Сеть 100VG-AnyLAN

100VG-AnyLAN — это относительно новая разработка в области высокоскоростных локальных сетей. Создана компаниями Hewlett-Packard и IBM, сеть соответствует стандарту IEEE 802.12, что гарантирует высокий уровень стандартизации. Её ключевые преимущества: высокая скорость передачи данных, разумная стоимость аппаратного обеспечения (приблизительно в два раза дороже, чем Ethernet 10BASE-T), централизованный и бесконфликтный метод управления обменом, а также совместимость на уровне пакетов с популярными сетями Ethernet и Token-Ring.

Ключевые технические характеристики сети 100VG-AnyLAN:

• Скорость передачи: 100 Мбит/с.
• Топология: звезда с возможностью расширения.
• Метод доступа: централизованный и бесконфликтный (Demand Priority).
• Среда передачи: четырехжильная неэкранированная витая пара (UTP категории 3, 4 или 5), двухжильная витая пара (UTP категории 5), двухжильная экранированная витая пара (STP) и оптоволокно. Наиболее популярна четырехжильная витая пара.
• Максимальная длина кабеля: 100 м для UTP категории 3, 150 м для UTP категории 5 и экранированного кабеля, и до 2 км для оптоволоконного кабеля.

Таким образом, параметры сети 100VG-AnyLAN довольно близки к параметрам сети Fast Ethernet. Однако главное преимущество Fast Ethernet -это полная совместимость с наиболее распространенной сетью Ethernet (в случае 100VG-AnyLAN для этого обязательно требуется коммутатор

или мост). В то же время, централизованное управление 100VG-AnyLAN, 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.

Рис. 5.18. Структура сети 100VG-AnyLAN

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 100VG-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 100VG-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 100VG-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.

Рис. 5.19. Порядок обслуживания запросов абонентов на различных уровнях сети

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 5В6В (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.

Рис. 5.20. Кодирование информации в сети 100VG-AnyLAN

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.

Табл. 5.2. Расшифровка комбинаций управляющих 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 100VG-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.