СЕТЕВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Сергей Сухман, Борис Шевкопляс

Ассортимент современных модемных устройств с функцией моста достаточно широк, но работают они в основном на сравнительно низких скоростях. К таким устройствам можно отнести модемы ММ300 (2048 кбит/с) компании PairGain, “Зелакс М-144Б” (128 кбит/с), “Зелакс М-2Б” (2048 кбит/с) и многие другие. Так что появление высокоскоростного модема “Зелакс М-30” (10 Мбит/с) на отечественном рынке оказалось весьма своевременным.

Основная функция модема, точнее, пары таких модемов - расширение сетей с использованием уже имеющейся кабельной инфраструктуры Ethernet. Такое расширение достигается наведением моста между существующим и вновь созданным сегментами сети, когда последний удален на расстояние до 1,2 км.

Чем привлекателен “Зелакс М-30”? Простой пример. Предположим, что необходимо построить единую сеть Ethernet 10Base-T, охватывающую два здания, отстоящие друг от друга на 600 м, причем между зданиями проложен телефонный кабель. Так как максимальный диаметр сети Ethernet 10Base-T равен 500 м, то необходимо ее расширять.

Один из способов такого расширения заключается в использовании удлинителя линии между двумя концентраторами единой сети, что позволяет разместить их в разных зданиях. Подобный удлинитель можно построить, например, на основе волоконно-оптической линии связи, но для этого придется дополнительно прокладывать между зданиями оптический кабель.

Второй способ - объединить две изначально независимые сети, проложенные в разных зданиях с помощью моста на основе двух модемов “Зелакс М-30” и имеющейся телефонной линии. Благодаря высокой пропускной способности моста получим единую сеть, в которой все станции находятся в равных условиях и разделяют общие ресурсы без ощутимых дополнительных задержек.

Мостовое соединение сегментов сети Ethernet

В схеме, приведенной на рис. 1, использованы два модема “Зелакс М-30”. Каждый из них содержит три порта. Первый предназначен для подключения к концентратору или сетевой карте станции сети Ethernet 10Base-T. Поскольку все порты концентраторов равноправны, для подключения модема можно выбрать любой не задействованный порт. Подключение модема к сетевой карте станции соответствует “вырожденному” сегменту сети, в котором присутствует только одна эта станция.

Рис. 1. Построение моста между двумя сегментами сети

Второй порт с интерфейсом RS-232 (на рисунке не показан) позволяет организовать дополнительный канал связи по линии, а также производить настройку и мониторинг модема. Третий порт обеспечивает работу с линией связи.

Обмен кадрами через мостовое соединение

Связка двух VDSL-модемов “Зелакс М-30” с функциями моста позволяет передавать кадры из сегмента А в сегмент В и обратно. Благодаря уникальности адресов сетевых карт все станции сегментов А и В различимы. Мост оперирует адресами физического уровня и остается прозрачным для высокоуровневых протоколов, таких, как TCP/IP, IPX, DECnet, работающих под различными операционными системам (Windows NT, NetWare и др.).

Модем “Зелакс М-30” собственного сетевого адреса не имеет, но содержит буферную память для хранения до 10 000 МАС-адресов станций сети Ethernet. В процессе работы модем постоянно “обучается”: он следит за адресами станций “своего” сегмента и ведет их оперативный учет в буферной памяти. В результате он “поименно знает” все свои станции, которые проявляли активность (инициировали обмен данными) в последние пять минут. Адреса утративших активность станций удаляются из учетного списка.

Такое “обучение” возможно благодаря тому, что в кадрах, передаваемых по сегменту, содержится, в частности, адрес отправителя. После добавления в сегмент новой станции она автоматически “становится на учет” после первого проявления активности.

Модем буферизует по “своему” сегменту все передаваемые кадры и анализирует их тип, адрес отправителя и адрес получателя. Кадры, не соответствующие принятым форматам (например, вследствие коллизии) либо содержащие неправильную контрольную сумму, отбрасываются.

Широковещательные и многоадресные (адресованные всем или определенной группе станций) кадры типа Broadcast и Multicast, а также кадры с МАС-адресами получателя, не учтенными в списке активных адресов “своего” сегмента, ставятся в очередь для пересылки в удаленный модем и далее в связанный с ним сегмент сети. При пересылке между модемами формат кадра несколько изменяется, а затем, при перемещении в удаленный сегмент, вновь восстанавливается до стандартного формата. Очередь может содержать до 256 кадров. Ее переполнение приводит к потере вновь поступающих кадров.

Если адресат находится в пределах “своего” сегмента сети, то модем уничтожает полученный кадр. На начальном этапе обучения некоторые кадры ошибочно пересылаются из сегмента А в сегмент В; аналогичные ошибочные передачи происходят и в обратном направлении. Не нашедшие адресата кадры теряются. Такое наблюдается и в установившемся режиме, когда по истечении пяти минут утратившая активность станция принимает кадр из “своего” сегмента сети. Копия этого кадра пересылается в удаленный сегмент и теряется. Такие ситуации, однако, не приводят к сколько-нибудь заметному снижению пропускной способности моста, так как скорость сортировки теоретически достигает 15 000 кадров в секунду и на этом фоне единичными ошибочными передачами в смежные сегменты можно пренебречь.

Отметим, что в модеме “Зелакс М-30” предусмотрено отключение режима фильтрации кадров. При таком отключении все полноценные кадры из “своего” сегмента будут передаваться в линию. Это может оказаться полезным, когда поступающие кадры фильтруются каким-либо устройством, например коммутатором или маршрутизатором. Повторная фильтрация привела бы к неоправданным задержкам передачи.

С авторами, сотрудниками фирмы “Зелакс”, можно связаться по телефону: (095) 531-4912.

Преобразование кадра в мостовой схеме

В сети Ethernet 10Base-T предусмотрены четыре типа кадров. Рассмотрим детали процесса передачи кадра наиболее простого типа (Raw 802.3/Novel 802.3) из сегмента А в сегмент В (см. рис. 1). Кадр (см. рис. 2, а) содержит пять полей: DA, SA, L, D (Data) и FCS.

Рис. 2. Эволюция кадра Ethernet в процессе его передачи из сегмента А в сегмент

В (см. рис. 1). Цифрами обозначено число байтов в соответствующих полях

Передаче кадра предшествуют преамбула - Preamble, семь байтов вида 10101010, и начальный ограничитель кадра SFD - Start of Frame Delimiter, один байт вида 10101011. Сразу за ними (без промежутка, показанного на рис. 2 лишь для выделения собственно кадра) следуют адрес назначения DA - Destination Address и адрес источника SA - Source Address, тот и другой по шесть байтов.

Поле L из двух байтов (Length - длина) задает длину поля данных в кадре - от 0 до 1500 байтов. Если L меньше 46, то поле данных автоматически расширяется до этой границы добавлением “заполняющих” (padding) байтов. Это позволяет утвер-ждать, что минимальная длина кадра равна 64 байтам, что, в свою очередь, обеспечивает корректную работу механизма обнаружения коллизий. Кадр завершается четырьмя байтами контрольной суммы FCS - Frame Check Sequence, вычисленной по алгоритму циклического кодирования CRC-32 (CRC, Cyclic Redundancy Check).

При передаче кадра по сегменту А все станции и модем 1 (см. рис. 1) обнаруживают преамбулу, соответствующую периодическому сигналу частотой 5 МГц. Этот сигнал используется приемниками для синхронизации с передатчиком. Далее, получив байт SFD, все потенциальные абоненты сегмента А отмечают начальную границу кадра и начинают его прием. В данном примере предполагается, что адрес назначения DA соответствует одной из станций сегмента В. Поэтому абоненты сегмента А обнаруживают, что данные адресованы не им, и отбрасывают принятый кадр (или принятый фрагмент кадра).

Модем 1 в любой ситуации принимает и буферизует полный кадр (см. рис. 2, а, б). Далее кадр проверяется на отсутствие синтаксических ошибок, отслеживаются правильность его формата и совпадение вычисленной и принятой контрольных сумм FCS. Если ошибок нет (в противном случае кадр отбрасывается), то из поля данных исключаются “заполняющие” байты (если это поле содержит менее 46 “полезных” байтов), так что поле данных сжимается, а контрольная сумма уничтожается (см. рис. 2, в ).

Если режим сжатия поля данных в модеме “Зелакс М-30” запрещен, то в линию будут передаваться не только “полезные”, но и “заполняющие” байты. Зачем нужно передавать “заполняющие” байты? Дело в том, что в общем случае на дальнем конце линии может быть установлено устройство, не воспринимающее сжатие. Оно будет оши- бочно отбраковывать сжатые кадры как со- держащие недостаточное число байтов. При использовании двух модемов принятые в них условия управления сжатием должны быть одинаковыми.

Кадр, передаваемый модемом 1 в линию (см. рис. 2, г), обрамляется однобайтовыми флагами Flag вида 01111110, снабжается 16-разрядной контрольной суммой CRC, вычисленной по алгоритму циклического кодирования CRC-16, и подвергается операции бит-стаффинга. Смысл этой операции в том, чтобы исключить из тела кадра кодовые комбинации, совпадающие с флаговыми. Для этого все встречающиеся кодовые комбинации, содержащие пять единиц подряд (...0111110... или ...011111...), доопределяются “лишним” нулем независимо от значения последующего бита (образуются последовательности ...01111100... или ...01111101..., “лишние” нули выделены полужирным шрифтом). Сформированный таким образом и, возможно, несколько расширенный бит-стаффингом кадр (что условно отражено на рисунке некоторым расширением полей) пересылается в линию.

Кадр из линии принимается модемом 2, очищается от “лишних” нулей (после их автоматического вычеркивания, если они следуют за комбинациями ...011111+), а также проверяется на совпадение вычисленной и принятой контрольных сумм (см. рис. 2, д). При несовпадении контрольных сумм кадр уничтожается. Далее (см. рис. 2, е) поле данных, если это необходимо, дополняется до 46 байтов байтами заполнения, кадр комплектуется вновь вычисленной контрольной суммой. Затем, с соблюдением протокола доступа, после выдачи преамбулы и начального ограничителя кадр пересылается в сегмент В (см. рис. 2, ж).

В VDSL-модеме “Зелакс М-30” предусмотрен обмен данными через порт Ethernet 10Base-T в режиме полного дуплекса, при котором передаваемые и принимаемые кадры могут обрабатываться одновременно. Конечно, такой обмен возможен только в том случае, когда соответствующий порт сетевого устройства, к которому подключен модем, также поддерживает этот режим.

Технические характеристики модема "Зелакс М-30"

- линейная скорость - от 780 до . 12 540 кбит/с

- линейный код КАМ

- скорость передачи Ethernet-кадров - до 10 Мбит/с

- емкость буферов для хранения Ethernet-кадров - 256 ед.

- фильтрация Ethernet-кадров по МАС-адресам, автоматическое внесение и удаление МАС-адресов из таблицы

- количество поддерживаемых МАС-адресов-10000 ед.

- фильтрация и обработка до 15000 Ethernet-кадров в секунду

- сжатие - восстановление Ethernet-кадров

- скорости в асинхронном режиме: 230,4; 115,2; 57,6; 38,4; 19,2; 9,6 кбит/с и ниже

- программирование и контроль работы модема через порт 2 и с удаленного модема

Подробнее см. www.zelax.ru.

Скоростные данные "Зелаке М-30"

Модем предназначен для организации связи между сегментами локальных сетей Ethernet (рис. 3) по двухпроводной физической линии (симметричная витая пара) и для подключения к провайдерам Интернета.

Рис. 3. Объединение двух сетей Ethernet

При использовании кабеля с большим диаметром жилы длина линии увеличивается. Модем позволяет легко и просто соединять удаленные сегменты локальных сетей Ethernet без использования дорогих маршрутизаторов.

Рис. 4. Пример сопряжения модема “Зелакс М-30” с маршрутизатором фирмы Cisco

Примеры других вариантов подключения модемов к телекоммуникационному оборудованию приведены на рис. 4 и 5. Модем автоматически ведет таблицу МАС-адресов каждого сегмента локальной сети, чтобы передавать на удаленный сегмент только необходимую информацию (осуществляет фильтрацию Ethernet-кадров). На каждой стороне моста может находиться до 10 тыс. пользователей. Перед передачей в линию Ethernet-кадры сжимаются, а затем восстанавливаются модемом-приемником.

Рис. 5. Использование порта 2 для организации дополнительного

канала связи между двумя оконечными устройствами типа DTE

Для подключения модемов используются дешевые и доступные сетевые карты.

Порт 2, через который можно передавать данные независимо от порта 1, используется для контроля за работой модема и управления им. Модем легко настроить на работу с различным оборудованием. Есть возможность постоянно следить за статистикой работы модема, управлять удаленным модемом с локального. Два тестовых режима позволяют проверять работоспособность как модема, так и сквозного тракта, включая линию.

Скоростные данные “Зелакс М-30”

Модем может транслировать в каждом направлении по одному дополнительному управляющему сигналу.

Порт 2 работает в асинхронном режиме, поддерживает программное и аппаратное управление потоком данных.

Версия для печати