOCS-ITP-IDL-100"3 4n3 4 " з14и d-d_d-d_ddd_ddd хи xll xll X TBB TBB TBD т"3 4n3 4 " з14и d-d_d-d_ddd_ddd хи xll xll X TBB TBB TBD тСигнал Допустимая пара Описание

CSl

CSO

CS-I

TP-IDL-100

CSl

CSO

CS-I

TP-IDL-100

"3 4n3 4 " з14и d-d_d-d_ddd_ddd хи xll xll X TBB TBB TBD т

"3 4n3 4 " з14и d-d_d-d_ddd_ddd хи xll xll X TBB TBB TBD т

Тернарный символ 1. Номинальный уровень напряжения +3,5 вольта.

Тернарный символ 0. Номинальный уровень напряжения 0.

Тернарный символ -I. Номинальный уровень напряжения -3,5 вольта.

Сигнал ожидания. Означает, что сейчас передатчик работает со скоростью 100 Мбит/с.

Таблица Д. / 0. Сигналы интерфейса MDl lOOBase- Т4, принимаемые уровнем PHY

Сигнал Допустимая пара Описание

CS1CSOCS-1TP-IDL-100CS1CSOCS-1TP-IDL-100liBsBlRBB RBB rbd rliBsBlRBB RBB rbd rТернарный символ 1. Номинальный уровень напряжения +3,5 вольта.

CS1

CSO

CS-1

TP-IDL-100

CS1

CSO

CS-1

TP-IDL-100

liBsBl

RBB RBB rbd r

liBsBl

RBB RBB rbd r

Тернарный символ 0. Номинальный уровень напряжения 0.

Тернарный символ -1. Номинальный уровень напряжения -3,5 вольт.

Сигнал ожидания. Означает, что сейчас приемник работает со скоростью 100 Мбит/с.

№ГИЖ@ЖШ№ Ш

Спеиификаиия EIA/TIA на кабель витой пары

Ассоциация электронной промышленности/Ассоциация телекоммуникационной промышленности (EIA/TIA — Electronic Industries Association/ Telecommunications Industries Association) разработала ряд стандартов для коммуникационных и телекоммуникационных систем. Стандарт EIA/TIA подразделяет кабели ЛВС на категории согласно спецификации кабеля. В 1991 году был опубликован стандарт EIA/TIA 568 на прокладку телекоммуникационных кабелей в промышленных зданиях. Целями этого стандарта являются:

формирование основного телекоммуникационного стандарта, которому соответствует оборудование многих производителей;

создание возможности планировать и создавать структурированную кабельную систему в промышленных зданиях;

определение производительности и технических рекомендаций для раз- люжых конфигураций кабеля.

Стандарт является открытым и позволяет многим поставщикам кабеля разрабатывать и выпускать кабельную продукцию, соответствующую определенным категориям стандарта EIA/TIA 568. Он также включает спецификацию производительности кабеля и составных частей структурированной кабельной системы на неэкранированных витых парах. Эти составляющие включают горизонтальную (на одном этаже) и опорную разводки кабеля, а также описание типа кабеля, который необходимо использовать в каждом из этих случаев. В общем стандарт EIA/TIA:

определяет минимальные требования к телекоммуникационному кабелю, применяемому в офисе;

рекомендует стандартную кабельную топологию и определяет длину отрезков кабелей;

специфицирует определяющие производительность параметры среды передачи, такие как затухание и коэффициенты потерь;

определяет разъем MDI и схему его контактов для обеспечения совместимости.

устанавливает, что срок службы структурированной кабельной системы должен превышать 10 лет, но желательно, чтобы он составлял 25 лет.

Стандартные кабели EIA/TIA

В стандарте EIA/TIA 568 перечислены несколько видов кабеля, который можно использовать внутри здания. Определено, что в каждое выходное отверстие в стене могут входить два кабеля: один должен быть четырехпарной неэкранированной витой парой (UTP) для телефонной связи, другой ——либо кабелем UTP, либо коаксиальным кабелем для передачи данных. Если в отверстие в стене входит также и волоконно-оптический кабель, то он не может заменить кабель UTP для передачи данных. Спецификация EIA/TIA 568 определяет разводку только неэкранированной витой пары, и этот стандарт был выбран IEEE в качестве основы для стандарта Fast Ethernet 802.3u.

Категория 1

Эта категория не охватывается стандартом EIA/TIA 568, Кабель категории 1 обычно состоит из 22 или 24 невитых проводов AWG (American Wire Gauge — американский калибр провода) и имеет большой диапазон значений сопротивления и затухания. Он обычно используется для передачи голосовых и низкоскоростных данных и не рекомендуется для применения при скорости передачи сигнала больше 1 Мбит/с.

Категория 2

Кабель категории 2 похож на кабель категории 1 и "происходит" от кабеля, соответствующего спецификации IBM тип 3. В нем используются 22 или 24 провода AWG в виде витых пар. Кабель тестируется на максимальную полосу пропускания в 1 МГц, но не тестируется на уровень перекрестных наводок у концов.

Категория 3

Кабель категории 3 состоит из 24 проводов AWG в виде витых пар. Этот кабель тестируется на производительность, затухание и перекрестные наводки у концов вплоть до максимальной полосы пропускания 16 МГц. Обычно его полное сопротивление равно 100 Ом и является минимальным, рекомендованным для кабеля UTP в стандарте 10Base-T Ethernet. Кабель категории 3 известен также как кабель передачи данных голосового уровня.

Категория 4

Кабель категории 4 состоит из 22 или 24 проводов AWG в виде витых пар. Этот кабель тестируется на производительность, затухание и перекрестные наводки у концов вплоть до максимальной полосы пропускания 20 МГц. Обычно его полное сопротивление равно 100 Ом и удовлетворяет требованиям стандартов 10Base-T Ethernet и 100Base-T4 Fast Ethernet. He рекомендуется применять этот кабель для новых разводок, в этом случае обычно используется кабель UTP категории 5.

Категория 5

Кабель категории 5 состоит из 22 или 24 проводов AWG в виде витых пар. Этот кабель тестируется на производительность, затухание и уровень перекрестных наводок у концов вплоть до максимальной полосы пропускания 100 МГц. Обычно его полное сопротивление равно 100 Ом, и по такому кабелю при определенных условиях можно передавать данные со скоростью 100 Мбит/с, Кабель UTP категории 5, известный также как кабель уровня данных, рекомендуется применять для всех новых разводок; он является единственным допустимым кабелем UTP для сети 100Base-TX Fast Ethernet. Это самый качественный из доступных на сегодня кабелей UTP, и он доминирует в новых разводках. Высокое качество кабеля UTP категории 5 и повсеместное его использование привели к тому, что кабель UTP категории 4 сейчас считается устаревшим.

Другие кабели Fast Ethernet

Следующие параграфы посвящены двум другим типам кабелей, которые являются альтернативой кабелям стандарта EIA/TIA.

Кабель STP IBM типа 1

Кабель экранированной витой пары (STP) типа 1 состоит из двух кабелей экранированной витой пары AWG типа 22. Он более известен под названием кабель спецификации IBM. Пары имеют полное сопротивление 150 Ом, и каждая из витых пар заключена во внешнюю оболочку из алюминиевой фольги или медной сетки, которая позволяет уменьшить электрические наводки. Кабель типа 1 обладает свойствами коаксиального кабеля и витой пары, что является причиной его высокой цены и трудностей в работе в ним. IBM определила для своего кабеля STP два вида разъемов: разъем данных типа 1 и разъем DB9 для NIC (рис. Е.1). Комитет IEEE 802,Зи включил поддержку кабеля IBM типа 1 в спецификацию среды 100Base-TX. Разъем данных типа 1 не является частью спецификации IEEE, однако разъем DB9 может использоваться с кабелем STP.

Волоконно-оптический кабель

Волоконно-оптический кабель, определенный в 100Base-FX, состоит их двух жил многомодового (62,5/125 микрометров) или одномодового волоконно-оптического кабеля, хотя точная длина одномодового волоконно-оптического кабеля не определена. При использовании многомодового волоконно-оптического кабеля рекомендованная длина кабеля между узлом и портом DTE составляет 412 метров, а при работе в полнодуплексном режиме между двумя портами DTE, например между портами двух переключателей или портом переключателя и портом маршрутизатора, может достигать 2000 метров. Стандарт 100Base-FX рекомендует для использования с волоконно-оптическим кабелем три различных разъема. Разъем MIC (media interface connector — интерфейсный коннектор среды), используемый в сетях FDDI, очень дорог, и в общем случае не рекомендуется устанавливать такие разъемы в сетях Fast Ethernet, для которых требуется обеспечить низкую стоимость. Вторым разъемом является ST (рис. Е.2). Он применялся в сетях 10Base-F и также является дешевым решением для сетей FDDI. Это пружинный разъем с гайкой, которая навижтивается на резьбу ответной части разъема, обеспечивая плотный контакт. Третьим (рекомендованным) разъемом является SC (рис. Е.З). Он дешевле двух упомянутых выше и обеспечивает простое присоединение и отсоединение волоконно-оптического кабеля от NIC или порта. Волоконно-оптический кабель рекомендуется применять в опорных сетях, межэтажных стояках, а также там, где нельзя использовать кабель STP или UTP.

Передающее гнездо

Приемный штекер

Рис. £2 Разъем ST

Передающее гнездо

штекер

Рис. Е.З. Разъем SC

Установка и техническое обслуживание

Все кабели должны прокладываться с соблюдением требований стандарта EIA/TIA 568 на телекоммуникационную проводку в промышленных зданиях, а также местных, пожарных стандартов и стандартов техники безопасности. Чтобы обеспечить эффективную и надежную работу сети после прокладки кабелей и приемки сети, необходимо регулярно проводить ее техническое обслуживание. В процессе технического обслуживания проверяется качество изоляции в каждом настенном разъеме.

Кабели, которые входят в распределительный шкаф или аппаратную, должны быть закреплены хомутами, зажатыми не слишком туго. Проверьте качество соединения в разделочных блоках и при необходимости заново подсоедините кабель. Плохое качество соединения кабеля с настенным разъемом или в аппаратной может вызвать потерю пакетов в сегментах или появление в сети сигналов ПРОБКА. Для того чтобы уменьшить наводки NEXT (near-end cross-talk ——перекрестные наводки у концов), витые пары кабеля должны быть развиты у концов не более чем на полдюйма.

Перекрестные наводки у концов возникают, когда сигналы одной витой пары влияют на соседнюю пару. В результате наблюдается повреждение данных, передаваемых по обеим парам. Термин у концов указывает, что наводки появляются на концах кабелей. Следующие компоненты сети и особенности монтажа влияют на величину NEXT:

кабель UTP (проверьте, хорошего ли он качества и не проложен ли в среде с высоким уровнем электрических помех);

разъем RJ45 (рис. Е.4, установите разъемы категории 5 везде, где это возможно);

панели коммутации (проверьте качество перемычек):

разделочные блоки (проверьте разделочные блоки и надежность подключения кабелей);

настенные разъемы (проверьте качество подключения кабеля к разъему и штекер RJ45);

кабели перемычек в распределительном шкафу или настенном разъеме;

слишком большая длина развитой части кабеля возле штекеров RJ45;

повреждение кабеля на резких изгибах или поворотах;

повреждение кабеля вследствие слишком плотного затягивания в разъемах.

Рис. Е.4. Разъем RJ45

Рекомендуемая стандартом EIA/TIA длина кабелей

Кабельный стандарт EIA/TIA 568 определяет точную дайну кабеля для горизонтальной и вертикальной разводок, а также разводки между зданиями. Длина горизонтального кабеля от оконечного узла до распределительного шкафа отраничена 100 метрами. Рекомендуемое максимальное расстояние между настенным разъемом и разделочным блоком в распределительном шкафу составляет 90 метров. При этом остается 5 метров для соединения узла с настенным разъемом и 5 метров для соединения порта повторителя или переключателя с разделочным блоком. Ниже приведено описание кабелей сегмента EIA/TIA.

Начало

Конец

Максимальная длина

Комментарий

Узел сети

Настенный разъем

W「

Кабель, входящий в оборудование узла

Настенный разъем

Разделочный блок

90 метров

Горизонтальная разводка

Контакт перемычки

Контакт перемычки

W2*

Кабель перемычки

Контакт перемычки

Общая длина сегмента

Сетевой концентратор

W3*

100 метров

Кабель оборудования

* Сумма W1+W2+W3 должна быть меньше или равна 10 метрам. Общая длина всех кабелей от порта оборудования распределительного шкафа до порта узла не должна превышать 100 метров. Это правило правой руки требует, чтобы длина кабеля, проложенного в стене от настенного разъема рабочей области до штамповального блока, не превосходила 90 метров.

Стандарт EIA/TIA рекомендует максимальное расстояние между распределительными шкафами в 2000 метров для волоконно-оптического кабеля и 800 метров для кабеля UTP. Эти значения не зависят от технологии и являются общим руководством при проектировании структурированной кабельной системы. В случае возникновения любых противоречий со стандартами IEEE для Fast Ethernet стандарты IEEE имеют большую силу, чем стандарты EIA/TIA. Таким образом, для Fast Ethernet максимальное расстояние между распределительными шкафами с использованием волоконно-оптического кабеля составляет 2000 метров, если сегмент работает в полнодуплексном режиме.

Проверка разводки кабеля

Сегодня на рынке имеется множество изощренных контрольно-измерительных приборов для проверки проводов и кабелей. Они предназначены для проверки кабеля на целостность и измерения других параметров, например затухания. Чтобы обеспечить высокую скорость, надежность работы и оптимальную производительности сети 100Base-TX, необходимо использовать кабель категории 5. Стандарт EIA/TIA также рекомендует применять кабель категории 5 в сетях 100Base-T4. Проверка проложенного кабеля перед подписанием акта о приемке сети является необходимым этапом создания сети, поскольку надежность и параметры производительности сети во многом зависят от качества материалов и способа выполнения кабельной разводки.

Словарь

100 Мбит/с Ethernet

100Base-T Fast Ethernet (стандарт IEEE 802.3u) или 100VGAnyLAN (стандарт IEEE 802.12).

lOOBase-FX

Стандарт физического уровня PHY Fast Ethernet, обеспечивающий передачу данных по одномодовому волоконно-оптическому кабелю со скоростью 100 Мбит/с с использованием правил доступа к среде CSMA/CD. Возможно применение и многомодового волоконно-оптического кабеля длиной не более 2000 метров.

100Base-T

Родовой термин для трех стандартов PHY Fast Ethernet: 100Base-TX, 100Base-T4 и lOOBase-FX.

100Base-T4

Стандарт физического уровня PHY Fast Ethernet, обеспечивающий передачу данных по кабелю категории 5 со скоростью 100 Мбит/с с применением правил доступа к среде CSMA/CD. Используются четыре пары проводов кабеля UTP или STP категорий 3, 4 или 5.

100Base-TX

Стандарт физического уровня PHY Fast Ethernet, обеспечивающий передачу данных по кабелю категории 5 со скоростью 100 Мбит/с с применением правил доступа к среде CSMA/CD. Используются две пары проводов кабеля UTP или STP категории 5.

100Base-X

Родовой термин для двух стандартов физического уровня PHY Fast Ethernet: 100Base-TX и lOOBase-FX. Физические уровни PHY этих стандартов почти идентичны и произошли от уровня PHY сети FDDI, с которым они имеют одинаковые электрические параметры сигналов и форматы передаваемых данных. Следует учитывать, что стандарт 100Base-T4 полностью отличается от стандарта 100Base-X используемыми кабельными парами, параметрами сигналов и требованиями к кабелю.

10Base-T

Сеть Ethernet, передающая данные со скоростью 10 Мбит/с по кабелю категорий 3, 4 или 5 с использованием повторителей. Это самый распространенный вид сети Ethernet.

802.3

Спецификация стандарта IEEE на 10Base-T Ethernet.

802.3u

Спецификация стандарта IEEE на 100Base-T Ethernet. Спецификация 802.3u включает стандарты 100Base-TX, 100Base-T4 и lOOBase-FX.

ANSI

Американский национальный институт стандартов. Представляет США в ISO (Международной организации стандартов).

API

Интерфейс прикладного программирования. Корректно определенное множество вызовов функций, которые используются программой для доступа к функциям и возможностям другой подсистемы. Например, большинство таких приложений, как Web-броузеры и программы пересылки электронной почты, взаимодействуют через сеть с использованием API под названием Winsock.

ASIC

См. Специализированная интегральная микросхема,

ASN.1

См. Абстрактное описание синтаксиса 1.

BNC

British Naval Connector ——британский флотский разъем. Используется в соединениях 10Base-2 (Cheapernet) Ethernet.

BPDU

См. Элементы данных протокола моста.

DAS

Станция с двойным подключением. Станция сети FDDI, которая имеет два соединения с магистральным кольцом FDDL

DB15

Стандартный 15-контактный разъем, используемый в соединении AUI Ethernet.

DB9

Стандартный 9-контактный разъем, используемый в соединении Token Ring.

DMA

Прямой доступ к памяти. Метод доступа к памяти, не зависящий от центрального процессора. Эта функциональная возможность характерна для высокопроизводительных адаптеров и позволяет осуществлять прямую передачу данных между модулем адаптера и оперативной памятью.

DTE

См. Оконечное оборудование.

EIA

Ассоциация электронной промышленности. Торговая организация, представляющая большую часть предприятий электронной промышленности США. Одна из главных задач этой организации — создание стандартов на интерфейсы аппаратного обеспечения.

EISA

Расширенная промышленная стандартная архитектура (тип системной шины).

Ethernet

Сетевая технология, определенная спецификацией IEEE 802.3. Сети Ethernet используют метод доступа к среде CSMA/CD и передают данные со скоростью 10 Мбит/с по кабелю UTP, коаксиальному и волоконно-оптическому кабелям.

Ether Types

Значения поля длина/тип в кадре Ethernet. Эти значения определяются фирмой Xerox. Для более полной информации см. Web-узел по адресу www.wiley.com/compbooks/FastEthernet.

Fast Ethernet

Сетевая технология, которая является расширением технологии Ethernet. Она обеспечивает передачу данных со скоростью 100 Мбит/с по кабелям UTP категорий 3, 4 и 5, STP и волоконно-оптическому кабелю.

FDDI

Распределенный интерфейс передачи данных по волоконно-оптическому кабелю. Стандарт на высокоскоростные волоконно-оптические сети, основанные на синхронном протоколе Token Ring и обеспечивающие скорость передачи данных 100 Мбит/с по паре волоконно-оптических кабелей. В основном используется для создания опорных сетей, поддерживает также работу по кабелю UTP категории 5.

FPGA

См. Программируемая вентильная матрица.

IEEE

Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике — самое крупное в мире профессиональное техническое общество и некоммерческая организация. За дополнительной информацией можно обратиться на Web-страницу по адресу www.ieee.org.

IEEE-адрес

48-битовое значение, используемое для идентификации одного сетевого интерфейса, множества интерфейсов или всех интерфейсов. IEEE-адрес состоит из четырех полей: флажка индивидуального/группового адреса, флажка универсального/местного управления, организационно уникального идентификатора и организационно уникального адреса.

IPG

Межпакетная шель. Промежуток времени между передачей кадров Ethernet. Для Ethernet он равен 9,6 микросекунды, а для Fast Ethernet — 960 наносекундам.

IPX/SPX

Основной протокол, используемый как в сетях Novell Netware, так и в сетях Microsoft Windows 95 и Windows NT. Все три операционные системы поддерживают и другие протоколы. Например, они одинаково хорошо работают с TCP/IP, а продукты Microsoft поддерживают также и протокол под названием NetBEUI.

IRQ

Запрос на прерывание. Метод, при помощи которого аппаратное устройство сообщает процессору о том, что оно нуждается в обслуживании.

ISA

Промышленная стандартная архитектура (тип системной шины).

ISO

Международная организация по стандартизации — международная организация, создающая стандарты в области телекоммуникации.

LLC

Протокол управления логическим каналом ——протокол канального уровня, описан в стандарте IEEE 802.2.

МАС-адрес

Каждый сетевой интерфейс в ЛВС Fast Ethernet, Ethernet, Token Ring или FDDI имеет уникальный 48-битовый адрес. Этот адрес программируется в МАС интерфейса. Каждый сетевой интерфейс имеет уникальный МАС- адрес. Другими словами, никаких два сетевых интерфейса, изготовленных

по любой технологии, не имеют одного и того же МАС-адреса. См. также Флажок универсального/местного управления и Универсально управляемый адрес.

MIB

См. База данных управляющей информации.

NetBEUI

Расширенный интерфейс пользователя NetBIOS. Расширение интерфейса и протокола NetBIOS. Этот пользовательский интерфейс является настоящим API и не имеет ничего общего с пользовательским интерфейсом в традиционном понимании.

NetBIOS

NetBIOS является и протоколом, и интерфейсом прикладного программирования (API), разработанным IBM в середине 80-х годов. Выбран (к сожалению) Microsoft для использования в MS-DOS, а затем в Microsoft Windows.

NIC

Сетевой адаптер или просто сетевой интерфейс.

NMS

См. Станция управления сетью.

NOS

Сетевая операционная система.

OSI

Взаимодействие открытых систем. Семиуровневая модель протоколов для обмена данными, определенная организацией стандартов ISO.

OUA

См. Организационно уникальный адрес.

OUI

См. Организационно уникальный идентификатор.

PDU

См. Модуль данных протокола.

PDV

См. Значение задержки s пути.

PI

См. Интерфейс продукта.

Proxy-сервер

Устройство, один порт которого соединен с Internet, а остальные — с внутренней сетью организации. Он действует как брандмауэр для блокирования атак злоумышленников. См. также Брандмауэр.

RJ45

Восьмиконтактный разъем, использующийся для подключения кабелей UTP в сетях о к цифровым телефонам. В сетях Token Ring, Ethernet и Fast Ethernet применяются разъемы RJ45.

RMON

См. Удаленный мониторинг сети.

ROM

См. Постоянное запоминающее устройство.

SAS

Станция с одинарным подключением. Станция FDDI, имеющая единственное соединение с концентратором FDDI.

SNAP

SubNetwork Access Protocol — протокол доступа к подсети.

SNMP

См. Простой протокол управления сетью.

SPD

См. Простая задержка 6 пути.

STP

Кабель на экранированных витых парах. Этот кабель состоит из I8——26 проводов к используется в ЛВС Fast Ethernet стандартов IOOBase-ТХ, ЮОВа- se-T4 о в Ethernet. Он отличается наличием металлического экрана для защиты от внешних электрических помех, что позволяет применять его на более длинных расстояниях, чем кабель UTP.

TCP/IP

Протокол управления передачей/межсетевой протокол. Один из двух наиболее распространенных сегодня наборов протоколов (другой — это IPX/SPX). TCP/IP является основой Internet и применяется для передачи любой информации ——от Web-страниц и файлов до речи и видео в режиме реального времени.

TIA

Ассоциация телекоммуникационной промышленности.

Token Ring

Сетевая топология, определенная спецификацией IEEE 802.5. В сетях Token Ring гарантируется доставка пакета, поскольку в них используется протокол доступа к среде с передачей маркера, при котором каждая станция должна ждать получения маркера, прежде чем сможет передавать данные в сеть. Token Ring поддерживает топологию кольца на скоростях передачи данных 4 и 16 Мбит/с.

UAA

См. Универсально управляемый адрес.

UTP

Кабель на неэкранированных витых парах. Этот кабель содержит от 18 до 26 проводов и используется в ЛВС и телефонии. Существует три первичные категории кабеля UTP. Он не имеет металлического экрана для защиты от электрических помех.

WAN

См. Глобальная вычислительная сеть.

Абстрактное описание синтаксиса 1 (ASN.1)

Формальный синтаксис, используемый для описания объектов данных и их иерархии. См. База данных управляющей информации.

Автоматическое обнаружение узла

Процесс мониторинга локальной сета с целью автоматического обнаружения всех присоединенных к ней узлов; часто называется автообнаружением.

Агент

Работающая на устройстве программа, которая собирает статистику для передачи станции NMS и получает команды от NMS. Агент взаимодействует со станцией NMS, используя протокол SNMP.

Агент SNMP

То же, что и агент.

Адаптивное переключение

Способность некоторых переключателей действовать и в режиме cut- through, и в режиме store-and-forward.

Адрес узла

То же, что и МАС-адрес. Узел может иметь несколько сетевых интерфейсов и соответственно несколько сетевых адресов. Однако эти адреса будут уникальными для данного узла, потому что каждый сетевой интерфейс имеет уникальный МАС-адрес.

Архитектура клиент/сервер

Приложения типа клиент/сервер предполагают наличие двух частей: клиентской и серверной. Клиентское программное обеспечение запрашивает информацию или услуги, а серверное обслуживает эти запросы (это очень общее, но хорошо работающее определение). Имеется тенденция к размещению программ клиентов и серверов на разных компьютерах, поэтому они должны взаимодействовать по сети с использованием протоколов уровня приложения. Известными примерами клиентского программного обеспечения являются Web-броузеры (Netscape Navigator), программы электронной почты (Microsoft Mail) и клиентские программы для работы в режиме реального времени (CompuServe и America Online). Этих клиентов обслуживает соответствующее серверное программное обеспечение, в данном случае сервер Netscape Enterprise, Microsoft Back Office или огромные программы, выполняющиеся на суперкомпьютерах CompuServe и America Online. Каждое из этих приложений поддерживает не менее одного специфического для себя протокола, например HTTP, FTP, POP, SMTP и NNTP.

Асимметричная нагрузка

Ситуация, когда нагрузка на устройство распределяется по всем его портам неравномерно. Это вид нагрузки, обычный для мостов, переключателей и маршрутизаторов. Такие устройства в большинстве случаев хорошо справляются с нормальной асимметричной нагрузкой. Более высокие ас им метричн ые нагрузки, имеющие место в течение длительного времени, могут вызвать перегрузку.

База

База ——это набор показателей произволительности, измеренных в момент, когда сетевая система работает корректно при нормальной нагрузке, предпочтительно поближе к точке полного использования. Когда информация базы собрана, то в будущем можно сравнивать с ней текущие значения показателей, чтобы обнаружить проблему в сети или определить необходимость изменения конфигурации сети для сохранения максимальной производительности.

База данных управляющей информации

Текстовый файл в формате ASCII, в котором хранятся описания объектов данных и структуры сетевых устройств или компонентов работающего агента. Описание объектов в базе данных хранится в формате ASN.I. Изменение или обновление описывающих устройства или компоненты объектов данных, а также структур осуществляется с использованием протокола SNMP. Если устройство поддерживает данные, описываемые в базе данных управляющей информации и поддерживает протокол SNMP, считается, что устройство управляемо. См. MIB.

Байт

Группа из восьми битов. См. Октет.

Безопасность МАС-адресов

См. Предотвращение подстановки имен и Обеспечение подлинности.

Безопасность канального уровня

Способ обеспечения безопасности, реализуемый на этапе обработки кадров на втором уровне модели OSI. Этот этап в основном состоит из обработки адреса получателя кадра на уровне повторителя или переключателя. Существует три способа обеспечения безопасности канального уровня: предотвращение подслушивания, обеспечение подлинности и предотвращение подстановки имен.

Блок сообщений сервера (SMB)

Формат дейтаграммы, используемый протоколами прикладного уровня в сетевых продуктах Microsoft. Когда рабочие станции Windows 95 или NT осуществляют доступ к серверу NT, они обмениваются с ним дейтаграммами SMB.

Брандмауэр

Устройство, один порт которого связан с Internet, а один или несколько других — с внутренней сетью организации. Брандмауэр предназначен для блокирования доступа из Internet к ресурсам ЛВС. См. также Proxy-сервер.

Буферизация

При буферизации информация (в данном контексте обычно кадры) помещается в память. Кадры обычно буферизуются в ожидании ретрансляции или какой-то иной обработки

Внеполосная связь

Связь с агентом контроллера устройства, которая осуществляется не по сетям, к которым присоединено это устройство, а другим способом.

Внутриполосная связь

Связь с агентом контроллера устройства, осутцествляемая по сети, к которой присоединено это устройство.

Внутрисегментный трафик

Сетевой трафик сегмента, который не направляется переключателем или маршрутизатором другому сегменту; иногда называется локальным трафиком сегмента.

Время бита

Время, требуемое для передачи одного бита информации: для Ethernet —— 100 микросекунд, для Fast Ethernet ——10 микросекунд. Время бита ——это

величина, обратная скорости передачи, составляющей 10 Мбит/с для Ethernet и 100 Мбит/с для Fast Ethernet.

Время задержки

Случайный интервал времени, в течение которого МАС ожидает, прежде чем вновь передавать пакет, поврежденный в результате коллизии. МАС будет повторять передачу 16 раз, а затем прекратит попытки.

Время замкнутого маршрута

То же, что и окно коллизий.

Время канала

Максимально допустимое значение окна коллизий для сегмепта Fast Ethernet или Ethernet. Для обеих технологий оно составляет 512 ВТ.

Время ожидания ретрансляции для мостов и переключателей

Из RFC1242: 'Ъременной интервал, начинающийся, когда последний бит входного кадра достигает входного порта, и заканчивающийся, когда первый бит выходного кадра появляется на выходном порту. Изменчивость времени ожидания может быть проблемой".

Время ожидания ретрансляции для повторителей

Из RFC1242: 'Ъременной интервал, начинающийся, когда последний бит входного кадра достигает входного порта, и заканчивающийся, когда начало первого бита выходного кадра появляется на выходном порту".

Входной порт

Порт устройства, на который поступает кадр или пакет.

Выходной порт

Порт устройства, из которого будет передаваться (или передается) кадр или пакет.

Главная распределительная стойка (MDC)

Центральная стойка, в которой сходятся все вертикальные или опорные кабели сета. Вертикальные кабели из каждого распределительного шкафа проходят через MDC. В больших сетях, охватывающих несколько зданий или небоскреб, можно использовать промежуточные распределительные стойки, чтобы уменьшить количество кабелей, проходящих между этажами и MDC.

Глобальная вычислительная сеть (WAN)

Система, связывающая узлы или локальные сета, расположенные на большой территории, такой как город, регион, страна или весь мир. Каналы WAN почти всегда являются двухточечными и связывают два устройства, находящиеся на значительном расстоянии. Оба устройства

обычно называются шлюзами и также работают в качестве мостов или маршрутизаторов. Многие устройства на одном конце канала WAN взаимодействуют с другими устройствами на другом конце канала через шлюзы на каждом конце. Глобальные сети отличаются от локальных использованием двухточечных каналов и площадью покрываемой территории. При проектировании оборудования для каналов WAN (например, шлюзов) обычно стремятся достигнуть оптимального и эффективного использования дорогостоящего канала связи. В отличие от этого, при создании ЛВС, у которых стоимость физической среды относительно невысока, главной является высокая пропускная способность.

Граница возраста

Когда мост запоминает адреса, он регистрирует собственно адрес и номер порта получателя. Он также устанавливает значение возраста МАС-адреса в 0. Возраст адресов в таблице увеличивается на 1 каждую секунду. Этот процесс называется старением. При достижении значения, называемого границей возраста, строка, содержащая МАС-адрес, удаляется. Поле возраста, соответствующее данному МАС-адресу, обнуляется всякий раз, когда мост видит кадр с этим адресом отправителя. Таким образом, адреса активных узлов сохраняются в таблице, а неиспользуемые автоматически удаляются. Все мосты имеют ограниченный размер таблицы МАС-адресов. Если таблица адресов заполнена, то к ней нельзя добавить новый адрес. Существование процесса старения гарантирует, что после отсоединения узла от сегмента соответствующая строка будет удалена из таблицы и что при перемещении узлов из одного сегмента в другой их адреса будут вновь занесены правильно. Спецификация для мостов 802. Id рекомендует устанавливать значение времени старения по умолчанию, равное 300 секундам (5 минутам).

Групповой адрес

См. Многопунктовый адрес.

Двойное подключение

Ситуация, когда рабочая станция или сервер подключены к двум независимым ЛВС без использования маршрутизатора или моста.

Двухточечный канал

Канал, связывающий только два устройства. Другими словами, канал, на каждом конце которого находится только одно устройство.

Дейтаграмма

Расположенный на самом глубоком уровне вложенности элемент данных. В сетях Ethernet и Fast Ethernet дейтаграммы вложены в кадры.

Диаметр сети

Максимальная длина кабеля между двумя любыми узлами локальной сети. Между узлами может быть несколько точек ретрансляции, которые реализованы на основе повторителей.

Добавления, перемещения и изменения

Процесс добавления и перемещения устройств и изменения конфигурации сети; это деятельность, которая отнимает львиную долю времени сетевого администратора.

Загрузочное ПЗУ

Загрузочное ПЗУ устанавливается в NIC и позволяет компьютеру загружаться через сеть. Это означает, что данному компьютеру не требуется ни жесткий, ни даже гибкий диск.

Задержка распространения

Время, требуемое электрическому или оптическому сигналу для прохождения через среду. С точки зрения человека электрические (или оптические) сигналы распространяются моментально, точнее со скоростью света. Однако скорость работы электронного сетевого оборудования такова, что время, требующееся сигналу для прохождения через среду, является для этого оборудования не только заметным, но и достаточно продолжительным.

Задержка распространения начала пакета

Для повторителя это временная задержка между получением сигнала одним портом и его передачей другому порту.

Запоминание

См. Запоминание адресов.

Запоминание адресов

Процесс, используемый мостом или переключателем для запоминания МАС-адресов сетевых интерфейсов, присоединенных к каждому порту устройства. Во время этого процесса переключатель или мост создает собственную таблицу МАС-адресов.

Запоминающий мост

Запоминающий мост отслеживает МАС-адреса в обоих подключенных к нему сегментах и определяет, к какому сегменту относится адрес. Если адреса отправителя и получателя пакета относятся к одному сегменту, они через мост не проходят. Если мост получает пакет с неизвестным адресом, то по умолчанию он направляется в другой сегмент сети.

Затухание

Доля мощности сигнала, потерянная при его прохождении по кабелю. Для волоконно-оптического кабеля это доля оптической мощности, потерянная при прохождении светового сигнала от передатчика к приемнику. Эта величина выражается в децибелах (dB).

Затянувшаяся передача

Термин, используемый для обозначения непрерывной передачи по сети поврежденных или случайных данных, которая обычно вызвана неисправным кабелем или NIC.

Затянувшийся кадр

Любой кадр длиннее 1518 байтов (12144 битов). Затянувшиеся кадры всегда являются ошибкой. Не имеет значения, совпадает ли при этом значение контрольной суммы. Ни один узел не может передать кадр длиной больше 1518 байтов. Появление затянувшегося кадра почти всегда обусловлено неисправностью сетевого интерфейса, однако иногда эта проблема может быть связана с драйвером.

Значение задержки в пути (PDV)

Время прохождения сигнала между двумя узлами локальной сета Fast Ethernet. Каждая пара узлов в сети Fast Ethernet характеризуется определенным значением PDV. PDV для двух заданных узлов вычисляется простым сложением индивидуальных задержек распространения каждой составляющей сети между уровнями МАС каждого узла, чтобы получить время SPD (простой задержки 6 пути), и последующим умножением результата на 2. Значение PVD в два раза больше значения SPD, потому что оно включает время кругового путешествия между двумя узлами, или время, требуемое сигналу, чтобы дойти от МАС одного узла до МАС другого и вернуться обратно.

Зонд RMON

Устройство, реализующее RMON MIB в агенте устройства.

Интерфейс изделия (PI)

Пользовательский интерфейс станции управления сетью, спроектированный специально для взаимодействия с конкретным продуктом или серией продуктов.

Интерфейс, не зависящий от среды (МП)

Интерфейс между МАС и PHY, позволяющий МАС работать совершенно независимо от тапа среды, с которой взаимодействует сетевой интерфейс. О любых действиях, зависящих от среды, заботится уровень PHY.

Кабель категории 3

Кабель UTP уровня передачи речи, используемый для цифровой телефонии и ЛВС.

Кабель категории 4

Кабель UTP уровня передачи данных, который применяется в ЛВС.

Кабель категории 5

Высшая категория кабеля UTP, используемого в ЛВС.

Кабель связи

Любой кабель, используемый для соединения двух повторителей 10Base-T или двух повторителей lOOBase-Т класса II. Он подключается к порту MDI-Х, или порту связи, на одном повторителе и к обычному порту MDI на другом.

Кабель уровня передачи данных

См. Кабель категории 4.

Кадр

Базовый элемент передаваемых данных в любой ЛВС. В каждой сетевой технологии определен формат кадра, используемого для передачи данных между узлами. Fast Ethernet и Ethernet имеют одинаковый формат кадров, такой же, как у 100VG Any LAN. В сетях FDDI, Token Ring и ARCNet применяются другие форматы кадров.

Кадр МАС

То же, что и пакет.

Карликовый кадр

Часто просто карлик. Любой кадр длиной менее 64 байтов (512 битов). Появление карликовых кадров всегда вызвано коллизией.

Коллизия

Возникает, когда два или более сетевых интерфейса передают кадры одновременно. В результате этого передаваемые кадры искажаются. МАС сетевого интерфейса обнаруживает коллизии и пересылает кадры заново.

Конкуренция

См. Соперничество.

Констатация соответствия реализации протокола (PICS)

Спецификация 802.Зи предусматривает набор тестов, которые должны успешно выполнить все поставщики составляющих Fast Ethernet, прежде чем они могут говорить о соответствии своей продукции данной спецификации. Эти тесты называются PICS.

Контроллер доступа к среде (МАС)

Устройство на сетевой интерфейсной плате, реализующее правила доступа к среде для узла. Для Ethernet и Fast Ethernet это правила CSMA/CD. МАС соединен со средой ЛВС с помощью PHY. МАС обычно реализуется на одной микросхеме. Эти микросхемы МАС иасто выполняют и другие функции, например, реализуют интерфейс с узлом через шину ISA, EISA или PCI. Микросхемы МАС часто управляют светодиодными индикаторами и имеют интерфейс для загрузочного ПЗУ.

Контроллер устройства

Микропроцессор (например, в повторителе), управляющий устройством. Контроллер устройства часто отвечает за работу агента по управлению сетью.

Контроль несущей

Способ обнаружения данных узлом или повторителем. Например, когда уровень PHY обнаружил, что в среде передаются данные, он посылает сигнал контроля несущей своему МАС или повторителю через интерфейс МП.

Концентратор

Сетевое устройство, соединяющее узлы в сегменте сети.

Устройство, к которому подключаются кабели сета FDDI. Концентратор связан с магистральным кольцом FDDI и может быть одинарным или двойным. Он поддерживает два соединения с магистральным кольцом FDDI для обеспечения запасных путей передачи данных.

Копирование (или копирование кадров)

Передача уровнем МАС сетевого интерфейса кадра, полученного из сети, узлу для дальнейшей обработки.

Корневой мост

Главный мост в переключаемой сети или сети с мостами.

Коэффициент использования процессора

Доля времени работы процессора, используемая для конкретной задачи. Например, хорошей мерой производительности NIC является коэффициент использования ею процессора при максимальной загрузке сети (чем меньше этот показатель, тем лучше).

Крах Ethernet

С ростом предложенной нагрузки соответственно увеличивается и показатель использования сети. В некоторый момент можно говорить о полном использовании возможностей сети. Если предложенная нагрузка продолжает возрастать, рост показателя использования сети прекращается

вследствие конкуренции. Если нагрузка будет увеличиваться дальше, то ЛВС достигнет "точки насыщенияп, после чего показатель ее использования начнет резко уменьшаться. Это и называется крахом Ethernet.

Лавинная маршрутизация

Возникает, когда кадр направляется на все порты моста или переключателя, кроме входного. См. также Разветвление.

ЛВС

См. Локальная вычислительная сеть.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС)

Система для непосредственного соединения нескольких компьютеров. ЛВС локальны, потому что они спроектированы для соединения компьютеров в небольшой области, такой как офис, здание или небольшая группа зданий. ЛВС являются системами, потому что они состоят из нескольких компонентов: кабель, повторители, сетевые интерфейсы, узлы и т.п. Если хотя бы один из компонентов отсутствует, то нет и ЛВС. ЛВС предполагает наличие связи, или пути, по которому компьютеры обмениваются информацией и/или данными. ЛВС не устанавливает ограничений на тип данных, которыми обмениваются узлы, за исключением того, что данные должны быть цифровыми. Любые два узла ЛВС могут непосредственно взаимодействовать друг с другом без обращения к каким-либо промежуточным устройствам.

Локально управляемый адрес

IEEE-адрес, у которого флажок U/L установлен в 1. Это означает, что кто-то, помимо производителя сетевого интерфейса, устанавливает этот адрес. Например, в организации могут изменить МАС-адрес сетевого интерфейса путем установки бита U/L в 1 и установки битов со 2 по 47 в соответствующие значения. Естественно, в этом случае организация должна осуихествлять контроль за адресами. Локально управляемые адреса применяются редко, поскольку все сетевые интерфейсы имеют универсально управляемый адрес. Не существует современного сетевого протокола или другого широко используемого программного обеспечения, которые требовали бы от вас устанавливать сетевые адреса вручную. Для изменения UAA сетевого интерфейса, как правило, используют запись в конфигурационном файле или реестре. Однако этот метод во многих случаях сложен и плохо документирован, а иногда и вообще не описан.

Максимальная скорость ретрансляции

Максимальное количество пакетов, которые могут быть ретранслированы из одного порта в другой за одну секунду. Для мостов, у которых более двух портов, она обычно измеряется при условии, что остальные порты свободны. У большинства мостов Ethernet скорость ретрансляции

меньше, чем максимальная скорость передачи данных Ethernet. Это означает, что мосты, обеспечивая связь, становятся узким местом (бутылочным горлышком) между узлами различных сегментов. Некоторые высокоскоростные мосты имеют скорость ретрансляции, сравнимую с максимальной скоростью передачи данных Ethernet. Одно из наибольших различий между мостами и переключателями состоит в том, что переключатели почти всегда обеспечивают максимальную скорость ретрансляции на всех портах.

Максимальный диаметр сети

Максимально допустимый диаметр сети для ЛВС с методом доступа CSMA/CD определяется временем канала. Диаметр сегмента сети должен быть таким, чтобы данные могли выйти из одного МАС, дойти до любого другого и вернуться обратно за время канала. Наличие компонентов с маленьким значением времени задержки позволяет увеличить максимальный диаметр сети.

Маршрутизация

Метод пересылки кадров, прибывших на один порт устройства, к другому порту с использованием информации протокола уровня 3. В противоположность этому мосты и переключатели используют для принятия решения о ретрансляции информацию кадра уровня 2.

Межсегментный трафик

Сетевой трафик, который передается переключателем или маршрутизатором между двумя сегментами.

Межсетевой протокол

Протокол для передачи дейтаграмм в наборе протоколов TCP/IP. См. также TCP/IP.

Многоголовая NIC

Адаптерная плата, имеющая несколько сетевых интерфейсов. Обычно встречаются платы с двумя или четырьмя интерфейсами.

Многопунктовый адрес

Один из 48-битовых IEEE-адресов, очень похож на широковещательный, за исключением того, что многопунктовые кадры могут быть не получены ни одним из узлов, одним, несколькими или всеми узлами ЛВС. В многопунктовом адресе первый бит установлен в 1, а хотя бы один из остальных — в 0. Если бы все остальные биты были установлены в 1, то это был бы широковещательный адрес. Узел может выбирать и копировать кадры, направленные лишь по некоторым многопунктовым адресам. Таким образом, узел может получать и копировать только необходимые многопунктовые кадры. Фильтрацию или копирование многопунктовых кадров осуществляет МАС. См. также Широковещательный адрес.

Многопунктовый кадр

Любой кадр, у которого адрес получателя равен 48-разрядному многопунктовому или одно пун ктовому IEEE-адресу или любому многопунктовому адресу.

Множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий (CSMA/CD)

Правила доступа к среде в сетях Fast Ethernet и Ethernet, определенные спецификацией IEEE 802.3.

Модель передачи 1

Одна из двух моделей передачи, использующаяся спецификацией 802.Зи для описания правил топологии Fast Ethernet.

Модель передачи 2

Одна из двух моделей передачи, использующаяся спецификацией 802.Зи для описания правил топологии Fast Ethernet.

Модуль данных протокола (PDU)

Одно сообщение SNMP. Иными словами, команды SNMP и другие данные кодируются в модули данных протокола.

Модуль управляющего интерфейса

То же, что и интерфейс продукта.

Мост

Устройство, которое действует на уровне 2 (канальном уровне) семиуровневой модели QSI и предназначено для связи ЛВС или их сегментов, использующих один и тот же протокол.

Мост-маршрутизатор

Устройство, которое способно выполнять и функции моста, и функции маршрутизатора.

Набор микросхем

Одна или несколько микросхем, которые реализуют определенные функции. Многие компании продают наборы микросхем, реализующие NIC. Это позволяет производить платы сетевых адаптеров даже компаниям, имеющим низкий уровень технологии.

Наводка

Нежелательная энергия, передающаяся из одной среды в другую, чаще всего встречается в кабеле на неэкранированных витых парах.

Направленный кадр

См. Однопунктовый кадр.

Направленный пакет

См. Направленный кадр и Однопунктовый кадр.

Наращиваемый концентратор

Также называется наращиваемым повторителем. Специальный повторитель, который можно собирать или наращивать вместе с другими наращиваемыми концентраторами для формирования единого повторителя. Это делается путем непосредственного связывания собственно повторителей внутри концентратора по цифровой шине или прямому цифровому каналу. В противоположность этому, концентраторы 10Base-T или повторители Fast Ethernet класса II соединяются с использованием отводов. Связывание отводами осуществляется с применением обычных PHY и регламентируется правилами соответствующего стандарта.

Настольный переключатель

Переключатель, поддерживающий от одного до четырех МАС-адресов на порт. Это позволяет обеспечить соединение с каждым портом только одного узла или небольшого количества узлов.

Незначащие данные

Во многих случаях средствами протокола или приложения необходимо передать дейтаграмму, длина которой меньше 64 байтов. В этом случае данные в кадре должны быть дополнены таким образом, чтобы кадр имел размер 64 байта. Дополнительные данные называют незначащими. Их значение произвольно и не определено в стандарте 802.3.

Номер сети

Часть сетевого адреса, идентифицирующая ЛВС, в которой расположено устройство. См. Сетевой адрес.

Номер узла

Часть сетевого адреса, идентифицирующая индивидуальный узел ЛВС. См. Сетевой адрес.

Обеспечение подлинности

Способ обеспечения безопасности на канальном уровне, не позволяющий злоумышленнику нарушить безопасность сети, который разрешает доступ к ней только сетевым интерфейсам с известными МАС-адресами.

Область коллизий

Множество узлов, осуществляющих доступ к локальной сети с использованием правил доступа к среде CSMA/CD. Одна ЛВС Ethernet или Fast Ethernet или ее сегмент.

Оболочка

Материал, окружающий сердцевину оптического волокна, вынуждающий световой поток распространяться внутри сердцевины.

Обратное давление

Метод, используемый переключателем для управления поступающими на его порты данными при наличии перегрузки. Имеется два способа реализации этого метода: при получении входящих кадров создать коллизию с 64-байтным кадром или имитировать затянувшуюся передачу (бесконечно длинный кадр), пока не исчезнет перегрузка.

Однопунктовый адрес

Один из 48-битовых IEEE-адресов, которые являются МАС-адресами. Другими словами, однопунктовый адрес идентифицирует один узел ЛВС. Кадры, у которых адрес получателя однопунктовый, будет получать только один узел ЛВС. В однопунктовом адресе первый бит установлен в 0. Все остальные биты можно устанавливать в 0 или 1.

Однопунктовый кадр

Кадр, у которого адрес получателя однопунктовый. Иногда называется направленным кадром.

Одноранговая сеть

В одноранговой сети на двух взаимодействующих друг с другом узлах работает одно и то же программное обеспечение. Хорошим примером являются рабочие станции Windows 95 и Windows NT. Эти операционные системы могут взаимодействовать друг с другом непосредственно и совместно использовать ресурсы. Например, вы можете, минуя сервер, совместно использовать диск или устройство CD-ROM вашей рабочей станции с кем-то еще в сети. Другим хорошим примером однорангового программного обеспечения являются программные приложения для Internet-телефонии. Люди, использующие одно и то же программное обеспечение, могут говорить друг с другом через Internet Опять-таки, это происходит без использования сервера в качестве промежуточного звена.

Окно коллизий

Максимальное значение задержки в пути в области коллизий. Окно коллизий ——это интервал времени от начала передачи уровнем МАС первого бита кадра до потери возможности обнаружения коллизии с любым узлом ЛВС. Величина окна коллизий сегмента Fast Ethernet напрямую зависит от его диаметра ——чем больше диаметр сети, тем больше максимальная задержка распространения между любой парой узлов. Согласно спецификации, значение максимально допустимого окна коллизий (называемого временем канала) для Fast Ethernet равно 512 ВТ. Конфигурация составляющих Fast Ethernet, для которой величина окна

коллизий превышает время канала, неверна, и такая сеть будет функционировать плохо. Это правило можно сформулировать еще и так: наихудшее значение SPD в Fast Ethernet не должно превышать половины времени канала. Окно коллизий называют также задержкой времени замкнутого маршрута.

Оконечное оборудование (DTE)

В контексте Fast Ethernet устройство DTE — это узел с сетевым интерфейсом. Учтите, что для медного кабеля разъем RJ45 на устройстве DTE обычно разведен в соответствии с конфигурацией MDI.

Октет

Группа из восьми битов. См. Байт.

Опорная сеть

Высокоскоростная сеть, используемая для связывания сетей с более низкой скоростью передачи данных.

Организационно уникальный адрес (OUA)

Часть 48-битового IEEE-адреса, которая присваивается сетевому интерфейсу производителем устройства. Это номера битов адреса с 23 по 0.

Организационно уникальный идентификатор (OUI)

Основное средство, при помощи которого IEEE управляет адресами МАС или узлов. IEEE предоставляет каждому производителю сетевых интерфейсов один или несколько OUI. В 48-битовом IEEE-адресе OUI занимает биты с 45 по 24. Таким образом, все, что требуется сделать IEEE,—— это проследить за несколькими идентификаторами каждого производителя (часто даже за одним), а не за индивидуальными адресами. 22 бита OUI позволяют получить свыше 4 миллионов комбинаций. Каждый производитель отвечает за соблюдение OUA (уникального адреса производителя), который присваивается каждому выпущенному им устройству. 24 бита OUA позволяют производителю выпустить свыше 16 миллионов сетевых интерфейсов, прежде чем ему понадобится запросить новый OUI.

Отображение или разделение дисков

Прием, используемый в операционных системах персональных компьютеров для поддержки одноранговых сетей. Например, если диск К: Боба был присоединен к компьютеру Карины и Боб сохраняет файл текстового процессора надиске К:, то он записывается на компьютер Карины. Важно отметить, что это произошло без вмешательства других компьютеров: компьютеры Карины и Боба взаимодействовали друг с другом непосредственно. Отображение дисков можно также установить между рабочими станциями и серверами. Например, Боб может связать свой диск М: с \\Bilbo\documents для получения доступа к каталогу documents сервера Bilbo.

Ошибка кадрирования

Ошибки кадрирования возникают при получении пакета, содержащего кадр, длина которого равна дробному числу октетов. Кадры состоят из октетов (байтов), поэтому количество битов в кадре всегда должно быть кратным 8. Если во время передачи кадра некоторые биты были потеряны, то это условие может не выполняться.

Ошибка "слишком много коллизий"

Эта ошибка возникает после того, как МАС вследствие коллизий сделает 16 безуспешных попыток передать кадр.

Ошибки длины

Ошибки длины возникают в случаях, когда значение поля длины/типа (L/T) не согласуется с физической длиной кадра. Такие ошибки могут обрабатываться только тогда, когда для узла задана обработка кадров 802.3. Если узел использует кадры Ethernet-II, то поле L/T для определения таких ошибок применять нельзя.

Ошибки передачи

Ошибки, возникающие вследствие таких проблем со средой или оборудованием, как случайная битовая ошибка (бывает очень редко), некачественные кабели, поврежденные сетевые интерфейсы или повторители и электрические помехи.

Пакет

Способ, которым уровень PHY передает кадр в среде ЛВС. Другими словами, кадры заключены в пакеты и передаются внутри них.

Пакет данных

См. Дейтаграмма.

Перегрузка сети

ЛВС, в которой используются правила доступа к среде CSMA/CD, считается перегруженной, если она работает при максимальном значении показателя использования сети более 20% всего времени.

Перегрузка устройства

Перегрузка в переключателе или маршрутизаторе возникает в случае, когда ресурсов устройства недостаточно для того, чтобы справиться с нагрузкой. В этой ситуации устройство вынуждено отбрасывать кадры. Это означает, что кадр, который должен был быть получен и должным образом обработан устройством, не обрабатывается.

Переключатель

Очень быстрый многопортовый запоминающий мост. В отличие от простого моста, переключатель может одновременно обрабатывать несколько

кадров и имеет несколько активных путей, по которым ретранслируются кадры. Переключатель также может принимать несколько решений о ретрансляции одновременно. Переключатели создаются на основе ASIC.

Переключатель сегмента

Переключатель, содержащий в своей таблице такое число МАС-адресов, которое достаточно для поддержки присоединенных к его портам повторителей.

Переключение cut-through

Переключатель cut-through начинает ретранслировать кадры до того, как они полностью получены переключателем. См. также Переключение store- and-fonvard.

Переключение store-and-forward

Переключатель такого типа получает и хранит полный кадр перед тем, как ретранслировать его. См. также Переключение cut-through.

Перекрестная матрица

Устройство, которое может обеспечить несколько путей для связывания портов переключателя друг с другом.

Петля

См. Петля s сетях с мостами.

Петля в сетях с мостами

Возникает, когда в сети с мостами существует более одного активного пути от узла в одном сегменте к узлу в другом.

Повторитель

В контексте Fast Ethernet и Ethernet повторитель — это устройство, получающее данные от отдельных узлов (через их сетевой интерфейс) и повторяющее эти данные всем остальным узлам. Когда вы участвуете в "коллективном" вызове, то телефонная компания принимает все, что вы говорите, и повторяет это всем остальным слушателям. Таким образом, каждый слышит, что вы говорите. Повторитель Fast Ethernet или Ethernet делает для присоединенных к нему узлов то же самое, но при помощи зашифрованных последовательных битовых потоков. Функция повторителя ——связывать сегменты ЛВС на уровне электрических сигналов. Он получает электрические сигналы, усиливает их, а также восстанавливает их форму и временные параметры.

Повторитель класса I

Один из двух типов повторителей, определенных спецификацией 802.Зи для использования в области коллизий сети Fast Ethernet. Другой тип — это повторитель класса II. В одной области коллизий сети Fast Ethernet

можно применять только один повторитель класса I. Повторители класса I нельзя присоединять к другим повторителям, однако это ограничение обходится путем использования наращиваемых повторителей.

Повторитель класса II

Один из двух типов повторителей, определенных спецификацией 802.Зи для использования в области коллизий сети Fast Ethernet. Другой тип —— это повторитель класса I. При использовании правил передачи модели 1 в одной области коллизий Fast Ethernet можно применять только один или два повторителя класса П. Повторитель класса II можно соединить с другим повторителем класса II, но не с повторителем класса I.

Повторитель-концентратор

Устройство, способное работать и как концентратор (центральная точка, в которой сходятся много сегментов кабеля при использовании топологии типа звезда), и как повторитель пакетного уровня. Все повторители Ethernet и Fast Ethernet одновременно являются концентраторами.

Показатель использования сети

Отношение количества битов, переданных по сети в течение определенного времени, к максимально возможному количеству битов, которые могли быть переданы за это время. Это значение обычно выражается в процентах и всегда меньше 100%.

Полнодуплексный

Для Ethernet и Fast Ethernet такой режим реализуется с использованием переключателя, создающего одноранговое соединение между узлами ЛВС, позволяющее выполнить одновременно и передачу, и прием пакетов данных. Производительность полнодуплексного канала в два раза выше, нем полудуплексного. Ethernet в полнодуплексном режиме способна передавать данные со скоростью 20 Мбит/с. Полнодуплексная сеть 100Base-TX или lOOBase-FX имеет пропускную способность 200 Мбит/с.

Полнодуплексный канал

Канал, который по своей природе является полнодуплексным. Другими словами, он одновременно поддерживает потоки данных в двух направлениях.

Полнодуплексный режим

Режим работы между двумя узлами Ethernet или Fast Ethernet, когда обнаружение коллизий отключено. Это означает, что оба узла мотуг одновременно передавать данные друг другу. Такое возможно только при использовании каналов 10Base-T, lOOBase-TX и 100Base-FX, которые по своей природе являются полнодуплексными.

Полное использование

Сеть работает в режиме полного использования, когда и предложенная нагрузка, и показатель использования сети высокие. Хороший способ определения этого режима — состояние, в котором при увеличении предложенной нагрузки показатель использования сети не увеличивается.

Полоса пропускания

Количество данных, которые можно передать по каналу; измеряется в битах в секунду.

Полудуплексный

В полудуплексном режиме сетевой трафик между двумя DTE является однонаправленным, т.е. одновременно осуществлять и передачу, и получение нельзя.

Полученный CRC

Значение CRC кадра вычисляется МАС при его получении. Это значение сравнивается с последними 4 байтами кадра (его контрольная сумма). Если эти значения различаются, то кадр на пути от отправителя к получателю был искажен и должен быть отброшен. Если они совпадают, то кадр правильный и может дальше обрабатываться МАС и/или узлом.

Порт MDI

Сетевой интерфейс Ethernet или Fast Ethernet. В порту MDI пара 3 кабеля соединена с уровнем PHY приемника, а пара 1 — с уровнем PHY передатчика.

Порт MDI-X

Обычный порт повторителя Ethernet или Fast Ethernet. В порту MDI-X пара I кабеля соединена с уровнем PHY приемника, а пара 3 — с передатчиком.

Порт связи

Специальный порт повторителя 10Base-T или повторителя Fast Ethernet класса II, использующийся для связи с другим повторителем.

Правила доступа к среде

Правила для технологии ЛВС, определяющие, когда сетевой интерфейс может передавать и/или получать кадры из ЛВС. Правила доступа к среде для данной технологии ЛВС почти всегда являются ее отличительной особенностью. Fast Ethernet и Ethernet имеют одинаковые правила доступа к среде под названием CSMA/CD. В технологиях Token Ring, FDDI, 100VG AnyLAN и ARCNet имеются свои правила.

Правила топологии

Набор правил, который определяет, каким образом должны быть физически соединены друг с другом составляющие сети. Эти правила часто диктуют максимальную длину кабеля и число составляющих, например повторителей, которые могут присутствовать в сети. Все сетевые технологии имеют правила топологии, и такие правила для различных технологий очень отличаются. При сравнении сетевых технологий правила топологии могут быть отнесены как к преимуществам, так и к недостаткам. Например, правила Fast Ethernet весьма жестки, если сравнивать их с правилами других высокоскоростных технологий, таких как FDDI или 100VG AnyLAN.

Правило 80/20

Одно из самых распространенных сетевых правил. Сегментация системы Ethernet с помощью мостов эффективна, если объем внутрисегментного трафика значительно больше, чем межсегментного. Правило 80/20 гласит, что сетевая система должна быть спроектирована так, чтобы по крайней мере 80% трафика было внутрисегментным. Естественно, на межсегментный трафик остается 20%. Когда это правило соблюдается, то мосты очень эффективны. Для соблюдения правила обычно достаточно поместить часто используемые серверы в одних сегментах с их пользователями.

Предложенная нагрузка

Объем данных или кадров, которые необходимо передать по сета. Другим словами, предложенная нагрузка ——это пропускная способность, которая требуется для обслуживания пользователей в данный момент времени, или просто объем трафика, который необходимо передать по ЛВС. Следует отличать этот показатель от показателя использования сети, который указывает, сколько данных в действительности передается по локальной сети. Важно понимать, что эти понятия совершенно различны. Способа для точного измерения значения предложенной нагрузки не существует.

Предотвращение и обнаружение вторжения

См. Предотвращение подслушивания.

Предотвращение подслушивания

Способ обеспечения безопасности на канальном уровне, часто называемый предотвращением и обнаружением вторжения, не позволяющий злоумышленнику "сунуть нос" в сетевой трафик, подключившись к сегменту. Такое подключение позволяет злоумышленнику перехватывать из ЛВС данные, например пароли, файлы, электронную почту и др.

Предотвращение подстановки имен

Способ обеспечения безопасности на канальном уровне, который не позволяет злоумышленнику нарушить безопасность сети путем изменения МАС-адреса, применяемого узлом, на котором действует злоумышленник, для доступа к ЛВС.

Приемопередатчик

Часть PHY. Устройство, отвечающее за преобразование электрических сигналов, распространяющихся по среде, в цифровые сигналы, использующиеся внутри устройства, и наоборот.

Пробка

Если узел передает пакет и обнаруживает коллизию, он посылает кадр пробки для того, чтобы все остальные узлы также обнаружили коллизию. Когда повторитель обнаруживает коллизию на каком-либо из портов, он посылает пакет пробки на все остальные порты, чтобы вызывать таким образом коллизию в передающем сегменте и заставить "молчащие'* узлы подождать перед передачей данных.

Программируемая вентильная матрица (FPGA)

Устройство, состоящее из большого количества логических устройств (вентилей), которые можно соединять между собой практически бесконечным числом способов путем загрузки в устройство программы FPGA. Для тестирования проект ASIC конвертируют в программу FPGA и загружают в FPGA, являющееся частью реального устройства, например, переключателя. После этого проект можно протестировать более тщательно, чтобы убедиться в правильности его работы. Недостаток FPGA состоит в их дороговизне ——большая программируемая вентильная матрица может стоить более 10000 долларов. Многие проекты ASIC не помещаются в одну FPGA. Для размещения проекта ASIC может потребоваться FPGA стоимостью 50000 долларов, а готовая микросхема обойдется в 10—12 долларов. См. ASIC.

Пропускная способность

Количество байтов, переданных за секунду. Это могут быть данные, переданные по некоторой среде, через устройство или по ЛВС.

Простая задержка в пути (SPD)

Значение SPD для двух данных узлов вычисляется простым сложением задержек распространения каждого компонента сети между уровнями МАС каждого узла.

Простой протокол управления сетью (SNMP)

Протокол, который используется станциями управления сетью (NMS) и агентами для взаимодействия друг с другом. SNMP ——протокол уровня

приложения, который применяется при передаче данных между NMS и агентом машинно-независимым способом. Это стандартный протокол, определенный IETF.

Протокол

Набор правил, которые регламентируют процесс обмена данными между компьютерами. Это общее, но точное определение. Протоколы делятся на две категории: протоколы уровня приложения и сетевые протоколы.

Протокол передачи гипертекста (HTTP)

Протокол, используемый Web-броузером для взаимодействия с Web-серверами.

Протоколы уровня приложения

Как в сетях типа клиент/сервер, так и в одноранговых сетях приложения взаимодействуют с использованием протоколов уровня приложения. В настоящее время используются сотни, если не тысячи, таких протоколов. Одни из них, например HTTP и FTP, хорошо документированы и распространены, а другие запатентованы, используются в программном обеспечении одного-единственного производителя и поэтому ориентированы на узкое применение. Протоколы уровня приложения обычно работают поверх протоколов сетевого уровня.

Процент коллизий

Выраженное в процентах отношение числа успешно переданных кадров к числу коллизий, случившихся в течение определенного периода времени. Обычно это значение меньше 100%, однако, если в течение определенного периода времени число коллизий превышает число успешно переданных кадров, оно может быть и больше 100%.

Разбиение

В контексте Fast Ethernet и Ethernet разбиение состоит в разделении одной области коллизий или сегмента на два или более сегмента с использованием переключателей или мостов. Это обычно делается для повышения производительности или для преодоления ограничений топологии, когда необходимо изменить конфигурацию сегмента.

Разветвление

Ситуация, когда кадр ретранслируется более чем на один порт моста или переключателя (исключая входной порт). Очень похоже на лавинную маршрутизацию.

Разделочные блоки

Разделочные блоки используются для подключения кабелей, входящих в распределительный шкаф. При помощи специального инструмента провод заталкивается между тисками несъемного зажима, зажим счищает его

внешнюю изоляцию и обеспечивает электрический контакт. Подобные блоки много лет использовались телефонными компаниями и оттуда пришли в распределительные шкафы ЛВС.

Размножение кадров

Возникает, когда петля в сети с мостами заставляет мост копировать однопунктовые кадры.

Режим монитора

Специальный режим, в котором может работать МАС сетевого интерфейса. Когда МАС находится в режиме монитора, он копирует все полученные кадры в сетевой интерфейс узла независимо от указанного в них адреса получателя. Режим называется режимом монитора, поскольку используется сетевыми анализаторами для отслеживания и записи всего полученного сетевого трафика.

Ретрансляция

При ретрансляции устройство (мост, переключатель или маршрутизатор) получает кадр на один порт и передает его через другой порт (см. также Фильтрация). Правила, определяющие, когда передавать, а когда не передавать кадр, называются правилами ретрансляции. Правила ретрансляции для мостов определены в спецификации 802.Id. Правила для маршрутизаторов зависят от протокола. Например, для протоколов IPX и IP имеются разные (хотя и похожие) правила. Они находятся вне компетенции IEEE: правила для протокола IP определяет IETF, а правила для протокола IPX установлены фирмами Novell и Xerox.

Решение о ретрансляции

Решение переключателя или моста по поводу того, что делать с полненным кадром. Маршрутизаторы также принимают решения о ретрансляции, однако механизм, который они при этом используют, совершенно иной.

Сбалансированные сигналы

В сбалансированном сигнале полярности сигналов, передающихся по разным проводам пары, противоположны. Сбалансированные сигналы в витых парах очень устойчивы к наводкам, их можно передавать на большие расстояния, необходимо лишь учитывать ограничение на длину медного кабеля (100 метров). Многие несбалансированные сигналы, подобные используемым в последовательных портах RS232, можно использовать только на расстояниях 50—100 футов.

Сегмент

В контексте Fast Ethernet и Ethernet сегмент —— это одна область коллизий или одна ЛВС.

Сегментация

Разделение полосы пропускания между несколькими ЛВС для предотвращения эффекта "бутылочное горлышко".

Сегментирование

То же, что и разбиение.

Сетевая интерфейсная плата (NIC)

NIC часто выполняет больше действий, чем обычный сетевой интерфейс, который только связывает узлы с ЛВС. NIC может быть оснащена дополнительными средствами, такими как загрузочное ПЗУ, буферная память, выделенные контроллеры ввода/вывода, светодиодные индикаторы, программы автоматического конфигурирования, встроенная диагностика и другие. См. Сетевой интерфейс.

Сетевой адаптер

То же, что и сетевая интерфейсная плата. См. Сетевой интерфейс.

Сетевой адрес

Адрес, идентифицирующий узел в маршрутизируемой сети. Сетевые адреса состоят из двух частей: номера узла и номера сети.

Сетевой интерфейс

Сетевой интерфейс (его часто называют сетевым интерфейсным контроллером, NIC)——это модуль, который связывает узлы в ЛВС (см. Узел), NIC может быть встроен, например, в материнскую плату компьютера или принтер, или располагаться на отдельной плате. NIC может также означать и сетевую интерфейсную плату. Термины сетевая интерфейсная плата и сетевой адаптер обычно употребляются для обозначения сетевого интерфейса, расположенного на отдельной плате.

Сетевой интерфейсный контроллер

Аппаратный модуль рабочей станции или сервера, который физически связывает их с сетью. NIC поддерживается специальным сетевым программным обеспечением — сетевым драйвером, работающим под управлением операционной системы хоста.

Сетевые протоколы

Стандартные правила, с помощью которых приложения взаимодействуют друг с другом по сети, используя протоколы уровня приложения. Они подобны стандартным английскому, немецкому или французскому языкам ——в высшей степени стандартизованы, документированы, общеприняты и легки для понимания. В отличие от протоколов уровня приложения, которых существует огромное количество, распространенные сетевые протоколы можно пересчитать по пальцам, и только два из них — TCP/IP и SPX ——используются действительно повсеместно.

Сетевые протоколы определяют формат сообщения и правила взаимодействия узлов друг с другом. Все подобные протоколы, а особенно TCP/IP, могут использоваться в самых различных сетевых технологиях. Протокол TCP/IP может применяться как в традиционных технологиях типа Ethernet или Token Ring, так и в новых типа Fast Ethernet. Одной из основных особенностей сетевых протоколов является независимость от среды передачи. Приложение, использующее TCP/IP или IPX/SPX, работает независимо от сетевой технологии. Это позволяет приложениям общего назначения функционировать в любой сетевой среде, поддерживающей данные протоколы. Например, вы можете заменить вашу сеть Ethernet на Fast Ethernet, а все ваши приложения будут работать как и раньше, но существенно быстрее.

Симметричная нагрузка

Возникает, когда нагрузка, предложенная устройству, равномерно распределена между всеми его портами. Такой вид нагрузки обычно используется в установившемся потоке при проверке устройства и определении его максимальной пропускной способности.

Скорость в кабеле

Достигается, когда по ЛВС с методом доступа к среде CSMA/CD передается установившийся поток кадров, в котором промежуток между кадрами равен IPG. Другими словами, серия кадров передается настолько быстро, насколько возможно. Скорость передачи кадров зависит от их размера. Скорость в кабеле для 64-байтовых кадров (минимальный размер) составляет 148 809,52 кадра в секунду. Для 1518-байтовых кадров (максимальный размер) она составляет 8127,44 кадра в секунду.

Совместимость

Говорят, что два (или более) устройства совместимы, если они корректно работают совместно в контексте формальной или неформальной спецификации или принятого способа. Цель спецификаций, подобных документам 802.3 Ethernet и Fast Ethernet ——правильно, однозначно и полно описать подробности работы технологии так, чтобы все производители могли выпускать совместимое оборудование.

Совместно используемая среда

Любая технология ЛВС, в которой узлы физически или логически связаны и совместно используют одну и ту же среду. Все современные технологии ЛВС, включая Fast Ethernet, Ethernet, FDDI, 100VG AnyLAN, Token Ring и ARCNet, являются технологиями совместно используемой среды.

Совокупная скорость ретрансляции

Максимальное количество кадров, которое может быть ретранслировано всеми портами моста. Например, четырехпортовый мост Ethernet может

иметь максимальную скорость ретрансляции 14800 кадров в секунду, а совокупную — всего лишь 18000 кадров в секунду. Это означает, что он способен поддерживать максимальную скорость не на всех своих портах одновременно, а лишь на двух.

Соперничество

Когда два или более узлов вещают одновременно и возникает коллизия, то говорят, что узлы соперничают за сеть. Соперничество ——это часть механизма распределения прав на передачу данных между узлами ЛВС при использовании правил доступа к среде CSMA/CD.

Специализированная интегральная микросхема (ASIC)

Микросхема, специально спроектированная для конкретного применения. Все современные переключатели основаны на ASIC. ASIC позволяют реализовать сложные и быстродействующие конструктивные решения в виде дешевых электронных микросхем с высокой степенью интеграции. Прекрасно, что компьютеры становятся мощнее и дешевле. Вспомните время, когда модем на 300 бод стоил 1200 долларов. ASIC ——это воплощение больших функциональных возможностей и низкой цены. Инженеры-проектировщики работают над ними так же, как программисты над программами. Проектирование логики осуществляется на компьютере с использованием языка высокого уровня. Раньше заказные электронные микросхемы проектировались на уровне транзисторов, что было нудным, сложным и длительным процессом. Чтобы проверить такую микросхему, ее нужно было создать. Часто это обходилось очень дорого. Если обнаруживались какие-либо проблемы (а обычно так и случалось), процесс надо было начинать заново, С появлением ASIC все изменилось. ASIC проектируются не на уровне транзисторов, а на логическом уровне с использованием специального языка. Путем компьютерного моделирования конструкторское решение ASIC может быть тщательно проверено до того, как будет создано физическое устройство в единственном экземпляре.

Станция управления сетью (NMS)

Обычно приложение, запущенное на рабочей станции, собирающее данные у агентов устройств и управляющее ими с использованием протокола SNMP. Данные, передаваемые между NMS и агентом, определены в MIB. NMS, прочитав MIB, знает, какие объекты данных можно взять у агента.

Таблица МАС-адресов

Таблица, в которой хранятся соответствия между портами и МАС-адресами и информация о старении адресов. Эта таблица создается мостом или переключателем во время процесса запоминания адресов.

Тест MAX throughput

Тест для переключателя и моста, создающий симметричную, установившуюся нагрузку, соответствующую скорости в кабеле, с максимальным размером кадра 1518 байтов (12144 бита).

Тест MAX traffic

Тест для переключателя и моста, создающий симметричную, установившуюся нагрузку, соответствующую скорости в кабеле, с минимальным размером кадра 64 байта (512 битов).

Тип кадра

Характеристика, определяющая способ структурирования данных в кадре. Существуют четыре основных типа кадров Ethernet: 802.3, SNAP, Ethernet- II (или DIX) и формат Raw.

Удаленный мост

Такой мост подключен к сегменту Ethernet с одной стороны и имеет последовательный порт с другой стороны, к которому подключена последовательная линия. Он соединен с аналогичным устройством на другой стороне последовательной линии и обычно используется в каналах WAN. Для соединения двух удаленных мостов применяется выделенная линия или модем.

Узел

Любое устройство, соединенное с ЛВС. Узел соединяется с ЛВС посредством сетевого интерфейса. В качестве узла могут выступать рабочая станция, принтер, маршрутизатор, переключатель, мост, факс или терминал. Узел может иметь несколько сетевых интерфейсов и соединяться с несколькими ЛВС. Однако сетевой интерфейс может входить в состав только одного узла.

Универсально управляемый адрес (UAA)

Термин IEEE, который применяется для обозначения МАС-адресов.

Управляемость

Говорят, что устройство управляемо, если оно поддерживает протокол SNMP.

Установившаяся нагрузка

Нагрузка, не изменяющаяся со временем. См. Симметричная нагрузка.

Фильтрация

Многие устройства, такие как мосты, переключатели и маршрутизаторы, фильтруют кадры, т.е. получают кадр на один порт и не передают его на другой порт. МАС сетевого интерфейса также фильтрует получаемые кадры. В сетях Fast Ethernet или Ethernet любой сетевой интерфейс,

присоединенный к ЛВС, получает все кадры, переданные всеми остальными сетевыми интерфейсами. Когда МАС получает кадр, он сравнивает адрес получателя кадра с собственным МАС—адресом. Если они не совпадают и адрес не является многопунктовым или широковещательным, то кадр фильтруется. Другими словами, он не копируется из ЛВС в узел для обработки.

Флажок I/G

См. Флажок индивидуального/группового адреса.

Флажок U/L

См. Флажок универсального/местного управления.

Флажок индивидуального/группового адреса (I/G)

Бит 47 (первый бит) в 48-разрядном IEEE-адресе используется для указания того, каким индивидуальным или групповым — является адрес. Индивидуальные адреса присваиваются одному и только одному интерфейсу (или узлу) в сети. Адреса, у которых бит I/G установлен в 0, обычно называются МАС-адресами или адресами узла. Они всегда уникальны для одного сетевого интерфейса в ЛВС. Если бит I/G установлен в 1, то адрес является групповым и обычно называется многопунктовым адресом или функциональным адресом. Групповой адрес может быть присвоен одному или нескольким сетевым интерфейсам в ЛВС. Кадры, посланные по групповому адресу, получают или копируют все сетевые интерфейсы ЛВС, имеющие данный групповой адрес. Многопунктовые адреса позволяют послать кадр подмножеству узлов ЛВС. Если бит I/G установлен в 1, то все биты с 46 по 0 трактуются как многопунктовый адрес. Если все биты с 46 по 0 равны 1, то такой адрес является широковещательным.

Флажок универсального/местного управления (U/L)

46-й бит 48-битового IEEE-адреса. Этот флажок определяет, является ли адрес локально или глобально управляемым. Если флажок I/G индивидуального или группового адреса и флажок U/L установлены в 0, то адрес является 48-битовым номером, уникальным для сетевого интерфейса. Если флажок I/G равен 0, а флажок U/L — 1, то адрес присвоен местным сетевым администратором и не управляется IEEE.

Фрагментация IP

Разбиение дейтаграмм IP на меньшие дейтаграммы, для того чтобы их можно было передать из одной ЛВС в другую, поддерживающую меньший размер кадров. Например, FDDI может поддерживать кадры размером до 64000 байтов. Если такую дейтаграмму нужно передать в ЛВС Fast Ethernet, то ее необходимо фрагментировать.

Центр данных

Место, в котором расположено большинство или все серверы организации. Другие сетевые ресурсы часто также расположены в центре данных.

Широковещательная область

Множество всех узлов, присоединенных к переключаемой сети или сети с мостами, которые получают друг от друга широковещательные кадры. Одна область коллизий и один сегмент являются вместе с тем и широковещательной областью, однако широковещательная область может состоять из одного или более сегментов.

Широковещательный адрес

Специальный адрес полут1ателя, расположенный в кадре. В 48-битовом формате IEEE-адреса, который используется всеми технологиями ЛВС, кроме ARCNet, широковещательным называется адрес, у которого все 48 битов установлены в 1. Любой узел может передать в ЛВС широковещательный кадр. Все широковещательные кадры копируются из сети МАС всех сетевых интерфейсов. Другими словами, все узлы ЛВС получают и обрабатывают широковещательные кадры. См. также Многопунктовый адрес и Флажок индивидуального/группового адреса.

Широковещательный кадр

Любой кадр, у которого адрес получателя равен 48-битовому широковещательному IEEE-адресу.

Широковещательный шторм

Возникает, когда наличие петли вынуждает мосты непрерывно передавать широковещательные и/или многопунктовые кадры.

Широкополосные сети

Сети, в которых используется несколько каналов; обычно для одного канала требуется скорость передачи данных не менее 50 Мбит/с.

Шлюз

Точка доступа к каналу WAN. См. WAN.

Шум

Временные или фазовые изменения сигнала, которые могут вызвать ошибки или нарушить синхронизацию в сети.

Элементы данных протокола моста (BPDU)

Сообшения, используемые мостами и переключателями для взаимодействия между собой. BPDU применяются для сбора сведений о топологии сети и уничтожения петель в сетях с мостами.

Ячеистая сеть

Сеть, имеющая множество маршрутизированных соединений между составляющими ее локальными сетями. Например, ячеистая сеть может иметь несколько активных маршрутов между любыми двумя связанными ЛВС.

Предметный указатель

100Base-FX28, 46, 234, 371, 376

—уровень PHY60

100Base-T20

100Base-T257

100Base-T428, 46, 57, 65, 234, 380

—переходныекабели381

—связывание61

100Base-TX28, 46, 57, 235, 372

—переходныекабели374

—связывание58

100Base-X371

Бездисковая рабочая станция72

—загрузочное ПЗУ203

Безопасность171

—и загрузочное ПЗУ203

— и проектирование разводки232

—и связь с Internet289

—функции в повторителях248

Бит

一 I/G68

—U/L70

Брандмауэры289

Бреднер, Скотт266

А

Броузер MIB320, 324

Абстрактное описание

синтаксиса 1 (ASN.1)30

Автоматическое обнаружение узла312

Авторазбиение20, 21

Автораспознавание, в NIC213

Автосогласование65, 213, 371

Агенты311

—удаленного мониторинга (RMON)196

— SNMP117

Адаптер PC Card208

Адаптерные платы107, 204

Адаптеры 10/100212

Администрирование сети

—уровня предприятия185

Адрес(а)

—безопасность252

—в кадрах22

——отправителя67

—— получателя67

—узла68

—формат68

一【Р247

一 МАС22, 68

Алгоритм кодирования 8В6Т383

Алгоритм остовного дерева131

Аппаратная

—разводка кабеля225

Асимметричная нагрузка148

Буферизация45, 273

Буферная память204

— переключателей146

В

Ввод в здание224

Воло ко н но-оптичес ки й

кабель28, 371, 376, 388

— и безопасность232

—и задержка распространения91

—и правила модели 144

—и правила модели 298

—преимущества234

Волшебный пакет215

Восстановление сигнала50

Временные задержки в повторителях45

Время бита51

—задержка334

Время канала88, 333

—и диаметр сети97

— и окна коллизий96

Время отсрочки104

Выход питания из строя229

Г

Генератор трафика267

Глобальная вычислительная

сеть (WAN)15,225

Б

—связи с183, 279

— связывание с225, 286

База управЛяюте访 информации (MIB) 30, 117

Базирование112

—шлюзы17

Гнезда47

Гнездо RJ4559

Голубая книга D1X73

Горизонтальная разводка223, 230

Графические интерфейсы324

Группа

-DiX73

—HostTopN (группа 6)305, 315

一 Toily267

—динамики Ethernet (группа 3)305, 309

— контроля за динамикой (группа 2) 304, 309

— маркетинга176

— перехвата пакетов (группа9)306,318

—событий (группа 10)306,310

—статистики Ethernet (группа 1)304,306

—фильтрации (группа 8)305,318

—хостов (группа 5)305,312

Групповой адрес70

Зонды удаленного мониторинга 24, 120, 304

И

Иерархия26

Интеллекгуальное обратное давление для перек,пючателей278

Интеллектуальные модули связи (SUM) 254

Интерфейс(ы)35, 37

一 PCMCIA201

—не зависящий от среды (МН)216

—приоадных программ (API)30, 37

—специфичные для продукта324

—управления настольными системами (DMI)195

И с м юч ител ьн ые ситуации311

Источник бесперебойного питания (UPS) 229

к

д

Данные

-и NIC40

—незначащие75

—передача22, 42, 49, 210

—цифровые16

Двойное связывание176

Дейтаграммы154

Диагностика

——и циркулярный режим24

Диаметр сети45

—Fast Ethernet325

—и время канала97

—и окно коллизий90, 94

—и переключатели257

Дисковое пространство170

Дискретизация295

Доски объявлений для технической поддержки192

Драйвер(ы):

Кабелепроводы227

Кабели перемычек231

Кабель:

—STP типа i37i, 373, 387

—витая пара20

—для Fast Ethernet21, 28

—— для горизонтальнойразводки230

—задержка, ВТ334

一 и стандарт EIA/TIA 56891, 220, 385

—категории 328, 386

—категории 528, 387

для каналов 100Base-ТХ372

для новых сетей222

и окно коллизий90

—коаксиальный325

—маркировка228

—медный44

—перекрестные соединения231

—прямой60

—связной44

-для NIC191

—сетевого интерфейса40

—системы распределения227

—скорость сигнала86

—стоимость57

3

Загрузочное ПЗУ203

Задержка распространения

—и PHY87

—и диаметр сети97

—и соперничество86

— начала пакета45, 140

—сигнала ПРОБКА55

Запоминание адресов126, 130

Затухание сигнала377

Затянувшаяся передача50, 52, 277

Звуковая плата16

Значение задержки в пути (PDV)87

Кабельная система:

—сертификация222

—создание219

—топологи 兄223

Кабельное оборудование:

—безопасность, проектирование232

—выбор среды233

—и рост сети233

—проверка391

—техническое обслуживание389

—установка389

—элементы223

Кабельные короба227

Ложная несущая (FCE)Ложная несущая (FCE)5151

Ложная несущая (FCE)

Ложная несущая (FCE)

51

51

Кадр(ы)

22, 26

— адресация

68

——затянувшийся

76

—и мосты

122

—и пакеты

48

—карликовый

101, 105, 141

—копирование

23

—объем

67

—ожидаюти!)

82

―размер

96

—размножение

131

—скорость передачи

108

—типы

70

—формат

326

-802.3

75

-CRC

76

一 DiX

75

—Ethernct-II

75

Канальный уровень

—безопасность

248

— модели OS1

33

Код, загружаемый

247

Коллизия(и)

83, 85, 86

—и карликовые кадры

101, 105

— множественные

52

—— причины возникновения

86

—ПОЗДНЯЯ

303

Команда:

一 GET

118

一 GET NEXT

118

一 SET

118

Коннектор MDI

—и интерфейс NIC

211

Консоль

117

-управления сетью

320

Контроллер доступа к среде (МАС)79

—и исправление ошибок

105

— и карликовые кадры

102

—функции

79

Контроллера устройств

115

Контрольная сумма кадра (FCS)

67. 75

Конфигурация сети

—и мосты

123

—классификация

167

Конфликт(ы)

83

— и полнодуплексные связи

150

—поздний

96

Концентратор(ы)

16, 20, 238

~ на базе шасси

241

Корневой мост

158

Локальная вычислительная сеть (ЛВС)15,167

—виртуальная279

—диаметр45

—и маршрутизаторы158

— рабочих групп172

м

М叩山рутизатор(ь【)17, 152, 281

—для защиты устройств285

—для связывания160, 283

—и перегрузка149

——и связи с глобальной сетью183

—краевой284

—функции158, 282, 289

Масштабирование

一 маршрутизируемых сетей282

—переключаемых ЛВС273

Матричная группа (группа 7)305, 316

Медный кабель:

—и правила модели 144

—ограничивающие факторы90

Межпакетная щель (IPG)82

—таймеры89

Методы передачи сигналов Fast Ethernet 326

Микросхемы Thunder-LAN40

Многомодовый волоконно-оптический кабель379

Многопунктовые кадры127

Многопунктовый адрес68, 71, 72

Множественный доступ с контролем несушей и предотвращением конфликтов (CSMA/CD)23, 28, 79

—методы доступа327

-и RFC1650301

——и полнодуплексные связи150

Модули среды265

Модуль данных протокола(PDU)118

Мост(ы)23, 122

—имаршрутизаторы, сравнение153

—ипереключатели, сравнение135

—ипетли130

— исетевые интерфейсы126

—основы работы125

—показатели производительности134

—прозрачность123, 130

Мосты-маршрутизаторы281

н

Наборы микросхем202

Накладные расходы при передаче данных 108

Наращивание237

Небольшие офисы и FastEthernet177

Неэкранированная витаяпара (UTP)57

Номер сети156

Номинальная скорость распространения (NVP)86

—передача48

—размер96

Память FIFO210

О

Параметр использования сети.

—вычисление296

Обеспечение подлинности250

Обзор зоны размещения сети221

Области коллизий85

—сегментация259

Область памяти309

Обмен данными

—через совместно используемую память 202

—bus mastering DMA210

一 DMA202, 209, 210

——DMA с управлением шиной202

Обнаружение коллизий103

Обработка ошибок50

— при помощи пол只 FCS76

—уровня МАС76

Обратное давление277

Обращение к уровню31

Одномодовый волоконно-оптический кабель379

Однопунктовые кадры:

Перегрузка115, 147

一 SUM255

—переключателей148, 273, 277, 303

—переключателей Cut-Through141

Переключаемая ЛВС31

Переключатель(и)24, 31, 121, 257

—внутреннее устройство137

—и масштабирование273

—и мосты, сравнение135

—кадров Kalpana133

—настольный263

—опорной сети265

— остовного дерева278

—перегрузка148, 277, 303

—полнодуплексный режим150, 260

—— преодоление ограничений топологии 257

—проблемы271

—производительность266

—сегмента264

—размножение131

——ретрансляция128,138

—шифрование249

Однопунктовый адрес70

Одноранговая сеть18

Одноранговое программноеобеспечение 37

Окна коллизий87,333

—и время канала96

—и производительность сети99

Оконечная нагрузка19

Октеты67,156

Опорная сеть(и)168,181

—переключатели для258,265

—сжатая185

Опрос304

Организационно уникальный идентификатор (OUI)69

Открытие24

— и широковещательные кадры72

Открытый интерфейс канала данных (ODI)

—спецификация41

Отображение дисков18

Ошибки

—длины77

—кадрирования77

—передачи75

—сети подразделения265

—сети предприятия265

—сети рабочей группы262

—сети рабочей группы10/100264

—сети рабочей группыEthernet 10+100264

—скорость ретрансляции134

——с перекрестной матрицей137

—уровня 3281

—функциональные возможности278

-ASIC135

Переключение

—кадров31, 121, 133

—Interim Cut-Through142

—Store-and-Forward144

Перекрестные наводки вблизи концов (NEXT)389

Петли в сети с мостами130

Планирование сети221

Платы концентраторов244

Повторители класса I44, 55, 237

—задержки распространения87

Повторители класса Н44, 53, 245

—задержки распространения87

—соединение60

Повторител и - кон центраторы20

Повторитель(и)16, 19, 27, 43, 237

—задержки распространения334

п

—и зонды RMON308

Пакет(ы)45

— отбрасывание277

— и интеллекгуальные модулисвязи254

—и обнаружение коллизийЮЗ

—и пакеты124

—класса II245

—наращиваемые237

—обеспечение безопасности248

—топологические правила44

—требования49

—функции49

—функциональные возможности245

Подразделения168

—сети для179

Подуровень

—физического кодирования (PCS) 100Base-T4382

一 РМА383

Показатель использования сети

—для базирования322

—и зонд RMON310

Поле

—данных75

—ДлинаДип (L/T)67, 73, 77

Полнодуплексный режим150, 175, 327

—и вычисление значения

параметра использования сети299

—и переключатели260

Полоса пропускания

—и волоконно-оптический кабель377

—и перегрузка149

— и широковещательность273

—использование в будущем169

Пользователи:

—привычки315

Порт(ы):

— модульный279

—плотность242

—разбиение51

— резервный246

—связи53, 60

—сегментация279

—соединение46

—— управление с помощью повторителей 246

一 DTE59

一 MDI59

—MDI-X59

Портативные компьютеры

и адаптеры PC Card208

Потребление энергии

компьютерными системами214

Потребности предприятия

— определение168

Правила

—доступа к среде23, 79

—модели 144, 329

и PDV92

—модели 244, 333

и диаметр сети98

и PDV92

—топологии

для Fast Ethernet329

ограничения257

Прямой доступ к памяти (DMA) 202, 210

—поддержка в PC Card209

Предложенная нагрузка112

Предметный указатель

Предотвращение вторжения250

Предотвращение использования псевдонимов адресов251

Предотвращение подслущивания248

Приемопередатчики

—для 100Base-TX58

Признак начала кадра (SFD)49

Прикладной уровень модели OSI32

Приложение(я)36

—независимость от среды передачи39

ПРОБКА50, 51, 90

Проблема воронки272

Программируемый ввод/вывод (РЮ)

—обмен данными202, 211

Программное обеспечение приложений36

Программные интерфейсы драйверов41

Программы перехвата пароля249

Проектирование сети221

Производительность сети

—базирование321

—иобъем памяти FIFO210

— иокна коллизий99

—иполнодуплексные связи152

—ипроблемы с переключением271

Пропускная способность:

—максимальная для Fast Ethernet 107 Простая задержка в пути (SPD)87

Простой протокол управления

сетью (SNMP)30, 116, 195

— исключительн ые ситуации311

—управление устройствами291

Протокол (ы)24

— межсетевого обмена пакетами (IPX)

адреса156

поддержка повторителями247

—передачи гипертекста (HTTP)26

—передачи файлов (FTP)36

—прозрачность29

—сетевой38

—управления передачей/межсетевой протокол (TCP/IP)29, 38

—физического уровня (PHY)42, 46

—зависящий от производителя38

—NetBEUI26

Процент коллизий111

Процесс старения127

—и ретрансляция128

Процессор(ы)

— и перегрузка149

—использование NIC196

—коэффициент использованияNIC189

—двухскоростные212

—драйверы40, 191

—загрузочное ПЗУ203

—задержки распространения334

— и автосогласование213

Р

—и буферная память204

Рабочая станция, бездисковая72, 203

Рабочие группы168

—конфигурации для172

—сегментация259

Разбиение21, 51, 122

Разводка между зданиями223, 229

—типы223

Разделочные блоки225, 389

Разъем MDI

—дляканалов100Base-FX378

—дляканалов100Base-T4380

—дляканалов100Base-TX372

Разъемы47, 59, 388

Распределенный волоконно-оптический интерфейс передачи данных (FDDI)64

Распределител ьный шкаф225

Регистрация событий312

Режимы низкого энергопотребления214

Ретрансляция124, 127

—время ожидания139, 142, 144

—гибридные переключатели146

—решение о128, 140

—скорость134

— интерфейс с коннектором MDI211

—клиента198

—многоголовые или многопортовые197

—мобильные201

—наборы микросхем202

—напряжения213

— отношение цена/производительность 189

— простота установки193

— протокол ь(38

—рабочей станции198

—светодиоднь(е индикаторы212

—серверные196

—сертификация218

—техническая поддержка192

—управление195

—управление энергопотреблением214

—Compact PCI201

Сеть(и)15,167

—изоляция участков20

—маршрутизованная157

—надежность171,233

—опорная167,181

—определение размера167

—планирование установки161

с

—плоская181

—подразделения179

Свободное состояние49

Связь

—любой с любым18

—модульная279

Связывание283

Сеансовый уровень модели OS132

Сегментирование122, 124

Сегмент(ы)85

—задней панели241

— переключатели для264

—п рои зводител ьность259

Сервер(ы)

—NIC для196

—приложения36

Сетевой анализатор249

—интерфейс17, 27, 39, 126

—уровень моделиOS133

Сетевые адаптеры (интерфейсные платы)28, 39,187

—адреса153, 155

—архитектура202

—встроенные200

—гарантия194

переключатели дли265

——предприятия182

— рабочей группы:

переключатели для262

—рост, проектирование с учетом 169, 233

—уровни30

—шинные20

—ячеистая153

—Token Ring(маркерное кольцо)81

Сигнал(ы)

— сбалансированные58

—типы310

Сигнальная группа (группа 4)305, 310

Совместное использование дисков18

Соединение16

—конфигурирование с автосогласованием 65

—проблемы50

—целостность21

Соперничество86

Состояние СВЯЗЬ НЕУСТОЙЧИВА52

Специализированная интегральная схема 135 Спецификация доступа сетевого

драйвера (ND1S)41

Стандарт

一 CardBus209

一 ЕГА/Т1А 56891, 385

выбор кабеля386

рекомендуемые длины кабелей390

-IEEE 802.Зи14,57

Станция управления

сетью (NMS)117, 291, 295

Статистика коллизий308

Столкновение(я)

—и разбиение50

Схема а втосогл ас ован и я NWAY65, 198

Счетчик(и)

-в MIB-I1293

—вычисленияпри переполнении296

—коллизий302, 323

—попыток104

一 их PDV87

—составляющие35

—МАС-адреса22

Унаследованные приложения37

Универсально управляемый адрес (UAA) 69

Управление доступом к среде (МАС)

—передача кадров48

Управление компонентами сети30, 291

—броузеры MIB для324

—вне полосы246

—и драйверы40

—и наращиваемые повторители239

—и производительность259

—планирование170

Уровень PHY

—его МАС80

—зависимость от среды56

т

Таблица МАС-адресов126

Телефония в Internet16

Темное волокно234

Тесты

—Бреднера267

—подтверждения согласованности реализации протокола (PICS)48

-МАХ267

Технология обшей среды17

Типы среды371

-и PHY56

Топологические правила18

Топология

—звезды18, 223

—кольца18, 223

Транспортный уровень модели OSI32

Трафик112

—и матричная таблица317

—и правило 80/20124

— проектирование кабельного оборудования для232

—со скоростью кабеля267

Уровень представления данных модели OSI32

Устройства на базе шасси266

—с поддержкой плат WAN288

Устройства уровня 2

—модуль SUM254

—мосты123

—переключатели137

Устройства уровня 3

— маршрутизаторы154,281

Устройство доступа к среде (MAU)21

Устройство(а)

—управляемое30,117,291

—SNMP, чтение с116

Ф

Фальшполы227

Физический уровень (PHY)211

一 в NIC203

Физический уровень модели OS133

Фильтрация23, 124, 127

Форматы сообщений и сетевые протоколы 38

Фрагментация IP289

Функциональный адрес68

У

Удаленный доступ и маршрутизаторы287

Удаленный мониторинг (RMON)319

— поддержка повторителями246

Функция обработки затянувшейся передачи50

Функция обработки поступивших событий 50

Функция разбиения50

II

Узел(лы)126

— время отсрочки, вычисление104

—достижение сети99

—и обнаружение коллизий103

—и передача данных16, 157

~ и правила доступа к среде82

— и сетевые интерфейсы27

Центры данных287

Циклический избыточный код (CRC)

—и сигнал ПРОБКА90

Циркулярный режим24

Ш

Е

Шасси

241

Ethernet

—режимы передачи

210

—10Base-2

19

—топология

18, 223

—10Base-T

20

Шина:

—и Fast Ethernet, сравнение

325

一 EISA

207

—толстый

19

一 [SA

207

—тонкий

19

一 PCI

204

Ether Types

74

напряжения

213

ширина

207

F

Ш и ро ковещател ьная область

128, 157

Fast Ethernet

15, 19

III ироковещател ьность

273

—ограничение на

279

—100 Base-T

20

Широковещательные кадры

70, 71

—и небольшие офисы

177

Широковещательные штормы

130

——кабель для

28

Широковещательный адрес

24, 71

—модернизация до

233

Шлюзы

17

—повторители

45

—как маршрутизаторы

31

—скорость

108

Штекеры

226, 228

—составляющие

27

一 R345

226

—стандартизация

64

маркировка

228

—стоимость

326

—типы среды для

371

э

—эффективность

108

Экранированная витая пара (STP)57, 235, 387

G

Элементы данных протокола моста (BPDU)

131

Gigabit Ethernet

279

Эталонная модель OSI

27, 31, 35

I

я

IEEE-адрес

69

Японская ассоциация развития

Intel

электронной промышленности (JE1DA) 208

—и Ethernet как стандарт

73

—и шина PCI

205

Internet

31, 182

А

—связь с

169, 289

ARCNet

68

ASIC

135

L

LANalyzer (Novell)

318

В

ВООТР

247

м

MIB-II

119, 292

С

—информационные группы

293

Compaq, NIC и драйверы

41

—измерение перегрузки переключателя 303

Concentrator

21

—расширения

2УУ

CRC

76

—специфичные для Ethernet

301

D

N

DEC и Ethernet как стандарт DHCP

73

247

Network Monitor (Microsoft)

Novell Netware, драйверы ODI

318

41

Proxy-серверы

289 Telnet116

— поддержка повторителями247

R

RFC 1242

RFC1271

RFC 1650

RFC1757 RFC 1944

RMON MIB

266W

303Web-узлы,для технической поддержки 193

301Winsock42

303Winsock 2.032

266 120, 292, 303

Содержание

Введение9

Больше новостей, чем мы смогли включить9

За восторгами10

Насколько быстра Fast Ethernet11

Важнейшие черты11

Часть I. Как работает Fast Ethernet

13

Глава 1. Основы Fast Ethernet

Локальная вычислительная сеть: определение

Топология Fast Ethernet

Передача и получение кадров

Протоколы: правила движения Составляющие сети Fast Ethernet Эталонная модель OSI

15

15

18

22

24

27

31

Глава 2. Анатомия узла

Приложения

Сетевые протоколы

Сетевой интерфейс

Драйверы сетевого интерфейса

Программные интерфейсы драйверов

Программные интерфейсы протокола

35

36

38

39

40

41

42

Глава 3. Повторители Fast Ethernet

Правила топологии

Что делают повторители

Протокол физического уровня повторителя

Пакеты: как данные путешествуют по кабелю

Детали работы повторителя

Обработка ошибок на уровне пакета

Ложная несущая

Множественные коллизии

Затянувшаяся передача

Повторители Fast Ethernet класса II

Повторители Fast Ethernet класса I

Типы среды и уровень PHY

Двухточечное соединение

43

44

45

46

48

49

50

51

52

52

53

55

56

62

Еше о 100Base-TX и FX64

Автосогласование65

Глава 4. Кадры: базовое звено взаимодействия67

Адресация кадров68

Адреса и МАС71

Как используются МАС-адреса71

Поле Длина/Тип73

Поле данных75

Контрольная сумма кадра75

Глава 5. МАС и CSMA/CD: сердце и душа Fast Ethernet79

Правила CSMA/CD81

Коллизии85

Почему возникают коллизии86

Время канала и окна коллизий96

Время канала и диаметр сети97

Окно коллизий и производительность сети99

Карликовые кадры101

Обнаружение и исправление коллизий103

Как повторители способствуют обнаружению ошибок103

Исправление ошибок передачи103

Вычисление времени отсрочки104

Прием информации при возникновении коллизии105

Глава 6. Производительность сети107

Максимальная пропускная способность107

Показатель использования сети110

Предложенная нагрузка и производительность сети112

Администрирование сети115

Глава 7. Переключение кащ)ов9 маршрутизация и протоколы121

Мосты122

Переключатели кадров133

Переключение Cut-Through139

Переключение Interim Cut-Through142

Переключение Store-and-Forward144

Использование в одной сети разных скоростей передачи146

Гибридные переключатели146

Перегрузка147

Полнодуплексные связи150

Маршрутизация и протоколы152

Часть II. Как установить локальную сеть Fast Ethernet

161

Глава 8. Определение требований к сети

Планирование сети

Определение размера сети

Разбиение на сегменты и определение рабочих групп и/или подразделений

Определение потребностей предприятия

Оценка возможности роста сети

План управления компонентами сети

Безопасность и надежность

ЛВС рабочих групп

Группа кредиторской задолженности в бухгалтерии

Инженерная группа

Группа маркетинга небольшой компании

Fast Ethernet и небольшой офис

Сети подразделения

Опорные сети

Сети предприятия

Управление устройствами сети уровня предприятия

165

166

167

167

168

169

170

171

172

173

174

176

177

179

181

182

185

Глава 9. Сетевые интерфейсные контроллеры Fast Ethernet

Цена и производительность

Драйверы

Сертификация драйверов

Техническая поддержка

Простота установки

Гарантия

Управление NIC

Типы NIC

Серверные NIC

NIC рабочей станции

Встроенные NIC

Мобильные NIC

NIC CompactPCI

Архитектура NIC

Наборы микросхем NIC

Физический интерфейс (PHY)

Загрузочное ПЗУ

Буферная память

Архитектура шины адаптера

Шина PCI

Шина EISA

Шина ISA

187

189

191

192

192

193

194

195

196

196

198

200

201

201

202

202

203

203

204

204

204

207

207

Адаптер PC Card208

CardBus209

Режимы передачи по шине210

Другие функциональные возможности аппаратного обеспечения211

Среда передачи215

Функциональные возможности NIC217

Сертификация аппаратного обеспечения218

Глава 10. Создание кабельной системы219

Планирование структурированной сети219

Обзор зоны размещения сети221

Этап планирования и проектирования221

Прокладка и сертификация кабеля222

Сертификация кабельной системы222

Топология кабельной системы223

Элементы проектирования структурированных кабельных систем223

Ввод в здание224

Аппаратная225

Распределительный шкаф225

Элементы распределительного шкафа226

Системы распределения кабелей227

Маркировка кабеля228

Компоновка распределительного шкафа228

Содержание распределительного шкафа229

Источники бесперебойного питания229

Опорная разводка229

Горизонтальная разводка230

Рабочая область231

Проектирование системы и кабельная разводка232

Безопасность232

Трафик232

Надежность и качество услуг233

Рост233

Выбор среды д-пя кабельной разводки233

Модернизация до уровня Fast Ethernet 100Base-T233

Когда использовать lOOBase-FX234

Когда использовать 100Base-TXили100Base-T42 34

Когда использовать 100Base-TXиSTP235

Глава 11. Выбор повторителей237

Наращивание237

Как работают наращиваемые устройства240

Концентраторы на базе шасси24!

Повторители класса 11245

Общие функциональные возможности повторителей245

Резервные порты246

Управление вне полосы246

Поддержка RMON246

Управление портами246

Полноэкранный интерфейс246

Загружаемый код247

Поддержка ВООТР и DHCP247

SNMP поверх IPX247

Поддержка Telnet247

Обеспечение безопасности248

Предотвращение подслушивания248

Обеспечение подлинности250

Как предотвратить использование подстановки адресов251

Эффективность функций обеспечения безопасности252

И нтеллектуальные модули связи254

Глава 12. Переключатели Fast Ethernet257

Преодоление ограничений топологии257

Производительность и сегментация259

Производительность отдельного узла260

Категории переключателей262

Переключатели сети рабочей группы262

Переключатели сети подразделения265

Переключатели опорной сети265

Переключатели сети предприятия265

Производительность переключателя266

Тесты МАХ267

Другие способы измерения производительности270

Проблемы, связанные с переключением271

Проблема воронки272

Проблема масштабирования273

Обратное давление277

Общие функциональные возможности переключателей278

Глава 13. Маршрутизаторы281

Маршрутизировать или переключать — вот в чем вопрос282

Маршрутизаторы для связывания283

Маршрутизаторы для связи с глобальными сетями286

Интеграция с ЛВС других технологий289

Связь с Internet289

Глава 14. Управление устройствами сети291

Управление на основе Ml В-II292

Расширения MIB-II299

MIB, специфичные для Ethernet301

Измерение перегрузки переключателя303

Использование сетевого управления RMON303

Базирование и производительность сети321

Броузеры MIB324

Приложение А. Сравнение Ethernet и Fast Ethernet325

Приложение Б. Правила топологии Fast Ethernet329

Приложение В. Web-ресурсы337

Приложение Г. Документы RFC, определяющие производительность339

Приложение Д. Спецификации среды передачи Fast Ethernet371

Приложение Е. Спецификация EIA/TIA на кабель витой пары385

Словарь393

Предметный указатель429

Учебное пособие

Лаем Куни, Ричард Рассел

Fast Ethernet

Редактор И.В. КарпышенкоТехнический редактор О.Н. Заплаткина

Лицензия на издательскую деятельность № 071405от 28 февраля 1997 г.ООО «Спаррк».

123364, Москва, ул. Свободы, д. 28, корп. 2.

Подписано в печать 25.12.97. Формат 70X100 1/16.Усл. печ. л. 28. Печать офсетная.

Тираж 5000 экз. Заказ № 1143.

Отпечатано с диапозитивов в ГПП «Печатный Двор»Государственного комитета РФ по печати.197110, С.-Петербург, Чкаловский пр., 15.

Fast Ethernet

Fast Ethernet

Liam b. QuinnRichard G. Russell

WILEY COMPUTER PUBLISHING

New YorkNew York

New York

New York

John Wiley & Sons, Inc.

Chichester • Weinheim • Brisbane • Singapore • Toronto

Лаем КуинРичард Рассел

Fast Ethernet

Перевод с английскогопод редакцией К.Королькова

Киев, BHV, 1998

УДК 681.3.06

Лаем Куин, Ричард Рассел

Fast Ethernet — К.: Издательская группа BHV, 1998 — 448 с.: ISBN 5-7315-0014-2

Книга посвящена описанию новой высокоскоростной сетевой технологии Fast Ethernet. Рассматриваются вопросы планирования сети Fast Ethernet, примеры сетевых конфигураций и возможность их применения в реальных сценариях. Обсуждаются нюансы выбора оборудования. Приложения содержат важную техническую информацию для пользователей, включая полный текст стандарта.

Все права защищены.Авторизованный перевод выполнен с издания на английском языке,напечатанного John Wiley & Sons, Inc.

ISBN 0-47Ы6998-6ISBN 5-7315-0014-2ISBN 0-47Ы6998-6ISBN 5-7315-0014-2© John Wiley & Sons, Inc., 1997

ISBN 0-47Ы6998-6

ISBN 5-7315-0014-2

ISBN 0-47Ы6998-6

ISBN 5-7315-0014-2

© Издательская группа BHV, 1998