Datortīklu protokoli


Datortīklu protokoli

Pārskats par Token Ring, FDDI, ATM, satelītu komunikāciju.

   Pārskatā  apskatīti dažādi datu pārraides aspekti katram no apskatāmajiem datortīklu tehnoloģiju veidiem: fiziskais līmenis, datu savienojuma līmenis, tīkla savienojuma līmenis, transporta līmenis, sesijas līmenis, attēlojuma līmenis, pielietojuma līmenis.
  Latvijā lielāko tiesu iztiek ar Ethernet tehnoloģiju, taču pārskatā apskatāmās tehnoloģijas arī ir apskates vērtas, jo tām ir labs tehniskais raksturojums attālumu, ātruma un drošības ziņā  (lai gan tās ir salīdzinoši dārgas).


Token Ring/IEEE 802.5  (riņķa topoloģija),

  Token Ring- tīkla arhitektūra ar loģisku riņķa topoloģiju un determinētu (maksimālais gaidīšanas laiks, lai varētu veikt datu pārraidi ir atkarīgs no datortīkla izmēriem) piekļuves metodi, kura balstās uz marķiera (piekļuves iespēju- tiesību (Token)) nodošanu tīklā esošam datoram.
  Šī arhitektūra radās 70-to gadu beigās ar IBM spēkiem. Riņķa topoloģija nozīmē sakārtotu rindas kārtībā informācijas pārraidi no vienas stacijas līdz otrai vienā virzienā stingri pēc piekļuves kārtības- rindas.
Loģiskā riņķa topoloģija parasti fiziski tiek realizēta ar zvaigznes topoloģiju, kuras centrā atrodas MSAU (Multi-Station Access Unit- daudzstaciju piekļuves iekārta) iekārta. To nevajadzētu jaukt ar Ethernet transiveru. MSAU katrā laika vienībā datu pārraidi var veikt tikai viena stacija, kura ir “pārķērusi” piekļuves marķieri. Marķiera “pārķeršana” notiek balstoties uz stacijas noteiktām priekšrocībām.
Vienā riņķa slēgumā pieļaujami 260 mezgli ( Ethernet segmentā pieļauj 1024).
Datu pārraides ātrums ieviešanas sākumā bija- 4 vai 16 Mbit/sek. Tagad tas var būt 100Mbit/sek.
Marķieru riņķa standarts noteikts ar IEEE 802.5 dokumentu, kurš līdzīgs IBM Token Ring standartam.
Tehnoloģija ir savietojama ar Ethernet, FDDI, 100VG, ARCnet, LLC-tiltiem.
 Jāpiebilst, ka salīdzinot ar Ethernet funkcionālajām ierīcēm- Token Ring ir lielāka cena.

 















  Fiziskais līmenis.
 Riņķveida tīklu veido uz MSAU koncentratoru  (HUB) bāzes. MSAU koncentrators sastāv no apvienotiem 8- 24 atzarojumiem TCU blokiem (Trunk Coupling Unit- bloks pieslēgšanai pie maģistrāles)  . Pie šiem TCU blokiem  ar atsevišķiem radiāliem kabeļiem pieslēdz darbstacijas- tīkla mezglus.

Maģistrālais vads, kurš savieno koncentratorus var būt vītais pāris vai optiskās šķiedras kabelis.
Token Ring robežparametri:

Parametrs
Datu pārraides vide
STP tipa
1,2/6,9
UTP
3 kategorijas
UTP
5 kategorijas
Optiskais SM
Optiskais MM
Ātrums Mbit/sek
16
4
16
4
16
4
4/16
4/16
Darbstaciju skaits
250
250
150
150
150
150
250
250
Attālums līdz riņķa maģistrālei RI/RO, m
346
770
100
200
120
250
10km
2km
Radiālā kabeļa garums aktīvā HUB gadījumā, m
100
200
60
100
85
130
10km
2km
Kabeļa garums priekš aktīvās 3Com aparatūras, m
300
600
100
200
200
400
10km
2km
Garums priekš Bay aktīvās aparatūras, m
450/300
900/600
125
250
225
425
10km
2km

  Lielu izmēru datortīkli var sastāvēt no vairākiem riņķiem- segmentiem, savstarpēji saistītiem ar tiltiem. Datu pārraides maršrutizāciju nosaka dators, kurš pārraida datus un to pārraides ceļi cita segmenta datoram var būt vairāki.
 Koncentrators Token Ring ir obligāta ierīce. Ja tā nav, tad tīkls strādā tikai ja ieslēgtas visas darbstacijas.
  Token Ring tīkla adapteri (NIC-Network Interface Card) līdzinās Ethernet adapteriem, tikai to asortiments ir nabadzīgāks. Adapterus ražo dažādām šinām- ISA, EISA, PCI, PC Card. Karte izmanto sekojošus sistēmas resursus: ieejas/izejas ports, pārtraukums, DMA un bufera atmiņu.
  Token Ring uzbūvi var nosacīti iedomāties, kā sava veida grafu, kura katra mezgla punktos ir riņķis ar darbstaciju pieslēgumu. Katrā riņķi ir viens serveris.
 





                               Tilts







 
                                          Grupas riņķis
















 



Maģistrālos riņķus var savienot ar komutatoriem.
 Token Ring datu sūtījumu formāts:

SD
AC
ED

SD
AC
FC
DA
SA
RI
Info
FCS
ED
FS

SD
ED
1
1
1

1
1
1
6
6
≥0
≥0
4
1
1

1
1
Marķieris                              Vadības vai datu kadrs                                pārtraukums

Minimālais kadra garums ir 21 baits, maksimālais garums- 18200 baiti priekš 16 un 100 Mbit/sek un 4550 baiti  priekš 4 Mbit/sek pārraides ātruma.

Piekļūšanas kārtība datu pārraidei.
Astoņu līmeņu prioritāšu noteikšanas kārtība bāzējās uz prioritāšu lauku izmantošanu PPP līdz rezervētajam līmenim RRR. Zemākā prioritāte kodējās ar 000, bet augstākā ar 111 (sūtījuma marķiera laukāAC).

Riņķa vadība.
  Arhitektūra Token Ring paredz pilnīgu vadību ar sadalītām kontroles iespējām pa visiem mezgliem. Katram mezglam- viņa tīkla adapterim jāpilda vairākas obligātas funkcijas, kā arī tiem ir savas tiesības uz kontroles pārtraukumiem, citiem parametriem.
  Obligātās funkcijas nosaka aktīvie AM un rezerves SM (Standby Monitor) monitori, vadības datori- serveri, kuri ir obligāti katrā riņķī. Vēl pie vadības elementiem jāmin konfigurācijas atskaišu serveri CRS (Configuretion Report Server), riņķa parametru serveris RPS (Ring Parameter Server) un vēl var būt arī riņķa kļūdu monitors REM (Ring Error Monitor). Par aktīvo darbstaciju var būt jebkurš dators, bet vienīgais dotajā laika vienībā, parasti tās ir pirmais tīklam  pieslēgtais dators. Šis dators sinhronizē datu plūsmu un “palaiž tīklā” marķieri. Katram datoram ir unikāla MAC- adrese. Ir arī aizņemtās adreses vadības datoriem un procesiem. Katra darbstacija “zina” sava iepriekšējā datora- kaimiņa adresi, konfigurācijas serveris “zina” visas riņķi pēc kārtas pieslēgto datoru adreses.   
         




















FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

  Lielu ātrumu tīklu standarts (100Mbit/sek). FDDI izveidots 80-to gadu vidū speciāli, lai apvienotu svarīgākos datortīkla mezglus ar serveriem, paredzot procesa drošu vadību.
Atšķirībā no Ethernet- FDDI izmanto riņķa struktūru, kur ierīces apvienojās lielā riņķī un datus nosūta viena otrai. Salīdzinot ar Token Ring, kur ir tikai viens marķieris FDDI izmanto citādu darbības principu- tā saucamos pagaidu marķierus. Katrs dators nosūta datus citam noteiktā laika vienībā, par kuru tie “vienojās”, kad pieslēdzās riņķim. Datu paketes datori var nosūtīt arī vienlaicīgi, ja to atļauj laiks.
  Datu paketes lielums var svārstīties no 4500 līdz 20000 baitiem (Ethernet tas nepārsniedz 1516 baiti).
FDDI lielākā priekšrocība ir tās drošums fizisku savienojuma pārtraukumu un kolīziju ziņā, parasti savienojums sastāv no diviem un vairāk riņķiem.
  Datu pārraides vide FDDI ir optiskais kabelis (arī tā paplašinātajam variantam multimēdija vajadzībām FDDI II). CDDI realizē  tehnoloģiju pa vara vadiem.
FDDI tīkla loģiskā tradicionālā topoloģija ir dubultriņķis.  Piekļuves metode ir determinēta, ar marķiera “padošanu” (token passing). Reālā riņķa datu caurlaidība var sasniegt 95 Mbit/sek. Maksimālais darbstaciju skaits tīklā- līdz 500 ar dubulto riņķi un līdz 1000 ar  vienu riņķi. Attālums starp darbstacijām atkarībā no kabeļa var būt 2 km. vai 45- 60 km.
Parastā viena riņķa gadījumā tā garums var būt līdz 100 km., bet dubultriņķa gadījumā līdz 200 km.
Vispārīgā gadījumā FDDI var aplūkot kā Token Ring paplašinājumu ar pastiprinātu drošību un ātrdarbību.
  FDDI tehnoloģija samērā viegli integrējās Ethernet un Token Ring. Pateicoties tam plaši izmantojās kā ātrgaitas maģistrāles (pilsētas mērogā) šīm tehnoloģijām. Iekārtu cena ir salīdzinoši liela.
  Sākotnēji FDDI standarts bija izstrādāts ANSI X3T9.5 1987-1988 gados, vēlāk 1995 gadā- ANSI X3T12 . ISO standarts 9314-xx parādījās vēlāk.
FDDI standarts nosaka 4 komponentus:  PMD, PHY, MAC, SMT
 












PMD (Physical Medium Dependent)- transiveri, kabeļi, konektori, sakaru līnijas parametri...
PHY (Physical) – kodēšana un dekodēšana, sinhronizācija, kadrēšana...
MAC ( Media Access Control) ,,,,kadru formāti, manipulācijas ar marķieri, adresācija, CRC
           noteikšanas algoritms, kļūdu apstrāde, atjaunošanas līdzekļi...
SMT (Station Management) (serveri) nosaka darbstaciju un riņķu  konfigurāciju, darbstaciju
         pieslēgšanas kārtību, kļūdu novēršanu...

FDDI fiziskais līmenis

  Raidītāju lomā FDDI ir gaismas diodes vai lāzeris (1300nm). FDDI aparatūras pieslēgumiem (portiem) ir uztvērējs-raidītājs, kurš izmanto izdalītās līnijas signāla raidīšanai (Tx) un uztveršanai (Rx). Pie katras darbstacijas izmanto   apejošo komutatoru (OBP- optical bypass swich), lai tās atslēgšanās gadījumā saglabātos fiziskais riņķa savienojums.
Efektīvāko ātrumu 100 Mbit/sek. sasniedz pateicoties takts frekvencei 125 MHz. Visām optiskajām versijām viļņa garums- 1300nm.
FDDI tīkla fiziskā topoloģija- riņķa vai hibrīdā- pieslēdzot zvaigžņveida vai kokveida apakštīklus izmantojot koncentratorus.
 












SAS- vienpieslēguma darbstacija,
DAS- dubultpieslēguma darbstacija,
DAC- dubultpieslēguma koncentrators,
SAC- vienpieslēguma koncentrators.
Fiziskā pieslēguma nodrošināšanai vēl izmanto optisko signālu sadalītājus (coupler).

Kadru formāti FDDI

FDDI riņķī var pārraidīt divu veidu sūtījumus- marķieri (token) un komandas/datu (MAC frame/ Data frame) kadru. Kadra garums nedrīkst pārsniegt 9000 simbolus. Pēc Info lauka kadrā izšķir divu tipu kadrus: FDDI 802.2 un FDDI SNAP.

Vadība FDDI

Visu FDDI (MAC,PHY un PMD) apakšsistēmu vadību nodrošina modulis SMT (Station Mamagement). SMT pilda vairākas funkciju grupas:
Frame Services- protokolu uzturēšana,
Connection Management- MAC līmenis,
Ring Menagement- zema līmeņa MAC funkcijas un kļūdu noteikšana.

FDDI aparatūra

FDDI aparatūras slēgumiem izmanto adapterus- darbstaciju pieslēgšanai pie riņķa pa tiešu vai caur koncentratoru. Adapteri IBM tipa datoriem var pieslēgt izmantojot EISA, PCI, MCA un pat VLB. Koncentratori atšķiras pēc pieslēguma veida riņķim un pēc iespējamo pieslēgumu skaita.
Tilti (FDDI bridge) domāti segmentu savienošanai FDDI vai ar tuvām tehnoloģijām- Ethernet un Token Ring. Tilti nesavieno riņķus vienā lielā riņķī!



ATM tehnoloģija


  ATM tehnoloģija (Asynchronous Transfer Mode- asinhronais pārraides režīms) tika izstrādāta kā pamats dažāda veida trafikam (pārraidei)- ciparu, balss, multimēdija datiem pa vienām un tām pašām sakaru līnijām. Pamatā telefonijas kompānijām.
  Kopumā mūsdienās ATM pielieto tikai globālās un lokālās maģistrālēs, jo tehnoloģija ir dārga, sarežģīta un to izkonkurē tradicionālās lokālās tehnoloģijas.
   ATM tehnoloģijā informācija tiek pārraidīta šūnās (cell) ar fiksētu izmēru- 53 baiti, no kuriem priekš “vajadzīgajiem” datiem izmanto 48 baitus. Datu šūnas no izsūtītāja saņēmējam pārsūta caur komutatoru tīklu, kuri savstarpēji savienoti ar ciparu līnijām. Tam iespējams rezervēt  garantētu pārraides joslu. Komutatora uzdevums ir tikai šūnas tālāka nosūtīšana.
Visi savienojumi (pievienojumi) ir divkontaktu. Tie pamatā uztur divu veidu interfeisu: UNI un NNI.  Lietotāja interfeiss UNI (User-to-Network Interface)izmanto, lai komutatoram pieslēgtu gala patērētāju. Tīkla starpsavienojumiem izmanto interfeisu NNI (Network-to-Network Interface).
    ATM tehnoloģijā izmanto gan eksistējošos kabeļus, gan speciālas optiskās līnijas , tā uztur datu apmaiņas ātrumu 25-622 Mbit/sek. Ar perspektīvu uzlabojumu līdz 2,488 Gbit/sek.  
   Tā kā ATM tehnoloģijā lietotāji pastāvīgo savienojumu veic paši un mērķtiecīgi, tad speciāla adresācija nav nepieciešama. Ja lietotāji izmanto virtuālas komutācijas savienojumus, tad adresācija ir hierarhiska. Tam ir atvēlēti 20 baiti- pietiekami, lai pietiktu adreses. Tīkla ietvaros ir nepieciešams ievērot noteikumu, ka visas komutatoru portu un adrešu unikalitāte.
   ATM sāka pielietot AT&T un vairākas Eiropas telefonu kompānijas

ATM savienojumi

   ATM uztur divu veidu savienojumus: punkts- punkts (savienojums var būt vienvirziena vai divvirzienu) un punkts- daudz punktu (savienojums var būt tikai vienvirziena no pamatmezgla saņēmējiem).
   Apkalpošanas kvalitātes garantija QoS ( Quality of Service) sastāv no tiesībām uz trafiku, trafika formēšanu, trafika uzraudzīšanas.
   ATM Forums (telefona operatoru kompāniju apvienība) ieviesa LANE (LAN Emulation) standartu, kas nodrošina ATM stacijām tādas pašas iespējas kā Ethernet, Token Ring un FDDI ierīcēm. LANE izveido (emulē) lokālu tīklu “virs” ATM. 
   ATM tīklā ir iespējams pārraidīt IP deitagrammas vairākos veidos  Classical IP (RFC 1577) un Multi Protocol Over ATM.

ATM  fiziskais līmenis un ierīces

Lai gan ATM specifikācijās neiekļaujas fiziskais līmenis, tas tomēr tiek ņemts vērā daudzās standartizēšanas komitejās. Pamatā tiek apskatīta standarta SONET (Synchronous Optical Network) specifikācija- starptautisks lielu ātrumu datu pārraides standarts. Tajā ir noteikti četri standarta veidi datu apmaiņas ātrumam- 51, 155, 622, 2400 Mbit/sek., kuri atbilst starptautiskai ciparu (datu) sinhronās pārraides SHD (Synchronous Digital Hierarchy) hierarhijai.

Pamatierīces ir dažādas nozīmes komutatori. Tie iedalās maģistrālajos un robežkomutatoros (uzstātās uz robežas ar ATM tīklu). ATM tīkla adapteri datoriem tiek ražoti tikai lielu ātrumu savienojumiem- šinām, piemēram, PCI. 




Satelītu sakari

   Mūsdienu sakaru nodrošināšanai arvien vairāk sāk izmantot arī kosmiskos zemes pavadoņus. Kā piemēru var minēt ASV kompānijas Hugles Systems projektu DirectPC. Šī projekta rezultātā ir radīta satelītu sakaru sistēma. Lietotājam savā datorā ISA slotā ir jāievieto adapters, kuram jāpievieno neliela antena. Savienojums paredz nodrošināt datu pārraides ātrumu līdz 11,7 Mbit/sek., bet tas ļoti atkarīgs no pieslēgumu skaita. Kompānija Hughes garantē katram lietotāja pieslēgumam vismaz 400 Kbit/sek. Lielu datu apmaiņas ātrumu.
   Pagaidām visās satelītu sistēmās vēl ir nepieciešams vismaz modems pa kuru no lietotāja datora tiek nosūtīts pieprasījums, bet atbildi tas saņem jau no satelīta.
  Latvijā populāra kļūst EuroLine sistēma, kura darbojas tāpat, kā iepriekš aprakstītā- signālu nosūta pa tradicionāliem kanāliem ( telefona līniju, datortīklu+ Internet), bet atbildi saņem no Astra- TV satelīta. Izmaksu ziņā tas ir diezgan izdevīgi ārzemju trafika izmantošanā.
Amerikā populāra ir AmericaOnLine, DirectTV...






Izmantotā literatūra
Михаил Гук. Апаратные средства локальных сетей.  ПИТЕР. 2000
Бэрри Нанс. Компьютерные сети. - М.:БИНОМ, - 1995. - 398 с.
О. А. Богомолова, К. Б. Гусеев. Компьютерные сети. Учебный курс/Пер. с англ. - М.: Издательский отдел "Русская Редакция" ТОО "Channel Trading Ltd.", - 1997. - 696 с.: ил.
Internet: http://alpha.bishkek.su/ElCat/documentation/Cisco/koi8r/overview/4.html.
Internet: http://www.rest.ru/DOC/ITO/33.html.
Internet: http://www.rest.ru/DOC/ITO/32.html.
Internet: http://www.citforum.ru/





at

Nav komentāru:

Ierakstīt komentāru

Abonēt: Ziņas komentāri (Atom)