GIỚI THIỆU………………………………..3

1 MẠNG ETHERNET VÀ MẠNG ETHERNET NHANH CHÓNG………………………5

2 MẠNG RING TOKEN………………………..9

3 MẠNG ARCNET……………………….14

4 MẠNG LƯỚI FDDI……………………………………………18

5 MẠNG 100VG-AnyLAN………………………….23

6 MẠNG SIÊU TỐC ĐỘ……………………….25

7 MẠNG KHÔNG DÂY……………………….31

KẾT LUẬN…………………………………………………….36

DANH MỤC NGUỒN SỬ DỤNG………….39

GIỚI THIỆU

Kể từ khi các mạng cục bộ đầu tiên ra đời, hàng trăm công nghệ mạng khác nhau đã được phát triển, nhưng chỉ một số ít trở nên phổ biến một cách đáng chú ý. Điều này trước hết là do mức độ tiêu chuẩn hóa cao của các nguyên tắc mạng và sự hỗ trợ của chúng bởi các công ty nổi tiếng. Tuy nhiên, các mạng tiêu chuẩn không phải lúc nào cũng có đặc điểm phá kỷ lục và cung cấp các chế độ trao đổi tối ưu nhất. Nhưng khối lượng sản xuất thiết bị lớn và do đó giá thành thấp mang lại cho họ những lợi thế to lớn. Điều quan trọng nữa là các nhà sản xuất phần mềm cũng chủ yếu tập trung vào các mạng phổ biến nhất. Do đó, người dùng chọn mạng tiêu chuẩn sẽ được đảm bảo đầy đủ về khả năng tương thích của thiết bị và chương trình.

Mục đích của khóa học này là xem xét các công nghệ mạng cục bộ hiện có, đặc điểm và ưu điểm hoặc nhược điểm của chúng so với nhau.

Tôi chọn chủ đề công nghệ mạng cục bộ vì theo tôi, chủ đề này đặc biệt phù hợp hiện nay, khi tính di động, tốc độ và sự tiện lợi được coi trọng trên toàn thế giới, với ít thời gian lãng phí nhất có thể.

Hiện nay, việc giảm số lượng loại mạng được sử dụng đã trở thành xu hướng. Thực tế là việc tăng tốc độ truyền trong mạng cục bộ lên 100, thậm chí 1000 Mbit/s đòi hỏi phải sử dụng các công nghệ tiên tiến nhất và nghiên cứu khoa học tốn kém. Đương nhiên, chỉ những công ty lớn nhất hỗ trợ mạng tiêu chuẩn và các loại mạng tiên tiến hơn của họ mới có thể mua được điều này. Ngoài ra, một số lượng lớn người tiêu dùng đã cài đặt một số loại mạng và không muốn thay thế ngay lập tức và hoàn toàn thiết bị mạng. Khó có khả năng các tiêu chuẩn mới về cơ bản sẽ được áp dụng trong tương lai gần.

Thị trường cung cấp các mạng cục bộ tiêu chuẩn với tất cả các cấu trúc liên kết có thể có, vì vậy người dùng có quyền lựa chọn. Mạng tiêu chuẩn cung cấp nhiều kích cỡ mạng, số lượng thuê bao có thể chấp nhận được và cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng là giá thiết bị. Nhưng việc lựa chọn vẫn không hề dễ dàng. Thật vậy, không giống như phần mềm, không khó để thay thế, phần cứng thường tồn tại trong nhiều năm; việc thay thế nó không chỉ dẫn đến chi phí đáng kể và nhu cầu nối lại dây cáp mà còn phải sửa đổi hệ thống máy tính của tổ chức. Về vấn đề này, sai sót trong việc lựa chọn thiết bị thường đắt hơn nhiều so với sai sót trong việc lựa chọn phần mềm.

1 MẠNG ETHERNET VÀ MẠNG ETHERNET NHANH CHÓNG

Phổ biến nhất trong số các mạng tiêu chuẩn là mạng Ethernet. Nó xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1972 (được phát triển bởi công ty nổi tiếng Xerox). Mạng này tỏ ra khá thành công và kết quả là vào năm 1980, nó được hỗ trợ bởi các công ty lớn như DEC và Intel). Bằng những nỗ lực của họ, vào năm 1985, mạng Ethernet đã trở thành một tiêu chuẩn quốc tế; nó được các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế lớn nhất áp dụng: Ủy ban IEEE 802 (Viện Kỹ sư Điện và Điện tử) và ECMA (Hiệp hội các nhà sản xuất máy tính Châu Âu).

Tiêu chuẩn này được gọi là IEEE 802.3 (đọc bằng tiếng Anh là “tám oh hai chấm ba”). Nó xác định nhiều quyền truy cập vào một kênh loại bus đơn với tính năng phát hiện xung đột và điều khiển truyền dẫn. Một số mạng khác cũng đáp ứng tiêu chuẩn này vì mức độ chi tiết của nó thấp. Kết quả là các mạng IEEE 802.3 thường không tương thích với nhau về cả đặc tính thiết kế và điện. Tuy nhiên, gần đây chuẩn IEEE 802.3 đã được coi là chuẩn cho mạng Ethernet.

Các đặc điểm chính của chuẩn IEEE 802.3 ban đầu:

• cấu trúc liên kết – xe buýt;
• môi trường truyền dẫn – cáp đồng trục;
• tốc độ truyền – 10 Mbit/s;
• chiều dài mạng tối đa – 5 km;
• số lượng người đăng ký tối đa – lên tới 1024;
• chiều dài đoạn mạng – lên tới 500 m;
• số lượng người đăng ký trên một phân khúc – lên tới 100;
• phương pháp truy cập – CSMA/CD;
• Truyền băng hẹp, nghĩa là không điều chế (kênh đơn âm).

Nói đúng ra, có những khác biệt nhỏ giữa tiêu chuẩn IEEE 802.3 và Ethernet nhưng chúng thường bị bỏ qua.

Mạng Ethernet hiện nay là mạng phổ biến nhất trên thế giới (hơn 90% thị trường) và có lẽ nó sẽ vẫn như vậy trong những năm tới. Điều này được hỗ trợ rất nhiều bởi thực tế là ngay từ đầu các đặc điểm, thông số và giao thức của mạng đã mở, do đó một số lượng lớn các nhà sản xuất trên thế giới bắt đầu sản xuất thiết bị Ethernet hoàn toàn tương thích với nhau. .

Mạng Ethernet cổ điển sử dụng cáp đồng trục 50 ohm gồm hai loại (dày và mỏng). Tuy nhiên, gần đây (kể từ đầu những năm 90), phiên bản Ethernet được sử dụng rộng rãi nhất là sử dụng cặp xoắn làm phương tiện truyền dẫn. Một tiêu chuẩn cũng đã được xác định để sử dụng trong mạng cáp quang. Các bổ sung đã được thực hiện đối với tiêu chuẩn IEEE 802.3 ban đầu để phù hợp với những thay đổi này. Năm 1995, một tiêu chuẩn bổ sung xuất hiện cho phiên bản Ethernet nhanh hơn hoạt động ở tốc độ 100 Mbit/s (còn gọi là Fast Ethernet, tiêu chuẩn IEEE 802.3u), sử dụng cáp xoắn đôi hoặc cáp quang làm phương tiện truyền dẫn. Năm 1997, một phiên bản có tốc độ 1000 Mbit/s (Gigabit Ethernet, chuẩn IEEE 802.3z) cũng xuất hiện.

Ngoài cấu trúc liên kết bus tiêu chuẩn, cấu trúc liên kết hình sao thụ động và cây thụ động đang ngày càng được sử dụng nhiều hơn.

Cấu trúc liên kết mạng Ethernet cổ điển

Chiều dài cáp tối đa của toàn bộ mạng (đường dẫn tín hiệu tối đa) về mặt lý thuyết có thể đạt tới 6,5 km, nhưng thực tế không vượt quá 3,5 km.

Mạng Fast Ethernet không có cấu trúc liên kết bus vật lý; chỉ sử dụng hình sao thụ động hoặc cây thụ động. Ngoài ra, Fast Ethernet có nhiều yêu cầu nghiêm ngặt hơn về độ dài mạng tối đa. Rốt cuộc, với tốc độ truyền tăng gấp 10 lần và giữ nguyên định dạng gói, độ dài tối thiểu của nó sẽ ngắn hơn mười lần. Do đó, giá trị cho phép của thời gian truyền tín hiệu kép qua mạng giảm đi 10 lần (5,12 μs so với 51,2 μs trong Ethernet).

Mã Manchester tiêu chuẩn được sử dụng để truyền thông tin trên mạng Ethernet.

Việc truy cập vào mạng Ethernet được thực hiện bằng phương pháp CSMA/CD ngẫu nhiên, đảm bảo sự bình đẳng của các thuê bao. Mạng sử dụng các gói có độ dài thay đổi với cấu trúc.

Đối với mạng Ethernet hoạt động ở tốc độ 10 Mbit/s, tiêu chuẩn xác định bốn loại phân đoạn mạng chính, tập trung vào các phương tiện truyền thông tin khác nhau:

• 10BASE5 (cáp đồng trục dày);
• 10BASE2 (cáp đồng trục mỏng);
• 10BASE-T (cặp xoắn);
• 10BASE-FL (cáp quang).

Tên của đoạn bao gồm ba phần tử: số “10” có nghĩa là tốc độ truyền 10 Mbit/s, từ BASE có nghĩa là truyền trong dải tần cơ sở (nghĩa là không điều chế tín hiệu tần số cao) và cuối cùng là phần tử là độ dài cho phép của đoạn: “5” – 500 mét, “2” – 200 mét (chính xác hơn là 185 mét) hoặc loại đường truyền: “T” – cặp xoắn (từ tiếng Anh “twisted-pair” ), “F” – cáp quang (từ tiếng Anh “cáp quang”).

Tương tự, đối với mạng Ethernet hoạt động ở tốc độ 100 Mbit/s (Fast Ethernet), tiêu chuẩn xác định ba loại phân đoạn, khác nhau về loại phương tiện truyền dẫn:

• 100BASE-T4 (cặp xoắn bốn);
• 100BASE-TX (cặp xoắn kép);
• 100BASE-FX (cáp quang).

Ở đây, số “100” có nghĩa là tốc độ truyền 100 Mbit/s, chữ “T” có nghĩa là cặp xoắn và chữ “F” có nghĩa là cáp quang. Loại 100BASE-TX và 100BASE-FX đôi khi được kết hợp dưới tên 100BASE-X, còn 100BASE-T4 và 100BASE-TX được gọi là 100BASE-T.

Sự phát triển của công nghệ Ethernet ngày càng rời xa tiêu chuẩn ban đầu. Việc sử dụng các phương tiện truyền dẫn và chuyển mạch mới giúp tăng đáng kể kích thước của mạng. Việc loại bỏ mã Manchester (trong mạng Fast Ethernet và Gigabit Ethernet) giúp tăng tốc độ truyền dữ liệu và giảm yêu cầu về cáp. Việc từ chối phương pháp điều khiển CSMA/CD (với chế độ trao đổi song công hoàn toàn) giúp tăng đáng kể hiệu quả hoạt động và loại bỏ các hạn chế về độ dài mạng. Tuy nhiên, tất cả các loại mạng mới cũng được gọi là mạng Ethernet.

MẠNG 2 TOKEN-RING

Mạng Token-Ring được IBM đề xuất vào năm 1985 (phiên bản đầu tiên xuất hiện vào năm 1980). Nó nhằm mục đích kết nối tất cả các loại máy tính do IBM sản xuất. Việc nó được hỗ trợ bởi IBM, nhà sản xuất thiết bị máy tính lớn nhất, cho thấy rằng nó cần được quan tâm đặc biệt. Nhưng điều quan trọng không kém là Token-Ring hiện là tiêu chuẩn quốc tế IEEE 802.5 (mặc dù có những khác biệt nhỏ giữa Token-Ring và IEEE 802.5). Điều này đặt mạng này ở cùng mức trạng thái với Ethernet.

Token-Ring được phát triển như một giải pháp thay thế đáng tin cậy cho Ethernet. Và mặc dù Ethernet hiện đang thay thế tất cả các mạng khác, Token-Ring không thể bị coi là lỗi thời một cách vô vọng. Hơn 10 triệu máy tính trên toàn thế giới được kết nối bởi mạng này.

IBM đã làm mọi thứ để đảm bảo khả năng phân phối mạng của mình rộng nhất có thể: tài liệu chi tiết đã được phát hành, ngay cả sơ đồ mạch của bộ điều hợp. Kết quả là, nhiều công ty, chẳng hạn như 3COM, Novell, Western Digital, Proteon và các công ty khác đã bắt đầu sản xuất bộ điều hợp. Nhân tiện, khái niệm NetBIOS được phát triển riêng cho mạng này cũng như cho một mạng khác, Mạng PC IBM. Nếu các chương trình NetBIOS của Mạng PC được tạo trước đó được lưu trữ trong bộ nhớ chỉ đọc tích hợp của bộ điều hợp, thì trong mạng Token-Ring, chương trình mô phỏng NetBIOS đã được sử dụng. Điều này giúp có thể đáp ứng linh hoạt hơn với các tính năng phần cứng và duy trì khả năng tương thích với các chương trình cấp cao hơn.

Sự phát triển nhanh chóng của các mạng cục bộ, ngày nay được thể hiện sâu hơn trong tiêu chuẩn 10 Gigabit Ethernet và các công nghệ mạng không dây IEEE 802.11b/a, đang ngày càng thu hút nhiều sự chú ý. Công nghệ Ethernet hiện đã trở thành tiêu chuẩn thực tế cho mạng cáp. Và mặc dù công nghệ Ethernet đã không được tìm thấy ở dạng cổ điển trong một thời gian dài, nhưng những ý tưởng ban đầu được đặt ra trong giao thức IEEE 802.3 đã nhận được sự tiếp nối hợp lý trong cả công nghệ Fast Ethernet và Gigabit Ethernet. Vì công lý lịch sử, chúng tôi lưu ý rằng các công nghệ như Token Ring, ARCNET, 100VG-AnyLAN, FDDI và Apple Talk cũng đáng được quan tâm. Tốt. Hãy khôi phục lại công lý lịch sử và ghi nhớ những công nghệ của thời đã qua.

Tôi nghĩ không cần phải nói về sự tiến bộ nhanh chóng trong ngành bán dẫn được quan sát thấy trong thập kỷ qua. Thiết bị mạng chịu chung số phận với toàn bộ ngành: sản xuất tăng trưởng như tuyết lở, tốc độ cao và giá tối thiểu. Năm 1995, được coi là bước ngoặt trong lịch sử Internet, khoảng 50 triệu cổng Ethernet mới đã được bán ra. Một khởi đầu tốt cho sự thống trị thị trường, vốn đã trở nên áp đảo trong 5 năm tới.

Mức giá này không có cho thiết bị viễn thông chuyên dụng. Độ phức tạp của thiết bị không đóng một vai trò đặc biệt nào trong trường hợp này - đó là vấn đề về số lượng. Bây giờ điều này có vẻ khá tự nhiên, nhưng mười năm trước, sự thống trị vô điều kiện của Ethernet còn lâu mới hiển nhiên (ví dụ, trong các mạng công nghiệp vẫn chưa có người dẫn đầu rõ ràng).

Tuy nhiên, chỉ khi so sánh với các phương pháp xây dựng mạng lưới khác, người ta mới có thể nhận ra được ưu điểm (hoặc nhược điểm) của nhà lãnh đạo ngày nay.

Các phương pháp cơ bản để truy cập môi trường vào môi trường truyền dẫn

Các nguyên tắc vật lý mà thiết bị vận hành không quá phức tạp. Theo phương pháp truy cập vào phương tiện truyền dẫn, chúng có thể được chia thành hai loại: xác định và không xác định.

Với các phương thức truy cập xác định, môi trường truyền được phân phối giữa các nút bằng cơ chế điều khiển đặc biệt đảm bảo truyền dữ liệu nút trong một khoảng thời gian nhất định.

Các phương pháp truy cập xác định phổ biến nhất (nhưng không phải là duy nhất) là phương pháp bỏ phiếu và phương pháp chuyển giao quyền. Phương pháp bỏ phiếu ít được sử dụng trong các mạng cục bộ nhưng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để kiểm soát các quy trình công nghệ.

Ngược lại, phương thức chuyển giao quyền lại thuận tiện cho việc truyền dữ liệu giữa các máy tính. Nguyên lý hoạt động là truyền một thông báo dịch vụ - một mã thông báo - qua mạng có cấu trúc liên kết logic vòng.

Việc nhận mã thông báo sẽ cấp cho thiết bị quyền truy cập tài nguyên được chia sẻ. Sự lựa chọn của máy trạm trong trường hợp này chỉ giới hạn ở hai lựa chọn. Trong mọi trường hợp, nó phải gửi mã thông báo đến thiết bị tiếp theo. Hơn nữa, việc này có thể được thực hiện sau khi gửi dữ liệu đến người nhận (nếu có) hoặc ngay lập tức (nếu không có thông tin cần chuyển). Trong quá trình truyền dữ liệu, điểm đánh dấu không có trong mạng, các trạm khác không có khả năng truyền dẫn và về nguyên tắc là không thể xảy ra xung đột. Để xử lý các lỗi có thể xảy ra, do mã thông báo có thể bị mất, cần có cơ chế tái tạo mã thông báo.

Các phương pháp truy cập ngẫu nhiên được gọi là không xác định. Chúng cung cấp sự cạnh tranh giữa tất cả các nút mạng để giành quyền truyền tải. Có thể xảy ra các nỗ lực truyền đồng thời bởi một số nút, dẫn đến xung đột.

Phương pháp phổ biến nhất của loại này là CSMA/CD (phát hiện đa truy cập/xung đột cảm nhận sóng mang). Trước khi truyền dữ liệu, thiết bị sẽ lắng nghe mạng để đảm bảo không có ai khác đang sử dụng. Nếu phương tiện truyền dẫn đang được ai đó sử dụng tại thời điểm này, bộ chuyển đổi sẽ trì hoãn việc truyền tải, nhưng nếu không, nó sẽ bắt đầu truyền dữ liệu.

Trong trường hợp khi hai bộ điều hợp phát hiện đường dây trống và bắt đầu truyền đồng thời thì sẽ xảy ra xung đột. Khi nó được phát hiện, cả hai quá trình truyền đều bị gián đoạn và các thiết bị sẽ lặp lại quá trình truyền sau một khoảng thời gian tùy ý (tất nhiên, sau lần đầu tiên “nghe” lại kênh để xem kênh có bận không). Để nhận thông tin, thiết bị phải nhận tất cả các gói trên mạng để xác định xem đó có phải là đích đến hay không.

Từ lịch sử của Ethernet

Nếu chúng ta bắt đầu xem xét mạng LAN bằng bất kỳ công nghệ nào khác, chúng ta sẽ bỏ lỡ tầm quan trọng thực sự của Ethernet hiện nay trong lĩnh vực này. Cho dù do hoàn cảnh hiện tại hay do lợi thế kỹ thuật, ngày nay nó không có đối thủ cạnh tranh, chiếm khoảng 95% thị trường.

Ngày sinh nhật của Ethernet là ngày 22 tháng 5 năm 1973. Chính vào ngày này, Robert Metcalfe và David Boggs đã công bố bản mô tả mạng thử nghiệm mà họ đã xây dựng tại Trung tâm Nghiên cứu Xerox. Nó dựa trên cáp đồng trục dày và cung cấp tốc độ truyền dữ liệu 2,94 Mbit/s. Công nghệ mới được đặt tên là Ethernet (mạng không dây), để vinh danh mạng vô tuyến ALOHA của Đại học Hawaii, mạng này sử dụng cơ chế tương tự để phân chia môi trường truyền dẫn (không khí vô tuyến).

Đến cuối những năm 70, Ethernet đã có cơ sở lý thuyết vững chắc. Và vào tháng 2 năm 1980, Xerox, cùng với DEC và Intel, đã trình bày sự phát triển của IEEE, mà ba năm sau đó đã được phê duyệt là tiêu chuẩn 802.3.

Phương pháp không xác định của Ethernet để đạt được quyền truy cập vào phương tiện truyền dữ liệu là đa truy cập cảm nhận sóng mang có phát hiện xung đột (CSMA/CD). Nói một cách đơn giản, các thiết bị chia sẻ môi trường truyền tải một cách hỗn loạn, ngẫu nhiên. Trong trường hợp này, thuật toán có thể dẫn đến giải pháp cạnh tranh không bằng nhau giữa các trạm để truy cập vào phương tiện. Ngược lại, điều này có thể gây ra sự chậm trễ truy cập kéo dài, đặc biệt là trong điều kiện tắc nghẽn. Trong trường hợp cực đoan, tốc độ truyền có thể giảm xuống bằng không.

Do cách tiếp cận vô tổ chức này, từ lâu người ta (và vẫn tin rằng) Ethernet không cung cấp khả năng truyền dữ liệu chất lượng cao. Người ta dự đoán rằng nó sẽ được thay thế trước tiên bởi Token Ring, sau đó là ATM, nhưng thực tế mọi chuyện lại diễn ra ngược lại.

Việc Ethernet vẫn thống trị thị trường là do những thay đổi lớn mà nó đã trải qua trong suốt 20 năm tồn tại. “Gigabit” đó ở chế độ song công hoàn toàn mà chúng ta hiện thấy trong các mạng cấp đầu vào, có rất ít điểm giống với người sáng lập dòng 10Base 5. Đồng thời, sau khi giới thiệu 10Base-T, khả năng tương thích vẫn được duy trì ở cả cấp độ. tương tác của thiết bị và ở cấp độ cơ sở hạ tầng cáp.

Phát triển từ đơn giản đến phức tạp, tăng trưởng cùng với nhu cầu của người dùng - đây chính là chìa khóa dẫn đến sự thành công đáng kinh ngạc của công nghệ. Phán xét cho chính mình:

• Tháng 3 năm 1981 - 3Com giới thiệu bộ thu phát Ethernet;
• Tháng 9 năm 1982 - bộ điều hợp mạng đầu tiên cho máy tính cá nhân được tạo ra;
• 1983 - đặc điểm kỹ thuật IEEE 802.3 xuất hiện, cấu trúc liên kết bus của mạng 10Base 5 (Ethernet dày) và 10Base 2 (Ethernet mỏng) được xác định. Tốc độ truyền - 10 Mbit/s. Khoảng cách tối đa giữa các điểm của một đoạn được đặt là 2,5 km;
• 1985 - Phiên bản thứ hai của đặc tả IEEE 802.3 (Ethernet II) được phát hành, trong đó có những thay đổi nhỏ đối với cấu trúc tiêu đề gói. Một nhận dạng cứng nhắc của các thiết bị Ethernet (địa chỉ MAC) đã được hình thành. Một danh sách địa chỉ đã được tạo để bất kỳ nhà sản xuất nào cũng có thể đăng ký một phạm vi duy nhất (hiện chỉ có giá 1.250 USD);
• Tháng 9 năm 1990 - IEEE phê duyệt công nghệ 10Base-T (cặp xoắn) với cấu trúc liên kết hình sao và các hub vật lý. Cấu trúc liên kết logic CSMA/CD không thay đổi. Tiêu chuẩn này dựa trên sự phát triển của SynOptics Communications dưới tên chung là LattisNet;
• 1990 - Kalpana (sau này nó nhanh chóng được mua cùng với bộ chuyển mạch CPW16 do gã khổng lồ tương lai Cisco phát triển) cung cấp công nghệ chuyển mạch dựa trên việc từ chối sử dụng đường truyền liên lạc dùng chung giữa tất cả các nút của phân khúc;
• 1992 - bắt đầu sử dụng công tắc (swich). Sử dụng thông tin địa chỉ có trong gói (địa chỉ MAC), bộ chuyển mạch tổ chức các kênh ảo độc lập giữa các cặp nút. Chuyển mạch chuyển đổi một cách hiệu quả mô hình Ethernet không xác định (có tranh chấp về băng thông) thành một hệ thống có địa chỉ dữ liệu mà không cần sự chú ý của người dùng;
• 1993 - Thông số kỹ thuật IEEE 802.3x, song công hoàn toàn và kiểm soát kết nối cho 10Base-T xuất hiện, thông số kỹ thuật IEEE 802.1p bổ sung thêm địa chỉ multicast và hệ thống ưu tiên 8 cấp. Fast Ethernet được đề xuất;
• Fast Ethernet, tiêu chuẩn IEEE 802.3u (100Base-T), được giới thiệu vào tháng 6 năm 1995.

Đây là lúc câu chuyện ngắn có thể kết thúc: Ethernet đã có hình dạng khá hiện đại, nhưng sự phát triển của công nghệ, tất nhiên, vẫn chưa dừng lại - chúng ta sẽ nói về điều này sau.

ARCNET bị lãng quên một cách đáng kể

Mạng máy tính tài nguyên đính kèm (ARCNET) là một kiến ​​trúc mạng được Datapoint phát triển vào giữa những năm 70. ARCNET chưa được chấp nhận làm tiêu chuẩn IEEE, nhưng tuân thủ một phần với IEEE 802.4 dưới dạng mạng truyền mã thông báo (vòng logic). Gói dữ liệu có thể có kích thước bất kỳ từ 1 đến 507 byte.

Trong tất cả các mạng cục bộ, ARCNET có khả năng cấu trúc liên kết rộng nhất. Ring, bus chung, star, tree có thể được sử dụng trong cùng một mạng. Ngoài ra, có thể sử dụng các đoạn rất dài (lên đến vài km). Các khả năng rộng rãi tương tự cũng áp dụng cho môi trường truyền dẫn - cả cáp đồng trục và cáp quang, cũng như cáp xoắn đôi đều phù hợp.

Tiêu chuẩn rẻ tiền này đã bị ngăn cản việc thống trị thị trường bởi tốc độ thấp - chỉ 2,5 Mbit/s. Khi Datapoint phát triển ARCNET PLUS với tốc độ truyền lên tới 20 Mbit/s vào đầu những năm 1990, thời gian đã trôi qua. Fast Ethernet không để lại cho ARCNET một chút cơ hội nào để được sử dụng rộng rãi.

Tuy nhiên, ủng hộ tiềm năng to lớn (nhưng chưa bao giờ được nhận ra) của công nghệ này, chúng ta có thể nói rằng trong một số ngành (thường là hệ thống điều khiển quy trình) các mạng này vẫn tồn tại. Khả năng truy cập xác định, khả năng cấu hình tự động và đàm phán tỷ giá hối đoái trong phạm vi từ 120 Kbit/s đến 10 Mbit/s trong điều kiện sản xuất thực tế khó khăn khiến ARCNET trở nên không thể thay thế được.

Ngoài ra, ARCNET còn cung cấp khả năng cần thiết cho các hệ thống điều khiển để xác định chính xác thời gian truy cập tối đa tới bất kỳ thiết bị nào trên mạng dưới bất kỳ tải nào bằng cách sử dụng công thức đơn giản: T = (TDP + TOBSNb)SND, trong đó TDP và TOB là đường truyền thời gian của một gói dữ liệu và một byte tương ứng tùy thuộc vào tốc độ truyền được chọn, Nb là số byte dữ liệu, ND là số lượng thiết bị trên mạng.

Token Ring là một ví dụ điển hình về việc chuyển token

oken Ring là một công nghệ khác có từ những năm 70. Sự phát triển này của gã khổng lồ xanh - IBM, nền tảng của tiêu chuẩn IEEE 802.5, có cơ hội thành công cao hơn nhiều mạng cục bộ khác. Token Ring là một mạng truyền token cổ điển. Cấu trúc liên kết logic (và vật lý trong các phiên bản đầu tiên của mạng) là một vòng. Các sửa đổi hiện đại hơn được xây dựng trên cáp xoắn đôi theo cấu trúc liên kết hình sao và với một số dự trữ tương thích với Ethernet.

Tốc độ truyền ban đầu được mô tả trong IEEE 802.5 là 4 Mbit/s, nhưng hiện tại đã có phiên bản mới hơn là 16 Mbit/s. Do phương pháp truy cập phương tiện được hợp lý hóa (xác định) hơn, Token Ring thường được quảng bá trong giai đoạn đầu như một sự thay thế ưu việt cho Ethernet.

Bất chấp sự tồn tại của sơ đồ truy cập ưu tiên (được chỉ định cho từng trạm riêng lẻ), không thể cung cấp tốc độ bit không đổi (Tốc độ bit không đổi, CBR) vì một lý do rất đơn giản: các ứng dụng có thể tận dụng các sơ đồ này đã làm thì không tồn tại. Và ngày nay không còn nhiều nữa.

Trong trường hợp này, chỉ có thể đảm bảo rằng hiệu suất của tất cả các trạm trong mạng sẽ giảm như nhau. Nhưng điều này là chưa đủ để giành chiến thắng trong cuộc thi và giờ đây gần như không thể tìm được mạng Token Ring thực sự hoạt động.

FDDI - mạng cục bộ đầu tiên trên cáp quang

Công nghệ Giao diện dữ liệu phân tán sợi quang (FDDI) được phát triển vào năm 1980 bởi ủy ban ANSI. Đây là mạng máy tính đầu tiên chỉ sử dụng cáp quang làm phương tiện truyền dẫn. Lý do thúc đẩy các nhà sản xuất tạo ra FDDI là do tốc độ không đủ (không quá 10 Mbit/s) và độ tin cậy (thiếu các sơ đồ dự phòng) của mạng cục bộ vào thời điểm đó. Ngoài ra, đây là nỗ lực đầu tiên (và không thành công lắm) nhằm đưa mạng dữ liệu lên cấp độ “vận chuyển”, cạnh tranh với SDH.

Tiêu chuẩn FDDI quy định việc truyền dữ liệu qua vòng cáp quang đôi với tốc độ 100 Mbit/s, cho phép bạn có được kênh nhanh (dành riêng) và đáng tin cậy. Khoảng cách khá đáng kể - lên tới 100 km xung quanh chu vi. Về mặt logic, hoạt động của mạng dựa trên việc chuyển mã thông báo.

Ngoài ra, một kế hoạch ưu tiên giao thông được phát triển đã được cung cấp. Lúc đầu, máy trạm được chia thành hai loại: đồng bộ (có băng thông không đổi) và không đồng bộ. Sau đó, lần lượt, phân phối phương tiện truyền dẫn bằng hệ thống ưu tiên tám cấp.

Tính không tương thích với mạng SDH không cho phép FDDI chiếm lĩnh bất kỳ vị trí quan trọng nào trong lĩnh vực mạng truyền tải. Ngày nay công nghệ này thực tế đã được thay thế bởi ATM. Và chi phí cao khiến FDDI không có cơ hội trong cuộc chiến với Ethernet để giành lấy thị trường địa phương. Nỗ lực chuyển sang cáp đồng rẻ hơn cũng không giúp ích gì cho tiêu chuẩn. Công nghệ CDDI, dựa trên các nguyên tắc của FDDI, nhưng sử dụng cáp xoắn đôi làm phương tiện truyền dẫn, không phổ biến và chỉ được bảo tồn trong sách giáo khoa.

Được phát triển bởi AT&T và HP - 100VG-AnyLAN

công nghệ đó, như FDDI, có thể được phân loại là thế hệ thứ hai của mạng cục bộ. Nó được tạo ra vào đầu những năm 90 bởi nỗ lực chung của AT&T và HP như một giải pháp thay thế cho công nghệ Fast Ethernet. Vào mùa hè năm 1995, gần như đồng thời với đối thủ cạnh tranh, nó đã nhận được trạng thái của tiêu chuẩn IEEE 802.12. 100VG-AnyLAN có cơ hội chiến thắng cao nhờ tính linh hoạt, tính xác định và khả năng tương thích cao hơn Ethernet với các mạng cáp hiện có (loại cặp xoắn 3).

Sơ đồ Mã hóa Bộ tứ, sử dụng mã dự phòng 5V/6V, cho phép sử dụng cáp xoắn đôi loại 3 gồm 4 đôi, loại cáp này gần như phổ biến hơn loại 5 hiện đại. Trên thực tế, giai đoạn chuyển tiếp không ảnh hưởng đến Nga, nơi do việc xây dựng hệ thống thông tin liên lạc bắt đầu muộn hơn nên các mạng lưới được lắp đặt ở khắp mọi nơi theo loại thứ 5.

Ngoài việc sử dụng hệ thống dây truyền thống, mỗi hub 100VG-AnyLAN có thể được cấu hình để hỗ trợ các khung 802.3 (Ethernet) hoặc các khung 802.5 (Token Ring). Phương thức truy cập phương tiện Ưu tiên theo yêu cầu xác định một hệ thống ưu tiên hai cấp đơn giản - cao cho các ứng dụng đa phương tiện và thấp cho mọi thứ khác.

Tôi phải nói rằng, đây là một nỗ lực nghiêm túc để thành công. Giảm giá thành do chi phí cao, do độ phức tạp cao hơn và ở một mức độ lớn hơn, công nghệ bị các nhà sản xuất bên thứ ba đóng cửa để nhân rộng. Thêm vào đó là Token Ring vốn đã quen thuộc, thiếu các ứng dụng thực sự tận dụng hệ thống ưu tiên. Kết quả là, 100Base-T đã giành được vị trí dẫn đầu trong ngành một cách lâu dài và dứt khoát.

Những ý tưởng kỹ thuật đổi mới sau đó đã được ứng dụng, đầu tiên là ở 100Base-T2 (IEEE 802.3у), sau đó là ở Ethernet 1000Base-T “gigabit”.

Apple Talk, Nói chuyện địa phương

Apple Talk là một ngăn xếp giao thức được Apple đề xuất vào đầu những năm 80. Ban đầu, giao thức Apple Talk được sử dụng để hoạt động với thiết bị mạng, gọi chung là Local Talk (bộ điều hợp được tích hợp trong máy tính Apple).

Cấu trúc liên kết mạng được xây dựng dưới dạng bus thông thường hoặc “cây”, chiều dài tối đa là 300 m, tốc độ truyền là 230,4 Kbps. Môi trường truyền dẫn là cặp xoắn được bảo vệ. Phân đoạn Local Talk có thể kết nối tối đa 32 nút.

Băng thông thấp nhanh chóng đòi hỏi phải phát triển các bộ điều hợp cho môi trường mạng băng thông cao hơn: Ether Talk, Token Talk và FDDI Talk tương ứng cho mạng Ethernet, Token Ring và FDDI. Do đó, Apple Talk đã đi theo hướng phổ quát ở cấp độ liên kết và có thể thích ứng với mọi triển khai vật lý của mạng.

Giống như hầu hết các sản phẩm khác của Apple, các mạng này nằm trong thế giới “Apple” và hầu như không có sự trùng lặp với PC.

UltraNet - mạng dành cho siêu máy tính

Một loại mạng khác hầu như không được biết đến ở Nga là UltraNet. Nó được sử dụng tích cực để hoạt động với các hệ thống máy tính và máy tính lớn cấp siêu máy tính, nhưng hiện đang được thay thế tích cực bằng Gigabit Ethernet.

UltraNet sử dụng cấu trúc liên kết hình sao và có khả năng cung cấp tốc độ trao đổi thông tin giữa các thiết bị lên tới 1 Gbit/s. Mạng này được đặc trưng bởi việc triển khai vật lý rất phức tạp và giá rất cao, có thể so sánh với siêu máy tính. Để điều khiển UltraNet, người ta sử dụng máy tính PC được kết nối với một trung tâm trung tâm. Ngoài ra, mạng có thể bao gồm các cầu nối và bộ định tuyến để kết nối với các mạng được xây dựng bằng công nghệ Ethernet hoặc Token Ring.

Cáp đồng trục và cáp quang có thể được sử dụng làm phương tiện truyền dẫn (cho khoảng cách lên tới 30 km).

Mạng công nghiệp và chuyên dụng

Cần lưu ý rằng mạng dữ liệu không chỉ được sử dụng để liên lạc giữa các máy tính hoặc điện thoại. Ngoài ra còn có một phân khúc khá lớn về các thiết bị công nghiệp và chuyên dụng. Ví dụ, công nghệ CANBUS khá phổ biến, được tạo ra để thay thế các dây dẫn dày và đắt tiền trên ô tô bằng một chiếc xe buýt thông thường. Mạng này không có nhiều lựa chọn kết nối vật lý, độ dài phân đoạn bị giới hạn và tốc độ truyền tải thấp (lên tới 1 Mbit/s). Tuy nhiên, CANBUS là sự kết hợp thành công giữa các chỉ số chất lượng và việc triển khai ở mức giá thấp cần thiết cho quá trình tự động hóa vừa và nhỏ. Các hệ thống tương tự cũng bao gồm ModBus, PROFIBUS, FieldBus.

Ngày nay, mối quan tâm của các nhà phát triển bộ điều khiển CAN đang dần chuyển sang tự động hóa gia đình.

ATM như một công nghệ truyền dữ liệu phổ quát

Không phải vô cớ mà phần mô tả về tiêu chuẩn ATM được đặt ở cuối bài viết. Đây có lẽ là một trong những nỗ lực cuối cùng nhưng không thành công nhằm cạnh tranh với Ethernet trên lĩnh vực của nó. Những công nghệ này hoàn toàn trái ngược nhau về lịch sử hình thành, quá trình thực hiện và hệ tư tưởng. Nếu Ethernet đi lên “từ dưới lên, từ cụ thể đến tổng quát”, tăng tốc độ, chất lượng, theo nhu cầu người dùng thì ATM lại phát triển hoàn toàn khác.

Vào giữa những năm 1980, Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ (ANSI) và Ủy ban Tư vấn Quốc tế về Điện thoại và Điện báo (CCITT) bắt đầu phát triển các tiêu chuẩn ATM (Chế độ truyền không đồng bộ) như một bộ khuyến nghị cho B-ISDN (Tích hợp băng thông rộng) mạng Dịch vụ Mạng Kỹ thuật số). Chỉ đến năm 1991, những nỗ lực của khoa học hàn lâm đã lên đến đỉnh điểm khi thành lập Diễn đàn ATM, nơi vẫn quyết định sự phát triển của công nghệ. Dự án lớn đầu tiên được thực hiện bằng công nghệ này vào năm 1994 là mạng xương sống của mạng NSFNET nổi tiếng, trước đây đã sử dụng kênh T3.

Bản chất của ATM rất đơn giản: bạn cần kết hợp tất cả các loại lưu lượng (thoại, video, dữ liệu), nén và truyền qua một kênh liên lạc. Như đã lưu ý ở trên, điều này đạt được không phải thông qua bất kỳ đột phá kỹ thuật nào mà thông qua nhiều thỏa hiệp. Ở một khía cạnh nào đó, điều này tương tự như cách chúng ta giải các phương trình vi phân. Dữ liệu liên tục được chia thành các khoảng đủ nhỏ để thực hiện các thao tác chuyển mạch.

Đương nhiên, cách tiếp cận này làm phức tạp đáng kể nhiệm vụ vốn đã khó khăn của các nhà phát triển và nhà sản xuất thiết bị thực tế và làm trì hoãn khung thời gian triển khai đến mức không thể chấp nhận được đối với thị trường.

Kích thước của phần dữ liệu tối thiểu (ô - theo thuật ngữ ATM) bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố. Một mặt, việc tăng kích thước sẽ làm giảm yêu cầu về tốc độ của bộ chuyển mạch bộ xử lý tế bào và tăng hiệu quả sử dụng kênh. Mặt khác, tế bào càng nhỏ thì khả năng truyền càng nhanh.

Thật vậy, trong khi một ô đang được truyền đi thì ô thứ hai (thậm chí có mức ưu tiên cao nhất) đang chờ. Toán học mạnh, cơ chế xếp hàng và ưu tiên có thể làm giảm hiệu ứng một chút, nhưng không loại bỏ được nguyên nhân. Sau khá nhiều thử nghiệm, năm 1989 kích thước ô được xác định là 53 byte (5 byte dịch vụ và 48 byte dữ liệu). Rõ ràng, kích thước này có thể khác nhau đối với các tốc độ khác nhau. Nếu đối với tốc độ từ 25 đến 155 Mbit/s thì kích thước 53 byte là phù hợp, thì đối với gigabit thì 500 byte cũng không tệ hơn, và đối với 10 gigabit thì 5000 byte cũng phù hợp. Nhưng trong trường hợp này vấn đề tương thích trở nên không thể giải quyết được. Lý do hoàn toàn không mang tính học thuật - chính giới hạn về tốc độ chuyển mạch đã đặt ra giới hạn kỹ thuật để tăng tốc độ ATM vượt quá 622 Mbit và tăng mạnh chi phí ở tốc độ thấp hơn.

Nhược điểm thứ hai của ATM là công nghệ hướng kết nối. Trước phiên truyền, kênh ảo người gửi-người nhận được thiết lập ở lớp liên kết dữ liệu, các trạm khác không thể sử dụng kênh này, trong khi ở các công nghệ ghép kênh thống kê truyền thống không có kết nối nào được thiết lập và các gói có địa chỉ được chỉ định sẽ được đặt trên phương tiện truyền dẫn . Để thực hiện việc này, số cổng và mã định danh kết nối có trong tiêu đề của mỗi ô sẽ được nhập vào bảng chuyển mạch. Sau đó, switch xử lý các ô đến dựa trên ID kết nối trong tiêu đề của chúng. Dựa trên cơ chế này, có thể điều chỉnh thông lượng, độ trễ và mất dữ liệu tối đa cho mỗi kết nối - tức là đảm bảo chất lượng dịch vụ nhất định.

Tất cả các đặc tính trên, cộng với khả năng tương thích tốt với hệ thống phân cấp SDH, đã cho phép ATM nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn cho mạng dữ liệu đường trục. Nhưng với việc triển khai đầy đủ mọi khả năng của công nghệ, những vấn đề lớn đã nảy sinh. Như đã xảy ra nhiều lần, các mạng cục bộ và ứng dụng khách không hỗ trợ chức năng ATM và nếu không có điều này, một công nghệ mạnh mẽ với tiềm năng lớn hóa ra chỉ là một sự chuyển đổi không cần thiết giữa thế giới IP (về cơ bản là Ethernet) và SDH. Đây là một tình huống rất đáng tiếc mà cộng đồng ATM đã cố gắng khắc phục. Thật không may, đã có một số tính toán sai lầm về mặt chiến lược. Bất chấp tất cả những ưu điểm của cáp quang so với cáp đồng, chi phí cao của thẻ giao diện và cổng chuyển mạch khiến ATM 155 Mbps trở nên cực kỳ đắt đỏ khi sử dụng trong phân khúc thị trường này.

Trong nỗ lực xác định các giải pháp tốc độ thấp cho hệ thống máy tính để bàn, Diễn đàn ATM đã bị lôi kéo vào một cuộc tranh luận gay gắt về tốc độ và loại kết nối nên nhắm tới. Các nhà sản xuất được chia thành hai phe: phe ủng hộ cáp đồng tốc độ 25,6 Mbit/s và phe ủng hộ cáp quang tốc độ 51,82 Mbit/s. Sau một số xung đột lớn (tốc độ được chọn ban đầu là 51,82 Mbit/s), Diễn đàn ATM đã công bố 25 Mbit/s là tiêu chuẩn. Nhưng thời gian quý báu đã vĩnh viễn mất đi. Trên thị trường công nghệ, chúng ta không phải gặp Ethernet “cổ điển” với phương tiện truyền dẫn dùng chung mà là Fast Ethernet và chuyển mạch 10Base-T (với hy vọng sẽ sớm xuất hiện chuyển mạch 100Base-T). Giá cao, số lượng nhà sản xuất ít, cần dịch vụ chất lượng hơn, vấn đề với tài xế, v.v. chỉ làm cho tình hình trở nên tồi tệ hơn. Hy vọng thâm nhập vào phân khúc mạng doanh nghiệp đã sụp đổ và vị thế trung gian khá yếu của ATM đã được củng cố trong một thời gian. Đây là vị trí của nó trong ngành công nghiệp ngày nay.

Máy TínhPress 10"2002

Bộ Giáo dục và Khoa học Liên bang Nga

Đại học Kỹ thuật Bang Novosibirsk

Sở VT

DIV_ADBLOCK208">

Thuật ngữ “công nghệ mạng” thường được sử dụng theo nghĩa hẹp được mô tả ở trên, nhưng đôi khi cách hiểu mở rộng của nó cũng được sử dụng như bất kỳ bộ công cụ và quy tắc nào để xây dựng mạng, ví dụ: “công nghệ định tuyến đầu cuối”, “công nghệ kênh an toàn”, “công nghệ IP”.

Các giao thức xây dựng mạng của một công nghệ nhất định (theo nghĩa hẹp) được phát triển đặc biệt cho công việc chung, do đó nhà phát triển mạng không cần nỗ lực thêm để tổ chức tương tác của họ. Đôi khi các công nghệ mạng được gọi là công nghệ cơ bản, nghĩa là nền tảng của bất kỳ mạng nào đều được xây dựng trên cơ sở của chúng. Ví dụ về các công nghệ mạng cơ bản bao gồm, ngoài Ethernet, các công nghệ mạng cục bộ nổi tiếng như Token Ring và FDDI, hoặc X.25 và các công nghệ chuyển tiếp khung cho các mạng lãnh thổ. Để có được một mạng chức năng trong trường hợp này, chỉ cần mua phần mềm và phần cứng liên quan đến cùng một công nghệ cơ bản - bộ điều hợp mạng với trình điều khiển, hub, bộ chuyển mạch, hệ thống cáp, v.v. - và kết nối chúng theo yêu cầu của tiêu chuẩn là đủ cho công nghệ này.

Các công nghệ mạng cơ bản Token Ring, FDDI, l00VGAny-LAN tuy có nhiều tính năng riêng biệt nhưng đồng thời có nhiều đặc tính chung với Ethernet. Trước hết, đây là việc sử dụng các cấu trúc liên kết cố định thông thường (hình sao và vòng phân cấp), cũng như phương tiện truyền dữ liệu dùng chung. Sự khác biệt đáng kể giữa công nghệ này và công nghệ khác có liên quan đến đặc điểm của phương pháp được sử dụng để truy cập vào môi trường dùng chung. Do đó, sự khác biệt giữa công nghệ Ethernet và công nghệ Token Ring phần lớn được xác định bởi các chi tiết cụ thể của phương pháp phân tách phương tiện được nhúng trong chúng - thuật toán truy cập ngẫu nhiên trong Ethernet và phương thức truy cập bằng cách chuyển mã thông báo tới Token Ring.

2. Công nghệ Ethernet (802.3).

2.1. Đặc điểm chính của công nghệ.

Ethernet là tiêu chuẩn mạng cục bộ phổ biến nhất hiện nay. Tổng số mạng hiện đang hoạt động sử dụng giao thức Ethernet ước tính khoảng 5 triệu và số lượng máy tính có cài đặt bộ điều hợp mạng Ethernet là 50 triệu.

Khi mọi người nói Ethernet, họ thường muốn nói đến bất kỳ biến thể nào của công nghệ này. Theo nghĩa hẹp hơn, Ethernet là một tiêu chuẩn mạng dựa trên Mạng Ethernet thử nghiệm, được Xerox phát triển và triển khai vào năm 1975. Phương pháp truy cập thậm chí còn được thử nghiệm sớm hơn: vào nửa sau của thập niên 60, mạng vô tuyến của Đại học Hawaii đã sử dụng nhiều tùy chọn khác nhau để truy cập ngẫu nhiên vào môi trường vô tuyến chung, được gọi chung là Aloha. Năm 1980, DEC, Intel và Xerox cùng nhau phát triển và xuất bản tiêu chuẩn Ethernet phiên bản II cho mạng cáp đồng trục, trở thành phiên bản cuối cùng của tiêu chuẩn Ethernet độc quyền. Do đó, phiên bản độc quyền của tiêu chuẩn Ethernet được gọi là tiêu chuẩn Ethernet DIX hoặc Ethernet II.

Dựa trên tiêu chuẩn Ethernet DIX, tiêu chuẩn IEEE 802.3 đã được phát triển, phần lớn giống với tiêu chuẩn tiền nhiệm của nó, nhưng vẫn có một số khác biệt. Trong khi IEEE 802.3 phân biệt giữa lớp MAC và lớp LLC, Ethernet ban đầu kết hợp cả hai lớp thành một lớp liên kết dữ liệu duy nhất. Ethernet DIX xác định Giao thức kiểm tra cấu hình Ethernet, giao thức này không có trong IEEE 802.3. Định dạng khung hình cũng có phần khác nhau, mặc dù kích thước khung hình tối thiểu và tối đa trong các tiêu chuẩn này là như nhau. Thông thường, để phân biệt Ethernet, được xác định theo tiêu chuẩn IEEE và Ethernet DIX độc quyền, công nghệ đầu tiên được gọi là công nghệ 802.3 và tên độc quyền được bỏ lại sau tên Ethernet mà không có chỉ định bổ sung.

Tùy thuộc vào loại phương tiện vật lý, tiêu chuẩn IEEE 802.3 có nhiều sửa đổi khác nhau - l0Base-5, l0Base-2, l0Base-T, l0Base-FL, l0Base-FB.

Năm 1995, tiêu chuẩn Fast Ethernet đã được thông qua, về nhiều mặt, tiêu chuẩn này không phải là một tiêu chuẩn độc lập, bằng chứng là thực tế là mô tả của nó chỉ đơn giản là một phần bổ sung cho tiêu chuẩn 802.3 chính - phần 802.3h. Tương tự, tiêu chuẩn Gigabit Ethernet được áp dụng năm 1998 được mô tả trong phần 802.3z của tài liệu chính.

Mã Manchester được sử dụng để truyền thông tin nhị phân qua cáp cho tất cả các biến thể của lớp vật lý của công nghệ Ethernet cung cấp thông lượng 10 Mbit/s.

Tất cả các loại tiêu chuẩn Ethernet (bao gồm Fast Ethernet và Gigabit Ethernet) đều sử dụng cùng một phương pháp phân tách phương tiện truyền dữ liệu - phương pháp CSMA/CD.

2.2. Phương thức truy cập CSMA/CD.

Mạng Ethernet sử dụng phương thức truy cập trung bình được gọi là truy cập nhân cảm nhận sóng mang có phát hiện xung đột (CSMA/CD).

Phương pháp này chỉ được sử dụng trong các mạng có bus chung hợp lý (bao gồm các mạng vô tuyến đã tạo ra phương pháp này). Tất cả các máy tính trên mạng như vậy đều có quyền truy cập trực tiếp vào một bus chung, vì vậy nó có thể được sử dụng để truyền dữ liệu giữa hai nút mạng bất kỳ. Đồng thời, tất cả các máy tính trên mạng đều có cơ hội ngay lập tức (có tính đến độ trễ truyền tín hiệu qua môi trường vật lý) nhận dữ liệu mà bất kỳ máy tính nào bắt đầu truyền tới bus chung (Hình 1.). Sự đơn giản của sơ đồ kết nối là một trong những yếu tố quyết định sự thành công của chuẩn Ethernet. Họ nói rằng cáp mà tất cả các trạm được kết nối hoạt động ở chế độ Multiply Access (MA).

Cơm. 1. Phương pháp truy cập ngẫu nhiên CSMA/CD

Các giai đoạn tiếp cận môi trường

Tất cả dữ liệu được truyền qua mạng được đặt trong các khung có cấu trúc nhất định và được cung cấp một địa chỉ duy nhất của trạm đích.

Để có thể truyền một khung, trạm phải đảm bảo rằng môi trường dùng chung thông suốt. Điều này đạt được bằng cách lắng nghe sóng hài cơ bản của tín hiệu, còn được gọi là sóng mang (CS). Dấu hiệu của môi trường trống là không có tần số sóng mang trên đó, với phương pháp mã hóa Manchester là 5-10 MHz, tùy thuộc vào chuỗi số 1 và số 0 được truyền vào thời điểm đó.

Nếu phương tiện trống thì nút đó có quyền bắt đầu truyền khung. Khung này được hiển thị trong Hình. 1. đầu tiên. Nút thắt 1 phát hiện ra rằng môi trường trong suốt và bắt đầu truyền khung hình của mình. Trong mạng Ethernet cổ điển trên cáp đồng trục, tín hiệu của nút phát 1 được phân phối theo cả hai hướng để tất cả các nút mạng đều nhận được chúng. Khung dữ liệu luôn đi kèm lời mở đầu, bao gồm 7 byte bao gồm các giá trị và byte thứ 8 bằng. Phần mở đầu cần thiết để bộ thu thực hiện đồng bộ hóa từng byte với bộ phát.

Tất cả các trạm được kết nối với cáp có thể nhận ra rằng một khung đã được truyền đi và bất kỳ trạm nào nhận ra địa chỉ của chính nó trong tiêu đề của khung sẽ ghi nội dung của nó vào bộ đệm bên trong, xử lý dữ liệu nhận được, chuyển nó lên ngăn xếp và sau đó gửi khung xuống cáp -trả lời. Địa chỉ của trạm nguồn được chứa trong khung gốc nên trạm đích biết sẽ gửi phản hồi tới ai.

Nút thắt 2 trong quá trình truyền khung bởi nút 1 cũng đã cố gắng bắt đầu truyền khung của nó, nhưng nhận thấy rằng môi trường đang bận - có tần số sóng mang trên đó - vì vậy nút 2 buộc phải đợi cho đến khi nút 1 sẽ không ngừng truyền khung.

Sau khi kết thúc truyền khung, tất cả các nút mạng phải chịu được thời gian tạm dừng công nghệ (Khoảng cách giữa các gói) là 9,6 μs. Việc tạm dừng này, còn được gọi là khoảng thời gian giữa các khung, là cần thiết để đưa các bộ điều hợp mạng về trạng thái ban đầu cũng như để ngăn chặn việc một trạm chiếm giữ độc quyền môi trường. Sau khi kết thúc thời gian tạm dừng công nghệ, các nút có quyền bắt đầu truyền khung của chúng vì phương tiện là miễn phí. Do sự chậm trễ trong việc truyền tín hiệu dọc theo cáp, không phải tất cả các nút đều ghi lại đồng thời sự thật rằng nút đó đã hoàn thành việc truyền khung 1.

Trong ví dụ đã cho, nút 2 chờ nút truyền khung kết thúc 1, tạm dừng ở tốc độ 9,6 micro giây và bắt đầu truyền khung hình của nó.

Xuất hiện va chạm

Với cách tiếp cận được mô tả, có thể hai trạm cùng lúc cố gắng truyền khung dữ liệu qua một phương tiện chung. Cơ chế nghe môi trường và tạm dừng giữa các khung không đảm bảo xảy ra tình huống trong đó hai hoặc nhiều trạm đồng thời quyết định rằng môi trường trống và bắt đầu truyền khung của chúng. Họ nói chuyện gì xảy ra va chạm, Do nội dung của cả hai khung xung đột trên một cáp chung và thông tin bị biến dạng nên các phương pháp mã hóa được sử dụng trong Ethernet không cho phép tách tín hiệu của từng trạm khỏi tín hiệu chung.

GHI CHÚ: Lưu ý rằng thực tế này được phản ánh trong thành phần “Base(band)” có trong tên của tất cả các giao thức vật lý của công nghệ Ethernet (ví dụ: 10Base-2,10Base-T, v.v.). Mạng băng cơ sở có nghĩa là mạng băng cơ sở trong đó các tin nhắn được gửi kỹ thuật số qua một kênh duy nhất, không phân chia tần số.

Xung đột là một tình huống bình thường trong mạng Ethernet. Trong ví dụ được hiển thị trong Hình. 2, xung đột xảy ra do việc truyền dữ liệu đồng thời bởi các nút 3 và U. Để xảy ra xung đột, không nhất thiết phải có một số trạm bắt đầu truyền hoàn toàn đồng thời; Nhiều khả năng xảy ra xung đột do một nút bắt đầu truyền sớm hơn nút kia, nhưng tín hiệu của nút đầu tiên đơn giản là không có thời gian để đến nút thứ hai vào thời điểm nút thứ hai quyết định bắt đầu truyền nó. khung. Nghĩa là, xung đột là hệ quả của bản chất phân tán của mạng.

Để xử lý chính xác xung đột, tất cả các trạm đồng thời giám sát các tín hiệu xuất hiện trên cáp. Nếu tín hiệu truyền và tín hiệu quan sát khác nhau thì phát hiện va chạm (CD).Để tăng khả năng phát hiện sớm xung đột của tất cả các trạm trên mạng, trạm đã phát hiện xung đột sẽ ngắt việc truyền khung của nó (ở một vị trí tùy ý, có thể không phải trên ranh giới byte) và tăng cường tình trạng xung đột bằng cách gửi một chuỗi đặc biệt gồm 32 bit cho mạng, được gọi là trình tự mứt.

Cơm. 2. Sơ đồ xảy ra và lan truyền của va chạm

Sau đó, trạm phát phát hiện xung đột phải ngừng truyền và tạm dừng trong một khoảng thời gian ngắn ngẫu nhiên. Sau đó nó có thể cố gắng thu lại môi trường và truyền khung. Việc tạm dừng ngẫu nhiên được chọn bằng thuật toán sau:

Tạm dừng = L *(khoảng thời gian trễ),

trong đó khoảng trễ bằng khoảng 512 bit (trong công nghệ Ethernet, người ta thường đo tất cả các khoảng theo khoảng bit; khoảng bit được ký hiệu là bt và tương ứng với thời gian giữa lần xuất hiện của hai bit dữ liệu liên tiếp trên cáp; đối với tốc độ 10 Mbit/s, khoảng cách bit là 0,1 μs hoặc 100 ns);

L là số nguyên được chọn với xác suất bằng nhau trong phạm vi , trong đó N là số lần truyền lại khung này: 1,2,..., 10.

Sau lần thử thứ 10, khoảng thời gian tạm dừng được chọn sẽ không tăng. Do đó, việc tạm dừng ngẫu nhiên có thể lấy các giá trị từ 0 đến 52,4 ms.

Nếu 16 lần thử truyền khung liên tiếp gây ra xung đột thì bộ phát phải ngừng thử và loại bỏ khung đó.

Từ mô tả về phương pháp truy cập, rõ ràng là nó có bản chất xác suất và xác suất có được thành công phương tiện chung theo ý của nó phụ thuộc vào tải mạng, nghĩa là vào cường độ nhu cầu truyền khung trong các trạm. Khi phương pháp này được phát triển vào cuối những năm 70, người ta cho rằng tốc độ truyền dữ liệu 10 Mbit/s là rất cao so với nhu cầu trao đổi dữ liệu lẫn nhau của máy tính nên tải mạng sẽ luôn nhẹ. Giả định này đôi khi vẫn đúng cho đến ngày nay, nhưng đã có những ứng dụng đa phương tiện thời gian thực đặt nhiều tải lên các phân đoạn Ethernet. Trong trường hợp này, va chạm xảy ra thường xuyên hơn nhiều. Khi cường độ xung đột là đáng kể, thông lượng hữu ích của mạng Ethernet giảm mạnh do mạng gần như liên tục bận rộn với những nỗ lực lặp đi lặp lại để truyền khung. Để giảm cường độ xung đột, bạn cần giảm lưu lượng truy cập, chẳng hạn như giảm số lượng nút trong một phân đoạn hoặc thay thế các ứng dụng hoặc tăng tốc độ của giao thức, chẳng hạn như chuyển sang Fast Ethernet.

Cần lưu ý rằng phương pháp truy cập CSMA/CD hoàn toàn không đảm bảo rằng một trạm sẽ có thể truy cập vào môi trường. Tất nhiên, khi tải mạng nhẹ thì xác suất xảy ra sự kiện như vậy là nhỏ, nhưng khi hệ số sử dụng mạng tiến tới 1 thì khả năng xảy ra sự kiện đó là rất cao. Hạn chế của phương pháp truy cập ngẫu nhiên là cái giá phải trả cho sự đơn giản cực độ của nó, điều này đã khiến Ethernet trở thành công nghệ rẻ tiền nhất. Các phương thức truy cập khác - truy cập mã thông báo của mạng Token Ring và FDDI, phương thức Ưu tiên nhu cầu của mạng 100VG-AnyLAN - không gặp phải nhược điểm này.

Thời gian quay kép và phát hiện va chạm

Sự nhận biết rõ ràng các xung đột của tất cả các trạm mạng là điều kiện cần thiết để mạng Ethernet hoạt động chính xác. Nếu bất kỳ trạm truyền nào không nhận ra xung đột và quyết định rằng nó đã truyền khung dữ liệu một cách chính xác thì khung dữ liệu này sẽ bị mất. Do sự chồng chéo của các tín hiệu khi va chạm, thông tin khung sẽ bị biến dạng và sẽ bị trạm thu từ chối (có thể do tổng kiểm tra không khớp). Rất có thể, thông tin bị hỏng sẽ được truyền lại bởi một số giao thức lớp trên, chẳng hạn như giao thức ứng dụng hoặc giao thức vận chuyển hướng kết nối. Tuy nhiên, việc truyền lại thông báo bằng các giao thức cấp cao hơn sẽ xảy ra sau một khoảng thời gian dài hơn nhiều (đôi khi thậm chí sau vài giây) so với khoảng thời gian micro giây mà giao thức Ethernet vận hành. Do đó, nếu các xung đột không được các nút mạng Ethernet nhận ra một cách đáng tin cậy, điều này sẽ dẫn đến sự giảm đáng kể về thông lượng hữu ích của mạng này.

Để phát hiện va chạm đáng tin cậy, mối quan hệ sau phải được thỏa mãn:

Trong đó Tmin là thời gian truyền của một khung có độ dài tối thiểu và PDV là thời gian mà tín hiệu xung đột có thể truyền đến nút xa nhất trong mạng. Vì trong trường hợp xấu nhất, tín hiệu phải truyền hai lần giữa các trạm của mạng ở xa nhau nhất (tín hiệu không bị biến dạng truyền theo một hướng và tín hiệu đã bị méo do va chạm lan truyền trên đường quay trở lại), thời gian này là gọi điện thời gian quay gấp đôi (Giá trị độ trễ đường dẫn, PDV).

Nếu điều kiện này được đáp ứng, trạm phát phải có khả năng phát hiện xung đột do khung truyền của nó gây ra ngay cả trước khi nó kết thúc việc truyền khung này.

Rõ ràng, việc thực hiện điều kiện này một mặt phụ thuộc vào độ dài của khung tối thiểu và dung lượng mạng, mặt khác phụ thuộc vào độ dài của hệ thống cáp mạng và tốc độ truyền tín hiệu trong cáp (điều này tốc độ hơi khác nhau đối với các loại cáp khác nhau).

Tất cả các tham số của giao thức Ethernet được chọn sao cho trong quá trình hoạt động bình thường của các nút mạng, các xung đột luôn được nhận biết rõ ràng. Tất nhiên, khi chọn tham số, mối quan hệ trên đã được tính đến, kết nối độ dài khung tối thiểu và khoảng cách tối đa giữa các trạm trong một đoạn mạng.

Tiêu chuẩn Ethernet giả định rằng độ dài tối thiểu của trường dữ liệu khung là 46 byte (cùng với các trường dịch vụ, cho độ dài khung tối thiểu là 64 byte và cùng với phần mở đầu - 72 byte hoặc 576 bit). Từ đây có thể xác định được giới hạn về khoảng cách giữa các ga.

Vì vậy, trong Ethernet 10 Mbit, thời gian truyền độ dài khung tối thiểu là các khoảng 575 bit, do đó, thời gian quay vòng kép phải nhỏ hơn 57,5 ​​μs. Khoảng cách mà tín hiệu có thể truyền đi trong thời gian này tùy thuộc vào loại cáp và đối với cáp đồng trục dày là khoảng cách gần đúng. Xem xét rằng trong thời gian này, tín hiệu phải đi qua đường truyền hai lần, khoảng cách giữa hai nút không được vượt quá 6.635 m. Trong tiêu chuẩn, giá trị của khoảng cách này được chọn ít hơn đáng kể, có tính đến các hạn chế khác, nghiêm ngặt hơn. .

Một trong những hạn chế này có liên quan đến độ suy giảm tín hiệu tối đa cho phép. Để đảm bảo công suất tín hiệu cần thiết khi nó đi qua giữa các trạm xa nhất của một đoạn cáp, độ dài tối đa của một đoạn cáp đồng trục dày liên tục, có tính đến độ suy giảm mà nó gây ra, rõ ràng là 500 m. cáp 500 m, các điều kiện để nhận dạng va chạm sẽ được đáp ứng với biên độ lớn đối với các khung có độ dài tiêu chuẩn bất kỳ, bao gồm 72 byte (thời gian quay vòng kép dọc theo cáp 500 m chỉ là khoảng thời gian 43,3 bit). Do đó, độ dài khung hình tối thiểu có thể được đặt thậm chí còn ngắn hơn. Tuy nhiên, các nhà phát triển công nghệ đã không giảm độ dài khung hình tối thiểu, lưu ý rằng các mạng nhiều phân đoạn được xây dựng từ nhiều phân đoạn được kết nối bằng các bộ lặp.

Bộ lặp làm tăng sức mạnh của tín hiệu được truyền từ phân đoạn này sang phân đoạn khác, do đó, độ suy giảm tín hiệu giảm và có thể sử dụng mạng dài hơn nhiều, bao gồm một số phân đoạn. Trong triển khai Ethernet đồng trục, các nhà thiết kế đã giới hạn số lượng phân đoạn tối đa trong mạng là năm, do đó giới hạn tổng chiều dài mạng ở mức 2500 mét. Ngay cả trong mạng nhiều đoạn như vậy, điều kiện phát hiện va chạm vẫn gặp biên độ lớn (chúng ta hãy so sánh khoảng cách 2500 m thu được từ điều kiện suy hao cho phép với khoảng cách tối đa có thể là 6635 m xét theo thời gian truyền tín hiệu được tính toán). bên trên). Tuy nhiên, trên thực tế, khoảng thời gian này nhỏ hơn đáng kể, vì trong các mạng nhiều phân đoạn, chính các bộ lặp tạo ra độ trễ bổ sung vài chục khoảng bit trong quá trình truyền tín hiệu. Đương nhiên, một khoản chênh lệch nhỏ cũng được tạo ra để bù đắp cho những sai lệch trong thông số cáp và bộ lặp.

Do tính đến tất cả những yếu tố này và một số yếu tố khác, tỷ lệ giữa độ dài khung hình tối thiểu và khoảng cách tối đa có thể giữa các trạm mạng đã được lựa chọn cẩn thận, đảm bảo nhận dạng va chạm đáng tin cậy. Khoảng cách này còn được gọi là đường kính mạng tối đa.

Khi tốc độ truyền khung tăng lên, điều này xảy ra ở các tiêu chuẩn mới dựa trên cùng phương thức truy cập CSMA/CD, chẳng hạn như Fast Ethernet, khoảng cách tối đa giữa các trạm mạng sẽ giảm tỷ lệ thuận với mức tăng tốc độ truyền. Trong tiêu chuẩn Fast Ethernet, nó là khoảng 210 m và trong tiêu chuẩn Gigabit Ethernet, nó sẽ bị giới hạn ở 25 mét nếu các nhà phát triển tiêu chuẩn không thực hiện một số biện pháp để tăng kích thước gói tối thiểu.

Trong bảng 2. Các giá trị của các tham số chính của quy trình truyền khung 802.3 được đưa ra, không phụ thuộc vào việc triển khai phương tiện vật lý. Điều quan trọng cần lưu ý là mỗi tùy chọn môi trường vật lý Ethernet đều bổ sung thêm những hạn chế này, những hạn chế riêng của nó, thường nghiêm ngặt hơn, cũng phải được đáp ứng.

Ban 2. Thông số lớp Ethernet MAC

3. Công nghệ Token Ring (802.5).

3.1. Đặc điểm chính của công nghệ.

Mạng Token Ring, giống như mạng Ethernet, được đặc trưng bởi phương tiện truyền dữ liệu dùng chung, trong trường hợp này bao gồm các đoạn cáp kết nối tất cả các trạm mạng thành một vòng. Vòng được coi là tài nguyên được chia sẻ chung và việc truy cập vào nó không yêu cầu thuật toán ngẫu nhiên, như trong mạng Ethernet, mà là thuật toán xác định, dựa trên việc chuyển quyền sử dụng vòng cho các trạm theo một thứ tự nhất định. Quyền này được truyền tải bằng cách sử dụng một khung định dạng đặc biệt gọi là đánh dấu hoặc mã thông báo.

Công nghệ Token Ring được IBM phát triển vào năm 1984 và sau đó được đệ trình dưới dạng tiêu chuẩn dự thảo lên ủy ban IEEE 802, dựa trên đó đã áp dụng tiêu chuẩn 802.5 vào năm 1985. IBM sử dụng công nghệ Token Ring làm công nghệ mạng chính để xây dựng mạng cục bộ dựa trên các máy tính thuộc nhiều loại khác nhau - máy tính lớn, máy tính mini và máy tính cá nhân. Hiện tại, IBM là người tạo ra xu hướng chính cho công nghệ Token Ring, sản xuất khoảng 60% bộ điều hợp mạng cho công nghệ này.

Mạng Token Ring hoạt động ở hai tốc độ bit - 4 và 16 Mbit/s. Không được phép trộn các trạm hoạt động ở các tốc độ khác nhau trong một vòng. Mạng Token Ring hoạt động ở tốc độ 16 Mbps có một số cải tiến về thuật toán truy cập so với tiêu chuẩn 4 Mbps.

Công nghệ Token Ring là một công nghệ phức tạp hơn Ethernet. Nó có đặc tính chịu lỗi. Mạng Token Ring xác định các quy trình điều khiển hoạt động mạng sử dụng phản hồi có cấu trúc hình vòng - khung đã gửi luôn quay trở lại trạm gửi. Trong một số trường hợp, các lỗi được phát hiện trong hoạt động mạng sẽ tự động được loại bỏ, ví dụ: mã thông báo bị mất có thể được khôi phục. Trong các trường hợp khác, lỗi chỉ được ghi lại và việc loại bỏ chúng được thực hiện thủ công bởi nhân viên bảo trì.

Để điều khiển mạng, một trong các trạm đóng vai trò được gọi là màn hình hoạt động. Màn hình hoạt động được chọn trong quá trình khởi tạo vòng làm trạm có giá trị địa chỉ MAC tối đa. Nếu màn hình hoạt động bị lỗi, quy trình khởi tạo vòng sẽ được lặp lại và màn hình hoạt động mới được chọn. Để mạng phát hiện lỗi của màn hình đang hoạt động, màn hình sau ở trạng thái hoạt động sẽ tạo ra một khung đặc biệt về sự hiện diện của nó cứ sau 3 giây. Nếu khung này không xuất hiện trên mạng trong hơn 7 giây thì các trạm còn lại trên mạng sẽ bắt đầu quy trình chọn màn hình hoạt động mới.

3.2. Một phương thức mã thông báo để truy cập vào môi trường dùng chung.

Trong các mạng có phương thức truy cập mã thông báo(và những mạng này, ngoài các mạng Token Ring, còn bao gồm các mạng FDDI, cũng như các mạng gần với tiêu chuẩn 802.4 - mạng công nghiệp ArcNet, MAP), quyền truy cập vào phương tiện được chuyển theo chu kỳ từ trạm này sang trạm khác dọc theo một vòng logic.

Trong mạng Token Ring, một vòng được hình thành bởi các đoạn cáp kết nối các trạm lân cận. Do đó, mỗi trạm được kết nối với trạm tiền nhiệm và trạm kế tiếp và chỉ có thể liên lạc trực tiếp với chúng. Để cung cấp cho các trạm khả năng truy cập vào môi trường vật lý, một khung có định dạng và mục đích đặc biệt - mã thông báo - sẽ di chuyển xung quanh vòng. Trong mạng Token Ring, bất kỳ trạm nào cũng luôn nhận trực tiếp dữ liệu từ chỉ một trạm - trạm trước đó trong vòng. Trạm này được gọi là hàng xóm ngược dòng hoạt động gần nhất(dữ liệu) - Hàng xóm thượng nguồn hoạt động gần nhất, NAUN. Trạm luôn truyền dữ liệu đến trạm lân cận ở hạ nguồn gần nhất.

Sau khi nhận được điểm đánh dấu, trạm sẽ phân tích nó và nếu không có dữ liệu để truyền, trạm sẽ đảm bảo tiến trình của nó tới trạm tiếp theo. Một trạm có dữ liệu cần truyền, khi nhận được mã thông báo, sẽ loại bỏ nó khỏi vòng, điều này cho phép nó truy cập vào phương tiện vật lý và truyền dữ liệu của nó. Trạm này sau đó sẽ gửi khung dữ liệu có định dạng đã thiết lập vào vòng từng chút một. Dữ liệu được truyền luôn truyền dọc theo vòng theo một hướng từ trạm này sang trạm khác. Khung được cung cấp địa chỉ đích và địa chỉ nguồn.

Tất cả các trạm trên vòng đều chuyển tiếp khung hình từng chút một, giống như các bộ lặp. Nếu khung đi qua trạm đích, sau khi nhận ra địa chỉ của nó, trạm này sẽ sao chép khung vào bộ đệm bên trong và chèn dấu hiệu xác nhận vào khung. Trạm đã phát khung dữ liệu cho vòng, sau khi nhận lại khung dữ liệu với xác nhận đã nhận, sẽ xóa khung này khỏi vòng và truyền mã thông báo mới đến mạng để cho phép các trạm mạng khác truyền dữ liệu. Thuật toán truy cập này được sử dụng trong mạng Token Ring với tốc độ 4 Mbit/s, được mô tả trong tiêu chuẩn 802.5.

Trong bộ lễ phục. 3. Thuật toán được mô tả để truy cập môi trường được minh họa bằng sơ đồ thời gian. Điều này cho thấy việc truyền gói A trong một vòng gồm 6 trạm từ trạm 1 đến nhà ga 3. Sau khi qua trạm đích 3 Trong gói A, hai dấu hiệu được đặt - dấu hiệu nhận dạng địa chỉ và dấu hiệu sao chép gói vào bộ đệm (được đánh dấu trong hình bằng dấu hoa thị bên trong gói). Sau khi gói hàng được trả về trạm 1 người gửi nhận ra gói của nó theo địa chỉ nguồn và loại bỏ gói khỏi vòng. Được cài đặt bởi trạm 3 các dấu hiệu cho trạm gửi biết rằng gói đã đến người nhận và đã được anh ta sao chép thành công vào bộ đệm của mình.

Cơm. 3. Nguyên tắc truy cập mã thông báo

Thời gian sở hữu môi trường dùng chung trong mạng Token Ring bị giới hạn thời gian giữ mã thông báo, sau đó trạm phải ngừng truyền dữ liệu của chính nó (khung hiện tại được phép hoàn thành) và chuyển mã thông báo xa hơn dọc theo vòng. Một trạm có thể có thời gian để truyền một hoặc nhiều khung trong thời gian giữ điểm đánh dấu, tùy thuộc vào kích thước của khung và thời gian giữ điểm đánh dấu. Thông thường, thời gian giữ mã thông báo mặc định là 10 ms và kích thước khung hình tối đa không được xác định trong tiêu chuẩn 802.5. Đối với mạng 4 Mbps, thường là 4 KB và đối với mạng 16 Mbps, thường là 16 KB. Điều này là do trong thời gian điểm đánh dấu được giữ, trạm phải có thời gian để truyền ít nhất một khung hình. Ở tốc độ 4 Mbit/s, 5000 byte có thể được truyền trong 10 ms và ở tốc độ 16 Mbit/s, byte tương ứng có thể được truyền. Kích thước khung hình tối đa được chọn với một số dự trữ.

Mạng Token Ring 16 Mbps cũng sử dụng thuật toán truy cập vòng hơi khác một chút, được gọi là Phát hành mã thông báo sớm. Theo đó, một trạm sẽ truyền mã thông báo truy cập đến trạm tiếp theo ngay sau khi kết thúc truyền bit cuối cùng của khung mà không cần đợi khung này quay trở lại dọc theo vòng với một bit xác nhận. Trong trường hợp này, dung lượng vòng được sử dụng hiệu quả hơn vì các khung từ một số trạm di chuyển đồng thời dọc theo vòng. Tuy nhiên, chỉ có một trạm có thể tạo khung của nó tại bất kỳ thời điểm nào - trạm hiện đang sở hữu mã thông báo truy cập. Lúc này, các đài còn lại chỉ lặp lại khung hình của người khác nên vẫn giữ nguyên nguyên tắc chia nhẫn theo thời gian, chỉ có thủ tục chuyển quyền sở hữu nhẫn được đẩy nhanh.

Đối với các loại tin nhắn khác nhau, các khung được truyền có thể được gán khác nhau ưu tiên: từ 0 (thấp nhất) đến 7 (cao nhất). Quyết định về mức độ ưu tiên của một khung cụ thể được thực hiện bởi trạm truyền (giao thức Token Ring nhận tham số này thông qua các giao diện xuyên lớp từ các giao thức lớp trên, ví dụ: giao thức ứng dụng). Mã thông báo cũng luôn có một số mức độ ưu tiên hiện tại. Một trạm có quyền thu giữ mã thông báo được truyền tới nó chỉ khi mức độ ưu tiên của khung mà nó muốn truyền cao hơn (hoặc bằng) mức độ ưu tiên của mã thông báo. Ngược lại, trạm phải chuyển token tới trạm tiếp theo trong vòng.

Trình giám sát hoạt động chịu trách nhiệm về sự hiện diện của mã thông báo trên mạng và bản sao duy nhất của nó. Nếu màn hình đang hoạt động không nhận được mã thông báo trong một thời gian dài (ví dụ: 2,6 giây), thì nó sẽ tạo ra một mã thông báo mới.

4. Công nghệ FDDI.

Công nghệ FDDI (Giao diện dữ liệu phân tán sợi quang)- Giao diện dữ liệu phân tán cáp quang là công nghệ mạng cục bộ đầu tiên trong đó phương tiện truyền dữ liệu là cáp quang. Công việc tạo ra các công nghệ và thiết bị sử dụng các kênh cáp quang trong mạng cục bộ bắt đầu từ những năm 80, ngay sau khi bắt đầu vận hành công nghiệp các kênh đó trong mạng lưới lãnh thổ. Nhóm vấn đề HZT9.5 của Viện ANSI đã phát triển nó từ năm 1986 đến năm 1988. phiên bản đầu tiên của tiêu chuẩn FDDI, cung cấp khả năng truyền khung ở tốc độ 100 Mbit/s trên một vòng cáp quang kép dài tới 100 km.

4.1. Đặc điểm chính của công nghệ.

Công nghệ FDDI phần lớn dựa trên công nghệ Token Ring, phát triển và cải tiến các ý tưởng cơ bản của nó. Các nhà phát triển công nghệ FDDI đặt cho mình những mục tiêu sau làm ưu tiên cao nhất:

tăng tốc độ bit truyền dữ liệu lên 100 Mbit/s; tăng khả năng chịu lỗi của mạng thông qua các quy trình tiêu chuẩn để khôi phục mạng sau nhiều loại lỗi khác nhau - hư hỏng cáp, hoạt động không chính xác của nút, hub, mức độ nhiễu cao trên đường dây, v.v.; tận dụng tối đa băng thông mạng tiềm năng cho cả lưu lượng truy cập không đồng bộ và đồng bộ (nhạy cảm với độ trễ).

Mạng FDDI được xây dựng trên cơ sở hai vòng cáp quang, tạo thành đường truyền dữ liệu chính và dự phòng giữa các nút mạng. Có hai vòng là cách chính để tăng khả năng chịu lỗi trong mạng FDDI và các nút muốn tận dụng tiềm năng độ tin cậy tăng lên này phải được kết nối với cả hai vòng.

Trong chế độ hoạt động mạng bình thường, dữ liệu chỉ đi qua tất cả các nút và tất cả các phần cáp của Vòng chính; chế độ này được gọi là chế độ qua- “từ đầu đến cuối” hoặc “chuyển tuyến”. Vòng phụ không được sử dụng ở chế độ này.

Trong trường hợp xảy ra một số loại lỗi, khi một phần của vòng chính không thể truyền dữ liệu (ví dụ: đứt cáp hoặc lỗi nút), vòng chính sẽ được kết hợp với vòng thứ cấp (Hình 4), một lần nữa tạo thành một vòng duy nhất . Chế độ hoạt động mạng này được gọi là Bọc, tức là "gấp" hoặc "gấp" các vòng. Hoạt động thu gọn được thực hiện bằng cách sử dụng các trung tâm FDDI và/hoặc bộ điều hợp mạng. Để đơn giản hóa quy trình này, dữ liệu trên vòng chính luôn được truyền theo một hướng (trong sơ đồ hướng này được hiển thị ngược chiều kim đồng hồ) và trên vòng thứ cấp theo hướng ngược lại (hiển thị theo chiều kim đồng hồ). Do đó, khi hình thành một vòng chung gồm hai vòng, các máy phát của các trạm vẫn được kết nối với máy thu của các trạm lân cận, điều này cho phép các trạm lân cận truyền và nhận thông tin một cách chính xác.

Cơm. 4. Cấu hình lại các vòng FDDI khi thất bại

Các tiêu chuẩn FDDI tập trung nhiều vào các quy trình khác nhau cho phép bạn xác định xem có lỗi trong mạng hay không và sau đó thực hiện cấu hình lại cần thiết. Mạng FDDI có thể khôi phục hoàn toàn chức năng của nó trong trường hợp xảy ra lỗi đơn lẻ của các thành phần. Trong trường hợp có nhiều lỗi, mạng sẽ chia thành nhiều mạng không được kết nối. Công nghệ FDDI bổ sung cho cơ chế phát hiện lỗi của công nghệ Token Ring bằng các cơ chế cấu hình lại đường truyền dữ liệu trong mạng, dựa trên sự hiện diện của các liên kết dự phòng do vòng thứ hai cung cấp.

Các vòng trong mạng FDDI được coi là phương tiện truyền dữ liệu dùng chung, do đó, một phương thức truy cập đặc biệt được xác định cho nó. Phương thức này rất gần với phương thức truy cập của mạng Token Ring và còn được gọi là phương thức token ring.

Sự khác biệt trong phương pháp truy cập là thời gian giữ mã thông báo trong mạng FDDI không phải là giá trị không đổi, như trong mạng Token Ring. Thời gian này phụ thuộc vào tải trên vòng - với tải nhỏ, nó sẽ tăng và với mức quá tải lớn, nó có thể giảm về 0. Những thay đổi trong phương thức truy cập này chỉ ảnh hưởng đến lưu lượng không đồng bộ, điều này không quan trọng đối với độ trễ nhỏ trong truyền khung. Đối với lưu lượng truy cập đồng bộ, thời gian giữ mã thông báo vẫn là giá trị cố định. Cơ chế ưu tiên khung tương tự như cơ chế được áp dụng trong công nghệ Token Ring không có trong công nghệ FDDI. Các nhà phát triển công nghệ đã quyết định rằng việc chia lưu lượng thành 8 mức ưu tiên là không cần thiết và chỉ cần chia lưu lượng thành hai loại - không đồng bộ và đồng bộ, loại sau luôn được phục vụ, ngay cả khi vòng tròn bị quá tải là đủ.

Mặt khác, việc chuyển tiếp khung giữa các trạm vòng ở cấp độ MAC hoàn toàn tuân thủ công nghệ Token Ring. Các trạm FDDI sử dụng thuật toán phát hành token sớm, tương tự như mạng Token Ring với tốc độ 16 Mbps.

Địa chỉ cấp MAC có định dạng chuẩn cho công nghệ IEEE 802. Định dạng khung FDDI gần với định dạng khung Token Ring; điểm khác biệt chính là không có trường ưu tiên. Các dấu hiệu nhận dạng địa chỉ, sao chép khung và lỗi cho phép bạn giữ nguyên quy trình xử lý khung có sẵn trong mạng Token Ring bởi trạm gửi, trạm trung gian và trạm nhận.

Trong bộ lễ phục. 5. Cấu trúc của giao thức công nghệ FDDI tương ứng với mô hình OSI bảy lớp. FDDI xác định giao thức lớp vật lý và giao thức lớp con truy cập phương tiện (MAC) của lớp liên kết dữ liệu. Giống như nhiều công nghệ mạng cục bộ khác, công nghệ FDDI sử dụng giao thức lớp con điều khiển liên kết dữ liệu LLC được xác định trong tiêu chuẩn IEEE 802.2. Do đó, mặc dù công nghệ FDDI được phát triển và tiêu chuẩn hóa bởi ANSI chứ không phải bởi IEEE, nhưng nó hoàn toàn phù hợp với khuôn khổ của tiêu chuẩn 802.

Cơm. 5. Cấu trúc giao thức công nghệ FDDI

Một tính năng đặc biệt của công nghệ FDDI là mức độ điều khiển trạm - Quản lý trạm (SMT). Lớp SMT thực hiện tất cả các chức năng quản lý và giám sát tất cả các lớp khác của ngăn xếp giao thức FDDI. Mỗi nút trong mạng FDDI tham gia quản lý vòng. Do đó, tất cả các nút đều trao đổi các khung SMT đặc biệt để quản lý mạng.

Khả năng chịu lỗi của mạng FDDI được đảm bảo bởi các giao thức của các lớp khác: với sự trợ giúp của lớp vật lý, các lỗi mạng vì lý do vật lý, chẳng hạn như do đứt cáp, sẽ được loại bỏ và với sự trợ giúp của lớp MAC, mạng logic các lỗi được loại bỏ, ví dụ như mất đường dẫn nội bộ cần thiết để truyền mã thông báo và khung dữ liệu giữa các cổng trung tâm.

4.2. Đặc điểm của phương pháp truy cập FDDI.

Để truyền các khung đồng bộ, trạm luôn có quyền lấy mã thông báo khi đến nơi. Trong trường hợp này, thời gian giữ điểm đánh dấu có giá trị cố định được xác định trước.

Nếu trạm vòng FDDI cần truyền khung không đồng bộ (loại khung được xác định bởi các giao thức của các lớp trên), thì để xác định khả năng chụp điểm đánh dấu trong lần tiếp theo Khi đến nơi, trạm phải đo khoảng thời gian đã trôi qua kể từ lần xuất hiện trước đó của mã thông báo. Khoảng này được gọi là thời gian quay vòng mã thông báo (TRT). Khoảng TRT được so sánh với một giá trị khác - thời gian tối đa cho phép để quay điểm đánh dấu quanh vòng T_0рг. Nếu trong công nghệ Token Ring, thời gian quay mã thông báo tối đa cho phép là một giá trị cố định (2,6 giây dựa trên 260 trạm trong vòng), thì trong công nghệ FDDI, các trạm đồng ý về giá trị của T_0rg trong quá trình khởi tạo vòng. Mỗi trạm có thể cung cấp giá trị T_0rg riêng, do đó, thời gian tối thiểu mà các trạm đề xuất sẽ được đặt cho vòng. Điều này cho phép tính đến nhu cầu của các ứng dụng chạy trên các trạm. Thông thường, các ứng dụng đồng bộ (ứng dụng thời gian thực) cần gửi dữ liệu tới mạng theo từng khối nhỏ thường xuyên hơn, trong khi các ứng dụng không đồng bộ cần truy cập mạng ít thường xuyên hơn nhưng với khối lớn hơn. Ưu tiên cho các trạm truyền lưu lượng đồng bộ.

Do đó, lần tiếp theo một mã thông báo đến để truyền một khung không đồng bộ, thời gian quay mã thông báo TRT thực tế sẽ được so sánh với T_0rg tối đa có thể. Nếu vòng không bị quá tải thì mã thông báo sẽ đến trước khi hết khoảng thời gian T_0rg, nghĩa là TRT< Т_0рг. В этом случае станции разрешается захватить маркер и передать свой кадр (или кадры) в кольцо. Время удержания маркера ТНТ равно разности T_0pr - TRT, и в течение этого времени станция передает в кольцо столько асинхронных кадров, сколько успеет.

Nếu vòng bị quá tải và điểm đánh dấu bị trễ thì khoảng TRT sẽ lớn hơn T_0rg. Trong trường hợp này, trạm không được phép thu thập mã thông báo cho khung không đồng bộ. Nếu tất cả các trạm trong mạng chỉ muốn truyền các khung không đồng bộ và mã thông báo thực hiện một vòng quay quá chậm thì tất cả các trạm sẽ chuyển mã thông báo ở chế độ lặp lại, mã thông báo sẽ nhanh chóng thực hiện một vòng quay khác và ở chu kỳ tiếp theo, các trạm đã thực hiện xong có quyền lấy mã thông báo và truyền khung của họ.

Phương thức truy cập FDDI cho lưu lượng không đồng bộ có khả năng thích ứng và xử lý tốt tình trạng tắc nghẽn mạng tạm thời.

4.3. Khả năng chịu lỗi của công nghệ FDDI.

Để đảm bảo khả năng chịu lỗi, tiêu chuẩn FDDI cung cấp việc tạo ra hai vòng sợi quang - sơ cấp và thứ cấp. Tiêu chuẩn FDDI cho phép hai loại kết nối của trạm với mạng. Kết nối đồng thời với vòng sơ cấp và thứ cấp được gọi là kết nối kép - Dual Attachment, DA. Chỉ kết nối với vòng chính được gọi là kết nối đơn - Single Attachment, SA.

Tiêu chuẩn FDDI cung cấp sự hiện diện của các nút cuối trong mạng - các trạm (Trạm), cũng như các bộ tập trung (Bộ tập trung). Đối với các trạm và trung tâm, mọi loại kết nối với mạng đều được chấp nhận - cả đơn và đôi. Theo đó, các thiết bị như vậy có tên gọi phù hợp: SAS (Single Attachment Station), DAS (Dual Attachment Station), SAC (Single Attachment Concentrator) và DAC (Dual Attachment Concentrator).

Thông thường, các hub có kết nối kép và các trạm có một kết nối đơn, như trong Hình 2. 6., mặc dù điều này là không cần thiết. Để giúp kết nối các thiết bị vào mạng một cách chính xác dễ dàng hơn, các đầu nối của chúng sẽ được đánh dấu. Các thiết bị có kết nối kép phải có đầu nối loại A và B; đầu nối M (Master) có sẵn trên hub cho một kết nối duy nhất của trạm, đầu nối tương ứng phải là loại S (Slave).

Cơm. 6. Kết nối các nút với các vòng FDDI

Trong trường hợp đứt cáp giữa các thiết bị được kết nối kép, mạng FDDI sẽ có thể tiếp tục hoạt động bình thường bằng cách tự động cấu hình lại các đường dẫn khung bên trong giữa các cổng trung tâm (Hình 7.). Việc đứt cáp hai lần sẽ dẫn đến hai mạng FDDI bị cô lập. Nếu cáp dẫn đến một trạm có một kết nối duy nhất bị đứt, nó sẽ bị cắt khỏi mạng và vòng tiếp tục hoạt động do việc cấu hình lại đường dẫn bên trong trong trung tâm - cổng M mà trạm này được kết nối sẽ bị hủy bị loại khỏi con đường chung.

Cơm. 7. Cấu hình lại mạng FDDI khi dây bị đứt

Để duy trì chức năng mạng trong thời gian mất điện, các trạm kết nối kép, tức là các trạm DAS, phải được trang bị Công tắc chuyển mạch quang, tạo ra đường dẫn cho các luồng ánh sáng khi nguồn điện mà chúng nhận được từ trạm biến mất.

Cuối cùng, các trạm DAS hoặc hub DAC có thể được kết nối với hai cổng M của một hoặc hai hub, tạo ra cấu trúc cây với các liên kết chính và dự phòng. Theo mặc định, cổng B hỗ trợ giao tiếp chính và cổng A hỗ trợ giao tiếp dự phòng. Cấu hình này được gọi là kết nối Dual Homing.

Khả năng chịu lỗi được duy trì bằng cách liên tục giám sát mức độ SMT của các trung tâm và trạm trong khoảng thời gian lưu thông mã thông báo và khung, cũng như sự hiện diện của kết nối vật lý giữa các cổng liền kề trên mạng. Không có màn hình hoạt động chuyên dụng trong mạng FDDI - tất cả các trạm và trung tâm đều như nhau và khi phát hiện thấy các bất thường, chúng sẽ bắt đầu quá trình khởi tạo lại mạng và sau đó định cấu hình lại mạng.

Việc cấu hình lại các đường dẫn bên trong trong hub và bộ điều hợp mạng được thực hiện bằng các bộ chuyển mạch quang đặc biệt có chức năng chuyển hướng chùm ánh sáng và có thiết kế khá phức tạp.

4.4. So sánh FDDI với công nghệ Ethernet và Token Ring.

Trong bảng 1. Trình bày kết quả so sánh công nghệ FDDI với công nghệ Ethernet và Token Ring.

Bảng 1.Đặc điểm của công nghệ FDDI, Ethernet, Token Ring

Công nghệ FDDI được phát triển để sử dụng trong các lĩnh vực quan trọng của mạng - trên các kết nối đường trục giữa các mạng lớn, chẳng hạn như xây dựng mạng, cũng như để kết nối các máy chủ hiệu suất cao với mạng. Do đó, điều quan trọng nhất đối với các nhà phát triển là đảm bảo tốc độ truyền dữ liệu cao, khả năng chịu lỗi ở cấp độ giao thức và khoảng cách xa giữa các nút mạng. Tất cả những mục tiêu này đã đạt được. Kết quả là công nghệ FDDI có chất lượng cao nhưng rất đắt tiền. Ngay cả việc giới thiệu tùy chọn cặp xoắn rẻ hơn cũng không làm giảm đáng kể chi phí kết nối một nút với mạng FDDI. Do đó, thực tế đã chỉ ra rằng lĩnh vực ứng dụng chính của công nghệ FDDI đã trở thành mạng xương sống bao gồm một số tòa nhà, cũng như các mạng ở quy mô một thành phố lớn, tức là lớp MAN. Công nghệ này hóa ra quá đắt để kết nối các máy khách và thậm chí cả các máy chủ nhỏ. Và vì thiết bị FDDI đã được sản xuất được khoảng 10 năm nên không thể mong đợi giá thành của nó sẽ giảm đáng kể.

Kết quả là, các chuyên gia mạng từ đầu những năm 90 đã bắt đầu tìm cách tạo ra các công nghệ tương đối rẻ tiền, đồng thời, tốc độ cao, có thể hoạt động thành công trên mọi cấp độ của mạng công ty, như công nghệ Ethernet và Token Ring đã làm trong những năm 80.

5. Fast Ethernet và 100VG - AnyLAN là sự phát triển của công nghệ Ethernet.

Ethernet 10 Mbit cổ điển phù hợp với hầu hết người dùng trong khoảng 15 năm. Tuy nhiên, vào đầu những năm 90, người ta bắt đầu cảm nhận được khả năng không đủ của nó. Đối với các máy tính chạy bộ xử lý Intel 80286 hoặc 80386 có bus ISA (8 MB/s) hoặc EISA (32 MB/s), băng thông phân đoạn Ethernet là 1/8 hoặc 1/32 của kênh bộ nhớ-đĩa và đây là phù hợp tốt với tỷ lệ khối lượng dữ liệu được xử lý cục bộ và dữ liệu được truyền qua mạng. Đối với các trạm khách mạnh hơn có bus PCI (133 MB/s), tỷ lệ này giảm xuống còn 1/133, rõ ràng là không đủ. Kết quả là, nhiều phân đoạn Ethernet 10Mbps trở nên quá tải, khả năng phản hồi của máy chủ giảm đáng kể và tốc độ xung đột tăng đáng kể, khiến thông lượng có thể sử dụng càng giảm.

Cần phải phát triển một Ethernet “mới”, tức là một công nghệ có hiệu quả chi phí tương đương với hiệu suất 100 Mbit/s. Kết quả của việc tìm kiếm và nghiên cứu, các chuyên gia đã chia thành hai phe, cuối cùng dẫn đến sự xuất hiện của hai công nghệ mới - Fast Ethernet và l00VG-AnyLAN. Chúng khác nhau về mức độ liên tục với Ethernet cổ điển.

Năm 1992, một nhóm các nhà sản xuất thiết bị mạng, bao gồm các nhà sản xuất công nghệ Ethernet hàng đầu như SynOptics, 3Com và một số hãng khác, đã thành lập Fast Ethernet Alliance, một hiệp hội phi lợi nhuận, để phát triển tiêu chuẩn cho công nghệ mới nhằm duy trì các tính năng của Ethernet. công nghệ ở mức tối đa có thể.

Nhóm thứ hai do Hewlett-Packard và AT&T dẫn đầu, đề nghị tận dụng cơ hội để giải quyết một số thiếu sót đã biết của công nghệ Ethernet. Sau một thời gian, IBM đã tham gia cùng các công ty này, góp phần bằng cách đề xuất cung cấp một số khả năng tương thích với mạng Token Ring trong công nghệ mới.

Đồng thời, Ủy ban IEEE 802 đã thành lập một nhóm nghiên cứu để nghiên cứu tiềm năng kỹ thuật của các công nghệ tốc độ cao mới. Từ cuối năm 1992 đến cuối năm 1993, nhóm IEEE đã nghiên cứu các giải pháp 100 Mbit được cung cấp bởi nhiều nhà cung cấp khác nhau. Cùng với các đề xuất của Liên minh Fast Ethernet, nhóm cũng xem xét công nghệ tốc độ cao do Hewlett-Packard và AT&T đề xuất.

Cuộc thảo luận tập trung vào vấn đề duy trì phương pháp truy cập CSMA/CD ngẫu nhiên. Đề xuất của Liên minh Fast Ethernet đã duy trì phương pháp này và do đó đảm bảo tính liên tục và nhất quán giữa các mạng 10 Mbps và 100 Mbps. Liên minh HP-AT&T, với sự hỗ trợ của ít nhà cung cấp trong ngành mạng hơn đáng kể so với Liên minh Fast Ethernet, đã đề xuất một phương thức truy cập hoàn toàn mới được gọi là Ưu tiên nhu cầu- ưu tiên truy cập theo yêu cầu. Nó đã thay đổi đáng kể hành vi của các nút trên mạng, do đó nó không thể phù hợp với công nghệ Ethernet và tiêu chuẩn 802.3, và một ủy ban IEEE 802.12 mới đã được tổ chức để tiêu chuẩn hóa nó.

Vào mùa thu năm 1995, cả hai công nghệ đều trở thành tiêu chuẩn của IEEE. Ủy ban IEEE 802.3 đã thông qua đặc tả Fast Ethernet làm tiêu chuẩn 802.3, đây không phải là một tiêu chuẩn độc lập mà là một sự bổ sung cho tiêu chuẩn 802.3 hiện có dưới dạng các chương 21 đến 30. Ủy ban 802.12 đã thông qua công nghệ l00VG-AnyLAN, công nghệ này sử dụng phương thức truy cập Ưu tiên nhu cầu mới và hỗ trợ hai định dạng khung - Ethernet và Token Ring.

5.1. Đặc điểm của công nghệ 100VG-AnyLAN.

Công nghệ 100VG-AnyLAN khác với Ethernet cổ điển ở mức độ lớn hơn nhiều so với Fast Ethernet. Sự khác biệt chính được liệt kê dưới đây.

Sử dụng một phương thức truy cập khác, Ưu tiên theo yêu cầu, cung cấp sự phân bổ băng thông mạng công bằng hơn so với phương pháp CSMA/CD. Ngoài ra, phương pháp này hỗ trợ quyền truy cập ưu tiên cho các ứng dụng đồng bộ. Các khung không được truyền đến tất cả các trạm mạng mà chỉ đến trạm đích. Mạng có trọng tài truy cập chuyên dụng - một bộ tập trung và điều này giúp phân biệt rõ ràng công nghệ này với các công nghệ khác sử dụng thuật toán truy cập được phân bổ giữa các trạm mạng. Hỗ trợ khung của hai công nghệ - Ethernet và Token Ring (chính trường hợp này đã bổ sung thêm AnyLAN vào tên của công nghệ). Dữ liệu được truyền đồng thời qua 4 cặp cáp UTP Loại 3. Mỗi cặp truyền dữ liệu với tốc độ 25 Mbit/s, tổng cộng là 100 Mbit/s. Không giống như Fast Ethernet, không có xung đột trong mạng 100VG-AnyLAN, do đó có thể sử dụng cả bốn cặp cáp Loại 3 tiêu chuẩn để truyền. Mã hóa dữ liệu sử dụng mã 5V/6V, cung cấp phổ tín hiệu trong phạm vi 5V/6V. lên tới 16 MHz (băng thông UTP loại 3) với tốc độ truyền dữ liệu 25 Mbit/s. Phương thức truy cập Ưu tiên theo nhu cầu dựa trên việc chuyển đến bộ tập trung các chức năng của trọng tài nhằm giải quyết vấn đề truy cập vào phương tiện chia sẻ. Mạng 100VG-AnyLAN bao gồm một hub trung tâm, còn được gọi là nút gốc, các nút cuối và các hub khác được kết nối với nó (Hình 8.).

Cơm. số 8. Mạng 100VG-AnyLAN

Ba cấp độ xếp tầng được cho phép. Mỗi hub và bộ điều hợp mạng l00VG-AnyLAN phải được cấu hình để xử lý khung Ethernet hoặc khung Token Ring và cả hai loại khung đều không được phép lưu thông đồng thời.

Hub thăm dò các cổng theo chu kỳ. Một trạm muốn truyền một gói sẽ gửi một tín hiệu tần số thấp đặc biệt đến hub, yêu cầu truyền khung và cho biết mức độ ưu tiên của nó. Mạng l00VG-AnyLAN sử dụng hai mức ưu tiên - thấp và cao. Mức ưu tiên thấp tương ứng với dữ liệu thông thường (dịch vụ tệp, dịch vụ in, v.v.) và mức ưu tiên cao tương ứng với dữ liệu nhạy cảm với thời gian (chẳng hạn như đa phương tiện). Ưu tiên yêu cầu có các thành phần tĩnh và động, nghĩa là trạm có mức ưu tiên thấp và không có quyền truy cập vào mạng trong một thời gian dài sẽ nhận được mức ưu tiên cao.

Nếu mạng rảnh thì hub sẽ cho phép gói được truyền đi. Sau khi phân tích địa chỉ người nhận trong gói đã nhận, hub sẽ tự động gửi gói đến trạm đích. Nếu mạng bận, trung tâm sẽ đặt yêu cầu đã nhận vào hàng đợi, yêu cầu này sẽ được xử lý theo thứ tự nhận được yêu cầu và có tính đến mức độ ưu tiên. Nếu một trung tâm khác được kết nối với cổng, việc kiểm tra vòng sẽ bị tạm dừng cho đến khi trung tâm hạ lưu hoàn tất việc kiểm tra vòng. Các trạm được kết nối với các bộ tập trung ở các cấp độ phân cấp khác nhau không có lợi thế trong việc truy cập phương tiện dùng chung, vì quyết định cấp quyền truy cập được đưa ra sau khi tất cả các bộ tập trung đã thăm dò tất cả các cổng của họ.

Câu hỏi vẫn chưa rõ ràng là làm thế nào để trung tâm biết trạm đích được kết nối với cổng nào? Trong tất cả các công nghệ khác, khung được truyền đơn giản đến tất cả các trạm trên mạng và trạm đích, sau khi nhận ra địa chỉ của nó, sẽ sao chép khung vào bộ đệm. Để giải quyết vấn đề này, hub tìm ra địa chỉ MAC của trạm tại thời điểm nó được kết nối vật lý với mạng bằng cáp. Nếu trong các công nghệ khác, quy trình kết nối vật lý xác định kết nối cáp (kiểm tra liên kết trong công nghệ l0Base-T), loại cổng (công nghệ FDDI), tốc độ cổng (quy trình tự động đàm phán trong Fast Ethernet), thì trong công nghệ l00VG-AnyLAN, trung tâm khi thiết lập kết nối vật lý sẽ tìm ra địa chỉ MAC của trạm. Và lưu trữ nó trong bảng địa chỉ MAC, tương tự như bảng bridge/switch. Sự khác biệt giữa hub l00VG-AnyLAN và bridge/switch là nó không có bộ đệm bên trong để lưu trữ khung. Do đó, nó chỉ nhận một khung từ các trạm mạng, gửi nó đến cổng đích và cho đến khi trạm đích nhận được đầy đủ khung này, hub không chấp nhận các khung mới. Vì vậy, hiệu quả của môi trường chia sẻ vẫn còn. Chỉ có an ninh mạng được cải thiện - các khung không đến được cổng của người khác và chúng khó bị chặn hơn.

Một tính năng quan trọng của công nghệ l00VG-AnyLAN là bảo toàn các định dạng khung Ethernet và Token Ring. Những người ủng hộ l00VG-AnyLAN cho rằng phương pháp này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc liên kết mạng giữa các bridge và bộ định tuyến, đồng thời cũng sẽ cung cấp khả năng tương thích với các công cụ quản lý mạng hiện có, đặc biệt là các bộ phân tích giao thức.

Mặc dù có nhiều giải pháp kỹ thuật tốt nhưng công nghệ l00VG-AnyLAN vẫn chưa tìm được nhiều người ủng hộ và kém hơn đáng kể về mức độ phổ biến so với công nghệ Fast Ethernet. Điều này có thể xảy ra do khả năng kỹ thuật của công nghệ ATM để hỗ trợ các loại lưu lượng khác nhau rộng hơn đáng kể so với l00VG-AnyLAN. Vì vậy, nếu cần thiết để đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt nhất thì công nghệ ATM sẽ được sử dụng (hoặc sắp được sử dụng). Và đối với các mạng không cần duy trì chất lượng dịch vụ ở cấp độ phân khúc dùng chung, công nghệ Fast Ethernet hóa ra lại phổ biến hơn. Hơn nữa, để hỗ trợ các ứng dụng đòi hỏi khắt khe về tốc độ truyền dữ liệu, có công nghệ Gigabit Ethernet, trong khi vẫn duy trì tính liên tục với Ethernet và Fast Ethernet, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu 1000 Mbit/s.

6. Công nghệ Gigabit Ethernet tốc độ cao.

6.1. Đặc điểm chung của tiêu chuẩn.

Khá nhanh chóng sau khi sản phẩm Fast Ethernet xuất hiện trên thị trường, các nhà tích hợp mạng và quản trị viên đã cảm nhận được những hạn chế nhất định khi xây dựng mạng doanh nghiệp. Trong nhiều trường hợp, các máy chủ được kết nối qua đường trục mạng bị quá tải kênh 100 Mbit/s cũng hoạt động ở tốc độ 100 Mbit/s - đường trục FDDI và Fast Ethernet. Cần có cấp độ tiếp theo của hệ thống phân cấp tốc độ. Vào năm 1995, chỉ các bộ chuyển mạch ATM mới có thể cung cấp mức tốc độ cao hơn và vào thời điểm đó không có phương tiện thuận tiện để di chuyển công nghệ này sang các mạng cục bộ (mặc dù đặc tả LAN Emulation - LANE đã được thông qua vào đầu năm 1995, việc triển khai thực tế của nó đã đi trước ) để triển khai chúng ở hầu hết không ai dám tạo mạng cục bộ. Ngoài ra, công nghệ ATM được đặc trưng bởi mức chi phí rất cao.

Do đó, bước hợp lý tiếp theo được IEEE thực hiện là 5 tháng sau khi tiêu chuẩn Fast Ethernet cuối cùng được áp dụng vào tháng 6 năm 1995, Nhóm nghiên cứu công nghệ tốc độ cao của IEEE được lệnh xem xét khả năng phát triển một tiêu chuẩn Ethernet với tốc độ cao hơn nữa. tốc độ bit.

Vào mùa hè năm 1996, việc thành lập nhóm 802.3z được công bố nhằm phát triển một giao thức tương tự nhất có thể với Ethernet, nhưng với tốc độ bit là 1000 Mbps. Giống như Fast Ethernet, thông điệp này đã được những người ủng hộ Ethernet đón nhận một cách hết sức nhiệt tình.

Lý do chính cho sự nhiệt tình là triển vọng chuyển giao suôn sẻ các đường trục mạng tới. Gigabit Ethernet, giống như các phân đoạn Ethernet bị quá tải nằm ở các cấp thấp hơn trong hệ thống phân cấp mạng đã được chuyển sang Fast Ethernet. Ngoài ra, kinh nghiệm truyền dữ liệu ở tốc độ gigabit đã tồn tại, cả trong mạng lãnh thổ (công nghệ SDH) và mạng cục bộ - Công nghệ Fibre Channel, được sử dụng chủ yếu để kết nối các thiết bị ngoại vi tốc độ cao với máy tính lớn và truyền dữ liệu qua cáp quang. cáp từ tốc độ gần gigabit qua mã dự phòng 8V/10V.

Được thành lập để phối hợp các nỗ lực trong lĩnh vực này, Liên minh Gigabit Ethernet ngay từ đầu đã bao gồm các công ty hàng đầu trong ngành như Bay Networks, Cisco Systems và 3Com. Sau một năm tồn tại, số lượng người tham gia Liên minh Gigabit Ethernet đã tăng lên đáng kể và hiện lên tới hơn 100. Là tùy chọn đầu tiên cho lớp vật lý, cấp độ công nghệ Kênh sợi quang đã được áp dụng, với mã 8V/10V ( như trong trường hợp Fast Ethernet, khi nó được sử dụng để tăng tốc công việc hoàn thành lớp vật lý FDDI).

Phiên bản đầu tiên của tiêu chuẩn này đã được xem xét lại vào tháng 1 năm 1997 và tiêu chuẩn 802.3z cuối cùng đã được thông qua vào ngày 29 tháng 6 năm 1998 tại cuộc họp của ủy ban IEEE 802.3. Công việc triển khai Gigabit Ethernet trên cáp xoắn đôi Loại 5 đã được chuyển giao cho ủy ban đặc biệt 802.3ab, ủy ban này đã xem xét một số lựa chọn cho dự thảo của tiêu chuẩn này và kể từ tháng 7 năm 1998, dự án đã trở nên khá ổn định.

Không cần đợi tiêu chuẩn được thông qua, một số công ty đã tung ra thiết bị Gigabit Ethernet đầu tiên trên cáp quang vào mùa hè năm 1997.

Ý tưởng chính của các nhà phát triển tiêu chuẩn Gigabit Ethernet là bảo tồn càng nhiều càng tốt những ý tưởng của công nghệ Ethernet cổ điển trong khi đạt được tốc độ bit 1000 Mbit/s.

Vì khi phát triển một công nghệ mới, điều tự nhiên là mong đợi một số cải tiến kỹ thuật theo xu hướng phát triển công nghệ mạng chung, điều quan trọng cần lưu ý là Gigabit Ethernet, giống như các đối tác chậm hơn của nó, không hỗ trợ ở cấp độ giao thức:

chất lượng dịch vụ; kết nối dự phòng; kiểm tra hiệu suất của các nút và thiết bị (trong trường hợp sau - ngoại trừ kiểm tra giao tiếp giữa các cổng, như được thực hiện đối với Ethernet l0Base-T và l0Base-F và Fast Ethernet).

Cả ba đặc tính này đều được coi là rất hứa hẹn và hữu ích trong các mạng hiện đại và đặc biệt là trong các mạng trong tương lai gần. Tại sao các tác giả của Gigabit Ethernet lại từ bỏ chúng?

Về chất lượng dịch vụ, có thể đưa ra câu trả lời ngắn gọn như sau: “Bạn có quyền lực, bạn không cần trí tuệ”. Nếu đường trục mạng hoạt động ở tốc độ cao hơn vài lần so với tốc độ hoạt động mạng trung bình của máy khách và cao hơn 100 lần so với hoạt động mạng trung bình của máy chủ có bộ điều hợp mạng 100 Mbit/s, thì trong nhiều trường hợp, bạn không phải lo lắng về sự chậm trễ của gói tin trên đường trục. Với hệ số tải bus nhỏ là 1000 Mbit/s, hàng đợi trong bộ chuyển mạch Gigabit Ethernet sẽ nhỏ và thời gian đệm và chuyển mạch ở tốc độ này là một vài hoặc thậm chí là một phần micro giây.

Chà, nếu đường trục được tải ở mức vừa đủ thì có thể ưu tiên cho lưu lượng truy cập yêu cầu tốc độ trung bình hoặc nhạy cảm với độ trễ bằng cách sử dụng kỹ thuật ưu tiên trong các bộ chuyển mạch - các tiêu chuẩn tương ứng cho các bộ chuyển mạch đã được áp dụng. Nhưng sẽ có thể sử dụng một công nghệ rất đơn giản (gần giống như Ethernet), các nguyên tắc hoạt động của nó đã được hầu hết các chuyên gia mạng biết đến.

Ý tưởng chính của các nhà phát triển công nghệ Gigabit Ethernet là có và sẽ có nhiều mạng trong đó tốc độ đường trục cao và khả năng gán mức độ ưu tiên cho các gói trong bộ chuyển mạch sẽ khá đủ để đảm bảo chất lượng dịch vụ truyền tải. cho tất cả các máy khách trong mạng. Và chỉ trong những trường hợp hiếm hoi khi đường cao tốc khá tắc nghẽn và yêu cầu về chất lượng dịch vụ rất nghiêm ngặt thì mới cần sử dụng công nghệ ATM, do độ phức tạp kỹ thuật cao nên mới thực sự đảm bảo chất lượng dịch vụ cho tất cả các loại hình chính. giao thông.

Kiểm tra phần cứng và truyền thông dự phòng sẽ không được hỗ trợ bởi công nghệ Gigabit Ethernet do thực tế là các giao thức cấp cao hơn, chẳng hạn như Spanning Tree, giao thức định tuyến, v.v., thực hiện tốt các nhiệm vụ này. Do đó, các nhà phát triển công nghệ đã quyết định rằng lớp thấp hơn. chỉ cần truyền dữ liệu nhanh chóng và các tác vụ phức tạp hơn và ít gặp hơn (chẳng hạn như ưu tiên lưu lượng truy cập) phải được chuyển lên các lớp trên.

Công nghệ Gigabit Ethernet có điểm gì chung so với công nghệ Ethernet và Fast Ethernet?

Tất cả các định dạng khung Ethernet được giữ nguyên. Vẫn sẽ có phiên bản bán song công của giao thức hỗ trợ phương thức truy cập CSMA/CD và phiên bản song công hoàn toàn hoạt động với các bộ chuyển mạch. Các nhà phát triển Fast Ethernet cũng nghi ngờ về việc duy trì phiên bản bán song công của giao thức, vì rất khó để thuật toán CSMA/CD hoạt động ở tốc độ cao. Tuy nhiên, phương thức truy cập vẫn không thay đổi trong công nghệ Fast Ethernet và người ta quyết định duy trì công nghệ Gigabit Ethernet mới. Duy trì giải pháp chi phí thấp cho môi trường dùng chung sẽ cho phép sử dụng Gigabit Ethernet trong các nhóm làm việc nhỏ với máy chủ và máy trạm tốc độ nhanh. Tất cả các loại cáp chính được sử dụng trong Ethernet và Fast Ethernet đều được hỗ trợ: cáp quang, cặp xoắn loại 5, đồng trục.

Tuy nhiên, để duy trì các đặc tính trên, các nhà phát triển công nghệ Gigabit Ethernet đã phải thực hiện những thay đổi không chỉ đối với lớp vật lý, như trường hợp của Fast Ethernet, mà còn đối với lớp MAC.

Các nhà phát triển tiêu chuẩn Gigabit Ethernet phải đối mặt với một số vấn đề khó giải quyết. Một trong số đó là nhiệm vụ đảm bảo đường kính mạng có thể chấp nhận được cho chế độ vận hành bán song công. Do giới hạn độ dài cáp của CSMA/CD, phiên bản phương tiện chia sẻ của Gigabit Ethernet sẽ cho phép độ dài phân đoạn chỉ 25 mét trong khi vẫn giữ nguyên kích thước khung và tất cả các thông số CSMA/CD. Vì có một số lượng lớn các ứng dụng cần tăng đường kính mạng lên ít nhất 200 mét nên cần phải giải quyết vấn đề này bằng cách nào đó thông qua những thay đổi tối thiểu trong công nghệ Fast Ethernet.

Một thách thức lớn khác là đạt được tốc độ bit 1000 Mbps trên các loại cáp chính. Ngay cả đối với cáp quang, việc đạt được tốc độ như vậy cũng có một số vấn đề, vì công nghệ Fibre Channel, lớp vật lý được lấy làm cơ sở cho phiên bản cáp quang của Gigabit Ethernet, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu chỉ 800 Mbit/s ( tốc độ bit trên đường truyền trong trường hợp này là khoảng 1000 Mbit/s, nhưng với phương pháp mã hóa 8V/10V, tốc độ bit hữu ích thấp hơn 25% so với tốc độ xung trên đường truyền).

Và cuối cùng, nhiệm vụ khó khăn nhất là hỗ trợ cáp xoắn đôi. Thoạt nhìn, nhiệm vụ như vậy có vẻ không thể giải quyết được - xét cho cùng, ngay cả đối với các giao thức 100 Mbit, vẫn cần phải sử dụng các phương pháp mã hóa khá phức tạp để phù hợp với phổ tín hiệu vào băng thông cáp. Tuy nhiên, sự thành công của các chuyên gia mã hóa, gần đây đã thể hiện ở các tiêu chuẩn modem mới, đã cho thấy rằng vấn đề này có cơ hội được giải quyết. Để không làm chậm việc áp dụng phiên bản chính của tiêu chuẩn Gigabit Ethernet sử dụng cáp quang và cáp đồng trục, một ủy ban 802.3ab riêng biệt đã được thành lập để phát triển tiêu chuẩn Gigabit Ethernet qua cặp xoắn Loại 5.

Tất cả những nhiệm vụ này đã được giải quyết thành công.

6.2. Phương tiện đảm bảo đường kính mạng 200 m trên môi trường dùng chung.

Để mở rộng đường kính tối đa của mạng Gigabit Ethernet ở chế độ bán song công lên 200 m, các nhà phát triển công nghệ đã thực hiện các biện pháp khá tự nhiên dựa trên tỷ lệ đã biết về thời gian truyền khung có độ dài tối thiểu và thời gian quay vòng gấp đôi.

Kích thước khung tối thiểu đã được tăng lên (không bao gồm phần mở đầu) từ 64 lên 512 byte hoặc 4096 bt. Theo đó, thời gian quay vòng kép giờ đây cũng có thể tăng lên tới 4095 bt, giúp đường kính mạng có thể đạt khoảng 200 m khi sử dụng một bộ lặp đơn. Với độ trễ tín hiệu gấp đôi là 10 bt/m, 100 m cáp quang sẽ đóng góp trong các chuyến đi khứ hồi 1000 bt gấp đôi và nếu bộ lặp và bộ điều hợp mạng sẽ đóng góp độ trễ tương tự như trong công nghệ Fast Ethernet (dữ liệu được đưa ra trong phần trước) , thì độ trễ của bộ lặp 1000 bt và một cặp bộ điều hợp mạng 1000 bt sẽ cho tổng thời gian quay vòng gấp đôi là 4000 bt, thỏa mãn điều kiện nhận dạng va chạm. Để tăng độ dài khung hình lên giá trị được yêu cầu trong công nghệ mới, bộ điều hợp mạng phải mở rộng trường dữ liệu lên độ dài 448 byte như sau: được gọi là phần mở rộng, là trường chứa các ký tự mã 8B/10B bị cấm mà không thể nhầm lẫn với mã dữ liệu.

Để giảm chi phí sử dụng các khung quá dài để truyền các biên nhận ngắn, các nhà phát triển tiêu chuẩn đã cho phép các nút cuối truyền một số khung liên tiếp mà không cần truyền phương tiện đến các trạm khác. Chế độ này được gọi là Burst Mode - chế độ chụp liên tục độc quyền. Một trạm có thể truyền nhiều khung liên tiếp với tổng chiều dài không quá một bit hoặc 8192 byte. Nếu một trạm cần truyền một số khung nhỏ thì nó có thể không đệm chúng lên tới kích thước 512 byte mà truyền liên tiếp cho đến khi hết giới hạn 8192 byte (giới hạn này bao gồm tất cả các byte của khung, bao gồm cả phần mở đầu , tiêu đề, dữ liệu và tổng kiểm tra). Giới hạn 8192 byte được gọi là BurstLength. Nếu một trạm bắt đầu truyền một khung và đạt đến giới hạn Độ dài bùng nổ ở giữa khung thì khung đó được phép truyền đến cuối.

Việc tăng khung “kết hợp” lên 8192 byte sẽ làm chậm phần nào việc truy cập vào phương tiện chia sẻ của các trạm khác, nhưng ở tốc độ 1000 Mbit/s thì độ trễ này không quá đáng kể.

7. Kết luận.

Công nghệ Gigabit Ethernet bổ sung thêm một bước mới 1000 Mbps trong hệ thống phân cấp tốc độ của họ Ethernet. Giai đoạn này cho phép bạn xây dựng các mạng cục bộ lớn một cách hiệu quả, trong đó các máy chủ mạnh mẽ và đường trục ở cấp độ thấp hơn của mạng hoạt động ở tốc độ 100 Mbit/s và đường trục Gigabit Ethernet kết nối chúng, cung cấp băng thông dự trữ đủ lớn.

Các nhà phát triển công nghệ Gigabit Ethernet đã duy trì mức độ liên tục lớn với công nghệ Ethernet và Fast Ethernet. Gigabit Ethernet sử dụng các định dạng khung giống như các phiên bản trước của Ethernet, hoạt động ở chế độ song công hoàn toàn và bán song công, hỗ trợ cùng một phương thức truy cập CSMA/CD trên phương tiện dùng chung với những sửa đổi tối thiểu.

8. Danh mục tài liệu đã sử dụng.