Na sítě s Ritou - Moderní síťové technologie a propojování sítí

DRUHé pokračování lokální sítě – Token Ring


Ze všech typů lokálních sítí je kruhová síť Token Ring druhou nejrozšířenější

po síti Ethernet/IEEE 802.3. Token Ring vyvinula firma IBM v sedmdesátých

letech a na základě této firemní specifikace byla síť normalizována i v rámci

IEEE. Na rozdíl od náhodného přístupu používaného u Ethernetu a IEEE 802.3

využívá Token Ring deterministického přidělování práva na vysílání jednotlivým

stanicím v kruhu, a to prostřednictvím speciálního rámce, tzv. tokenu.

Největší výhodou deterministické metody přístupu k médiu pomocí předávání

tokenu je, že každá stanice ve spočitatelném konečném čase získá možnost

vysílat a nemusí o ni „bojovat“ s ostatními připojenými stanicemi. Tak metoda

také zamezuje výskytu kolizí, které mohou nastat u Ethernetu. Předávání tokenu

se provádí ve specifikovaném pořadí stanic na kruhu. Pokud stanice po obdržení

tokenu vysílá datové rámce, pak je také sama zodpovědná za vrácení tokenu do

kruhu poté, kdy datový rámec se po oběhu celého kruhu vrátil k vysílající

stanici s informací, zda byl úspěšně přijat cílovou stanicí (zdrojová stanice

musí tento rámec z kruhu odebrat).

Za zjištění a nápravu chybových stavů při činnosti sítě je zodpovědná jedna ze

stanic, aktivní monitor, která vykonává monitorovací funkce sítě a je dynamicky

nahraditelná v případě výpadku libovolnou jinou stanicí v síti. Funkce monitoru

je transparentní vůči uživateli stanice. Funkci monitoru přijímá první aktivní

stanice na kruhu, ostatní stanice se stávají záložními monitory. Aktivní

monitor generuje hodinový signál a sleduje všechny rámce na kruhu: odebírá

rámce, které obíhají v kruhu podruhé (zdrojová stanice je z nějakého důvodu

neodstranila z kruhu), generuje nový rámec token při zotavení kruhu po poruše a

každých sedm sekund iniciuje proces výzvy na kruhu (ring poll), kterým se

všechny stanice ujišťují o svých nejbližších sousedech na síti proti a po směru

oběhu dat po kruhu (upstream a downstream neighbour).

Znalost sousedů slouží stanicím ke zjištění pravděpodobné příčiny poruchy na

kruhu: pokud po určitou dobu nedostanou žádný rámec ani token od svého souseda,

předpokládají, že právě soused má problém, a tuto skutečnost oznamují

speciálním rámcem (beacon) stanicím v kruhu. Stanice podezřelá z toho, že

způsobuje „otevření“ kruhu (data neobíhají po celém kruhu), se musí sama

odpojit z kruhu a provést vlastní otestování.



Topologie Token Ring

Topologie logického kruhu je ve skutečnosti realizována jako fyzická hvězda

(viz obrázek: Fyzická [hvězda] a logická [kruh] topologie sítě Token Ring) s

centrem v tzv. jednotce pro připojení mnoha stanic (Multistation Attachment

Unit, MAU nebo méně zaměnitelné MSAU), která bývá také označována jako

koncentrátor nebo rozbočovač. Několik jednotek MSAU lze mezi sebou propojit,

vždy do formy logického kruhu. Informace se po kruhu předává bit po bitu, kdy

každá stanice kopíruje každý bit, a tak vlastně funguje jako opakovač. Fyzicky

se jednosměrný kruh skládá z řady dvoubodových spojů mezi stanicí a MSAU.



Fyzická vrstva Token Ring

Přenosová rychlost Token Ring je buď 4 Mb/s, nebo 16 Mb/s. Token Ring využívá

jako fyzického prostředku stíněný (typ 1, 2, 6 a 9) i nestíněný symetrický

kabel (kategorie 3, 4 a 5) nebo optický kabel (jednovidový i mnohovidový).

Norma specifikuje maximální počet stanic na jednom segmentu 255 (pro UTP méně,

100–150 stanic podle kategorie kabelu).

Vzdálenosti stanic od jednotky MSAU se pohybují kolem 100–200 m, výjimkou je

optický kabel umožňující vzdálenost vyšší. Koncentrátory MSAU mohou být při

propojování od sebe maximálně vzdáleny (v závislosti na propojovacím kabelu a

přenosové rychlosti) od 350 m do 10 km.



Vysokorychlostní Token Ring

Snaha o zvyšování propustnosti sítí se nevyhnula ani lokální sítí typu Token

Ring. Práce na nové specifikaci (High-Speed Token Ring, HSTR) se podle vzoru

konkurenčního rychlého či gigabitového Ethernetu zaměřila na dosažení rychlostí

100 Mb/s a 1Gb/s. Výhodněji se zejména uplatní maximální povolená délka rámce

18 000 bytů, čímž odpadne značná režie při přenosu kratších rámců (pro

srovnání, maximální povolený rámec u všech typů Ethernetu je „pouze“ 1 518

bytů).

Pro snadný přechod k síti typu 100 Mbit/s Token Ring je nejvýznamnější sdílení

stejných charakteristik práce jako má původní Token Ring, navíc s rozšířením

pro plně duplexní provoz na dvoubodových spojích (specifikované v normě IEEE

802.5r). Na fyzické vrstvě se využívá specifikace IEEE 802.3 pro Fast Ethernet

na bázi stíněného i nestíněného symetrického kabelu (STP i UTP) nebo na bázi

optických vláken. Gigabitový Token Ring využije svoji klasickou podvrstvu MAC a

na fyzické úrovni pak specifikace z gigabitového Ethernetu. O specifikace i

prosazování rychlého Token Ringu se stará organizace High-Speed Token Ring

Alliance (HSTRA).



FDDI

Distribuované datové rozhraní s optickými vlákny (Fiber Distributed Data

Interface, FDDI, ANSI X3T9.5/ ISO/IEC 9314–3) je založeno na dvojité kruhové

síti s optickými vlákny o vysoké rychlosti. FDDI se svým charakterem práce

velmi podobá Token Ringu, s podstatným rozdílem v přenosové rychlosti a

zálohování. FDDI byla první lokální síť nabízející přenosovou rychlost 100 Mb/s

a metoda přístupu k přenosovému prostředku prostřednictvím předávání tokenu

navíc umožňuje téměř 100% využití šířky pásma. Samotná kruhová síť nemusí být

zdvojená pro plně duplexní přenos, a proto se v síti FDDI používá druhého kruhu

jako záložního pro zvětšení spolehlivosti, a teprve v druhé řadě pro zvýšení

přenosové kapacity.



Fyzické charakteristiky FDDI

Maximální délka kruhu je 100 km (jediný kruh) až 200 km (dva kruhy po řešení

poruchy), s maximálně 1 000 připojeními (tj. maximálně 500 uzlů sítě, každý se

dvěma připojeními) vzdálenými až 2 km (mnohovidový optický kabel) nebo až 20 km

(jednovidový optický kabel).

FDDI je založeno především na využití optických kabelů, ale současná

specifikace umožňuje i použití stíněného (typ 1) a nestíněného symetrického

kabelu kategorie 5, dříve označované jako CDDI (Copper Distributed Data

Interface), dnes SDDI (STP based Distributed Data Interface).



Topologie sítě FDDI

Síťová topologie FDDI je tvořena dvěma protisměrnými kruhy, primárním a

sekundárním (viz obrázek: Topologie sítě FDDI), k nimž jsou připojeny

jednotlivé koncentrátory (s přípojkou k jednomu nebo oběma kruhům) a stanice

(se dvěma nebo jednou přípojkou ke koncentrátoru).

Dvojí kruh se využívá v zásadě jako ochrana proti poruchám, protože jeden kruh

slouží jako primární pro přenos dat, druhý se využívá jen v případě poruchy

některé ze stanic nebo části fyzického spojení. Pak stanice připojené k oběma

kruhům (Dual Attached Station, DAS) mohou překlenout problém přesměrováním na

druhý, záložní kruh, kde pak datový přenos probíhá v opačném směru. Při

poruchách na více místech dojde k rozpadu kruhu, ale komunikace v oddělených

částech bude fungovat bezproblémově mezi dostupnými stanicemi. Mnohotvárnost

stanic umožňuje také různorodou topologii sítí FDDI, tedy nejen kruhovou, ale i

stromovou nebo kombinaci kruhu se stromy. Ve všech případech se však zachovává

logický kruh.



Bezdrátové lokální sítě

Jednou z novějších aktivit podvýboru IEEE 802.11 je zaměření na alternativní

provedení lokálních sítí oproti běžnému provedení kabeláží, s použitím přenosu

signálu prostřednictvím rádiového rozhraní (air interface). Řešení propojení

jednotlivých stanic elektromagnetickými vlnami poskytuje větší pružnost při

připojování stanice do sítě a podporuje pohyblivost koncových uživatelů a

jejich přenosných počítačů. Odstranění nebo podstatné omezení kabeláže se

netýká jen propojení mezi jednotlivými zařízeními, ale je pamatováno i na

podporu bateriového napájení stanic pro jejich co nejsnadnější přenos a pohyb

za využití lokální komunikace. Bezdrátové technologie jsou zvláště vhodné pro

dočasné pracovní prostory, oblasti s obtížným přístupem ke kabelům, tovární

prostory, skladové prostory apod.

Nicméně ani bezdrátové řešení není zdaleka bez problémů. Rádiové vysílání je

samozřejmě náchylné na rušení, a to všemi zařízeními, která mohou na

příslušných kmitočtech pracovat (např. to mohou být i mikrovlnné trouby). Může

také dojít k nežádoucímu překryvu dvou nebo více takových lokálních sítí a

následné nezajištěné komunikaci. Bezpečnosti vysílání je třeba věnovat

prvořadou pozornost, a svou roli v kvalitě komunikace hraje i vzdálenost

komunikujících zařízení.

Bezdrátové lokální sítě lze výhodně využít pro rozšíření sítí stávajících a v

některých případech i k jejich plnohodnotné náhradě. Prozatím malé rozšíření

bezdrátových sítí souvisí s jejich teprve nedávnou normalizací (1997), nižšími

přenosovými rychlostmi a také dražšími zařízeními. Ale trh se začíná

rozšiřovat, vedle dosud firemních řešení přibývá normalizovaných lokálních sítí

a se snižující se cenou lze předpokládat stále vyšší zájem o tuto alternativní

technologii.



Konfigurace bezdrátové lokální sítě

Stanice bezdrátové lokální sítě, vybavená příslušným adaptérem, může pracovat

ve dvou konfiguracích. V nezávislé konfiguraci mezi sebou stanice komunikují

přímo a není třeba instalovat žádnou podpůrnou infrastrukturu. Taková

konfigurace je mimořádně vhodná pro náhodná uspořádání (trvající podle potřeby

hodiny, ale i měsíce), avšak nehodí se pro rozsáhlé sítě. Konfigurace s

distribučním systémem (Distribution System, DS, viz obrázek: Bezdrátová lokální

síť s distribučním systémem) předpokládá existenci přístupového bodu.

Přístupový bod je vlastně komunikačním mostem vybaveným příslušným

transceiverem. Počet přístupových bodů souvisí s požadovaným rozsahem příslušné

sítě. Každá stanice si vybere „svůj“ přístupový bod a s ním si udržuje kontakt.

Norma pak definuje způsob řešení přesunu stanice z dosahu jednoho přístupového

bodu do pole působnosti jiného.

Distribuční systém si lze představit jako páteřní síť, která může být

realizována nejrůznějším způsobem. Norma totiž definuje jen „vzdušné“ rozhraní,

tj. rozhraní mezi stanicemi a přístupovými body. S distribučními systémy se

rozsah lokální sítě zvětšuje. Vnitřní uspořádání distribučního systému může být

řešeno různým způsobem, např. běžnou, drátovou, lokální sítí připojenou

prostřednictvím mostu. Každá stanice může komunikovat buď přímo s jinou stanicí

(v obou konfiguracích), nebo může stanice vysílat rámce přístupovému bodu, s

nímž navázala relaci.



Fyzické charakteristiky bezdrátové sítě

Bezdrátové lokální sítě mohou být fyzicky řešeny jedním ze tří způsobů

poskytujících rychlost 1 Mb/s, volitelně 2 Mb/s. Dva z nich využívají pro

komunikaci rádiových vln o kmitočtech v pásmu od 2,4 do 2,4835 GHz a třetí

používá infračervené záření. Rádiové lokální sítě mohou dosáhnout průměru až

100 m (ve vnitřním prostředí, v závislosti na topologii) a jsou v příznivé

cenové relaci pro koncové zákazníky. Infračervená varianta lokální datové

komunikace je zásadně omezena do jediné kanceláře nebo jiného souvislého

prostoru, neboť infračervené paprsky neprocházejí pevným materiálem, naopak

dochází k odrazu. Řešení na bázi infračerveného záření je také téměř

dvojnásobně drahé (zatím) než u rádiových sítí.

Požadavek na vyšší přenosové rychlosti vedl, za dodržení zpětné slučitelnosti a

možné podpory i nižších rychlostí, k dalšímu rozvoji normalizace dvěma směry:

pro přenosovou rychlost 5,5 nebo 11 Mb/s a pro přenosové rychlosti 6 až 54

Mb/s. Tyto přenosové rychlosti již slibují podstatně zajímavější uplatnění

bezdrátových lokálních sítí.

Propagací a podporou specifikací pro bezdrátové lokální sítě se zabývají

sdružení WLANA a IRDA. Kromě IEEE se jako alternativní řešení rádiové lokální

sítě nabízí HiPerLan (specifikace ETSI). Na rozdíl od IEEE 802.11, které

používá metodu náhodného přístupu s vyloučením kolizí (Carrier Sense Multiple

Access With Collision Avoidance, CSMA/CA), je specifikace HIPERLAN založena na

bezdrátovém ATM.



Fibre Channel

Fibre Channel (do češtiny přeložitelný, leč obtížně použitelný vláknový kanál)

je jedna z technologií, které se zvláště v poslední době věnuje stále větší

pozornost. Specifikace vznikla sice již před několika lety pod záštitou v ANSI,

ale teprve v souvislosti s rozvojem gigabitového Ethernetu, kde byla

technologie využita, se zkoumala možnost použít čistý Fibre Channel jako

lokální síť. O prosazování technologie se stará sdružení FCA (Fibre Channel

Association).

Nejstručněji lze Fibre Channel definovat jako rozhraní o vysoké propustnosti

mezi vstupními/výstupními zařízeními a procesory. Zajišťuje podporu aplikací,

které vyžadují přenos značného objemu dat, jako např. vědecké a technické

výpočty nebo lékařské aplikace, či řešení problematiky typické pro zpracování

transakcí ve spřaženém režimu (on-line). Proto měl Fibre Channel především

řešit propojení pracovních stanic se superpočítači na omezenou vzdálenost (až

několika kilometrů). Původně se tedy nejednalo o síťové řešení, ale výsledkem

specifikace byla generická architektura, která v sobě kombinovala síťovou

technologii a propojení kanálů, zajišťující spolehlivý přenos dat o vysokých

rychlostech (řádově od 100 Mb/s do několika Gb/s).

Právě tyto charakteristiky učinily z Fibre Channel velmi zajímavý základ pro

vysokorychlostní sítě s relativně malým rozsahem jak pro přístup k datovým

centrům, tak pro spolehlivou vzájemnou komunikaci mezi připojenými systémy.

Dnes se o těchto sítích hovoří jako o sítích pro ukládání dat (Storage Area

Network, SAN). Fibre Channel je navíc jako čistě transportní infrastruktura

naprosto nezávislý na použitých protokolech, proto podporuje jak přímo síťové

protokoly (např. IP a jeho podpůrný protokol ARP Address Resolution Protocol

pro mapování síťových a fyzických adres), tak ATM, ale i inteligentní periferní

rozhraní (Intelligent Peripheral Interface, IPI), výkonné paralelní rozhraní

(High Performance Parallel Interface, HIPPI) a hlavně rozhraní malých

výpočetních systémů (Small Computer System Interface, SCSI).



Komunikace po kanálech

Fibre Channel má svůj základ v komunikaci prostřednictvím kanálů. Kanál je

přímý nebo přepínaný dvoubodový spoj mezi dvěma zařízeními, jehož úkolem je

přenášet data co nejrychleji mezi těmito dvěma body. Vzhledem k omezeným

nárokům na zpracování mohou být kanálové spoje realizovány nejčastěji přímo v

hardwaru, a to znamená snížení režie. Výsledná kombinace u síťové technologie

Fibre Channel umožňuje připojení zařízení vysokorychlostním kanálem k síti pro

nejrůznější koncové aplikace. Samotný název technologie nesmí mýlit v tom, že

by využívala pouze optické kabely, lze totiž použít i koaxiální kabel nebo

stíněný symetrický kabel STP.

Doposud jsme se věnovali lokálním sítím, proto se v dalším dílu budeme věnovat

sítím rozlehlým, jejich vlastnostem, typům, způsobu práce a jejich využití jako

přenosového prostředí pro koncové uživatele.

Autorkou seriálu o sítích je Ing. Rita Pužmanová, CSc., specialistka na

propojování komunikačních sítí (rita@ieee.org).



Výhody SÍTÍ typu TOKEN RING



deterministická přístupová metoda

management sítě začleněn v protokolu

výkonná síť odolná proti poruchám



Nevýhody SÍTÍ typu TOKEN RING



složitý protokol

méně rozšířená lokální síť než Ethernet

vysoká cena (zvl. propojení sítí)

Výhody FDDI



deterministická přístupová metoda

protokol odolný proti poruchám

zálohování sekundárním kruhem

ověřená rychlá lokální síť

použití v páteřní síti



Nevýhody FDDI



vysoká cena média a síťových prostředků

složitý protokol

vysoké nároky na instalaci

Výhody BEZDRÁTOVÉ LOKÁLNÍ SÍTĚ



minimální nároky na pokládání kabelů a jejich údržbu

vhodné pro skladové a tovární prostory, maloobchod, malé (domácí) kanceláře,

nemocnice, učebny a zasedací místnosti

vhodné pro malá koncová zařízení (přenosné počítače, osobní digitální asistenti

PDA) napájená z baterií

Nevýhody BEZDRÁTOVÉ LOKÁLNÍ SÍTĚ



nízká přenosová rychlost

omezený rozsah sítě (v rámci tzv. pico-buňky do 60 m)

nespolehlivá kvalita (rušení, sdílení pásma)





Výhody SÍTĚ Fibre Chanel

vysokorychlostní technologie (řádově Gb/s) vhodná pro malé sítě

vysoká spolehlivost (žádná ztráta dat díky řízení toku) nízké zpoždění

zabudovaný management sítě

vhodné pro sítě přenosu digitálního obrazu a hlasu, skupiny serverů a datové

„sklady“

Nevýhody SÍTĚ Fibre Chanel



malá podpora výrobců

malá znalost technologie





Seznam použitých zkratek



ANSI American National Standards Institute

ARP Address Resolution Protocol

ATMA Asynchronous Transfer Mode

CDDI Copper Distributed Data Interface

CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance

CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

DAC Dual Attached Concentrator

DAS Dual Attached Station

DS Distribution System

ETSI European Telecommunications Standards Institute

FCIA Fibre Channel Industry Association

FDDI Fiber Distributed Data Interface

HIPERLAN High-Performance LAN

HIPPI High Performance Parallel Interface

HSTR High-Speed Token Ring

HSTRA High-Speed Token Ring Alliance

IEC International Electrotechnical Commission

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

IPI Intelligent Peripheral Interface

IRDA Infrared Data Association

ISO International Organization for Standardization

LAN Local Area Network

MAU Multistation Attachment Unit

MSAU MultiStation Attachment Unit

SAC Single Attached Concentrator

SAN Storage Area Network

SAS Single Attached Station

SCSI Small Computer System Interface

SDDI STP based Distributed Data Interface

SNIA Storage Networking Industry Association

STA SCSI Trade Association

STP Shielded Twisted Pair

UTP Unshielded Twisted Pair

WLANA Wireless LANs Association

Zdroje WWW



IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)

http://standards.ieee.org nebo http://www.ieee.org

ANSI (American National Standards Institute) http://www.ansi.org



HSTRA (High-Speed Token Ring Alliance) http://www.hstra.com



ETSI (European Telecommunications Standards Institute) http://www.etsi.org



HIPERLAN2 http://www.hiperlan2.com



WLANA (Wireless LANs Association) http://www.wlana.com

IRDA (Infrared Data Association) http://www.irda.org



SNIA (Storage Networking Industry Association) http://www.snia.org



FCIA (Fibre Channel Industry Association) http://www.fibrechannel.com



STA(SCSI Trade Association) http://www.scsita.org