10.2. Применение в локальных сетях

Локальные сети предоставляют высокоскоростное соединение компьютерных систем, позволяя пользователям разделять данные или другие ресурсы, такие, как принтеры. Различные архитектуры ограничивают физический размер локальных сетей, но в каждом случае кабельная система ограничена собственностью владельца. Каналы, выходящие за пределы вычислительного узла и пересекающие общественную собственность, образуют региональные или глобальные сети и должны быть предоставлены провайдерами телекоммуникационных сетей, что обсуждается в разделе 10.3.

Далее следует краткое обсуждение различных технологий локальных сетей, использующих волоконно-оптические кабели.

10.2.1. FOIRL

Это спецификация волоконно-оптической связи повторителей (fiber optic inter-repeater link specification - FOIRL). Она была разработана как часть стандарта IEЕЕ 802.3 CSMA/CD (Ethernet). Это дало возможность расширять сегменты Ethernet на основе медных коаксиальных кабелей и кабелей с витой парой с использованием волоконно-оптического кабеля. Это позволяет создавать сегменты линии связи между повторителями до 2000 м при стандартной скорости передачи данных Ethernet 10 Мбит/с.

10.2.2. 10BaseF

Этот стандарт основан на топологии звезды с использованием коммутационных концентраторов. Он содержит три архитектуры, как показано на рис. 10.2. Это:

10BaseFL

Стандарт сегмента волоконной линии связи, являющийся в основном усовершенствованием существующего стандарта FOIRL до 3 км. Отметим, что это соединение между двумя повторителями в сети и сюда не могут быть подключены другие узлы.

10BaseFP

Сеть на основе топологии звезды, основанная на использовании пассивных волоконно-оптических звездообразных соединителей. На одну звезду может приходиться до 33 портов, каждый сегмент может иметь максимальную длину 500 м. Пассивный концентратор полностью нечувствителен к внешним помехам и является отличным выбором в промышленном окружении с сильными помехами.

10BaseFB

Сегмент магистральной волоконной линии связи, в котором данные передаются синхронно. Он предназначен лишь для подключения повторителей, а повторители, использующие этот стандарт, должны включать в себя встроенный трансивер. Это снижает необходимое для передачи через повторитель концентратора время. Максимальная длина линии связи 2 км, хотя в каскад могут быть собраны до 15 повторителей, обеспечивая большую гибкость в проектировании сети.

Рис. 10.2. Архитектуры 10BaseF

100BASE-TX

Это технология локальной сети со скоростью 100 Мбит/с, в которой может использоваться волоконно-оптический кабель. Она поддерживается фирмами David Systems, DEC, Grand Junction Networks, Intel, National Semiconductor, SUN Microsystems, SynOptics и 3COM и стремится объединить два стандарта:

• Ethernet MAC (IEEE 802.3);
• зависимый от физического носителя FDDI (стандарт ANSI ХЗТ9.5).

Здесь подуровень MAC IEEE 802.3, работающий на скорости 100 Мбит/с, используется без изменений. Максимальный (1518 октетов) и минимальный (64 октета) размеры кадра остаются без изменения. Время передачи естественным образом снижается в 10 раз, поэтому, например, промежуток между кадрами в 96 битов сокращается до 0,96 микросекунды.

Существенно, что здесь используется трехуровневый код. Это позволяет каждым изменением сигнала кодировать комбинации из четырех битов. Следовательно, для узкополосного сигнала 31,25 МГц это дает поток сигнальных битовТ25 Мбит/с, создавая пропускную способность 100 Мбит/с (кодер 4 бита/5 бит). На уровне MAC используется кодирование без возврата к нулю (NRZ). Этот код подается затем в шифратор, который обеспечивает отсутствие недействительных групп в выходе кода без возврата к нулю с инвертированием (NRZI). Преобразованные в NRZI данные передаются трехуровневому кодирующему блоку, с выхода которого сигнал посылается трансиверу.

В трехуровневом коде, или MLT-3, как его называют, есть три уровня напряжения: 0, + 1, +2 вольта. Это дает сигнал с меньшей частотой. Устойчивость к помехам невысока из-за многоуровневой системы кодирования; поэтому требуется кабель класса передачи данных (5-категория).

Для 100BASE-X необходимы две пары проводов категории 5,. коннекторы RJ-45 и концентратор (хаб). Эти факторы и максимальное расстояние между концентраторами 100 м делают архитектуру очень похожей на 10BASE-T. Общий размер сети 250 м. 100BASE-TX поддерживает также использование кабеля IBM типа 1 (2 экранированные витые пары) и оптическое волокно. Стоимость от двух до трех раз выше стоимости стандартных 10 Мбит/с кабелей.

100VG-AnyLAN

Это еще одна технология локальной сети 100 Мбит/с, которая может использовать волоконно-оптический кабель. Она была разработана фирмами Hewlett Packard и IBM и поддерживается компаниями Proteon, AT&T, Ungermann-Bass. "AnyLAN" ("любая сеть") в названии указывает, что она спроектирована для работы с пакетами как Ethernet, так и маркерного кольца. Отметим, что она не обеспечивает работу с обоими типами сетей одновременно.

Ключевым преимуществом здесь является обеспечение приоритетного доступа по запросу в пакетах сообщений, дающее возможность более важным сообщениям, таким, как кадры мультимедийного машинного фильма, попадать в пункт назначения быстрее. Исследуется комитетом IEEE 802.12 для универсальных приложений.

Узел посылает сообщения концентратору с использованием четырех пар проводов. Затем концентратор передает сообщения на узел назначения. Концентратор обслуживает сначала сообщения с более высоким приоритетом; если все сообщения имеют одинаковый приоритет, они обслуживаются стандартным циклическим алгоритмом.

Используется двухуровневый NRZ-вывод, пять битов данных упаковываются в шесть передаваемых битов. Четыре пары неэкранированной витой пары используется в полудуплексном режиме (то есть одновременно осуществляется только передача или только прием). Провод категории 3 используется благодаря меньшей частоте сигнализации с параллельной передачей данных по четырем парам проводов.

Будущие реализации этой технологии разрабатываются для двух экранированных или неэкранированных витых пар, а также для волоконно-оптического кабеля.

Гигабитный Ethernet

Стандарт 802.3z определяет уровень доступа к носителю гигабитного Ethernet, а также три различных физических уровня: lOOOBaseLX и lOOOBaseSX, использующие волокно, и lOOOBaseCX на медной основе.

Первоначально ШМ разработала эти физические уровни для волоконных систем связи ANSI с кодированием 8 бит/10 бит для снижения требуемой полосы пропускания для посылки высокоскоростных сигналов.

Следующий стандарт, 1000Base-TX, был разработан для обслуживания по четырем парам кабеля класса 5.

1000Base-SX использует диоды 850 нм и работает на расстояниях примерно 500 м.

1000Base-LX использует лазеры 1300 нм и может работать на расстояниях вплоть до 80 км, в зависимости от вида используемого лазера.

10 гигабитный Ethernet

Основы стандарта 10 Гбит Ethernet (GE) были завершены комитетом IEEE в сотрудничестве с 10GEA (10 GB Ethernet Alliance - объединение 10 GB Ethernet) в 2002 г. Сейчас различные компании находятся в процессе реализации продуктов.

Между 1 Гбит/с и 10 Гбит/с Ethernet есть ряд фундаментальных различий. Они включают:

• у 1 GE есть стандарты для работы с волоконными кабелями и кабелями на медной основе, тогда как 10 GE (в настоящее время) стандартизирован лишь для волоконных кабелей;
• 10 GE был разработан для непосредственного подключения к сетям SONET и SDH;
• 1 GE использует кодирование 8 бит/10 бит, тогда как для 10 GE была разработана новая схема кодирования;
• 1 GE может работать в режиме CSMA/CD (полудуплексном) или в полнодуплексном режиме, тогда как 10 GE может работать лишь в полнодуплексном режиме.

Распределенный интерфейс передачи данных по волоконно-оптическим каналам (FDDI)

Это система на основе высокоскоростного маркерного кольца, использующая в качестве среды передачи волоконно-оптические кабели. Она основана на стандарте Американского национального института стандартизации (ANSI) Х3Т9.5, который теперь принят в качестве стандарта ISO 9314. Стандарт включает в себя физический уровень, уровень MAC и спецификации управления станциями (SMT - station management specifications) и поэтому в общих чертах аналогичен стандартам IEEE в отношении модели OSI.

Стандарт FDDI определяет два физических кольца, которые одновременно передают данные в противоположных направлениях (они называются спаренными противоположнс направленными кольцами). Это сделано для повышения надежности сети, причем обходное переключение автоматически перенаправляет пакеты в случае повреждения кабеля иль. станции, как показано на рис. 10.3.

Рис. 10.3. Архитектура FDDI с двойным кольцом

Базовые кабели, использующиеся для FDDI, имеют двойной сердечник с поляризованными коннекторами на каждом конце для предотвращения неправильного подключения передающего и принимающего волокон и нарушения работы всей сети. Обычно устанавливается многомодовое волокно с диаметром 62,5 мкм, работающее на 1300 нм и обеспечивающее расстояние между повторителями 2 км. Может также использоваться одномодовое волокно диаметром 8 мкм, обеспечивающее расстояние между повторителями до 60 км.

FDDI использует кодирование 4 бита на 5 бит, когда каждые 4 бита данных кодируют в слове или символе из пяти ячеек. Это дает возможность обеспечивать скорость передачи данных 100 Мбит/с тактовой частотой 125 МГц. Символы выбираются таким образом, чтоб каждом символе передается не более трех последовательных нулей, чтобы обеспечить адекватные переключения таймеров для синхронизации приемников.

Одно кольцо FDDI может быть длиной до 200 км и иметь 1000 подключенных к нему станций. Практически, поскольку при повреждении кольца каждый узел проходится дважды, это означает, что первичное кольцо может быть до 100 км с 500 станциями. Сети FDDI могут использоваться для следующих приложений:

• как опорная высокоскоростная сеть, к которой могут подключаться другие сети;
• как серверная сеть, или сеть "машинного зала", для подключения мейнфреймов, мини-компьютеров и периферии;
• как интерфейсная или высокоскоростная локальная сеть, соединяющая высокоскоростные рабочие станции.