Список условных сокращений и терминов

IDEF0 – Структурно-функциональная модель

IDEF1X – Логическая информационная модель

IDEF3 – Модель логики работы

DFD – Data Flow Diagram – Диаграмма потоков данных

SQL – Structured Query Language – Структурированный язык запросов

Модель AS IS – модель, отражающая текущее состояние технологического процесса

Модель TO BE – модель идеального технологического процесса

СУБД – Система  управления базой данных

 

Список  сокращений и терминов

1. ATM ( Asynchronous Transfer Mode ) - асинхронный режим передачи.
2. CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access & Collision Detection) - метод доступа к сети с контролем несущей и обнаружением коллизий.
3. DEC ( Digital Equipment ) - компания, участвовавшая в разработке технологии Ethernet.
4. FDDI ( Fiber Distributed Data Interface ) - высокоскоростной сетевой стандарт : среда передачи - оптоволокно, топология сети - кольцо Token Ring.
5. GMII ( Gigabit Ethernet Media Independent Interface ) - независимый от среды интерфейс.
6. IEEE ( Institute of  Electrical and Electronic Engeneers ) - организация стандартизации ( США ).
7. IP ( Internet Protocol ) - основной протокол стека TCP/IP.
8. IPX ( Internet Packet eXchange ) - основной протокол в сетях Nowell NetWare.
9. MAC ( Media Access Control ) - протокол управления доступа к среде.
10. OSI ( Open System Interconnection ) - эталонная модель взаимодействия открытых систем.
11. UTP ( Unshielded Twisted Pare ) - неэкранированная витая пара.
12. TCP/IP ( Transmission Control Protocol / Internet Protocol ) - набор ( стек ) протоколов Internet.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание

Введение

 

    Технология Ethernet была разработана в исследовательском  центре компании Xerox в 70-х годах  и достигла своего нынешнего  лидирующего положения в 80-х.  Впервые термин Ethernet был использован  Робертом Меткалфом в заметке,  написанной им в этом исследовательском центре в мае 1973 года.   

 Технология Ethernet стала базой спецификации IEEE 802.3, которая была опубликована  в 1980 году. Вскоре после этого,  компании Digital Equipment (DEC), Intel и Xerox разработали  и приняли вторую версию спецификации Ethernet, совместимую с IEEE 802.3. В настоящее время термин Ethernet чаще всего используют для описания всех локальных сетей, работающих в соответствии с принципами CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) - множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий, что соответствует спецификации Ethernet IEEE 802.3. В модели OSI протокол CSMA/CD относится к доступу к среде. На этом уровне определяется формат, в котором информация передаётся по сети, и способ, с помощью которого сетевое устройство получает доступ к сети (или управление сетью) для передачи данных.    

 Далее будут  рассмотрены основные принципы  как протокола CSMA/CD, так и самой  технологии Ethernet.

Описание  технологии Ethernet

Протокол CSMA/CD и кое-что  о стандарте IEEE 802.3

 

    Протокол CSMA/CD состоит из двух частей : Carrier Sense Multiple Access и Collision Detection. Первая часть определяет, каким образом рабочая станция с сетевым адаптером "ловит" момент, когда ей следует послать сообщение. В соответствии с протоколом CSMA, рабочая станция вначале слушает сеть, чтобы определить, не передаётся ли в данный момент какое-либо другое сообщение. Если слышится несущий сигнал (carrier tone), значит, в данный момент сеть занята другим сообщением - рабочая станция переходит  в режим ожидания и находится в нём до тех пор, пока сеть не освободится. Когда в сети наступает молчание, станция начинает передачу. Вторая часть - Collision Detection - служит для разрешения ситуаций, когда две или более рабочие станции пытаются передавать сообщения одновременно. Если две станции начнут передавать свои пакеты одновременно, то передаваемые данные наложатся друг на друга и не одно из сообщений не дойдёт до получателя. Такую ситуацию называют конфликтом или коллизией (сигналы одной станции перемешиваются с сигналами другой). Collision Detection требует, чтобы станция прослушала сеть также и после передачи пакета. Если обнаруживается конфликт, станция повторяет передачу пакета через случайным образом выбранный промежуток времени. Затем она вновь проверяет, не произошёл ли конфликт. Термин "множественный доступ" подчёркивает тот факт, что все станции имеют одинаковое право на доступ к сети.   

 Если одна  из станций обнаружит коллизию, она пошлёт специальный сигнал, предупреждающий другие станции о произошедшем конфликте. При коллизии уничтожаются все данные в сети. После коллизии станции пытаются передать данные повторно. Для того, чтобы предотвратить одновременную передачу, был разработан специальный механизм прерываний, который предписывает каждой станции выждать случайный промежуток времени перед повторной передачей. Станция, которой достался самый короткий период ожидания, первой получит право на очередную попытку передать данные, а остальные определят, что сеть занята и вновь будут ожидать. Единицей измерения времени ожидания является удвоенное время распространения сигнала из конца в конец отрезка кабеля, равное примерно 51.2 мс. После первого конфликта каждая станция ждёт 0 или 1 единицу времени, прежде, чем попытается возобновить передачу. Если снова произошёл конфликт, что может быть, если две станции выбрали одно и то же число, то каждая из них выбирает одно из четырёх случайных чисел в качестве времени ожидания : 0,1,2,3. Если и в третий раз произошёл конфликт, случайное число выбирается из интервала 0-7. Таким образом, вероятность новой коллизии уменьшается. После десяти последовательных конфликтов интервал выбора случайных чисел фиксируется и становится равным 0-1023. После шестнадцати конфликтов контроллер отказывается от дальнейших попыток передать кадр и сообщает об этом компьютеру. Все дальнейшие действия по выходу из сложившейся ситуации осуществляются под руководством протоколов верхнего уровня. Такой алгоритм позволяет разрешить коллизии, когда конфликтующих станций немного.   

 Обнаружение  конфликтов основано на сравнении  посланных сигналов и сигналов  других рабочих станций. Аппаратное  обеспечение станции должно во  время передачи "прослушивать" кабель для определения факта  коллизии. Если сигнал, который станция  регистрирует, отличается от передаваемого ею, значит, произошла коллизия. Поэтому, должен существовать механизм, позволяющий различать сигналы в кабеле. Этот механизм был найден - им стало манчестерское кодирование и дифференциальное манчестерское кодирование сигнала.   

 При манчестерском  кодировании каждый интервал  времени, в течение которого  происходит передача одного бита, разделяется на две половинки.  Единичный бит кодируется высоким  напряжением в первой половине  и низким напряжением во второй. Нулевой бит кодируется противоположным образом. Изменение напряжения в середине интервала облегчает принимающей стороне синхронизацию с передающей станцией.    

 Дифференциальное  манчестерское кодирование представляет  собой разновидность обычного  манчестерского кодирования. В этом случае единичный бит характеризуется отсутствием изменения напряжения (напряжения в обеих половинках равны). Изменение напряжения в начале бита означает, что это нулевой бит.   

 Недостатком  схемы дифференциального манчестерского  кодирования является необходимость удвоения ширины полосы пропускания по сравнению с прямым кодированием. Однако, вследствие своей простоты, манчестерское кодирование используется в стандарте 802.3. Уровни высокого и низкого напряжения составляют +0.85 В и -0.85 В. Прямое двоичное кодирование построено на кодировании нулевого бита нулевым напряжением ( 0 В) и единичного бита ненулевым напряжением (5 В).   

 Описанные  здесь принципы протокола CSMA/CD и способ кодирования крайне  необходимы для для более или  менее полного описания технологии  Ethernet.

Описание  технологии Ethernet

Основные  спецификации и производительность сети Ethernet

 

    В технологии Ethernet данные могут передаваться  по коаксиальному или оптическому  кабелю, а также через витую  пару. Чаще всего при построении  локальных сетей на основе этой технологии оптический кабель используется для формирования магистрали сети, в то время как витая пара применяется для подключения станций и серверов. Спецификации Ethernet были созданы в то время, когда для быстрой передачи данных требовались коаксиальные кабели. Необходимость перехода на менее дорогие телефонные кабели и попытка смягчить последствия разрыва коаксиального кабеля стали причинами появления спецификации 10Base-T  IEEE 802.3. Эта спецификация определяет технологию Ethernet для сетей, построенных на базе неэкранированных витых пар и телефонных кабелей. При этом допускается звездообразная топология. Приведём основные спецификации Ethernet.

• 10Base5  Как и первая версия Ethernet, эта спецификация предусматривает в качестве среды передачи толстый коаксиальный кабель на 50 Ом с двумя оболочками. Из-за этого спецификацию называют "толстым Ethernet". Каждый коаксиальный кабель в сети образует отдельный сегмент. Протяжённолсть сегмента не может превышать 500 метров, а число узлов не должно превосходить 100. Отрезок кабеля между соседними узлами должен быть не менее 2,5 метров. Это позволяет уменьшить вероятность отражения и появления стоячих волн. Как правило, производители размечают кабель с целью упростить нахождение мест, где станция может быть подключена к сегменту. Сетевой адаптер подключается к кабелю с помощью трансиверного кабеля и трансивера. Длина трансиверного кабеля не должна превышать 50 метров.
• 10Base2  Эта спецификация предусматривает использование тонкого коаксиального кабеля, а также соединителей типа BNC-T, которые непосредственно связывают сетевой адаптер и кабель Ethernet. Такая схема исключает необходимость применения дорогостоящих трансиверов и трансиверных кабелей. Кроме того, значительно упрощается выполнение самой операции по подключению сетевого адаптера к кабелю. Этот стандарт известен как "тонкий Ethernet". Протяжённость сегмента ограничена 185 мерами, а число узлов - 30.
• 10BaseT  Эта разновидность Ethernet получила наибольшее распространение. Буква Т в названии означает, что средой передачи является неэкранированная витая пара (UTP - Unshielded Twisted Pare). Спецификация предусматривает использование концентратора для подключения пользователей по топологии "звезда". Применение дешёвых кабелей UTP является одним из основных приемуществ 10BaseT по сравнению со спецификациями 10Base2 и 10Base5. Подключение узлов к сети осуществляется с помощью телефонных гнёзд RJ-45 и RJ-11 и четырёхпарного телефонного кабеля UTP. Вилка RJ-45 вставляется напрямую в  сетевую плату. Протяжённость отрезка кабеля от концентратора до станции не должна превышать 100 метров (в случае UTP-3) или 150 метров (в случае UTP-5).
• 10BaseF  Эта спецификация использует в качестве среды передачи оптоволоконный кабель. Применение оптоволоконной технологии приводит к высокой стоимости комплектующих. Однако нечувствительность к электромагнитным помехам позволяет использовать спецификацию в особо ответственных случаях и для связи далеко расположенных друг от друга объектов.

 

    Каждая из  разновидностей Ethernet предусматривает те или иные ограничения на протяжённость сегмента кабеля. Для создания более протяжённой сети несколько кабелей могут соединяться с помощью повторителей. Повторитель представляет собой устройство физического уровня. Он принимает, усиливает и передаёт сигнал дальше. С точки зрения программного обеспечения, последовательность кабельных сегментов, связанных повторителями, ни чем не отличается от единого кабеля. Сеть может содержать несколько сегментов кабеля и несколько повторителей.    

 Теоретическая  производительность сети Ethernet составляет 10 Мбит/сек. Однако нужно учитывать,  что из-за коллизий технология Ethernet не может достигнуть своей  максимальной производительности. При увеличении числа станций  в сети временные задержки между посылками отдельных пакетов по сети возрастают, так как количество коллизий увеличивается. Поэтому реальная производительность Ethernet не превышает 70% от теоретической.    

 Можно проследить  некоторую зависимость : в сетях  с совместным доступом к среде передачи общий объём трафика растёт пропорционально квадрату числа станций, в то время как объём полезного трафика увеличивается линейно. Это приводит к тому, что эффективность использования сети оказывается обратно пропорциональной числу станций. Учитывая квадратичный рост объёма трафика, любое быстродействие сети оказывается исчерпанным достаточно быстро.   

 Для снижения  нагрузки на сеть её разбивают  на отдельные сегменты с помощью  мостов, коммутаторов или маршрутизаторов.  Это позволяет передавать между сегментами лишь необходимый трафик. Данные, посылаемые между двумя станциями в одном сегменте, не будут передаваться другой и, следовательно, не вызовут в нём повышение нагрузки. Однако, сегментация в традиционных сетях решает проблему, связанную с совместным доступом к среде передачи, только частично. Она позволяет сократить общий объём трафика между сегментами в число раз, примерно равному среднему количеству сегментов. Сегментация не устраняет саму тенденцию роста трафика. Линейный рост трафика достигается только в технологиях, ориентированных на установление соединения.

Описание  технологии Ethernet

Форматы кадров Ethernet

 

    Данные, передаваемые  в сети Ethernet, разбиты на кадры.  Напомним, что практически каждой  сетевой технологии (независимо  от её уровня) соответствует единица передачи данных : Ethernet - кадр, АТМ - ячейка, IP - дейтаграмма и т.д. Данные по сети в чистом виде не передаются. Как правило, к единице данных "пристраевается" заголовок. В некоторых сетевых технологиях добавляется также окончание. Заголовок и окончание несут служебную информацию и состоят из определённых полей.   

 Так как  существует несколько типов кадров,то  для того, чтобы понять друг  друга, отправитель и получатель  должны использовать один и  тот же тип кадров. Кадры могут быть четырёх разных форматов, несколько отличающихся друг от друга. Базовых форматов кадров (raw formats) существует всего два - Ethernet II и Ethernet 802.3. Эти форматы отличаются назначением всего одного поля.