Технология 100VG-AnyLAN

Сеть 100VG-AnyLAN описывается стандартом IEEE 802.12. В названии сети цифра 100 обозначает скорость передачи в Мбит/с, буквы VG обозначают кабель витая пара (Voice Grade), а AnyLAN (любая сеть) означает, что сеть совместима с другими сетями, в частности Ethernet и Token Ring.

В качестве среды передачи используется счетверённая неэкранированная витая пара (UTP категории 3, 4, 5), сдвоенная неэкранированная витая пара (UTP категории 5), сдвоенная экранированная витая пара (STP1), оптоволоконный кабель. Наиболее часто используют счетверённую витую пару категории 3. Максимальная длина кабеля между узлами (концентратор и абонент, концентратор и концентратор) в зависимости от среды передачи: UTP3 – 100 м; UTP5, STP1 – 150 м; оптоволокно – 2000 м.

Архитектура сети – звезда (рисунок 1). Сеть состоит из центрального концентратора уровня 1, к которому подключают отдельных абонентов и концентраторы уровня 2, к которым в свою очередь подключают абонентов и концентраторы уровня 3. При этом сеть может иметь не более трёх таких уровней. Максимальная длина сегмента не должна превышать 225 м при диаметре сети в 1100 м. Максимальное количество подключаемых узлов не должно превышать 1024.

Концентратор сети – интеллектуальный контроллер, управляющий всем доступом к сети: непрерывно контролирует запросы, поступающие на все порты, принимает все приходящие пакеты и отправляет их только тем абонентам, которым они адресованы. Однако никакой обработки информации он не производит, то есть в данном случае получается не активная звезда, но и не пассивная звезда.

Каждый из концентраторов можно настроить на работу с форматами пакетов Ethernet или Token Ring. При этом концентраторы всей сети должны работать с пакетами только какого-нибудь одного формата. Для связи с сетями Ethernet и Token Ring используют мосты.

Концентратор имеет несколько портов:

ž один верхнего уровня – используется для подключения к концентратору более высокого уровня;

ž несколько нижнего уровня – используются для подключения абонентов (рабочая станция, сервер, мост, маршрутизатор, коммутатор, другой концентратор).

Каждый порт концентратора можно установить в один из двух режимов работы:

ž нормальный – пересылка абоненту пакетов, адресованных лично ему;

ž мониторный – пересылка абоненту всех приходящих на концентратор пакетов. Этот режим позволяет одному из абонентов контролировать работу сети в целом (выполнять функцию мониторинга).

Метод доступа к сети приоритетный по требованию (Demand Priority): каждый желающий передавать абонент посылает концентратору запрос на передачу; концентратор циклически прослушивает всех абонентов по очереди и даёт право передачи абоненту, следующему по порядку за тем, который закончил передачу. То есть величина времени доступа гарантирована. Запросы могут иметь два уровня приоритета:

ž нормальный – используется для обычных приложений;

ž высокий – 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 приёма текущего пакета обслуживается запрос высокого приоритета. Если таких высокоприоритетных запросов несколько, то возврат к нормальной процедуре обслуживания происходит после полной обработки всех этих запросов. При этом концентратор следит, чтобы не была превышена установленная величина гарантированного времени доступа. Если высокоприоритетных запросов слишком много, то запросы с нормальным приоритетом автоматически переводятся в ранг высокоприоритетных. Таким образом, даже низкоприоритетные запросы не будут ждать своей очереди слишком долго.

Концентраторы более низких уровней также анализируют запросы абонентов, присоединённых к ним, и в случае необходимости пересылают их запросы к концентратору высокого уровня. За один раз концентратор более низкого уровня может передать концентратору более высокого уровня столько пакетов, сколько абонентов присоединено к нему.

Например (рисунок 2), в случае одновременного возникновения заявок на передачу у всех абонентов порядок обслуживания будет следующий: компьютер 1-2, затем 1-3, затем 2-1, 2-4, 2-8, затем 1-6. Однако это только при одинаковом (нормальном) приоритете всех запросов. Если же, 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 специальная процедура подготовки к связи (Link Training), во время которой концентратор и абоненты обмениваются управляющими пакетами. То есть проверяется исправность линий связи и правильность их присоединения, собирается информация об особенностях подключённых абонентов (назначение, сетевые адреса). Данная процедура запускается самим абонентом при включении питания или после подключения к концентратору, при большом уровне ошибок процедура запускается автоматически.

При кодировании вся передаваемая информация проходит этапы обработки: разделение на квинтеты (группы по 5 бит); перемешивание и скремблирование квинтетов; кодирование квинтетов кодом 5В/6В; добавление начального и конечного разделителей пакета.

Сформированные таким образом пакеты передаются при использовании счетверённой витой пары в 4 линии передачи, при использовании сдвоенной витой пары и оптоволоконного кабеля применяется временное мультиплексирование информации в каналах.

В результате достигается рандомизация сигналов – выравнивание количества передаваемых единиц и нулей, снижение взаимовлияния кабелей друг на друга, самосинхронизация передаваемых сигналов без удвоения требуемой полосы пропускания.

В случае использования счетверённой витой пары передача по каждой из четырёх витых пар осуществляется со скоростью 30 Мбит/с (рисунок 3). Суммарная скорость составляет 120 Мбит/с. Однако, полезная информация из-за использования кода 5В/6В передаётся лишь со скоростью 100 Мбит/с. Таким образом, пропускная способность кабеля должна быть не менее 15 МГц. Этому требованию удовлетворяет кабель витая пара категории 3.

В сети предусмотрены два режима обмена:

ž полудуплексный – для передачи информационных пакетов. Все четыре витые пары используются для передачи одновременно в одном направлении (от абонента к концентратору или наоборот);

ž полнодуплексный – для передачи управляющих сигналов. Две витые пары передают в одном направлении, а две другие – в другом направлении.

Для управления сетью используются комбинации из двух тональных сигналов. Первый тональный сигнал имеет частоту 0,9375 МГц и представляет собой последовательность из 16 логических единиц и 16 логических нулей, следующих со скоростью 30 Мбит/с. Второй тональный сигнал имеет частоту 1,875 МГц (вдвое больше) и представляет собой чередование восьми логических единиц и восьми логических нулей.