7. Типы устройств
В настоящее время поставляется полный перечень сетевых продуктов Gigabit Ethernet: сетевые карты, повторителе, коммутаторы, а также маршрутизаторы. Предпочтение отдается устройствам с оптическим интерфейсами (1000Base-FL, 1000Base-SX) Duplex SC. Так как стандартизация оптических интерфейсов произошла примерно на 1 год раньше, чем интерфейса на витую пару, то подавляющее число устройств, поставляемых сегодня, имеют волоконно-оптические физические интерфейсы.
Сетевая карта Gigabit Ethernet. Выпускаю сетевые карты на шины PCI, SBus и др. Ниже приведены основные технические характеристики сетевой карты G-NIC, выпускаемой фирмой Packet Engines:
64/32 бит PCI мастер адаптер;
Oбеспечивает на частоте 33 МГц пропускную способность 2 Гбит/с;
Два независимых процессора, ответственных за прием и передачу пакетов, сильно разгружают центральный процессор рабочей станции
Поддержка стандартов IEEE 802.3x дуплексной передачи и IEEE 802.3z обеспечивает максимальную совместимость с другими устройствами.
Поставляются драйверы для операционных систем: Windows 95 (NDIS3); Windows NT (NDIS4, NDIS5, Intel и DEC Alpha процессоры); Novell NetWare (ODI 3.12 или выше); Solaris (2.5x, PCI и SBus); DEC UNIX (4.3 BSD); SGI IRIX (5.3 и 6.2); HP-UX (10.20); Linux; FreeBSD
Буферный повторитель. Устройства Ethernet поддерживают дуплексный режим как на физическом уровне, так и на уровне MAC. Традиционные повторители с портами RJ-45 (10Base-T, 100Base-TX) хотя и имеют дуплексную связь на физическом уровне из-за логической топологии шина внутри себя могут поддерживать только полудуплексный режим, благодаря чему создается коллизионный домен ограниченного диаметра. Хотя в стандарте Gigabit Ethernet допускается использование традиционных повторителей, представляется более эффективным новое устройство - буферный повторитель. Протокол CSMA/CD реализует метод доступа к сети но не к сегменту. Буферный повторитель - это многопортовое устройство с дуплексными каналами связи, (рис.7). Каждый порт его имеет входной и выходной буферы. Разумеется удаленное устройство, подключено к повторителю также должно поддерживать дуплексную связь на физическом и MAC уровнях. Очередной кадр, прибывая на входной порт, размещается в очереди входного буфера порта и далее пересылается в выходные буферы остальных портов (за исключением выходного буфера этого порта). Внутри повторителя отрабатывается протокол CSMA/CD, на основе которого кадры из входных буферов переходят в выходные буферы других портов.
Поскольку в сегментах нет коллизий, ограничения на их длину могут возникать только из-за физических характеристик кабельной системы. В этой связи ВОК представляется более перспективным, чем витая пара ограниченная длиной 100 м.
|
Рис.7. |
Архитектура буферного повторителя Gigabit Ethernet |
Удаленный узел, передавая серию кадров способен переполнить входной буфер порта повторителя, что может привести к потере кадров. Во избежании этого стандартизован основанный на кадрах контроль потока (frame based flow control), известный как 802.3x. Протокол работает на уровне MAC и предназначен для использования в дуплексных линиях.
Буферный повторитель обеспечивает дуплексную связь как и коммутатор, но не такой дорогой, поскольку является просто расширением традиционного повторителя.
Коммутаторы. Перечислим наиболее важные черты коммутаторов Gigabit Ethernet:
поддержка дуплексного режима по всем портам;
поддержка контроля потока основанного на кадрах IEEE 802.3x;
наличие портов или модулей для организации каналов Ethernet, Fast Ethernet;
поддержка физического интерфейса на одномодовый ВОК;
возможность коммутации уровня 3;
поддержка механизма QoS и протокола RSVP;
поддержка стандарта IEEE 802.1Q/p для организации распределенных виртуальных сетей.
Алгоритмы случайного доступа к среде передачи
Первоначально рассматривались три основных подхода в качестве кандидатов для реализации стандарта случайного доступа к среде: непостоянный, 1-постоянный и р-постоянный (рис.2).
|
Рис.2. |
Алгоритмы множественного случайного доступа (CSMA) и выдержка времени в конфликтной ситуации (collision backoff) |
Непостоянный (nonpersistent) алгоритм. При этом алгоритме станция, желающая передавать, руководствуется следующими правилами.
Прослушивает среду, и если среда свободна (т.е. если нет другой передача или нет сигнала коллизии) передает, в противном случае - среда занята - переходит к шагу 2;
Если среда занята, ждет случайное (в соответствии c определенной кривой распределения вероятностей) время и возвращается к шагу 1.
Использование случайного значения ожидания при занятой среде уменьшает вероятность образования коллизий. Действительно, предположим в противном случае, что две станции практически одновременно собрались передавать, в то время, как третья уже осуществляет передачу. Если первые две не имели бы случайного времени ожидания перед началом передачи (в случае, если среда оказалась занятой), а только прослушивали среду и ждали когда она освободится, то после прекращения передачи третей станцией первые две начали бы передавать одновременно, что неизбежно приводило бы к коллизиям. Таким образом случайное ожидание устраняет возможность образования таких коллизий. Однако неудобство этого метода проявляется в неэффективном использовании полосы пропускания канала. Поскольку может случиться, что к тому моменту, когда среда освободится, станция, желающая передавать еще будет продолжать ожидать некоторое случайное время прежде чем решится прослушивать среду, поскольку перед этим уже прослушивала среду, которая оказалась занятой. В итоге канал будет простаивать какое то время, даже если только одна станция ожидает передачи.
1-постоянный (1-persistent) алгоритм. Для сокращения времени, когда среда не занята, мог бы использоваться 1-постоянный алгоритм. При этом алгоритме станция, желающая передавать, руководствуется следующими правилами.
Прослушивает среду, и если среда не занята передает, в противном случае переходит к шагу 2;
Если среда занята, продолжает прослушивать среду до тех пор пока среда не освободится, и как только среда освобождается сразу же начинает передавать.
Сравнивая непостоянный и 1-постоянный алгоритмы, можно сказать, что в 1-постоянном алгоритме желающая передавать станция ведет себя более "эгоистично". По этому, если две или более станций ожидают передачи (ждут пока не освободится среда), коллизия, можно сказать, будет гарантирована. После коллизии станции начинают думать, что им делать дальше.
Р-постоянный (p-persistent) алгоритм. Правила этого алгоритма следующие:
Если среда свободна, станция с вероятность p сразу же начинает передачу или с вероятность (1-p) ожидает в течение фиксированного интервал времени T. Интервал T обычно берется равным максимальному времени распространения сигнала из конца в конец;
Если среда занята, станция продолжает прослушивание до тех пор, пока среда не освободится, затем переходит к шагу 1;
Если передача задержана на один интервал T, станция возвращается к шагу 1.
И здесь возникает вопрос выбора наиболее эффективного значения параметра p. Главная проблема, как избежать нестабильности при высоких загрузках. Рассмотрим ситуацию, при которой n станций намерены передать кадры, в то время как уже идет передача. По окончанию передачи ожидаемое количество станций, которые попытаются передавать будет равно произведению количества желающих передавать станций на вероятность передачи, то есть np. Если np > 1, то в среднем несколько станций будут пытаться передать сразу, что вызовет коллизию. Более того, как только коллизия будет обнаружена, все станции вновь перейдут к шагу 1, что вызовет повторную коллизию. В худшем случае новые станции, желающие предавать, могут добавиться к n, что еще больше усугубит ситуацию, приведя в конечном итоге к непрерывной коллизии и нулевой пропускной способности. Во избежании такой катастрофы произведение np должно быть меньше единицы. Если же сеть подвержена возникновению состояний, когда много станций одновременно желают передавать, то необходимо уменьшать p. С другой стороны, когда p становиться слишком малым, даже отдельная станция может прождать в среднем (1-p)/p интервалов T, прежде чем осуществит передачу. Так если p=0,1 то средний простой, предшествующий передаче, составит 9T.