Topic14 lan

Телекоммуникационные
технологии

Тема 14. Локальные сети. LAN

LAN – задачи

Local Area Network
Географически ограниченная территория

Разделение ресурсов (организация
групповой работы)
Вычислительные ресурсы
Информационные ресурсы (файлы, БД и т.п.)
Периферийные устройства

Коллективный доступ в другие сети

Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 2

LAN – топологии и среда

Топологии
Полносвязная
Дорого – MA или SW
Кольцо
FDDI
Звезда, дерево
Ethernet
Token Ring
ARCnet
Общая шина
Ethernet
802.11

Среда
Copper
Optical Fiber
Wireless


LAN – Multiple Access &
Switching
Множественный доступ
С прослушиванием несущей
CSMA
CSMA/CD
CSMA/CA
С передачей маркера
Маркерное кольцо (Token Ring)
Маркерная шина (Token Bus)
С арбитром (polling)

Коммутируемые локальные сети
Масштабируемость (Scalability)
Повышение быстродействия
Надежность (Fail-safety)


CSMA

Carrier Sense Multiple Access
Каждая станция «прослушивает несущую»
В случае, если несущая свободна, и необходимо
передавать данные – передаем кадр
Если возникла коллизия – исправление на более
высоких уровнях (кадр, скорее всего, испортился)


CSMA/CD

CSMA with Collision Detection
С прослушиванием все так же,
как в CSMA
В случае обнаружения коллизии
во время передачи (проверяем
после каждого бита)
Останавливаемся
Передаем jam-сигнал
Ждем случайное время
Пробуем заново


CSMA/CA

CSMA with Collision Avoidance
Используется там ,где нет возможности
одновременно посылать данные и прослушивать
несущую
wireless – антенны рядом
решает проблему «скрытого терминала»

Каждая станция ждет случайное время перед
передачей
Использование широковещательного
«предупреждения» о посылке (RTS/CTS)
Использование подтверждений о доставке (ACK)


Token passing
Использование маркеров
Нет данных - маркер крутится по сети
У станции есть данные – «забирает» маркер и шлет
кадр
Время удержания маркера (Max t) – передать хотя бы 1
кадр
Когда кадр дошел обратно к нам – снова генерируем
маркер

Необходимость в наличии «активного монитора»
Возможность контроля работоспособности станций
Детерминированное время доставки
Использование приоритетов (пометка маркера)
Алгоритмы раннего освобождения маркера
Передаем маркер сразу вслед за кадром

Ethernet - Basics
1980
Доступ
CSMA/CD
коммутируемый вариант
Битовая скорость – 10Мбит/с (первые варианты – 1 и 3Мбит/с)
DLL
MAC
LLC
Адресация 48bit (плоская схема)
Индивидуальные
Групповые
Широковещательный
Форматы кадров
64-1518 байт
DA, SA, Length/Type, (LLC ,SNAP), Payload, FCS

802.2/LLC
Raw 802.3 (Novell 802.3)
Ethernet DIX (Ethernet II)
Ethernet SNAP

Ethernet & CSMA/CD

Доступ к среде
Преамбула 64бит
16 повторов
10 вариантов паузы
jam-последовательность 32бит

Защита от монопольного захвата среды
Межкадровый интервал (9.6мкс)

Ограничения на максимальный диаметр сети
Затухание сигнала (Attenuation)
Выявление коллизии при посылке короткого пакета
Path Delay Value (PDV)

Ограничения на min расстояние между узлами (Copper)
Стоячие волны в кабеле


Ethernet over Coax

Топология – общая шина
10BASE-5 (802.3(8)) = Thick Ethernet
RG-8Х (толстый, жесткий и дорогой)
Transceiver (Vampire) + AUI (4TP)
Max 500м
Min 2.5м (но не более 100 узлов)
Z = 50Ом, использование терминаторов
5-4-3 rule (задержки повторителей)
Manchester Code

10BASE-2 (802.3(10)) = Thin (Cheap) Ethernet
RG-58 (гибкий, тонкий и дешевый)
T-Connectors
Max 185м
Min 1м (но не более 30 узлов)
Z = 50Ом, использование терминаторов
5-4-3 rule
Manchester Code

Другие варианты
10BROAD36 (совместно с CaTV)


Ethernet over TP

Топология – звезда / дерево
(концентраторы)
10BASE-T (802.3(14))
Использование двух витых пар
(Cat 3)
Возможность использования X-TP
Max 100м
Manchester Code
4hubs rule

Collision Domain 1, но
Есть тестирование связи
Можно отключать

Другие варианты
1BASE5, StarLAN10


Optical Ethernet
Топология – деревья (концентраторы) 802.3(15)

Название Тип Max L Rep Кодирование Комментарии
кабеля
FOIRL MMF 1км 4 Manchester Изначально для
(два) повторителей,
потом
850nM
распространился на
все

10BASE-FL 2км 4 Наиболее широко
использовался

10BASE-FB 2км 5 Только для
повторителей


ARCnet

Attached Resource Computer NETwork
1977 (Datapoint corp.)
RG-62 Coax, UTP Cat 3 (2.5Мбит/с)
Древовидная топология (концентраторы)
Макс 610м между активными узлами сети
Использование режима Token Passing
Детерминированное время доставки
Была популярна в real-time приложениях


Token Ring (IEEE 802.5)

IBM, 1984
4, 16 Мбит/с
Множественный доступ – Token Ring 
Кабели – STP1, UTP, оптические
Топология – звезды и кольца
Использование MSAU – кольцо скрыто в концентраторе
Подключение по звезде
Передача данных только до ближайшего соседа
Сами MSAU соединяются в кольца


FDDI

Fiber Distributed Data Interface
1988
Развитие идей Token Ring
Оптический кабель (двойные кольца)
Выше скорость – 100Мбит/с
Больше расстояние – диаметр сети до 100км
Больше размер максимального кадра
Выше надежность
В нормальном режиме 1 кольцо
При обрыве сворачиваем 2 снова в 1
Кодирование 4B5B NRZI
Тактовая частота 125MHz


100VG-AnyLAN (802.12)

= 100BASE-VG (voice grade)
100 Мбит/с
Использование TP Cat3
1995, Hewlett Packard
Стартовал в 802.3 как Fast Ethernet
Другой метод доступа к среде (Priority on Demand)
У концентратора функции арбитра
Опрос узлов, очереди запросов с учетом приоритетов
Совместимость с кадрами Ethernet и Token Ring
В пределах одного сегмента сети (концентратора)
Полностью вытеснена Fast Ethernet в 1998 (слишком
сложная)


Fast Ethernet (802.3u)

1995
Максимальная совместимость с Ethernet
Форматы кадров
Адресация
Функции LLC и MAC
Различия только на PHY
Режим Auto Negotiation
Широкое распространение FD (switched)

Битовая скорость – 100Мбит/с
Уменьшение диаметра сети до 200м (copper HD)

Среда
Витая пара
Оптическое волокно
Топология только древовидная


Fast Ethernet over TP
100BASE-TX
2 пары UTP Cat5 (HD & FD) или STP1
Max 100м
Кодирование 4B5B & MLT-3
Частота передачи символов – 125MHz

100BASE-T4
Для совместимости со старыми инсталляциями
4 пары Cat 3 (HD)
Кодирование 8B/6T, PAM-3
1 пара на передачу, 1 на прием и две меняющие направление
Частота передачи символов 25MHz

100BASE-T2
2 пары Cat 3 (HD & FD)
Использование скремблирования, PAM-5
Использование вычитания сигналов для FD
Частота передачи символов 25MHz
Дорого и не прижилось – проще оказалось проложить Cat5


Power over Ethernet (PoE)
802.3af
2003
Питание устройств по сети передачи данных (только TP Cat3/Cat5)
IP-телефоны
Беспроводные шлюзы и точки доступа
Web-камеры
Концентраторы
Два варианта
Совместно с данными (по тем же парам)
По свободным парам
48V, до 400mA (12.95вт максимум на стороне приемника)
Классы по мощности
0 0.44 – 12.95
1 0.44 – 3.84
2 3.84 – 6.49
3 6.49 – 12.49
4 зарезервирован

PoE+ (802.3at – до 25.5вт) - 2009


PoE (TIA/EIA 568-B T568A)
Pin Pair Color phone 10T 100TX 1000 PoE A PoE B
T
1 3 - TX+ Z Bidir 48V out -

2 3 - TX- Z Bidir 48V out -

3 2 - RX+ Z Bidir 48V ret -

4 1 Ring - - Bidir - 48V out

5 1 gnd - - Bidir - 48V out

6 2 - RX- Z Bidir 48V ret -

7 4 - - - Bidir - 48V ret

8 4 - - - Bidir - 48V ret


Optical Fast Ethernet
Название Тип кабеля Max L Кодирование

100BASE- MMF (2), 400м HD/ 4B5B
FX LASER, 2км FD NRZI
1300nm
100BASE- MMF (2), 300м HD
SX LED,
850nm
100BASE- SMF (1), 10км FD
BX10 1310nm,
1550nm
100BASE- SMF (2), 10км FD
LX10 1310nm


Gigabit Ethernet (802.3z)

1998
Битовая скорость – 1000Мбит/с
Максимальная совместимость с Fast Ethernet
Проблема – диаметр сети по PDV (25м)
Увеличен размер минимального кадра (64 → 512 байт)
Padding (448байт)
Режим пульсаций – меньше квитанций (до 8192 байт)
Соответственно, и длина возросла в 8 раз (до 200м)

Среда
Витая пара
Только древовидная топология

В основном коммутируемые сети!
Вынос многих актуальных функций в коммутаторы (QoS,
избыточность связей, тестирование работоспособности)


GigE over TP
1000BASE-CX
Использование 2 пар STP1 в сбалансированном режиме
(9-контактный разъем)
Max 25м
Кодирование 8B10B & MLT-3

1000BASE-T (802.3ab)
Использование 4 пар Cat 5 (5E, 6)
Max 100м
Для полного дуплекса – вычитание сигналов
Нет 8B/10B – скремблирование (полиномами)
Кодирование PAM-5 (8B в 4 3-битных символа, потом в 5 уровней)
Скорость передачи символов – 125MBaud

1000BASE-TX
2 пары Cat6 в одну сторону и 2 пары в другую (FD)
Max 100м
Кодирование PAM-5
Принципы проще, но нужно менять всю проводку


Optical GigE


1000BASE-SX MMF (2) 62.5/50 220м / 500м 8B10B NRZ
850nm LED (1.25GBd)
1000BASE-LX MMF (2) 1300nm 550м
SMF (2) 2км

1000BASE- SMF (2/1) 10км FD
(L/B)X10

1000BASE- SMF(1) 10/20км S
PX(10/20) Point – Multipoint
1000BASE-LH SMF (2) 1550nm 100км FD


10Gigabit Ethernet
(802.3ae,ak,an,ap,aq)
2002-2007 (сейчас вошли в редакцию 802.3-2008)
Предназначен не только для LAN, но и для WAN

Битовая скорость – 10ГБит/с

Отказ от выявления коллизий!
Только полный дуплекс
Только коммутируемые соединения

Среда
Витая пара
Только древовидная топология


10GigE over copper
10GBASE-CX4 (802.3ak)
Кабели 4X Infiniband (4*TwinAx)
Max 15м
Кодирование 8B10B
Частота несущей 3.125GHz
10GBASE-CR (SFP+ Direct Attach)
Почти то же, но разъемы компактнее

10GBASE-T (802.3an)
Max 100м (6a)
По 4 витые пары Cat 6a, 7 в обе стороны
Разъем 8P8С или Tera
Кодирование PAM-16
Частота несущей 625MHz

10GBASE-KX4, -KR (802.3ap)
Backplane - max 1m


Optical 10GigE (802.3ae,aq)


10GBASE-SR MMF (2) 62.5/50 80м / 300м 64B66B NRZ,
850nm LED 10.3GBaud

10GBASE-LR SMF (2) 1310nm 10км

10GBASE-ER SMF (2) 1550nm 40км
(ZR) (80км - NonStand)

10GBASE-LX4 MMF(2) 4x850 Laser 250м 8B10B NRZ,
SMF (2) 4x1310Laser 10км 3.125GBaud

10GBASE-LRM MMF (2) 62.5 1310nm 220m 64B66B NRZ,
10.3GBaud


40GE, 100GE (802.3ba)

Утвержден 17 июня 2010 (разработка с ноября 2006)
Параметры
Только Full Duplex
Передача по Optical Fiber на расстояния до
100м (MMF)
40км (SMF)
Передача по медной проводке до 10м
Сохранение форматов кадров
Сохранение максимальной и минимальной длины кадра
Часть стандартов уже готова
40GBASE-KR4, -CR4, -SR4, -LR4
100GBASE-CR10,-SR10,-LR4, -ER4


?

Topic14 lan

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Viewers also liked

Viewers also liked (16)

Similar to Topic14 lan

Similar to Topic14 lan (20)

More from eltsovcsseftkspbspuru

More from eltsovcsseftkspbspuru (12)

Topic14 lan