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
PŘEDPLATNÉ
ČLÁNKY DO MAILU