Архитектура сетей Ethernet
Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru
Нетрудно видеть, что все перечисленные физические среды используют последовательный формат передачи информации. К этой разновидности относится и Ethernet (10 Мбит/с ±0,01%). Фирма Ксерокс осуществила разработку протокола Ethernet в 1973 году, а в 1979 году объединение компаний Ксерокс, Интел и DEC (DIX) предоставило документ для стандартизации протокола в IEEE. Предложение с небольшими изменениями было принято комитетом 802.3 в 1983 году. Кадр Ethernet имеет формат, показанный на рис. 4.1.1.1.1.
Рис. 4.1.1.1.1 Формат кадра сетей ethernet (цифры в верхней части рисунка показывают размер поля в байтах)
Поле преамбула содержит 7 байт 0хАА и служит для стабилизации и синхронизации среды (чередующиеся сигналы CD1 и CD0 при завершающем CD0), далее следует поле SFD (start frame delimiter = 0xab), которое предназначено для выявления начала кадра. Поле EFD (end frame delimiter) задает конец кадра. Поле контрольной суммы (CRC - cyclic redundancy check), также как и преамбула, SFD и EFD, формируются и контролируются на аппаратном уровне. В некоторых модификациях протокола поле efd не используется. Пользователю доступны поля, начиная с адреса получателя и кончая полем информация, включительно. После crc следует межпакетная пауза (IPG - interpacket gap – межпакетный интервал) длиной 9,6 мксек или более. Максимальный размер кадра равен 1518 байт (сюда не включены поля преамбулы, SFD и EFD). Интерфейс просматривает все пакеты, следующие по кабельному сегменту, к которому он подключен, ведь определить, корректен ли принятый пакет и кому он адресован, можно лишь приняв его целиком. Корректность пакета по CRC, по длине и кратности целому числу байт производится после проверки адреса места назначения. Вероятность ошибки передачи при наличии crc контроля составляет ~2-32. При вычислении CRC используется образующий полином:
G(x) = x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 + x + 1.
Алгоритм вычисления CRC сводится к вычислению остатка от деления кода M(x), характеризующего кадр, на образующий полином G(x) (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specification.
Published by IEEE (802.3-1985). Wiley-Interscience, John & sons, inc.). CRC представляет собой дополнение полученного остатка R(x). CRC пересылается, начиная со старших разрядов. Схема взаимодействия различных субуровней при реализации протокола IEEE 802.3 показана на рис 4.1.1.1.2. Выше llc размещаются верхние субуровни, включая прикладной. Через AUI данные передаются с использованием манчестерского кода.
Рис. 4.1.1.1.2. Схема взаимодействия субуровней 802.3 (CSMA/CD)
Манчестерский код объединяет в бит-сигнале данные и синхронизацию. Каждый бит-символ делится на две части, причем вторая часть всегда является инверсной по отношению первой. В первой половине кодируемый сигнал представлен в логически дополнительном виде, а во второй – в обычном. Таким образом, сигнал логического 0 – CD0 характеризуется в первой половине уровнем HI, а во второй LO. Соответственно сигнал CD1 характеризуется в первой половине бит-символа уровнем LO, а во второй – HI. Примеры форм сигналов при манчестерском кодировании представлены на рис. 4.1.1.1.3.
Рис. 4.1.1.1.3 Примеры кодировки с использованием манчестерского кода
Ниже в таблице 4.1.1.1.1 приведены ограничения, налагаемые на сеть Ethernet в целом и на отдельные ее фрагменты.
Таблица 4.1.1.1.1. Возможности различных схем реализации ethernet
| Тип кабеля | Толстый (10base5) | Тонкий (10base2) | Скрученная пара (10baset) |
| Максимальная длина сети (м) | 2500 | 900 | - |
| Максимальная длина кабельного сегмента (м) | 500 | 185 | 100 |
| Максимальное число подключений к сегменту | 100 | 30 | 1 |
| Минимальное расстояние между точками подключения (м) | 2.5 | 0.5 | - |
| Максимальное удаление узлов | 5 сегментов и 4 повторителя | 5 сегментов и 4 повторителя | 5 сегментов и 4 повторителя |
Из таблицы видно, что максимальная задержка в сети Ethernet складывается из:
4*tr (задержка, вносимая повторителями, при их максимальном числе =4; tr - задержка сигнала в репитере, ~20 бит-тактов)
4,5нсек/м*5*500м (задержка пяти кабельных сегментов)
4нсек/м*2*50м (задержка, вносимая двумя кабелями aui, первого и последнего сегментов)
задержки сетевых интерфейсов и трансиверов (~2*20 бит-тактов)
В сумме это соответствует ~220 бит-тактам. Минимальная длина пакета должна быть больше удвоенного значения этой задержки (выбрано 64 байта = 512 тактов). Если размер пакета меньше 64 байт, добавляются байты-заполнители, чтобы кадр в любом случае имел соответствующий размер. При приеме контролируется длина пакета и, если она превышает 1518 байт, пакет считается избыточным и обрабатываться не будет. Аналогичная судьба ждет кадры короче 64 байт. Любой пакет должен иметь длину, кратную 8 бит (целое число байт). Если в поле адресата содержатся все единицы, адрес считается широковещательным, то есть обращенным ко всем рабочим станциям локальной сети. Пакет ethernet может нести от 46 до 1500 байт данных. Формат адреса получателя или отправителя (MAC) показан на рис. 4.1.1.1.4. Для передачи данных на физическом уровне используется манчестерский код.
Рис. 4.1.1.1.4. Формат mac-адреса
В верхней части рисунка указана длина полей адреса, в нижней – нумерация разрядов. Субполе I/G представляет собой флаг индивидуального или группового адреса. I/G=0 – указывает на то, что адрес является индивидуальным адресом сетевого объекта. I/G=1 характеризует адрес как мультикастинговый, в этом случае дальнейшее разбиение адреса на субполя теряет смысл. Субполе UL является флагом универсального или местного управления (определяет механизм присвоения адреса сетевому интерфейсу). U/L=1 указывает на локальную адресацию (адрес задан не производителем и ответственность за уникальность лежит на администраторе LAN). U/L=I/G=0 характерно для стандартных уникальных адресов, присваиваемых интерфейсу его изготовителем. Субполе OUI (organizationally unique identifier) позволяет определить производителя сетевого интерфейса. Каждому производителю присваивается один или несколько OUI. Размер субполя позволяет идентифицировать около 4 миллионов различных производителей. За корректность присвоения уникального адреса интерфейса (OUA – organizationally unique address) несет ответственность производитель.
Двух интерфейсов одного и того же производителя с идентичными номерами не должно существовать. Размер поля позволяет произвести примерно 16 миллионов интерфейсов. Комбинация oui и oua составляют UAA (universally administrated address = IEEE-адрес).
Если в поле кадра протокол/тип записан код менее 1500, то это поле характеризует длину кадра. В противном случае – это код протокола, пакет которого инкапсулирован в кадр Ethernet.
Доступ к каналу Ethernet базируется на алгоритме CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detection). В Ethernet любая станция, подключенная к сети, может попытаться начать передачу пакета (кадра), если кабельный сегмент, к которому она подключена, свободен. Свободен ли сегмент, интерфейс определяет по отсутствию "несущей" в течение 9,6 мксек. Так как первый бит пакета достигает остальных станций сети не одновременно, может случиться, что попытку передачи совершат две или более станций, тем более что задержки в повторителях и кабелях могут достигать достаточно больших величин. Такие совпадения попыток называются столкновениями. Столкновение (коллизия) распознается по наличию в канале сигнала, уровень которого соответствует работе двух или более трансиверов одновременно. При обнаружении столкновения станция прерывает передачу. Возобновление попытки может быть произведено после выдержки (кратной 51,2 мксек, но не превосходящей 52 мсек), значения которой является псевдослучайной величиной и вычисляется каждой станцией независимо (t= RAND(0,2min(n,10)), где n – содержимое счетчика попыток, а число 10 - backofflimit).
После выдержки станция увеличивает на единицу счетчик попыток и начинает очередную передачу. Предельное число попыток по умолчанию равно 16, если число попыток исчерпано, связь прерывается и выдается соответствующее сообщение. Передаваемый длинный кадр способствует "синхронизации" начала передачи пакетов несколькими станциями. Ведь за время передачи с заметной вероятностью может возникнуть необходимость передачи у двух и более станций.
В момент, когда они обнаружат завершение пакета, будут включены таймеры IPG. К счастью информация о завершении передачи пакета доходит до станций сегмента не одновременно. Но задержки, с которыми это связано, являются также причиной того, что факт начала передачи нового пакета одной из станций не становится известным немедленно. При вовлечении в столкновение нескольких станций они могут уведомить остальные станции об этом, послав сигнал "затора" (jam - не менее 32 бит). Содержимое этих 32 бит не регламентируется. Такая схема делает менее вероятным повторное столкновение. Источником большого числа столкновений (помимо информационной перегрузки) может служить запредельная суммарная длина логического кабельного сегмента, слишком большое число повторителей, обрыв кабеля, отсутствие терминатора (50-омного согласователя кабеля) или неисправность одного из интерфейсов. Но сами по себе столкновения не являются чем-то негативным – это механизм, регулирующий доступ к сетевой среде.
Под логическим кабельным сегментом (иногда называемым областью столкновений) подразумевается один или несколько кабельных сегментов, объединенных повторителями. Анализ столкновений является одним из средств эффективной диагностики сети. Локальные столкновения (столкновения на сегменте, к которому непосредственно подключена рабочая станция) порождают укороченные пакеты-фрагменты (ведь их передача прерывается) с длиной менее 64 октетов. Большинство трансиверов и репитеров имеют на своих передних панелях индикаторы столкновений. Блок-схема реализации протокола CSMA/CD показана на рис. 4.1.1.1.4. Особое внимание я бы хотел обратить на влияние сигнала jam. В процессе пересылки столкнувшихся пакетов и за время передачи сигнала jam другие узлы могли захотеть что-то передать. Если таких узлов больше одного, то это приведет к синхронизации начала передачи этими узлами и к увеличению вероятности столкновения. Практически такую "синхронизацию" может осуществить любой достаточно длинный пакет.
Такая синхронизация является причиной "коллапса" сети при большой загрузке.
Рис. 4.1.1.1.5 Блок-схема реализации алгоритма доступа к сетевой среде CSMA/CD
Метод CSMA/ CD создает неопределенность времени доступа к сети, что делает ее неудобной для решения некоторых задач управления в реальном масштабе времени, где требуется малое время реакции системы на внешнее воздействие.
Рис. 4.1.1.1.6 Схема некоторых возможных вариантов подключения рабочих станций к Ethernet
Исторически первой появилась схема подключения к толстому 50-омному коаксиальному кабелю (сегмент 1 на рис. 4.1.1.1.6; Z=50 ±2 Ом) через трансивер и многожильный кабель типа AUI (attachment unit interface, максимальная длина 50 м). Трансивер подключается к кабелю методом "наколки", то есть во внешней оплетке и изоляции сверлится с помощью специального инструмента отверстие и через него осуществляется контакт трансивера с центральной жилой кабеля и экраном. Кабель по возможности не должен содержать сросток, в противном случае его предельная длина должна быть сокращена. Кабельный сегмент должен быть согласован с обоих сторон с помощью терминаторов (50 Ом ±1%). Позднее стала популярной схема соединений через тонкий коаксиальный кабель и t-образные коаксиальные разъемы (волновое сопротивление 50 Ом). В настоящее время наибольшее применение находит схема со специальными многовходовыми повторителями-концентраторами (Hub) и подключением оконечного оборудования через скрученные пары. Для подключения используется 8-контактный разъем RJ-45 (см. приложение 10.17 ). Этому способствует удешевление категорированных скрученных пар, соответствующих повторителей, а также большая надежность и лучшая ремонтоспособность таких сетей. Следует иметь в виду, что предельные длины для коаксиальных кабелей, приведенные в таблице 4.1.1.1.1 относятся к зарубежным типам, в частности в случае тонкого кабеля - это rg-58. Отечественные разновидности кабеля, например РК-50-2-11, допускают (при максимальной загрузке) длины примерно в 1,3-1,5 раз меньше.
Это связано с меньшим сечением центральной жилы и большей вариацией волнового сопротивления. Если же число ЭВМ подключенных к кабельному сегменту много меньше предельного, допускается использование и запредельных длин кабельных сегментов, но это не рекомендуется. Пропускная способность сети с методом доступа csma/cd снижается по мере роста загрузки из-за увеличения вероятности столкновений. По этой причине даже использование 100-мегагерцного ethernet не может гарантировать большей пропускной способности (по сравнению с обычным, см. рис. 4.1.1.1.8) при условии высоких загрузок и, как следствие, высоких вероятностей столкновений. ethernet-интерфейс перед началом передачи контролирует состояние кабельного сегмента (наличие несущей), выжидает некоторое время, если сегмент занят, после чего производит попытку передачи с контролем возможности столкновения.
Если в поле адресата содержатся все единицы, адрес считается широковещательным, то есть обращенным ко всем рабочим станциям локальной сети. Пакет ethernet может нести от 46 до 1500 байт данных. Схема интерфейса на уровне mau в упрощенном виде имеет вид, показанный на рис. 4.1.1.1.7.
Рис. 4.1.1.1.7. Схема интерфейса на уровне mau
Схема signal quality регистрирует коллизии и другие искажения сигнала и выдает в этом случае флаг SQE (signal quality error). sqe представляет собой сигнал CS0, посылаемый от MAU к DTE (точнее PMA к PLS, см. рис. 4.1.1.1.2). Сигнал SQE посылается mau также в случае завершения процесса передачи (output_idle). Узел isolate служит для блокировки передачи данных в сетевую среду, при этом DTE передает mau сигнал CS0. Суммарная емкостная нагрузка, вносимая mau, не должна превышать 4 пф. Входное сопротивление должно быть более 100 ком, а ток утечки должен лежать в пределах +2 мкА –25мкА. Выходной драйвер mau при передаче выдает в кабель –90 ±4мa (эквивалентно –2,05В на нагрузке 25 Ом). Предельное ослабление сигнала на длине 500 м не должно превышать 8,5 дБ (на частоте 10МГц).
При передаче сигнал распространяется в обоих направлениях по кабелю от точки подключения интерфейса.
При использовании тонкого кабеля интерфейс должен иметь максимально большое входное сопротивление и минимально возможную входную емкость, чтобы вносить минимальные искажения для сигналов, распространяющихся по сегменту. В случае работы со скрученными парами на "кабельный сегмент" подключается только один интерфейс. Максимальное время прохождения сигнала между узлами сети, принадлежащих одному сегменту, называется окном коллизий и является важной рабочей характеристикой.
Помимо столкновений в сети может быть зарегистрировано появление ложной несущей (FCE – false carrier event) – битовая последовательность не имеет байта SFD, соответствующего конкретному типу физической среды. Появление ложной несущей обычно связано с состоянием кабеля или шумами. Если фиксируется появление двух ложных несущих подряд, повторитель должен отключить порт (перевести в состояние link unstable) и послать сигнал jam во все остальные порты. Сигнал jam должен продолжаться до конца потока данных, вызвавшего появление ложной несущей. Если канал восстановлен, повторитель переводит порт в нормальное состояние. Отключение порта возможно также при возникновении множественных коллизий (ECE – excessive collision error) – более 60 коллизий подряд. После блокировки порта он будет восстановлен, если в течении 500 тактов коллизии не обнаружены или при повторном включении повторителя. Если рассмотреть зависимость пропускной способности сети L от ее суммарной загрузки Lin, мы для Ethernet получим кривую, показанную на рис. 4.1.1.1.8.
Рис. 4.1.1.1.8. Зависимость пропускной способности lin сети со схемой доступа CSMA/CD от суммарной загрузки l
Вначале эта зависимость линейна и на участке А пропускная способность удовлетворительна. Но при больших входных загрузках из-за коллизий сначала наступает насыщение, а затем и резкий спад (Ethernet collapse). Это свойство сетей с CSMA/CD дает определенные преимущества сетям с маркерным доступом: Token Ring, FDDI и др..
При диагностировании сетей не всегда под руками может оказаться настоящий сетевой тестер типа Wavetek, и часто приходится довольствоваться обычным авометром.
В этом случае может оказаться полезной таблица 4.1.1.1.2, где приведены удельные сопротивления используемых сетевых кабелей. Произведя измерение сопротивления сегмента, вы можете оценить его длину.
Таблица 4.1.1.1.2 Сопротивление кабеля по постоянному току
(Handbook of LAN Cable Testing. Wavetek Corporation, California)
Коаксиал | Ом/сегмент | Максимальная длина сегмента | |
| 10base5 | 5 | 500 м | |
| 10base2 | 10 | 185 м | |
Скрученная пара | Ом/100 м | ||
| 24 awg | 18,8 | ||
| 22 awg | 11,8 | ||
Данные, приведенные в таблице, могут использоваться для оперативной предварительной оценки качества кабельного сегмента (соответствует стандарту EIA/TIA 568, 1991 год).
Помимо уже описанных модификаций сетей ethernet в последнее время получили распространение сети для частот 100 Мбит/с, которые базируются на каналах, построенных из скрученных пар или оптоволоконных кабелей. Оптические связи используются и в обычном 10-мегагерцном ethernet (10base-FL, стандарт разработан в 1980 году, см. рис. 4.1.1.1.9).
Оптоволоконная версия ethernet привлекательна при объединении сегментов сети, размещенных в различных зданиях, при этом увеличивается надежность сети, так как ослабляется влияние электромагнитных наводок, исключается влияние различия потенциалов земли этих участков сети. Облегчается переход от 10- к 100-мегагерцному Ethernet, также можно использовать уже имеющиеся оптоволоконные каналы, ведь они будут работать и на 100 Мбит/с (возможна реализация сетей со смешанной структурой, где используется как 100- так и 10-мегагерцное оборудование). На программном уровне 10- и 100-МГц ethernet не различимы. Требования к параметрам опто-волоконных кабелей не зависят от используемого протокола (FDDI, Token Ring, Fast Ethernet и т.д.) и определяются документом EN 50173 (European norm). Это утверждение не относится к топологии кабельных связей, которые в общем случае зависят от используемого протокола. При работе с оптоволоконными системами необходимы специальные тестеры, способные измерять потери света и отражения методом OTDR (рефлектометрия с использованием метода временных доменов).
При пассивной звездообразной схеме длины оптоволоконных сегментов могут достигать 500 метров, а число подключенных ЭВМ - 33. Для передачи сигналов используются многомодовые волокна (MMF) с диаметром ядра 62,5 микрон и клэдинга 125 микрон. Длина волны излучения равна 850 (или 1350) нанометров при ослаблении сигнала в кабельном сегменте не более 12,5 дБ. Обычный кабель имеет ослабление 4-5 дБ/км или даже менее. Оптические разъемы должны соответствовать требования стандарта ISO/IEC BFOC/2,5 и вносить ослабление не более 0,5 - 2,0 дБ. Количество используемых mau в логическом сегменте не должно превышать двух.
Рис. 4.1.1.1.9. Схема 10-мегагерцного оптоволоконного Ethernet (для 100 Мбит/с схема с минимальными модификациями аналогична).
На данном рисунке видно, что соединения повторителя с FOMAU является дуплексным, аналогичные возможности предоставляют многие современные переключатели. Полно дуплексное подключение оборудование во многих случаях может обеспечить практическое удвоение скорости обмена и, что возможно более важно, исключить столкновения пакетов. Схема полно дуплексного соединения показана на рис. 4.1.1.1.10.
Рис. 4.1.1.1.10. Схеме реализации полно дуплексного канала Ethernet. (Буква К с цифрой отмечает номера ножек контактов разъема)
При практической реализации локальной сети обычно возникает проблема защиты и заземления. Если этой проблеме не уделить внимание в самом начале она даст о себе знать позднее и обойдется ее решение дороже. Можно выделить три аспекта. Безопасность персонала, работающего с ЭВМ и сетевым оборудованием, устойчивость к внешним наводкам и помехам, а также безопасность самого сетевого оборудования (противостояние грозовым разрядам или резким скачкам в сети переменного тока (обычно ~220 В)). Безопасность персонала обеспечивается тем, что все объекты, за которые может взяться человек, должны иметь равные потенциалы и в любом случае разница потенциалов не должна превышать 50 вольт. При работе с коаксиальным кабелем существуют рекомендации его заземления в одной точке.
Возникает вопрос, что делать с заземлением экранов в случае использования экранированных скрученных пар? Этой проблеме посвящена, например, статья в журнале LANline Special Juli/August 2002 страницы 27-32. Следует сразу заметить, что нужно избегать совмещения применения экранированных и неэкранированных скрученных пар в пределах одной системы. Представляется также естественной и разумной зонная концепция, рассматриваемая в упомянутой статье. На рис. 1. показана схема защиты. Эта схема содержит защитные выключатели на случай грозы или бросков напряжения (линия L). Буквой N обозначена нулевая (нейтральная) шина, а буквами PE - защитная шина.
Рис. 4.1.1.1.11. Схема защиты для случая использования экранированных скрученных пар
Рис. 4.1.1.1.12. Зоны заземлений
Земли-экраны соседних зон соединяются только в одной точке. Между зонами могут включаться пограничные устройства фильтрации, предназначенные для снижения уровня шумов и помех. В пределах зоны все устройства должны быть эквипотенциальны. Это достигается за счет подключения к общему экрану.
Следует учитывать, что для сетей Ethernet практически нет ограничений по размеру (за счет использования оптоволоконных переключателей). Сеть может быть локальной, общегородской или даже междугородней.
Атрибуты
PKM-атрибуты несут в себе данные, специфические для обменов аутентификации, авторизации или управления ключами между клиентом и сервером. Каждый тип PKM-пакета имеет свой собственный набор необходимых и опционных атрибутов. Если не указано явно, порядок атрибутов в сообщении произволен. Конец списка атрибутов определяется полем LEN заголовка МАС PDU.
Таблица 27. Коды сообщений
| Код | Тип PKM-сообщения | Имя управляющего сообщения МАС |
| 0-2 | зарезервировано | - |
| 3 | SA Add | PKM-RSP |
| 4 | Auth Request | PKM-REQ |
| 5 | Auth Reply | PKM-RSP |
| 6 | Auth Reject | PKM-RSP |
| 7 | Key Request | PKM-REQ |
| 8 | Key Reply | PKM-RSP |
| 9 | Key Reject | PKM-RSP |
| 10 | Auth Invalid | PKM-RSP |
| 11 | TEK Invalid | PKM-RSP |
| 12 | Authent Info | PKM-REQ |
| 13-255 | зарезервировано | - |
BS и SS молча отбрасывает запросы/отклики, которые не содержат полного списка необходимых атрибутов.
Bluetooth
Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru
В 1994 году начались работы по изучению возможности использования мобильных, сетевых коммуникаций. Компании IBM, Nokia, Intel и Toshiba создали консорциум для разработки стандарта беспроводной связи между ЭВМ посредством устройств с ограниченным радиусом действия. Проект получил название BlueTooth в честь короля Норвегии и Дании Гарольда Голубой Зуб (Harald Blaatand, 940-981 годы). Проект являлся конкурентом стандарта IEEE 802.11 (оба стандарта используют один и тот же частотный диапазон, одни и те же 79 каналов). Главной его целью являлось удаление любых кабелей из телефонии, а если получится и из локальных сетей. Очевидно, что в нынешнем виде BlueTooth не может вытеснить 802.11 хотя бы из-за ограничений на максимальный размер сети. Но эта технология быстро развивается и трудно предсказать, какое место она займет в самые ближайшие годы. В 1999 году был выдан 1500-страничный документа v1.0. После этого группа стандартизации IEEE взяла этот документ за основу стандарта 802.15 (физический уровень и уровень передачи данных). В 2002 году IEEE утвердил стандарт 802.15.1. Пока стандарт 802.15 и Bluetooth не идентичны, но ожидается их объединение в самом ближайшем будущем. Технология Bluetooth использует нелицензируемый (практически везде кроме России) частотный диапазон 2,4?2,4835ГГц. При этом используются широкие защитные полосы: нижняя граница частотного диапазона составляет 2ГГц, а верхняя - 3,5ГГц. Точность заданий частоты (положение центра спектра) задается с точностью ± 75 кГц. Дрейф частоты в этот интервал не входит. Кодирование сигнала осуществляется по двухуровневой схеме GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying). Логическому 0 и 1 соответствуют две разные частоты. В оговоренной частотной полосе выделяется 79 радиоканалов по 1 МГц каждый. В некоторых странах используется меньшее число каналов (например, во Франции - 23). Каждый из каналов структурируется с помощью выделения временных слотов (доменов) длительностью 625 мкс (разделение по времени).
По мощности передатчики делятся на три класса: 100мВт (для связи до 100м; 20дБм); 2 мВт (до 10м; 4дБм) и 1 мВт (~10см; 0дБм). Коэффициент модуляции при этом лежит в диапазоне (0,28-0,35). Чувствительность приемника должна быть не хуже 70дБм. BER (Bit Error Rate) для приемника должна находиться на уровне <0,1%. Желательно, чтобы приемник имел индикатор мощности входного сигнала (требование является опционным). Для первого класса предусмотрено регулирование мощности. Регулировка осуществляется на основе анализа числа ошибок. Протокол использует коммутацию каналов и пакетов. Передача данных выполняется с использованием алгоритма доступа Time-Division Duplex Multiple Access. Каждый пакет передается с использованием иного частотного канала по отношению к предыдущему. Производится 1600 переключений частоты в секунду. Последовательность переключения частот определяется BD_ADDR мастера. Скачкообразное переключение частоты отводит на переходные процессы 250-260 мксек. Длительность тика часов мастера равна 312,5 мксек, что определяет частоту часов - 3,2 кГц. Допускается временная неопределенность при приеме, равная ±20мксек. Смотри также
.
Структура протоколов Bluetooth не следует моделям OSI, TCP/IP и даже 802 (ведутся работы по адаптации Bluetooth к модели IEEE 802). Физический уровень протокола соответствует базовым принципам моделей OSI и 802. Разработчики потратили много усилий, чтобы сделать протокол как можно дешевле для реализации. В среднем временная привязка мастерных пакетов не должна дрейфовать больше чем на 20 10-6 относительно идеальной временной привязки слота в 625мксек. Временной разброс при этом не должен превышать 1 мксек. В спецификации определено 5 уровней: физический, базовый (baseband; смотри ), управления каналом LMP (Link Management Protocol; смотри ) и L2CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol; смотри ), сетевой и уровень приложений.
На уровне baseband протокола определено 13 типов пакетов. Пакеты ID, NULL, POLL, FHS , DM1 ориентированы на каналы SCO и ACL.
Пакеты DH1, AUX1, DM3, DH3, DM5 и DH5 предназначены только для каналов ACL. Кодирование данных в пакетах DM1, DM2 и DM3 осуществляется с привлечением битов четности по алгоритму FEC 2/3 (5 бит управления на 10 бит данных). Форматы пакетов HV1, HV2, HV3 и DV определены только для каналов SCO. Максимальный размер поля данных (341 байт) имеют пакеты DH5. Уровень протокола baseband специфицирует пять логических каналов: LC (Control Channel) и LM (Link Manager) используются на канальном уровне, а UA
(User Asynchronous), UI (User Isosynchronous) и US (User Synchronous) служат для асинхронной, изосинхронной и синхронной транспортировки пользовательских данных. Контроллер BlueTooth может работать автономно (Standby) или в режиме соединения. Предусмотрено семь субсостояний, которые используются для добавления клиента или подключения к пикосети: page, page scan, inquiry, inquiry scan, master response, slave response и inquiry response.
Состояние Standby по умолчанию является режимом с пониженным энергопотреблением, при этом работает только внутренний задающий генератор. В состоянии соединения главный узел (master) и клиент (slave) могут обмениваться пакетами, используя код доступа к каналу.
В протоколе baseband предусмотрено три типа схем коррекции ошибок: 1/3 FEC, 2/3 FEC и ARQ.
В 1/3 FEC каждый бит повторяется три раза.
В 2/3 FEC используется полиномиальный генератор для получения 15-битовых кодов для исходных 10 бит.
В схеме ARQ пакеты DM, DH и поле данных пакета DV передаются повторно до тех пор, пока не будет получено подтверждение или не произойдет таймаут. При таймауте возможно продолжение со следующего пакета.
Протоколом baseband рекомендуется использование буферов типа FIFO. Если данные не могут быть приняты, контроллер приема (Link Controller) вставляет в заголовок отклика индикатор stop. Когда передачик получает индикатор stop, он блокирует очереди в FIFO. Получатель может возобновить процесс передачи, послав отправителю индикатор go. Взаимодействие протоколов в рамках Bluetooth показано на рис.1
Рис. 1. Взаимодействие сетевых субуровней в протоколе Bluetooth
Соединение между устройствами присходит следующим образом: если ничего не известно об удаленном устройстве, используются прцедуры inquiry и page. Если некоторая информация о партнере имеется, то достаточно процедуры page.
| Этап 1 | ||
| Процедура inquiry позволяет устройству определить, какие приборы доступны, выяснить адреса и осуществить синхронизацию. | ||
| 1.1 | Посылаются пакеты inquiry и получаются отклики. | |
| 1.2 | Будем считать, что блок (адресат), получивший пакет inquiry, находится в состоянии inquiry scan (тогда он способен принимать такие пакеты) | |
| 1.3 | Получатель переходит в состояние inquiry response и посылает отправителю пакет-отклик. |
| Этап 2 | ||
| Процедура paging реализует соединение. Для осуществления этой процедуры необходим адрес. Устройство, выполняющее процедуру paging, атоматически становится хозяином этого соединения. | ||
| 2.1 | Посылается пакет paging | |
| 2.2 | Адресат получет этот пакет (находится в состоянии page Scan) | |
| 2.3 | Получатель посылает отправителю пакет-отклик (находится в состоянии Slave Response) | |
| 2.4 | Инициатор посылает адресату пакет FHS (находится в состоянии Master Response) | |
| 2.5 | Получатель посылает отправителю второй пакет-отклик (находится в состоянии Slave Response) | |
| 2.6 | Получатель и отправитель устанавливают параметры канала заданные инициатором (находятся в состоянии Master Response & Slave Response) |
Устройство Bluetooth при установлении соединения может работать в четырех режимах: Active, Hold, Sniff и Park (активный, удержание, прослушивание и пассивный, соответственно). Смотри табл. 1.
Таблица 1. Режимы работы BlueTooth
| Название режима | Описание |
| Active | В активном режиме устройство Bluetooth участвует в работе канала. Главный узел (master) диспетчеризует обмены на основе запросов трафика, поступающих от участников. Кроме того, этот режим предусматривает регулярные обмены с целью синхронизации клиентов. Активные клиенты прослушивают домены master-to-slave пакетов. Если к активному клиенту нет обращений, он может пребывать в пассивном состоянии (sleep) до очередной передачи со стороны главного узла |
| Sniff | Устройства синхронизованные в рамках пикосети могут перейти в режим экономного расходования энергии, когда их активность понижается. В режиме SNIFF, устройство-клиент прослушивает пикосеть с пониженной частотой. Этот режим имеет наивысшую скважность рабочего цикла (наименьшая экономия энергии) из 3 экономичных режимов (sniff, hold и park) |
| Hold | Устройства синхронизованные в рамках пикосети могут перейти в режим экономного расходования энергии, когда их активность понижается. Главный узел пикосети может перевести клиента в режим HOLD, когда работает только внутренний таймер. устройство-клиент может запросить перевода в режим HOLD. Передача данных возобновляется мгновенно, когда устройство выходит из режима HOLD. Клиент имеет промежуточную скважность (промежуточный уровень экономии энергии) из указанных 3 режимов (sniff, hold и park) |
| Park | В режиме PARK, устройство еще синхронизовано в рамках пикосети, но не принимает участия в обменах. Пассивные устройства отказываются от своих МАС-адресов (AM_ADDR), прослушивают трафик главного модуля с целью ресинхронизации и отслеживают широковещательные сообщения. Данный режим имеет минимально возможную скважность (максимальная экономия энергии) из указанных 3 режимов (sniff, hold и park). Устройства, находящиеся в режиме park, должны посылать пакеты широковещательно, так как лишены собственного активного адреса. |
L2CAP производит мультиплексирование и демультиплексирование для отправителей пакетов, кроме того, протокол ответственен за качество обслуживания как при передаче, так и во время ожидания. На фазе установления соединения L2CAP согласует максимальный размер поля данных, так как не все узлы могут работать с 64-килобайтными пакетами. Этот протокол не используется в случае синхронных коммуникаций. В стандарте Bluetooth предусмотрены обмены как с установлением соединения, так и без. Последний режим называется ASL (Asynchronous Connectionless). Трафик ASL доставляется с использованием принципа макимально возможного сервиса. Никаких гарантий при этом не предоставляется. У подчиненного узла может быть только одно ASL-соединение с главным. Обмен с установлением соединения называется SCO (Synchronous Connection Oriented). Этот вид коммуникаций используется, например, при телефонных переговорах. Здесь для каждого из направлений передачи выделяется фиксированный временной интервал. Повторных передач не производится, вместо этого для случая ошибок применяется их коррекция. У подчиненного узла может быть до 3 соединений типа SCO с главным узлом, каждое из которых представляет собой PCM-канал с пропускной способностью 64кбит/c. Протокол должен поддерживать протокольное мультиплексирование, так как уровень basband не имеет поля тип, позволяющего идентифицировать протокол более высокого уровня. Протокол L2CAP присваивает виртуальным каналам (точка-точка) идентификаторы CID (Channel Identifier). Для целей управления трафиком он целиком полагается на уровень LM (Link Manager) протокола baseband.
Рис. 2. Две пикосети, образующие рассеянную сеть (Э. Таненбаум "Компьютерные сети", Питер, 2003)
Основу сети BlueTooth составляют пикосети (piconet), состоящие из одного главного узла и до семи клиентских узлов, размещенных в радиусе 10м (смотри рис. 2). Все узлы такой сети работают на одной частоте и разделяют общий канал. В одной достаточно большой комнате могут располагаться несколько пикосетей.
Эти сети могут связываться друг с другом через мосты. Пикосети, объедиененные вместе составляют рассеянную (scatternet) сеть. Поскольку в каждой пикосети имеется свой master, последовательность и фазы переключения их частот не будут совпадать. Если пикосети взаимодействуют друг с другом, это приводит к понижению пропускной способности. Устройство BlueTooth может выступать в качестве клиента в нескольких пикосетях, но главным узлом (master) может быть только в одной пикосети. Кроме 7 активных клиентских узлов главный узел может поддерживать до 255 пассивных (спящих) узлов (переведенных управляющим узлом в режим пониженного энергопотребления).
Иногда мастер и клиент могут захотеть поменяться ролями. Это может быть выполнено в два этапа.
Происходит отключение обоих участников процесса от пикосети и осуществляется переключение TDD (Time Division Duplex) трансиверов.
Если требуется, узлы старой пикосети образуют новую пикосеть
Когда узел получил подтверждение на свой FHS-пакет, он будет использовать параметры новой пикосети, заданные новым мастером. На этом переключение мастер-клиент завершается.
Самым низким уровнем протокола является уровень радиосвязи. На этом уровне данные передаются от главного узла к подчиненному бит за битом. Все узлы пикосети перестраивают частоту одновременно, последовательность частот определяется главным узлом (М на рис. 1). Главный узел (master) является источником синхронизации для всех клиентов пикосети.
Выше уровня радиосвязи размещен уровень немодулированной передачи. Он преобразует поток бит в кадры и определяет базовые форматы. Передача со стороны главного узла производится в четные такты, а со стороны подчиненных узлов - в нечетные. Кадры могут иметь длину 1, 3 или 5 тактов. Все кадры передаются между главным и подчиненным узлами по логическому каналу, называемому соединением.
Одним из активных состояний узла является paging state. В этом состоянии возможно установление или возобновление соединения. Главный узел в этом состоянии непрерывно посылает в эфир короткие ID-пакеты, содержащие только код доступа устройства (device access code).
В рамках одного временного домена посылается два пакета на двух разных частотах. Узел-клиент в состоянии paging прослушивает за время 625 мксек две частоты, проверяя наличие своего кода (ID). Для установления соединения посылается запрос. Отправитель запроса не сообщает ничего кроме своего типа. Узел, который хочет, чтобы о его существовании знали окружающие, периодически (раз в 2,56 сек) прослушивает запросы (состояние inquiry state). Когда пассивное устройство обнаружено главным узлом пикосети (откликнулось пакетом FHS, сообщающем о состоянии внутренних часов, об адресе и т.д.), главный узел формирует и посылает пакет POLL, с целью проверки правильности конфигурационных параметров и готовности к приему данных. Клиент может ответить любым пакетом, но если мастер не получил никакого отклика, он переходит в состояние paging или inquiry. Клиент может подключиться и к другой пикосети, для этого в текущей сети он может запросить перехода в режим park или hold. В режиме sniff клиент имеет несколько свободных временных слотов, чтобы участвовать в обменах с соседними сетями. Терминал, находящийся вне зоны связи, должен пребывать в состоянии page mode. Шлюз-сервер должен выделять достаточно ресурсов для запросов page scanning.
Спецификация Bluetooth v1.1 определяет 13 типов поддерживаемых приложений, которые называются профилями, существует также 12 дополнительных профилей. Профили работают на самом верху иерархии слоев протокола (смотри табл. 2). По существу профили являются регламентациями прикладного уровня.
Таблица 2. Основные и дополнительные профили BlueTooth (смотри )
| N | Название | Описание |
| Оcновные профили | ||
| 1 | GAP (Generic Access Profile) | Процедура управления связью |
| 2 | SDAP (Service Discovery Application Profile) | Протокол определения предлагаемых сервисов |
| 3 | CTP (Cordless Telephony Profile) | Профиль беспроводной телефонии |
| 4 | GOEP (Generic Object Exchange Profile) | Протокол операций клиент-сервер при работе с объектами (обмен данными). Клиентская станция инициирует обмен, но она может выполнять и роль сервера. |
| 5 | LAP (LAN Access Profile) | Протокол связи мобильной ЭВМ со стационарной LAN |
| 6 | DNP (Dial-up Networking Profile) | Протокол связи ЭВМ с сетью посредством мобильного телефона |
| 7 | FP (Fax Profile) | Протокол связи мобильного факса с мобильным телефоном |
| 8 | SPP (Serial Port Profile) | Профиль для работы с последовательным портом |
| 9 | IP (Intercom Profile) | Мобильные телефоны могут работать, как переносные цифровые рации |
| 10 | HS (Headset Profile) | Протокол связи устройства hands-free с мобильным телефоном |
| 11 | OPP (Object Push Profile) | Протокол пересылки простых объектов |
| 12 | FTP (File Transfer Profile) | Протокол пересылки файлов |
| 13 | SP (Synchronization Profile) | Протокол синхронизации PDA с другой ЭВМ |
| Дополнительные профили | ||
| 1 | ESDP (Extended Service Discovery Profile) | Профиль для реализации процедур Plug and Play |
| 2 | A2DR (Advanced Audio Distribution Profile) | Продвинутый профиль рассылки аудио данных |
| 3 | AVRCD (Audio Video Remote Control Profile) | Аудио-видео профиль удаленного управления |
| 4 | BIP (Basic Imaging Profile) | Базовый профиль работы с изображением |
| 5 | BPP (Basic Printing Profile) | Базовый профиль для печати |
| 6 | CIP (Common ISDN Access Profile) | Общий профиль доступа к ISDN |
| 7 | GAVDP (Generic Audio Video Distribution Profile) | Общий профиль рассылки аудио и видео данных |
| 8 | HFR (Hands-Free Profile) | Профиль для освобождения рук (hands-free) |
| 9 | HCRP (Hardcopy Cable Replacement Profile) | Протокол замены приборного связного кабеля |
| 10 | HID (Human Interface Device Profile) | Профиль для реализации интерфейса с человеком |
| 11 | PAN (Personal Area Networking) | Протокол формирования персональной сети |
| 12 | SAP (SIM Access Profile) | Протокол доступа к SIM |
br>
Профили 5-7 конкурируют с протоколом IEEE 802.11. Профиль удаленного доступа служит для подключения ЭВМ к мобильному телефону, снабженному модемом, без использования проводов. Профайл факс позволяет беспроводным факс-устройствам отсылать и получать факсы посредством мобильного телефона. Профили 8-10 имеют отношение к телефонии, в перспективе мобильный телефон и беспроводная трубка домашнего телефона станут взаимозаменяемы. Профиль 10 представляет собой приложение, позволяющее устройствам hands-free держать связь с базой, что удобно, например, при езде в автомобиле. Профили 11-13 служат для пересылки объектов между беспроводными устройствами. Объектами могут быть изображения, информационные файлы и т.д.
Во главе семейства протоколов находится SDP (Service Description Protocol; смотри ), предназначенный для определения услуг, оказываемых удаленным устройствам. С помощью команд данного протокола можно считать данные из локальной БД и определить характеристики удаленного устройства и на основе этой информации выяснить параметры оказываемых услуг. SDP использует модель запрос/отклик, где каждая транзакция включает в себя один запрос и один отклик. С помощью посылки одиночного SDP пакета можно осуществлять простое управление информационным потоком. Такой пакет может не сопровождаться откликом.
Поле данных пакета SDP имеет заголовок, содержащий три поля:
PDU ID - идентификатор типа поля данных (1 байт)
TransactionID - идентификатор транзакции (2 байта)
ParameterLength - длина (в байтах) всех параметров в поле данных (2 байта)
Параметры могут содержать атрибут состояния продолжения (continuation state). Некоторые запросы могут потребовать такого большого отклик, который не поместится в одно поле данных. Тогда SDP-сервер генерирует частичный отклик с параметром состояния продолжения. Аналогичный атрибут должен присутствоать в очередном запросе клиента, требующего следующую порцию данных отклика. Такой запрос имеет только два поля InfoLength (1 байт) и Continuation Information (InfoLength байт).
Сервис (service) является единственной сущностью (entity), которая предоставляет информацию для выполнения каких-либо действий. Сервис может реализоваваться аппаратно или программно. Информация о сервисах содержится в записях, которые представляют собой списки атрибутов. Каждый атрибут описывает одну характеристику сервиса. SDP имеет следующие атрибуты сервиса:
ServiceRecordHandle
ServiceClassIDList
ServiceRecordState
ServiceID
ProtocolDescriptionList
BrowseGroupList
LanguageBaseAttributeIDList
ServiceInfoTimeToLive
BluetoothProfileDescriptorList
DocumentationURL
ClientExecutableURL
IconURL
ServiceName
ServiceDescription
ProviderName
Некоторые атрибуты являются общими для всех записей сервиса, но сервис-провайдеры могут определить свои собственные атрибуты услуг в зарезервированных полях.
Атрибут содержит два компонента: идентификатор (ID) и значение атрибута
ID атрибута представляет собой 16-битовое число без знака, которое должно быть уникальным для данной сервисной записи. Идентификатор определяет и семантику значения атрибута.
Значение атрибута представляет собой поле переменной длины, чей смысл определяется идентификатором и ассоциированным с ним классом записи услуг
Различные виды сервиса группируются в классы. Все атрибуты, содержащиеся в записи сервиса, относятся к одному классу. Каждому классу присвоен уникальный идентификатор UUID. UUID представляет собой 128-битовый код, но возможны псевдонимы (16- и 32-битовой длины).
Клиент может, зная значение UUID, получить указатель на соответствующую запись сервиса. Можно провести поиск и по идентификатору класса.
Значение атрибута имеет вид информационного элемента, который содержит два поля: заголовок и данные. Заголовок включает в себя две части: дескриптор типа и дескриптор размера.
| Type Descriptor | 5-битовый код, составлющий старшие разряды информационного элемента заголовка |
| Size Descriptor | 3-битовый код индекса, за которым следует 0, 8, 16 или 32 бита. Индекс содержит младшие 3 бита информационного элемента заголовка |
br>
Взаимодействующие приборы в Bluetooth могут выполнять роль локального устройства (LocDev) или удаленного устройства (RemDev). LocDev - прибор, который может инициировать процедуру выявления доступной услуги. Такой прибор должен содержать по крайней мере клиентскую часть архитектуры SDP. RemDev может быть любым прибором, который участвует в процессе выявления доступных услуг, посылая отклик на запрос LocDev. RemDev должен содержать по крайней мере серверную часть архитектуры SDP. RemDev имеет базу данных сервисных записей.
Прежде чем два устройства Bluetooth начнут взаимодействовать, каждый из них должен:
Быть включенным и инициализированным. При инициализации может потребоваться PIN для формирования ключа соединения (link key).
Должно быть сформированио Bluetooth соединение, которое может потребовать BD_ADDR других устройств.
Выявление услуг (Service Discovery) поддерживает следующие прикладные примитивы для взаимодействия с другими устройствами:
serviceSearch();
serviceBrowse();
enumerateRemDev();
terminatePrimitive();
Менеджер канала служит для аутентификации, установления и конфигурации соединения, а также шифрования. Данные управления укладываются в однослотовые кадры. Для транспортировки протокольных данных используются пакеты DM1 (в случае SCO - пакеты РМ1). Заголовки этих пакетов содержат всегда 1 байт. Менеджер канала (LM) обнаруживает другие LM и взаимодействует с ними через посредство протокола LMP. Чтобы выполнить роль провайдера LM использует ниже расположенный контроллер канала (LC). LMP-протокол регламентирует структуру управляющих данных (PDU). Приложение должно поддерживать часть типов PDU, остальные являются опционными.
Таблица 2. Обязательные типы PDU протокола LMP
| Функция | Тип PDU | Описание |
| Изменение ключа канала | LMP_comb_key | Ключ канала получается из комбинационных ключей. Содержимое LMP_comb_key защищается с помощью операции XOR с привлечением текущего ключа канала. |
| Изменение текущего ключа канала | LMP_temp_rand, LMP_temp_key, LMP_use_semi_permanent_key | Текущий ключ канала может быть полупостоянным или временным ключем канала. Ключ может быть изменен временно, но изменение действует только на время сессии. Изменение временного ключа канала нужно, если пикосеть поддерживает шифрованные бродкасты |
| Запрос сдвига часов | LMP_clkoffset_req, LMP_clkoffset_res | Когда клиент получает FHS-пакет, вычисляется разность между показанием его часов и часов мастера, записанным в поле данных пакета. Мастер может запросить значение сдвига часов в любое время. |
| Версия LMP | LMP_version_req, LMP_version_res | Уровень LMP поддерживает запросы версии LMP. Запрашиваемое устройство должно прислать отклик с тремя параметрами: VersNr (номер версии протокола), CompId (служит для отслеживания проблем на нижних протокольных уровнях) и Sub-VersNr (рекомендуется, чтобы фирма имела уникальное значение Sub-VersNr для каждого RF/BB/LM). |
| Поддерживаемые возможности | LMP_feature_req, LMP_feature_res | Контроллер радио и канала может поддерживать только субнабор типов пакетов и возможностей. Устройство может не посылать никаких пакетов кроме ID, FHS, NULL, POLL, ВM1 или DH1, прежде чем озаботится возможностями других устройств. После выполнения запроса возможностей может быть передана область перекрытия возможностей взаимодействующих устройств. |
| Запрос имени | LMP_name_req, LMP_name_res | LMP поддерживает запрос имени другого устройства. Имя состоит максимум из 248 байтов (UTF-8) |
| Запрос разрыва | LMP_detach | Соединение может быть разорвано в любое время по запросу мастера или клиента. В сообщение включаются данные, поясняющие причину разрыва. |
| Качество обслуживания | LMP_quality_of_service, LMP_quality_of_service_req | LM предоставляет возможности качества обслуживания. Интервал, который определяет максимальное время между последовательными передачами между мастером и заданным клиентом, используется для обеспечения определенной полосы пропускания и RTT. |
| Управление мультислотовыми пакетами | LMP_max_slot, LMP_max_slot_req | Число слотов, используемых устройством может быть ограничено. Устройство позволяет удаленному устройству использовать максимальное число слотов, послав ему значение LMP_max_slot |
| Управление каналом | LMP_supervision_timeout | Каждый канал имеет таймер, который используется для управления каналом. Этот таймер служит для детектирования потери связи при уходе устройства из зоны досигаемости, отказа источника питания или другой поломки. Процедура определяет значение таймаута |
| Установление соединения | LMP_host_connection_req, LMP_setup_complete | Если устройство желает установить соединение, включающее уровни выше LM, оно посылает LMP_host_connection_req. Когда партнер получает такое сообщение, он может принять или отвергнуть предлагаемое соединение, послав LMP_accepted или LMP_not_accepted |
| Режим проверки | LMP_test_activate, LMP_test_control | LMP имеет PDU для поддержки различных методов тестирования, которые используются на уровне radio и baseband |
| Обработка ошибок | LMP_not_accepted | Если LM получает PDU с нераспознанным кодом, он реагирует посылкой сообщения LMP_not_accepted |
br>
В протоколе Bluetooth определены 4 типа адресов: BD_ADDR, AM_ADDR, PM_ADDR и AR_ADDR.
| BD_ADDR | Каждому трансиверу Bluetooth присваивается уникальный 48-битовый адрес прибора. Он содержит 24-битовое поле LAP, 16-битовое поле NAP и 8-битовое поле UAP. |
| AM_ADDR | 3-битовый код. Этот адрес будет рабочим, если клиентский узел пикосети является активным. Он иногда называется МАС-адресом модуля Bluetooth. |
| PM_ADDR | 8-битовый код, идентифицирующий пассивный узел пикосети. PM_ADDR является рабочим, пока подчиненный узел пикосети пассивен (parked). |
| AR_ADDR | Используется пассивным узлом пикосети (parked), чтобы определить полудомен slave-to-master в окне доступа, которое ему предназначено для отправки сообщений запросов доступа. Адрес является рабочим, пока подчиненный узел пассивен и не обязательно является уникальным. |
baseband и программного обеспечения клиента. Спецификация поддерживает работу с интерфейсами RS232, UART и USB. HCI предлагает командный метод доступа к аппаратным возможностям Bluetooth. Канальные команды HCI позволяют управлять канальным уровнем соединения с другими устройствами. В перечень входят команды менеджера канала (LM - Link Manager) предназначенные для обмена LMP-командами с удаленными устройствами. Данные для канала LM транспортируются кадрами DM. Команды HCI Policy используются для воздействия на локальный и удаленный LM. Команды Host Controller, Baseband, Informational и Status предоставляют доступ к различным регистрам интерфейса.
Эмуляция последовательных портов (в частности RS-232) посредством L2CAP осуществляется транспортным протоколом RFCOMM (смотри ). Протокол базируется на стандарте ETSI TS 07.10. RFCOMM поддерживает до 60 одновременных соединений между приборами. Это могут быть модемы, принтеры или ЭВМ.
Транспортный уровень контроллера устройства обеспечивает обмен специфической HCI-информацией.
Спецификация HCI определяет формат команд, событий и данных в рамках обмена между устройством и контроллером. Протокол HCI специфицирует 32 различного рода события (Inquiry Complete Event, Page Scan Repetition Mode Change Event и т.д.).
На рис. 3 показан формат заголовка кадра протокола Bluetooth. Структура заголовка регламентируется уровнем baseband.
Рис. 3. Формат кадров
Предусмотрено три типа кодов доступа: CAC (Channel Access Code - код доступа к каналу), DAC (Device Access Code) и IAC (Inquiry Access Code). Код доступа к каналу CAC идентифицирует пикосеть, в то время как DAC используется для запросов соединения и для их откликов (paging). IAC служит для информационных запросов. Поле код синхронизации (64 бита) состоит из 24-битового адреса узла - инициатора соединения (paging). Алгоритм его вычисления обеспечивает достаточно большое расстояние Хэмминга между разными синхрокодами, что гарантирует невозможность перепутывния идентификаторов разных устройств даже в случае приема их с ошибками. Поле хвостовик служит для обеспечения балансировки сигнала по постоянному току и синхронизации. 8-битовый заголовок кадра повторяется трижды (18*3=54 бита), он содержит в себе флаги подтверждения и нумерации, а также средства управления потоком. Поле адрес (AM_ADDR - 3 бита - MAC-адрес) задает один из восьми узлов, которому предназначен кадр. Поле тип (4 бита) характеризует тип передаваемого кадра (ACL, SCO, опрос или пустой кадр), метод коррекции ошибок и число временных интервалов, из которых состоит кадр. Бит FLOW (поток) устанавливается подчиненным узлом и уведомляет о том, что его буфер заполнен. Бит ACK (подтверждение) указывает на подтверждение, посылаемое вместе с кадром. Если этот бит =1 предыдущий пакет успешно доставлен. Бит SEQN
(последовательность) служит для нумерации кадров, что помогает обнаруживать повторные передачи. Для каждого очередного пакета этот бит инвертируется. Данный протокол предполагает ожидание, поэтому одного бита оказывается достаточно.
Поле HEC представляет собой 8- битовую контрольную сумму. Принимающая сторона анализирует все три копии заголовка бит за битом. Значение бита определяется мажоритарной схемой (2 или 3 совпадающие бита из трех определяют истинное значение).
В кадрах ACL используются разные форматы данных. Возможны три варианта: 80, 160 и 240 бит, оставшиеся место используется для коррекции ошибок. По этой причине вариант с 80 битами самый надежный. При этом данные повторяются три раза (80*3=240). Фактически применяется тот же прием, что и в случае заголовка. Поле данных кадра SCO всегда имеет 240 бит. Так как подчиненные узлы могут использовать только нечетные временные домены, им достается 800 доменов в секунду, столько же получает и главный узел. При 80 битах данных в кадре подчиненный узел может передать 64 кбит/c. Этого вполне достаточно для для голосового обмена. При самом ненадежном варианте (240 бит данных на кадр) можно иметь три полнодуплексных голосовой связи. Это и ограничивает максимальное число SCO соединений.
Существует 4 категории пакетов Bluetooth. К первой категории относятся пакеты, общие для всех видов соединений (NULL, POLL, FHS, DM1). Три другие описывают пакеты различной длины: ко второй относятся однослотовые кадры, а к четвертой - кадры, занимающие пять временных слотов. Большинство типов пока не определены. ID-кадры имеют длину 64 бита и используются для пейджинга и запросов. NULL-кадры содержат поля лишь кода доступа и заголовка и используются для передачи подтверждений. Кадры POLL похожи на NULL, но требуют от получателя отклика. Пакеты рассматриваются как широковещательные в пикосети, если поле адреса имеет нулевое значение. Прием широковещательных кадров никогда не подтверждается, а для надежности они передаются несколько раз.
Кадры FHS содержат информацию об адресе, классе устройства и о тактовой частоте передатчика. Эти кадры используются при инициализации новой пикосети или при смене схемы переключения несущей частоты. К этой категории следует отнести и кадры DM1, транспортирующие управляющую информацию.
Для синхронных соединений определены несколько кадров, различающихся длиной, HV1, HV2 и HV3 с длинами поля данных 10, 20 и 30 байт, соответственно. Тип кадров HV (High quality Voice) предназначен для трансляции голосовых потоков. Тип кадра DV предназначен для передачи как голоса, так и данных. и содержит 80 бит для голоса и 150 бит для данных. Блок данных защищается посредством CRC и в случае ошибки может пересылаться повторно.
Как и для всех радио средств коммуникации для Bluetooth проблема безопасности крайне актуальна. Безопасность протокола обеспечивается с помощью механизма аутентификации и шифрования передаваемых данных. Ключ авторизации имеет 128 бит. Длина ключа шифрования может лежать в пределах 8-128 бит. Кроме того целям безопасности служат ключи соединения (link key), которые могут быть полупостоянными и временными. Первые хранятся в энергонезависимой памяти, вторые - обновляются при каждом соединении. Устройство может генерировать свой ключ (unit key). Возможно формирование совместного ключа (combination key), при его вычислении используются информация от обоих участников будущего обмена. Особое место занимает мастер-ключ (master key), используемый для рассылки данных нескольким узлам одновременно (используется вместо текущего ключа соединения (current link key)). Для выполнения аутентификации устройству нужно получить от партнера случайное число, сформировать на основе него и своего BD_ADDR некоторый код и отослать его партнеру, который проверяет его корректность. Если общий ключ не сгенерирован, формируется инициализационный ключ. Инициатор процедуры посылает партнеру случайное число, которое в сочетании с идентификатором BD_ADDR последнего образует инициализационный ключ.
Число запросов
Число запросов IE в сообщении.
Число возможностей
Число уведомлений о возможностях в сообщении. Таким образом сообщается о диапазоне минидоменов, которые соседи могут предоставить.
Динамическое добавление сервиса (DSA), инициируемое SS
Значения ссылок сервисных потоков являются локальными по отношению к сообщениям DSA; каждому сервисному потоку в рамках RSA-REQ присваивается уникальная ссылка. Это значение не должно быть уникальным с точки зрения других сервисных потоков известных отправителю.
Инициированный SS RSA-REQ может использовать имя класса сервиса вместо некоторых или всех параметров QoS.
DSA, инициированное BS
Если транзакция потерпела неудачу, SS будет использовать CID, чтобы идентифицировать конфликтные параметры DSA-RSP.
DSA, инициированное SS
Сообщения DSA-RSP, посланные BS, для успешно добавленных сервисных потоков, содержат CID. DSA-RSP для разрешенных или активных наборов параметров QoS также должны содержать CID.
Сообщения DSA-RSP, посланные BS, будут также содержать SA-дескриптор сервисного потока. Если соответствующий запрос DSA-REQ использует имя класса сервиса в запросе добавления сервиса, DSA-RSP будет содержать набор параметров QoS, ассоциированный с указанным классом сервиса. Если имя класса сервиса используется в DSA-REQ совместно с другими параметрами QoS, BS воспримет или отклонит DSA-REQ, используя набор параметров запроса. Если кодирование сервисного потока конфликтует с атрибутами класса сервис, BS будет использовать параметры, содержащиеся в DSA-REQ. Если транзакция не прошла, BS будет использовать исходную ссылку сервисного потока, чтобы идентифицировать конфликтные параметры в DSA-RSP.
DSA, инициируемое BS
Инициированный BS RSA-REQ будут также включать CID, уникальный в МАС-домене. Инициированный BS RSA-REQ для именованных классов сервиса будут включать набор параметров QoS, ассоциированный с этим классом сервиса, и дескриптор SA сервисного потока.
Ethernet (IEEE )
Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru
Сеть Ethernet разработана в 1976 году Меткальфом и Боггсом (фирма Ксерокс). Ethernet совместно со своей скоростной версией Fast Ethernet, GigaEthernet (1Гбит/с) и 10GE (10Гигабит/с) занимает в настоящее время абсолютно лидирующую позицию . В настоящее время на основе этого стандарта строятся уже не только локальные но и общегородские сети, а также межгородские каналы. Единственным недостатком данной сети является отсутствие гарантии времени доступа к среде (и механизмов, обеспечивающих приоритетное обслуживание), что делает сеть малоперспективной для решения технологических проблем реального времени. Определенные проблемы иногда создает ограничение на максимальное поле данных, равное ~1500 байт.
Fast Ethernet
Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru
100-мегагерцную сеть Ethernet дешевле создать на базе скрученных пар. Существует несколько версий 100-мегагерцного Ethernet (100base-T4, 100base-TX, 100base-FX, стандарт 100VG-anylan - IEEE 802.12). Формат кадра FE и GE предполагает обязательное использование ESD (EFD) - разграничителей конца кадра (потока). ESD (End Stream Delimeter) не увеличивает длины кадра, так как попадает в область IPG (96 бит-тактов, разделяющих кадры с длиной 1522 байта).
TX и RX передатчики и приемники входных/выходных оптоволоконных трансиверов, соответственно. FOMAU - (Fiber Optic Media Attachment Unit) оптоволоконный трансивер (см. рис. 4.1.1.1.9).
Сегменты T4 (100base-T4) используют четыре скрученные пары телефонного качества (экранированные и неэкранированные скрученные пары проводов категории 3, 4 или 5) длиной до 100м. Провода должны быть скручены по всей длине, скрутка может быть прервана не далее как в 12мм от разъема (это требование справедливо и для сегментов типа TX).
Сегменты TX (100base-TX, стандарт ANSI TP-PMD) состоят из двух скрученных пар проводов информационного качества (волновое сопротивление 100-150 Ом, экранированные и неэкранированные скрученные пары проводов категории 5, длина до 100м).
FX-сегменты (100base-FX) представляют собой оптоволоконные кабели, отвечающие требованиям стандарта ANSI. Мультимодовое волокно 62,5/125 m (см. выше) работает в инфракрасном диапазоне 1350нм. Максимальная длина сегмента составляет 412 метров, ограничение определяется соображениями допустимых задержек. Предельное ослабление сигнала в волокне не должно превышать 11 дБ, стандартный кабель имеет 1-5 дБ/км. Оптические разъемы должны отвечать тем же требованиям, что и разъемы, используемые в FDDI-сетях (MIC- Media Interface Connector).
Для того, чтобы выявить, к какой модификации относится тот или иной сегмент, разработан специальный протокол распознавания, позволяющий строить сети, которые содержат оборудование и кабельные сегменты, отвечающие разным требованиям.
Универсальная схема подключения ЭВМ или любого другого оборудования (например, сетевого принтера) к 100-мегагерцному ethernet показана на рис. 4.1.1.2.1.
Физическая среда служит для передачи сигналов Ethernet от одной ЭВМ к другой. Выше были перечислены три вида физических сред, используемых 100-мегагерцным Ethernet (T4, TX и FX). Здесь используется 8-контактный разъем (RJ-45) для скрученных пар или специальный оптоволоконный соединитель. Блок PHY выполняет ту же функцию, что и трансивер в 10-мегагерцном Ethernet. Он может представлять собой набор интегральных схем в сетевом порту или иметь вид небольшой коробочки на MII-кабеле. Интерфейс MII является опционным, он может поддерживать работу с 10- и 100-мегагерцным ethernet. Задачей MII является преобразование сигналов, поступающих от PHY, в форму, приемлемую для стандартного набора ИС Ethernet. Соединительный кабель не должен быть длиннее 0,5м. PHY и MII могут быть объединены на одной интерфейсной плате, вставляемой в ЭВМ.
Рис. 4.1.1.2.1 Блок-схема подключения оборудования к 100-мегагерцному Ethernet
В сетях 100-мегагерцного Ethernet используются повторители двух классов (I и II). Задержки сигналов в повторителях класса I больше (~140нс), зато они преобразуют входные сигналы в соответствии с регламентациями применяемыми при работе с цифровыми кодами. Такие повторители могут соединять каналы, отвечающие разным требованиям, например, 100base-TX и 100base-T4 или 100base-FX. Преобразование сигнала может занимать время, соответствующее передаче нескольких бит, поэтому в пределах одного логического сегмента может быть применен только один повторитель класса I, если кабельные сегменты имеют предельную длину. Повторители часто имеют встроенные возможности управления с использованием протокола SNMP.
Повторители класса II имеют небольшие задержки (~90нс или даже меньше), но никакого преобразования сигналов здесь не производится, и по этой причине они могут объединять только однотипные сегменты. Логический сегмент может содержать не более двух повторителя класса II, если кабели имеют предельную длину.
Повторители класса II не могут объединять сегменты разных типов, например, 100base-TX и 100base-T4. Согласно требованиям комитета IEEE время задержки сигнала jam в повторителе Fast Ethernet (TX и FX) не должно превышать 460 нсек, а для 100base-T4 - 670 нсек. Для повторителей класса I эта задержка не должна быть больше 1400 нсек. Значения предельных длин сегментов для различных конфигураций сети приведены в таблице 4.1.1.2.1.
Таблица 4.1.1.2.1. Максимальные размеры логического кабельного сегмента
| Тип повторителя | Скрученные пары [м] |
Оптическое волокно [м] |
| Один сегмент ЭВМ-ЭВМ | 100 | 412 |
| Один повторитель класса I | 200 | 272 |
| Один повторитель класса II | 200 | 320 |
| Два повторителя класса II | 205 | 228 |
Таблица 4.1.1.2.2
| Сетевое устройство | Задержка [нсек] |
| Повторитель класса I | 700 |
| Повторитель класса II (порты T4 и TX/FX) | 460 |
| Повторитель класса II (все порты T4) | 340 |
| Сетевая карта T4 | 345 |
| Сетевая карта ТХ или FX | 250 |
Рис. 4.1.1.2.2. Возможная схема 100-мегагерцной сети Ethernet.
Из рисунка видно, что максимальная длина логического сегмента не может превышать А+Б+В = 205 метров (см. табл. 4.1.1.2.3.). Предельно допустимые длины кабелей А и В приведены в табл. 4.1.1.2.3.
Таблица 4.1.1.2.3. Максимально допустимые длины кабелей для сети, показанной на рис. 4.1.1.2.2
(Таблица взята из книги Лаема Куина и Ричарда Рассела Fast Ethernet, bhv, Киев, 1998.).
| Тип кабеля А (категория) | Тип кабеля В (категория) | Класс повторителя | Макс. длина кабеля А [м] | Макс. длина кабеля В [м] | Макс. диаметр сети [м] |
| 5,4,3 (TX, FX) | 5,4,3 (TX, FX) | I или II | 100 | 100 | 200 |
| 5 (TX) | Оптоволокно | I | 100 | 160,8 | 260,8 |
| 3 или 4 (T4) | Оптоволокно | I | 100 | 131 | 231 |
| Оптоволокно | Оптоволокно | I | 136 | 136 | 272 |
| 5 (TX) | Оптоволокно | II | 100 | 208,8 | 308,8 |
| 3 или 4 (T4) | Оптоволокно | II | 100 | 204 | 304 |
| Оптоволокно | Оптоволокно | II | 160 | 160 | 320 |
| Номер контакта | Назначение сигнала | Номер контакта | Назначение сигнала |
| 1 | Передача + | 5 | Не используется |
| 2 | Передача - | 6 | Прием - |
| 3 | Прием + | 7 | Не используется |
| 4 | Не используется | 8 | Не используется |
| Контакт 1 | Прием + |
| Контакт 5 | Передача + |
| Контакт 6 | Прием - |
| Контакт 9 | Передача - |
Таблица 4.1.1.2.4. Разъем MDI (media dependant interface) кабеля 100base-t4
| Номер контакта | Назначение сигнала | Цвет провода |
| 1 | tx_d1 + (передача) | Белый/оранжевый |
| 2 | tx_d1 - | Оранжевый/белый |
| 3 | rx_d2 + (прием) | Белый/зеленый |
| 4 | bi_d3 + (двунаправленная) | Голубой/белый |
| 5 | bi_d3 - | Белый/голубой |
| 6 | rx_d2 - | Зеленый/белый |
| 7 | bi_d4 + | Белый/коричневый |
| 8 | bi_d4 - | Коричневый/белый |
Пары 2 и 3 также как и в ТХ предназначены для приема и передачи данных. Пары 1 и 4 используются в двух направлениях, преобразуя канал между узлом и повторителем в полудуплексную.
В процессе передачи узел использует пары 1, 2 и 4, а повторитель - пары 1, 3 и 4. Следует заметить, что схема Т4, в отличие от ТХ, может работать только в полудуплексном режиме.
Рис. 4.1.1.2.3. Схема подключения и передачи сигналов в сетях 100base-T4 (буквы К с цифрами обозначают номера контактов разъема)
В сетях Fast Ethernet максимальное значение окна коллизий равно 5,12 мксек и называется временем канала (slot time). Это время в точности соответствует минимальной длине пакета в 64 байта. Для более короткого пакета коллизия может быть не зафиксирована. Окно коллизий представляет собой время от начала передачи первого бита кадра до потери возможности регистрации коллизии с любым узлом сегмента, это время равно удвоенной задержке распространения сигнала между узлами (RTT). Конфигурация сети Fast Ethernet, для которой значение окна коллизий превышает время канала, не верна. Время канала задает величину минимального размера кадра и максимальный диаметр сети. Для пояснения этих взаимозависимостей рассмотрим сеть, показанную на рис. 4.1.1.2.4.
Рис. 4.1.1.2.4
Задержка повторителя складывается из задержек физического уровня обоих портов и собственно задержки повторителя. Задержка на физическом уровне сетевого интерфейса считается равной 250 нсек. Рассмотрим задержки сигнала для всех пар узлов (a, b и c) изображенной на рисунке сети:
| a ® b | 250+110+700+11+250 | = 1321 нсек |
| a ® c | 250+110+700+495+250 | = 1805 нсек |
| b ® c | 250+11+700+495+250 | = 1706 нсек |
Рис. 4.1.1.2.5 Временная диаграмма, поясняющая возникновение коллизий (все времена в наносекундах)
Узел В начинает передачу сразу после срабатывания его IPG-таймера, а через 484 наносекунды передачу начнет и узел С, так как канал с его точки зрения свободен. Но коллизии еще не происходит, так как их кадры еще не “столкнулись”. Для того чтобы первый бит от узла В достиг узла С, требуется 1706 наносекунд. Узел С зарегистрирует столкновение первым, это произойдет в момент 3987нсек. После этого С будет продолжать передачу еще в течение 320 нсек (сигнал jam). Сигнал jam гарантирует регистрацию коллизии повторителем. Только спустя 484 нсек коллизию обнаружит узел В, начнет передачу своего сигнала jam после чего прекратит передачу. При этом предполагается, что jam не является контрольной суммой передаваемого пакета.
Стандарт IEEE предусматривает возможность полнодуплексной связи при использовании скрученных пар или оптоволокна. Реализуется это путем выделения для каждого из направлений передачи независимого канала. Такая схема осуществляет связь типа точка-точка и при определенных условиях позволяет удвоить пропускную способность сети. Здесь нет нужды в стандартном механизме доступа к сетевой среде, невозможны здесь и столкновения. Дуплексную схему могут поддерживать все три модификации 100-мегагерцного Ethernet (100base-TX, 100base-T4 и 100base-FX). Для оптоволоконной версии дуплексной связи предельная длина сегмента может достигать 2 км (для полудуплексного варианта предельная длина сегмента может достигать 412 м). Следует иметь в виду, что для локальных сетей целесообразнее применение мультимодового оптоволокна (дешевле и больше коэффициент захвата света, но больше удельное поглощение).
В настоящее время разрабатываются новые еще более скоростные варианты Ethernet IEEE 802.3z. Гигабитный Ethernet утвержден в качестве стандарта в 1998 году; 1000base-FX; , смотри также . Эти сети ориентированы на применение 4-х скрученных пар категории 5 или выше (до 100м, разъем RJ-45) и оптоволоконных кабелей. Вместо манчестерского кода применяется кодировка 8В/10B. Эта нотация означает, что каждый байт кодируется при передаче десятью битами.
При этом не должно быть более 4 идентичных бит подряд и ни в одном коде не должно быть более 6 нулей или 6 единиц. Так достигаются хорошие условия синхронизации и высокая стабильность постоянной составляющей. В рассматриваемом варианте по каждой паре передаются сигналы с частотой 125МГц, и за каждый так транспортируется два бита. Сетевые интерфейсы используют шину PCI. В этом стандарте могут использоваться полнодуплексные повторители (FRD). Эти повторители в отличии от традиционных имеют встроенные буферы на каждом из портов. Схема передачи предполагает карусельный способ доступа портов к шине повторителя. Но в этом приборе, в отличии от коммутатора, нет анализа адреса места назначения и пакет передается всем портам устройства. Блок-схема сетевого интерфейса GE и 10GE показана на рис. 4.1.1.2.6 (работа через скрученную пару). Поскольку в локальной сети могут присутствовать сегменты как FE, так и GE, возможны переполнения буферов в переключателях и потери кадров. Перекладывание подавления перегрузки на уровень L4 в данном случае особенно накладно. Для решения проблемы перегрузки одна из сторон посылает служебный кадр, сообщающий о том, что другая сторона на некоторое время должна прервать передачу. В поле тип такого кадра заносится код 0x8808, а первые два байта поля данных являются управляющими, послдующие октеты могут содержать параметры команды. Для управления используются кадры типа PAUSE, в качестве параметра может быть указано длительность паузы в единицах времни передачи кадра минимальной длины. Для GE такая единица равна 512 нсек. Максимальная длительность паузы равна 33,6 мсек. Хотя использование концентраторов не запрещено, оно крайне нежелательно, так как приводит к понижению эффективности использования сети.
Соединительные кабели для GE
| Тип сути | Вид кабеля | Длина | Особенности |
| 1000Base-SX | Оптоволокно | 550м | Многомодовое |
| 1000Base-LX | Оптоволокно | 5000м | Одно- или многомодовое |
| 1000Base-СX | 2 экранир. пары | 25м | Экраниров. витая пара |
| 1000Base-Т | 4 неэкранир. пары | 100м | Витые пары 5-ой катег. |
br>
Новые Ethernet протоколы 1000BASE-T и 10GBASE- T требуют применения скрученных пар существенно более высокого качества (с большей полосой пропускания, с низкими уровнями NEXT и FEXT). Передача в этом случае производится по четырем скрученным парам одновременно. (Смотри .) Предполагается, что эта технология станет стандартной в первой половине 2006 года и станет частью спецификации IEEE 803.3ae. Требования к кабелю определяются документом ISO/IEC-11801:2002 для классов D или выше. Характеристики соответстующих кабелей смотри в разделе . Анализ распределения используемых длин показывает, наиболее часто используются кабели длиной 40м, а с вероятностью более 90% длина кабеля не правышает 80м. Кабели классов D-F имеют полосу пропускания 250-625 МГц.
Рис. 4.1.1.2.6. Блок схема сетевой карты для работы с GE и 10GE
Из рисунка видно, что цифровая обработка сигналов стала основой работы такого устройства. Для кабелей класса F (категория 7) максимальная длина составляет 100м, для класса Е (категория 6) от 55 до 100м, а для класса D (категория 5е) - 20-60м. При этом ожидается уровень BER не хуже 10-12. Скрученные пары предлагаются в качестве дешевого решения, при больших длинах оптическое волокно остается вне конкуренции. Ниже в таблице приводится сравнение режимов работы приемо-передатчиков в 1000BASE-T и 10GBASE-T.
| 1000BASE-T | 10GBASE-T |
| 5-уровневая амплитудно-импульсная модуляция (2 бита на символ) | 10-уровневая амплитудно-импульсная модуляция (3 бита на символ) |
| 4D код Треллиса на пару (8 состояний) | 4D код Треллиса на пару (8 состояний) |
| Полный дуплекс с эхоподавлением при передаче | Полный дуплекс с эхоподавлением при передаче |
| 125 Мбод, ~80MГц используемой полосы | 833 Мбод, ~450МГц используемой полосы |
| Подавления FEXT нет | Необходимо подавление FEXT |
Флаг координации
0 = координировано
1 = не координировано
Координированные передачи MSH-DSCH осуществляются с помощью субкадров управления. В обоих случаях для установления режима требуется тройной обмен (запрос, предоставление, подтверждение предоставления). Не координированный обмен возможен только в минидоменах, которые не создают помех координированной диспетчеризации.
Флаг запрос/отклик
0 = сообщение запроса
1 = предоставление (используется и для подтверждения предоставления)
Тип запрос говорит о том, что от одного или более узлов поступил новый запрос. Поле число запросов в этом случае не равно нулю. Сообщение может содержать также предоставления и подтверждения.
Тип предоставление указывает, что осуществлено одно или более предоставлений или подтверждается получение. Флаг всегда равен нулю для скоординированной распределенной диспетчеризации.
Формат сообщения конфигурирования сеточной (MESH) сети (MSH-NCFG)
Такие сообщения используются для взаимодействия узлов-соседей в сети (BS и SS) для согласования их параметров.
Таблица 72. Формат сообщения MSH-NCFG
| Синтаксис | Размер | Комментарий |
| MSH-NCFG _Message_Format() { | ||
| Тип сообщения управления = 39 | 8 бит | |
| NumNmbEntries | 5 бит | |
| NumBSEntries | 2 бита | |
| Флаг вложенного пакета | 1 бит | 0= нет, 1= имеется |
| Xmt Power | 4 бита | |
| Xmt Antenna | 3 бита | |
| NetEntry MAC Address Flag | 1 бит | 0= нет, 1= имеется |
| Базовый канал сети | 4 бита | |
| Зарезервировано | 4 бита | |
| NetConf Count | 4 бита | |
| Временная метка Номер кадра Номер управляющего сетевого домена в кадре Число шагов синхронизации |
12 бит 4 бита 8 бит |
|
| NetConf диспетчерские данные Следующий Xmt Mx Показатель Xmt Holdoff |
3 бита 5 бит |
|
| if(NetEntry MAC Address Flag) NetEntry MAC Address |
48 бит |
|
| for(i=0; i<NumBSEntries; ++i) { | ||
| Идентификатор узла базовой станции | 16 бит | |
| Число шагов | 3 бита | |
| Xmt energy/bit | 5 бит | |
| } | ||
| for(i=0; i<NumNmbEntries; ++i) | ||
| { | ||
| Nbr Node ID (число идентификаторов) | 16 бит | |
| MSH-Nbr_Physical_IE() | 16 бит | |
| } | ||
| if(Embedded Packet Flag) MSH-Nbr_Logical_IE() |
Перем. | |
| } | ||
| if(Embedded Packet Flag) MSH-NCFG_embedded_data() |
Перем. | |
| } |
Формат сообщения (REP-REQ) о результате измерения для канала
Таблица 71. Формат сообщения REP-REQ
| Синтаксис | Размер | Комментарий |
| Report_Response_Message_Format() { | ||
| Тип сообщения управления = 37 | 8 бит | |
| Отклик-отчет (TLV) | перем. | |
| } |
Формат сообщения (REQ-REQ) запроса результата измерения для канала
Таблица 70. Формат сообщения REQ-REQ
| Синтаксис | Размер | Комментарий |
| Report_Request_Message_Format() { | ||
| Тип сообщения управления = 36 | 8 бит | |
| Запрос отчета (TLV) | перем. | |
| } |
Гигабитный Ethernet
Хотя Ethernet на 1 Гбит/с и не использовал все свои возможности, реализован уже 10Гбитный Ethernet (IEEE 802.3ae, 10GBase-LW или 10GBase-ER). Этот стандарт утвержден в июне 2002 года и в случае использования для построения региональных каналов соответствует спецификациям OC-192c/SDH VC-4-46c (WAN). Опробован канал длиной 200 км с 10 сегментами. Существует серийное сетевое оборудование обеспечивающее надежную передачу на скорости 10Гбит/с при длине одномодового кабеля 10 км ( l=1310 nm). Эти данные взяты из журнала "LANline" (www.lanline.de) N7, Juli 2002. При работе с оптическими волокнами могут применяться лазеры с вертикальными резонаторами и поверхностным излучением VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser). В случае мультимодовых вариантов используются волокна с градиентом коэффициента преломления. В протоколе 10Гбит/c Ethernet предусмотрен интерфейс chip-to-chip (802.3ae-XAUI - буквы ае означают здесь Ethernet Alliance - ). Такие каналы могут использоваться и в LAN для соединения переключателей сетевых кластеров. Соединение организуется по схеме точка-точка. Эта технология удобна для использования в фермах ЭВМ. Стандартизованы порты: 10Gbase-LR (до 10 км по одномодовому волокну - для высокопроизводительных магистральных и корпоративных каналов), 10Gbase-ER (до 40 км по одномодовому волокну), 10Gbase-SR (до 28 м по мультимодовому волокну - для соединений переключателей друг с другом), а также 10Gbase-LХ4 (до 300 м по мультимодовому волокну стандарта FDDI - для сетей в пределах одного здания). Обсуждается возможность построения 100Гбит/c Ethernet. В 10Gbase для локальных сетей применяется кодирование 64В/66B (вместо 8В/10B, используемого в обычном гигабитном Ethernet), так как старая схема дает 25% увеличение паразитного трафика. Следует обратить внимание, что такое решение делает непригодными существующие оптоволоконные технологии SDH/SONET. К концу 2002 года технология 10Гбит-Ethernet вторглась в область региональных (MAN; смотри и EFM Task Force) и даже межрегиональных (WAN) сетей, тесня SDH, Fibre Channel, OC-192, PCI Express и InfiniBand.
В версии 10Gbase-X4 используется кодирование 8В/10B. Там формируется 4 потока по 3,125Гбит/с, которые передаются по одному волокну (1310нм) с привлечением техники мультиплексирования длин волн (WWDM). В случае 10Gbase-W на уровне МАС вводится большая минимальная длина IPG.
Рис. 4.1.1.2.7. Схема уровней для 10Gbase Ethernet
MDI Medium Dependent Interface
XGMII 10 Gigabit Media Independent Interface
PCS Physical Coding Sublayer
PMA Physical Medium Attachment
PMD Physical Medium Dependent
WIS WAN Interface Sublayer
Таблица 4.1.1.2.5. Классификация категорий оптических волокон для сетевых приложений (данные взяты из журнала "LAN line Special" за июль-август 2002 года; www.lanline.de). Согласно принятым сокращениям буквы в конце обозначения канала (например, 10Gbase-LX) характеризуют оптическое волокно [E - Extended (для WAN или MAN, длина волны 1550нм), L - Long (для расстояний
| Тип сети | Потери ввода (дБ) | Канал ISO/IEC 11801на основе | |||||||||
| Много- мод |
Одно- модa |
Волокна ОМ1 | Волокна ОМ2 | Волокна ОМ3 | Волокно ОS1 | ||||||
| 850 нм | 1300 нм | 1300 нм | 850 нм | 1300 нм | 850 нм | 1300 нм | 850 нм | 1300 нм | 1300 нм | 1500 нм | |
| ISO/IEC 8802-3: 10Base-FL, FPb & FBf |
12,5(6,8) | - | - | OF-2000 | OF-2000 | OF-2000 | |||||
| ISO/IEC TR 11802-4: 4 & 16 Мбит/c, Token Ringf | 13,0(8,0) | - | - | OF-2000 | OF-2000 | OF-2000 | /td> | ||||
| ATM @ 52 Мбит/cg | NA | 10,0(5,3) | 10.0 | OF-2000 | OF-2000 | OF-2000 | OF-2000 | ||||
| ATM @ 155 Мбит/cg | 7,2 | 10,0(5,3) | 7.0 | OF-500 | OF-2000 | OF-500 | OF-2000 | OF-500 | OF-2000 | OF-2000 | |
| ATM @ 622 Мбит/ce,f,g | 4.0 | 6,0(2,0) | 7,0 | OF-300 | OF-500 | OF-300 | OF-500 | OF-300 | OF-500 | OF-2000 | |
| ISO/IEC 14165-111: Fibre Channel (FC-PH)@ 133Мбит/cc,f |
NA | 6,0 | OF-2000 | OF-2000 | OF-2000 | ||||||
| ISO/IEC 14165-111: Fibre Channel (FC-PH)@ 266Мбит/cc,g |
12.0 | 6,0(5.5) | 6.0 | OF-2000 | OF-2000 | OF-2000 | OF-2000 | OF-2000 | OF-2000 | OF-2000 | |
| ISO/IEC 14165-111: Fibre Channel (FC-PH)@ 531Мбит/cc,g |
8.0 | - | 14.0 | OF-500 | OF-500 | OF-500 | OF-2000 | ||||
| ISO/IEC 14165-111: Fibre Channel (FC-PH)@ 1062Мбит/ce,g |
4.0 | - | 6.0 | OF-300 | OF-500 | OF-500 | OF-2000 | ||||
| ISO/IEC 8802-3: 1000Base-SXe | 2.6(3.56) | - | - | OF-500 | OF-500 | ||||||
| ISO/IEC 8802-3: 1000Base-LXe,g | - | 2.35 | 4.56 | OF-500 | OF-500 | OF-500 | OF-2000 | ||||
| ISO/IEC 9314-9: FDDI LCF-PMDb,f | - | 7.0(2.0) | - | OF-500 | OF-500 | OF-500 | |||||
| ISO/IEC 9314-3: FDDI PMDf | - | 11.0(6.0) | - | OF-2000 | OF-2000 | OF-2000 | |||||
| ISO/IEC 9314-3: FDDI SMF-PMDg | - | - | 10.0 | OF-2000 | |||||||
| ISO/IEC 8802-3: 100BASE-FXf | 11.0(6.0) | - | OF-2000 | OF-2000 | OF-2000 | ||||||
| IEEE 802.3: 10GBASE-LX4d | 2.0 | 6.2 | OF-300 | OF-300 | OF-300 | OF-2000 | |||||
| IEEE 802.3: 10GBASE-ER/EWd | OF-2000 | ||||||||||
| IEEE 802.3: 10GBASE-SR/SWd | 1.6(62.5) 1.8(OM-2) 2.6(OM-3) |
- | - | OF-300 | |||||||
| IEEE 802.3: 10GBASE-LR/LWd,g | - | - | 6.2 | OF-2000 |
/p> Представлены значения для волокон с диаметрами 62.5/125 и 50/125 m(MMF). Там, где значения отличаются, в скобках дается величина для 50 мкм.
Приложение в настоящее время промышленностью не поддерживается
Приложение в настоящее время не поддерживается разрабатывавшей его группой
Приложение в стадии разработки
Приложение с ограниченной полосой пропускания для указанных длин канала. Использование для каналов с более высокими требованиями в случае применения компонентов с меньшим ослаблением, не рекомендуется.
Длина канала может быть ограничена для волокон с диаметром 50 мкм.
Длина канала для одномодового волокна может быть больше, но это находится вне пределов регламентаций стандарта.
Таблица 4.1.1.2.6. Максимальные длины каналов с мультимодовыми волокнами
| Сетевое приложение | Номинальная длина волны [нм] |
Максимальная длина канала в м | |
| Волокно 50мкмa | Волокно 62,5мкм;b | ||
| ISO/IEC 8802-3: FOIRL | 850 | 514 | 1000 |
| ISO/IEC 8802-3: 10BASE-FL&FB | 850 | 1514 | 2000 |
| ISO/IEC TR 11802-4: 4 &16Мбит/c Token Ring | 850 | 1857 | 2000 |
| ATM @ 155 Мбит/c | 850 | 1000a | 1000b |
| ATM @ 622 Мбит/c | 850 | 300a | 300b |
| ISO/IEC 14165-111: Fibre Channel (FC-PH) @ 266 Мбит/c | 850 | 2000 | 700 |
| ISO/IEC 14165-111: Fibre Channel (FC-PH) @ 531 Мбит/c | 850 | 1000 | 350 |
| ISO/IEC 14165-111: Fibre Channel (FC-PH) @ 1062 Мбит/cc | 850 | 500a | 350b |
| IEEE 802.3: 1000BASE-SX | 850 | 550a | 275b |
| ISO/IEC 9314-9: FDDI LCF-PMD | 1300 | 500 | 500 |
| ISO/IEC 9314-3: FDDI PMD | 1300 | 2000 | 2000 |
| ISO/IEC 8802-3: 100BASE-FX | 1300 | 2000 | 2000 |
| IEEE 802.5t: 100Мбит/c Token Ring | 1300 | 2000 | 2000 |
| ATM @ 52 Мбит/c | 1300 | 2000 | 2000 |
| ATM @ 155 Мбит/c | 1000 | 2000 | 2000 |
| ATM @ 622 Мбит/c | 1300 | 330 | 500 |
| ISO/IEC 14165-111: Fibre Channel (FC-PH) @ 133 Мбит/c | 1300 | Не поддерживается | 1500 |
| ISO/IEC 14165-111: Fibre Channel (FC-PH) @ 266 Мбит/c | 1300 | 2000 | 1500 |
| IEEE 802.3: 1000BASE-LXc | 1300 | 550a | 550b |
Максимальное ослабление на км (850/130нм): 3.5/1.5 дБ/км; минимальная полоса пропускания для длин волн (850/130нм): 200МГцкм/500МГцкм
Эти приложения ограничены по полосе. Использование компонентов с меньшим поглощением для получения каналов с улучшенными параметрами, не рекомендуется.
Всякая, даже гигантская сеть была когда-то маленькой. Обычно сеть начинается с одного сегмента типа 1, 3 или 4 (рис. 4.1.1.2.1). Когда ресурсы одного сегмента или концентратора (повторители для скрученных пар) исчерпаны, добавляется повторитель. Так продолжается до тех пор, пока ресурсы удлинения сегментов и каналы концентраторов закончатся и будет достигнуто предельное число повторителей в сети (4 для 10МГц-ного Ethernet). Если при построении сети длина кабельных сегментов и их качество не контролировалось, возможен и худший сценарий - резкое увеличение числа столкновений или вообще самопроизвольное отключение от сети некоторых ЭВМ. Когда это произошло, администратор сети должен понять, что время дешевого развития сети закончилось - надо думать о приобретении мостов, сетевых переключателей, маршрутизаторов, а возможно и диагностического оборудования. Применение этих устройств может решить и проблему загрузки некоторых сегментов, ведь в пределах одного логического сегмента потоки, создаваемые каждым сервером или обычной ЭВМ, суммируются. Не исключено, что именно в этот момент сетевой администратор заметит, что топология сети неудачна и ее нужно изменить. Чтобы этого не произошло, рекомендуется с самого начала тщательно документировать все элементы (кабельные сегменты, интерфейсы, повторители и пр.). Хорошо, если уже на первом этапе вы хорошо представляете конечную цель и те возможности, которыми располагаете. Бухгалтерская сеть и сеть, ориентированная на выход в Интернет, будут иметь разные структуры. Прокладывая кабели, рекомендуется учитывать, что положение ЭВМ время от времени меняется, и это не должно приводить к изменению длины сегмента или к появлению дополнительных “сросток”. Следует также избегать применения в пределах сегмента кабелей разного типа и разных производителей. Если сеть уже создана, научитесь измерять информационные потоки в сегментах и внешние потоки (если ваша сеть соединена с другими сетями, например с Интернет), это позволит осмысленно намечать пути дальнейшей эволюции сети.
Если возможности позволяют, избегайте использования дешевых сетевых интерфейсов, их параметры часто не отвечают требованиям стандарта. Сетевая архитектура требует немалых знаний и это дело лучше поручить профессионалам.
Когда потоки данных в сети достигают уровня, при котором использование мостов и сетевых переключателей уже недостаточно, можно подумать о внедрении маршрутизаторов или оптоволоконных сегментов сети FDDI или быстрого (100 Мбит/с) Ethernet. Эти субсети будут играть роль магистралей, по которым идет основной поток данных, ответвляясь в нужных местах в субсети, построенные по традиционной технологии (см. раздел FDDI). Сеть FDDI для этих целей предпочтительнее, так как она не страдает от столкновений и у нее не падает пропускная способность при перегрузке. Если в вашей сети имеются серверы общего пользования, их рекомендуется подключить к быстродействующим сегментам и организовать несколько узлов доступа к FDDI-кольцу. Остальные потребители будут соединены с FDDI через эти узлы доступа (мосты/шлюзы). Аналогичную функцию могут выполнять и сегменты быстрого Ethernet (особенно хороши для этого схемы дуплексного обмена, см. выше).
Особую проблему составляют переходы 100 Мбит/с ®10 Мбит/с (рис. 4.1.1.2.8). Дело в том, что на MAC-уровне нет механизмов понижения скорости передачи для согласования возможностей отправителя и приемника. Такие возможности существуют только на IP-уровне (ICMP-congestion, опция quench). Если функцию шлюза исполняет, например, переключатель, то исключить переполнение его буфера невозможно. Такое переполнение неизбежно приведет к потере пакетов, повторным передачам и, как следствие, к потере эффективной пропускной способности канала. Решить проблему может применение в качестве шлюза маршрутизатора (здесь работает ICMP-механизм ”обратного давления”).
Рис. 4.1.1.2.8 Схема переходов 10-100-10 Мбит/с
Если любые 2 или более каналов справа попытаются начать работу с одним из каналов слева, или наоборот, потери пакетов неизбежны. Лучше, когда N<10.Проблема исчезает, когда SW работают на IP-уровне.
Идентификатор нисходящего канала
Идентификатор нисходящего канала, к которому относится сообщение. Этот идентификатор произвольно выбирается BS и является уникальным для заданного домена подуровня MAC.
Параметры сообщения, которые следуют за числом изменений конфигурации, кодируются в формате TLV.
Downlink_Burst_Profile имеет комбинированную кодировку TLV, которая сопряжена с DIUC (Downlink Interval Usage Code) используемого физического канала. Каждый Downlink_Burst_Profile представляет собой неупорядоченный список атрибутов PHY, закодированных в формате TLV. Каждому интервалу с помощью сообщения DL-MAP ставится в соответствие DIUC.
Каждый Downlink_Burst_Profile в сообщении DCD содержит следующие параметры:
Тип модуляции
Тип кода FEC
Длина последнего кода
Порог обязательного выхода DIUC
Порог минимальной записи DIUC
Присутствие преамбулы
Если тип кода FEC равен 1, 2 или 3 Downlink_Burst_Profile будет содержать также
RS байты данных (К)
RS байты четности (R)
Если тип кода FEC равен 2, то Downlink_Burst_Profile будет содержать тип кода BCC. Если же тип кода FEC равен 4, то Downlink_Burst_Profile будет содержать тип кода ряда BTC, тип кода колонки и тип интерливинга BTC.
Соответствие между профайлом кластера и DUIC представлено в табл. 14.
Таблица 14. Соответствие между профайлом кластера и DIUC
| Профайл кластера (burst) | DIUC |
| Профайл DL 1 | 0 |
| Профайл DL 2 | 1 |
| Профайл DL 3 | 2 |
| Профайл DL 4 | 3 |
| Профайл DL 5 | 4 |
| Профайл DL 6 | 5 |
| Профайл DL 7 | 6 |
| Профайл DL 8 | 7 |
| Профайл DL 9 | 8 |
| Профайл DL 10 | 9 |
| Профайл DL 11 | 10 |
| Профайл DL 12 | 11 |
| Профайл DL 13 | 12 |
| Зарезервировано | 13 |
| Зазор (Gap) | 14 |
| Конец таблицы DL-MAP | 15 |
Конец таблицы DL-MAP указывает на первый PS после конца DL-субкадра. В табл. 15 представлен формат Downlink_Burst_Profile, который используется в сообщении DCD. Профайл кодируется с типом =1, 8-битовой длиной и 4-битовым DIUC.
Таблица 15. Формат Downlink_Burst_Profile
| Синтаксис | Размер | Описание |
| Тип=1 | 8 бит | |
| Длина | перем. | |
| Зарезервировано | 4 бита | Следует устанавливать в 0 |
| DUIC | 4 бита | |
| Информация в формате TLV | перем. |
/p> Секции данных нисходящего канала используются для передачи информационных и управляющих сообщений для станций клиентов. Для данных всегда используется FEC-кодирование. В режиме TDM данные передаются в порядке понижения трудоемкости профайлов. В случае режима TDMA данные группируются в кластеры (burst). Сообщение DL-MAP содержит карту соответствия, которая уведомляет, с какого PS начинаются изменения профайла. Если в пределах кластера данные (DL) не заполняют всего субкадра, передатчик прекращает работу.
Вообще число PS i, выделенное для конкретного кластера, может быть вычислено на основе DL-MAP. Пусть n - минимальное число PS, необходимое для одного кодового слова FEC данного профайла. Тогда i=kn+j+q, где k - число кодов FEC, которые относятся к данному кластеру, j - число PS, занятых наибольшим возможным укороченным кодовым словом, а q (0#q<1) равно числу PS, занимаемых заполнителем в конце кластера, чтобы гарантировать целое i. Для операций с фиксированными кодами j=0. В конце кластера (когда нет следующего кодового слова) добавляются 4q символа, чтобы завершить PS. На рис. 4 показана схема привязки DL-MAP для варианта TDM, а на рис. 5 то же для варианта TDMA.
Поле данных для нисходящего канала разбивается на блоки, размер которых согласуется с размером кодов после добавления указателя CS. Заметим, что длина поля данных может варьироваться в зависимости от того разрешено ли использование укороченных кодов в профайле кластера. К каждому сегменту поля данных добавляется байт указателя. Это показано на рис. 6.
Поле указателя определяет номер байта в пакете, который указывает либо на начало первого MAC PDU в пакете, либо на начало любого набора байт, который предшествует следующему MAC PDU. Если в CS-пакете нет MAC PDU или набора байт, тогда байт указателя устанавливается равным нулю. Когда имеются данные для передачи, stuff_byte равный 0xFF будет использоваться в пределах поля данных для заполнения любых ниш между MAC PDU.
Кодирование и модуляция на физическом уровне нисходящего канала для данного режима отражены на рис. 7.
Нисходящий канал поддерживает адаптивное формирование профайлов кластеров для пользовательской части данных кадра. Может быть определено до 12 профайлов кластера. Параметры каждого передаются SS через МАС-сообщения в управляющей части нисходящего кадра. Использование DIUC определено в табл. 16.
Таблица 16. Значения DIUC
| DIUC | Назначение |
| 0 | Управление кадром (не в сообщениях DCD) |
| 1-6 | Профайлы кластеров TMD (без преамбулы) |
| 7-12 | Профайлы кластеров TMDA (фиксированная преамбула) |
| 13 | Зарезервировано |
| 14 | Зазор (в сообщениях DCD) |
| 15 | Конец таблицы соответствия |
Идентификатор восходящего канала
Идентификатор канала, к которому относится сообщение. Идентификатор произвольно выбирается BS и является уникальным в пределах домена субуровня MAC.
IEEE (Маркерная шина)
Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru
Стандарт IEEE 802.4 описывает свойства сетей, известных под названием маркерная шина. С точки зрения правил предоставления доступа этот стандарт схож с token ring (см. , а также RFC-1042 и -1230). В качестве физической среды используется 75-омный кабель. При необходимости построения сети типа дерева, а также для увеличения длины сети используются повторители. Сеть способна обеспечить пропускную способность до 10 Мбит/с при полосе пропускания кабеля 12 МГц.
Для доступа к сетевой среде станция должна получить пакет-маркер. Получив маркер, сетевое устройство может начать передачу данных, а завершив эту процедуру, устройство должно переслать маркер следующей сетевой станции. Передача маркера происходит до тех пор, пока он не достигнет младшей станции, после чего он возвращается первой станции. Формат кадра, пересылаемого по маркерной шине, имеет вид, представленный на рис. 4.1.3.1.
Рис. 4.1.3.1. Формат кадров 802.4.
SD - (Start Delimiter) - стартовый байт-разделитель =**0**000, где * - символ, кодируемый неманчестерским кодом; FC - (Frame Control) поле управления кадром = FFxxxxxx, где FF - субполе формата кадра, а xxxxxx - биты типа кадра, SA и DA адреса отправителя и получателя, соответственно. FSC - (Frame Control Sequence) контрольная сумма (4 байта). ED - (End Delimiter) оконечный разграничитель =**1**11E (правый бит является 8-ым). MMM=000 - запрос, не требующий подтверждения; MMM=001 - запрос, требующий подтверждения, MMM=010 - отклик на запрос. PPP - биты приоритета (111 - высший приоритет, а 000 - низший). Значения кодов поля FC приведены в таблицах 4.1.3.1 и 4.1.3.2 (цифрами обозначен порядок передачи разрядов).
Таблица 4.1.3.1. Коды поля FC
|
FF |
xxxxxx | Назначение |
| 00 | CCCCCC | Кадр управления доступом к сетевой среде |
| 01 | MMMPPP | Кадр управления логическим каналом |
| 01 | YYYYYY | Кадр управления станцией |
| 11 | ZZZZZZ | Зарезервировано на будущее |
Станции получают доступ к шине в результате соревновательной процедуры, называемой “окно откликов”.
Окно откликов представляет собой временной интервал, равный по длительности одному системному такту, который в свою очередь равен времени распространения сигнала по шине. Это время отсчитывается от момента окончания передачи кадра управления. В течение этого времени станция-инициатор ожидает отклика от других станций. Любая станция сети, будучи владельцем маркера, может запустить этот процесс с помощью посылки кадра поиск следующей станции. Запросы на подключение осуществляются путем отправки пакета установка следующей станции, в поле данных которого записывается адрес станции, запрашивающей доступ к шине. Адрес следующей соседней станции меньше адреса станции-отправителя (маркер движется в направлении убывания адресов). Обычно посылается кадр с одним окном откликов. При этом запросы могут посылать станции с адресами не меньше, чем адрес ближайшего соседа. Если процесс инициализирован станцией с наименьшим номером, то посылается пакет с двумя окнами откликов, одно для станции с номером меньше, чем у предшественника, другое с адресом больше чем у предшественника. После этого станция ждет ответа в течение одного такта. Если ответа нет, маркер передается следующей станции. Если же получен один ответ, инициализируется подключение станции с помощью пакета установка следующей станции. При получении более одного отклика возникает конфликт, для разрешения которого посылается пакет разрешение конфликта с четырьмя окнами. Станции заносят свои запросы в окна в соответствии с первыми двумя битами своего адреса. Если попытка разрешить конфликт при этом не удалась, пакет осылается повторно. В новой попытке участвуют только станции, участвовавшие в первом раунде, а для сравнения используются уже следующие два бита адреса. Процедура может завершиться подключением одной из станций или исчерпыванием числа попыток.
Станция может отключиться от сети в любое время, но это вызовет инициализацию системы и временное нарушение работы сети. Поэтому для отключения от сети станция должна дождаться получения маркера, после чего она шлет пакет типа установка следующей станции, в поле данных которого находится адрес ее преемника.
Если держатель маркера получит пакет, показывающий наличие в сети еще одного владельца маркера, он уничтожает свой маркер и переходит в режим ожидания. Получив маркер, станция должна начать передачу данных или передать его следующей станции. После передачи маркера станция в течение одного цикла прослушивает сеть, чтобы убедиться в активности своего преемника. Если преемник не посылает ничего в течении секунды, станция повторяет передачу маркера. Если и это не помогает, то посылается пакет кто следующий? с адресом преемника в поле данных и тремя окнами откликов. Если станция обнаруживает в поле данных адрес своего предшественника, она посылает кадр типа установка следующей станции по адресу отправителя. В отсутствии кадра установка следующей станции станция посылает такой пакет самой себе с двумя окнами для выявления активных сетевых устройств.
При обнаружении потери маркера запускается процедура инициализации сети, при этом посылается пакет требование маркера. Станция, пославшая запрос, прослушивает шину и при обнаружении сетевой активности выбывает из соревнования (имеется станция с большим, чем у нее адресом). В сети определено 4 класса обслуживания (6, 4, 2, 0). Станция может передавать данные класса 6 в течение допустимого времени удержания маркера THT (для класса 6). При M станций в сети максимальное время ожидания будет равно THT*M. По завершении передачи данных класса 6 (или если они не передавались вовсе) можно передавать данные класса 4. Аналогично определено время обращения маркера для классов 4, 2 и 0.
Таблица 4.1.3.2. Коды поля FC и типы кадров
| Код поля FC | Тип кадра | Поле данных |
| 0x0 | Запрос маркера | Код арбитража |
| 0x1 | Поиск следующей станции (1 окно откликов) | Отсутствует |
| 0x2 | Поиск следующей станции (два окна откликов) | Адрес следующей станции |
| 0x3 | Кто следующий? (три окна откликов) | Отсутствует |
| 0x4 | Разрешение конфликта (4 окна откликов) | Отсутствует |
| 0x8 | Маркер | Отсутствует |
| 0xD | Установка следующей станции | Адрес следующей станции |
Сети все шире внедряются в промышленность, науку, а в последнее время можно ожидать появления сетей и в наших жилищах (первые опыты по созданию информационных сетей на основе систем кабельного телевидения в США и Канаде уже успешно проведены).Для сбора измерительной информации уже более десятилетия используется магистрально-модульный стандарт GPIB (IEC-625, IEEE-488 или ГОСТ 26.003-80). Но этот стандарт ограничивает размер сети, имеет дорогостоящий интерфейс, недостаточно надежен и гибок. Применение для этой цели RS-232 не слишком перспективно, так как этот интерфейс предполагает соединение по схеме точка-точка. Возникла необходимость создания сетей с дешевой магистралью и интерфейсом с пропускной способностью 128-1024 Кбит/c. Примером такой сети можно считать CAN. Кто знает, возможно спустя несколько лет какая-то модификация этой сети будет использована для сетевого управления бытовой техникой в вашей квартире. Аппаратная реализация узлов комплексного управления бытовой техникой уже появились в продаже.
IEEE (Token Ring)
Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru
Сети Token Ring были разработаны фирмой IBM в 1970-х годах и рассчитана на скорость обмена 4.16 Мбит/c при числе сегментов до 250. По своей популярности она уступает лишь Ethernet/IEEE 802.3. Спецификация IEEE 802.5 практически идентична ей и полностью совместима (см. , или, например, или ). Сеть Token Ring имеет топологию звезды, все оконечные станции которой подключаются к общему устройству (MSAU - MultiStation Access Unit). В IEEE 802.5 топология не оговаривается, не регламентирована здесь и сетевая среда. В Token Ring сеть базируется на скрученных парах. Обе эти разновидности сети используют схему передачи маркера (небольшой пакет - token).
В отличие от сетей с csma/cd доступом (например, Ethernet) в IEEE 802.5 гарантируется стабильность пропускной способности (нет столкновений). Сети Token Ring имеют встроенные средства диагностики, они более приспособлены для решения задач реального времени, но в то же время более дороги.
Маркер содержит лишь поля стартового разделителя(sdel), управления доступом (AC) и оконечного разделителя (EDEL, всего 3 байта). Если узел получил маркер, он может начать передачу информации, в противном случае он просто передает маркер следующему узлу. Каждая станция может захватить маркер на определенное время. Станция, намеревающаяся что-то передать, захватывает маркер, меняет в нем один бит, который преобразует маркер во флаг начала кадра, вносит в кадр информацию, подлежащую пересылке, и посылает его следующей станции. Передающая станция ответственна за изъятие из кольца переданных ею кадров (станция не ретранслирует собственные кадры). Введенный в сеть кадр будет двигаться по сети, пока не попадет в узел, которому он адресован и который скопирует необходимую информацию. При этом устанавливается флаг копирования (FCI), что свидетельствует об успешной доставке кадра адресату. Кадр продолжает движение, пока не попадет в узел отправитель, где он будет уничтожен. При этом проверяется, подключена ли к сети станция-адресат.
Это делается путем контроля API (индикатора распознавания кадра адресатом). Сеть Token Ring идеальна для приложений, где задержка получения информации должна быть предсказуемой, и требуется высокая надежность.
Сетевые станции подключаются к MSAU, которые объединяются друг с другом, образуя кольцо. Если станция отключилась, MSAU шунтирует ее, обеспечивая проход пакетов. Стандарт Token Ring использует довольно сложную систему приоритетов, которая позволяет некоторым станциям пользоваться сетью чаще остальных. Кадры Token Ring имеют два поля, которые управляют доступом приоритет и резервирование. Только станции с приоритетом равным или выше, чем приоритет маркера, могут им завладеть. Если маркер уже захвачен и преобразован в информационный кадр, только станции с приоритетом выше, чем у станцииё отправителя, могут зарезервировать маркер на следующий цикл. Станции, которые подняли приоритет маркера, должны его восстановить после завершения передачи.
Сети Taken Ring имеют несколько механизмов для обнаружения и предотвращения влияния сетевых сбоев и ошибок. Например, пусть одна из станций выбрана в качестве активного монитора. Эта станция работает как центральный источник синхронизации для других станций сети и выполняет ряд других функций. Одной из таких функция является удаление из кольца бесконечно циркулирующих кадров (маркеров). Если отправитель ошибся, установив, например ошибочный адрес места назначения, это может привести к зацикливанию кадра. Ведь кадр может быть поврежден в пути и отправитель его уже не узнает. А это в свою очередь блокирует работу остальных станций. Активный монитор должен обнаруживать такие кадры, удалять их и генерировать новый маркер. Функции активного монитора часто выполняют MSAU. Попутно msau может контролировать, какая из станций является источником таких дефектных кадров, и вывести ее из кольца. Если станция обнаружила серьезную неполадку в сети (например, обрыв кабеля), она посылает сигнальный кадр (beacon). Такой кадр несет в себе идентификатор отправителя и имя соседа-предшественника (NAUN - nearest active upstream neighbour).
Такой кадр инициализирует процедуру автореконфигурации, при которой узлы в районе аварии пытаются реконфигурировать сеть так, чтобы ликвидировать влияние поломки. Топологическая схема сети ieee 802.5 представлена на рис. 4.1.2.1.
Рис. 4.1.2.1 Топология сети Token Ring
Периферийные ЭВМ подключаются к блокам msau по схеме звезда, а сами MSAU соединены друг с другом по кольцевой схеме. Возможна реализация схемы звезда и иным способом, показанным на рис. 4.1.2.2. Здесь объединяющую функцию выполняет блок концентратора.
Рис. 4.1.2.2. Реализация Token Ring по схеме звезда
Концентратор может шунтировать каналы, ведущие к ЭВМ, с помощью специальных реле при ее отключении от питания. Аналогичную операцию может выполнить и блок msau. Управление сетью возлагаются на пять функциональных станций, определенных протоколом. Некоторые контрольные функции выполняются аппаратно, другие реализуются с помощью загружаемого программного обеспечения. Каждая из функциональных станций имеет свои логические (функциональные) адреса. Функциональные станции должны реагировать как на эти функциональные, так и на свои собственные аппаратные адреса. Ниже в таблице представлен список функциональных станций и их функциональных адресов (таблица 4.1.2.1).
Таблица 4.1.2.1 Типы и адреса функциональных станций
Функциональная станция | Адрес |
| 1. Активный монитор | c0 00 00 00 00 01 |
| 2. Резервный монитор | адрес не определен |
| 3. Сервер конфигурации (необязательное устройство) | c0 00 00 00 00 02 |
| 4. Монитор ошибок (необязательное устройство) | c0 00 00 00 00 08 |
| 5. Сервер параметров кольца (необязательное устройство) | c0 00 00 00 00 10 |
В сети используются кадры управления доступом к среде (УДС, код типа кадра = 00) и информационные кадры (код типа кадра =01). Имеется 25 разновидностей УДС-кадров (см. приложение 10.6 ). Сюда входят кадры инициализации, управления средой, сообщения об ошибках и кадры управления рабочими станциями. Общий формат заголовка кадра Token Ring представлен на рис. 4.1.2.3. Размер поля данных, следующего за адресом отправителя, может иметь произвольную длину, в том числе и нулевую.
В это поле может быть вложен пакет другого протокола, например, LLC.
Рис. 4.1.2.3. Формат информационного кадра для IEEE 802.5
В начале поля данных может размещаться LLC-заголовок, который содержит в себе 3-8 байт. Собственно этот заголовок, да поле управления кадром и отличают информационный кадр от кадра управления доступом (см. рис. 4.1.2.4).
Рис. 4.1.2.4. Формат кадра управления доступом для IEEE 802.5 (цифрами обозначены размеры полей в байтах)
Вслед за адресом отправителя следует информация управления доступом к среде. Кадры управления доступом служат исключительно для целей управления сетью и не передаются через бриджи и маршрутизаторы. Управляющая информация включает в себя основной вектор и несколько субвекторов. Основной вектор задает тип УДС-кадра (или команду) и типы (или классы) станций отправителя и получателя, всего 4 байта. Субвекторы содержат информацию об адресе соседа-предшественника, номер физического отвода кабеля и пр. (3 и более байт). На рис. 4.1.2.5. представлен формат основного вектора.
Рис. 4.1.2.5. Формат основного вектора
Субполе длина определяет полную протяженность информационного поля УДС-кадра и равна сумме длин основного вектора и всех субвекторов. Субполе класс характеризует станции отправителя и получателя. Каждой из станций выделено по 4 двоичных разряда, которые описывают типы этих станций. Ниже в таблице 4.1.2.2 представлены эти коды и их значения.
Таблица 4.1.2.2 Таблица кодов класса
Код класса | Функциональный тип станции |
| 0x0 | Рабочая станция кольца |
| 0x1 | Администратор канального уровня |
| 0x4 | Администратор сети или сервер конфигурации |
| 0x5 | Сервер параметров кольца |
| 0x6 | Сервер ошибок |
Субполе команда содержит код, передаваемой УДС-кадром команды (см. таблицу 10.6 в приложении ). Кадр управления доступом может содержать любое, в том числе нулевое число субвекторов. Некоторые субвектора являются обязательными. Таблица обязательных субвекторов приведена в приложении 10.7 . В результате декодирования субвекторов можно локализовать нестабильную ошибку.
Ниже на рис. 4.1.2.6 приведен формат субвектора.
Рис. 4.1.2.6. Формат субвектора
Поля длина определяет длину субвектора (ведь она переменная). Поля тип содержит код типа субвектора. Поле значение хранит данные, например, код 0x0b характеризует номер отвода и т.д..
Разряды начального и конечного разделителей кадра содержат как обычные нули и единицы, так и закодированные дифференциальным манчестерским кодом. На рис. 4.1.2.7 приведен формат начального разделителя SDEL.
Рис. 4.1.2.7. Формат начального разделителя SDEL
"e" и "Н" - представляет собой единицу и нуль, закодированные манчестерским кодом. Оконечный разделитель (EDEL) имеет формат, показанный на рис. 4.1.2.8.
Рис. 4.1.2.8. Формат оконечного разделителя EDEL
Бит - индикатор промежуточного кадра (IF) равен нулю, если кадр является последним или единственным кадром в последовательности. Единица в этом бите указывает на то, что этот кадр не является последним. Бит индикатор обнаруженной ошибки (ED) устанавливается равным единице первой станцией, которая выявила ошибку в контрольной последовательности кадра (CRC). Таким образом, crc контролируется всеми станциями, через которые проходит пакет. crc - гарантирует корректность пересылке части кадра, начиная от поля управление кадром кончая полем данные. Последним полем кадра является октет состояния (рис. 4.1.2.9). Первые и последние четыре бита этого поля должны повторять друг друга, что повышает достоверность записанной там информации.
Рис. 4.1.2.9. Формат поля состояния кадра
Бит распознавания адреса (ARI) служит в качестве флага распознавания получателем своего адреса. Если распознавание произошло, получатель перед ретрансляцией кадра далее устанавливает этот бит в единичное состояние.
Бит- индикатор копирования кадра (FCI) служит для индикации успешного копирования информации из полученного кадра. Если получатель распознал свой адрес, имеет достаточно место в буфере и благополучно скопировал туда информацию из полученного пакета, он устанавливает этот бит в единичное состояние.
Биты ARI и FCI активно используются управляющими станциями кольца. Для отправителя они носят второстепенный характер, ибо решение о повторной пересылке при утере кадра принимается обычно на транспортном (более высоком) уровне. При недостатке буферного пространства в памяти станция не всегда может скопировать кадр, повторная же передача сокращает пропускную способность сети. Если же перегружающаяся станция является частью инфраструктуры сети (сервер), это может ухудшить свойства сети в целом. Улучшению ситуации может способствовать увеличение числа буферов на плате сетевого адаптера, увеличение быстродействия канала и расширения объема буферной памяти в самой ЭВМ.
Флаг начала потока (SSD - start of stream delimiter) позволяет сетевому уровню, независящему от физической среды (PMI - physical media independent) детектировать начало потока кодов. Получение неверного SSD не прерывает прием данных, а передает сигнал ошибки субуровням MAC или RMAC.
SSD высокого приоритета: | 0101 111100 000011 |
SSD обычного приоритета: | 0101 100000 111110 |
Флаг окончания потока (ESD - end of stream delimiter) позволяет сетевому уровню PMI завершить прием пакета и переслать полученные данные субуровню mac. Детектирование неверного IPM (invalid packet marker) разделителя приводит к ошибке на уровне MAC или RMAC.
Правильный флаг окончания потока (ESD):
| esd высокого приоритета: | 111111 000011 000001 |
| esd обычного приоритета: | 000000 111100 111110 |
| Маркер неправильного пакета: | 110000 011111 110000 |
Сигнатура преамбулы позволяет PMI определить место, с которого следует начинать прием данных. Код преамбулы имеет вид:
010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101
Рис. 4.1.2.10. Формат поля управления доступом
Поле управления доступом служит для определения приоритета кадра, это единственное поле, которое присутствует в маркере (помимо SDEL и EDEL). Субполе приоритета (PPP) указывает на приоритет маркера в 802.5. Предусмотрено восемь уровней приоритета, начиная с 000 (низший) до 111 (высший).
В 802. 12 здесь записывается всегда 000. Субполе бит маркера позволяет отличить обычный кадр от маркера. Для маркера поле несет в себе 0, а для кадра 1 (802.5). Так как в 100VG-anylan передаются только маркерные кадры, этот бит всегда равен 1. Бит мониторинга препятствует бесконечной циркуляции кадра по кольцу. В исходный момент все кадры и маркеры имеют этот бит равный 0. Приемник игнорирует этот бит. Биты rrr разрешают приоритетным пакетам запрашивать маркер того же уровня приоритета. Стандарт 802.12 не использует непосредственно октет управления доступом, а для обеспечения совместимости с 802.5 по умолчания записывает туда 0001000.
Рис. 4.1.2.11. Формат поля управления кадра
Значения кодов субполя тип кадра представлено в таблице 4.1.2.3, они определяют формат данных информационного поля кадра. Для обычной передачи поле равно 01000yyy.
Таблица 4.1.2.3 Коды типа кадра
| Код поля типа | Функция |
| 00 | MAC-кадр (УДС) |
| 01 | LLC-кадр (данные) |
| 1x | Резерв на будущее |
Поле физического управления (pcf) имеет смысл только для УДС-кадров и служит для оповещения станций о типе кадра управления средой. Это поле служит также для указания приоритета передачи кадра из буфера адаптера в ЭВМ. В таблице 4.1.2.4.
Таблица 4.1.2.4 Коды поля pcf
| Описание | Код поля pcf |
| Нормальный буфер | 0 |
| Экспресс буфер | 1 |
| Очистка кольца | 2 |
| Требование маркера | 3 |
| Аварийная сигнализация | 4 |
| Наличие активного монитора | 5 |
| Наличие резервного монитора | 6 |
Для llc-кадров поле резервированные биты и далее имеет формат rrryyy, где биты rrr зарезервированы для будущего использования (000), а yyy - код приоритета пакетов пользователя. (MAC-кадры не используются в IEEE 802.12). Формат поля адреса получателя отображен на рис. 4.1.2.12.
Рис. 4.1.2.12. Формат адреса места назначения
I/G =0 индивидуальный адрес (I); I/G=1 групповой адрес (g).
U/L=0 универсальный адрес (U); U/L=1 локальный адрес (L).
Индивидуальный адрес - адрес конечного узла, уникальный для данной локальной сети (в случае локального администрирования) или отличный от любого другого адреса в глобальной сети в случае универсального администрирования.
Существует две разновидности индивидуального адреса: уникастный и нулевой. Уникастный адрес - индивидуальный адрес, идентифицирующий один из узлов сети. Нулевой адрес равен нулю и означает, что кадр не адресован ни одному из узлов сети. Такой адрес не может быть присвоен ни одному из оконечных узлов сети. Описываемые далее разновидности адресов используются только в полях адреса места назначения.
Групповой адрес ассоциируется с (нулем или более) некоторым числом оконечных узлов данной сети, обычно это группа логически связанных узлов. Широковещательные и мультикастинг-адреса относятся к групповым адресам.
Широковещательный адрес подразумевает обращение ко всем узлам данной сети, такой адрес содержит 1 во всех своих разрядах. Мультикастинг-адрес подразумевает обращение к некоторой, выделенной группе адресов данной локальной сети. Существуют также функциональные адреса (FA), которые идентифицируют некоторые известные функциональные объекты с помощью групповых адресов. Формат функционального адреса представлен на рис. 4.1.2.13.
Рис. 4.1.2.13. Структура функционального адреса
Ниже приведена таблица 4.1.2.5 некоторых зарезервированных функциональных адресов.
Таблица 4.1.2.5. Зарезервированные функциональные адреса
| 6-октетный адрес (fa) | Назначение |
| С0 00 00 00 00 01 | Активный монитор |
| С0 00 00 00 00 02 | Кольцевой сервер параметров (rps) |
Функциональные адреса являются отличительной особенностью сетей Token Ring. В этих сетях маршрутная информация распределена между устройствами сети. Рабочие станции создают и поддерживают собственные маршрутные таблицы. Формат поле адреса отправителя показан на рис. 4.1.2.14.
Рис. 4.1.2.14. Формат адреса отправителя
Субполе RII является индикатором маршрутной информации, функция субполя U/L идентична с вариантом формата адреса получателя. Если RII=1, в поле данных содержится маршрутная информация.
Формат поля маршрутной информации отображен на рис. 4.1.2.15.
Рис. 4.1.2.15. Формат поля маршрутной информации (RI)
Разновидности сетей, не использующие маршрутную информацию, берут код из субполя LTH (длина), чтобы обойти поле RI.
Субполе RT (код типа маршрутизации) имеет 3 бита и говорит о том, должен ли данный кадр быть переадресован. Ниже приведена таблица (4.1.2.6) возможных значений кода rt.
Таблица 4.1.2.6. Значения кола rt
| Код rt | Описание |
| 0xx | Передача по определенному маршруту |
| 10x | Широковещательная передача по всем маршрутам |
| 11x | Широковещательная передача по одному маршруту |
Субполе LTH (длина) имеет 5 бит и хранит в себе длину поля RI в октетах. LTH должно быть четным и лежать в пределах 2-30, включительно. Обычно маршрутная информация занимает от 2 до 16 байт (cпецификация IBM требует, чтобы кадр проходил не более 7 мостов). Если субполе бит направления (d) равно нулю, обход кольца маркером осуществляется в порядке записи дескрипторов маршрута, при d=1 - в обратном порядке (RDN, RDn-1, ... RD1). Субполе максимальная длина кадра (LF) имеет 3 бита и указывает наибольший размер информационного поля MAC. Значение поля устанавливается мостами при определении маршрута и указывает максимальную длину кадра, передаваемого мостом. Допустимы следующие значения:
Таблица 4.1.2.7. Возможные значения поля LF
Код поля lf | Длина кадра в байтах |
| 000 | 516 |
| 001 | 1500 |
| 010 | 2052 |
| 011 | 4472 |
| 100 | 8144 |
| 101 | 11407 |
| 110 | 17800 |
Субполя дескрипторов маршрута состоят из 12 бит идентификатора сети (номер кольца, назначается сетевым администратором) за которым следует 4 бита номера моста. Эти дескрипторы определяют порядок обхода сети кадром. В сетях 100VG-anylan это поле не используется, так как порядок обхода задается аппаратно повторителями.
При построении больших сетей token ring приходится использовать большое число колец. Отдельные кольца связываются друг с другом, как и в других сетях, с помощью мостов (рис. 4.1.2.16). Мосты бывают "прозрачными" (IEEE 802.1d) и с маршрутизацией от источника. Последние позволяют связать в единую сеть несколько колец, использующих общий сетевой IPX- или IP-адрес.
Рис. 4.1.2.16 Соединение колец с помощью прозрачного моста
Использование мостов позволяет преодолеть и ограничение на число станций в сети (260 для спецификации ibm и 255 для IEEE).
Мосты могут связывать между собой фрагменты сетей, использующих разные протоколы, например, 802.5, 802.4 и 802.3. Пакеты из кольца 1 адресованные объекту этого же кольца никогда не попадут в кольцо 2 и наоборот. Через мост пройдут лишь пакеты, адресованные объектам соседнего кольца. Фильтрация пакетов осуществляется по физическому адресу и номеру порта. На основе этих данных формируется собственная база данных, содержащая информацию об объектах колец, подключенных к мосту. Схема деления сети с помощью мостов может способствовать снижению эффективной загрузки сети.
Мосты с маршрутизацией от источника могут объединять только сети token ring, а маршрутизация пакетов возлагается на все устройства, посылающие информацию в сеть (отсюда и название этого вида мостов). Это означает, что в каждом из сетевых устройств должно быть загружено программное обеспечение, позволяющее маршрутизировать пакеты от отправителя к получателю (в случае netware это route.com). Эти мосты не создают собственных баз данных о расположении сетевых объектов и посылают пакет в соседнее кольцо на основе маршрутного указания, поступившего от отправителя самого пакета. Таким образом, база данных о расположении сетевых объектов оказывается распределенной между станциями, хранящими собственные маршрутные таблицы. Программы маршрутизации используют сетевой драйвер адаптера. Мосты с маршрутизацией от источника просматривают все поступающие кадры и отбирают те, которые имеют индикатор информации о маршруте RII=1. Такие кадры копируются, и по информации о маршруте определяется, следует ли их посылать дальше. Мосты с маршрутизацией от источника могут быть настроены на широковещательную передачу по всем маршрутам, либо на широковещательную передачу по одному маршруту. Формат информации о маршруте показан на рис. 4.1.2.15.
В сетях со сложной топологией маршруты формируются согласно иерархическому протоколу STP (spanning tree protocol). Этот протокол организует маршруты динамически с выбором оптимального маршрута, если адресат достижим несколькими путями.
При этом минимизируется транзитный трафик. Для решения задачи мосты обмениваются маршрутной информацией. Формат этих пакетов показан на рис. 4.1.2.17.
Рис. 4.1.2.17. Формат кадра маршрутных данных, рассылаемых мостом
Поле идентификатор протокола характеризует используемый мостом протокол (для STP это код равен 0x000). Поле версия протокола хранит текущую версию протокола. Поле тип протокольного блока данных моста может принимать следующие значения:
0x00 | протокольный блок данных моста конфигурации; |
| 0x80 | протокольный блок данных моста объявления об изменении топологии. |
В настоящее время протоколом STP используются только два флага:
0x01 | флаг изменения топологии; |
0x80 | флаг подтверждения изменения топологии. |
Поле идентификатор корня содержит идентификатор корневого моста. В поле метрика маршрута до корня хранится оценка маршрута до корневого моста. В поле идентификатор моста записывается 8-байтовый код-идентификатор моста, передающего протокольный блок данных. Содержимое двух старших байт задается администратором сети, остальные 6 байт хранят универсальный или локальный адрес порта моста. Идентификатор порта представляет собой двух-байтовый код, присвоенный порту моста. Поле возраст сообщения содержит время в секундах, прошедшее с момента формирования конфигурационного сообщения. При ретрансляции протокольного блока конфигурации каждый мост увеличивает код в этом поле на величину, заданную протоколом управления. Величину кода в поле максимальный возраст задает корневой мост так, чтобы все остальные мосты имели согласованные значения возраста информации о конфигурации. Поле период актуализации определяет длительность периода посылки протокольных блоков конфигурации в секундах. Поле задержки передачи указывает на заданную корневым мостом величину времени в секундах, в течение которого порт не должен начинать передачу кадров после окончания реконфигурации сети.
Длина поля данных ограничивается временем, на которое станция может захватить маркер и не превышает 4502 октетов.Поле CRC служит для контроля целостности кадра при транспортировке. При расчете CRC используется образующий полином вида:
x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 + x + 1
Алгоритм вычисления аналогичен тому, что используется в сетях Ethernet, контрольное суммирование охватывает поля адрес места назначения, адрес отправителя, управление кадром, маршрутная информация и данные.
Стартовый разделитель должен иметь уникальную сигнатуру, которая не может встретиться ни в одном из последующих полей. Оконечный разделитель нужен для того, чтобы обозначить конец кадра (или маркера), ведь длина пакетов переменна.
На физическом сетевом уровне используется дифференциальный манчестерский код с уровнями сигналов положительной и отрицательной полярности в диапазоне 3,0-4,5 В (сравните с +0,85 и -0,85 В для IEEE 802.3).
Информационное сообщение аутентификации (Authent Info)
Сообщение Authent Info содержит один атрибут CA-Certificate формата Х.509 производителя SS.
Код = 12
Атрибуты сообщения Authent Info представлены в табл. 37.
Таблица 37. Атрибуты сообщения Authent Info
| Атрибут | Содержимое |
| СА-сертификат | Сертификат производителя SS |
Информационный элемент диспетчеризации MSH-DSCH
Информация, содержащаяся в сообщениях MSH-DSCH, используется для рассылки информации, необходимой для определения времени передачи этих сообщений, при координируемой распределенной диспетчеризации. Каждый узел сообщает два связанных параметра, сопряженных с ним самим и соседними узлами. Диспетчерская информация включает следующие параметры:
Таблица 86. Информационный элемент MSH-DSCH
| Синтаксис | Размер | Комментарий |
| MSH-DSCH_scheduling_IE() { | ||
| NextXmt Mx | 5 бит | |
| Показатель Xmt Holdoff | 3 бита | |
| Число SchedEntries | 8 бит | |
| for(i=0; i<No_ SchedEntries; ++i) { | ||
| ID узла соседа | 16 бит | |
| Следующий Xmt Mх соседа | 5 бит | |
| Показатель Xmt Holdoff соседа | 3 бита | |
| } } |
Информационный элемент предоставления MSH-DSCH
Элементы предоставления передаются в сообщении MSH-DSCH и несут в себе данные о предоставленном интервале минидоменов из выбранном из диапазона доступных. Элементы предоставления могут использоваться для предоставления минидоменов и для подтверждения такого предоставления. Элемент предоставления (Grants) содержит в себе следующие параметры:
Таблица 89. Информационные элементы предоставления MSH-DSCH (Grants)
| Синтаксис | Размер | Комментарий |
| MSH-DSCH_Grants_IE() { | ||
| ID канала | 8 бит | |
| Начальный номер кадра | 8 бит | 8 младших бит номера кадра |
| Начало минидомена | 8 бит | |
| Диапазон минидомена | 8 бит | |
| Направление | 1 бит | |
| Протяженность (persistence) | 3 бита | |
| Канал | 4 бита | |
| } |
Направление
0= от источника запроса
1= к источнику запроса
Информационный элемент возможностей MSH-DSCH
Возможности, записанные в сообщении MSH-DSCH, будут использоваться для указания на свободные диапазоны минидоменов, которым соседи могут предоставить доступ. В перечень возможностей могут входить:
Таблица 88. Информационные элементы возможностей MSH-DSCH
| Синтаксис | Размер | Комментарий |
| MSH-DSCH_Availability_IE() { | ||
| Начальный номер кадра | 8 бит | 8 младших бит номера кадра |
| Начало минидомена | 8 бит | |
| Диапазон минидомена | 7 бит | |
| Направление | 2 бита | |
| Протяженность (persistence) | 3 бита | |
| Канал | 4 бита | |
| } |
Начальный номер кадра
Младшие 8 бит номера кадра, где начинается IE Availability
Диапазон минидомена
Число свободных минидоменов
Направление
0= доступность аннулируется
1= доступна для передачи в этом диапазоне минидоменов
2= доступна для приема в этом диапазоне минидоменов
3= доступна для приема и передачи
Протяженность
Поле persistence для возможностей. Число кадров, для которых Availability действительна.
0= доступность аннулируется
1 = одиночный кадр
2 = 2 кадра
3 = 4 кадра
4 = 8 кадров
5 = 32 кадра
6 = 128 кадров
7 = сохраняется вплоть до аннулирования или уменьшения
Канал
Логический номер канала из субнабора возможных номеров физического канала, сопряженный с сетевым дескриптором.
Информационный элемент запроса MSH-DSCH
Запрос, содержащийся в сообщении MSH-DSCH, транспортирует запрос ресурса на поканальной основе. Запрос включает в себя следующие параметры.
Таблица 87. Запрос, содержащийся в сообщении MSH-DSCH
| Синтаксис | Размер | Комментарий |
| MSH-DSCH_Request_IE() { | ||
| ID канала | 8 бит | |
| Уровень требования | 3 бита | |
| Протяженность (persistence) | 3 бита | |
| Зарезервировано | 1 бит | |
| } |
ID канала
ID, присвоенное передающим узлом каналу до соседа, который относится к данному запросу.
Уровень требования
Требуемое число минидоменов.
Протяженность
Поле протяженность для запроса. Число кадров, где присутствует запрос.
0 = аннулировать резервирование
1 = одиночный кадр
2 = 2 кадра
3 = 4 кадра
4 = 8 кадров
5 = 32 кадра
6 = 128 кадров
7 = сохраняется вплоть до аннулирования или уменьшения
Интернет в Ethernet
Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru
В Интернет не существует иерархии сетей. Локальная сеть на основе Ethernet, две ЭВМ, связанные через последовательный интерфейс, или общенациональная сеть страны - это все сети и по логике Интернет они все равны. Каждая сеть имеет свое имя и как минимум один IP-адрес. Имя привычнее для людей, адреса - для машин. Между именами и адресами существует строгое соответствие.
Для того чтобы пояснить взаимодействие различных систем в сети, рассмотрим сильно упрощенную схему обработки команды telnet vxdesy.desy.de, которая предполагает осуществление удаленного доступа к vx-кластеру в ДЕЗИ, Гамбург (вызов через windows обрабатывается практически аналогично). Сначала ЭВМ выделяет команду telnet и запускает соответствующую программу. Эта программа рассматривает символьный адрес vxdesy.desy.de в качестве параметра команды telnet.
Рис. 4.1.1.3.1. Схема обработки сетевого запроса
Сначала определим, что же нужно сделать для решения стоящей задачи? Чтобы обратиться к нужной ЭВМ, система должна знать ее IP-адрес, маску субсети и адрес маршрутизатора или ЭВМ, через которые можно обратиться с запросом на установление канала связи. Рассмотрим решение проблемы поэтапно. Сначала символьный адрес vxdesy.desy.de пересылается серверу имен (DNS-система может располагаться как в ЭВМ пользователя, так и в другой машине), где преобразуется в цифровой IP-адрес, пересылаемый в отклике на DNS-запрос (предварительно надо узнать его MAC-адрес). Но знания IP-адреса недостаточно, надо выяснить, где находится объект с этим адресом. На IP-адрес накладывается сетевая маска (задается при конфигурации рабочей станции), чтобы определить, не является ли данный адрес локальным. Если адрес локален, IP-адрес должен быть преобразован в Ethernet-адрес (MAC), ведь ваша ЭВМ может оперировать только с Ethernet-адресами. Для решения этой задачи посылается широковещательный (обращенный ко всем участникам локальной сети) ARP-запрос. Если адресат находится в пределах локальной субсети, то он откликнется, прислав Ethernet-адрес своей сетевой карты.
Если это не так, что имеет место в приведенном примере, присылается Ethernet-адрес пограничного для данной сети маршрутизатора. Это происходит лишь в случае, если он поддерживает режим proxy-ARP. В противном случае рабочая станция должна воспользоваться IP-адресом маршрутизатора (gateway), заданным при ее конфигурации, и выявить его MAC-адрес с помощью ARP-запроса. Наконец с использованием полученного IP-адреса программа telnet формирует IP-пакет, который вкладывается в Ethernet-кадр и посылается в маршрутизатор узла (ведь именно его адрес она получила в ответ на ARP-запрос в данном примере). Последний анализирует имеющиеся у него маршрутные таблицы и выбирает, по какому из нескольких возможных путей послать указанный пакет. Если адресат внешний, IP-дейтограмма вкладывается в PPP- FDDI- или какой-то другой кадр (зависит от протокола внешнего канала) и отправляется по каналам Интернет. В реальной жизни все бывает сложней. Во-первых, присланный символьный адрес может быть неизвестен локальной dns-системе (серверу имен) и она вынуждена посылать запросы вышестоящим DNS-серверам, во-вторых, пограничный маршрутизатор вашей автономной системы может быть непосредственно не доступен (ваша ЭВМ находится, например, в удаленной субсети) и т.д. и т.п. Как система выпутывается из подобных осложнений, будет описано позднее. Следует иметь в виду, что, например, в системе unix все виды Интернет услуг обслуживает демон inetd. Конкретный запрос (Telnet, FTP, Finger и т.д.) поступает именно к нему, inetd резервирует номер порта и запускает соответствующий процесс, после чего переходит в режим ожидания новых запросов. Такая схема позволяет эффективно и экономно работать со стандартными номерами портов (см. ). Ну а теперь начнем с фундаментальных положений Интернет.
В Интернет информация и команды передаются в виде пакетов, содержащих как исходящий адрес, так и адрес места назначения (IP-адрес имеет 32 двоичных разряда). Каждой ЭВМ в сети поставлен в соответствие уникальный адрес, появление двух объектов с идентичными IP-адресами может дезорганизовать сеть.
IP- адресация поддерживает пять различных классов сетей (практически используется только три) и, соответственно, адресов (версия IPv4). Класс А предназначен в основном для небольшого числа очень больших сетей. Здесь для кода сети выделено только 7 бит, это означает, что таких сетей в мире не может быть больше 127 (27-1). Класс B выделяет 14 бит для кода сети, а класс С - 21 бит. В классе C для кода ЭВМ (host) предназначено 8 бит, поэтому число ЭВМ в сети ограничено. Самые левые биты адреса предназначены для кода класса. ip-адрес характеризует точку подключения машины к сети. Поэтому, если ЭВМ перенесена в другую сеть, ее адрес должен быть изменен. Старшие биты адреса определяют номер подсети, остальные биты задают номер узла (номер ЭВМ). В таблице 4.1.1.3.1 приведено соответствие классов адресов значениям первого октета адреса и указано количество возможных IP-адресов каждого класса.
Таблица. 4.1.1.3.1 Характеристики классов адресов
| Класс адреса | Диапазон значений первого октета | Возможное количество сетей | Возможное количество узлов |
| A | 001 ... 126 | 128 | 16777214 |
| B | 128 ... 191 | 16382 | 65534 |
| C | 192 ... 223 | 2097150 | 254 |
| D | 224 ... 239 | 228 | |
| E | 240 ... 247 | 227 |
Структура ip-адресов изображена на рисунке 4.1.1.3.2:
Рис. 4.1.1.3.2. Структура IP-адресов (NetID = идентификатор сети)
Для удобства чтения IP-адреса обычно записываются в десятично-точечной нотации, например: 192.148.166.129 (адрес класса C).
Классу A соответствует диапазон адресов 1.0.0.0 - 127.255.255.255.
Классу B соответствует диапазон адресов 128.0.0.0 - 191.255.255.255.
Классу С соответствует диапазон адресов 192.0.0.0 - 223.255.255.255.
Классу D соответствует диапазон адресов 224.0.0.0 - 239.255.255.255.
Классу E соответствует диапазон адресов 240.0.0.0 - 247.255.255.255.
Ряд адресов является выделенными для специальных целей:
0.0.0.0 - обращение к ЭВМ, на которой производится работа;
255.255.255.255 - обращение ко всем машинам локальной сети.
127.xxx.xxx.xxx - помещение пакета во входной поток данной ЭВМ (loopback).
Два другие специальные адреса показаны на рис. 4.1.1.3.2.а.
Рис. 4.1.1.3.2.а. Специальные ip-адреса
IP-адрес имеет Интернет- и местную секции, первая характеризует место (организацию, сеть или даже группу сетей), вторая - конкретную ЭВМ. Местная секция адреса может быть разделена на части, характеризующие локальную сеть и конкретную ЭВМ (рис. 4.1.1.3.3).
Рис. 4.1.1.3.3. Локальная часть IP-адреса
Такая схема обеспечивает необходимую гибкость, дает возможность разделить локальную сеть на субсети. При работе с субсетью необходимо использовать 32-разрядную маску. Разряды маски должны равняться 1, если сеть рассматривает данный бит как часть адреса сети, и 0, если он характеризует адрес ЭВМ в этой сети. Например:
255.255.255.254 (десятично-точечное представление)
11111111 11111111 11111111 11111110 (двоичное представление)
описывает маску субсети, в которой работает автор. Некоторую информацию о масках в работающей сети можно получить с помощью команды ifconfig (SUN):
/usr/etc/ifconfig -a (курсивом здесь и далее выделяются команды, введенные с клавиатуры)
le0: flags=863
inet 193.124.224.35 netmask ffffffe0 broadcast 193.124.224.32
lo0: flags=869
inet 127.0.0.1 netmask ffffff00,
где le0 и lo0 - имена интерфейсов, флаг -a предполагает выдачу данных обо всех интерфейсах.
Во всех схемах IP-адресации адрес со всеми единицами в секции адрес ЭВМ (host) означает широковещательное обращение ко всем ЭВМ сети. Следует помнить, что широковещательные запросы сильно перегружают сеть, и без особой необходимости их использовать не следует. В настоящее время обсуждаются четыре предложения усовершенствования IP-адресации (см. RFC-1454):
IP-адрес безусловно удобный для использования ЭВМ, почему-то плохо запоминается людьми, поэтому они разработали символьную систему имен для узлов Интернет. Эта система (DNS- ) имеет иерархический характер. Имя содержит несколько полей, разделенных символом "." (точка). В качестве примера можно привести имя домена itepnet - cl.itep.ru.
Это имя содержит три поля. Поле ru указывает на принадлежность данного домена России, поле itep определяет принадлежность узла ITEP (Institute for Theoretical and Experimental Physics), cl - характеризует то, что данное конкретное имя относится к кластеру ЭВМ (имя субдомена). Никаких ограничений на число полей в имени, кроме налагаемых здравым смыслом, не существует. Собственно имя домена - это itep.ru. Самое правое поле в имени домена характеризует принадлежность к определенному типу организации или стране. Таблица стандартизованных имен приведена в приложении . Преобразование символьного имени в IP-адрес производится в DNS-сервере узла, который представляет собой базу данных с удаленным доступом. Если искомое имя узла в локальном DNS-сервере отсутствует, он может прислать в качестве ответа адрес другого DNS-сервера, куда следует обратиться, чтобы определить IP-адрес искомого узла. Анализ имени обычно производится справа налево. Более подробно DNS-система описана в документах RFC-822, -823, а также ниже в разделе DNS. О правилах получения IP-адресов и регистрации имен сетей можно прочесть в .
При формировании пакетов различного уровня используется принцип инкапсуляции (вложения). Так IP-пакеты вкладываются в Ethernet-пакеты (кадры). Всякий пакет имеет заголовок и тело, некоторые из них снабжены контрольной суммой. Схема такого вложения представлена на рисунках 4.1.1.3.4 и 4.1.1.3.5.
Поле тип определяет используемый в дейтограмме протокол, PAD - пустые биты, дополняющие размер дейтограммы до 48 бит. В случае протокола IEEE 802.3 полю тип (>150010) соответствует поле длина (<150010), которое определяет длину кадра.
Пакетный принцип позволяет передавать информацию от разных источников к различным адресатам по общему телекоммуникационному каналу. Схема вложения пакетов в рамках TCP/IP показана на рис. 4.1.1.3.4.
Принцип вложения (также как и фрагментации) является фундаментальным для любых современных сетей. Этот принцип используется в сетях netware, Apple Talk, TCP/IP т.д.
Рис. 4.1.1.3.4. cхема вложения пакетов в TCP/IP (в данном примере в поле тип Ethernet кадра будет записан код 0800)
Отдельные сети в Интернет соединяются друг с другом через узловые серверы (gateway, их иногда называют пограничными маршрутизаторами - boarder gateway), расстояние между которыми может измеряться метрами или тысячами километров. В межсетевых обменах также используется принцип вложения так пакеты Ethernet могут вкладываться в пакеты FDDI и т.д..
Прикладные программы также как и все протокольное программное обеспечение уровня Интернет и выше работают только с ip-адресами, в то время как уровень сетевого программного обеспечения работает с физическими сетевыми адресами (так Ethernet использует 48-битные адреса).
Обычно при описании сетей используется терминология 7-уровневой модели ISO ("стек протоколов"). Так уж получилось, но Интернет лишь с определенными натяжками можно описать, придерживаясь этой схемы.
Ethernet инкапсуляция (RFC 894) (размеры полей указаны в байтах)
Рис. 4.1.1.3.5. Вложение пакетов Интернет в Ethernet- и IEEE 802 пакеты
LLC - управление логической связью (logical link control); DSAP = 0xaa (destination service access point) - поле адреса доступа к службе получателя; SSAP = 0xaa (source service access point) - поле адреса доступа к службе отправителя; SNAP - протокол доступа к субсетям (subnetwork access protocol). PAD - поле заполнитель. В общем случае форматы полей DSAP и SSAP имеют вид, показанный на рис. 4.1.1.3.6 I/G = 0 - индивидуальный адрес, I/G =1 - групповой адрес; D - бит адреса службы места назначения, S - бит адреса службы отправителя; C/R =0 - команда, C/R =1 - подтверждение.
Рис. 4.1.1.3.6. Структура адресов DSAP и SSAP
Поле CNTL может иметь длину 1 или 2 байта, а его структура соответствовать I, S или U-форматам (см. разделы и ). В однобайтовых полях DSAP и SSAP записывается код типа протокола сетевого уровня. Для протоколов IPX/SPX это и последующее поле содержат код 0xE0. Поле CNTL=03 обозначает нечисловой формат для уровня ethernet 802.2.
Эти три байта часто представляют собой код производителя, как правило, совпадающий с первыми тремя байтами адреса отправителя. Иногда они просто делаются равными нулю. Поле тип (2 байта) характеризует используемую версию Ethernet. Из рисунка 4.1.1.3.5 видно, что первые два поля (адреса получателя и отправителя) и последнее поле (CRC) во всех форматах идентичны. При расчете CRC содержимое кадра рассматривается как двоичный полином. Производится деление этого кода на специальный образующий полином. Полученный остаток от деления дополняется по модулю один, результирующий код и считается контрольной суммой CRC. В поле адрес получателя может быть записан код 0xffffffffffff, что указывает на широковещательную адресацию кадра. Адрес отправителя такой код содержать не может. Третье поле может служить для выявления типа используемого протокола. Если в этом поле содержится число более 1500 (десятичное), это указывает на то, что данный кадр имеет формат Ethernet II, а само поле содержит не длину кадра а тип данных. Теперь, надеюсь, читателю понятно, почему кадр Ethernet 802.3 не может содержать более 1500 байт.
Кадр Ethernet 802.2 помимо первых трех полей содержит дополнительные три однобайтовые поля, следующие вслед за ними (DSAP, SSAP и CNTL). Кадр Ethernet SNAP является модификацией кадра Ethernet 802.2. Для этого кадра коды полей dsap и ssap равны 0xAA (признак кадра Ethernet SNAP), код CNTL=03 (нечисловой формат), поле код организации (3 байта, характеризует организацию сети) равен нулю (для IPX/SPX), а двухбайтовое поле тип характеризует протокол высокого уровня. Для протоколов IPX/SPX в этом поле должен быть записан код 0x8138 (для ip - 0x0800, для arp - 0x0806, для rarp - 0x8035, а для Apple Talk - 0x809b). Таблица кодов протоколов приведена в приложении (см. также RFC-1700). Поля тип протокола и по смыслу и по содержанию идентичны для всех разновидностей кадра Ethernet (кроме ieee 802.3).
Транспортный уровень должен воспринимать данные от нескольких пользовательских программ и пересылать их на более низкий уровень.
Многоуровневые протоколы спроектированы так, чтобы слой N по месту назначения получал ту же самую информацию, что была послана слоем N отправителя. Прикладные программы также как и все протокольное программное обеспечение уровня Интернет и выше использует только IP-адреса (32 бита), в то время как уровень сетевого программного обеспечения работает с физическими сетевыми адресами (так Ethernet использует 48-битные адреса).
Когда IP-дейтограмма попадает в ЭВМ, сетевое программное обеспечение передает ее программе IP-уровня. Если адрес места назначения совпадает с IP-адресом ЭВМ, дейтограмма принимается и передается на более высокий уровень для дальнейшей обработки. При несовпадении адресов дейтограмма уничтожается (переадресация дейтограмм для ЭВМ запрещена, это функция маршрутизатора). Хотя можно заставить ЭВМ выполнять задачи маршрутизации, с точки зрения Интернет-философии это плохая идея.
Различные сети и каналы имеют разные скорости обмена и надежность передачи. Это определяет длину пакета, пересылка которого с высокой вероятностью будет осуществлена без ошибки. Так как Интернет объединяет самые разные узлы и сети, использующие разные длины посылок, при реализации связи между такими объектами размер пакета задается наименее надежным узлом и длина пакета выбирается минимальной из двух. Поэтому при передаче длинного пакета через такой участок сети он сегментируется и передается по частям. Размер фрагмента определяется величиной максимального передаваемого блока (MTU - maximum transfer unit, в Ethernet MTU=1500 октетам). Величины MTU для других сред приведены в таблице 4.1.1.3.2:
Таблица 4.1.1.3.2 Значения mtu для различных сетевых стандартов
| Сеть | MTU (байт) |
hyperchannel (Сеть с топологией типа шина, с csma/cd-доступом, числом подключений <256, максимальной длиной сети около 3,5км (93-омный коаксиальный кабель RG-59 или оптоволокно)) | 65535 |
| 16 Мбит/с маркерное кольцо (ibm) | 17914 |
| 4 Мбит/с маркерное кольцо (ieee 802.5) | 4464 |
| fddi | 4352 |
| Ethernet II | 1500 |
| IEEE 802.3/802.2 | 1492 |
| x.25 | 576 |
| point-to-point (при малой задержке) | 296 |
Рассмотрим по фрагментную передачу дейтограммы с длиной в 1300 октетов в предположении, что более 576 октетов за один раз передать нельзя.
Рис. 4.1.1.3.6. Пример фрагментации пакета
Куда будет направлен Ethernet-кадр, указывает значение для типа в заголовке кадра (рис. 4.1.1.3.5). Если IP-пакет попадает в модуль IP, то содержащиеся в нем данные могут быть переданы либо модулю TCP (Transmission Control Protocol), либо UDP, что определяется полем "протокол" в заголовке IP-пакета.
Одним из основополагающих понятий в теории маршрутизации является автономная система (AS). Автономную систему составляет IP-сеть (или система из нескольких IP-сетей), проводящая единую политику внешней маршрутизации и имеющая одного или более операторов. Все AS имеют уникальные номера. Идеология AS позволяет решить проблему безудержного роста размера таблиц маршрутизации. Построение узла Интернет неотделимо от формирования локальной сети, поэтому прежде чем перейти к углубленному описанию протоколов TCP/IP, введем определения некоторых сетевых устройств, без которых построение локальной сети невозможно.
Канальный протокол Fibre Channel
Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru
Известно, что производительность микропроцессоров рабочих станций удваивается каждые 18 месяцев. Каждому миллиону операций в секунду процессора должна соответствовать пропускная способность ввода/вывода, равная мегабиту в секунду (закон Amdahl). По этой причине требования к широкополосности телекоммуникационных каналов уже сегодня лежит в диапазоне от 100 до 1000 Мбит/с. Наиболее популярные скоростные сети Fast Ethernet, FDDI и ATM соответствуют этим требованиям на пределе. Уже одно это заставляет обратить внимание на такие протоколы как гигабитный Ethernet и (стандарт ANSI). Fibre Channel сочетает в себе преимущества канальных и сетевых технологий. Работы по разработке стандарта FC начаты группой ANSI в 1988 году. К настоящему времени разработано более 20 регламентирующих документов. В настоящее время Fibre Channel конкурирует как с Ethernet, так и с SCSI. Смотри , и . . Последний уже сейчас превосходит по быстродействию существующие сети в 10-100 раз. Он легко стыкуется с протоколами локальных и региональных сетей. Fibre Channel имеет уникальную систему физического интерфейса и форматы кадров, которые позволяют этому стандарту обеспечить простую стыковку с канальными протоколами IPI (Intelligent Peripheral Interface), SCSI, HIPPI, ATM, IP и 802.2. Это позволяет, например, организовать скоростной канал между ЭВМ и дисковой накопительной системой RAID. Быстродействие сетей Fibre Channel составляет nґ 100Мбайт/с при длинах канала 10 км и более. Предусмотрена работа и на меньших скоростях (например, 12,5 Мбайт/c). Предельная скорость передачи составляет 4,25 Гбод. В качестве транспортной среды может использоваться одномодовое или мультимодовое оптическое волокно. Допускается применение медного коаксиального кабеля и скрученных пар (при скоростях до 200 Мбайт/с). Fibre Channel имеет шесть независимых классов услуг (каждый класс представляет определенную стратегию обмена информацией), которые облегчают решать широкий диапазон прикладных задач:
| Класс 1 |
Соединение с коммутацией каналов по схеме точка-точка (end-to-end) между портами типа n_port Класс удобен для аудио и видео приложений, например, видеоконференций. После установления соединения используется вся доступная полоса пропускания канала. При этом гарантируется, что кадры будут получены в том же порядке, в каком они были посланы. |
| Класс 2 |
Обмен без установления соединения с коммутацией пакетов, гарантирующий доставку данных. Так как соединение не устанавливается, порт может взаимодействовать одновременно с любым числом портов типа n_port, получая и передавая кадры. Здесь не может быть гарантии того, что кадры будут доставлены в том же порядке, в каком были переданы, (за исключением случаев соединения точка-точка или арбитражное кольцо). В этом классе допустимы схемы управления потоком буфер-буфер и точка-точка. Этот класс характерен для локальных сетей, где время доставки данных не является критическим. |
| Класс 3 |
Обмен дейтограммами без установления соединения и без гарантии доставки. Схема управления потоком буфер-буфер. Применяется для каналов scsi. |
| Класс 4 |
Обеспечивает выделение определенной доли пропускной способности канала с заданным значением качества обслуживания (QoS). Работает только с топологией структура (fabric), где соединяются два порта типа n_port. При этом формируется два виртуальных соединения, обслуживающих встречные потоки данных. Пропускная способность этих соединения может быть различной. Как и в классе 1, здесь гарантируется порядок доставки кадров. Допускается одновременное соединение более чем с одним портом типа n_port. Используется схема управления потоком буфер-буфер. Каждое виртуальное соединение управляется независимо с помощью сигнала-примитива fc_rdy. |
| Класс 5 |
Предполагает изохронное обслуживание. Регламентирующие документы находятся в процессе подготовки. |
| Класс 6 |
Предусматривает мультикастинг-обслуживание в рамках топологии типа структура (fabric). При этом используется стандартный адрес 0xfffff5. n_port становится членом мультикаст-группы путем регистрации по адресу 0xfffff8. |
/p> fibre channel использует пакеты переменной длины (до 2148 байт), содержащие до 2112 байт данных. Такая длина пакета заметно снижает издержки, связанные с пересылкой заголовков (эффективность 98%). С этой точки зрения в наихудшем положении оказывается ATM(83% эффективность 48 байт данных при 53 байтном пакете). Только FDDI превосходит Fibre Channel по этому параметру (99%). В отличие от других локальных сетей, использующих 6-октетные адреса, fibre channel работает с 3-байтовыми адресами, распределяемыми динамически в процессе выполнения операции login. Адрес 0xffffff зарезервирован для широковещательной адресации. Адреса же в диапазоне 0xfffff0-0xfffffe выделены для обращения к "структуре" (fabric), мультикастинг-серверу и серверу псевдонимов (alias-server). n_port передает кадры от своего source_id (s_id) к destination_id (d_id). До выполнения операции fabric login s_id порта не определено. В случае арбитражного кольца применяются 3-октетные адреса al_pa, задаваемые при инициализации кольца. Для однозначной идентификации узлов используются 64-битовые имена-идентификаторы.
Fibre Channel превосходит другие сети и по некоторым экономическим параметрам (см. табл. 4.1.12.1).
Таблица 4.1.12.1 (www.ancor.com/ctspr97.htm )
| Сеть | Стоимость за Мбит/сек |
| fddi | 109,1$ США |
| Fast Ethernet | 12,8 $ |
| ATM | 23,8$ |
| Fibre Channel | 9,5$ |
Цены вещь непостоянная, но здесь следует учитывать относительный их характер, да и в случае начала массового производства цены на fibre channel пожалуй будут падать быстрее, чем для других сетей (они этот этап уже прошли).
Формат пакетов в сетях Fibre Channel показан на рис. 4.1.12.1. Здесь используются 24-битовые адреса, что позволяет адресовать до 16 миллионов объектов. Сеть может строить соединения по схеме точка-точка, допускается и кольцевая архитектура с возможностью арбитража (FC-al) и другие схемы (например, “ткань соединений” (fabric), допускающее большое число независимых обменов одновременно). Схема кольцевого соединения показана на рис. 4.1.12.2.
К кольцу может быть подключено до 128 узлов. Протокол Fibre Channel предусматривает 5 уровней, которые определяют физическую среду, скорости передачи, схему кодирования, форматы пакетов, управление потоком и различные виды услуг. На физическом уровне (FC-ph 1993 год) предусмотрены три подуровня. FC использует оптические волокна диаметром 62,5, 50мкм и одномодовые. Для обеспечения безопасности предусмотрен опционный контроль подключенности оптического разъема (OFC). Для этого передатчик время от времени посылает короткие световые импульсы приемнику. Если приемник получает такой импульс, процесс обмена продолжается.
FC-0 определяет физические характеристики интерфейса и среды, включая кабели, разъемы, драйверы (ECL, LED, лазеры), передатчики и приемники. Вместе с FC-1 этот уровень образует физический слой.
FC-1 определяет метод кодирования/декодирования (8B/10B) и протокол передачи, где объединяется пересылка данных и синхронизирующей информации.
FC-2 определяет правила сигнального протокола, классы услуг, топологию, методику сегментации, задает формат кадра и описывает передачу информационных кадров.
FС-3 определяет работу нескольких портов на одном узле и обеспечивает общие виды сервиса.
FC-4 обеспечивает реализацию набора прикладных команд и протоколов вышележащего уровня (например, для SCSI, IPI, IEEE 802, SBCCS, HIPPI, IP, ATM и т.д.)
FC-0 и FC-1 образуют физический уровень, соответствующей стандартной модели ISO.
Рис. 4.1.12.1. Формат пакета Fibre Channel
Стандарт FC допускает соединение типа точка-точка, арбитражное кольцо и структура (верх, середина и низ рисунка 4.1.12.2). Кольцевая архитектура обеспечивает самое дешевое подключение. Система арбитража допускает обмен только между двумя узлами одновременно. Следует учесть, что кольцевая структура не предполагает применения маркерной схемы доступа. Когда подключенное к сети устройство готово передать данные, он передает сигнал-примитив ARBX, где X - физический адрес устройства в кольце арбитража (al_pa).
Если устройство получит свой собственный сигнал-примитив ARBX, оно получает контроль над кольцом и может начать передачу. Инициатор обмена посылает сигнал-примитив open (OPN) и устанавливает связь с адресатом. Время удержания контроля над кольцом не лимитируется. Если контроль над кольцом одновременно пытаются захватить два устройства, сравниваются значения X сигналов ARB. Устройство с меньшим al_pa получает преимущество, прибор с большим al_pa блокируется.
Прежде чем использовать кольцо его нужно инициализировать (процедура LIP), так чтобы каждый порт получил свой физический адрес (al_pa - один октет, что и определяет макcимальное число портов в кольце арбитража). Процедура инициализации начинается сразу после включения питания посылкой сигнала-примитива LIP через порт l_port. Затем осуществляется выбор устройства, которое будет управлять процессом выбора al_pa.
Рис. 4.1.12.2. Типы топологии FC
Перед передачей октеты преобразуются в 10-битовые кодовые последовательности, называемые символами передачи (кодировка IBM 8B/10B). Логической единице соответствует больший уровень световой энергии. В Fibre Channel предусмотрено два режима обмена буфер-буфер и точка-точка (end-to-end). Передача данных осуществляется только когда принимающая сторона готова к этому. Прежде чем что-либо посылать стороны должны выполнить операцию login. В ходе выполнения login определяется верхний предел объема пересылаемых данных (credit). Значение параметра credit задает число кадров, которые могут быть приняты. После передачи очередного кадра значение credit уменьшается на единицу. Когда значение этой переменной достигает нуля, дальнейшая передача блокируется до тех пор, пока получатель не обработает один или более кадров и будет готов продолжить прием. Здесь имеет место довольно тесная аналогия с окнами в протоколе TCP. Режим обмена буфер-буфер предполагает установление связи между портами N_Port и F_Port или между двумя N_Port. При установлении соединения каждая из сторон сообщает партнеру, сколько кадров она готова принять (значение переменной BB_Credit).Режим точка-точка (end-to-end) реализуется между портами типа N_Port. Предельное число кадров, которые сторона может принять, задается переменной EE_Credit. Эта переменная устанавливается равной нулю при инициализации, увеличивается на единицу при передаче кадра и уменьшается при получении кадра ACK Link Control. Кадр ACK может указывать на то, что порт получил и обработал один кадр, N кадров или всю последовательность кадров. Смотри также "Definitions of Managed Objects for the Fabric Element in Fibre Channel Standard". K. Teow. May 2000, RFC-2837.
Коммутируемая мультимегабитная информационная служба SMDS
Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru
Коммутируемая мультимегабитная информационная служба SMDS (Switched Multimegabit Data Service; RFC-1209, -1694) создана для объединения большого числа локальных сетей. Система была разработана в 80-е годы и реализована в начале 90-х годов. Система SMDS функционирует как высокоскоростная опорная сеть, транспортирующая пакеты от одной локальной сети к другой. SMDS рассчитана на большие краткосрочные всплески трафика. При N локальных сетях, соединенных выделенными каналами, полносвязная схема их соединения требует N(N-1)/2 каналов (см. рис. .1А). Для системы SMDS требуется только N каналов до ближайшего SMDS-маршрутизатора (рис. .1В).
Рис. .1. Разные варианты объединения локальных сетей
Быстродействие системы SMDS составляет 45 Мбит/с. Система SMDS использует передачу данных без установления соединения. Формат пакета SMDS показан на рис. .2.
Рис. .2. Формат SMDS-пакета
Адреса места назначения и отправителя состоят из 4-битного кода, за которым следует телефонный номер, содержащий до 15 десятичных чисел. Каждая цифра кодируется посредством четырех бит. Телефонный номер содержит код страны, код зоны и номер клиента-подписчика, что делает сеть SMDS международной. Длина поля данные является переменной. Когда пакет попадает в сеть SMDS, первый маршрутизатор проверяет, соответствует ли адрес отправителя номеру входной линии. При несоответствии пакет отбрасывается.
Существенной особенностью SMDS является возможность мультикастинга. Пользователь может составить список номеров и присвоить ему специфический адрес. Отправка пакета по этому адресу вызовет его переадресацию всем клиентам, чьи адреса присутствуют в списке. Это воспроизведение на сетевом уровне возможности почтового списка рассылки.
Другой особенностью адресации в SMDS является возможность использования списков доступа (screening) для входящих и исходящих пакетов. Кроме того, такая функция позволяет эффективно строить корпоративные сети типа Интранет. Поле данных может содержать в себе кадр Ethernet или пакет Token Ring, что также повышает эффективность и надежность работы сети, упрощая задачу интерфейсного оборудования.
Работа в условиях всплесков загрузки осуществляется следующим образом. Маршрутизатор в каждом из интерфейсов содержит счетчик, который инкрементируется с постоянной частотой (например, раз в 10 мксек). Когда на вход маршрутизатора приходит пакет, осуществляется сравнение длины пакета в байтах с содержимым этого счетчика. Если содержимое счетчика больше, пакет немедленно пересылается, а содержимое счетчика уменьшается на длину пакета. Если длина пакета больше содержимого счетчика, такой пакет отбрасывается. В результате при данной частоте приращения счетчика в среднем допускается передача 100000 байт/сек. Но импульсная загрузка может существенно превышать это значение.
Конец отсрочки передачи
Размер конечного окна отсрочки передачи для исходного соперничества за диапазон, выраженный через степень 2. Значение n может лежать в интервале 0-15 (старшие биты могут не использоваться и приравниваться нулю).
Запрос размера конечного окна отсрочки передачи для исходного соперничества за диапазон, выраженный через степень 2. Значение n может лежать в интервале 0-15 (старшие биты могут не использоваться и приравниваться нулю).
Таблица 18. Формат сообщения UCD
| Синтаксис | Размер | Описание |
| UCD_Message_Format () { | ||
| Тип управляющего сообщения = 0 | 8 бит | |
| Идентификатор восходящего канала | 8 бит | |
| Счетчик изменений конфигурации | 8 бит | |
| Размер минидомена (minislot) | 8 бит | |
| Начало отсрочки передачи | 8 бит | |
| Конец отсрочки передачи | 8 бит | |
| Запрос начала отсрочки | 8 бит | |
| Запрос конца отсрочки | 8 бит | |
| Информация о канале в кодировке TLV | перем. | |
| Начало секции, специфической для PHY { | ||
| for(i=1; i<=n; i++) { | Для каждого профиля восходящего канала с 1 до n | |
| Uplink_Burst_Profile } | перем. | |
| } } |
Чтобы обеспечить гибкость, остальные параметры сообщения кодируются в формате TLV.
Uplink_Burst_Profile имеет комбинированную кодировку TLV, которая сопряжена с UIUC (Uplink Interval Usage Code) используемого физического канала. Каждый Uplink_Burst_Profile представляет собой неупорядоченный список атрибутов PHY, закодированных в формате TLV. Каждому интервалу с помощью сообщения UL-MAP ставится в соответствие UIUC.
Краткие характеристики стандарта
Пропускная способность до 135 Мбит/с при полосе несущей 28 МГц. Модуляция OFDM - 64-QAM Доступ к среде адаптивный, динамический Управление сетью централизованное
Таблица 1. Краткие характеристики семейства стандартов 802.16
| Название стандарта | 802.16 | 802.16a | 802.16e |
| Дата принятия | декабрь 2001 | январь 2003 | середина 2004 |
| Частотный диапазон | 10-66 ГГц | 2-11 ГГц | 2-6 ГГц |
| Быстродействие | 32-135 Мбит/с для 28МГц-канала |
до 75 Мбит/с для 28МГц-канала |
до 15 Мбит/с для 5МГц-канала |
| Модуляция | QPSK, 16QAM, 64QAM | OFDM 256, QPSK, 16QAM, 64QAM | OFDM 256, QPSK, 16QAM, 64QAM |
| Ширина канала | 20, 25 и 28 МГц | Регулируемая 1,5-20МГц |
Регулируемая 1,5-20МГц |
| Радиус действия | 2-5 км | 7-10 км макс. радиус 50 км |
2-5 км |
| Условия работы | Прямая видимость | Работа на отражениях | Работа на отражениях |
Стандарт 802.16е предназначен для мобильных систем. Безопасность в сети обеспечивается на уровне протокола 3-DES.
Подуровень конвергенции (CS) размещается поверх уровня МАС. Этот подуровень выполняет следующие функции:
воспринимает данные от вышерасположенного уровня
осуществляет классификацию этих данных
выполняет (если требуется) обработку данных на основе этой классификации
транспортирует блоки данных уровня конвергенции соответствующему сервису МАС
получает блоки данных от уровня конвергенции партнеров.
В настоящее время имеются спецификации подуровня конвергенции для асинхронного режима (АТМ) и пакетного субуровня конвергенции. Уровень конвергенции АТМ обеспечивает логический интерфейс, между услугами АТМ и сервисами МАС-уровня. Этот уровень осуществляет классификацию и, если требуется, процедуру PHS (подавление заголовков). При АТМ соединении, которое однозначно идентифицирует пару значений VPI (Virtual Path Identifier) и VCI
(Virtual Channel Identifier), является либо виртуальным проходом (VP), либо виртуальным каналом (VC). Классификатором является набор критериев, используемых для каждой ячейки, попадающих на субуровень конвергенции АТМ. В этот набор входит VPI и VCI, а также ссылка на CID (Connection ID).
Если ячейка АТМ соответствует этим критериям, она доставляется сервису МАС для пересылки по месту назначения.
C одним и тем же CID может работать несколько сессий высокого уровня. Например, несколько пользователей могут взаимодействовать через TCP/IP с несколькими различными сетевыми объектами. Следует при этом помнить, что IP-адреса инкапсулируются в поле данных транспортных пакетов.
Каждый узел имеет свой 48-битовый МАС-адрес (IEEE Std. 802-2001), который однозначно определяет поставщика оборудования и сам узел (как и в Ethernet). Этот адрес используется в процессе регистрации, чтобы установить соединение для SS. Он также применяется в процессе аутентификации, когда BS и SS идентифицируют друг друга. В процессе инициализации SS устанавливаются три управляющих соединения для каждого направления между SS и BS.
В процессе авторизации в сети узел-кандидат получает 16-битовый идентификатор (Node ID), который используется в дальнейшем во всех операциях. Этот идентификатор используется в сеточном подзаголовке, который следует за общим заголовком кадра. Для обмена с соседями служит 8-битовый идентификатор канала (Link ID). Любой узел присваивает такой идентификатор каждому из осуществляемых соединений и передает его как часть CID (Connection ID - 16 бит) в общем заголовке уникастного сообщения. CID присваиваются посредством сообщений RNG-RSP и REG-RSP. Все это дает возможность реализовать три различных QoS между SS и BS. 16 бит CID позволяют осуществить до 64К соединений для нисходящего и восходящего каналов.
Классификация пакетов SS и BS содержит несколько классификаторов. Каждый классификатор включает в себя поле приоритета, которое определяет порядок просмотра классификаторов. Если найден классификатор, все параметры которого соответствую пакету, последний будет переадресован в направлении места назначения.
Сеть, в которой используется общая среда, необходим эффективный механизм обеспечения доступа к радио эфиру.
Нисходящий канал от базовой станции (BS) до пользователя работает по схеме точка-мультиточка.
При этом используется многосекционная антенна, позволяющая осуществлять связь с несколькими клиентами одновременно. В этом режиме BS выполняет простую функцию ретранслятора. В ее задачи при заданной частоте может входить только распределение времени между восходящим и нисходящим каналами. Существует пять различных механизмов диспетчеризации восходящего канала.
Для управления соединениями предусматривается несколько типов примитивов, предназначенных для формирования соединения, его модификации, закрытия и управления передачей данных. Среди этих примитивов содержатся запросы/отклики услуги, подтверждения и индикации.
В качестве примера рассмотрим примитив запроса формирования соединения (набор параметров запроса).
MAC_CREATE_CONNECTION.request (
тип диспетчеризации сервиса,
подуровень конвергенции,
параметры сервиса потока,
индикатор подавления заголовка блока данных,
индикатор длины,
индикатор шифрования,
индикатор управления упаковкой,
индикатор фиксированной или переменной длины SDU (Service Data Unite)
Длина SDU,
запрос CRC,
параметры ARQ (Automatic Repeat Request),
порядковый номер )
В противоположном направлении станция пользователя совместно использует восходящий канал к BS на основе запросов. В зависимости от используемого класса услуг SS может быть предоставлена возможность непрерывной передачи или право передачи получается BS после получения запроса от пользователя. Блок данных МАС-кадра содержит заголовок и опционные поля данных и CRC. Формат МАС блока данных (PDU) представлен на рис. 2.
В случае НТ=1 (тип заголовка) место полей Rsv, CI, EKS, Rsv и LEN занимает поле BR.
Таблица 2. Описания полей МАС-заголовка
| Имя поля | Длина в битах | Описание |
| CI | 1 | Индикатор CRC 1= CRC добавляется к полю данных 0= CRC отсутствует |
| CID | 16 | Идентификатор соединения |
| EC | 1 | Управление шифрованием 0= поле данных не зашифровано 1= данные зашифрованы |
| EKS | 2 | Последовательность ключей шифрования Индекс ключа шифрования трафика и вектор инициализации для шифрования поля данных. Поле имеет смысл при EC=1 |
| HCS | 8 | 8-битовая контрольная сумма заголовка. Образующий полином: g(D)=D8+D2+D+1. |
| HT | 1 | Тип заголовка. Будет установлен равным нулю. |
| LEN | 11 | Длина в байтах поля данных и МАС-заголовка |
| Тип | 6 | Поле указывает на тип поля данных, включающего подзаголовки |
/p> Значения поля тип для нисходящего канала представлены в таблице ниже
Таблица 3. Значения поля тип для нисходящего канала
| Тип | Описание |
| 0х00 | Подзаголовков нет |
| 0х01 | Зарезервировано |
| 0х02 | Подзаголовок упакован |
| 0х03 | Зарезервировано |
| 0х04 | Имеется подзаголовок фрагментации |
| 0х05-0х3F | Зарезервировано |
Таблица 4. Значения поля тип для восходящего канала
| Тип | Описание |
| 0х00 | Подзаголовков нет |
| 0х01 | Имеется подзаголовок Grant Management (основное управление) |
| 0х02 | Имеется подзаголовок упаковки |
| 0х03 | Присутствуют подзаголовки Grant Management и упаковки |
| 0х04 | Имеются подзаголовки фрагментации и Grant Management |
| 0х05-0х3F | Зарезервировано |
Запрос полосы имеет следующие свойства:
Длина заголовка всегда имеет 6 байт
Поле ЕС устанавливается равным нулю (отсутствие шифрования)
CID указывает на поток, для которого запрашивается полоса восходящего канала (uplink).
Поле запроса полосы BR определяет запрашиваемых байт.
Допустимыми типами для запросов полосы являются 000000 для инкрементации и 000001 для агрегатирования.
Поля заголовка запроса полосы определены в таблице. Каждый заголовок кодируются, начиная с полей НТ и ЕС. Кодирование этих полей устроено так, что первый байт МАС-заголовка никогда не должен содержать кода 0xFX.
Таблица 5. Поля заголовка запроса полосы
| Имя поля | Длина в битах | Описание |
| BR | 16 | Запрос полосы Число байтов запрашиваемой SS полосы восходящего канала. Запрос относится к данному CID. |
| CID | 16 | Идентификатор соединения |
| EC | 1 | Всегда равно нулю |
| HCS | 8 | 8-битовая контрольная сумма заголовка. Образующий полином: g(D)=D8+D2+D+1. |
| HT | 1 | HT = 1. |
| Тип | 6 | Поле указывает на тип заголовка запроса полосы |
Если подзаголовки фрагментации и управления присутствуют одновременно, то подзаголовок управления помещается первым. Подзаголовки упаковки и фрагментации несовместимы.
Структура подзаголовка фрагментации (FSH) представлена в таблице 6.
Таблица 6. Структура подзаголовка фрагментации (FSH)
| Синтаксис | Размер | Описание |
| Подзаголовок фрагментации() { | ||
| FC | 2 бита | |
| FCN | 3 бита | |
| Зарезервировано для использования с CS | 3 бита | |
| } |
Таблица 7. Поля подзаголовка фрагментации
| Имя поля | Длина в битах | Описание |
| FC | 2 | Управление фрагментацией Индицирует состояние поля данных (PDU): 00 = фрагментации нет 01 = последний фрагмент 10 = первый фрагмент 11 = промежуточный фрагмент |
| FCN | 3 | Порядковый номер фрагмента Определяет порядковый номер текущего фрагмента SDU. Это поле увеличивается на 1 (по модулю 8) для каждого фрагмента, включая не фрагментированные SDU. |
Таблица 8. Структура подзаголовка управления
| Синтаксис | Размер | Описание |
| Подзаголовок Grant Management () { | ||
| if(тип службы диспетчеризации = UGS) { | ||
| SI | 1 бит | |
| PM | 1 бит | |
| Зарезервировано | 14 бит | Устанавливается равным 0 |
| } | ||
| else {Комбинированный запрос} | 16 бит | |
| } |
Таблица 9. Описание полей подзаголовка управления
| Имя поля | Длина в битах | Описание |
| PBR | 16 | Комбинированный запрос Число байт, запрошенных SS для полосы восходящего канала. Запрос полосы относится к CID и не включает поля заголовка физического уровня. |
| PM | 1 | Регистрация (poll-me) 0 = никаких действий 1 = используется SS для запроса регистрации полосы. |
| CI | 1 | Индикатор смещения (slip) 0 = никаких действий 1 = используется SS для указания смещения возможностей восходящего канала по отношению к длине очереди в этом канале. |
/p> Когда используется упаковка, МАС разрешает упаковать несколько SDU в один блок MAC PDU. При упаковке нескольких MAC SDU различной длины, каждый из них снабжается своим подзаголовком упаковки. Формат подзаголовка упаковки описан в табл. 10.
Таблица 10. Формат подзаголовка упаковки
| Синтаксис | Размер | Описание |
| Подзаголовок упаковки () { | ||
| FC | 2 бита | |
| FSN | 3 бита | |
| Длина | 11 бит | |
| } |
Таблица 11. Описание полей подзаголовка управления
| Имя поля | Длина в битах | Описание |
| FC | 2 | Управление фрагментацией Указывает состояние фрагментации поля данных: 00 = без фрагментации 01 = последний фрагмент 10 = первый фрагмент 11 = промежуточный фрагмент |
| FSN | 3 | Порядковый номер фрагмента Определяет номер фрагмента SDU. Это поле увеличивается на 1 (по модулю 8) для каждого фрагмента. |
| Длина | 11 | Длина в байтах MAC SDU или SDU фрагмента, включая двухбайтовый подзаголовок упаковки. |
Литература
ETSI TR101 177 V1.1.1, Broadband Radio Access Networks (BRAN); Requirements and architectures for broadband fixed radio access networks (HIPERACCESS).
ETSI TR101 853 V1.1.1 (2000-10), Rules for Coexistence of P-P and P-MP systems using different access methods in the same frequency band.
ITU-R Recommendation F.746-1, Radio frequency channel arrangements for fixed services in the range 22.0 GHz to 29.5 GHz.
ITU-R Recommendation F.758-2, Considerations in the development of criteria for sharing between the terrestrial fixed service and other services.
ITU-R Recommendation F.1191, Bandwidths and unwanted emissions of digital radio relay systems..
ITU-R Recommendation F.1249-1, Maximum equivalent isotropically radiated power of transmitting stations in the fixed service operating in the frequency band 25.25.27.5 GHz shared with the intersatellite service.
ITU-R Recommendation F.1399, Vocabulary of terms for wireless access.
ITU-R Recommendation P.452, Prediction procedure for the evaluation of microwave interference between stations on the surface of the Earth at frequencies above about 0.7 GHz..
ITU-R Recommendation P.676-4, Attenuation by atmospheric gases.
ITU-R Recommendation P.838, Specific attenuation model for rain for use in prediction methods.
ITU-R Recommendation P.840-3, Attenuation due to clouds and fog.
ITU-R Recommendation P.1410, Propagation data and prediction methods required for the design of terrestrial broadband millimetric radio access systems.
ETSI EN 301021 v1.4.1 (2001/03) Fixed Radio Systems; Point-to-multipoint equipment; Time division Multiple access (TDMA); Point-to-Multipoint digital radio systems bands in the range 3 GHz to 11 GHz.
Title 47, part 15, http://www.fcc.gov/Bureaus/Engineering_Technology/Documents/ cfr, Federal Communications Commission.
Falconer, D. and Ariyavisitakul, S. L., Frequency Domain Equalization for 2.11 GHz Fixed Broadband Wireless systems,. Tutorial, presented during Session #11 of IEEE 802.16 in Ottawa, Canada, Jan. 22, 2001.
Локальные сети ArcNet
Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru
ARCNET - (attached resource computing network - смотри также ) представляет собой стандарт на локальные сети, разработанный корпорацией datapoint в 1977 году. Эта сеть базируется на идее маркерной шины и может позволить реализовать топологию шины, кольца или звезды при скорости обмена 2,5Мбит/с. Сеть строится вокруг активных и пассивных повторителей (HUB). Активные повторители (обычно 8-канальные) могут соединяться друг с другом, с пассивными повторителями/разветвителями и оконечными ЭВМ (рабочими станциями). Длина таких соединений, выполняемых 93-омным коаксиальным кабелем (RG-62, разъемы BNC), может достигать 600м. Допускается применение скрученных пар (RS485) или оптического волокна. Пассивный 4-входовый повторитель позволяет подключать до трех рабочих станций кабелем длиной до 35 м, один из входов всегда занят соединением с активным повторителем. Пассивные повторители не могут соединяться друг с другом. Активные повторители могут образовывать иерархическую структуру. Максимальное число рабочих станций в сети равно 255. Предельная суммарная длина кабелей многосегментной сети составляет около 7 км. Схема соединений в сети arcnet показана на рис. 4.1.5.1 (пунктиром обозначены возможные связи с другими активными повторителями или маршрутизаторами).
В настоящее время разработан стандарт arcnet plus, рассчитанный на скорость обмена до 20 Мбит/с, совместимый с прежней версией. Новый стандарт позволяет строить сети с числом станций в 8 раз больше, чем старый. Если в сети присутствуют узлы, рассчитанные на разную скорость обмена, выбор полосы пропускания осуществляется при установлении связи. Соединение с другими сетями (например, Ethernet, Token Ring или Интернет) возможно через специальные шлюзы, мосты или маршрутизаторы.
Каждому узлу в сети присваивается уникальный адрес в диапазоне от 1 до 255. Стандарт arcnet поддерживает работу с пакетами двух длин: <253 или 506. Отличительной особенностью сети является низкая избыточность - заголовки пакетов имеют длину 3-4 байта.
Все пакеты в arcnet начинаются с байта, содержащего единицы во всех разрядах. Всего в arcnet используется пять разновидностей пакетов:
Пакет маркер (itt-приглашение). Рабочая станция, получившая такой пакет, может что-нибудь послать.
Запрос свободного буфера (FBE - free buffer enquire). Служит для выяснения возможности приема данных получателем.
Подтверждение получения (ACK), посылается в ответ на FBE при корректном приеме.
Отрицательное подтверждение (NAK), посылается в случае приема с ошибкой.
Пакет, содержащий информацию, адрес получателя, отправителя и контрольную сумму.
Сеть Arcnet допускает фрагментацию (ANSI 878.2) сообщений и инкапсуляцию (ansi 878.3) пакетов, отвечающих требованиям других протоколов.
Рис. 4.1.5.1. Топологическая схема сети Arcnet
Все кадры начинаются с аппаратного заголовка и завершаются пользовательскими данными, в начале которых всегда присутствует программный заголовок. Между аппаратным и программным заголовками вводится заполнитель, обеспечивающий постоянство длин пакетов. Этот заполнитель удаляется интерфейсом так, что программа его не видит.
Короткие кадры могут содержать от 0 до 249 байт полезной информации. Длинные кадры могут нести от 253 до 504 байт. Для того, чтобы иметь возможность работать с кадрами, содержащими 250, 251 или 252 байт информации, введен специальный формат (exception). Форматы этих кадров ARCNET представлены на рис. 4.1.5.2.
Эти пакеты представлены так, как их видит программное прикладное обеспечение, по этой причине это представление иногда называется “буферным”. Пакеты в сети выглядят несколько иначе: идентификатор места назначения дублируется, заполнитель между полем смещения и идентификатором протокола вообще не пересылается.
arcnet позволяет делить длинные внешние пакеты или сообщения на ряд фрагментов, максимальное число которых может достигать 120.
Поле флаг фрагментации указывает на наличие фрагментации пакета. Не фрагментированные пакеты имеют этот флаг равный нулю. Для первого пакета фрагментированного сообщения этот флаг равен ((t-2)*2)+1, где t - полное число фрагментов.
Рис. 4.1.5.2 Форматы кадров ARCNET
Пакеты, несущие в себе последующие части сообщения, имеют в этом поле код равный ((N-1)*2), где N - номер фрагмента. Так пятый фрагмент сообщения будет содержать в поле флага фрагментации код 8. Принимающая станция может идентифицировать последний фрагмент сообщения, так как он будет иметь флаг фрагментации больше, чем у первого фрагмента. Значения флага фрагментации более 0xEE запрещены.
Значение флага фрагментации 0xFF используется для пометки кадров специального формата (exception). Все фрагменты одного и того же сообщения имеют идентичные поля номера по порядку.
IP и ARP-дейтограммы инкапсулируются в соответствующие ARCNET пакеты. Если длина дейтограмм превосходит 504 октета, они делятся на фрагменты и пересылаются по частям. Взаимосвязь IP- и 8-битных ARCNET адресов осуществляется с помощью протокола ARP (см. RFC-826. Plammer D., “An Ethernet Address Resolution Protocol”, MIT, Nov. 1982).
Можно устроить так, чтобы младшие 8 бит IP-адреса совпадали с ARCNET адресом. В этом случае ARP-протокол не потребуется. Но этот путь не рекомендуется, так как он менее гибок. Все широковещательные и мультикастинг IP-адреса должны соответствовать ARCNET-адресу 0.
Корпорация Datapoint использует следующие идентификаторы протоколов: 212 (десятичное) для IP, 213 - для ARP и 214 - для протокола RARP.
Сети ARCNET отличаются дешевизной, простотой установки и эксплуатации. За последнее время в связи с резким удешевлением Ethernet-интерфейсов это преимущество несколько нивелировалось. Взаимодействие ARCNET и Интернет описано в документе STD-46.
Локальные сети (обзор)
Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru
В этом разделе речь идет о физической среде локальных сетей.
Мобильные телекоммуникации
Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru
В 80-х – 90-х годах весьма активное развитие получила мобильная телефония. В последнее время услуги мобильной связи стали применяться и для передачи цифровых данных. Мобильные телекоммуникации использует диапазоны в интервале 50 МГц – 1 ГГц. Мобильные системы работают при малых выходных мощностях передатчика, что ограничивает размер зоны приема. Вне этой зоны другие передатчики могут функционировать независимо. Такие зоны называются сотами (ячейками). По аналогии с пчелиными сотами их часто изображают шестигранными, хотя реально они могут иметь самую причудливую форму в зависимости от профиля местности. Ячейки должны перекрываться, так как показано на рис. 4.1.8.1.1
Рис. 4.1.8.1.1. Схема расположения ячеек при сотовой связи
Светлыми кружками отмечены реальные границы ячеек, их перекрытие должно обеспечить перекрытие всей зоны телекоммуникаций. В центре ячейки находится базовая станция ретранслятор. Такая станция содержит в себе ЭВМ и приемо-передатчик, соединенный с антенной. Такие системы могут обслуживать пейджерную или мобильную телефонную сеть. Пейджерные каналы однонаправлены а телефонные двунапрвлены (см. рис. 4.1.8.1.2). Пейджинговые системы требуют небольшой полосы пропускания. А одно сообщение редко содержит более 30 байт. Большинство современных пейджигновых систем работает в частотном диапазоне 930-932 МГц (старые занимали 150-174 МГц).
Рис. 4.1.8.1.2. Каналы пейджерной (слева) и мобильной телефонной сети (справа).
В небольших системах все базовые станции соединены с MTSO(mobile telephone switching office). В больших сетях может потребоваться несколько MTSO, которые в свою очередь управляются mtso следующего уровня и т.д.. Узловая MTSO соединена со станцией коммутируемой телефонной сети. В любой момент времени каждый мобильный телефон логически находится в одной определенной ячейке и управляется одной базовой станцией. Когда телефон покидает ячейку, базовая станция обнаруживает падение уровня сигнала и запрашивает окружающие станции об уровне сигнала для данного аппарата.
Управление аппаратом передается станции с наибольшим входным сигналом. Телефон информируется о смене управляющей станции, при этом предлагается переключиться на новый частотный канал (в смежных ячейках должны использоваться разные частотные каналы). Процесс переключения занимает около 300 мсек (handoff), что должно быть практически незаметно для пользователя. Присвоением частот управляет MTSO. Сигнал передатчика падает по мере удаления от центра ячейки, где он должен быть расположен. Там же должен находиться и приемник. В пределах ячейки предусмотрено несколько каналов для приема/передачи, разнесенные по частоте. Эти каналы управляются центральным коммутатором ячейки (MSC – mobile-service switching centre).
В рамках американского стандарта первого поколения AMPS (advanced mobile phone service; 1982) формируется 40 МГц канал в интервале 800-900 МГц. Система использует 832 полнодуплексных каналов. Данный частотный диапазон делится пополам, 20 МГц выделяется для передачи и столько же для приема. Данные диапазоны делятся в свою очередь на 666 двусторонних каналов, каждый по 30 кГц. Эти каналы расщепляются на 21 субканал, сгруппированные по 3. Обычно, как показано на рис. 4.1.8.1.1, гексагональные ячейки группируются по 7 (центральная и 6 ее соседей). Имея 666 каналов, можно выделить три набора по 31 каналу для каждой ячейки. Такая схема удобна в случае возникновения необходимости увеличения числа каналов, для этого достаточно уменьшить размер ячейки – число ячеек увеличится и, как следствие, увеличится число каналов на единицу площади. В хорошо спланированной сети плотность ячеек пропорциональна плотности пользователей. AMPS для разделения каналов использует метод мультиплексирования по частоте.
Каждый мобильный телефон в amps имеет 32-битовый серийный номер и телефонный номер, характеризуемый 10 цифрами. Телефонный номер представляется как код зоны (3 десятичные цифры) и номер подписчика (7 десятичных цифр). Когда телефон включается, он сканирует список из 21 управляющих каналов и находит тот, у которого наиболее мощный сигнал.
Управляющая информация передается в цифровой форме, хотя сам голосовой сигнал является аналоговым. При нормальной работе мобильный телефон перерегистрируется в MTSO (mobile telephone switching office) каждые 15 мин.
При осуществлении вызова пользователь набирает номер телефона и нажимает кнопку send. Аппарат посылает набранный номер и свой идентификационный код. Базовая станция принимает вызов и передает его MTSO. Если звонящий является клиентом mtso или ее партнером, ишется свободный канал и мобильный телефон переключается на него, ожидая когда адресат снимет трубку.
В режиме приема аппарат постоянно прослушивает канал пейджинга, чтобы обнаружить обращенный к нему вызов. Осуществляется обмен командными сообщениями с MTSO, после чего раздается звонок вызова.
Аналоговые сотовые телефоны не обеспечивают конфиденциальности. С помощью широкополосного сканера можно зафиксировать вызов и осуществить прослушивание. Другим недостатком является возможность кражи эфирного времени. Вседиапазонный приемник, подключенный к ЭВМ, может записать 32-битовый серийный номер и 34-битовый телефонный номер всех телефонов, работающих поблизости. Собрав такие данные вор может по очереди пользоваться любым из перехваченных номеров.
AMPS базируется на аналоговой модуляции, существует еще полдюжины аналогичных не стыкуемых друг с другом систем. В последнее время аналоговая модуляция повсеместно вытесняется цифровой. В Европе принят единый стандарт для систем мобильной связи GSM (groupe special mobile, второе поколение мобильных средств связи). gsm использует диапазоны 900 и 1800 МГц. Это довольно сложный стандарт, его описание занимает около 5000 страниц. Идеологически система имеет много общего с ISDN (например, переадресацию вызовов). GSM имеет 200 полнодуплексных каналов на ячейку, с полосой частот 200 кГц, что позволяет ей обеспечить пропускную способность 270,833 бит/с на канал. Каждый из 124 частотных каналов делится в GSM между восемью пользователями (мультиплексирование по времени).
Теоретически в каждой ячейке может существовать 992 канала, на практике многие из них недоступны из-за интерференции с соседними ячейками.
Система мультиплексирования по времени имеет специфическую структуру. Отдельные временные домены объединяются в мультифреймы. Упрощенная схема структуры показана на рис. 4.1.8.1.3.
Рис. 4.1.8.1.3. Структура кадров в GSM
Каждый временной домен (TDM) содержит 148-битовый кадр данных, начинающийся и завершающийся последовательностью из трех нулей. Кадр имеет два 57-битовых поля данных, каждое из которых имеет специальный бит, который указывает на то, что лежит в кадре - голос или данные. Между информационными полями размещается поле синхронизации (Sync). Хотя информационный кадр имеет длительность 547 мксек, передатчику позволено передавать его лишь раз в 4615 мксек, так остальное время зарезервировано для передачи другими станциями. Если исключить накладные расходы каждому соединению выделена полоса (без учета сжатия данных) 9600 кбит/с.
Восемь информационных кадров образуют TDM-кадр, а 26 TDM-кадров объединяются в 128-микросекундный мультифрейм. Как видно из рисунка 4.1.8.1.2 позиция 12 в мультифрейме занята для целей управления, а 25-я зарезервирована для будущих применений. Существует также стандарт на 51-позиционный мультифрейм, содержащий больше управляющих вставок. Управляющий канал используется для регистрации, актуализации положения и формирования соединения. Каждая стационарная станция поддерживает базу данных, где хранится информация обо всех обслуживаемых в данный момент клиентах. Общий управляющий канал делится на три субканала. Первый служит для обслуживания вызовов (paging channel), второй (random access channel) реализует произвольный доступ в рамках системы ALOHA (устанавливаются параметры вызова). Третий субканал служит для предоставления доступа (access grant channel).
Алгоритмы обслуживания мобильной связи достаточно нетривиальны. Из рисунка 4.1.8.1.1 видно, что области перекрываются (иначе бы существовали "мертвые" зоны без связи).
Существуют даже субобласти, накрываемые тремя MSC. По это причине процедура должна четко определить, с каким из MSC клиент должен быть связан, и при каких условиях его следует переключить на соседний MSC, не прерывая связи. Система должна также компенсировать падение сигнала, иногда достаточно резкое, чтобы обеспечить комфортную связь и безошибочную передачу информации. По этой причине частота ошибок (BER) в таких сетях составляет 10-3 (против 10-6 для обычных стационарных цифровых каналов связи). Следует иметь в виду, что в условиях города сигнал падает пропорционально не квадрату, а четвертой степени расстояния. На распространение радиоволн в городе влияют ориентация улиц (до 20 дБ), туннели (до 30 дБ) и листва деревьев в сельской местности (до 18 дБ).
GSM - система базирующаяся в основном на коммутации каналов. Применение модема на переносной ЭВМ позволяет подключиться к сети Интернет. Но здесь не все беспроблемно. Базовые станции временами теряют связь друг с другом (переключение с канала на канал), это может приводить к 300 миллисекундным потерям данных. Как уже говорилось выше, здесь высока вероятность ошибок. Так, нажав клавишу "a", можно получить на экране букву "я". Да и расценка за минуту работы в Интернет здесь весьма высока. В связи с этим был разработан стандарт на цифровую систему коммутации пакетов CDPD (Cellular Digital Packet Data). Система работает поверх AMPS. Система обеспечивает информационную пропускную способность на уровне 9,6 кбит/с. CDPD довольно точно следует модели OSI. В CDPD определены три типа интерфейсов. Е-интерфейс (внешний по отношению CDPD-провайдеру) соединяют CDPD-область с определенной сетью. I-интерфейс (внутренний по отношению CDPD-провайдеру) соединяет CDPD-области друг с другом. A-интерфейс (эфирный) используется для связи базовой станции с мобильной ЭВМ. В функции этого интерфейса входит сжатие и шифрование данных, а также исправление ошибок. 274-битные блоки сжатой и зашифрованной информации вкладываются в 378-битовые блоки, предназначенные для коррекции ошибок согласно алгоритму Рида-Соломона.
К каждому такому блоку добавляется семь 6-битовых флагов. Результирующие блоки имеют 420 бит и передаются в виде семи 60-битовых микроблоков. Эти микроблоки передаются к базовой станции со скоростью 19,2 кбит/с. Канал с аналогичным быстродействием создается для пересылки информации в противоположном направлении. При обмене применяется мультиплексирование с делением по времени. При этом временные домены имеют длительность 3,125 мсек (60 бит).
Когда мобильная ЭВМ хочет что-то передать, прослушивается канал базовой станции и проверяется флаг, сообщающий, свободен ли входной канал базовой станции. Если канал занят, ЭВМ вместо ожидания до очередного временного домена, пропуская псевдослучайное число временных доменов, после чего повторяет попытку. Если повторная попытка неудачна, время ожидания увеличивается примерно вдвое. Когда, наконец, ЭВМ обнаруживает, что канал свободен, она начинает пересылку своих микроблоков. Предусмотрена процедура, препятствующая попытке всех ЭВМ, готовых к передаче, захватить канал, как только он оказался свободным. Этот алгоритм называется DSMA (Digital Sense Multiple Access). Но, несмотря на применение DSMA, столкновение все же возможно, так как две или более ЭВМ могут воспользоваться одним и тем же временным доменом для начала передачи. Для выявления столкновений предусмотрен специальный флаг, который позволяет судить, корректно ли доставлен предыдущий микроблок. К сожалению это происходит не мгновенно а лишь спустя несколько микроблоков. При обнаружении ошибки передача прерывается. Следует иметь в виду, что информационный обмен имеет более низкий приоритет по отношению передачи голосовых данных. Предусмотрена возможность создания выделенных CDPD-каналов.
GSM использует довольно сложную комбинацию методик ALOHA, TDM и FDM. CDPD для передачи одиночных кадров не вполне согласуется с алгоритмом CSMA. Впрочем существует еще один метод формирования радио каналов - CDMA (Code Division Multiple Access).
Метод CDMA принципиально отличается от описанных выше, которые использовали для дультиплексирования доступа FDM, TDM или ALOHA.
CDMA позволяет каждой станции осуществлять передачу во всем частотном диапазоне постоянно. Множественные передачи реализуются с привлечением теории кодирования. Здесь предполагается, что сигналы, совпадающие по времени складываются линейно. В CDMA каждый бит-тайм делится на m коротких интервалов, называемых чипами. Обычно используется 64 или 128 чипов на бит. Каждой станции присваивается уникальный m-битный код (chip sequence). Чтобы передать 1 бит станция посылает свой чип-код. Для простоты далее будем предполагать, что m=8. Для того чтобы послать нулевой бит, посылается дополнение чип-кода по модулю один. Никакие другие кодовые последовательности не разрешены. Например, пусть станции 1 поставлен в соответствие чип-код 01010101, тогда при посылке логической 1 она отправляет код 01010101, а при отправке логического нуля - 10101010. Если имеется канал с полосой 1 МГц и 100 станций с FDM, то каждая из них получит по 10 КГц (10 кбит/c при 1 бите на Гц). При CDMA каждая станция использует весь частотный диапазон, так что будет получена скорость передачи 1 мегачип в секунду. При менее 100 чипов на бит CDMA обеспечивает большую пропускную способность, чем FDM. Для упрощения введем двуполярную нотацию, где нулю соответствует -1, а единице +1. Тогда чип-код станции 1 получит вид -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1. Каждая из станций получает уникальный чип-код. Чип-коды можно представить в виде m-компонентных векторов. Чип-коды выбираются так, что все они попарно ортогональны (не любой уникальный чип-код пригоден, так, если станция 1 имеет чип-код 01010101, то станция 2 не может иметь чип-код 10101001, но чип-код 10100101 вполне допустим). Математически это можно выразить следующим образом:
где Hi и Gi компоненты векторов чип-кодов H и G. Это равенство указывает, что число разных компонентов равно числу равных. Если G и H ортогональны, то и
Когда сигналы от разных станций совпадают во времени и складываются, принимающая сторона легко может вычислить наличие соответствующей компоненты.
Если компоненты суммарного сигнала Si, то компоненты Gi вычисляются с помощью произведения Si*H. Действительно, если:
Здесь первые два слагаемых равны нулю в силу ортогональности выбранных чип-кодов. Последнее же слагаемое равно 1 согласно [1]. Во всех этих рассуждениях предполагалось, что все станции работают синхронно и начинают передачу чип-кодов одновременно.
Для пояснения метода рассмотрим конкретный пример в выше предложенной нотации. присвоим станциям F, G, H, I ортогональные чип-коды:
F=01010101 > -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1
G=10100101 > +1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 +1
H=10011001 > +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1
I=11111111 > +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1
Теперь рассмотрим четыре варианта наложений:
Только F > S1=[-1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1]
F+I > S2=[0 +2 0 +2 0 +2 0 +2]
F+G+H > S3=[+1 -1 -1 +1 -1 +1 -3 +3]
Для выявления наличия компоненты G выполним операции "умножения" согласно описанным выше правилам.
S1*G =[-1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 +1]/8=0 (G отсутствует)
S2*G =[0 -2 0 -2 - +2 0 +2]/8=0 (G отсутствует)
S3*G =[+1 +1 -1 -1 +1 +1 +3 +3]/8=1 (G имеется - передана логическая 1)
S4*G =[-1 -1 -3 -3 -1 -1 +1 +1]/8=-1 (G имеется - передан логический 0)
Хотя теоретически здесь все прекрасно, наложение слишком большого числа чип-кодов может создать проблемы и, в конечном итоге, привести к ошибкам.
Идеальная мобильная система связи представляется в виде телефонной трубки, которой человек пользуется дома, в автомобиле, в отпуске или командировке. При этом телефонный номер не меняется, где бы вы не находились. Такая система разрабатывается в настоящее время и называется PCS (Personal Communication Services) в США. В остальном мире эта система имеет имя PCN (Personal Communications Network). PCS использует технику сотовой телефонной сети. Но здесь размер ячейки лежит в пределах 50-100 м (против 20 км для AMPS). Это позволяет работать с малой выходной мощностью порядка 0,25 Вт и понизить вес аппарата. При этом для покрытия той же области требуется в 40000 раз больше ячеек и, следовательно, такая система будет значительно дороже даже с учетом более низкой цены одной ячейки.Некоторые телефонные компании осознали, что старомодные телеграфные столбы являются идеальным местом для размещения базовых станций новой системы (провода уже имеются!). Для системы PCS зарегервирован диапазон частот 1,7-2,3 ГГц.
Назад:
Оглавление:
Вперёд:
Начало отсрочки передачи
Размер исходного окна отсрочки для исходного соперничества за диапазон, выраженный через степень 2. Значение n может лежать в интервале 0-15 (старшие биты могут не использоваться и приравниваться нулю).
Next Xmt Mх
Время Next Xmt равно следующему приемлемому интервалу MSH-DSCH для этого узла и вычисляется как:
2XmtHoldoffExponent × NextXmt Mx<Время NextXmt£ 2XmtHoldoffExponent×(NextXmt Mx+1)
Например, если NextXmt Mx=3 и Xmt Holdoff Exponent =4, тогда для узла будет рассматриваться возможным отправка следующего сообщения MSH-DSCH между 49 и 64 (с учетом гранулярности) возможностями передачи. Если поле NextXmt Mx содержит код 0х1F (все единицы), тогда соседа следует рассматривать способным передать сообщение с момента, определяемого этой величиной и в любое время, соответствующее возможностям MSH-DSCH после этого.
NumNmbEntries
Число соседей, указанных в сообщении. Число соседей может составлять часть полного набора соседей, известных узлу. Узел может сообщать о дополнительных наборах соседей в последующих сообщениях MSH-NCFG.
NumBSEntries
Число соседей сеточной базовой станции (ВS), указанных в этом сообщении.
Xmt Power
Мощность передатчика, выраженная через число ступеней, каждая из которых равна 2 dBm, начиная с 8 dBm. То есть 1111 означает 38 dBm.
Xmt Antenna
Логическая антенна, используемая для передачи этого сообщения. Это позволяет иметь до 8 антенных направлений.
Network base channel
Базовый канал, используемый сетью данного узла, равный логическому номеру физического канала. Соответствие между номерами логических и физических каналов определяется сетевым дескриптором.
Netconf count
Счетчик пакетов MSH-NCFG, переданных данным узлом. Счетчик используется соседями для детектирования потерянных пакетов. Счетчик увеличивается на 1 после передачи очередного пакета MSH-NCFG.
Frame Number
Счетчик по модулю 212, который увеличивается на 1 для каждого кадра.
Synchronization hop count (число шагов синхронизации)
Этот счетчик используется для определения относительного приоритета узлов при синхронизации сети. Узлы могут быть времязадающими серверами, синхронизуемыми извне (например, с помощью GPS). Эти узлы транслируют число шагов синхронизации, равное нулю. Узлы синхронизуют другие узлы с более низким числом шагов синхронизации.
Xmt Holdoff Exponent (показатель)
Xmt Holdoff Time равно числу возможностей передачи MSH-NCFG по истечении времени Next Xmt.
Xmt Holdoff Time = 2(Xmt Holdoff Exponent+4) (1)
Next Xmt Mx
Next Xmt Time является интервалом пригодности MSH-NCFG для данного соседа. Вычисляется согласно:
2Xmt Holdoff Exponent ×Next Xmt Mx < NEXT Xmt Time £ 2Xmt Holdoff Exponent ×(Next Xmt Mx+1)
например, если Next Xmt Mx=3 а Xmt Holdoff Exponent =4, то узел рассматривается рабочим для последующих передач MSH-NCFG между 49 и 64 периодами передачи.
ID узла BS
Идентификатор узла сеточной базовой станции.
Число шагов
Число шагов между передающим сообщение узлом и узлом сеточной базовой станции.
Xmt energy/bit factor
Указывает значение энергии/бит, необходимое для достижения сеточной базовой станции через данный узел. Xmt energy/bit вычисляется по формуле :
где N набор соседей, оповещающих о сеточной BS, а
Указанный Xmt energy/bit factorравен вычисленному значению Xmt energy/bit, поделенному на 2(XmtEnergyUnitExponent-4).
XmtEnergyUnitExponent соответствует 4-битовому полю, содержащемуся в дескрипторе сети.
Nbr node ID
Идентификатор соседнего узла.
Формат физического информационного элемента Nbr представлен в таблице ниже.
Таблица 73. Формат физического информационного элемента
| Синтаксис | Размер | Комментарий |
| MSH-Nbr_Physical_IE() { | ||
| Данные о логическом канале имеются | 1 бит | 0= нет, 1= присутствуют |
| Логический канал запрошен | 1 бит | 0=Нет, 1= Да |
| Логический канал реализован | 1 бит | 0=Нет, 1= Да |
| Число шагов до соседа | 1 бит | 0= 1 шаг (непосредственный сосед) 1= 2 шага |
| Оценка времени распространения | 4 бита | в мкс |
| Nbr Next Xmt Mx | 5 бит | |
| Nbr Xmt Holdoff Exponent | 3 бита | |
| } |
Таблица 74. Формат логического информационного элемента
| Синтаксис | Размер | Комментарий |
| MSH-Nbr_Logical_IE() { | ||
| Качество канала Rcv | 3 бита | |
| Профайл импульса Nbr | 4 бита | |
| Запрос дополнительного трафика | 1 бит | 0=Нет, 1= Да |
| Мощность Nbr Xmt | 4 бита | |
| Антенна Nbr Xmt | 3 бита | |
| Nbr Xmt Mx | 5 бит | |
| Флаг короткой преамбулы | 1 бит | 0= не используется, 1= использование_запрошено / использование_подтверждено |
| } |
Мера надежности принимающего канала, указывающая на надежность размера пакетов MSH-NCFG, которые используются указанным профайлом импульса.
Надежность вычисляется согласно формуле:
Надежность=100× (1-10-(Rcv Link Quality+ 1)/4)% (4)
Профайл импульса Nbr
Указывает, какой профайл импульса должен использовать узел при посылке порций (импульсов) данных указанному узлу.
Запрос дополнительного трафика
Может использоваться, чтобы проинформировать соседа о том, что текущий темп передачи недостаточен для передачи данных, ожидающих в очереди.
Мощность Nbr Xmt
Предлагаемая мощность передачи для данного соседа. Измеряется в единицах, равных 2 дБм, начиная от 8 дБм. (То есть значение 1111 эквивалентно 38 дБм).
Флаг короткой преамбулы
Узел может опционно установить этот бит, чтобы использовать короткую преамбулу при передаче информационной части кадра. Возможность передачи короткой преамбулы является обязательной, возможность приема - опционной.
Данные, содержащиеся в MSH-NCFG имеют формат, представленный в таблице ниже в табл. 75.
Таблица 75. Формат данных в MSH-NCFG
| Синтаксис | Размер | Комментарий |
| MSH-NCFG_embedded_data() { | ||
| Расширенные embedded_data | 1 бит | 0=Нет, 1= Да |
| Полученные | 3 бита | |
| Тип | 4 бита | 0=Нет, 1= Да |
| Длина | 8 бита | |
| Embedded_data_IE() | Переем. | Длина embedded_data в байтах, исключая данный заголовок |
| } |
Определены следующие значения поля тип.
0х0: Полученные
0х1: Сетевой дескриптор
0х2: Сетевой вход открыт
0х3: Сетевой вход закрыт
0х4: Сетевой вход подтвержден (Embedded_data_IE()==NULL)
0х5: Протокол установления канала с соседом
Сетевой дескриптор содержит следующие параметры
Таблица 76. Параметры сетевого дескриптора
| Синтаксис | Размер | Комментарий |
| MSH-NCFG _embedded_data() { | ||
| Код длины кадра | 4 бита | 4 младшие бита протяженности кадра |
| MSH-CTRL-LEN | 4 бита | Длина субкадра управления |
| MSH-DSCH-NUM | 4 бита | Число DSCH-возможностей в субкадре управления |
| MSH-CSCH-DATA-FRACTION | 4 бита | |
| Кадры диспетчеризации | 4 бита | Определяет, сколько кадров имеется в субкадре управления между двумя субкадрами сетевого управления (кратно 4). 0 означает 0 кадров, 1 - 4 кадра и т.д.. |
| Num_Burst_Profiles | 4 бита | Число определений профайлов импульса |
| ID оператора | 16 бит | |
| } |
/p> Информационный элемент дескриптора сети имеет формат
Таблица 77. Формат информационного элемента дескриптора
| Синтаксис | Размер | Комментарий |
| XmtEnergyUnitsExponent | 4 бита | |
| Каналы | 4 бита | Число логических каналов |
| MinCSForwardingDelay | 7 бит | Число OFDM символов задержки, введенных между получением и передачей пакетов управления |
| ExtendedNeighborhoodType | 1 бит | 0= 2-шаговое соседство 1= 3-шаговое соседство |
| if(Channels) MSH-NCFG_Channel_IE() |
переменное |
|
| for(i=0; i<Num_Burst_Profiles; i++) { | ||
| Обязательный порог выхода | 8 бит | |
| Обязательный порог входа} | 8 бит | |
| } |
Максимальный процент минидоменов (значение × 6.67) в субкадре данных, допустимый для централизованной диспетчеризации. Полученное число округляется до ближайшего целого и используется для выделения места в информационном субкадре.
ExtendedNeighborhoodType
Если значение поля =0, тогда анонсируются только узлы с Hops to Neighbor=0; если =1, тогда анонсируются только узлы с Hops to Neighbor=1.
MinCSForwardingDelay
Минимальная задержка в OFDM символах, которые будут вводиться между концом приема и началом передачи централизованного сообщения диспетчеризации (то есть MSH-CSCH и MSH-CSCF) любым узлом.
Формат канального безлицензионного информационного элемента MSH-NCFG представлен ниже в табл. 78.
Таблица 78. Формат элемента MSH-NCFG
| Синтаксис | Размер | Комментарий |
| MSH-NCFG_Channel_IE() { | Для безлицензионных каналов | |
| for(i=0; i<Channels; ++i) | ||
| Код физического канала | 8 бит | Физический канал ставится в соответствие логическому каналу i. |
| Повторное использование канала | 3 бита | Минимальное число шагов между каналами, прежде чем канал может быть использован повторно алгоритмом централизованной диспетчеризации. Диапазон равен 1-7 шагов. Равенство 0 запрещает повторное использование |
| Флаг пик/среднее | 1 бит | Регулирующие пределы задаются по пиковым или средним значениям. |
| Зарезервировано | 2 бита | |
| NumChannelMaps | 2 бита | |
| for(i=0; i< NumChannelMaps; ++i) { | ||
| Число каналов | 8 бит | Число узлов, к которым применяются правила |
| Max. xmt мощность на входе антенны } | 6 бит | Регулировочный предел в дБм |
| Max. EIRP | 6 бит | Регулировочный предел в дБм |
| } |
/p> Формат канального лицензионного информационного элемента MSH-NCFG представлен ниже в табл. 79.
Таблица 79. Формат информационного элемента MSH-NCFG
| Синтаксис | Размер | Комментарий |
| MSH-NCFG_Channel_IE() { | Для лицензионных каналов | |
| for(i=0; i<Channels; ++i) | ||
| Центральная частота физического канала | 24 бита | Положительное число в кГц |
| Полоса физического канала | 8 бит | Положительное число в 100 кГц |
| } | ||
| Повторное использование канала | 3 бита | Минимальное число шагов между каналами, прежде чем канал может быть использован повторно алгоритмом централизованной диспетчеризации. Диапазон равен 1-7 шагов. Равенство 0 запрещает повторное использование |
| Зарезервировано | 5 бит | |
| } |
Таблица 80. Информационный элемент Открытого сетевого входа
| Синтаксис | Размер | Комментарий |
| MSH-NCFG_embedded_data_IE() { | ||
| Начало минидомена | 8 бит | Начало графика для входа верхнего сетевого уровня |
| Диапазон минидомена | 8 бит | Диапазон графика для входа верхнего сетевого уровня |
| Номер кадра | 12 бит | Номер кадра, для которого действует график (расписание) |
| Канал | 4 бита | Логический канал для нового узла для Xmt в оговоренном диапазоне минидомена |
| Действенность графика | 12 бит | Область действия графика в кадрах |
| Канал | 4 бита | Логический канал Rcv для нового узла |
| Оцененная задержка распространения | 4 бита | мкс |
| Зарезервировано} | 4 бита |
Таблица 81. Информационный элемент отказа входа в сеть
| Синтаксис | Размер | Комментарий |
| MSH-NCFG_embedded_data_IE() { | ||
| Код режекции | 8 бит | |
| Причина режекции (отклонения) | 160 бит | Строка ASCII |
| } |
0x0 Значение оператора аутентификации некорректно
0x1 Превышение задержки распространения
0x2 Выбор нового инициатора
Структура информационного элемента установления канала с соседом показана в табл. 82.
Таблица 82. Информационный элемент установления соединения с соседом
| Синтаксис | Размер | Комментарий |
| MSH-NCFG_embedded_data_IE() { | ||
| Код действия | 2 бита | 0х0 Вызов 0х1 Отклик на вызов 0х2 Принято 0х3 Отклонено |
| Зарезервиовано | 6 бит | |
| if(код действия == 0х0 или 0х1) | ||
| Значение Nbr аутентификации | 32 бита | |
| if(код действия == 0х1 или 0х2) | ||
| ID канала | 8 бит | Идентификатор канала передающего узла для данной связи |
| } |
HMAC{Ключ аутентификации | номер кадра | Собственный ID узла, ID другого узла}
Ключ аутентификации является секретным ключом (полученным от оператора)
Обзор
Региональные сети МАN обычно выполняют функции опорных сетей. В качеcтве MAN часто использовались FDDI, Token Ring или SDH. Кольцевая топология сети обеспечивает высокую надежность (при использовании двойного кольца) и удобна для работы с оптическими волокнами. Топология звезды уязвима в случае выхода из строя центрального узла. Топология сетки гарантирует высокую надежность, но существенно дороже кольца. Так как сети FDDI с их полосой 100 Мбит/c устарели, а Token Ring еще медленнее, приемлемого современного решения нет. Попутно замечу, что первая опорная сеть в РФ (ЮМОС, 1993г) была выполнены с применением именно технологии FDDI. В FDDI пакеты уничтожаются отправителем и по этой причине совершают полный круг. Маркерный доступ в принципе имеет определенные ограничения. Сегодня требуются адаптивные решения для региональных опорных сетей (МАN). Здесь желательны подходы, гарантирующие равноправное распределение ресурсов между разными потоками. Конечно, можно использовать решения, предлагаемые SONET (SDH). Но SDH гарантирует определенную полосу при связи точка-точка, но при этом неиспользуемая пропускная способность не может быть предложена для транспортировки других потоков. Можно построить кольцевую сеть на основе Гига-Ethernet (GE). Но этот протокол не может гарантировать равные возможности для разных потоков, да и эффективность использования доступной полосы нельзя признать хорошей. Низкая эффективность связана с тем, что протокол STP блокирует некоторые связи, препятствую образованию петлевых маршрутов, что в некоторых случаях удлиняет путь. GE, несмотря на ряд привлекательных черт, имеет четыре ограничения.
Во-первых, как уже отмечалось выше, Ethernet лишен механизмов выравнивания возможностей для разных потоков. Во-вторых, протокол STP запрещает кольцевые маршруты и один из участков кольцевой сети должен быть блокирован или замыкаться через маршрутизатор, что уводит сеть с уровня L2. В-третьих, когда канал или узел отказывает, дерево связей Ethernet должно выть заново вычислено, а это может потребовать нескольких сотен миллисекунд.
Определенное замедление может вызвать восстановление связности, когда используется протокол маршрутизации уровня L3. Наконец, хотя GE может предоставить простую схему приоритетного обслуживания, такая сеть не имеет механизмов гарантирования полосы пропускания, задержки и разброса времени доставки, которые имеют SONET и RPR.
Кольца SONET обеспечивают связь между узлами кольца по схеме точка-точка. SONET может гарантировать базовые параметры качества обслуживания. Время восстановления такой сети в случае отказа измеряется десятками миллисекунд. Основным недостатком SONET является неэффективность использования доступной полосы. Если все узлы требуют соединения со всеми, кольцо с N узлами будет требовать N2 соединений. Даже при ограниченном числе узлов в кольце, например при N=100, это может вызвать определенные проблемы.
Начиная с 2000 года, разрабатывается новый протокол для опорных региональных сетей с двойной кольцевой топологией (http://www.ieee802.org/17, сервер к сожалению платный и мало кому доступен). Этот протокол IEEE 802.17 называется RPR (Resilient Packet Ring - адаптивное кольцо для пакетов). В отличие от FDDI (а также Token Ring или DQDB) в этом протоколе пакеты удаляются из кольца узлом-адресатом, что позволяет осуществлять несколько обменов одновременно. Но такая схема параллельных обменов осложняет равенство возможностей для разных узлов в кольце. Кроме того, схема уничтожения пакета отправителем имеет и определенные преимущества. Так транспортировка пакета от получателя к отправителю обеспечивает подтверждение получения, что все равно надо делать, например, в случае протокола ТСР. Для пояснения особенностей работы RPR рассмотрим схему на рис. 1, где четыре потока совместно используют канал 4, чтобы достичь узла 5. В этом примере каждый из этих потоков должен получить 1/4 долю полосы (алгоритм "parallel parking lot").
Рис. 1.
Чтобы полностью использовать имеющиеся ресурсы на участке <1-2>, можно пропустить через канал еще 3/4 от того, что протекает между узлами 1 и 5.
Чтобы максимально возможно использовать имеющиеся ресурсы, узлы должны взаимодействовать друг с другом. Таким образом, для обеспечения равенства доступа к ресурсам алгоритм должен дросселировать трафик на входе узлов.
В RPR также как и в Ethernet пакет удаляется в точке назначения, что позволяет использовать незадействованную часть кольца. RPR реализует алгоритм распределенного выравнивания возможностей для разных потоков. Протокол не использует алгоритм STP и по этой причине может работать с замкнутыми маршрутами без ограничений. Кольца RPR транспортируют пакеты по пути вдоль кольца с минимальным числом шагов. Если какой-то узел или двунаправленный участок кольца откажет, RPR формирует альтернативный маршрут за время не более 50 мсек. Например, если канал между узами 4 и 5 будет оборван, узлы 4 и 5 будут соединены по маршруту 4-3-2-1-10-9-8-7-6-5.
Наконец, в RPR можно определить несколько классов трафика, что крайне важно для мультимедийных приложений. Класс А реализует канальное соединение между узлами кольца с гарантированной полосой, задержкой доставки и дисперсией времени доставки (аналогично SONET, но без ограничений дискретных значений полосы - OC-3, OC-12 и т.д.). Класс В имеет гарантированную полосу, но допускает кратковременные возрастания трафика сверх согласованных значений за счет потоков, которые не имеют гарантии полосы. Класс С предлагает услуги типа "лучшее-что-возможно", при этом не гарантируются никакие параметры трафика.
Целью RPR является одновременное достижение равных возможностей для разных потоков и высокая эффективность использования имеющихся ресурсов. Достижение равных возможностей можно проследить на примере реализации алгоритма "parallel parking lot" на рис. 1. Региональный сервис-провайдер стремится предоставить равные возможности всем клиентам, вне зависимости оттого, к какому узлу они подключены. На рис. 1 это означает предоставление каждому из потоков 1/4 полосы пропускания узла 5. Требования высокой эффективности использования ресурсов предполагают возможность привлечения всех ресурсов, незадействованных для обеспечения равных возможностей для всех конкурирующих потоков.
Примером использования имеющихся ресурсов является поток между узлами 1 и 2 на рис. 1, который использует до 75% пропускной способности этого канала. Если реализовать указанные цели, то любые два узла в кольце смогут обмениваться данными со скоростью, ограниченной уровнем насыщения (перегрузки) канала. Таким образом, целью алгоритма справедливого распределения ресурсов является дросселирование потоков во входных точках, чтобы обеспечить равенство доступа к ресурсам.
Это означает, что в случае, показанном на рис. 1, поток между узлами 1 и 5 должен быть дросселирован в точке 1 до уровня 0.25 от пропускной способности участка 4-5, оставляя доступной полосу на участке 1-2 на уровне 75%. Такое идеальное поведение может быть описано с помощью модели RIAS (Ring Ingress Aggregated with Spatial Reuse). Модель RIAS содержит в себе два ключевых компонента. Первый - определяет степень гранулярности трафика для определения справедливости распределения ресурсов. Модель RIAS гарантирует, что все узлы отправители получат равные доли полосы пропускания для каждого канала относительно долей других узлов отправителей. Второй компонент RIAS гарантирует максимальное использование ресурса сети при равном выделении полосы пропускания. Ресурс полосы может анонсироваться, если он не затребован или если не может быть использован из-за наличия узкого места где-то в другом узле или канале. Похожий (но несколько отличный от RPR) алгоритм распределения ресурсов реализован протоколом ТСР в сетях Интернет (уровень L4), здесь же это прелагается делать на уровне L2.
В случае класса А узлам запрещается анонсировать неиспользуемые ресурсы. Рассмотрим работу алгоритма для классов В (фиксированная полоса) и С ("лучшее-что-возможно"), в которых каждый узел анонсирует неиспользуемую полосу взвешенным образом. Архитектура RPR-узла показана на рис. 2. Весь трафик, входящий в кольцо, дросселируется контроллерами потоков. В случае алгоритма "parallel parking lot" поток <1-5> должен быть снижен до уровня 1/4.
Контроллеры потоков работают с учетом гранулярности, определяемой адресатом. Трафик делится на две категории в зависимости оттого, проходит ли он через перегруженный учаcток. Протокол RPR поддерживает обслуживание выходных очередей, как это делается в обычных переключателях.
Рис. 2.
Узлы RPR имеют модули измерения (счетчики байт), которые контролируют информационный поток станции и транзитные потоки. Результаты этих измерений используются алгоритмом справедливого распределения ресурсов полосы пропускания (fairness algorithm) для вычисления параметров управляющего сигнала, направляемого вышестоящим узлам для дросселирования их потоков. Узлы, которые получают такие сообщения, используют полученные данные совместно с локальной информацией для управления контроллерами входных потоков (см. рис. 2).
Узел, кроме того, содержит планировщик, который осуществляет арбитраж для внутренних и транзитных потоков. В режиме одной очереди для транзитного потока имеется один буфер типа FIFO, эта очередь называется PTQ (primary transit queue). В этом случае планировщик предоставляет абсолютный приоритет транзитному трафику по отношению к локальному. В режиме двойной очереди (dual-queue mode) имеется две транзитные очереди, одна для класса А (PTQ) и одна для класса В и С - STQ (secondary transit queue). В этом режиме планировщик всегда обслуживает в первую очередь трафик класса А. Трафик класса А самой станции будет обслужен сразу после PTQ, если STQ не заполнена. В противном случае планировщик обслуживает сначала трафик STQ, гарантируя отсутствие потерь. При прочих равных условиях планировщик использует карусельный принцип обслуживания очереди STQ для транзитного трафика и трафика станции классов В и С до тех пор, пока не будет достигнут порог для STQ. Когда достигается порог буфера STQ, транзитный трафик STQ получает преимущество по отношению к трафику станции.
В обоих случаях определяющим является стремление к простоте оборудования (исключение дорогостоящих решений с индивидуальными очередями для каждого потока или каждого входа) и подавлению потерь.
Пакет, вошедший в кольцо не должен быть потерян в последующих узлах.
Существуют два режима работы алгоритма справедливого распределения полосы RPR. Первый из них - агрессивный (АМ - aggressive mode) происходит от протокола SRP (Spatial Reuse Protocol), широко используемого во многих региональных сетях. Второй консервативный режим СМ связан с алгоритмом Аладдина. Оба режима работают схожим образом. Перегруженный узел, размещенный ниже по течению, передает свое состояние перегрузки узлам вверх, так что они дросселируют свой трафик, обеспечивая достаточную полосу транспортировки для станции внизу. Чтобы достичь этого, перегруженный узел передает информацию вверх по течению и все узлы, расположенные там, должны соответствующим образом дросселировать свои потоки. Спустя некоторое время перегрузка ослабеет, и все узлы получат справедливые доли пропускной способности. Аналогично, когда перегрузка исчезает, станции станут периодически увеличивать свой темп отправки данных, таким образом, получая максимально возможную долю полосы пропускания.
Существует два ключевых параметра для управления полосой пропускания в RPR, это forward_rate и add_rate. Первый представляет загрузку от транзитного трафика, а второй - полную загрузку от трафика станции. Оба параметра измеряются в байтах за фиксированный период времени (aging_interval). Измерение обеих величин производится на выходе планировщика и подвергается экспоненциальному усреднению.
Один раз за aging_interval каждый узел проверяет свое состояние перегрузки c учетом режима работы (АМ/CM). Когда узел N перегружен, он вычисляет свою скорость обмена
local_fair_rate[N], которая является справедливым (fair) значением потока, который может быть передан узлу N. Узел N затем передает управляющее сообщение, содержащее значение
local_fair_rate[N], своему выше стоящему соседу.
Если выше расположенный узел (N-1) при получении сообщения перегрузки от узла N, сам является перегруженным, он направит это сообщение выше расположенному узлу, используя значение, которое является минимальным из local_fair_rate[N] и local_fair_rate[N-1].
Определяющим здесь является информирование вышестоящих узлов о минимальной скорости передачи, которую они могут допустить, направляя трафик к месту назначения. Если узел N-1 не перегружен, но его forward_rate больше полученного значения local_fair_rate[N], он переадресует управляющее сообщение, содержащее local_fair_rate[N], вверх по течению, так как перегрузка сопряжена с транзитным трафиком, идущем сверху. В противном случае посылается управляющее сообщение с нулевым значением уровня перегрузки. Когда вышестоящий узел i получает управляющее сообщение с параметром local_fair_rate[N], он понижает свое ограничение на скорость передачи для потоков, следующих через перегруженный канал (allowed_rate_congested). Это значение равно сумме допустимых скоростей передачи потоков (i,j) для всех j, для которых n лежит на пути от i к j. Система настраивается так, чтобы вышерасположенные узлы отрегулировали свои контроллеры потоков на уровень, соответствующий допустимому. Следовательно, трафик станции не будет превосходить анонсированного значения
local_fair_rate для любого из перегруженных узлов ниже по течению. В противном случае, если получено управляющее сообщение с нулевым значением fairness, узел увеличивает
allowed_rate_congested на фиксированную величину, так что он может анонсировать наличие дополнительной полосы пропускания в случае, если один из потоков ниже по течению снизит свою интенсивность. Более того, такое сокращение потока существенно для сходимости процесса установки справедливых долей потоков даже в случае статического запроса.
Главным отличием между режимами АМ и СМ является детектирование перегрузки и вычисление локального значения справедливой величины потока. По умолчанию АМ использует режим двойной очереди, а СM - режим одной очереди.
Агрессивный режим (АМ) является режимом работы алгоритма обеспечения справедливого распределения ресурсов в RPR по умолчанию. В режиме АМ узел N считается перегруженным, если:
STQ_depth[N] > low_threshold
или
forward_rate[N] + add_rate[N] > unreserved_rate
где, как это было описано выше, STQ является транзитной очередью для трафика классов В и С. Значение порога low_threshold является долей размера транзитной очереди, по умолчанию равной 1/8 от размера очереди STQ. unreserved_rate равна полосе канала минус доля полосы, зарезервированная для трафика с гарантированным качеством обслуживания. Так как здесь рассматривается только режим "лучшее-что-возможно", далее будем считать, что unreserved_rate равна полосе канала.
Когда узел перегружен, он вычисляет свое значение local_fair_rate как нормированную скорость обслуживания собственного трафика, add_rate, и затем посылает управляющее сообщение, содержащее add_rate, вышестоящим узлам.
Рассмотрим пример алгоритма "parking lot" (рис. 1). Если ниже расположенный узел анонсирует значение add_rate ниже уровня справедливого значения потока (что типично для ситуации без перегрузки), все вышестоящие узлы дросселируют потоки до этого уровня. Этот процесс осциллирует вокруг справедливого значения потока.
Каждый СМ (Conservative mode) узел имеет таймер доступа, измеряющий время между двумя последовательными передачами пакетов станции. Так как СМ использует непосредственно приоритет транзитного трафика в отношении трафика станции в рамках режима одной очереди, этот таймер служит для того, чтобы гарантировать отсутствия блокировки трафика станции. Таким образом, в режиме СМ узел N считается перегруженным, если истекло время таймера доступа, или:
forward_rate[N] + add_rate[N] > low_threshold
В отличие от АМ low_threshold для СМ представляет собой параметр, имеющий размерность скорости передачи, и значение меньше полосы пропускания канала. Значение 0,8 от полосы канала является величиной по умолчанию. В дополнение к forward_rate и add_rate СМ режим выявляет ID узла путем анализа заголовка каждого пакета, и измеряет число активных станций, которые прислали хотя бы один пакет за время aging_interval.
Если узел СМ перегружен за время текущего aging_interval, но не был перегружен в предыдущий интервал, значение local_fair_rate вычисляется как общая не зарезервированная скорость обмена, деленная на число активных станций.
Если узел постоянно перегружен, значение local_fair_rate зависит от суммы forward_rate и add_rate. Если эта сумма меньше
low_threshold, что индицирует недогруженность канала, значение local_fair_rate линейно увеличивается. Если эта сумма больше high_threshold (0,95 от емкости канала), то
local_fair_rate линейно понижается.
Рассмотрим снова пример алгоритма "parking lot" (рис. 1), когда канал между узлами 4 и 5 оказался впервые перегружен, узел 4 передает данные со скоростью 1/4 (истинно справедливая доля полосы). Канал при этом будет рассматриваться перегруженным, так как его полный поток больше low_threshold. Более того, поскольку полный поток больше high_threshold, local_fair_rate будет периодически понижаться, пока сумма add_rate и forward_rate в узле 4 не станет меньше high_threshold, но больше low_threshold. Таким образом, для СМ максимальное использование канала будет соответствовать high_threshold.
Переходные процессы установления справедливых долей потока в системе может иметь осциллятивный характер (смотри [1,2]).
Ожидание до завершения
Если это поле содержит код нуль, тогда все предыдущие атрибуты диапазонных откликов должны быть использованы до посылки данного запроса. В противном случае это предполагаемое время, необходимое для завершения восприятия параметров выделенного диапазона и выраженное в десятках миллисекунд.
Сообщение RNG-REQ должно содержать следующие параметры:
Запрошенный профайл кластера нисходящего канала
МАС-адрес SS
Аномалии рабочего диапазона
Параллельный сетевой интерфейс HIPPI
Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru
Все рассматриваемые до сих пор системы передачи информации использовали исключительно последовательный код. На разных этапах эволюции телекоммуникаций предпочтение отдавалось и параллельному и последовательному методам обмена данными. В данный момент параллельный интерфейс сохранился только для подключения принтеров. Главным преимуществом последовательных схем передачи информации является экономия на кабелях. Ниже описан еще один стандарт, где применен параллельный интерфейс (начало разработки относится к 1987 году). HIPPI (high performance parallel interface, смотри ; RFC-2067, IP over HIPPI, J.Renwick; RFC-1374, IP and ARP on HIPPI, J.Renwick, ANSI x3t9.3/90-043, 1990 и X3t9.3/91-005) представляет собой быстродействующий параллельный интерфейс, рассчитанный на пропускную способность 800 Мбит/с (но возможны версии со 100, 200 400 и 1600 Мбит/с). Разработка интерфейса выполнена в Лос-Аламосе. Позднее на базе этого интерфейса была подготовлена идеология сети.
Длина кода, передаваемого за один такт в HIPPI, составляет 32 разряда (версия HIPPI, рассчитанная на скорость 1600 Мбит/с, имеет длину кода 64 бита). Все пересылки являются симплексными. Существует стандарт Superhippi (HIPPI-6400, 6,4 Гбайт/с), который описывает систему передачи данных в 8 раз более быстродействующую, чем HIPPI. Разработана версия последовательного HIPPI на скорость обмена 1,2 Гбод для коаксиального и оптоволоконного кабеля (до 10км; версия HIPPI-FC – fiber channel). Максимальное расстояние между станцией и переключателем составляет 25 м. Максимальное дистанция между станциями (станция-переключатель-станция) равно 50 м. Предельное число станций зависит от типа используемых переключателей. Переключатели могут взаимодействовать друг с другом (HIPPI-SC), обеспечивая информационный обмен между станциями. Пример топологии сети hippi представлен на рис. 4.1.7.1.
Рис. 4.1.7.1. Пример топологии сети hippi (П – переключатели, С – станции)
HIPPI предполагает передачу данных по медному кабелю (или оптическому волокну) только в одном направлении по схеме связи точка-точка, но два канала HIPPI могут обеспечить и двунаправленный обмен данными.
Передающий кабель может содержать 50/ 100 скрученных пар или соответствующее число оптических волокон. Длина пакета данных может варьироваться. Протокол HIPPI рассчитан на работу в реальном масштабе времени при суммарных длинах кабелей до десятков километров. Стандартный блок данных содержит 256 слов (1024 или 2048 байт). Для контроля корректности передачи предусмотрен контроль по четности для каждого байта на шине, кроме того, для каждого блока данных вычисляется “продольная” контрольная сумма (LLRC - length/longitudinal redundancy checkword). На рис. 4.1.7.2 показана схема передачи данных в рамках протокола HIPPI. На каждое соединение может быть передано любое число пакетов, пакет в свою очередь может содержать любое число блоков. Время между пакетами не регламентировано и может меняться, оно зависит от потока данных и протокола верхнего уровня.
Рис. 4.7.1.2. Структура передаваемой информации (каждое слово содержит 32 или 64 бита)
Каждый пакет содержит в конце субполе контроля четности. Все сигналы кроме соединения (interconnect) используют приемники и передатчики эмиттерно-связанной логики (ECL). Формат I-поля показан на рис 4.1.7.3.
Рис. 4.1.7.3. Формат i-поля пакета HIPPI
Поле L=1 – локально заданный формат; W=1 указывает на 64-битное соединение; D=1 отмечает смену положения адресов отправителя и получателя; PS – биты выбора пути (path selection); С – задержка вызова при занятой линии (camp-on; переключатель не разрывает соединения при занятом получателе, а ждет его освобождения). 12-битовые адреса отправителя и получателя часто делятся на 6-битовые секции, определяющие адрес переключателя и номер порта. HIPPI-IPI (intelligent peripheral interface) представляет собой быстродействующий интерфейс периферийных устройств, выполняющий команды SCSI. Расширение HIPPI-LE (link encapsulation) обеспечивает поддержку IEEE 802.2.
При расстояниях до 25 метров используется кабель, содержащий 50 скрученных пар. Такты часов следуют с периодом 40 нсек. В сетях HIPPI предусмотрен транзит пакетов формата TCP/IP.Блок-схема канала HIPPI показана на рис. 4.1.7.4.
Рис. 4.1.7.4. Блок-схема канала HIPPI
Существуют документы, регламентирующие работу системы передачи информации HIPPI для основных уровней интерфейса, начиная с физического. Предусмотрена работа HIPPI с протоколами TCP/IP. Смотри также "ARP and IP Broadcast over HIPPI-800". J.-M. Pittet. May 2000, RFC-2834, "IP and ARP over HIPPI-6400 (GSN)". J.-M. Pittet. May 2000, RFC-2835.
Параметры сервисного потока
Полная спецификация сервисного потока включается в сообщение DSC-RSP, если она содержит вновь сформированный CID или расширенное имя класса услуг. Если набор параметров сервисного потока содержал принятый набор параметров QoS восходящего потока и этот сервисный поток не имеет ассоциированного CID, DSC-RSP должен включать в себя CID. Если набор параметров сервисного потока содержал имя класса сервиса и принятый набор параметров QoS, DSC-RSP будет включать набор параметров QoS, соответствующий этому классу. Если специфические параметры QoS были включены в запрос сервисного потока заданного класса, эти параметры будут включены в DSC-RSP вместо QoS-параметров того же класса.
Показатель Xmt Holdoff соседа
Анонсирует показатель Xmt Holdoff, сообщенный соседом.
Число SchedEntries
Число диспетчерных вложений MSH-DSCH соседа в сообщении.
ID узла соседа
ID узла, сообщенное соседом.
Порядковый номер
8-битовый код, инкрементируемый BS на 1 (по модулю 256) при формировании сообщения CLK-CMP. Этот параметр используется для детектирования потери пакетов.
Порядковый номер конфигурации
Указывает на конфигурацию, которая будет использоваться при интерпретации пакета. Конфигурация сопряжена с пакетом MSH-СSCH.
Флаг Grant/Request
0= Grant (передается по нисходящему каналу)
1= Request (передается по восходящему каналу)
Флаг конфигурации
Указывает, какой тип сообщения управляющего диспетчеризацией (CSCH или CSCF) будет передано следующим базовой станцией сетки.
Показатель шкалы потока
Определяет шкалу предоставляемой полосы. Его величина обычно зависит от числа узлов в сети, достижимой скорости передачи, требований трафика и предоставляемых услуг. Для DL он определяет абсолютное значение предоставляемого потока. Для UL используется наинизшее значение показателя для каждого шага.
NumFlowEntries
Число последующих 8-битных полей, упорядоченных согласно их появлению в MSH-CSCF.
UplinkFlow
Основа предоставленной/запрошенной полосы в бит/с для восходящего трафика узлов дерева диспетчеризации BS.
DownlinkFlow
Параметр, используемый для вычисления предоставленной/запрошенной полосы в бит/c для нисходящего трафика узла в дереве диспетчеризации BS. Поток характеризует трафик, который исходит или завершается в самом узле (транзитный трафик не учитывается). Действительное значение предоставляемой/запрашиваемой полосы вычисляется как:
BWтрафик в BS = UplinkFlow A2FlowscaleExponent+14 (бит/c)
BWтрафик из BS = DownlinkFlowA2FlowscaleExponent+14 (бит/c)
Флаг диспетчеризации кадра
Если флаг установлен, выделение потоков произойдет через два кадра, а не через один.
Узел инициатор
Три параметра (узел инициатора и профайлы) устанавливаются равными нулю, кроме случаев узлов, которые хотят зарезервировать выделение для инициализации МАС. Узел может установить эти величины, если все его дочерние узлы сообщают о равенстве этих параметров нулю. Сеточная BS в ответ осуществит выделение для индекса узла 0х00, который зарезервирован для этих целей.
Таблица 90. Формат сообщения MSH-CSCH
| Синтаксис | Размер | Комментарий |
| MSH-СSCH_ Message_IE() { | ||
| Тип управляющего сообщения=42 | 8 бит | |
| Порядковый номер конфигурации | 3 бита | Последний порядковый номер MSH-CSCF |
| Флаг Grant/Request | 1 бит | 0= Grant; 1= Request |
| Флаг диспетчеризации кадра | 1 бит | |
| Флаг конфигурации | 1 бит | 0= следующим сообщением управления графиком является MSH-CSCH 1 = следующим сообщением управления графиком является MSH-CSCF |
| Зарезервировано | 2 бита | |
| NumFlowEntries | 8 бит | |
| for(i=0; i<NumFlowEntries; ++i) { | ||
| UplinkFlow | 4 бита | |
| if(Grant/Request Flag ==0) DownlinkFlow |
4 бита | |
| } | ||
| Показатель шкалы потока | 4 бита | |
| Заполнитель | 4 бита | |
| if(Grant/Request Flag ==0) { | ||
| No_link_updates | 4 бита | |
| for(i=0; i< No_link_updates; ++i) { | ||
| Свой индекс узла | 8 бит | Индекс в списке MSH-CSCF |
| Индекс узла родителя | 8 бит | Индекс в списке MSH-CSCF |
| Профайл восходящего канала | 4 бита | |
| Профайл нисходящего канала } | 4 бита | |
| } else { | Запрос узла инициатора | |
| Узел инициатор | 8 бит | индекс дерева узлов |
| Профайл DL | 4 бита | |
| Профайл UL | 4 бита | |
| } } |
Последовательность HMAC
Атрибут последовательности HMAC включает в себя дайджест сообщения, идентифицирующий отправителя. Этот атрибут является последним в списке.
Повторители, мосты, мультиплексоры, переключатели и маршрутизаторы
Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru
На физическом уровне пакет представляет собой цуг импульсов, распространяющихся по коаксиальному кабелю, скрученной паре или оптическому волокну. За счет дисперсии, частичным отражениям от точек подключения и поглощению в среде импульсы в пакете "расплываются" и искажаются (ухудшается отношение сигнал/шум), это является одной из причин ограничения длин кабельных сегментов. Для преодоления этих ограничений вводятся сетевые повторители (repeater). Повторитель воспринимает входные импульсы, удаляет шумовые сигналы и передает вновь сформированные пакеты в следующий кабельный сегмент или сегменты. Никакого редактирования или анализа поступающих данных не производится. Задержка сигнала повторителем не должна превышать 7,5 тактов (750нсек для обычного Ethernet). Повторители могут иметь коаксиальные входы/выходы, AUI-разъемы для подключения трансиверов или других аналогичных устройств, или каналы для работы со скрученными парами.
Рис. 4.1.1.4.1 Схема сетевого повторителя
Все входы/выходы повторителя с точки зрения пакетов эквивалентны. Если повторитель многовходовый, то пакет пришедший по любому из входов будет ретранслирован на все остальные входы/выходы повторителя. Чем больше кабельных сегментов объединено повторителями, тем больше загрузка всех сегментов. При объединении нескольких сегментов с помощью повторителя загрузка каждого из них становится равной сумме всех загрузок до объединения. Это справедливо как для коаксиальных кабельных сегментов, так и для повторителей, работающих со скрученными парами (хабы - концентраторы). Некоторые повторители контролируют наличие связи между портом и узлом (link status), регистрируют коллизии и затянувшиеся передачи (jabber - узел осуществляет передачу дольше, чем это предусмотрено протоколом), выполняют согласование типа соединения (autonegotiation). В этом случае они обычно снабжены SNMP-поддержкой.
Для блокировки размножения пакетов и нежелательных транзитов преодоления сетевые мосты или переключатели.
Мост соединяет два сегмента сети, при инициализации он изучает списки адресов устройств, подсоединенных к каждому из сегментов. В дальнейшем мост записывает в свою память эти списки и пропускает из сегмента в сегмент лишь транзитные пакеты. Существуют мосты, которые оперируют с физическими и с IP-адресами (cм. стандарт IEEE 802.1d).
Рис. 4.1.1.4.2. Схема сетевого моста
Мост является активным устройством, которое способно адаптироваться к изменениям в окружающей сетевой среде. При этом пакеты, отправленные из сегмента А и адресованные устройству, которое подключено к этому же сегменту, никогда не попадут в сегмент Б и наоборот. Через мост проходят лишь пакета, отправленные из сети А в Б или из Б в А.
Функцию моста с определенными скоростными ограничениями может выполнять и обычная ЭВМ, имеющая два сетевых интерфейса и соответствующее программное обеспечение. Мосты при разумном перераспределении серверов и рабочих станций по сетевым сегментам позволяют выровнять и даже эффективно снизить среднюю сетевую загрузку. Когда на один из входов моста приходит пакет, производится сравнение адреса получателя с содержимым внутренней базы данных. Если адрес в базе данных отсутствует, мост посылает широковещательный запрос в порт, противоположный тому, откуда получен данный пакет с целью выяснения местоположения адресата. Понятно, что появление в субсетях a и Б двух объектов с идентичными адресами ни к чему хорошему не приведет. При поступлении отклика вносится соответствующая запись в базу данных. Параллельно анализируется и адрес отправителя и, если этот адрес в базе данных отсутствует, производится его запись в банк адресов соответствующего порта. В базу данных записывается также время записи адреса в базу данных. Содержимое базы данных периодически обновляется. К любой подсети может вести несколько путей, но для нормальной работы мостов и переключателей все пути кроме одного должны быть заблокированы. Функциональная схема работы моста показана на рис. 4.1.1.4.3. Сети, между которыми включается мост, не обязательно должны работать согласно идентичным протоколам.
Возможны мосты между Ethernet и Token Ring или между Ethernet и ATM.
Рис. 4.1.1.4.3 Блок-схема работы сетевого моста
Мост, имеющий более двух портов, называется переключателем. Первый переключатель был разработан фирмой Калпане в 1991 году. Иногда переключатели называются маршрутизаторами, тем более что некоторые из них поддерживают внутренние протоколы маршрутизации (например, RIP). Переключатели имеют внутреннюю параллельную магистраль очень высокого быстродействия (от десятков мегабайт до гигабайт в сек.). Эта магистраль позволяет переключателю совместить преимущества повторителя (быстродействие) и моста (разделение информационных потоков) в одном устройстве. Схемы реализации переключателей варьируются значительно, каких-либо единых стандартов не существует. Алгоритм работы с адресами здесь тот же, что и в случае мостов. На рис. 4.1.1.4.4 приведена схема 8-входового переключателя. В переключателе все входы идентичны, но внешняя информация, записанная в их память, делает входы неэквивалентными. Определенные проблемы возникают, когда к одному из входов переключателя подключен сервер, с которым работают пользователи подключенные к остальным входам. Если все ЭВМ, подключенные к переключателю, одновременно попытаются обратиться к серверу, переключатель перегрузится и все каналы будут на некоторое время блокированы (будет послан сигнал перегрузки - jam). При данной схеме вероятность таких событий значительна, так как несколько каналов с пропускной способностью 10 Мбит/с работают на один общий канал с той же полосой пропускания. Для преодоления проблем этого рода следует распределять нагрузки между портами переключателя равномерно, а также подключать серверы через полнодуплексные каналы. Полнодуплексные каналы полезны и для соединения переключателей между собой. Современные переключатели имеют много различных возможностей - SNMP поддержка, автоматическая настройка быстродействия и определения типа соединения (дуплексная/полудуплексная). Имеется возможность внешней загрузки программы работа переключателя.
Способы проверки производительности переключателей описаны в документах RFC-1242 и RFC-1944 (тесты Бреднера, см. и www.tolly.com).
Рис. 4.1.1.4.4. Схема 8-входового сетевого переключателя
Существуют переключатели, работающие в режиме “на пролет” (cut through). Здесь первые биты пакета поступают на выход переключателя, когда последующие еще только приходят на вход. Задержка в этом случае минимальна, но переключатель пропускает через себя пакеты, поврежденные в результате столкновений. Альтернативой такому режиму является передача через буферную память (схема передачи SAF - Store And Forward). Поврежденные пакеты в этом режиме отбрасываются, но задержка заметно возрастает. Кроме того, буферная память должна иметься на всех входах (или общая многопортовая). При проектировании сетей следует иметь в виду, что переключатели превосходят маршрутизаторы по соотношению производительность/цена.
При проектировании локальной сети следует учитывать то обстоятельство, что узлы с самым напряженным трафиком должны располагаться как можно ближе к повторителю. В этом случае среднее число коллизий в единицу времени будет ниже. По этой причине сервер должен располагаться как можно ближе к повторителю или другому сетевому устройству (см. рис. 4.1.1.4.6).
Схема внутренних связей переключателя может отличаться от приведенной на рис. 4.1.1.4.4 и иметь конфигурацию, показанную на рис. 4.1.1.4.5. Привлекательность такой схемы заключается в возможности реализации обмена по двум непересекающимся направлениям одновременно (См. LAN. Журнал сетевых решений, май 1998, том 4, N5, стр 21. Дмитрий Ганжа). От разделяемых к коммутируемым сетям). При этом эффективная пропускная способность многопортового переключателя может в несколько раз превосходить полосу пропускания сети, например, 10 Мбит/с.
Рис. 4.1.1.4.5. Вариант схемы внутренних связей переключателя.
Рис. 4.1.1.4.6 Схема подключения сервера к переключателю
При использовании в сети большого числа мостов и/или переключателей может сформироваться топология связей, когда от одного сегмента к другому пакет может попасть более чем одним путем (см.
рис. 4.1.1.4.7). Приведенная на рисунке схема неработоспособна и некоторые связи должны быть ликвидированы. В данном примере проблема может быть решена удалением мостов BR-2 и BR-3 или разрывом связей, помеченных символом “X”.
Проблему ликвидации связей, способных привести к зацикливанию, решает протокол STP (Spanning Tree Protocol; алгоритм предложен Пёлманом в 1992 году), который автоматически блокирует некоторые соединения, а в случае недоступности основного пути открывает эти заблокированные соединения, обеспечивая высокую надежность сети. STP является частью протокола мостов IEEE 802.1d (1990г).
При использовании протокола STP каждой связи присваивается при конфигурации определенный вес (чем меньше, тем выше приоритет). Мосты периодически рассылают специальные сообщения (BPDU - Bridge Protocol Data Unit), которые содержат коды их уникальных идентификаторов, присвоенные им при изготовлении. Мост или переключатель с наименьшим значением такого кода становится корневым ("корень дерева"). Затем выявляется наикратчайшее расстояние от корневого моста/переключателя до любого другого моста в сети. Граф, описывающий дерево наикратчайших связей, и является "расширяющимся деревом". Такое дерево включает все узлы сети, но необязательно все мосты/переключатели. Этот алгоритм функционирует постоянно, отслеживая все топологические изменения.
Современные мосты позволяют создавать виртуальные субсети (VLAN), увеличивающие сетевую безопасность. VLAN позволяет ограничить зону распространения широковещательных пакетов, улучшая эксплуатационные характеристики сети в целом, смотри стандарт IEEE 802.1q. Здесь предусмотрены уровни конфигурации, распространения/разрешения и отображения. На уровне конфигурации используется протокол регистрации атрибутов GARP и основной протокол регистрации GVRP (служит для уведомления других переключателей о членстве в VLAN. Уровень распространения/разрешения задает правила присвоения идентификаторов входным пакетам (VID входного порта), и определяет выходные порты, куда пакет может быть доставлен.
Значение VID для VLAN должно быть уникальным. VLAN на уровне L2 может включать в себя несколько переключателей, при этом транспортировка пакета по VLAN будет определяться значением VID. Принадлежность VLAN определяется с помощью сообщений GVRP, или конфигурируется вручную. При добавлении к пакету метки VID контрольная сумма CRC должна быть пересчитана. Самые продвинутые VLAN могут разделять трафик по классам обслуживания CoS (Class of Service). В этом случае в каждом выходном порту переключателя формируется несколько очередей, по одной для каждого значения CoS (смотри ).
Рис. 4.1.1.4.7. Пример реализации алгоритма "расширяющееся дерево"
В стандарте IEEE 802.1p предусмотрено разделение трафика по приоритетам (CoS). В IEEE 802.1q предусмотрено 8 уровней приоритета трафика. Данная технология была реализована в сети 100VG-AnyLan (IEEE 802.12), где были предусмотрены очереди с высоким приоритетом (HPQ). 3-битовые коды CoS присваиваются пользователем. Поле CoS является частью 32-битовой метки пакета в стандарте 802.1q. Значения кодов CoS перечислены в таблице ниже.
Таблица классов трафика CoS (IEEE 802.1q)
| Код приоритета пользователя | Класс приоритета трафика |
| 111 | Критически важный для сети <7> |
| 110 | Голосовой интерактивный <6> |
| 101 | Мультимедийный интерактивный <5> |
| 100 | Мультимедийный потоковый <4> |
| 011 | Важный для дела <3> |
| 010 | Стандартный <2> |
| 001 | Фоновый <1> |
| 000 | Наинизший <0> |
Рис. 4.1.1.4.8. Формат кадра уровня L2 в случае использования протокола 802.3ас
Некоторые современные мосты используют так называемую маршрутизацию отправителя (source routing). Такая маршрутизация предполагает, что отправитель знает, находится ли адресат в пределах локальной сети и может оптимально определить путь доставки. При посылке кадра другой сети отправитель устанавливает старший бит своего адреса равным единице. Одновременно в заголовке кадра прописывается весь маршрут. Каждой сети присваивается 12-битовый идентификатор, а каждому мосту ставится в соответствие 4-битовый код, уникальный в контексте данной сети. Это означает, что мосты в пределах одной сети должны иметь разные идентификаторы, но их коды могут совпадать, если они находятся в разных сетях. Мост рассматривает только кадры с единицей в старшем бите адреса места назначения. Для этих кадров просматриваются коды сети в списке, записанном в заголовке. Если в списке содержится код, совпадающий с тем, который характеризует сеть, где находится мост, кадр переадресуется в эту сеть. Реализация алгоритма может осуществляться программно или аппаратно. Если путь до места назначения неизвестен, отправитель генерирует специальный пакет, посылаемый широковещательно (discovery frame) и достигающий всех мостов и всех субсетей. Когда приходит отклик от адресата, мосты записывают его идентификатор, а первичный отправитель фиксируют маршрут до адресата. Данный алгоритм достаточно прост, но сопряжен с лавинным размножением исследовательских" пакетов особенно в случае, когда смежные сети соединяются через несколько мостов/переключателей.
Следующим шагом в направлении развития технологии виртуальных локальных сетей является протокол IEEE 802.1Q (1998 год). Так как здесь приходится иметь дело с Ethernet, где нет возможностей ввести дополнительные поля, например, поле идентификатора VLAN, задача достаточно деликатна. Нельзя забывать о сотнях миллионах владельцах сетевых карт... Одним из возможных решений является подход, реализованный в протоколе коммутации кадров по меткам (см. статью ). К счастью поле идентификатора VLAN должно использоваться переключателями и маршрутизаторами, а не ЭВМ пользователей.
Если сетевая карта не формирует идентификатор VLAN, он должен быть сформирован первым встретившимся переключателем или маршрутизатором. Выходной переключатье или маршрутизатор VLAN должны удалять эти идентификаторы. Эффективность технологии виртуальных локальных сетей будет много выше, когда стандарт 802.1Q будет поддерживаться сетевыми картами ЭВМ. Маршрутные таблицы в переключателях формируются автоматически с привлечением алгоритма Перлмана (описан в стандарте 802.1D).
Рис. 4.1.1.4.9. Формат кадра протокола 802.1q
Поле идентификатор протокола VLAN (IDP VLAN) имеет длину два байта и содержит код 0х8100. Поскольку это число больше 1500, сетевые карты Ethernet будут интерпретировать его как тип, а не как длину. Как будет реагировать карта, неподдерживающая 802.1Q, получив такой кадр, сказать трудно. По этой причине это следует по возможности исключить. Структура полей флаг и длина представлена в нижней части рисунка. Поле идентификатор VLAN имеет длину 12 бит определяет, какой виртуальной сети принадлежит кадр. Поле приоритет (три бита) позволяет выделять трафик реального времени, трафик со средними требованиями и трафик, для которого время доставки не критично. Это открывает возможность использования Ethernet для задач управления и обеспечения качества обслуживания при транспортировке мультимедийных данных. Однобитовое поле CFI (Canonical Format Indicator) первоначально определял, прямой или обратный порядок байт используется. В настоящее время его функцией (=1) является указание того, что в поле данных содержится кадр 802.5.
Маршрутизатор отличается от переключателя тем, что поддерживает хотя бы один протокол маршрутизации. Существуют внутренние и внешние протоколы маршрутизации. Если маршрутизатор осуществляет связь данной автономной системы с другими автономными системами, его называют пограничным (border). Маршрутизатор же, который имеет только один внешний канал связи, в литературе часто называют gateway (входной порт или шлюз сети). Любой маршрутизатор может поддерживать в любой момент только один внутренний и один внешний протокол маршрутизации, выбор этих протоколов осуществляет администратор сети из имеющегося списка.
Маршрутизаторы представляют собой наиболее сложные сетевые устройства. Главным достоинством маршрутизаторов в локальной сети является ограничение влияния потоков широковещательных сообщений. Обязательным компонентом маршрутизатора является таблица маршрутизации, которая формируется протоколом маршрутизации или сетевым администратором. По мере роста скорости каналов связи возростали требования к быстродействию внутренней шины этих аппаратов. На рис. 4.1.1.4.10. показана крайне упрощенная схема такого устройства.
Рис. 4.1.1.4.10. Схема обработки пакетов в маршрутизаторе
Минимальное расстояние между последовательными IP-адресами места назначения, которые маршрутизатор должен обработать, определяется IPG=96 бит-тактам (бт), МАС-заголовком (176 бт), и IP-заголовком (128 бт). При поле данных нулевой длины период следования IP-адресов может достигать 432 бит-тактов. Для гигабитного Ethernet это составляет 432 нсек. За это время маршрутизатор должен просмотреть 100Мбайтную маршрутную таблицу и принять решение, через какой из выходных портов рередать данный пакет.Необходимость гарантирования определенного качества обслуживания (QoS) ужесточают требования к системе буферизации (увеличивается число очередей). Таким образом, одной из самых сложных субсистем маршрутизатора является устройство буферизации пакетов.
В последнее время заметное распространение получил гибрид маршрутизатора и моста - brouter. Некоторые протоколы (например, NetBIOS) не допускают маршрутизации. Когда необходимо использовать такие протоколы совместно с TCP/IP, необходим brouter. Широко используются такие приборы в сетях Token Ring.
Особый класс образуют мультиплексоры/демультиплексоры, которые используют собственные протоколы и служат для предоставления общего канала большему числу потребителей. Эти устройства широко используются при построении сетей типа Интранет (корпоративные сети, где субсети разных филиалов разнесены на большие расстояния). Такие сети строятся на базе специальных выделенных каналов, а мультиплексоры позволяют использовать эти каналы для предоставления комплексных услуг: телефонной связи, передачи факсов и цифровой информации, экономя значительные средства.
Если перед вами стоит задача создания локальной сети с выходом в Интернет, вам нужно последовательно решить ряд проблем помимо финансовых. Должны быть сформулированы задачи, ради которых эта сеть создается, определена топология сети, число сегментов и характер их связей, число ЭВМ-участников, определен сервис-провайдер, или провайдеры, если вам нужно обеспечить более высокую надежность и живучесть сети. Вам надо оценить требуемую загрузку сегментов сети и внешних каналов связи, выбрать программную среду. После этого вы можете приступить к составлению списка необходимого оборудования и программного обеспечения. Если ваша сеть является оконечной и она имеет только один внешний канал связи, вам не нужен маршрутизатор и вы можете ограничиться ЭВМ-портом (gateway), которая должна иметь необходимый интерфейс. Внешним каналом может стать коммутируемая телефонная сеть, выделенная телефонная линия, оптоволоконный кабель или радиорелейный канал. Во всех перечисленных случаях вам будет необходим соответствующий модем.
Размер минидомена
Размер n минидоменов для восходящего канала в единицах физических доменов. Допустимыми значениями являются n=2m, где m равно целому из диапазона 0-7.
Re(Frequency_value[i]) и Im(Frequency_value[i])
Действительная (Re) и мнимая (Im) части измеренной амплитуды частоты в измерительной точке в формате целого числа со знаком и фиксированным положением запятой ([+/-][4бита].[11бит].
Результат сверки часов
8-битовый код разности (по модулю 256) между следующими двумя эталонными сигналами: (1) 10МГц эталонная частота, синхронизованная с символьными часами радиоканала (например, GPS), и (2) эталонной частотой 8.192 МГц, синхронизованной с сетевыми часами.
Счетчик изменений конфигурации
Увеличивается BS на 1 (по модулю 256), всякий раз, когда производится изменение любого параметра канала с данным дескриптором. Если значение счетчика для очередного UCD остается тем же, SS решает, что остальные поля не изменены и можно игнорировать оставшуюся часть сообщения.
Счетчик порядкового номера
Счетчик инкрементируется для каждого из запрашивающих сообщений при не координированной диспетчеризации. При координированной диспетчеризации он позволяет узлам детектировать потерю диспетчерских сообщений. Независимые счетчики используются для координированной и не координированной диспетчеризации.
Сети Base-VG
Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru
Сети 100BASE-VG (Voice Grade) используют звездообразную схему сетевых объектов с помощью соединения типа точка-точка. Эта разновидность сети может работать через кабельную инфраструктуру стандартной сети 10BASE-T. Станции подключаются к сети через концентратор (Hub). Когда станция желает что-либо передать, она посылает сигнал определенной частоты. Начало обмена стартует только после получения разрешения (сигнал специальной частоты, посылаемый концентратором. Широковещательные и мультикатинг-запросы обслуживаются в соответствии со схемой “запомнить и передать”. В одно и то же время допускается прием или передача только одного пакета. Для предоставления доступа используется карусельный принцип, что делает эту сеть весьма удобной для небольших рабочих групп и для решения задач управления в реальном масштабе времени. Имеется возможность и приоритетного обслуживания. В сети используется схема кодирования 5B/6B.
Сети DQDB (двойная шина с распределенной очередью)
Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru
Сети с двойной шиной и распределенной очередью (DQDB - distributed queue dual bus) используют алгоритм доступа, называемый распределенное переключение пакетов (QPSX – queued-packet distributed-switch). Здесь используется две несвязанные однонаправленные шины, сформированные из цепочки соединений точка-точка. Описание работы сети содержится в документе IEEE 802.6. Пропускная способность сети составляет 150 Мбит/с (планируется 600 Мбит/с). Максимально возможная длина сети составляет 160 км. Максимальное число узлов равно 512. В качестве транспортной среды можно использовать одно- и мультимодовое оптическое волокно (длина волны 1300 нм). Схема кодирования 8В/9В при представлении сигнала NRZI. средняя частота ошибок (BER) составляет 10-9. По сетям DQDB пересылаются также как и по ATM-каналам ячейки фиксированного размера (L=53 байта). Формат поля данных совместим с некоторыми типами AAL. Формат пакета показан на рис 4.1.9.1
Рис. 4.1.9.1. Формат ячейки DQDB (цифры в верхней части рисунка характеризуют длины полей)
Поле ST (segment type) характеризует тип сегмента. Поле MID (message identifier) представляет собой идентификатор сообщения. LEN –характеризует длину поля данных, а CRC – это контрольная сумма ячейки. Когда станция намерена передать ячейку, она должна знать, справа или слева от нее находится место назначения. Если место назначения справа, отправитель использует шину А, в противном случае передача производится по шине В. Для ввода данных на шину применяется схема проволочного ИЛИ. По этой причине обесточенная станция не вызовет отказа всего сегмента сети. Станция образуют очередь для передачи в порядке поступления заявок (fifo). Структура заголовка ячейки показана на рис. 4.1.9.2 она весьма схожа с той, что имеет ячейка atm.
Рис. 4.1.9.2. Формат заголовка DQDB–пакета
Поле ACF (access control field) служит для управления доступом. Поле VCI (virtual cannel identifier) - виртуальный идентификатор канала. Далее следуют поля:
| PT | (payload type) 4 бита типа данных (коды аналогичны atm); |
| CLP | (cell loss priority) - уровень приоритета при потере пакета. Указывает на то, какой приоритет имеет ячейка, и будет ли она отброшена в случае переполнения канала (как и в ATM); |
| HEC | (header error control) поле контроля ошибок (crc заголовка). |
/p> Ячейка DQDB отличается от ячейки ATM тем, что не содержит поля VPI (идентификатор виртуального пути), а поле VCI имеет на 4 бита больше. Упрощенная схема подключения узлов к сети показана на рис. 4.1.9.3. Шины А и Б служат для передачи ячеек в противоположных направлениях. Если станция намерена передать ячейку по шине Б, она должна выполнить резервирование заранее на шине А, осуществив запись 1 в бит request соответствующей ячейки.
Рис. 4.1.9.3. Топология сети DQDB
Каждый из узлов подключен к обеим шинам. По каждой из шин всегда циркулирует фиксированное число контейнеров. Содержимое контейнеров может передаваться с одной шины на другую. В сети DQDB используются следующие типы сегментов:
одиночный сегмент (не нужно никакой сегментации);
первый сегмент (первая ячейка сегментированного МАС-кадра);
промежуточный сегмент фрагментируемого mac-кадра;
последний сегмент (последняя ячейка сегментированного МАС-кадра)
Поле MID остается идентичным для всех DQDB ячеек сегментированного МАС-кадра. Поле ACF содержит биты busy и request, которые используются в рамках механизма qpsx. Бит busy=1 указывает на то, что ячейка занята. Бит request=1 устанавливается узлом, который ждет возможности начать передачу. В каждом узле имеется счетчик запросов RC(request counter), который фиксирует число узлов, ожидающих передачи и стоящих в очереди впереди данного узла. Содержимое счетчика увеличивается всякий раз, когда по шине А проходит контейнер с битом busy=1. Счетчик декрементируется при появлении на шине Б контейнера со свободным битом request. Когда станция сама намеривается передать кадр, содержимое RC переносится в реверсивный счетчик DC, а в регистр RC заносится нуль. Код в DC уменьшается на единицу при получении контейнера с битом busy=1. DC определяет положение запроса в очереди (нуль соответствует началу очереди). Если получен контейнер с request=0 и DC=0, узел может передать ячейку по данной шине. Каждый узел может осуществлять передачу и прием по любой из шин А и Б.В сети DQDB предусмотрено 4 уровня приоритетов и каждый узел поддерживает до 5 очередей с RC и DC счетчиками для каждой из очередей. Для индикации приоритета в поле ACF предусмотрено 4 двоичных разряда (R1, R2, R3 и R4). Высшему приоритету соответствует R4. Схема сегментирования MAC-кадра при передаче с помощью DQDB ячеек показана на рис. 4.1.9.4.
Рис. 4.1.9.4. Сегментация МАС-кадра
Сети DQDB могут иметь размер до 160 км при скорости передачи данных 44,736 Мбит/с (Т3).
Сети FDDI
Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru
Одной из наиболее популярных сетей, использующих оптическое волокно, (не считая fast ethernet) является FDDI. FDDI (fiber distributed data interface, ISO 9314-1, rfc-1512, -1390, -1329, -1285 - смотри также ) стандарт американского института стандартов (ansi), принятый без изменения ISO. Протокол рассчитан на физическую скорость передачи информации 100 Мбит/с и предназначен для сетей с суммарной длиной до 100км (40 км для мультимодовых волокон) при расстоянии между узлами 2 км или более. Частота ошибок в сети не превышает 10-9. В FDDI используется схема двойного кольцевого счетчика (рис. 4.1.6.1; буквами a,b,c,d и e обозначены станции-концентраторы). Кольцевая схема единственно возможное решение для оптического волокна (не считая схемы точка-точка). Для доступа к сети используется специальный маркер (развитие протокола IEEE 802.5 - Token Ring). Сети FDDI не имеют себе равных при построении опорных магистралей (backbone) локальных сетей, позволяя реализовать принципиально новые возможности – удаленную обработку изображений и интерактивную графику. Обычно устройства (DAS - dual attached station) подключаются к обоим кольцам одновременно. Пакеты по этим кольцам движутся в противоположных направлениях. В норме только одно кольцо активно (первичное), но при возникновении сбоя (отказ в одном из узлов) активизируется и второе кольцо, что заметно повышает надежность системы, позволяя обойти неисправный участок (схема соединений внутри станций-концентраторов на рис. 4.1.6.1 является сильно упрощенной). Предусмотрена возможность подключения станций и только к одному кольцу (SAS - single attached station), что заметно дешевле. К одному кольцу можно подключить до 500 das и 1000 sas. Сервер и клиент имеют разные типы интерфейсов.
Рис. 4.1.6.1. Схема связей в двойном кольце FDDI
Топология связей в FDDI устроена таким образом, что отказ в любом из узлов из-за выхода из строя оборудования или отключения питания не приведет к разрыву кольца, поток кадров автоматически пойдет в обход поврежденного участка.
FDDI позволяет работать с кадрами размером 4500 октетов, за вычетом места, занимаемого преамбулой, остается 4470 октетов для передачи данных. RFC-1188 резервирует 256 октетов для заголовков, оставляя для данных 4096 октетов. Маршрутизатор, поддерживающий протокол FDDI должен быть способен принимать такие длинные пакеты. Посылаться же должны дейтограммы не длиннее 576 октетов, если не ясно, сможет ли адресат принимать длинные кадры.
Услуги информационного канала (data link service) реализуются через протокол IEEE 802.2 logical link control (LLC). В результате мы имеем следующий стек протоколов (рис. 4.1.6.2):
| IP/ARP |
| 802.2 llc |
| FDDI MAC |
| FDDI PHY |
| FDDI PMD |
Рис. 4.1.6.2. Схема протокольных подуровней для FDDI
Уровень MAC (media access control) определяет доступ к сетевой среде, включая формат кадров, адресацию, алгоритм вычисления crc и механизм исправления ошибок. Уровень PHY (physical layer protocol) задает процедуру кодирования/декодирования, синхронизацию, формирование кадров и пр. В качестве базовой используется кодировка 4b/5b (преобразование 4-битного кода в 5-битный), а в канале - NRZI. Уровень PMD (physical layer medium) определяет характеристики транспортной среды, включая оптические каналы, уровни питания, регламентирует частоту ошибок, задает требования к оптическим компонентам и разъемам. Блок схема интерфейса между уровнями MAC и PHY показана на рис. 4.1.6.3.
Рис. 4.1.6.3. Схема физического интерфейса FDDI
ip-дейтограммы, ARP-запросы и отклики, пересылаемые по сети FDDI, должны инкапсулироваться в пакеты 802.2 LLC и SNAP (subnetwork access protocol; см. рис. 4.1.6.4 и 4.1.6.5), а на физическом уровне в FDDI MAC. Протокол snap должен использоваться с организационными кодами, указывающими, что SNAP-заголовок содержит код Ethertype. 24-битовый организационный код (organization code) в snap должен быть равен нулю, а остальные 16 бит должны соответствовать Ethertype (см. assigned numbers, RFC-1700; IP=2048, ARP=2054).
Все кадры должны пересылаться в соответствии со стандартом 802.2 LLC тип 1 (формат ненумерованной информации, с полями DSAP (destination service access point) и SSAP (source service access point) заголовка 802.2, равными предписанным значениям SAP (service access point) для SNAP.
Рис. 4.1.6.4. Структура некоторых полей заголовков пакетов
Полная длина LLC- и SNAP-заголовков составляет 8 октетов.
Десятичное значение k1 равно 170 .
k2 равно 0.
Управляющий код равен 3 (ненумерованная информация).
Для преобразования 16- или 48-разрядного FDDI-адреса в 32-разрядный IP-адрес используется протокол ARP. Операционный код равен 1 для запроса и 2 для отклика. Спецификация FDDI MAC определяет максимальный размер кадра равным 4500 октетам, включая 16-октетную преамбулу. Преамбула состоит из кодов 11111, стартовый разделитель имеет вид 1100010001, а оконечный разделитель - 0110101101 (во всех случаях применена 5-битовая нотация). Контрольная сумма CRC вычисляется для полей, начиная с поля управление по данные включительно.
Рис. 4.1.6.5. Формат пакета протокола FDDI
Вычитая 8 байт LLC/SNAP заголовка, получаем значения максимального размера пакета (MTU) 4470 (4478) октетов. Для совместимости размер пакетов для IP-дейтограмм и ARP-пакетов согласуется с требованиями конкретной сети. FDDI реализует маркерный доступ, формат пакета-маркера имеет вид, показанный на рис. 4.1.6.6. В зависимости от размера кольца в нем могут циркулировать несколько маркеров.
Рис. 4.1.6.6. Формат кадра-маркера
802.2 класс I LLC требует поддержки команд ненумерованная информация (UI), команд и откликов exchange identification (XID), а также test. Станции не обязаны уметь передавать команды XID и test, но должны быть способны посылать отклики.
Командные кадры идентифицируются по нулевому младшему биту SSAP-адреса. Кадры-отклики имеют младший бит SSAP-адреса равный 1. UI-команды содержат в управляющем поле LLC код 3.
Команды/отклики XID имеют код поля LLC, равный 175 (значение десятичное) при значении бита poll/final=0 или 191 при poll/final=1. Код управления LLC для команд/откликов test равен 227, если poll/final=0, и 243 при poll/final=1.
Отклики и команды UI при poll=1 игнорируются. Команды UI, имеющие отличные от snap sap в DSAP- или SSAP-полях, не считаются пакетами IP или ARP.
При получении команд XID или test должен быть послан соответствующий отклик. Отклик посылается, когда DSAP равен SNAP SAP (170), null SAP (0), или при global SAP (255). При других DSAP отклики не посылаются.
При посылке отклика на команды XID или test, значение бита final отклика должно быть равно значению бита poll команды. Кадр отклика XID должен включать в себя информационное поле 802.2 XID 129.1.0, указывающее на класс услуг 1 (не требующих установления связи).
Кадры отклика test должны соответствовать информационному полю кадра команды test.
Для начала передачи станция должна получить в свое распоряжение маркер. Если станция находится в пассивном состоянии, она передает маркер следующей станции. Но из-за большой протяженности колец FDDI время задержки здесь заметно больше, чем в случае Token Ring. В кольце FDDI может находиться несколько кадров одновременно. Станция сама удаляет кадры из кольца, посланные ей самой. Все станции должны иметь таймер вращения маркера (TRT – token rotation time), который измеряет время с момента, когда станция последний раз принимала этот пакет. Имеется переменная TTRT (target token rotation time). Значение TRT сравнивается с TTRT и только приоритетные кадры могут быть переданы при TRT> TTRT. Обычная передача данных контролируется таймером THT (token hold timer). Когда станция получает маркер, она заносит TRT в таймер THT, который начинает обратный отсчет. Станция может посылать кадры до тех пор, пока THT остается больше TTRT. В действительности THT определяет максимальное число октетов (символов), которое может быть послано станцией в рамках одного кадра (THT задает предельное время, в течение которого станция может передавать данные).
IEEE специфицирует числа как последовательности бит, где младший бит передается первым. В протоколах Интернет порядок бит другой, что может вызывать ошибки. Ниже приведена краткая таблица (4.1.6.1) соответствия для некоторых из чисел.
Таблица 4.1.6.1
Число | ieee двоичное | Интернет двоичное | Интернет десятичное |
| UI | 11000000 | 00000011 | 3 |
| SAP для SNAP | 01010101 | 10101010 | 170 |
| global SAP | 11111111 | 11111111 | 255 |
| null SAP | 00000000 | 00000000 | 0 |
| XID | 11110101 | 10101111 | 175 |
| XID poll/final | 11111101 | 10111111 | 191 |
| XID info | 129.1.0 | ||
| test | 11000111 | 11100011 | 227 |
| test poll/final | 11001111 | 11110011 | 243 |
/p> Оптоволокно особенно привлекательно для сетей, где ЭВМ размещены в далеко отстоящих друг от друга зданиях и при высоком уровне электромагнитных наводок. Оптоволокно является незаменимой средой для широкополосных каналов связей (вспомним теорему Шеннона). Привлекательна такая среда и с точки зрения надежности (бульдозеры, рвущие кабель, не в счет) и безопасности (отсутствие внешних излучений). Расстояние между станциями при использовании такого кабеля может достигать 8-9 км (а не 2 км, как в случае многомодового кабеля с полосой 500МГц/км). Зарубежные одномодовые кабели группы 1 допускают максимальное расстояние между узлами в 10 км, а группы 2 - 40 км при полосе пропускания 1 Гбит/с. Подключение к сети fddi производится обычно через фотооптические трансиверы (ФОТ), которые преобразуют оптический сигнал в электрический. Источником света является светоизлучающий диод с длиной волны 1350 или 1500 нм. Толщина передающего оптоволокна равна 50/125 или 62.5/125 микрон (числитель - диаметр несущего свет волокна; знаменатель - внешний диаметр клэдинга; числа относятся к мультимодовому волокну). При выборе того или иного кабеля следует иметь в виду, что ослабление более 11дБ не допустимо, при большем ослаблении число ошибок в процессе передачи становится слишком большим. Именно это ограничение ставит верхний предел на длину при использовании многомодового волокна (при длине 2 км ослабление достигает 10,5 дБ). Выбирая оптические разъемы, нужно помнить, что хороший разъем не должен вносить ослабление более 2 дБ. Там где это возможно, предпочтительнее сварка волокон, которая при качественном исполнении вносит ослабление сигнала не более 0,3 дБ. На случай выхода из строя оборудования или отключения питания удобно использовать обводящие оптические переключатели (но они вносят ослабление около 2.5-4 дБ). При их использовании предельное расстояние между узлами должно быть сокращено более чем вдвое. Если видно, что потери достигают критического уровня, следует выбирать кабель с волокном 62.5/125 микрон.
При прокладке оптического кабеля нельзя допускать слишком малых радиусов перегибов (возможен обрыв волокна, увеличиваются потери света). Кабели, относящиеся к разным кольцам fddi, следует разнести, в этом случае один бульдозер не сможет оборвать сразу оба кабеля.
FDDI-кадры используют заголовки, определяемые стандартом IEEE 802.2 (LLC - logical link control), который не имеет поля тип, присутствующий в Ethernet-заголовке. FDDI и ethernet имеют разный порядок передачи битов, поэтому мосты и маршрутизаторы между FDDI и Ethernet должны уметь выполнять соответствующие преобразования. В силу особенностей маршрутизаторов не все протоколы могут быть реализованы на стыке FDDI и Ethernet (например, DEC LAT работать не будет). Для решения проблемы созданы гибридные приборы (brouter), которые для одних протоколов работают как маршрутизаторы, являясь мостами для других. Эти приборы для одних пакетов прозрачны, другие же пересылаются с использованием инкапсуляции. Учитывая то, что FDDI может пересылать до 400000 пакетов в секунду, схемы распознавания адресов моста должна иметь соответствующее быстродействие.
Нетрадиционным для других сетей является концентратор, используемый в FDDI. Он позволяет подключить несколько приборов SAS-типа к стандартному FDDI-кольцу, создавая структуры типа дерева. Но такие структуры несут в себе определенные ограничения на длины сетевых элементов, так при использовании повторителя удаление не должно превышать 1,5 км, а в случае моста 2,5 км (одномодовый вариант). Несмотря на эти ограничения и то, что базовой топологией сетей FDDI является кольцо, звездообразные варианты также имеют право на жизнь, допустимы и комбинации этих топологий. В пределах одного здания подключение целесообразно делать через концентратор, отдельные же здания объединяются по схеме кольцо. К кольцу FDDI могут также легко подключаться и субсети Token Ring (через мост или маршрутизатор).
Концентраторы бывают двух типов: DAS и SAS. Такие приборы повышают надежность сети, так как не вынуждают сеть при отключении отдельного прибора переходить в аварийный режим обхода.
Применение концентраторов снижает и стоимость подключения к FDDI. Концентраторы могут помочь при создании небольших групповых субсетей, предназначенных для решения специфических задач (например, CAD, CAM или обработка изображений).
Новым устройством, используемым в FDDI-узлах, являются межузловые процессоры (internetwork nodal processor - INP), которые являются развитием идей front end processor (FEP). INP, благодаря модульности, может помочь пользователю адаптироваться к изменениям, постоянно происходящим в сетях, где он работает. INP может выполнять функции многопротокольного моста или маршрутизатора. Управление FDDI-оборудованием производится с помощью протокола SNMP и базы данных MIB. Предусмотрены некоторые дополнительные диагностические средства, которые выявляют не только аппаратные сбои, но и некоторые программные ошибки. Применение мостов для объединения FDDI-сетей позволяет обеспечить высокую степень сетевой безопасности и решить многие топологические проблемы, снять ограничения с предельного числа DAS-подключений (<500). Выбор между мостом и маршрутизатором определяется тем, что важнее, стоимость, гибкость системы илу высокая пропускная способность.
На рис. 4.1.6.7 показан пример использования сети FDDI для доступа нескольких субсетей к общему серверу без взаимного влияния потоков данных. Сегменты 1 и 2 представляют собой субсети Ethernet (10 Мбит/с). Учитывая то, что FDDI имеет пропускную способность 100 Мбит/с, даже при подключении 10 субсетей взаимовлияние их будет практически отсутствовать. Два кольца FDDI, показанные на рис. 4.1.6.7, могут быть объединены друг с другом через мост или маршрутизатор. Сетям FDDI благодаря маркерному доступу не знакомы столкновения в том виде, в каком они существуют в Ethernet и это дает им определенное преимущество перед сетями равного быстродействия, например перед быстрым Ethernet (также 100 МГц). Существует версия FDDI приспособленная для передачи мультимедийной информации. Возможна реализация FDDI на скрученных парах проводов.
Рис. 4.1.6.7. Схема использования кольца FDDI для расширения пропускной способности локальной сети
При обрывах оптоволокна возможно частичное (при двух обрывах) или полное (при одном обрыве) восстановление связности сети.
Рис. 4.1.6.8. Варианты связей в случае обрывов волокон
