1.2. Стандартизация лвс
В последние годы среди вычислительных комплексов и вычислительных сетей во всех развитых странах мира наиболее широкое развитие получили локальные вычислительные сети.
Их возможности и преимущества перед традиционными средствами передачи и обработки данных весьма многообразны: они позволяют объединить в единую сеть устройства самых разных типов от микро- и персональных до суперЭВМ, обеспечивают значительные скорости передачи данных. Любое из подключенных устройств может использовать сеть для отправления и получения информации.
К настоящему времени в различных странах мира созданы и находятся в эксплуатации многие десятки типов ЛВС с различными физическими средами, топологией, размерами, алгоритмами работы, архитектурной и структурной организацией.
К ЛВС предъявляют следующие требования [1, 2]:
1) высокая скорость. Скорость является важной характеристикой ЛВС – она позволяет быстро передавать данные. В идеале при посылке и получении данных через ЛВС время отклика должно быть почти таким же, как будто они получены от этой конкретной машины, а не из некоторого места вне сети. Для достижения такого небольшого времени отклика большинство ЛВС работают при скорости передачи данных от 1 Мбит/сек до нескольких Гбит/с;
2) ЛВС должны быть не только быстрыми, но и адаптируемыми. Они должны иметь гибкую архитектуру, которая позволяла бы располагать рабочие станции там, где это потребуется. А у пользователей должна быть возможность добавлять и переставлять РС или внешние устройства в сети или отключать их, не вызывая при этом прерывания работы сети;
3) ЛВС также должна быть надежной. Одно из главных преимуществ автономного ПК состоит в том, что влияние его поломки или сбоя ограничено. Остальные работы в организации не прерываются. При объединении ПК в ЛВС система должна сохранять такую надежность;
4) и, наконец, одной из существенных черт ЛВС является то, что она разработана для работы с интеллектуальными рабочими станциями. ПК, включенные в сеть, должны уметь использовать потенциальные возможности других интеллектуальных устройств. Однако в большинстве прикладных программ ПК используют только свои собственные вычислительные возможности.
Обычно термин локальная вычислительная сеть может использоваться в более широком смысле. ЛВС может обозначать все от больших корпоративных терминальных сетей до сетей, базирующихся на телефонных системах.
Эволюция локальных сетей в значительной степени способствовала появлению стандартов ЛВС. В начале появления сетей их пользователи и разработчики попытались подвести под стандарт сетевые аппаратные средства.
Фирма Xerox одной из первых приняла участие в стандартизации локальных сетей [4]. Ее участие заключалось в активном протежировании изготавливаемой ею сети Ethernet. Чтобы добиться превращения сети Ethernet в промышленный стандарт для возможно большего числа потенциальных клиентов, фирма Xerox учредила консорциум Ethernet, куда вошли фирма Intel и фирма Digital Equipment. В 1980 г. этот консорциум выпустил документацию на сеть Ethernet. С тех пор сеть Ethernet усиленно навязывается в качестве стандарта для локальных сетей.
В то время как разработчиками отыскивался стандарт для аппаратных средств, пользователи стали замечать недостатки такого стандарта. Наличие стандарта означает, что все используют одинаковый тип кабеля, одну топологию, один метод доступа к кабелю, одинаковые коммуникационные устройства для построения различных сетей (от сетей на 2 компьютера до крупных корпоративных сетей). Если бы такой стандарт стал реальностью, то каждый бы использовал некоторый стандартный набор аппаратных средств, а все другие средства, не включенные в стандарт, исчезли бы.
Проблема заключается в том, что аппаратные средства для ЛВС не могут быть оптимизированы из-за наличия нескольких критериев (скорость, стоимость, качество и др.). Единственный набор аппаратных средств не может быть наилучшим во всех ситуациях.
Например, для офиса врача потребуется локальная сеть из трех или четырех ПК; в этом случае наилучшей будет система с кабелем со скрученными парами проводов. Такой кабель нельзя использовать для передачи данных на большие расстояния, но он недорогой. В этой ситуации использование многоканального коаксиального кабеля или оптической системы было бы расточительством. В то же время, крупное учреждение нуждается в больших скоростях передачи данных на большие расстояния; в этой ситуации кабель со скрученными парами проводов непригоден. Аналогично, в других ситуациях наилучшее решение проблемы дадут другие системы аппаратных средств ЛВС.
9. Стандарты локальных вычислительных сетей
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, американским институтом по стандартизации ANSI был разработан стандарт FDDI, обеспечивающий скорость передачи данных 100 Мб/с.
Стандарты семейства IEEE 802.X охватывают только два нижних уровня семиуровневой 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.
Стандарты IEEE 802 имеют достаточно четкую структуру. Пример структурного деления приведен на рис. 10.
Рисунок 10. Структура стандартов IEEE 802.
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. Практически у каждой технологии единственному протоколу уровня MAC соответствует несколько вариантов протоколов физического уровня.
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. 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. Набор стандартов, разработанных подкомитетом 802.1, продолжает расти, недавно он пополнился важным стандартом 802.1Q, определяющим способ построения виртуальных локальных сетей VLAN в сетях на основе коммутаторов.
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. 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.
Сегодня комитет 802 включает следующий ряд подкомитетов, в который входят как уже упомянутые, так и некоторые другие:
- 802.1 — объединение сетей;
- 802.2 — LLC — управление логической передачей данных;
- 802.3 — Ethernet с методом доступа CSMA/CD;
- 802.4 — локальные сети с методом доступа Token Bus;
- 802.5 — локальные сети с методом доступа Token Ring;
- 802.6 — сети мегаполисов;
- 802.7 — техническая консультационная группа по широкополосной передаче;
- 802,8 — техническая консультационная группа по волоконно-оптическим сетям;
- 802.9 — интегрированные сети передачи голоса и данных;
- 802.10 — сетевая безопасность;
- 802.11 — беспроводные сети;
- 802.12 — l00VG-AnyLAN — локальные сети с методом доступа по требованию с приоритетами.