Структура стандартов IEEE 802.X

В 1980 году в институте IEEE был организован комитет 802 по стандартизации локальных сетей, в результате работы которого было принято семейство стандартов IEEE 802-х, которые содержат рекомендации по проектированию нижних уровней локальных сетей. Позже результаты работы этого комитета легли в основу комплекса международных стандартов ISO 8802-1...5. Эти стандарты были созданы на основе очень распространенных фирменных стандартов сетей Ethernet, ArcNet и Token Ring.

Помимо IEEE в работе по стандартизации протоколов локальных сетей принимали участие и другие организации. Так, для сетей, работающих на оптоволокне, американским институтом по стандартизации ANSI был разработан стандарт FDDI, обеспечивающий скорость передачи данных 100 Мб/с. Работы по стандартизации протоколов ведутся также ассоциацией ЕСМА, которой приняты стандарты ЕСМА-80, 81, 82 для локальной сети типа Ethernet и впоследствии стандарты ЕСМА-89,90 по методу передачи маркера.

Стандарты семейства IEEE 802.X охватывают только два нижних уровня семи-уровневой модели OSI - физический и канальный. Это связано с тем, что именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей. Старшие же уровни, начиная с сетевого, в значительной степени имеют общие черты как для локальных, так и для глобальных сетей.

Специфика локальных сетей также нашла свое отражение в разделении канального уровня на два подуровня, которые часто называют также уровнями. Канальный уровень (Data Link Layer) делится в локальных сетях на два подуровня:

· логической передачи данных (Logical Link Control, LLC);

· управления доступом к среде (Media Access Control, MAC).

Уровень MAC появился из-за существования в локальных сетях разделяемой среды передачи данных. Именно этот уровень обеспечивает корректное совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом в распоряжение той или иной станции сети. После того как доступ к среде получен, ею может пользоваться более высокий уровень - уровень LLC, организующий передачу логических единиц данных, кадров информации, с различным уровнем качества транспортных услуг. В современных локальных сетях получили распространение несколько протоколов уровня MAC, реализующих различные алгоритмы доступа к разделяемой среде. Эти протоколы полностью определяют специфику таких технологий, как Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI, l00VG-AnyLAN.

Уровень LLC отвечает за передачу кадров данных между узлами с различной степенью надежности, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. Именно через уровень LLC сетевой протокол запрашивает у канального уровня нужную ему транспортную операцию с нужным качеством. На уровне LLC существует несколько режимов работы, отличающихся наличием или отсутствием на этом уровне процедур восстановления кадров в случае их потери или искажения, то есть отличающихся качеством транспортных услуг этого уровня.

Протоколы уровней MAC и LLC взаимно независимы - каждый протокол уровня MAC может применяться с любым протоколом уровня LLC, и наоборот.

Стандарты IEEE 802 имеют достаточно четкую структуру, приведенную на рис. 2.1:

Рис. 2.1. Структура стандартов IEEE 802.X

Эта структура появилась в результате большой работы, проведенной комитетом 802 по выделению в разных фирменных технологиях общих подходов и общих функций, а также согласованию стилей их описания. В результате канальный уровень был разделен на два упомянутых подуровня. Описание каждой технологии разделено на две части: описание уровня MAC и описание физического уровня. Как видно из рисунка, практически у каждой технологии единственному протоколу уровня MAC соответствует несколько вариантов протоколов физического уровня (на рисунке в целях экономии места приведены только технологии Ethernet и Token Ring, но все сказанное справедливо также и для остальных технологий, таких как ArcNet, FDDI, l00VG-AnyLAN).

Над канальным уровнем всех технологий изображен общий для них протокол LLC, поддерживающий несколько режимов работы, но независимый от выбора конкретной технологии. Стандарт LLC курирует подкомитет 802.2. Даже технологии, стандартизованные не в рамках комитета 802, ориентируются на использование протокола LLC, определенного стандартом 802.2, например протокол FDDI, стандартизованный ANSI.

Особняком стоят стандарты, разрабатываемые подкомитетом 802.1. Эти стандарты носят общий для всех технологий характер. В подкомитете 802.1 были разработаны общие определения локальных сетей и их свойств, определена связь трех уровней модели IEEE 802 с моделью OSI. Но наиболее практически важными являются стандарты 802.1, которые описывают взаимодействие между собой различных технологий, а также стандарты по построению более сложных сетей на основе базовых топологий. Эта группа стандартов носит общее название стандартов межсетевого взаимодействия (internetworking). Сюда входят такие важные стандарты, как стандарт 802. ID, описывающий логику работы моста/коммутатора, стандарт 802.1Н, определяющий работу транслирующего моста, который может без маршрутизатора объединять сети Ethernet и FDDI, Ethernet и Token Ring и т. п. Сегодня набор стандартов, разработанных подкомитетом 802.1, продолжает расти. Например, недавно он пополнился важным стандартом 802.1Q, определяющим способ построения виртуальных локальных сетей VLAN в сетях на основе коммутаторов.

Стандарты 802.3,802.4,802.5 и 802.12 описывают технологии локальных сетей, которые появились в результате улучшений фирменных технологий, легших в их основу. Так, основу стандарта 802.3 составила технология Ethernet, разработанная компаниями Digital, Intel и Xerox (или Ethernet DIX), стандарт 802.4 появился | как обобщение технологии ArcNet компании Datapoint Corporation, а стандарт 802.5 в основном соответствует технологии Token Ring компании IBM.

Исходные фирменные технологии и их модифицированные варианты - стандарты 802.х в ряде случаев долгие годы существовали параллельно. Например, технология ArcNet так до конца не была приведена в соответствие со стандартом 802.4 (теперь это делать поздно, так как где-то примерно с 1993 года производство оборудования ArcNet было свернуто). Расхождения между технологией Token Ring и стандартом 802.5 тоже периодически возникают, так как компания IBM регулярно вносит усовершенствования в свою технологию и комитет 802.5 отражает эти усовершенствования в стандарте с некоторым запозданием. Исключение составляет технология Ethernet. Последний фирменный стандарт Ethernet DIX был принят в 1980 году, и с тех пор никто больше не предпринимал попыток фирменного развития Ethernet. Все новшества в семействе технологий Ethernet вносятся только в результате принятия открытых стандартов комитетом 802.3.

Более поздние стандарты изначально разрабатывались не одной компанией, а группой заинтересованных компаний, а потом передавались в соответствующий подкомитет IEEE 802 для утверждения. Так произошло с технологиями Fast Ethernet, l00VG-AnyLAN, Gigabit Ethernet. Группа заинтересованных компаний образовывала сначала небольшое объединение, а затем по мере развития работ к нему присоединялись другие компании, так что процесс принятия стандарта носил открытый характер.

На настоящий момент используются следующие стандарты построения локальных вычислительных сетей:

— Arcnet;

— Token Ring;

— Ethernet.

Рассмотрим каждую из них подробнее.

Arcnet — простая, недорогая, достаточно надежная и гибкая архитектура локальной сети. Она разработана корпорацией Datapoint в 1977 году. В настоящее время основной разработчик и производитель оборудования для сетей Arcnet — корпорация SMC.

В сетях Arcnet в качестве каналов коммуникаций используются витая пара, коаксиальный кабель и оптоволоконные линии. Скорость передачи данных — 2,5 Мб/с.

При создании сетей Arcnet используются топологические структуры «звезда» и «шина». Для управления процессом передачи данных применяется специальная маркерная шина (Token Bus).

Маркер на право передачи сообщения передается по очереди каждой станции сети, после того как предыдущая станция закончила передачу своей информации.

В сети Arcnet установлены следующие правила работы:

— все узлы сети могут передавать данные, только получив специальное разрешение на передачу — маркер;

— в каждый момент времени только одна рабочая станция обладает маркером;

— сообщения, циркулирующие в сети, доступны всем ее узлам.

Token Ring — технология построения локальных сетей, разработанная фирмой IBM.

Каналы передачи данных строятся на основе обычной или экранированной витой пары или оптоволокна. Скорость передачи данных — 4 Мб/с или 16 Мб/с.

Сети Token Ring строятся по топологии «кольцо».

Для управления правом передачи информации используется маркерное кольцо (Token Ring).

Маркер передается по циклу так, что в определенный промежуток времени правом передачи обладает определенный узел сети. В каждый момент времени такое право может быть только у одного узла сети.

Стандарт на технологию построения сетей Ethernet был разработан в конце 70-х годов компанией Xerox Corporation. В 1982 году была опубликована спецификация на Ethernet версии 2.0. На базе этой спецификации институтом IEEE был разработан стандарт IEEE 802.3.

Различия между этими стандартами незначительны.

Сети Ethernet строятся по топологии «шина». Стандартная скорость передачи данных — 10 Мб/с.

В сети этого типа должны соблюдаться следующие принципы работы:

— в каждый момент времени любая рабочая станция сети может начать передачу данных, т. е. все узлы сети равноправны;

— данные, передаваемые одной рабочей станцией, доступны всем остальным узлам сети;

каждый узел сети имеет свой уникальный адрес — номер Ethernet-карты; — информация передается кадрами; — в кадрах, циркулирующих в сети, указываются адреса отправителя и получателя, что позволяет каждому узлу сети выбирать из общего информационного потока только те данные, которые предназначены ему.

В сети Ethernet существует следующий механизм разрешения конфликтных ситуаций, которые возникают, когда сразу две рабочие станции пытаются передавать информацию. Такие ситуации выявляются с помощью специальных детекторов на Ethernet-карте. Конфликтующие кадры теряются в сети или запоминаются в памяти соответствующих карт. Каждая карта ждет в течение своего (случайным образом определенного) промежутка времени, а затем снова пытается «выбросить» кадр в сеть.

Около 80—90 % сетей в России построено по технологии Ethernet (как правило, «тонкий» Ethernet). Однако применяются и другие технологии.