Рассмотрим стандарт Gigabit Ethernet. По существу являющийся расширением технологий 10BaseT и 100BaseT и первоначально определенный в IEEE 802.3z, Gigabit Ethernet может работать в обоих режимах передачи данных — полудуплексном и полнодуплексном, однако встречается только полнодуплексная реализация. Gigabit Ethernet сохраняет традиционный для IEEE 802.3 тип кадра, который позволяет ему без проблем интегрироваться в существующие сети 10BaseT и 100BaseT.
Вначале в качестве физической основы использовалась та же самая физическая сигнальная топология, что и для оптоволоконного канала передачи, хотя 802.3ab — поздняя версия стандарта добавила в качестве физической среды передачи не экранированную витую пару UTP Cat5. Институт IEEE не установил максимальное расстояние, на которое Gigabit Ethernet может передавать данные по различным физическим средам передачи.
Вместо этого он задал минимальное расстояние, которое реализация должна соблюдать, чтобы соответствовать стандарту. Для стандарта 1000BaseSX это 2-275 м для многомодового оптоволоконного кабеля (MMF, Multimode Fiber) в 62,5 мкм, 2-550 м для MMF в 50 мкм. Для 1000BaseLX это 2-550 м для MMF и 2-5000 м для SMF (Single Mode Fiber). Сейчас производители предлагают варианты Gigabit Ethernet, которые передают данные по одномодовому оптоволоконному кабелю (SMF) на значительно большие расстояния, чем эти.
Например, 1000BaseLX/LH от компании Cisco работает на расстояниях свыше 10 000 м для стандарта SMF, тогда как 1000BaseZX передает данные на расстоянии свыше 100 км по оптоволокну со смещенной дисперсией (DSF, Dispersion-Shifted Fiber). Реализация передачи на такие расстояния является той характеристикой Gigabit Ethernet, что переносит технологию Ethernet из масштабов сети офисной ЛВС в региональную вычислительную сеть.
Эта недорогая, простая в понимании технология с коротким временем развертывания быстро становится предпочтительным выбором для узкополосных провайдеров в городских областях. Рабочая группа IEEE также начала работу над 802.3ad — стандартом, определяющим 10-гигабитный стандарт Ethernet, и уже начались разговоры о 100-гигабитном Ethernet.
Структура МАС-адресации кадра
Взаимодействие, осуществляемое посредством локальной сети, включает передачу кадра от одного адаптера ЛВС к другому или к большему количеству адаптеров назначения. Чтобы адаптер ЛВС мог определить, что передаваемый кадр предназначен для него, требуется наличие некоторой формы адресации.
Все стандарты IEEE 802 используют общую схему МАС-адресации. Стандарты IEEE 802.3 поддерживают два формата адресов: адрес длиной 2 октета и адрес длиной 6 октетов. 2-октетная форма реализуется редко (если вообще встречается) и не будет рассматриваться здесь. Универсальной является 6-октетная форма.
МАС-адрес может представлять один адаптер ЛВС или группу адаптеров ЛВС. Последняя разновидность обеспечивает поддержку многоточечной адресации. Чтобы различать два класса адресов, IEEE присвоил первому передаваемому биту специальное значение. Если этот бит установлен, это означает, что следующий за ним адрес является групповым адресом. Одна из форм группового адреса, часто используется в ЛВС, представляет собой широковещательный адрес, обрабатываемый всеми принявшими его адаптерами ЛВС.
Чтобы предотвратить выпуск производителями соответствующих стандартам адаптеров ЛВС с идентичными адресами, IEEE осуществляет управление адресным пространством. Если производитель хочет выпускать адаптеры ЛВС, он обращается к IEEE и ему выделяется пул адресов. Назначение адресов осуществляется указанием определенного префикса, который должен использоваться во всех адаптерах ЛВС, выпускаемых данным производителем.
Префикс включает первые три октета МАС-адреса и называется идентификатором производителя (OUI, Organizationally Unique Identifier). Производитель волен использовать любые значения для оставшихся трех октетов — порядка 16 миллионов возможных адресов. Производители по мере необходимости могут вводить дополнительные префиксы. Следующий пример иллюстрирует пример МАС-адреса.
Распределенный опрос с маркерным доступом: IEEE 802.5
Передача маркера является схемой MAC, которая гарантирует упорядоченный последовательный доступ к локальной сети для всех адаптеров ЛВС. Чтобы обеспечить это, в локальную сеть помещается один маркер (token), который передается от одного адаптера ЛВС к другому. Если при получении маркера адаптер ЛВС имеет какие-либо предназначенные для передачи данные, он может это сделать.
Если адаптеру нечего передавать, он просто перенаправляет маркер следующему адаптеру ЛВС. Маркер не является физическим объектом — это специальная последовательность битов, которая распознается всеми адаптерами ЛВС как маркер. Несмотря на то, что данная концепция является простой, эта простота может быть отчасти обманчивой. Протокол многое предполагает и, следовательно, многое может пойти не так.
Протокол должен быть готов к разрешению многочисленных проблемных ситуаций. Например, протокол предполагает упорядоченное расположение адаптеров ЛВС. Более того, он полагает, что адаптеры ЛВС организованы в замкнутый контур, чтобы позволить маркеру бесконечно циркулировать между ними. Если адаптеры являются частью кольцевой топологии, то упорядочивание осуществляется аппаратным обеспечением.
Протокол также должен иметь защиту от ситуации, когда один адаптер ЛВС монополизирует пропускную способность сети. Вместо навязывания максимального размера кадра большинство схем передачи маркера вводят таймеры. Обычно таймер контролирует, насколько долго отдельно взятый адаптер ЛВС может удерживать маркер, прежде чем вернуть его обратно в сеть. Передача маркера по существу является схемой MAC без коллизий.
Использование маркера ограничивает передачу в любой момент времени одним адаптером ЛВС. К сожалению, это также вносит некоторую незначительную ненужную задержку. Если адаптеру ЛВС необходимо передать данные, он вынужден ждать маркера, даже если ни один из адаптеров сети в данный момент ничего не передает. Это называется задержкой низкой загрузки (low-load delay) или задержкой нулевого трафика (zero-traffic delay).
Максимальная задержка низкой загрузки равна задержке кольца, т. е. времени, которое требуется сигналу, чтобы обойти кольцо. В кольце максимального размера эта задержка составляет приблизительно 0,000078 с. В сети со скоростью передачи данных 4 Мбит/с это соответствует передаче приблизительно 40 октетов. В сети 16 Мбит/с максимум равняется времени передачи приблизительно 160 октетов. Вспомним, что в топологии «кольцо» передача осуществляется от адаптера к адаптеру вокруг кольца.
Если не будет механизма выхода из этого цикла, то переданный кадр будет циркулировать по сети бесконечно. Чтобы обеспечить широковещательной природу кольца и минимизировать задержку, передающий адаптер ЛВС отвечает за «уборку» за собой. Отметим потенциальную возможность для возникновения проблем. Если передающий адаптер ЛВС выйдет из строя прежде, чем удалит из кольца переданный им кадр, кадр может циркулировать по кольцу бесконечно.
Подобным образом может быть потерян маркер. Чтобы решить эти (и другие) потенциальные проблемы, некоторые адаптеры ЛВС в кольце принимают на себя роль монитора. Процесс выбора адаптеров ЛВС для выполнения этих функций и выявления ситуации, когда эти функции утрачены, также является полностью распределенным. IEEE стандартизирует схему MAC Token Ring (кольцо с передачей маркера) в спецификации IEEE 802.5, которая определяет схему распределенного опроса, описывающую использование протокола передачи маркера в топологии «кольцо».
Стандарт поддерживает скорости передачи 1, 4 и 16 Мбит/с, хотя сети 1 Мбит/с с передачей маркера больше на рынке не предлагаются. Сети Token Ring могут быть реализованы на основе экранированной витой пары (STP, Shielded Twist Pair), различных классах неэкранированной витой пары (UTP, Unshielded Twist Pair) или многомодового оптоволоконного кабеля.
