Технология 100VG AnyLAN

Сеть 100VG-Any LAN - это одна из последних разработок высокоскорос­тных локальных сетей, недавно появившаяся на рынке. Она разработана фирмами Hewlett-Packard и IBM и соответствует стандарту IEEE 802.12, так что уровень ее стандартизации достаточно высокий. Главными дос­тоинствами ее являются большая скорость обмена, сравнительно невы­сокая стоимость аппаратуры (примерно вдвое дороже по сравнению с наиболее популярной сетью Ethernet 10BASE-T), централизованный ме­тод управления обменом без конфликтов и совместимость на уровне па­кетов с популярными сетями Ethernet и Token-Ring. В названии сети циф­ра 100 соответствует скорости 100 Мбит/с, буквы VG обозначают дешевую витую пару категории 3 (Voice Grade), a AnyLAN (любая сеть) обознача­ет то, что сеть совместима с двумя самыми распространенными сетями.
Основные технические характеристики сети 100VG-AnyLAN следующие.

• Скорость передачи ~ 100 Мбит/с.
• Топология - звезда c возможностью наращивания.
• Метод доступа - централизованный, бесконфликтный (Demand Priority - с запросом приоритета).
• Среда передачи - счетверенная неэкранированная витая пара (кабели UTP категории 3, или 5), сдвоенная витая пара (кабель UTP категории 5), сдвоенная экранированная витая пара (STP), а также оптоволоконный кабель. Сейчас в основ­ном распространена счетверенная витая пара.
• Максимальная длина кабеля между концентратором и або­нентом и между концентраторами -100м (для UTP кабеля категории 3), 150 м (для UTP кабеля категории 5 и экрани­рованного кабеля), 2 км (для оптоволоконного кабеля).

Таким образом, параметры сети 1OOVG-AnyLAN довольно близки к пара­метрам сети Fast Ethernet. Однако главное преимущество Fast Ethernet -это полная совместимость с наиболее распространенной сетью Ethernet (в случае 1OOVG-AnyLAN для этого обязательно требуется коммутатор или мост). В то же время, централизованное управление 1OOVG-Any LAN, исключающее конфликты и гарантирующее предельную величину вре­мени доступа (чего не предусмотрено в сети Ethernet), также нельзя сбра­сывать со счетов.

Пример структуры сети 100VG-AnyLAN показан на рис. 5.18.

Сеть 100VG –AnyLAN состоит из центрального (основного) концентрато­ра уровня 1, к которому могут подключаться как отдельные абоненты, так и концентраторы уровня 2, к которым в свою очередь подключаются або­ненты и концентраторы уровня 3. При этом сеть может иметь не более трех таких уровней. Получается, что максимальный размер сети может составлять 600 метров для неэкранированной витой пары.

В отличие от неинтеллектуальных концентраторов других сетей (напри­мер, Ethernet), концентраторы сети 1OOVG- AnyLAN — это интеллекту­альные контроллеры, которые управляют всем доступом к сети. Для это­го они непрерывно контролируют запросы, поступающие на все порты. Концентраторы принимают все приходящие пакеты и отправляют их только тем абонентам, которым они адресованы. Однако никакой обра­ботки информации они не производят, то есть в данном случае получает­ся все-таки не настоящая (активная) звезда, но и не пассивная звезда.

Каждый из концентраторов может быть настроен на работу с форматами пакетов Ethernet или пакетов Token-Ring. При этом концентраторы всей

сети должны работать с пакетами только какого-нибудь одного формата. Для связи с сетями Ethernet и Token-Ring необходимы мосты, но мосты довольно простые.

Концентраторы имеют один порт верхнего уровня (для присоединения его к концентратору более высокого уровня) и несколько портов нижнего уровня (для присоединения абонентов). В качестве абонента может выс­тупать компьютер (рабочая станция), сервер, мост, маршрутизатор, ком­мутатор, а также другой концентратор.
Каждый порт концентратора может быть установлен в один из двух возможных режимов работы.

• Нормальный режим предполагает пересылку абоненту, при­соединенному к порту, только пакетов, адресованных лично ему.
• Мониторный режим предполагает пересылку абоненту, при­соединенному к порту, всех пакетов, приходящих на кон­центратор.

Этот режим позволяет одному из абонентов кон­тролировать работу всей сети в целом (выполнять функцию мониторинга).
Метод доступа к сети 1OOVG-AnyLAN довольно типичен для сетей с то­пологией «звезда» и состоит в следующем.
Каждый желающий передавать абонент посылает концентратору свой запрос на передачу. Концентратор; циклически прослушивает всех або­нентов по очереди и дает право передачи абоненту, следующему по по­рядку за тем, который закончил передачу. То есть величина времени до­ступа гарантирована. Но этот простейший алгоритм усложнен в сети 1OOVG- AnyLAN, так как запросы могут иметь два уровня приоритета:

• нормальный уровень приоритета используется для обычных приложений;
• высокий уровень приоритета используется для приложений, требующих быстрого обслуживания.

Запросы с высоким уровнем приоритета обслуживаются раньше, чем зап­росы с нормальным приоритетом. Если приходит запрос высокого при­оритета, то нормальный порядок обслуживания прерывается, и после окончания приема текущего пакета обслуживается запрос высокого при­оритета. Если таких высокоприоритетных запросов несколько, то возврат к нормальной процедуре обслуживания происходит только после полной обработки всех этих запросов. При этом концентратор следит за тем, чтобы не была превышена установленная величина гарантированного вре­мени доступа. Если высокоприоритетных запросов слишком много, то зап­росы с нормальным приоритетом автоматически переводятся им в ранг высокоприоритетных. Таким образом, даже низкоприоритетные запро­сы не будут ждать своей очереди слишком долго.
Концентраторы более низких уровней также анализируют запросы або­нентов, присоединенных к ним, и в случае необходимости пересылают их запросы к концентратору более высокого уровня. За один раз концентра­тор более низкого уровня может передать концентратору более высокого уровня не один пакет (как обычный абонент), а столько пакетов, сколько абонентов присоединено к нему.

Так, для примера на рис. 5.19 в случае одновременного возникновения зая­вок на передачу у всех абонентов (компьютеров) порядок обслуживания будет такой: компьютер 1-2, затем 1-3, потом 2-1, 2-4, 2-8, и далее 1-6. Однако так будет только при одинаковом (нормальном) приоритете всех запросов. Если же, например, от компьютеров 1-2, 2-4 и 2-8 поступят высокоприоритетные запросы, то порядок обслуживания будет таким:
1-2,2-4,2-8,1-3,2-1,1-6.

Помимо собственно передачи пакетов и пересылки запросов на передачу, в сети применяется также специальная процедура подготовки к связи (Link Training), во время которой концентратор и абоненты обменивают­ся между собой управляющими пакетами. При этом проверяется правиль­ность присоединения линий связи и их исправность. Одновременно концентратор получает информацию об особенностях абонентов, подключенных к нему, об их назначении и их сетевых адресах. Запускается дан­ная процедура самим абонентом при включении питания или после под­ключения к концентратору, а также автоматически при большом уровне ошибок.

Интересно решена в сети 100VG-AnyLAN проблема кодирования пере­даваемых данных.
Вся передаваемая информация проходит следующие этапы обработки.

• Разделение на квинтеты (группы по 5 бит).
• Перемешивание, скремблирование (scrambling) полученных квинтетов.
• Кодирование квинтетов специальным кодом 5В 6В (этот код обеспечивает в выходной последовательности не более трех единиц или нулей подряд, что используется для детектиро­вания ошибок).
• Добавление начального и конечного разделителей кадра.

Сформированные таким образом кадры передаются в 4 линии передачи (при использовании счетверенной витой пары). При сдвоенной витой паре и оптоволоконном кабеле применяется временное мультиплексирование информации в каналах.
В результате этих действий достигается рандомизация сигналов, то есть выравнивание количества передаваемых единиц и нулей, снижение вза­имовлияния кабелей друг на друга и самосинхронизация передаваемых сигналов без удвоения требуемой полосы пропускания, как в случае кода Манчестер-П.

В случае использования счетверенной витой пары передача по каждой из четырех витых пар производится со скоростью 30 Мбит/с (рис. 5.20). Суммарная скорость передачи составляет 120 Мбит/с. Однако полезная информация вследствие использования кода 5В6В передается при этом всего лишь со скоростью 100 Мбит/с. Таким образом, пропускная способ­ность кабеля должна быть не менее 15 МГц. Этому требованию удовлет­воряет кабель с витыми парами категории 3.

В сети 100VG- AnyLAN предусмотрены два режима обмена: полудуплек­сный и полнодуплексный.
• При полудуплексном обмене все четыре витые пары исполь­зуются для передачи одновременно в одном направлении (от абонента к концентратору или наоборот). Он используется для передачи пакетов.
• При полнодуплексном обмене две витые пары передают в одном направлении, а две другие — в другом направлении. Он используется для передачи управляющих сигналов.

Для управления используются два тональных сигнала. Первый из них представляет собой последовательность из 16 логических единиц и 16 логических нулей, следующих со скоростью 30 Мбит/с (в результате ча­стота сигнала получается равной 0,9375 МГц). Второй тональный сигнал имеет вдвое большую частоту (1,875 МГц) и образуется чередованием восьми логических единиц и восьми логических нулей. Все управление сетью осуществляется комбинацией этих двух тональных сигналов. В таблице 5.2 приведена расшифровка различных комбинаций этих сиг­налов, передаваемых абоненту и концентратору. Когда ни у абонента, ни у концентратора нет информации для передачи, оба они посылают по обе­им линиям первый тоновый сигнал (1-1). Если принимаемый концентра­тором пакет может быть адресован данному абоненту, ему посылается комбинация сигналов 1 -2. При этом абонент должен прекратить переда­чу управляющих сигналов концентратору и освободить эти две линии связи для пересылки информационных пакетов. Такая же комбинация (1-2), полученная концентратором, означает запрос на передачу пакета с нормальным приоритетом. Запрос на передачу пакета с высоким приори­тетом передается комбинацией 2-1. Наконец, комбинация 2-2 сообщает как абоненту, так и концентратору о необходимости перейти к процедуре подготовки к связи.
Таким образом, сеть 1OOVG- AnyLAN представляет собой довольно дос­тупное решение для увеличения скорости передачи до 100 Мбит/с. Одна­ко она не обладает полной совместимостью ни с одной из стандартных сетей, поэтому ее дальнейшая судьба проблематична. К тому же, в отли­чие от сети FDDI, она не имеет никаких рекордных параметров.

Сверхвысоко скоростные сети

Быстродействие сети Fast Ethernet, других сетей, работающих на скоро­сти в 100 Мбит/с, в настоящее время удовлетворяет требованиям боль­шинства задач, но в ряде случаев даже его оказывается недостаточно. Особенно это касается тех ситуаций, когда необходимо подключать к сети современные высокопроизводительные серверы или строить сети с боль­шим количеством абонентов, требующих высокой интенсивности обмена. Например, все более широко применяется сетевая обработка трехмер­ных динамических изображений. Скорость компьютеров непрерывно ра­стет, они обеспечивают все более высокие темпы обмена с внешними уст­ройствами. В результате сеть может оказаться наиболее слабым местом системы, и ее пропускная способность будет основным сдерживающим фактором в увеличении быстродействия.

Работы по достижению скорости передачи в 1 Гбит/с (1000 Мбит/с) ве­дутся в последние Годы довольно интенсивно в нескольких направлени­ях. Однако, скорее всего, наиболее перспективной окажется сеть Gigabit Ethernet. Это связано прежде всего с тем, что переход на нее окажется наиболее безболезненным, самым дешевым и психологически приемле­мым. Ведь сеть Ethernet и ее более быстрая версия Fast Ethernet сейчас далеко опережают всех своих конкурентов по объему продаж и распрос­траненности в мире.