Microsoft Word

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

135

Rozdział 7.

Historia standardów Ethernet,
Token-Ring
i ARCnet

Jak standardy utorowały sobie drogę.

Ethernet starszy.

Gigabit Ethernet.

Token-Ring: metoda IBM.

ARCnet: dobra rzecz, która nie chwyciła.

Szybszy transfer danych.

Sieciowe alternatywy.

Fizyczne elementy systemu okablowania sieci LAN (karty sieciowe, kable i złącza) są
definiowane przez zestaw standardów, który ewoluował począwszy od początku lat
70. Standardy te – po wielu zmianach – zapewniają wzajemną współpracę
i kompatybilność urządzeń sieciowych. Komisje normalizacyjne powołane przez
takie organizacje, jak Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE),
Electronic Industries Association (EIA) i International Telecommunications Union
(ITU), od lat pracują nad opracowaniem porozumień i adaptowaniem standardów
dotyczących sposobów sygnalizacji, wymiany danych i obsługi problemów
stosowanych w urządzeniach elektronicznych. To jednak nie komisje normalizacyjne,
ale firmy opracowują urządzenia zgodne z tymi standardami. Niektóre firmy a w
szczególności IBM – zwykły ustanawiać własne zamknięte standardy dla swoich
produktów (przynajmniej po części po to, aby „usidlić” klientów w obrębie swoich
technologii), jednak obecnie przeważają „systemy otwarte” budowane w oparciu o
standardy ustanowione przez narodowe i międzynarodowe organizacje
normalizacyjne.

136

Sieci komputerowe dla każdego

136

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

Teoretycznie rzecz biorąc produkt dowolnej firmy opracowany i działający zgodnie
ze standardem powinien współpracować z produktami innych firm zgodnymi z tym
samym standardem. W praktyce jednak firmy często implementują standardy w tak
różny sposób, że współpraca różnych produktów wymaga wielu dodatkowych
zabiegów. Tym niemniej idea jest jak najbardziej słuszna, a stały wysiłek wkładany w
poprawienie kompatybilności produktów dla sieci LAN przynosi pożądane efekty.

W zasięgu zainteresowań praktycznych pozostają trzy standardy okablowania i
sterowania dostępem do nośnika w sieciach LAN: Ethernet, Token-Ring i ARCnet.
Każdy z tych standardów łączy w sobie tylko właściwy sposób fizyczną i logiczną
topologię, metody transmisji i techniki sterowania dostępem do nośnika. Te ważne
cechy każdego ze standardów zostaną kolejno opisane w niniejszym rozdziale.

Ethernet wygrał

Nie ma żadnych wątpliwości, że to Ethernet wygrał bitwę o sieci LAN.
W nowych instalacjach używa się standardu Ethernet dla okablowania z
nieekranowanej skrętki zgodnie ze specyfikacją 10Base-T lub 100Base-T.
Jednak na całym świecie istnieją pracujące instalacje sieci Token-Ring i
ARCnet. W tym rozdziale można znaleźć wszystko, co praktycznie trzeba
wiedzieć o sieciach Ethernet, jednak Autor nie zamierza pomijać sieci
ARCnet ani Token-Ring.

Jak standardy utorowały sobie drogę

Aktywne komisje działające w ramach IEEE oznaczane są numerami. Komisja 802 to
duża organizacja, która skupia członków rekrutujących się ze środowisk
przemysłowych i akademickich zainteresowanych szeroką dziedziną systemów sieci
rozległych i lokalnych. Opracowywaniem i utrzymywaniem standardów dla kilku
topologii sieci LAN zajmują się podkomisje działające przy komisji 802. Do
oznaczania swoich prac podkomisje używają liczb, które po kropce dziesiętnej
dodawane są do numeru komisji. Oprócz przedstawionych w tym rozdziale
standardów 802.3 i 802.5, wiele standardów komisji 802 opisano w glosariuszu.

Standard IEEE 802.5 dotyczy architektury Token-Ring. Opisuje on protokół
przekazywania znacznika (żeton) używany w sieci stacji połączonych w specjalny
sposób, łączący logiczną topologię pierścienia (w której każda stacja aktywnie
przekazuje informację do kolejnej stacji w pierścieniu) z fizyczną topologią gwiazdy.

Z kolei standard IEEE 802.3 opisuje system, który wiele zawdzięcza wcześniejszemu
systemowi Ethernet. Sieci zgodne ze standardem IEEE 802.3 używają do sterowania
dostępem do nośnika techniki carrier sense multiple access (CSMA) w elektrycznej
topologii magistrali. Standard ten umożliwia wykorzystanie kilku rodzajów
okablowania, w tym kabla koncentrycznego i nieekranowanej skrętki.

Rozdział 7.

♦ Historia standardów Ethernet, Token-Ring i ARCnet

137

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

137

ARCnet nie jest standardem IEEE. Z tego względu oraz z powodu zachowawczych
działań firmy Datapoint Corporation, ARCnet kilka lat temu został wykluczony.
Wciąż jeszcze można znaleźć firmy gdzie, pracują lokalne sieci ARCnet, jednak
w miarę zmian, fuzji i przejęć zanikną one zupełnie.

Ethernet Starszy

Ethernet to jedna z pierwszych architektur sieci LAN. To rozwiązanie sieciowe
wprowadzono na rynek pod koniec lat 70., a jednak wciąż jest ono szanowanym
i uznawanym standardem. Przyczyna długowieczności Ethernetu jest prosta: ten
standard zapewniał wysoką prędkość transmisji po dobrej cenie i oferował szeroką
obsługę różnych zastosowań w sieciach LAN i w systemach łączących
minikomputery z systemami mainframe.

Firmy sprzedające karty sieciowe dla Ethernetu robią to do dziś, ponieważ dzisiaj
także Ethernet jest najlepszym standardem sieci. Istnieje prosta i w miarę
ekonomiczna droga migracji z sieci 10 Mb/s do systemów o większej przepustowości,
takich jak Ethernet z komutacją pakietów , Fast Ethernet (100 Mb/s) i Gigabit
Ethernet (1000 Mb/s).

Obecnie można kupić najprostszą kartę sieciową umożliwiającą podłączenie peceta
do sieci Ethernet już za 50 zł, ale ceny detaliczne niektórych produktów mogą
sięgać kilkuset złotych. Na Rrysunku 7.1 pokazano kartę firmy Intel przeznaczoną
do zastosowania w serwerze. Z ponad dwudziestu firm, które produkują karty sieci
Ethernet, prawdopodobnie najbardziej znane i najbardziej konkurencyjne to 3Com
i Intel. Aż do połowy lat 90. większość kart była budowana na podstawie tych
samych zestawów układów scalonych, które zwykle produkowane były przez
National Semiconductor Corporation.

Rysunek 7.1.
Karta EtherExpress
PRO/100 Server
Adapter firmy Intel
jest wyposażona w
procesor i960 tej
firmy, dzięki czemu
odciąża procesor
centralny komputera z
zadań związanych z
obsługą danych.

Dzisiaj wielu producentów używa własnych procesorów. Niektóre karty na
przykład lepiej nadają się do serwerów niż do klientów PC, a poza tym jest wiele
ważnych różnic w funkcjach, wydajności i cenie.

Ludzie często kojarzą Ethernet z elementami sieciowymi pozostającymi poza
zakresem objętym w schemacie okablowania i sygnalizacji wynalezionym wspólnie
przez Roberta Metcalfe i Davida Boggsa z Palo Alto Research Center (PARC)

Komentarz: proszę powiększyć
rysunek, tak jak jest w oryginale

138

Sieci komputerowe dla każdego

138

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

firmy Xerox. Według Metcalfe nazwa Ethernet pochodzi od eteru, który miał
wypełniać cały kosmos, aby umożliwić rozchodzenie się światła”.

Od strony bardziej praktycznej Ethernet to specyfikacja opisująca metodę łączenia
komputerów i wykorzystywania wspólnego okablowania do transmisji danych.
Ethernet dotyczy komunikacji danych na poziomach określanych przez ISO jako
warstwa fizyczna i warstwa łącza danych.

Rodzina standardów IEEE 802.3 obejmuje specyfikacje starszych protokołów
standardu Ethernet, jednak w swoich pracach komisja ujęła również zmiany w
podstawowej strukturze pakietów danych. A zatem termin Ethernet z technicznego
punktu widzenia nie obejmuje wszystkich opcji wchodzących w skład standardów
802.3.

Eigth-oh-two-dot-three (osiem-zero-dwa-kropka-trzy, a nie np. osiemset dwa i trzy
dziesiąte – przyp. tłum.) jest bardziej wyczerpującym opisem standardu, jednak
więcej osób zna termin Ethernet.

Podstawowe parametry wczesnego fizycznego łącza Ethernet to prędkość transmisji
10 Mb/s maksymalna odległość pomiędzy stacjami do 2,8 kilometra. Łącze to było
wykonywane z ekranowanego kabla koncentrycznego i wykorzystywano w nim
specjalny schemat sygnalizacji elektrycznej zwany Manchester-encoded digital
baseband. Późniejsza specyfikacja opisuje sygnały elektryczne przedstawiające zera
i jedynki przesyłane nieustannie w sieci. Chociaż prędkość transmisji współczesnych
systemów urosła do 1 Gb/s, a kabel koncentryczny wyparła skrętka UTP i
światłowody, ograniczenie zasięgu, schemat kodowania i sterowanie dostępem do
nośnika są wciąż takie same.

Główna część specyfikacji warstwy łącza danych dla Ethernetu opisuje sposób,
w jaki stacje dzielą się dostępem do kabla koncentrycznego w procesie nazywanym
wielokrotny dostęp z wykrywaniem nośnej i wykrywaniem kolizji  (carrier sense
multiple access with colision detect – CSMA/CD). CSMA/CD to rodzaj schematu
działania nazywany przez współczesne jednostki normalizacyjne protokołem
sterowania dostępem do nośnika  (Media Access Control – MAC). Nośnikiem
(medium) jest kabel łączący węzły sieciowe a protokół MAC określa, w jaki sposób
węzły w sieci wspólnie użytkują ten kabel.

Bardziej szczegółowe wyjaśnienie architektury modelu OSI ISO można
znaleźć w podrozdziale „Skróty i terminy związane z siecią” w rozdziale
4.

Szczegóły okablowania sieciowego zostały opisane w rozdziale 6.

Komentarz: uzupełniłem See
Also

Komentarz: dopisałem See Also

Rozdział 7.

♦ Historia standardów Ethernet, Token-Ring i ARCnet

139

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

139

Ethernet na wieki

Przez wiele lat Ethernet był najszybciej rozwijającym się systemem sieciowym
i najczęstszym wyborem wielu menedżerów działów informatyki i integratorów
systemów. Przez krótki okres nowymi możliwościami łączenia pecetów z systemami
mainframe przy użyciu sieci Token-Ring nęcił klientów IBM. Robił to na tyle
skutecznie, że na chwilę spowolnił wzrost Ethernetu. Jednak obecnie pod względem
liczby nowych instalacji Ethernet jest daleko poza konkurencją jakichkolwiek
systemów sieciowych.

W porównaniu z Ethernetem instalacje Token-Ring są bardzo drogie, a ponadto
Ethernet oferuje efektywne metody łączenia systemów komputerowych o różnych
architekturach i systemach operacyjnych.

Ethernet ma wiele sieci potomnych. Firmy – takie jak 3Com – oferują karty
sieciowe Ethernet przeznaczone do kabli światłowodowych. Obszar największego
wzrostu to karty Ethernet działające w połączeniu z kablami z nieekranowanej
skrętki
z prędkością 100 Mb/s (Fast Ethernet). W określonych zastosowaniach – na
przykład przy łączeniu dużych przełączników i punktów dystrybucyjnych – rośnie
znaczenie Gigabit Ethernetu.

System okablowania na kablu koncentrycznym instalowany w sieciach komputerów
PC pod koniec lat 80. i na początku 90. do połączenia kolejnych komputerów
wykorzystuje cienki kabel koncentryczny o impedancji 50

Ω. Kabel ten, popularnie

zwany Thin Ethernet (a czasami „cheapernet” – z ang. odpowiednio „cienki
ethernet” lub „tańszy ethernet” – przyp. tłum.), ma zasięg ograniczony do 305
metrów (1000 stóp), ale specyfikacja IEEE jeszcze go zmniejsza do 185 m (600
stóp).

Karty sieciowe zainstalowane we wszystkich komputerach w sieci są podłączane do
tego kabla za pomocą złącza typu T (trójnika), który ułatwia dołączanie i
odłączanie stacji bez przerywania ciągłości kabla (patrz rysunek 7.2).

140

Sieci komputerowe dla każdego

140

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

Rysunek 7.2.
„Cienki” Ethernet

Cienki kabel koncentryczny w sieci Ethernet biegnie od stacji do stacji w fizycznej
topologii łańcucha. Do każdego węzła kabel podłączany jest za pomocą
koncentrycznego złącza typu T. Krytyczne znaczenie dla prawidłowego działania
sieci mają terminatory na obu końcach kabla. W sieciach używających tego rodzaju
okablowania powinno się używać wyłącznie złączy typu T, które spełniają
wymagania specyfikacji wojskowej UG-274.

Najstarsze systemy okablowania sieci Ethernet można częściej znaleźć w instalacjach
z większymi komputerami. W systemach tych używano solidnie ekranowanego kabla
koncentrycznego (nieformalnie nazywanego „zamarzniętym pomarańczowym wężem
ogrodowym”, co odpowiadało jego rozmiarowi, kolorowi i łatwości instalacji), który
stanowił szkielet sieci łączący grupy węzłów rozrzucone po całym budynku.

W tym przypadku maksymalna długość kabla pomiędzy wtórnikami wynosiła 500
metrów (1640 stóp) i kabel dołączany był do urządzeń nazywanych transceiverami,
które umożliwiały użycie czegoś odpowiedniejszego do podłączenia komputera PC
lub terminala. Pomiędzy transceiverem a portem AUI karty sieciowej stosowano
elastyczny kabel ze skrętki ekranowanej. Kabel transceivera mógł mieć do 15 m (45
stóp) długości i podłączany był do karty sieciowej za pomocą 15-stykowego złącza
D (patrz rysunek 7.3).

Komentarz: podpis do rysunku
pozostawiłem w treści tekstu
(dobrze się komponuje)

Rozdział 7.

♦ Historia standardów Ethernet, Token-Ring i ARCnet

141

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

141

Rysunek 7.3.
„Gruby” Ethernet

Standardowy kabel Ethernetu to gruby kabel koncentryczny, który zwykle jest
prowadzony pod tynkiem w ścianach. Transceivery łączą się bezpośrednio z tym
kablem i umożliwiają podłączenie do niego węzłów sieci poprzez kabel AUI.

Sieci Token-Ring są wykorzystywane głównie z komputerami typu
mainframe, i są opisane w rozdziale 14.

Pakowanie i wysyłka danych: metoda Ethernetu

Do przesyłania danych w sieci Ethernet wykorzystano koncepcję datagramów.
Technika dostępu do nośnika CSMA/CD czuwa, aby żadne dwa datagramy nie
zostały wysłane jednocześnie, a jeśli tak się zdarzy, zajmuje się arbitrażem.

Koncepcja ethernetowych datagramów jest oparta na prostym założeniu, że każdy
węzeł komunikacyjny będzie starał się zrobić wszystko, co możliwe, aby przesłać
wiadomość przez sieć. Koncepcja ta nie obejmuje gwarancji, że ta wiadomość
dotrze w określonym czasie lub będzie wolna od błędów lub duplikatów.

System datagramów nie gwarantuje nawet, że dostawa będzie miała miejsce.

Wszystkie powyższe gwarancje można natomiast zaimplementować na wyższym

poziomie oprogramowania.

Niepewne datagramy

Komentarz: j.w.

Komentarz: wstawiłem See
Also

142

Sieci komputerowe dla każdego

142

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

Ethernet naprawdę stara się, aby każdy pakiet dotarł ze źródła do miejsca
docelowego, jednak często próby te zawodzą, a karty sieciowe i
koncentratory nie zauważają lub nie reagują na niepomyślną dostawę
spowodowaną kolizją w przewodzie. To do oprogramowania komputera
wysyłającego – najczęściej zgodnego ze standardem

w rodzaju TCP – należy zadanie rozpoznawania sytuacji, w której trzeba
ponownie wysłać pakiet danych. Różne elementy programowe

i sprzętowe mają różne – ale zależne od siebie nawzajem – funkcje.

Datagramy w Ethernecie mają postać samodzielnych pakietów z danymi. Pakiety te

składają się z pól zawierających – oprócz samych danych – informacje o miejscu

docelowym i miejscu nadania, a także o rodzaju zawieranych danych. Ponieważ

pole danych w pakiecie nie może być większe niż 1500 bajtów, większe

wiadomości muszą pokonywać sieć podzielone na kilka pakietów. (Artykuły

opisujące statystyczną wydajność systemów transmisji pakietowej opartej na

metodzie „usilnych starań” (best effort) stanowiły ulubiony „wypełniacz” pism

specjalistycznych odkąd Bob Metcalfe opublikował swoją pracę doktorską na

Uniwersytecie Harvarda pod tytułem „Komunikacja pakietowa” w roku 1973).

Jeden z elementów struktury pakietu ethernetowego, pokazanej na rysunku 7.4,
różni się od kodyfikacji komisji IEEE 802.3.

Rysunek 7.4.
Nagłówek pakietu
ethernetowego

Struktura pakietu w protokole Ethernet

Zgodnie z protokołem Ethernet wiadomości pomiędzy stacjami
roboczymi są przesyłane w formie pakietów. Każdy pakiet ma objętość
od 76 do 1526 bajtów i zawiera sześć pól, z których pięć ma stałą
długość. Informacje z pola preambuły pozwalają stacji odbierającej na
synchronizację z transmitowaną wiadomością. Adresy – docelowy i
źródłowy – zawierają identyfikatory sieci, do których należą węzły
odbierający i inicjujący wysłanie wiadomości. Pole typu określa typ
danych faktycznie przesyłanych w polu danych. Pole CRC pomaga
węzłowi odbierającemu wykonać cykliczną kontrolę nadmiarową; analizę
błędów dla całego pakietu.

Komisja dostrzegła potrzebę zamieszczenia w pakiecie identyfikatora użytkownika,

więc w swojej specyfikacji zamieniła pole liczby bajtów na pole z ID użytkownika.

Na szczęście karty sieciowe nie zwracają na to uwagi, o ile biorą owe dane od

oprogramowania wyższego poziomu, które przygotowuje im pakiety. Pakiety

zgodne ze standardem Ethernet i ze standardem 802.3 mogą być przesyłane w tej

samej sieci, jednak węzły obsługujące jeden format nie mogą wymieniać danych z

węzłami obsługującymi drugi format, o ile na jakimś poziomie nie będzie

przeprowadzona translacja programowa.

Komentarz: podpis do rysunku
7.4 umieściłem w ramce na
marginesie

Rozdział 7.

♦ Historia standardów Ethernet, Token-Ring i ARCnet

143

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

143

Więcej informacji o warstwach programowych, które znajdują się
powyżej datagramów i zwiększają niezawodność transmisji,
przedstawiono w rozdziale 8., w podrozdziale „Struktura sieciowych
systemów operacyjnych”.

Nasłuch przed transmisją

Zanim pakiety będą mogły przepłynąć kablem koncentrycznym sieci Ethernet jako
datagramy, muszą sobie poradzić z CSMA/CD, czyli protokołem sterowania
dostępem do danych, który określa, w jaki sposób węzły sieci dzielą dostęp do
kabla. Protokół CSMA/CD działa w trybie „słuchaj-zanim-nadasz”: jeśli karta
sieciowa odbierze dane do wysłania z oprogramowania wyższego poziomu,
sprawdza najpierw, czy jakaś inna stacja nie korzysta w tej samej chwili z kabla
sieciowego do transmisji danych. Karta sieciowa dopiero wtedy nadaje swoje dane,
gdy w kablu panuje „cisza”.

Ramki czy pakiety

Pomimo prawowitego pochodzenia terminu pakiet (packet) można
obserwować obecnie trend do nazywania ethernetowych pakietów
ramkami (frame). Zawsze znajdzie się ktoś, kto ma lepszy pomysł.
Niezależnie jednak od tego, czy używa się terminu pakiet, czy ramka, w
zasadzie zawsze oznacza on tę samą rzecz: przesyłkę zawierającą dane,
które utworzyła karta sieci Ethernet.

CSMA to świetny system, jednak ma następujące ograniczenia:

W transmisji w trybie „słuchaj-zanim-nadasz” zakłada się, że każda stacja
może jednocześnie „usłyszeć” ten sam pakiet. Jeśli więc jakaś część
pakietu musi pojawić się we wszystkich węzłach jednocześnie, czynnikiem
krytycznym staje się całkowita długość kabla sieciowego i opóźnienie
wprowadzane w sieci.

Mniejsze pakiety przebywają w czasie swojej transmisji krótszą odległość
niż pakiety duże. Dlatego długość najkrótszych pakietów określa
maksymalną odległość między dwoma węzłami sieci Ethernet.

Jeśli pakietowi w drodze zdarzy się jakiekolwiek opóźnienie, tak jak się to
dzieje przy przejściu przez koncentrator, powoduje ono dalsze skrócenie
maksymalnej odległości pomiędzy węzłami.

Zagadnienia dotyczące koncentratorów, wprowadzanych przez nie opóźnień i
metod radzenia sobie z nimi zostaną szerzej opisane w dalszej części tego
rozdziału.

144

Sieci komputerowe dla każdego

144

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

Protokół CSMA/CD funkcjonuje także w roli pośrednika, kiedy zdarzy się to, czego
nie można uniknąć: dwa lub więcej węzłów jednocześnie rozpocznie transmisję
w wolnym kablu i powstanie kolizja. Karty sieciowe są w stanie wykryć taką
kolizję, ponieważ jednoczesna transmisja powoduje podwyższony poziom sygnału
elektrycznego w przewodzie. Po wykryciu kolizji karty sieciowe zaczynają transmisję
tak zwanego sygnału blokady (jam signal), aby mieć pewność, że wszystkie stacje
w sieci wiedzą o kolizji. Następnie wszystkie karty zatrzymują nadawanie i
rozpoczynają je ponownie po czasie ustalonym losowo przez program wewnętrzny
każdej karty. Ten okres „wycofania” pozwala zapewnić, że stacje nie zaczną
ponownie transmitować kolidujących ze sobą sygnałów za każdym razem, gdy w
kablu nastąpi cisza po poprzedniej kolizji.

IEEE 10Base-T i 100Base-T

Pod koniec roku 1990 – po trzech latach spotkań, propozycji i kompromisów –
komisja IEEE zakończyła prace nad specyfikacją dotyczącą działania sieci opartej
na Ethernecie z wykorzystaniem nieekranowanej skrętki. Według IEEE 10-
megabitowa odmiana standardu 802.3 nosi nazwę 10Base-T.

Standard IEEE 802.3 opisuje metodę dostępu do nośnika na podstawie wykrywania
nośnej, taką jak w Ethernecie, używaną w różnych systemach okablowania. Nazwa
10Base-T oznacza prędkość transmisji 10 Mb/s, sygnalizację w paśmie
podstawowym (baseband) i okablowanie ze skrętki (twisted pair) w fizycznej
topologii gwiazdy (patrz rysunek 7.5).

Ja Brzoza, ja Brzoza... odbiór...

Znanym przykładem wykorzystującym zasady protokołu CSMA/CD jest
system radiowy, używany na przykład przez policję, straż pożarną lub w
łączności CB. Każdy, kto chce nadać wiadomość, czeka aż w kanale
zapanuje cisza, a następnie rozpoczyna nadawanie. Rozpoczęcie
nadawania w czasie, gdy kanał jest zajęty prowadzi do zakłócenia
nadawanej wiadomości 0.

Komentarz: przesunąłem ramkę
w odpowiednie miejsce w tekście

Rozdział 7.

♦ Historia standardów Ethernet, Token-Ring i ARCnet

145

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

145

Rysunek 7.5.
Ethernet 10Base-T

10Base-T to wprowadzone przez IEEE oznaczenie sieci Ethernet wykorzystującej
nieekranowaną skrętkę dwużyłową w fizycznej topologii gwiazdy. Skrętka UTP
może być podłączona bezpośrednio do kart sieciowych w każdym węźle lub do
jednostki MAU (media attachment unit) połączonej z węzłem kablem AUI.

W połowie lat dziewięćdziesiątych wzrost zapotrzebowania na szybszą transmisję
spowodował opracowanie nowego standardu –100Base-T. W rzeczywistości to
rozwój technologii układów scalonych umożliwił wysyłanie i odbiór sygnałów z
prędkością 100 Mb/s przy użyciu skrętki UTP, a resztą zajęli się specjaliści od
marketingu. Standard 100Base-T jest zwany również Fast Ethernet.

Na rynku dostępne są karty sieciowe obsługujące obie prędkości, oznaczane
symbolem 10/100. Chociaż większość połączeń 100Base-T dotyczy obecnie
serwerów, przystępna cena kart 10/100 czyni z nich dobrą inwestycję dla
wszystkich nowych komputerów PC podłączanych do sieci.

10/100 – Brak przeciwwskazań (prawie)

Ceny kart sieciowych 10/100 spadły na tyle, że właściwie nie ma powodu,
aby kupować karty pracujące tylko z prędkością 10 Mb/s. Nawet
koncentratory i przełączniki 10/100 stały się bardziej dostępne. Nie
wszyscy jednak wiedzą, że koncentratory i przełączniki 10/100 – nawet te
najmniejsze dla niewielkiego biura – mają wewnątrz wentylatory. Tak małe
wentylatory mogą jednak generować szum, odczuwalny zwłaszcza w
niewielkim pomieszczeniu. Dlatego przed zakupem urządzenia najlepiej je

Komentarz: podpis do rysunku
może pozostać w tekście

146

Sieci komputerowe dla każdego

146

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

sprawdzić u sprzedawcy.

Co ważne – system okablowania używany w standardach 10Base-T i 100Base-T
(pojedynczy przewód biegnący od koncentratora do stacji sieciowej) daje większą
niezawodność niż w starszych systemach, gdzie poszczególne stacje były  łączone
w  łańcuch. Tym, co najbardziej przekonuje do budowania sieci w oparciu o
produkty 10Base-T i 100Base-T jest ich powszechność. Można bezpiecznie
stosować w jednej sieci karty sieciowe i koncentratory różnych producentów. Ta
powszechność pozwala mieć różne  źródła dostaw, korzystać z dobrodziejstw
konkurencji cenowej i liczyć na długotrwały serwis.

Dla osoby odpowiedzialnej za sieć największą zaletą praktyczną instalacji
okablowania 10Base-T czy 100Base-T jest fizyczna topologia gwiazdy,
zapewniająca niezawodność i możliwość centralnego zarządzania. Podobnie jak
szprychy w kole, przewody promieniście wychodzą z koncentratora do wszystkich
węzłów (patrz rysunek 7.6). Jeśli zdarzy się awaria jakiegoś przewodu, dany węzeł
może okazać się niedostępny, jednak sieć będzie działała nadal. W tradycyjnych
systemach okablowania – takich jak Token-Ring czy cienki Ethernet – jedno złe
połączenie w dowolnym punkcie powodowało awarię całej sieci.

Rysunek 7.6.
Koncentrator

Systemy okablowania 10Base-T i 100Base-T zyskują na elastyczności i
niezawodności dzięki zastosowaniu koncentratorów. Należy zwrócić uwagę, że
urządzenia te wymagają zasilania zewnętrznego, a zalecane jest także
zabezpieczenie ich działania na wypadek awarii zasilania dodatkowym zasilaczem
UPS. Centralny koncentrator to również idealne miejsce do instalacji dodatkowego
procesora monitorującego działanie sieci oraz oprogramowania do zarządzania.

Wszystkie informacje na temat zarządzania siecią zebraliśmy w rozdziale
17.

Koncentratory

System okablowania dla standardu 10Base-T i 100Base-T łączy każdy węzeł sieci
z centralnym koncentratorem (patrz rysunek 7.7) za pomocą odrębnego przewodu.
Taka topologia zapewnia doskonałą niezawodność, a znajdujący się w centrum
sieci punkt dystrybucyjny stanowi naturalną lokalizację dla działań związanych z
zarządzaniem siecią i jej ochroną. Wbudowane oprogramowanie koncentratora
może monitorować poziom aktywności, wykrywać i sygnalizować problemy, a
nawet powstrzymać nieuprawnione wtargnięcie do sieci poprzez ograniczenie
dostępu do poszczególnych portów dla pojedynczych, uprawnionych adresów

Komentarz: j.w.

Komentarz: wstawiłem See
Also

Rozdział 7.

♦ Historia standardów Ethernet, Token-Ring i ARCnet

147

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

147

warstwy MAC. Bardziej wyrafinowane koncentratory umożliwiają
zaprogramowanie ograniczeń dostępu w pewnych okresach, na przykład
wieczorami lub w weekendy.

Rysunek 7.7.
Koncentrator
10Base-T
BayStack 150

Pokazany na rysunku koncentrator 10Base-T BayStack 150 firmy Bay Networks
posiada dwadzieścia cztery porty i wiele kontrolek, a także pozwala na zarządzanie
siecią. Na bieżąco pokazuje on stan połączeń z każdym węzłem, monitoruje poziom
ruchu i może wykryć kilka rodzajów problemów.

Zwykle dostęp do oprogramowania koncentratora oraz sterowanie nim może się
odbywać za pośrednictwem sieci. Wiele produktów ma również port szeregowy RS-
232, dzięki czemu można zdalnie monitorować koncentrator poprzez modem.

Inną ważną zaletą tej topologii jest odporność na awarie. Koncentrator (hub)
izoluje od siebie poszczególne kable, więc w przypadku uszkodzenia jednego z
nich, tracona jest łączność tylko z węzłem podłączonym przez ten kabel. Wszystkie
pozostałe węzły w sieci w dalszym ciągu działają poprawnie. Koncentrator potrafi
także rozpoznać stan błędu i odłączyć – lub w terminologii standardu 10Base-T
odgrodzić (partition) – „winowajcę”. Standard 80.3i 10Base-T wymaga, aby
urządzenie zarządzające punktem dystrybucyjnym aktywnie rozdzielało linie do
poszczególnych węzłów.

Specyfikacja 802.3i wymaga ponadto, aby koncentrator 10Base-T działał także jako
wtórnik, regenerujący i synchronizujący pakiety, poprawiając jednocześnie kształt
cyfrowych fal prostokątnych i eliminując z sygnału szum przed wysłaniem go do
innych węzłów sieci. Jednak regeneracja ta zajmuje określony czas, który powoduje
niewielkie opóźnienie; zwłokę pakietów (packets latency). Zwłoka ta sprawia, że
liczba koncentratorów, jakie można ze sobą połączyć szeregowo jest ograniczona.

Fizycznie punkt dystrybucyjny okablowania 10Base-T może odpowiadać jednemu
z dwóch modeli. Powszechnie stosowaną konfiguracją jest pojedyncze pudełko
z wbudowanymi gniazdami RJ-45 dla 8 do 12 węzłów.

Takie pudełko bez możliwości wewnętrznej rozbudowy i ze stałą liczbą połączeń to
właśnie koncentrator.

Drugi typ centrum dystrybucyjnego to modułowa szafka ze wspólną tylną płytą
montażową i gniazdami, w których można umieszczać różne moduły sprzętowe dla
rozmaitych rodzajów łączy, moduły do zarządzania oraz urządzenia, na przykład
routery. Różne moduły, które mają postać kart można wciskać w gniazda
znajdującej się w szafce płyty rozszerzeń. Ten typ płyty montażowej jest
uniwersalny i nadaje się do rozbudowy, jednak jest dużo droższy niż tradycyjny
koncentrator. Różnica pomiędzy tymi dwoma rodzajami centrów dystrybucyjnych
nie jest jednak aż tak wielka i w materiałach marketingowych, jak i literaturze
technicznej oba typy są używane zamiennie.

Komentarz: Skład: proszę
zachować kolejność akapitu i
rysunku

148

Sieci komputerowe dla każdego

148

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

Przewaga wspólnej płyty montażowej nad koncentratorem polega na możliwości
podłączenia różnych typów nośników, na przykład skrętki UTP, cienkiego kabla
koncentrycznego, grubego kabla koncentrycznego, a także kabla światłowodowego.
Jednak ta uniwersalność kosztuje. Produkty z pytą montażową mogą kosztować
10 000 USD i więcej, podczas gdy ceny koncentratorów kształtują się na poziomie
kilkuset – lub nawet mniej – dolarów.

Jednak w przypadku koncentratorów pojawia się jeden problem. Chodzi o koszt
dodania nowego węzła, w chwili gdy zajęte są wszystkie porty. Podczas rozbudowy
sieci w końcu dochodzi się do sytuacji, w której dodanie dodatkowego węzła
wymaga kupienia dodatkowego koncentratora. Na przykład dla sieci, w której jest
trzydzieści węzłów można logicznie planować zakup trzech koncentratorów po
dziesięć portów każdy. Jednak z uwagi na konieczność połączenia ze sobą samych
koncentratorów potrzebne są cztery porty (A-B, C-D). To oznacza, że do połączenia
ze sobą trzydziestu węzłów potrzebne są cztery koncentratory po dziesięć portów.
Należy zauważyć, że w przypadku awarii jednego z komputerów, wszystkie węzły
podłączone do tego koncentratora przestaną być widoczne w sieci, a koncentratory
znajdujące się po obu stronach urządzenia uszkodzonego zostaną oddzielone od
siebie.

Inną istotną rzeczą do zapamiętania na temat instalacji 10Base-T jest to, że
koncentratory potrzebują zasilania awaryjnego. Jeśli zasilacze UPS zostaną
podłączone do serwerów i stacji klienckich, trzeba je również zainstalować w
punktach dystrybucyjnych dla zapewnienia ciągłości działania sieci.

Stop! Nie kupuj koncentratora!

W rozdziale tym dosyć szczegółowo opisano koncentratory, których
miliony są w użyciu, jednak nie zrobiono tego w celu przekonania do
konieczności zakupu takiego urządzenia. Bynajmniej. Zamiast kupować
koncentrator 10/100 do biura lub nawet na potrzeby sieci domowej, lepiej
zastanowić się nad zakupem przełącznika (switch) obsługującego
standard Ethernet. Era koncentratorów już raczej minęła. Przełączniki
zawsze oferowały lepszą przepustowość, elastyczność i niezawodność niż
koncentratory, ale za wyższą cenę. Obecnie firmy, takie jak Hewlett-
Packard, D-Link, a nawet Cisco, obniżyły ceny przełączników 10/100 na
tyle, że niewielka oszczędność przy zakupie koncentratorów nie jest
adekwatna do utraconych możliwości oferowanych przez przełączniki.

Koncentratory wieżowe

Jeśli liczba węzłów w sieci zacznie rosnąć powyżej 8–12, trzeba będzie poznać
kategorię produktów zwanych koncentratorami wieżowymi (stackable hubs).

Zgodnie z nazwą koncentratory takie ustawia się jeden na drugim, najczęściej
w specjalnej ramie lub obudowie. Jednak rozwiązanie to nie ma na celu wyłącznie
fizycznego ułatwienia zwiększania pojemności punktu dystrybucyjnego, gdyż jest
spowodowane względami elektrycznymi.

Rozdział 7.

♦ Historia standardów Ethernet, Token-Ring i ARCnet

149

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

149

Urządzenia standardów 10Base-T i 100Base-T posługują się metodą detekcji kolizji
w celu ustalenia odpowiedniego momentu dla bezpiecznej transmisji z
poszczególnych węzłów. Koncentrator – od strony technicznej równoważny
wtórnikowi (repeater) – przesyła cały ruch sieciowy pomiędzy segmentami sieci.
Przejście przez wszystkie wtórniki zabiera sygnałom elektrycznym określony czas,
jednak muszą one równocześnie dotrzeć do wszystkich węzłów, aby te mogły
uniknąć kolizji. Im dłuższe opóźnienie wprowadzane przez urządzenie i mniejszy
rozmiar pakietów, tym mniejszy maksymalny zasięg sieci. Koncepcja wieżowej
konfiguracji koncentratorów opiera się na połączeniu ich ze sobą bardzo szybkimi
łączami w celu zmniejszenia opóźnienia.

Istnieją dwie klasy wtórników 100Base-T: klasa I i klasa II. Urządzenia klasy I
wprowadzają dłuższą zwłokę i reguły protokołu CSMA pozwalają na zastosowanie
tylko jednego takiego wtórnika w segmencie sieci 100Base-T. Wtórniki klasy II
wprowadzają krótszą zwłokę i dzięki temu można kaskadowo połączyć dwa takie
wtórniki na segment, jednak odległość pomiędzy nimi nie może być większa niż 5
metrów. Większość koncentratorów 100Base-T to urządzenia klasy I.

Szybka magistrala łącząca koncentratory w konfiguracji wieżowej pozwala je
traktować jako pojedynczy wtórnik, niezależnie od tego, ile koncentratorów
połączonych jest w wieżę i to jest największa zaleta koncentratorów wieżowych.
Zaletą takich koncentratorów jest również elastyczność. Producenci często oferują
dodatkowe opcje dla koncentratorów tego typu, na przykład moduły zarządzające
lub rezerwowe zasilacze.

Opóźnienie wprowadzane przez wtórniki narzuca reguły ograniczające ich użycie.
Standard 10Base-T dopuszcza zastosowanie maksymalnie czterech wtórników w
jednym segmencie sieci lokalnej. Natomiast standard 100Base-T pozwala na jeden
lub dwa wtórniki w zależności od ich klasy (patrz rysunek 7.8).

150

Sieci komputerowe dla każdego

150

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

Rysunek 7.8.
Koncentratory
wieżowe mają szybką
magistralę
szkieletową, dzięki
której cała wieża
może być traktowana
jak jeden wtórnik
ethernetowy

Przełączanie Ethernetu

CSMA/CD – protokół sterowania dostępem do nośnika standardu Ethernet – to
zarówno siła, jak i słabość tego standardu. W wielu sieciach, a szczególnie tych, w
których transmisja ma charakter impulsowy, protokół CSMA działa dobrze. Jeśli
praca
w sieci polega na otwieraniu i zapisywaniu plików lub na kierowaniu zapytań do bazy
danych, CSMA działa równie dobrze.

Niektóre współczesne aplikacje, na przykład wideokonferencje lub transfer dużych
multimedialnych plików, generują stały strumień danych. Jeśli dotyczy to więcej niż
jednego węzła w segmencie, rośnie średnie natężenie ruchu i ma miejsce wiele
kolizji. W przypadku częstych kolizji całkowita przepustowość sieci gwałtownie
spada (patrz rysunek 7.9).

Komentarz: Uzupełniłem
podpis

Rozdział 7.

♦ Historia standardów Ethernet, Token-Ring i ARCnet

151

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

151

Rysunek 7.9.
Koncentratory sterują
ruchem w sieci
Ethernet podobnie
do sygnalizacji
świetlnej –
zatrzymanie
i w drogę

Kiedy któryś z węzłów sieci ma pakiet do wysłania, nasłuchuje poprzez połączenie
z siecią, czekając na przerwę w ruchu, a następnie, kiedy w sieci nie są
transmitowane żadne inne dane, wysyła swoje dane. Przełącznik udostępnia dla
danych drogę szybkiego ruchu w sieci. Węzeł podłączony do przełącznika również
musi czekać na swoją kolejkę, ponieważ jednak przełącznik nie przekazuje do całej
sieci informacji o ruchu w obrębie poszczególnych segmentów, daje to węzłom
efektywniejszy dostęp do nośnika i zwiększa przepustowość sieci.

Przełączniki przesyłają dane pomiędzy węzłami, nie powodując kolizji. Każdy
węzeł podłączony do przełącznika dysponuje otwartym kanałem komunikacyjnym
o przepustowości 10 lub 100 Mb/s. Inaczej jest w przypadku koncentratorów, które
dzielą pasmo kanału pomiędzy wszystkie porty, używając ethernetowego algorytmu
rozstrzygania kolizji. Koncentratory pracują dobrze, dopóki dwa lub więcej węzłów
nie zacznie jednocześnie nadawać dużych ilości danych.

Transfery dużych plików (pobieranie plików, archiwizacja, interaktywne audio lub
wideo) to olbrzymie strumienie danych, które podnoszą poziom kolizji w
koncentratorach. Sieć nie zatyka się z powodu małej przepustowości, ale z powodu
kolizji przy dostępie do nośnika. Dodanie przełącznika ma taki sam efekt, jak znaczne
zwiększenie przepustowości. Jeśli planuje się wykorzystywanie współczesnych
aplikacji, to trzeba również zaplanować użycie przełączników.

Włączenie do sieci przełącznika nie wymaga zmiany posiadanych kart sieciowych,
ani koncentratorów najniższego poziomu. Jednak przełączanie sprawia, że każda
karta sieciowa działa tak, jakby była sama w sieci. W przeciwieństwie do
alternatywnych rozwiązań sieciowych, przełączniki (koncentratory przełączające)
nie dzielą pasma sieciowego pomiędzy wszystkie aktywne węzły. Zamiast tego
szybki procesor w przełączniku przesyła pakiety poprzez płytę układu działającą z
prędkością setek megabitów na sekundę. Rozwiązanie to nazywa się architekturą
wewnętrznej magistrali szkieletowej (collapsed-backbone), ponieważ działa jak
grupa indywidualnych koncentratorów połączonych przez szybkie łącze
szkieletowe.

Komentarz: podpis do rysunku
może pozostać w tekście

152

Sieci komputerowe dla każdego

152

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

Nie kombinuj, użyj przełącznika!

Jeśli sieć działa mało wydajnie z powodu częstych kolizji, należy
spróbować podzielić ją na segmenty. Jeśli to zbyt skomplikowane, więc
lepiej użyć przełączników. Należy podkreślić, że przełącznik pozwala
uniknąć konieczności majsterkowania w prawidłowo działającym pececie
w celu zainstalowania dodatkowej karty sieciowej. Otwieranie obudowy
komputera, który nie jest zepsuty to najpewniejsza droga do tego, aby
przestał działać. Przełączniki eliminują kolizje, skracają czasy opóźnienia
i chronią przed ingerencją we wnętrze działających pecetów.

Ogólnie rzecz biorąc, przełącznik można zainstalować w jednej z czterech
konfiguracji: fronton serwera, zaplecze dla grupy koncentratorów, szybki
koncentrator lub koncentrator FDDI.

Jako fronton serwera, przełącznik jest jedynym punktem połączenia dla
jednego lub kilku serwerów. Każdy serwer dostaje wówczas maksymalną
szerokość pasma transmisji, podczas gdy klienty PC rywalizują o bardziej
ograniczone pasmo.

Jako zaplecze grupy tradycyjnych koncentratorów, koncentrator z funkcją
przełączania działa jako bardzo szybka, ale jednocześnie ekonomiczna
magistrala szkieletowa. Takie rozwiązanie pozwala maksymalnie
dwunastu koncentratorom uzyskać dostęp do 10-megabitowego pasma bez
konkurowania o kanał.

Jako szybki koncentrator przełącznik umożliwia administratorowi
przydzielenie każdemu węzłowi niezbędnego pasma. To jest klasyczny
przykład architektury collapsed-backbone.

W roli koncentratora szybkich systemów sieciowych, przełącznik może
obsługiwać łącza FDDI, ATM lub Gigabit Ethernet albo jeszcze inne
rodzaje technologii szkieletowych.

Przełączniki są obecnie szeroko rozpowszechnione i dostępne pod względem cen.
Nie ma potrzeby martwić się o zmiany powodowane przez powstające standardy
czy zmarnowanie już dokonanych nakładów inwestycyjnych. W odniesieniu do
przełączników często używa się terminu warstwa. Ma on związek z opisanym
w rozdziale 4. siedmiowarstwowym modelem ISO. Termin warstwa opisuje rodzaj
informacji używanych przez urządzenie sterujące ruchem – przełącznik, most lub
router – do „tasowania” pakietów. Przełącznik lub most warstwy 2 podczas
sterowania ruchem podejmuje decyzje na podstawie adresów zapisanych na trwałe
w pamięci kart sieciowych (adresów MAC). Urządzenie to uczy się tych adresów
poprzez monitorowanie ruchu, tworząc własną tabelę. Z kolei urządzenia warstwy 3
zamiast adresów kart sieciowych używają adresów IP. Przełączniki i routery warstwy
3 sterują ruchem na podstawie własnych obserwacji oraz wspólnych list adresów.
Czynności związane z współużytkowaniem list i szczegółowym sprawdzaniem
adresów powodują, że urządzenia warstwy 3 są bardziej skomplikowane i droższe
niż urządzenia warstwy 2.

Rozdział 7.

♦ Historia standardów Ethernet, Token-Ring i ARCnet

153

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

153

Podczas czytania tygodników poświęconych branży informatycznej można spotkać
nagłówki z informacjami o przełącznikach „warstwy 3”, które potrafią wyznaczać
trasę pakietów na podstawie adresów IP. Takie przełączniki stanowią konkurencję
dla powszechnie używanych w sieciach szkieletowych routerów, jednak są one
nowością, więc mogą być drogie, a ich zalety nie są do końca jasno określone.
Należą one do urządzeń peryferyjnych sieci LAN, pracujących na styku sieci lokalnej
z siecią rozległą. Jednak obecnie popularnością cieszą się przełączniki, które
przełączają pakiety na podstawie adresów ethernetowych. Te przełączniki „warstwy
2” są praktyczne i dostępne. W dalszej części tego rozdziału Czytelnik znajdzie kilka
praktycznych reguł korzystania z przełączników warstwy 2 i warstwy 3.

Dwie kategorie przełączników warstwy 2

Producenci oferują zwykle dwa rodzaje przełączników 10/100 pracujących w
warstwie 2. W pierwszej grupie są urządzenia, które opcjonalnie mogą być
wyposażone w szybkie moduły portów do podłączania kabli światłowodowych i
innych nośników. Światłowodowe połączenie szkieletowe umożliwia zwiększenie
prędkości transmisji lub jej zasięgu pomiędzy przełącznikami.

Kable do koncentratorów i do przełączników

W poprzednim rozdziale opisane zostały kategorie okablowania. Trzeba
pamiętać, że aby koncentratory i przełączniki działały prawidłowo,
potrzebne są kable odpowiedniego rodzaju zainstalowane zgodnie z
określonymi kryteriami. We współczesnych instalacjach wykorzystuje się
okablowanie ze skrętki UTP kategorii 5.

Przełączniki wyższej klasy mają również zaawansowane możliwości zarządzania,
obejmujące zdalne sterowanie przełącznikiem i szczegółowe raporty. Decydując się
na zakup takiego wydajnego i elastycznego przełącznika o przynajmniej
dwudziestu czterech portach, trzeba się liczyć z wydatkiem około 100 USD na port.

Druga grupa przełączników 10/100 nie ma szybkiego portu ani funkcji zarządzania,
jednak ceny tych urządzeń wynoszą już tylko około 30 USD za port. Właściwie
wystarczy zaopatrzyć się w tego rodzaju urządzenia. Są one wielkości zwykłych
koncentratorów i kosztują niewiele więcej. Mają natomiast wszystko to, czego
potrzeba w biurowej sieci liczącej dziesiątki komputerów, drukarek i innych
urządzeń. I jeszcze jedna uwaga instalacyjna. Każdy z tych małych przełączników
wydaje dość dokuczliwy odgłos wentylatora. Dlatego jest bardzo prawdopodobne,
że lokalizacja wybrana początkowo dla niepodłączonego przełącznika zostanie dość
szybko zmieniona, kiedy zostanie włączony do sieci i zacznie hałasować.

Droższe przełączniki najlepiej nadają się do sieci korporacyjnych, w których
wykorzystuje się usługi zarządzania siecią. Jednak opcjonalne moduły
przyłączeniowe sprawiają, że urządzenia te są przydatne również w małych
firmach, które muszą połączyć ze sobą dwie oddalone sieci LAN. Tańsze
przełączniki idealnie nadają się do każdego małego biura. Są one szybkie i

154

Sieci komputerowe dla każdego

154

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

pozwalają stworzyć sieć, której nie trzeba będzie rekonfigurować po dodaniu
nowych zastosowań.

Praktyczne wskazówki dla segmentowych sieci LAN

Poniżej przedstawiono kilka praktycznych wskazówek pomocnych przy budowie
sieci wykorzystującej zalety przełączników.

Zasada nr 1. Nie kupuj koncentratorów tylko przełączniki warstwy 2

Przełączniki warstwy 2 są niezastąpione, jeśli chodzi o łączenie komputerów

biurowych, serwerów, drukarek i sieci szkieletowej. Lepiej przestać myśleć o

zakupie nowych koncentratorów z dzielonym dostępem do Ethernetu i kupować

tylko przełączniki warstwy 2. Urządzenia te mają specjalne procesory, które filtrują

pakiety kierowane do retransmisji, zamiast retransmitować wszystkie odebrane

pakiety, jak to robią koncentratory. Ponieważ każdy pakiet przebywa tylko odcinek

okablowania pomiędzy węzłem wysyłającym a węzłem docelowym, sieć jest w

stanie przesłać więcej danych i wymaga mniejszej pracy związanej z konfiguracją.

Jednak niedrogie obecnie urządzenia warstwy 2 są przeznaczone dla sieci lokalnych

i ze względu na wykorzystywany schemat adresowania zgodny ze standardem

Ethernet, nie mają poza siecią lokalną praktycznego zastosowania.

Zasada nr 2. Poza siecią LAN używaj przełączników warstwy 3

Poza siecią LAN w połączeniach z intranetem i Internetem, urządzenia sterujące

ruchem potrzebują informacji właściwych dla warstwy 3, najczęściej adresów IP.

Główna różnica pomiędzy przełącznikami warstwy 3 a tradycyjnymi routerami to

wykorzystywanie dedykowanych, aplikacyjnych układów scalonych (application

specific integrated circuit – ASIC) zamiast skomplikowanego oprogramowania

przetwarzanego w procesorze centralnym. Wykorzystujące procesor centralny

routery stają się mniej praktyczne, gdy zmienia się schemat ruchu w sieci LAN, a

natężenie ruchu w kierunku sieci LAN i z sieci LAN gwałtownie rośnie. Sterowane

układami ASIC przełączniki lepiej się sprawdzają w takich sytuacjach niż

sterowane oprogramowaniem routery. Przełączników warstwy 3 można używać w

sieci lokalnej, jednak na razie rozwiązanie takie nie jest ekonomiczne, chyba że

konieczne są możliwości gwarancji jakości usług oferowane przez te urządzenia.

Zasada nr 3. Nie ma różnicy pomiędzy routingiem
a przełączaniem w warstwie 3

Nie ma już żadnych argumentów na rzecz różnicowania architektur tradycyjnego

routingu i przełączania w warstwie 3. Współczesne routery ewoluując,

przekształciły się w przełączniki z układami ASIC. Współczesne przełączniki

wspomagają pracę układów ASIC procesorem centralnym. Niezależnie od nazwy

przełączniki warstwy 3 i współczesne routery wyglądają wewnątrz bardzo

podobnie.

Rozdział 7.

♦ Historia standardów Ethernet, Token-Ring i ARCnet

155

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

155

Zasada nr 4. Agregacja portów to dobry pomysł

Wszystkie omawiane tu zaawansowane przełączniki mają – poprzez połączenia

przełącznik-przełącznik – możliwość agregacji portów w celu zwiększenia pasma

i niezawodności. Innymi słowy, można użyć dwóch połączeń 100 Mb/s pomiędzy

przełącznikami i przynajmniej odsunąć na pewien czas konieczność wdrażania

łącza Gigabit Ethernet. Łączenie portów jest tanie i nie niesie ze sobą ryzyka.

Zasada nr 5. Ostrożnie z wirtualnymi sieciami LAN

Wirtualne sieci lokalne (virtual local area network – VLAN) możliwe dzięki
zaawansowanym przełącznikom pozwalają logicznie połączyć ze sobą dwa węzły
poprzez dedykowane połączenie i zmniejszyć tym samym niepotrzebny ruch w
sieci szkieletowej. Jako przykład można podać grupę roboczą wykorzystującą
aplikację działającą na systemie mainframe w centrum obliczeniowym, które
znajduje się
w innym budynku.

Zamiast przesyłać cały ruch siecią kampusową, można zdefiniować jeden lub kilka
zagregowanych portów jako wirtualną sieć LAN do centrum obliczeniowego.
Podobnie, jeśli dwie części danego działu są rozrzucone w różnych budynkach
firmy, adresy IP komputerów w obydwu lokalizacjach można powiązać ze sobą w
sieć VLAN, dzięki czemu ruch pomiędzy nimi będzie odbywał się poprzez
połączenia dedykowane zamiast przez centralny przełącznik sieci kampusowej.
Jednak wydzielenie sieci VLAN komplikuje strukturę sieci i może utrudnić
lokalizację przyszłych problemów z siecią.

Zasada nr 6. Pomyśl o przełączaniu etykiet

Kupując przełączniki warstwy 3, należy mieć na uwadze nadchodzącą technologię
zwaną wieloprotokołowym przełączaniem etykiet (Multiprotocol Label Switching).
W technice MLPS wykorzystuje się krótsze adresy, tak zwane etykiety, które
pozwalają zmniejszyć ilość informacji dodatkowych dołączanych do
transmitowanych informacji użytkowych, zwiększając tym samym prędkość
kierowania ruchem. Zgodnie z opracowywanymi przez IETF dokumentami,
etykiety mogą zawierać różne ważne informacje, na przykład o klasie usług, o
miejscach docelowych lub oznaczenie ruchu w wirtualnej sieci prywatnej (VPN).

Jest bardzo prawdopodobne, że MPLS stanie się najpopularniejszą metodą
rozwiązywania problemów z gwarantowaną jakością usług, których nadejście
spodziewane jest, gdy sieci zaczną wypełniać się strumieniową transmisją  głosu,
muzyki
i innych danych tego typu. Najbardziej znani producenci routerów, jak Cisco
Systems, Lucent Technologies, 3Com i Nortel Networks, już mają przygotowaną
strategię i pierwsze produkty dla technologii LAN. Przełączanie etykiet powinno
znaleźć zastosowanie w sieciach korporacyjnych już pod koniec roku 2000, więc
technologię  tę należy uwzględnić we wszystkich większych projektach
intranetowych.

156

Sieci komputerowe dla każdego

156

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

Zasada nr 7. Rozważ różne możliwości połączeń

Praktycznie niemożliwe jest przewidzenie typu połączeń, jakie zostaną użyte
pomiędzy przełącznikami warstwy 2 lub 3. W sąsiedztwie wielu firm pojawiają się
coraz częściej cyfrowe linie DSL, a lokalni operatorzy oferują usługi sieci Frame
Relay i ATM. Należy kupować tylko przełączniki warstwy 3 i zaawansowane
przełączniki warstwy 2, które mają porty rozszerzające z możliwością współpracy
z przeróżnymi łączami (patrz rysunek 7.10).

Rysunek 7.10.
Na rysunku tym
przedstawiono
przełączniki warstwy
2 i warstwy 3 w sieci
korporacyjnej

Przełączniki warstwy 2 łączą ze sobą urządzenia biurowe w każdej sieci LAN. Ich
opcjonalne porty z interfejsem optycznym mogą służyć połączeniu z szybkim
szkieletem zbudowanym w oparciu o Gigabit Ethernet lub połączeniu na odległość do
2 km w obrębie kompleksu budynków. Jeden z pokazanych przełączników
wykorzystuje dwa porty 100 Mb/s połączone w celu zwiększenia pasma i
niezawodności. Porty są skonfigurowane jako wirtualna sieć LAN, którą dane są
przesyłane bezpośrednio do (i z) korporacyjnego centrum obliczeniowego, bez
obciążania sieci szkieletowej.

Gigabit Ethernet

Gigabit Ethernet to członek rodziny standardów Ethernet 802.3, do której należą
10Base-T i 100Base-T. Może on pracować w trybie pół-duplex i pełny duplex
w pierwszym trybie używa tej samej metody dostępu CSMA/CD, co pozostałe

Komentarz: j.w.

Rozdział 7.

♦ Historia standardów Ethernet, Token-Ring i ARCnet

157

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

157

standardy Ethernet. Większość produktów dla tego standardu dostępnych na rynku
jest przeznaczonych dla fizycznej topologii Fibre Channel, wykorzystującej kable
światłowodowe. Postęp w dziedzinie transceiverów przeznaczonych dla przewodów
miedzianych pozwala na ich wykorzystanie dla celów Gigabit Ethernetu skrętki UTP
kategorii 5 na niewielkich odległościach (rzędu 25 metrów), jednak zdaniem Autora
lepsze efekty da sieć Gigabit Ethernet zbudowana wyłącznie na światłowodach.

Podstawowym zastosowaniem gigabitowego Ethernetu jest sieć szkieletowa
pomiędzy przełącznikami. Dostawcy przełączników oferują złącza interfejsu
Gigabit Ethernet (Gigabit Interface Connector – GBIC) w kilku różnych
technologiach. Złącza GBIS 1000Base-SX umożliwiają połączenia za pomocą
wielomodowych światłowodów na odległość od 250 do 600 m. Złącza GBIC
1000Base-LX mogą „pompować” dane na odległość do 3 km. Jednak adaptery LX
są droższe o 500 do 1000 USD od złącz SX z uwagi na potrzebną technologię
laserową.

Interesuje Cię wideo?

Wydaje się, że problemy towarzyszące przesyłaniu strumieni danych
związanych z wideokonferencjami, filmami, wideoklipami i innymi
przekazami audio i wideo zawładnęły wyobraźnią niektórych inżynierów.
Autor musi szczerze przyznać, że nie zauważył, aby transmisje wideo
wkraczały w sieci biurowe. Wideokonferencje na przykład wydają się
rozwiązaniem, dla którego jeszcze nie sformułowano problemu. To samo
dotyczy technologii ATM. Techniki, takie jak segmentacja sieci,
przełączanie i Gigabit Ethernet są w stanie zaspokoić nasze faktyczne
potrzeby transmisji danych na najbliższą dekadę.

Można zadać pytanie: „do czego mi pasmo o przepustowości 1000 Mb/s w sieci
LAN?”. Odpowiedź wcale nie jest oczywista, ale zawsze miło jest pomyśleć o
całkowitym braku kolizji w sieci szkieletowej, nawet w przypadku danych
strumieniowych. W większości sieci wciąż używa się standardu 10Base-T dla
komputerów biurowych i 100Base-T dla szkieletu sieci, połączeń z serwerami i dla
wymagających użytkowników. Jednak w miarę upowszechniania się połączeń o
prędkości 100 Mb/s, przesyłane w nich dane stanowią coraz bardziej znaczący
odsetek gigabita. Gigabit Ethernet to dobra alternatywa do połączenia ze sobą
przełączników albo połączenia szybkich, wieloprocesorowych serwerów z siecią
LAN.

Są również inne alternatywy dla kampusowych i budynkowych sieci szkieletowych,
na przykład przełączanie w technologii ATM (Asynchronous Transfer Mode). Jednak
wydaje się dość oczywiste, że atrakcyjność Ethernetu zwycięży również w przypadku
odłamu gigabitowego.

Token-Ring: metoda IBM

158

Sieci komputerowe dla każdego

158

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

Podkomisja 802.5 IEEE pod wodzą przedstawicieli IBM opracowała zestaw
standardów opisujących sieć z przekazywaniem żetonu w logicznej topologii
pierścienia. IBM wprowadził również identyczne standardy w struktury
Europejskiego Stowarzyszenia Producentów Komputerów (European Computer
Manufacturer Association). W początkowej implementacji standardu stosowano
transmisję z prędkością 4 Mb/s, jednak częścią standardu jest również transmisja z
prędkością 16 Mb/s.

Sieć Token-Ring ma się tak do sieci jak Boeing 747 do samolotów. Robi dużo

hałasu i wymaga specjalnej obsługi, ale może przenieść duże obciążenia; oferuje

dużą moc i elastyczność, ale wymaga umiejętnego zarządzania i sterowania; jest

jednym z szybszych statków powietrznych, ale nie jednym z najładniejszych. W

roku 1989 IBM wprowadził odpowiednik ponaddźwiękowego 747, kiedy

zaadoptował dla sieci Token-Ring prędkość transmisji 16 Mb/s. Jednak szybsza

transmisja danych wymaga bardziej ostrożnej instalacji. Podstawowe techniki

działania obydwu sieci Token-Ring są takie same. Ostatnim członkiem rodziny jest

High Speed Token-Ring (HSTR) z prędkością transmisji 100 Mb/s.

Struktura Token-Ring była kamieniem węgielnym architektur sieci lokalnych

i rozległych IBM przez prawie całą dekadę. Obecnie IBM „przeprosił się” z

Ethernetem, jednak zrobił to z pewnym ociąganiem.

Szybszy niż się wydaje?

Standard Token-Ring jest znacznie bardziej wydajny niż Ethernet
i wiele testów pokazało, że 4 Mb/s to dla Token-Ring praktycznie ten sam
poziom wydajności co 10 Mb/s dla Ethernetu. Podobnie Token-Ring z
prędkościami 16 i 100 Mb/s jest uważany za bardziej wydajny od swoich
ethernetowych odpowiedników.

Jednak w sieciach Token-Ring wcale nie trzeba używać wyłącznie sprzętu i

oprogramowania od IBM. Madge Networks i inne firmy również sprzedają

adaptery Token-Ring. A z tymi adapterami i innym sprzętem pochodzącym od

różnych producentów można używać oprogramowania Microsoftu, Novella i

odmian Uniksa.

To nie IBM wynalazł ideę żetonu czy topologię pierścienia. W rzeczywistości odkupił

– rzekomo za około 5 milionów USD – patent na sieci Token-Ring Olofa

Soderbloma. Inne firmy z branży Token-Ring musiały więc zdecydować się, czy

walczyć

z roszczeniami Soderbloma, które wynikały z praw autorskich, czy na nie przystać.

Wiele standardów i wsparcie ze strony IBM najwyraźniej wzmocniło wiarę firm

produkujących układy półprzewodnikowe. Wkrótce grupa firm – z Texas

Instruments na czele – zaczęła oferować zestaw układów scalonych, takich jak

TMS 380, realizujących wszystkie funkcje standardu 802.5.

Rozdział 7.

♦ Historia standardów Ethernet, Token-Ring i ARCnet

159

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

159

Przekazywanie żetonu

W sieciach zbudowanych w topologii pierścienia i wykorzystujących technikę

przekazywania żetonu, pomiędzy bezczynnymi stacjami przesyłany jest strumień

danych nazywany żetonem, który ma w sobie coś z pociągu towarowego. Technika ta

definiuje jednocześnie topologię logiczną i protokół sterowania dostępem do nośnika.

Stacja, która ma wiadomość do nadania, czeka na wolny żeton. Kiedy go otrzyma,

zmienia go na żeton zajęty i wysyła go do sieci, a zaraz za nim blok danych zwany

ramką (frame). Ramka zawiera część komunikatu (lub cały komunikat), który miała

wysłać stacja. Jednak w rzeczywistości akceptacja, odczyt i dalsze przesłanie

żetonu nie odbywa się pojedynczo w każdej stacji. Strumień danych tworzący żeton

–

a także wiadomość – może jednocześnie dotrzeć nawet do trzech stacji.

Kiedy stacja nada komunikat, w sieci nie ma wolnego żetonu, więc wszystkie inne
stacje, które chcą nadawać, musza czekać. Po skopiowaniu danych z ramki przez
stację docelową, ramka wraca do stacji nadawczej, przebywając podczas transmisji
cały pierścień. Stacja, która uprzednio nadała ramkę, teraz usuwa zajęty żeton i
wysyła do pierścienia nowy wolny żeton.

Zastosowanie systemu sterowania dostępem do nośnika za pomocą przekazywania
żetonu zapobiega wzajemnemu zakłócaniu się przesyłanych wiadomości i
gwarantuje, że w danej chwili tylko jedna stacja może nadawać dane. W
przeciwieństwie do Ethernetu schemat z przekazywaniem żetonu daje pewność
dostarczenia ramki.

Zdolność do strumieniowego przetwarzania danych sprawia, że sieci Token-Ring
lepiej nadają się do współpracy z nośnikami światłowodowymi niż systemy
rozgłoszeniowe, takie jak Ethernet czy ARCnet. Nośniki optyczne zwykle
transmitują sygnały w jednym kierunku. Podobnie żeton jest przesyłany tylko w
jedną stronę wokół pierścienia. Dzięki temu nie ma potrzeby stosowania
optycznych multiplekserów, które dzielą moc sygnału, ani drogich wtórników
aktywnych.

Pierścień wokół gwiazdy

Fizyczna topologia sieci Token-Ring wcale nie jest taka, jakiej można by się
spodziewać. Chociaż żetony i wiadomości są przesyłane od węzła do węzła (przez
stacje klienckie, bramy i serwery) w logicznej topologii pierścienia, kable
odpowiadają
w rzeczywistości fizycznej topologii gwiazdy, co pokazuje rysunek 7.11.

160

Sieci komputerowe dla każdego

160

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

Rysunek 7.11.
Token-Ring

W sieciach Token-Ring do połączenia każdego węzła z centralną jednostką MAU
(Multistation Access Unit) używa się przewodu ekranowanego. Na rysunku
pokazano także dwuportowe koncentratory, których używa się, aby zmniejszyć
koszt okablowania. Koncentratory można łączyć ze sobą kablami
światłowodowymi.

Aby w logicznym pierścieniu wprowadzić fizyczny układ gwiazdy, w systemach
Token-Ring wykorzystuje się koncentratory zawierające przekaźniki
elektromechaniczne. Należy zwrócić uwagę, że IBM nazywa koncentratory
używane w sieciach Token-Ring jednostkami MAU. Nie należy mylić tych
jednostek MAU z transceiverami MAU (Media Attachment Unit), podłączanymi do
portu AUI na karcie sieciowej w standardzie „grubego” Ethernetu.

Kiedy stacja próbuje przyłączyć się do pierścienia, z karty sieciowej wysyłany jest
impuls napięcia przez kabel do koncentratora, gdzie aktywuje on przekaźnik dla
danego przewodu. Działanie przekaźnika powoduje zmianę konfiguracji pierścienia
i dodanie nowej stacji do pierścienia w ciągu kilku milisekund. Sieci Token-Ring to
jedyne sieci, których działanie można usłyszeć, ponieważ każdemu dołączeniu
stacji do pierścienia towarzyszy słyszalne kliknięcie przekaźnika w punkcie
dystrybucyjnym.

Jeśli kabel podłączony do stacji zostanie przerwany lub zwarte zostaną dwa
przewody w kablu czy też wystąpi awaria zasilania stacji, styki przekaźnika
natychmiast sie rozłączają i stacja odłącza się od pierścienia. Taka organizacja
zapobiega awarii całego systemu z powodu jednego uszkodzonego kabla (jest to

Komentarz: j.w.

Rozdział 7.

♦ Historia standardów Ethernet, Token-Ring i ARCnet

161

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

161

główna zaleta marketingowa – ale nie jedyna – systemów Token-Ring, ARCnet i
10Base-T, które używają fizycznej topologii gwiazdy).

Typowy koncentrator Token-Ring obsługuje osiem węzłów (patrz rysunek 7.12).
Koncentratory są montowane jeden nad drugim w stelażu i łączone kablem
połączeniowym, który biegnie od portu jednego koncentratora do portu
wejściowego następnego koncentratora. Ponieważ kable te rozciągają logiczny
pierścień na kolejne koncentratory, nawet węzły podłączone do różnych
koncentratorów są w tym samym pierścieniu. Dodatkowe korzyści daje połączenie
koncentratorów kablem światłowodowym. Na rysunku 7.12 przedstawiono
koncentrator dla małej grupy roboczej, który można łączyć z innymi
koncentratorami. W tym przypadku jest to koncentrator Token-Ring dla
nieekranowanej skrętki dwużyłowej na wierzchu koncentratora dla skrętki
ekranowanej. Widoczne są złącza RING-IN i RING-OUT używane do łączenia
koncentratorów.

Rysunek 7.12.
Koncentrator
Token-Ring

Koncentrator Token-Ring przedstawiony na rysunku 7.13 pozwala w sposób
ekonomiczny połączyć cztery węzły za pomocą okablowania ze skrętki
nieekranowanej. Gniazda wejściowe i wyjściowe tego koncentratora mogą posłużyć
do podłączenia innych koncentratorów, znajdujących się w odległości nawet do 300
metrów.

Rysunek 7.13.
Koncentrator
Token-Ring

Kiedy pierścień przestaje działać

O ile topologia wykorzystująca koncentratory zwiększa szanse sieci na przetrwanie
przy awarii kabla, protokół sterowania dostępem do nośnika za pomocą
przekazywania żetonu ma swój własny, niespotykany gdzie indziej problem. Jeśli
uszkodzeniu ulegnie karta sieciowa, w systemie Ethernet lub ARCnet tylko dany
węzeł straci dostęp do sieci. Jednak nieprawidłowe działanie jednej karty sieciowej
w sieci Token-Ring może zakłócić pracę całej sieci, ponieważ każdy węzeł w
pierścieniu musi aktywnie przekazać każdy żeton i każdą wiadomość. Gdy zatem w

Komentarz: połączyłem podpis
do rysunku z tekstem rozdziału

Komentarz: j.w.

162

Sieci komputerowe dla każdego

162

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

jednej karcie sieciowej Token-Ring zepsuje się odbiornik lub nadajnik, żeton
zatrzyma się w tym miejscu. Współczesne koncentratory i karty sieciowe Token-
Ring mają wbudowane możliwości zarządzania i oprogramowanie sterujące.
Funkcje natychmiast informują administratora sieci o problemach, takich jak
nieprawidłowo działające karty sieciowe, i udostępniają środki do wymuszenia
odłączenia węzłów od pierścienia.

Kable do pierścienia

Oryginalny kabel zalecany dla instalacji Token-Ring zawiera dwie pary skręconych
ze sobą przewodów pokrytych ekranem z folii aluminiowej.

Maksymalna długość kabla pomiędzy koncentratorem Token-Ring, a punktem
przyłączeniowym dla węzła sieci nie może przekraczać 45 metrów. Jednak ponad
dwa dodatkowe metry daje kabel pomiędzy punktem przyłączeniowym (na przykład
ściennym gniazdkiem sieciowym) a samym węzłem. Kable są podłączane do
koncentratora za pomocą specjalnego złącza, którego przymocowanie do kabla
wymaga pewnej wprawy.

Obecnie wszystkie nowe sieci Token-Ring – w tym sieci HSTR – wykorzystują
zwykle nieekranowaną skrętkę kategorii 5. Podłączenie skrętki UTP do starszych
kart sieciowych umożliwia specjalne urządzenie zwane adapterem nośnika (media
adapter).

Prędkość w pierścieniu

Oryginalna sieć Token-Ring firmy IBM przesyła dane w kablu sieciowym z
prędkością 4 Mb/s. W roku 1989 IBM wypuścił wersję Token-Ring działającą z
prędkością 16 Mb/s. Karty sieciowe dla tej prędkości mogą również współpracować
ze starszymi kartami z prędkością 4 Mb/s. Szybki Token-Ring (High-Speed Token
Ring – HSTR) działa z prędkością 100 Mb/s, a prace nad gigabitową siecią Token-
Ring są w toku.

Chociaż sygnały odpowiadające zerom i jedynkom szybciej płyną w przewodach,
nie należy zakładać,  że Token-Ring znacznie przyspieszy działanie sieci w
porównaniu ze swoją starszą wersją. Z drugiej strony nie należy zakładać,  że 4
Mb/s
w sieci Token-Ring to wolniej niż 10 Mb/s w sieci Ethernet. Oprócz samej tylko
prędkości transmisji na wydajność sieci wpływa wiele czynników, na przykład
prędkość serwerów. Należy zwrócić uwagę,  że instalacja sieci Token-Ring o
prędkości 16 Mb/s na okablowaniu ze skrętki nieekranowanej niesie ze sobą nowe
problemy. Dopuszczalna długość kabli i liczba węzłów w każdym pierścieniu są
określane na podstawie skomplikowanych zasad. Szybciej przesyłane sygnały
znacznie trudniej zdekodować i łatwiej zakłócić skumulowanym szumem w
systemie okablowania.

Rozdział 7.

♦ Historia standardów Ethernet, Token-Ring i ARCnet

163

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

163

Złapani w pierścień

Wiele firm, które zachęcił sponsoring ze strony IBM, wybrało Token-Ring jako
swoją architekturę systemu okablowania i sterowania dostępem do nośnika.
Chociaż przewaga eksploatacyjnych zalet sieci Token-Ring nad sieciami Ethernet
jest wciąż przedmiotem niekończących się dyskusji, trzeba spojrzeć na rzeczywiste
zalety – w szczególności na potencjalną możliwość podłączenia do systemu
mainframe – i postawić je na szali z kosztami instalacji kart sieciowych Token-
Ring, kabli

i koncentratorów.

Jak wyjaśniono w rozdziale 12., „Protokoły Internetu”, istnieją wydajne metody
połączenia sieci z komputerem mainframe, które nie wymagają instalacji sieci
Token-Ring. Użytkownik standardu Token-Ring nie jest pozbawiony wsparcia ze
strony producentów, a zainstalowane systemy są z reguły bardzo niezawodne.
Jednak Ethernet ma większe oparcie w rynku i większość decyzji dotyczących
nowych instalacji zapada na jego korzyść.

ARCnet: dobra rzecz,
która nie chwyciła

Wykorzystanie żetonów lub komunikatów do decydowania o tym, która stacja
może rozpocząć transmisję we wspólnym kablu, nie jest właściwe tylko
standardowi IEEE 802.5. W systemie ARCnet, który został wprowadzony przez
firmę Datapoint i jest rozwijany w branży mikroprocesorowej przez Standard
Microsystems, regulowanie ruchem odbywa się na podstawie komunikatu zwanego
pozwoleniem na transmisję adresowanego do określonych stacji. Skrót ARC w
nazwie systemu pochodzi od nazwy architektury opracowanej przez Datapoint –
Attached Resource Computing.

Niestety sieci ARCnet są w zasadzie reliktem. System działa dobrze, ale z relatywnie
niewielką prędkością, gdyż firma Datapoint nie nadążała z modernizacją technologii.
Na koniec, jeśli nie liczyć pewnych zastosowań w systemach przemysłowych,
ARCnet został pokonany przez standard 802.3 sieci Ethernet, który zyskał
powszechne poparcie. Ponieważ systemy ARCnet wciąż dostarczają dane w wielu
sieciach, w niniejszym podrozdziale zostaną naszkicowane charakterystyczne cechy
tej technologii.

Topologie ARCnetu

ARCnet wykorzystuje logiczną topologię typu rozgłoszeniowego, co oznacza, że
wszystkie stacje, mniej więcej jednocześnie, odbierają wszystkie wiadomości
rozgłaszane w kablu.

164

Sieci komputerowe dla każdego

164

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

Tradycyjnie w ARCnecie używa się kabla koncentrycznego RG-62 w fizycznej
topologii gwiazdy, ale możliwe są również konfiguracje z hierarchiami
koncentratorów. Małe dwu- lub czteroportowe koncentratory mogą dostarczać
sygnały do innych mniejszych i większych koncentratorów, tworząc w ten sposób
ekonomiczny system okablowania, który jednocześnie zachowuje odporność na
awarię całego systemu, właściwą dla topologii gwiazdy. Współczesne wersje
ARCnetu mogą również używać kabla koncentrycznego lub skrętki nieekranowanej
w fizycznej topologii magistrali.

Sporo sieci ARCnetowych wciąż działa

Prawdopodobnie nikt nie zamierza już budować nowej sieci ARCnet od
podstaw, a jednak sieci tego rodzaju wciąż działają na całym świecie. Był
on dość szeroko stosowany w punktach sprzedaży (kasy fiskalne) oraz w
wielu aplikacjach przemysłowych. ARCnet raczej nie „śmiga” z
prędkością 100 Mb/s, ale kasa fiskalna nie ma zbyt wielu informacji do
przesłania, a ARCnet jest bardzo stabilny. W środowisku krążą legendy o
ARCnecie działającym na kabelkach do dzwonka drzwiowego, na drucie
kolczastym i innych rodzajach łączy niskiej jakości.

Maksymalną wielkość sieci ARCnet określa szereg skomplikowanych reguł.
Generalnie maksymalna długość kabla od jednego końca sieci do drugiego wynosi
ponad 6 kilometrów. Maksymalna długość kabla pomiędzy zasilanymi – inaczej
aktywnymi – koncentratorami wynosi 600 metrów. Tyle samo wynosi maksymalna
odległość pomiędzy koncentratorem aktywnym a węzłem sieci. Koncentratory bez
zasilania (pasywne) mogą łączyć węzły w odległości do 30 metrów. Jak widać – sieci
ARCnet mogą obejmować dość rozległe obszary.

Kabel RG-62 używany w sieciach ARCnet to taki sam kabel, jakiego używa IBM
w systemie okablowania 3270 do łączenia terminali z kontrolerami terminali
systemu mainframe. Ponieważ system ten również oparty jest na topologii gwiazdy,
wiele firm przechodząc z systemów mainframe na sieci pecetów decydowało się na
standard ARCnet.

Karty sieciowe ARCnet o wysokiej impedancji umożliwiają fizyczną topologię
połączenia łańcuchowego – identycznie jak w sieciach Ethernet – na cienkim kablu
koncentrycznym. Węzły tego łańcucha można również podłączać do
koncentratorów aktywnych, tworząc sieć o zasięgu do 6 kilometrów.

Sterowanie dostępem w sieci ARCnet

W literaturze technicznej opisuje się ARCnet jako system z przekazywaniem
żetonu, jednak standard ten działa zupełnie inaczej od standardu IEEE 802.5
Token-Ring. Zamiast przekazywać żeton od stacji do stacji w systemie tym jedna
stacja transmituje pozwolenie na transmisję do pozostałych stacji w sieci.

Rozdział 7.

♦ Historia standardów Ethernet, Token-Ring i ARCnet

165

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

165

Każda karta sieciowa Ethernet i Token-Ring ma unikatowy identyfikator
przypisany jej przez producenta ze wspólnej puli określonej przez organizacje
branżowe. Karty sieciowe ARCnet nie mają przypisanych numerów
identyfikacyjnych, ale zamiast nich definiuje się takie numery samodzielnie w
zakresie od 1 do 255 za pomocą przełączników umieszczonych na każdej karcie.
Numery te nie mają żadnego związku z położeniem węzła w sieci, ani z innymi
zależnościami fizycznymi.

Po aktywacji karty sieciowe rozgłaszają swoje numery w sieci i aktywna stacja
o najniższym numerze karty staje się kontrolerem sieci. Zadaniem kontrolera jest
wysyłanie kolejno do każdej aktywnej stacji komunikatu zezwalającego na
transmisję. Stacja, która odbierze taki komunikat odpowiada komunikatem o
oczekiwaniu albo ignoruje go.

Wówczas stacja sterująca wysyła pozwolenie do następnej stacji według kolejności
przypisanych numerów.

Kiedy w sieci zgłasza się nowa stacja, wszystkie stacje ponownie rozgłaszają swoje
numery. Proces ten nazywa się rekonfiguracją (reconfiguration lub recon).
Podobnie jak potencjalne kolizje w Ethernecie, koncepcja rekonfiguracji niepokoi
tych, którzy skupiają się na kwestii wydajności sieci. W rzeczywistości
rekonfiguracja nie trwa dłużej niż 65 milisekund i to w najgorszym wypadku, a
poza tym bardzo nieznacznie wpływa na przepływ danych w sieci.

Poniżej kilka praktycznych wskazówek dla wszystkich instalatorów ARCnetu:

Są dwie rzeczy, których pod żadnym pozorem nie można zgubić: pierwsza
to instrukcja użytkownika, mówiąca, w jaki sposób ustawić numery kart
sieciowych. Drugą jest lista numerów kart używanych w sieci. Jeśli
wiadomo, jakie numery zostały już przypisane stacjom, dodanie kolejnych
stacji nie stanowi problemu. Jeśli numery stacji aktywnych nie są znane,
trzeba stawić czoła żmudnej i frustrującej metodzie prób i błędów.

Numery przypisywane stacjom powinny być bliskie sobie. Najniższe
numery należy przypisywać komputerom z najwydajniejszymi
procesorami. Zadania „odpytywania” absorbują moc procesora, dlatego do
roli kontrolera najlepiej przeznaczyć serwery i inne szybkie pecety.

Prędkość

Tradycyjne sieci ARCnet działają z prędkością transmisji 2,5 Mb/s. I chociaż
w wielu instalacjach prędkość ta nie stanowi żadnego ograniczenia, to mimo
wszystko nie idzie ona w parze z możliwościami dostarczania danych
oferowanymi przez współczesne serwery. Istnieje jednak ekonomiczne rozwiązanie
tego problemu, które dodatkowo podwyższa niezawodność sieci. Instalując kilka
kart sieciowych w serwerze, można podzielić sieć ARCnet na segmenty i rozdzielić
dane wyjściowe serwera na kilka kanałów.

166

Sieci komputerowe dla każdego

166

C:\Documents and Settings\Piotruś\Pulpit\sieci\Sieci komputerowe dla każdego\07.doc

Standardy ARCnet

W październiku roku 1992 instytut ANSI określił protokół ARCnet jako standard
sieci lokalnej ATA/ANSI 878.1. IEEE nie zajmowała się ARCnetem, ponieważ
formalna rola tej organizacji to projektowanie standardów; natomiast ANSI
standaryzuje istniejące specyfikacje, a ARCnet ma obecnie około dwadzieścia lat.

Szybszy transfer danych

„Szybciej znaczy lepiej!” to dewiza Amerykanów. W dziedzinie sieci
zapotrzebowanie na większą prędkość transmisji bierze się z rosnącego
wykorzystania aplikacji audio i wideo. Nawet jeśli obecnie nie odczuwa się
potrzeby zwiększenia prędkości transmisji, lepiej poznać nowe możliwości w
zakresie szybkich sieci lokalnych i zastanowić się nad utworzeniem stanowiska do
testów lub próbnego systemu. Już można wskazać pewne rozsądne zastosowania
połączeń sieciowych do stacji końcowych z prędkością 100 Mb/s. Szybka i
dokładna transmisja przetworzonych cyfrowo obrazów rentgenowskich z urządzeń
medycznych do gabinetu lekarza wymaga dużej przepustowości, tak samo jak kopie
lustrzane serwerów plików lub serwerów WWW w celu zwiększenia
niezawodności. Jeden kanał wideo o jakości transmisji telewizyjnej wymaga pasma
około 8 Mb/s i to przy zastosowaniu najlepszych dostępnych technik kompresji. W
przypadku audio potrzeba około 1 Mb/s. A zatem firmy, które planują aplikacje
multimedialne i sesje telekonferencji będą potrzebowały sieci lokalnych z
prędkością transmisji 100 Mb/s.

Jeśli komuś naprawdę potrzeba czegoś więcej niż Fast Ethernet lub Token-Ring
z prędkością 16 Mb/s, można polecić Fast Ethernet z koncentratorami
przełączającymi. Dzięki tym urządzeniom kilkanaście węzłów może uzyskać pełne
pasmo 100 Mb/s bez żadnych kolizji, a w dalszym ciągu będzie można używać
posiadanych kart sieciowych, kabli i koncentratorów.

Sieciowe alternatywy

Fizyczna i logiczna topologia sieci, typ nośnika i protokół sterowania dostępem do
nośnika są w dużej mierze określone przez typ wybranych kart sieciowych. Jednak
wybór ten nie determinuje używanego oprogramowania sieciowego. Sprzęt dla sieci
lokalnej i sieciowy system operacyjny to ważne, lecz odrębne decyzje. W
następnych dwóch rozdziałach opisano działanie i kwestie związane z wyborem
systemu operacyjnego dla sieci lokalnej.